基于区间涡流热成像的复杂结构自然裂纹检测方法研究

发布时间：2020-09-19 09:16

　　无论在科学研究领域还是生产制造领域,疲劳裂纹无损评估是一项重要且充满挑战的任务。在设备和零部件的制造和服役过程中,疲劳裂纹萌生率较高。传统疲劳裂纹的检测方法包括磁粉检测、渗透检测和射线检测等。但磁粉检测程序复杂且只适用于铁磁性材料,渗透检测需要清洁,且污染环境,射线检测对人体有害。电磁热成像检测由于检测面积大、分辨率和灵敏度高、无耗材、无污染等优点,近年来发展迅速,广泛用于导体的腐蚀、疲劳裂纹以及压力容器、锅炉和管道中的焊缝裂纹检测。对于复杂结构的自然微裂纹,电磁热成像检测存在加热不均匀、缺陷信号易被噪声信号覆盖等问题。本文提出了区间涡流热成像检测,讨论了线圈和缺陷竖直提离及水平距离变化对试件表面涡流场和温度场分布的影响。当竖直或水平距离增大时,涡流密度值减弱,但涡流分布均匀性增强。讨论了能够平衡涡流强度及涡流的均匀性优选检测区域。该研究有助于建立局部和全局区域传感的联系,能够增大微弱信号检测过程中缺陷区域与非缺陷区域的热对比度。本文首先分析了脉冲涡流热成像检测中试件表面的涡流分布特点,说明了区间涡流效应的存在。其次,通过有限元仿真,讨论了竖直和水平提离增大时,无缺陷试件表面涡流强度及涡流分布均匀性的变化,以及对缺陷检测热对比度的影响。该仿真包括了表面缺陷和亚表面缺陷,缺陷尺寸按照普遍认可的微裂纹评定标准,设定在微米数量级。再次,采用压力容器焊缝试样做了验证实验,试样中的自然缺陷不可见。讨论分析了竖直和水平提离增大对缺陷信号提取的影响,通过与采用简单后处理算法(主成分分析法、独立成分分析法等)对比,说明了选择合适检测区间更为重要。本文最后简述了速度效应下的区间涡流热成像,主要讨论了低速动态热成像检测,从低速动态热成像检测以及最佳检测区间和热场的叠加复合作用两个角度说明了动态热成像检测效果。理论分析及实验验证表明,脉冲涡流热成像检测中存在区间涡流效应,试件表面随着距线圈水平或竖直距离的增大,涡流强度减弱,均匀性增强,在合适的距离可以平衡两者,提高缺陷检测的热对比度,利于缺陷信号提取。低速动态热成像可以利用区间涡流效应,加上热场叠加特点,利于缺陷检测。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O346;TG115.284

【参考文献】