红外热波无损检测技术及其进展

　　红外热波无损检测技术(简称热波检测)是一门跨学科的技术。它的研究和应用,对提高航空航天器,多种军、民用工业设备的安全可靠性具有重要意义。美国多家大公司(如GE、GM、波音、福特、洛克西德和西屋等)及政府机构(如NASA、FAA、空军、海军)等已经在广泛应用和推广该技术^[1~4]。

　　2003年9月该项技术的应用研究也列入了我国国家863高科技发展计划,同时还获得了211工程重点学科建设经费等的支持。

　　1　热波检测原理

　　热波(Thermal Wave)理论及应用的研究重点是研究热源,特别是变化性热源(如周期、脉冲、阶梯函数热源)与媒介材料及其几何结构之间的相互作用。被加热后,不同媒介材料表面及表面下的物理结构特性和边界条件将影响热波的传输并将影响媒介表面的温场变化。通过控制热激励方法和测量材料表面的温场变化,可以获取材料表面及其表面以下的结构信息,从而达到检测的目的。

　　红外热波检测的核心是针对被检物的材质、结构和缺陷类型以及特定的检测条件,设计不同热源(如高能闪光灯、超声波、电磁、热风等)并用计算机控制进行脉冲式加热,同时采用红外热成像技术对时序热波信号进行数据采集,采用专用软件进行实时图像信号处理(图1)并显示检测结果。热波无损检测采用了主动式控制热激励的方法,与传统的被动式红外热成像检测是有区别的。

　　不同被测物、检测环境和条件,需要采用大功率闪光灯、超声波、激光、THz波、热风、电磁感应、电流、机械振动等不同方式的热激励手段及相应的机械装置、控制装置及编制控制和图像数据处理软件。

　　2　主要应用和技术特点

　　2.1　主要应用

　　红外热波技术可应用于①检测航空/航天器铝蒙皮加强筋开裂与锈蚀,机身蜂窝结构材料、碳纤维和玻璃纤维增强多层复合材料缺陷的检测、表征、损伤判别与评估。②火箭液体燃料发动机和固体燃料发动机的喷口绝热层附着检测。涡轮发动机和喷气发动机叶片的检测。③新材料(特别是新型复合结构材料)的研究。对其从原材料到工艺制造、在役使用研究的整个过程中进行无损检测和评估;加载或破坏性试验过程中及其破坏后的评估。④多层结构和复合材料结构中,脱粘、分层、开裂等损伤的检测与评估。⑤各种压力容器、承载装置表面及表面下疲劳裂纹的探测。⑥各种粘接、焊接质量检测,涂层检测,各种镀膜、夹层的探伤。⑦测量材料厚度和各种涂层、夹层的厚度。⑧表面下材料和结构特征识别与表征。⑨运转设备的在线、在役监测。