缺陷深度脉冲热像检测新方法

　　脉冲热像检测中材料缺陷深度的定量检测通常利用热像时间序列先求得峰值时间tmax,进而求得缺陷深度。然而,对于导热性能好的金属材料(如 铝),tmax难以从红外热像时间序列求得,这是因为目前使用的红外热像仪图像采集速度还比较低,对于热传导性能较好的材料,tmax一般都小于每帧图像 的采集时间,为此,将从新的角度出发寻找一个既能避开峰值时间又能被红外热像仪探测和记录的新参数,从而达到测量缺陷深度的目的。

　　1　试验系统

　　脉冲热像试验系统如图1所示,给试件表面施加一能量脉冲,采用闪光灯、热水或激光束等热激励方式,使试件内产生温差[1]。脉冲持续时间从微 秒、毫秒到秒级依赖于试件厚度及其热属性(特别是热传导系数)。试件吸收热能并向试件内传导,同时试件表面温度场分布随时间变化,由红外热像仪接收表面热 辐射,送到微机进行显示、分析和处理。

　　2　检测方法

　　试件检测方法可分为透射法(或称双面法)和反射法(或称单面法)两种^[2] ,如图2所示。

　　3　仪器设备

　　3.1　脉冲热源

　　脉冲热像检测技术要求脉冲热源提供加热时间足够短的脉冲热能,为迅速获得温度升高,在试件表面对应有无缺陷区域形成明显的温度差,试验采用 PLP-1500型脉冲氙灯热源。氙灯管(XM16-160型)在高压触发脉冲作用下(氙灯输入能量为2 000J)辐射热能,闪光时间为0.5ms,为能对试件集中作用,必须对氙灯管进行聚焦,为此设计了聚焦系统,能量汇聚在长20cm,宽10cm的带状区 域内^[3] 。

　　3.2　红外热像仪

　　脉冲热像检测系统主要通过红外热像仪来采集被检试件表面的温度场分布,从而反映试件是否存在缺陷。红外热像仪是利用接收目标的红外辐射而得到景 物热图像以进行测温的一种仪器。功能日趋完善的检测软件是它的重要组成部分。试验要求脉冲热能释放和图像采集同步进行,采集可连续进行,采集时间间隔可自 由选定,图像分为256×256,128×128,64×64像素,图像采集最快速度为每秒25幅。对不同检测材料,因热传导特性不同,可采用不同的采集 时间间隔,以保证在最佳时间内采集图像,这对试件内缺陷深度的定量测定至关重要。

　　4　缺陷深度测量方法

　　如图3所示,设试件为厚的大平板,试件内距表面L ₁处有一空气层缺陷,面积较大并平行于试件表面,试件其它部分同质。热脉冲均匀作用于试件,脉冲热能可看作δ函数,试件表面单位面积吸收热能为I ₀,那么表面温差ΔT(0,t)由下式给出^[4]