PDF《涡流脉冲热像检测中金属疲劳裂纹的生热分析》

2019 年4月Infrared Technology Apr.

2019 384 进行检测时引入了神经算法,精准地分析出了缺陷的 深度[6] .电子科技大学的白利兵等人分析了频率、幅度、时间等激励参数对缺陷生热的影响,总结了不同 检测条件对裂纹生热的影响,并自行设计了一套用于 图像采集的实验系统[7-8] , 此外, 他还提出了基于混叠 向量特征的主成分识别算法[9] ,实现了缺陷轮廓的重 构.石家庄陆军工程大学的左宪章等人分别利用 COMSOL 和ANSYS软件建立涡流脉冲热像有限元模 型,分析了试件中的缺陷裂纹对其内部磁通密度的影 响[10] , 并实现了对钢板表面裂纹[11] 、 局部腐蚀[12] 等缺 陷的定量化检测.以上针对涡流脉冲技术开展的缺陷 检测研究,取得了一系列成果.然而由于疲劳裂纹试 件的制备等原因,在该方面的检测研究还有待进一步 提高. 本文采用疲劳试验机制备了含有疲劳裂纹的金 属平板试件,以得到试件为研究对象,利用涡流脉冲 热像检测系统进行实验研究,并建立了涡流脉冲热像 有限元模型,从实验和仿真两方面入手,分析了涡流 脉冲热像检测中裂纹生热的规律.进一步,采用实验 揭示了裂纹尺寸对裂纹区域温升的影响.研究成果将 为涡流脉冲热像技术的金属疲劳裂纹检测研究提供 理论支撑.

1 实验系统及被测试件 本文设计了一套可以定量控制激励时间、激励强 度和提离距离等检测条件参数的涡流脉冲热像实验 系统, 其组成如图

1 所示, 主要部件包括红外热像仪、 高频激励电源、电磁线圈及其支座、水冷装置、采集 控制终端(PC)和其他辅助设备(三维运动平台等) 各组成部分的功能介绍如下. 1)红外热像仪 红外热像仪的型号为 FLIR T640,像素为

307200 (640 pixel*480 pixel) ,具有

30 Hz 的采样频率和 0.035℃的热灵敏度. 2)高频激励电源 激励电源的额定功率为

3 kW, 激励时间的调节范 围为 0~30 s,激励强度的调节范围为 1%~100%. 3)电磁线圈及其支座 电磁线圈由高纯铜制作而成,中空的结构可为冷 却水的循环提供便利. 4)其他装置 水冷装置是确保整个实验系统在正常温度要求 下工作的保证;

三维运动平台是用于支撑试件并调节 提离距离的装置. 如图

1 所示,矩形线圈位于试件的正上方,含有 裂纹的试件的长边与矩形线圈的长边相互垂直,裂纹 位于矩形线圈宽边的中心. (a) 示意图 (a) Schematic diagram of ECPT (b) 实物图 (b) Demonstration of ECPT 图1涡流脉冲热像实验系统 Fig.1 ECPT system 为了获得实际检测中常见的疲劳裂纹,本文以 尺寸为

370 mm*5 mm*100 mm 的45 钢平板为原材 料(如图

2 #1 所示) ,采用拉伸试验机进行疲劳拉伸 实验[13] ,获得了图

2 所示的贯穿裂纹,并采用线切割 的方式沿图中的虚线进行切割,获得了#

2、#3 两个尺 寸同为

240 mm*5 mm*47.4 mm 的含有疲劳裂纹的 平板试件,裂纹方向与试件长度方向垂直,为避免试 件表面的热发射率影响检测结果,在其待测表面均匀 地喷涂一层黑色的哑光漆以提高热发射率.

2 有限元模型 本文基于 COMSOL 软件 AC/DC 模块中的电磁热 耦合接口建立涡流脉冲热像模型,主要分为模型定 义、配置求解器以及求解域后处理

3 部分. 1)模型定义 第41 卷第4期Vol.41 No.4

2019 年4月孙吉伟等: 涡流脉冲热像检测中金属疲劳裂纹的生热分析 Apr.