基于脉冲电流电磁热效应的金属构件缺陷红外检测方法

摘要

本发明涉及无损检测领域，公开了一种金属构件的红外无损检测方法，特别是基于脉冲电流电磁热效应的金属构件缺陷红外检测方法。其特征在于：利用强脉冲电流放电装置将脉冲电流通入金属构件中，电流在金属构件的缺陷处会产生集中和绕流，形成电磁热效应和欧姆效应，在非导电的缺陷附近，电能转化成热能，从而使缺陷处温度升高，与金属构件的其他区域形成温度差；同时利用红外热像仪对进行检测，获取被测对象的表面温度场分布；最后通过分析热像图，可以确定缺陷的位置和大致尺寸。本发明系统具有检测效率高、操作方便的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测领域，公开了一种金属构件的红外无损检测方法，特别是基于脉冲电流电磁热效应的金属构件缺陷红外检测方法。

背景技术

红外无损检测技术是新发展起来的一项无损检测技术，其原理是通过热源对待检测试件进行加热，采用红外热像仪采集试件表面温度的实时图像信号。在热传导过程中，当试件内部存在断裂、气孔、分层等缺陷时，材料的热传导性能会发生改变，试件的表面温度产生不均匀分布。通过处理采集的温度信号，从而可以判断试件内部缺陷信息。红外检测技术可实现对金属、非金属及复合材料中存在的裂纹、脱粘等缺陷进行检测，具有非接触、检测面积大、速度快、在线检测等优点。

在红外检测过程中，一般要对待测试件进行主动式加热。常用的方法有热风法、红外辐射灯照射法、脉冲闪光法、超声激励法等，但这些主动加热方法均存在各自的缺点。热风法存在加热不均匀的缺点，脉冲闪光法和超声激励法对表面缺陷和表层缺陷加热效果好，有利于缺陷的检测，但对于内部缺陷效果并不理想。

对金属试件通入脉冲电流，电流在金属构件的缺陷边缘处会产生集中和绕流，电流密度随之增大。由于电磁热效应和欧姆效应，在非导电的缺陷边缘附近，电能转化成热能，想到与在缺陷边缘附近作用了一周的线热源，从而使缺陷处温度升高。缺陷处的温度与金属构件上其他区域产生温度差。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术对金属构件表面缺陷或内部缺陷的检测不能同时达到良好效果，提出了一种金属构件的红外无损检测方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：基于脉冲电流电磁热效应的金属构件缺陷红外检测方法，其特征在于：包括以下步骤，

S01：连接脉冲电流发生装置与被测金属构件，并通电；

S02：脉冲电流在金属构件的缺陷处产生集中和绕流，使得缺陷边缘的电流密度增大，发生电磁热效应和欧姆效应；

S03：在缺陷边缘电能转化为热能，从而缺陷边缘温度升高，与金属构件的其他区域形成温度差；

S04：采用红外热像仪对待测金属构件的表面温度场进行实时红外图像采集；

S05：将采集到的图像输入计算机，分析热像图中是否存在温度异常区域，以及温度异常区域的数量与颜色；

S06：确定缺陷位置、缺陷数量和损伤程度。

进一步的，所述脉冲电流发生装置包括依次连接的交流电源、调压器、升压器、整流器、储能电容组和放电开关；所述脉冲电流发生装置还包括一控制系统；所述控制系统分别与调压器、升压器、整流器、储能电容组和放电开关连接。

进一步的，所述脉冲电流发生装置的放电开关依次连接被测金属构件、红外热像仪和计算机；所述放电开关还连接有触发单元。

进一步的，由于电流方向与缺陷走向相垂直时，电磁热效应最明显，故需根据检测过程中的实时热像图，不断调整直流放电电极位置，以便于准确检测出金属构件缺陷。

进一步的，根据被测金属构件的厚度和尺寸，可以通过脉冲电流发生装置的控制系统调节电流通路和电流强度。

进一步的，所述脉冲电流发生装置由低压交流电源引入，经调压器送到变压器，输出电压经过整流器转换成直流，并给储能电容组充电，当触发单元送来高压触发脉冲时，放电开关击穿，电容器组对被测金属构件放电，使得金属构件的缺陷处发生电磁热效应和欧姆效应，温度升高，与与金属构件的其他区域形成温度差。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明利用脉冲电流的在金属构件的缺陷处产生的电磁热效应，并结合红外检测技术对待测物体进行检测，检测结果精度较高；

2、检测过程不会对待测金属构件造成损伤；

3、检测速度快、效率高、操作便捷。

附图说明

图1是本发明基于脉冲电流电磁热效应的金属构件缺陷红外检测方法的流程图。

图2是本发明实施例系统拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1所示，本发明的基于脉冲电流电磁热效应的金属构件缺陷红外检测方法，其特征在于：包括以下步骤，

S01：连接脉冲电流发生装置与被测金属构件，并通电；

S02：脉冲电流在金属构件的缺陷处产生集中和绕流，使得缺陷边缘的电流密度增大，发生电磁热效应和欧姆效应；

S03：在缺陷边缘电能转化为热能，从而缺陷边缘温度升高，与金属构件的其他区域形成温度差；

S04：采用红外热像仪对待测金属构件的表面温度场进行实时红外图像采集；

S05：将采集到的图像输入计算机，分析热像图中是否存在温度异常区域，以及温度异常区域的数量与颜色；

S06：确定缺陷位置、缺陷数量和损伤程度。

为了实现本发明的基于脉冲电流电磁热效应的金属构件缺陷红外检测方法，提供了基于本发明方法的检测系统，所述脉冲电流发生装置包括依次连接的交流电源、调压器、升压器、整流器、储能电容组和放电开关；所述脉冲电流发生装置还包括一控制系统；所述控制系统分别与调压器、升压器、整流器、储能电容组和放电开关连接。

所述脉冲电流发生装置的放电开关依次连接被测金属构件、红外热像仪和计算机；所述放电开关还连接有触发单元。

为了达到最佳的检测效果，由于电流方向与缺陷走向相垂直时，电磁热效应最明显，故需根据检测过程中的实时热像图，不断调整直流放电电极位置，以便于准确检测出金属构件缺陷；由于缺陷边缘的电磁热效应与缺陷的走向有关，缺陷走向平行于通电电流方向时，缺陷边缘处的热效应很小，当与通电电流方向垂直的缺陷边缘的热效应最显著。

进一步的，根据被测金属构件的厚度和尺寸，可以通过脉冲电流发生装置的控制系统调节电流通路和电流强度。

所述脉冲电流发生装置由低压交流电源引入，经调压器送到变压器，输出电压经过整流器转换成直流，并给储能电容组充电，当触发单元送来高压触发脉冲时，放电开关击穿，电容器组对被测金属构件放电，使得金属构件的缺陷处发生电磁热效应和欧姆效应，温度升高，与与金属构件的其他区域形成温度差。

以下为具体实施例。

如图2所示，脉冲电流发生装置包括相连接的交流电源、调压器、升压器、整流器、储能电容组、放电开关、触发单元和控制系统；脉冲电流发生装置由交流电源引入，经调压器送到变压器，输出电压经过桥式整流器转换成直流，直流电压经充电电阻给储能电容组充电；本实施例的主放电回路包括储能电容组、放电开关、和负载（待测金属构件）电阻；电容器组充电的过程，就是电容器存储电能的过程；当触发单元送来高压触发脉冲时，放电开关击穿，电容器组对负载（待测金属构件）电阻放电。

上述检测系统对金属构件的检测方法，首先将脉冲电流发生装置与被测金属构件相连接，然后接通交流电源，装置将交流电转化为脉冲电流，脉冲电流在金属构件的缺陷处会产生集中和绕流，形成欧姆效应，在非导电的缺陷附近，电能转化成热能，使缺陷处温度升高，同时采用红外热像仪对待测金属构件的表面温度场进行红外图像采集；将采集到的图像输入计算机，分析热像图中是否存在温度异常区域，及其数量与颜色，可以确定缺陷位置，缺陷数量和损伤程度。

实验证明缺陷边缘的电磁热效应与缺陷的走向有关，缺陷走向平行于通电电流方向时，缺陷边缘处的热效应很小，当与通电电流方向垂直的缺陷边缘的热效应最显著；在检测过程中，要结合实时热像图，调整直流放电电极位置，使通电电流方向垂直于缺陷的走向，同时控制电流通路和电流强度，即可以达到最佳的检测效果。

检测时，根据被测金属构件的厚度、尺寸，可以通过脉冲电流发生装置的控制系统调节电流通路和电流强度；在检测过程中，要结合实时热像图，不断调整直流放电电极位置，达到最佳检测效果。

以上是本发明基于脉冲电流电磁热效应的金属构件缺陷红外检测方法的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。