基于涡流热成像的金属裂纹缺陷检测技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201421202069河北工业大学硕士学位论文基于涡流热成像的金属裂纹缺陷检测技术研究论文作者：张敬浩学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：师占群职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofHereIsTheSubjectorSpecialtyYouEngageRESEARCHONMETALDEFECTDETECTIONTECHNOLOGYBASEDONTHEEDDYCURRENTPLUSED

2、THERMOGRAPHYbyZhangJinghaoSupervisor:Prof.ShiZhanqunMay2017摘要基于设计要求，大型机械设备及主要部件功能强大、密封性强，需要在线运行十几年甚至几十年，其关键部件不可避免的会出现不同程度的失效，因此，对设备和关键部件的维护尤为重要。无损检测的目的不仅要提前发现设备缺陷，更要求其能够对缺陷进行定量分析，及时检修，从而避免停机维护时间过长、连带部件损坏以及人员伤亡等事故的发生。作为一种新兴的无损检测方法，涡流热成像检测技术通过分析部件表面温度分布来检测导体中的缺陷，其有以下优点：较高的精度和灵敏

3、度、较大的检测面积、较快的信号处理速度等。在本文中，利用COMSOLMultiphysics软件进行缺陷检测仿真，并搭建缺陷检测实验平台，进行了标准试件的缺陷检测实验，主要工作如下：(1)在仿真中，分析了不同材料对涡流密度分布及温度分布的影响，分析表明：与非铁磁性材料相比，铁磁性材料温度反应灵敏，相对磁导率非常大，可忽略集肤深度带来的影响；又因实验条件有限，选定铁磁性材料为试件类型进行仿真和实验。(2)将分别带有notch型裂纹和普通裂纹的两种铁磁性材料试件模型建立在COMSOLMultiphysics软件中的HeatTransfer模块，对整个

4、加热过程中试件的热传递和试件表面及裂纹边界的温度分布加以分析,在不同深度的情况下，分析裂纹处温度最大值的变化及温差，分析表明：缺陷处始终是整个试件温度的最高区域；随着缺陷深度的增加，缺陷处温度最大值增大；缺陷上边界温度与下边界温度存在明显的温差。(3)在缺陷检测实验中，对带有普通裂纹的试件表面的温度数据进行分析，分析表明：缺陷处是高温区域；缺陷处最高温随着缺陷深度增加而增大；缺陷周边与缺陷底部存在明显的温差；以上实验结果与仿真分析一致。运用差分方法进一步处理温度数据，分析表明：缺陷深度越大，温度差分越大；通过选取较大的温度差分所在的像素点，近似确

5、定裂纹位置及长度、宽度。通过缺陷检测实验，铁磁性材料的试件缺陷被检测出，缺陷宽度误差为0.16mm，缺陷长度误差为2.9mm，并验证了该系统设计的合理性。关键词：无损检测涡流热成像缺陷温度变化IABSTRACTBasedondesignrequirements,asthepowerful,strongsealingperformanceandtenyearsorevendecadesofonlinerunningtimeofsomelargemechanicalequipmentandthemaincomponents,themaintenanc

6、eandrepaironthesedevicesandmaincomponentsisparticularlyimportant.Thepurposeofnondestructivetestingisnotonlytodetectdefectinadvance,butalsotoconductquantitativeanalysisondefects,repairtheequipmentintime,soastoavoidaccidents,suchaslongshutdownmaintenancetime,associatedpartsdama

7、ge,personalcasualtyandsoon.Thetestingtechnologyofeddycurrentpulsedthermographyisanewnondestructivetestingmethod,asaoutcomecombiningeddycurrentdetectiontechnologyandinfraredthermalimagingtechnology,thetestingtechnologycandetectdefectinconductorsthroughanalysisofthesurfacetempe

8、raturedistributionofcomponents,andcomparedwiththeconventionalnondest