安全检测在航空工业中的应用和发展 _安全检测

【安全检测在航空工业中的应用和发展】红外热波无损探伤技术在复合材料研究与航空航天安全检测研究中的应用技术说明书项目名称：红外热波无损探伤技术在复合材料研究与航空航天安全检测研究中的应用单位名称：北京维泰凯信新技术有限公司注:文中采用的部分图片引自TWI公司公开资料一、红外热波无损探伤原理热波（Thermal Wave）理论与传统的热传导理论一样，都致力于描述媒介中温度场的分布和变化。但热波理论对热在传输过程中的波动性描述加深了人们对热传导现象的认识。热波理论研究的侧重点是研究周期、脉冲、阶梯等变化性热源与媒介材料及媒介的几何结构发生相互作用时所产生的温场变化现象。它不仅方便的引出了诸如不同频率的热波在界面的反射、散射、趋肤深度等物理概念，而且直接衍生了一门实用学科-热波无损检测（Thermal Wave Nondestructive Evaluations）。由于不同媒介材料表面及表面下的物理特性和边界条件将影响热波的传输，而这些影响又以某种方式反映在媒介材料表面的温场变化上，因此通过控制加热和测量材料表面的温场变化，将可以获取材料的均匀性信息以及其表面以下的结构信息，从而达到检测和探伤目的。目前，测量表面温场最直接、最快速的方法是红外热成像技术，所以热波检测又常被称为红外热波检测。值得指出的是，由于应用热波原理并采用主动性控制加热，红外热波无损检测技术与传统的被动式热成像检测是有本质区别的。二、设备原理示意图图1 设备原理图三、拟引进应用并改造创新设备式样 1、便携式（The ThermoScope system ） 2、大型分离式系统（EchoTherm）图2 便携系统图3 分离式系统四、该技术的几个应用实例 1，碳纤维增强多层复合材料受单点撞击后的层析探伤。材料厚度约4mm, 共32层。受单点撞击后表面无可见损伤。图4 32层碳纤维增强多层复合材料纤维方向示意图34ms 50ms 84ms140ms 224ms 408ms图5 受脉冲加热后，不同时间的热图显现不同深度层的损伤。各层损伤沿该层纤维方向扩展。受撞面1，2层无伤。花心为受撞点。1200ms2，红外热波无损检测用于表面下的识别。图6 脉冲加热后,表面不同区域的冷却曲线。用于飞机蜂窝结构材料的探伤检测与损伤特性识别。图中用彩色码对照显示。3、红外热波无损检测用于对民航飞机铝蒙皮的加强筋开裂与锈蚀损伤检测。图7 4×5 大小，波音737飞机被测区的可见光照片。可看清铝蒙皮上的铆钉和一快修补。图8 与图7同区域，4呎x 5呎面积，波音737飞机蒙皮的红外热波检测结果拼图。可看清铝蒙皮内部的加强筋开裂和锈蚀损伤。全部检测仅用时20分钟，这对于飞机在线检测十分重要。五、本项目的研发内容热波探伤技术是一门综合利用多种学科的实用技术。除热波的理论研究外，对其应用的研究应包含三方面的技术研究：加热技术、热成像技术、热图像处理技术。1 加热技术使用红外热波检测技术的基本要求是要能使试件的好与坏，正常与不正常，有伤和无伤的区别转换成其对外界控制加热的响应区别，并能最终在表面形成温差。因此对试件的加热技术是热波检测的关键技术。众多的行业都对无损检测技术提出各自的特殊要求。从起重机的钢索到精密光学镀膜；从航天飞机到人的牙齿，无损检测的对向和案例可说是无穷无尽。试件的材料，形状，尺度、表面条件、所处环境和可能存在的损伤特性都将影响检测结果。因此，能否针对不同类型的探伤问题，设计出实用、有效和巧妙的加热办法，将是成功使用红外热波检测技术的前提。另外，仅管在红外热波检测技术的发展过程中，脉冲加热、周期加热等方法已成常规，但面对不同的探伤问题，如何调整、控制加热频率和强度依然是重要课题。2 热成像技术热成像技术本身有远比其用于红外热波检测更广泛的用途。而热波检测仅仅是利用了它能对温度场快速成像的独特优势。但红外热波检测技术的发展无疑会促进热成像技术的发展，这一点可以由美国红外技术公司专为红外热波检测用途研制热像仪而得到证明。3 热图像处理技术在红外热波无损检测技术中对所获热图的处理有很多独特的课题。如对热源的反演计算和识别运算；对高祯频（可达千赫兹）图像流的快速处理；对快速变化的温场图像在时序上进行像元拟合，以获取无噪声图像；自动拼图运算；从低频扫描图像计算出高频瞬时图像等等。4 相关辅助技术包括对试件位置、姿态，加热、热成像、计算机图像板和热图像处理各单元的分控制和对全系统的控制，加热成像头的手控和遥控机械装置。六、项目的创新点与先进性 *Tera-Hz加热,用于薄膜和纳米材料镀膜的红外热波无损检测*可控微波加热,用于对复合材料的红外热波无损检测*表面下损伤识别*单向测厚技术*从低频扫描图像推算高频瞬时图像的算法七、预期研究成果 *红外热波无损检测系统*高祯频热图像处理与分析系统*利用红外热波无损检测技术实现航空蜂窝结构材料贮水和液压油渗漏的无损检测和识别。*利用红外热波无损检测技术实现对航空、航天多层复合材料的层析探伤。*利用红外热波无损检测技术实现对飞机铝蒙皮开裂和锈蚀的快速（少于每平米40分钟）检测。*实现非接触式单向测厚。*红外热波无损检测应用和图像处理技术中所需时序像元拟合算法。八、企业效益及发展思路在引进消化国外先进技术基础上，提供高附加值的增值服务。通过承接项目，将这项技术应用于国内航空、航天、军工领域中有关飞行器安全的检测；工业、制造业中对产品质量的监测；电力生产等很多行业对设备运转情况的监测；对产品研发过程中加载或破坏性试验后的评估；新材料研究；探测表面及表面下的裂纹、锈蚀、缺陷；各种粘接、焊接、涂层质量检测等行业和领域。通过与行业主管部门、学会、协会建立联系（前期工作已经开展），协调和协助有关部门建立行业标准、不同试件探伤类别标准，提供技术咨询、技术服务、技术培训、各类技术支持。通过改造和创新，研发出具有自主知识产权的新的技术、产品，降低原有设备成本、提高效益。使企业保持国内领先，达到国际先进水平，力争打入国际市场，在国际市场逐步占据较大份额。可参考以下文献资料:航空无损检测技术发展动态及面临的挑战先进复合材料的无损检测最佳无损检测手段—工业CT技术的发展无损检测新技术20年回顾

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