零件裂纹缺陷脉冲涡流热成像无损检测若干基础问题研究

Crack inspection and evaluation approaches are extremely important to insure critical components running in a safty condition in many fields , such as in high-speed railways, power generation equipments, nuclear energy equipments, aerospace equipments, oil and gas pipelines, and etc. Eddy current stimulated thermography has become to be one of the practical approaches of magnetic-electro nondestructive testing methods, which is being paid more and more attention by researchers around the world. The proposal aims to establish a theoretical and practical method for classifing and evaluating cracks on components based on eddy current stimulated thermography, which will focuses on both the theoretical basis and the practical methods. The main objectives of the proposal include :(1) Explore the relationships between geometrical features of components and cracks and the Joule heat behaviour, which could be the theoretical basis of defect detection and evaluation. (2) Develop a qualitative defect identification and quantitative defect evaluation method based upon analyzing and processing the IR images obtained by eddy current stimulated thermography to promote the efficiency and accuracy of defect indentification. (3) Research on the inspection sysytem design, including the coil design according to the geometric features of the components, the optimum experimental parameters selection, and the construction of the inspection system.

零件裂纹缺陷检测与评估技术对保障重大工程装备的正常运行具有重要意义，广泛应用于高速铁轨、大型发电设备的主要零部件、风力发电设备、核电站设备及各种管道、飞机结构及各部件、压力容器焊接接头等重要关键零件无损检测中。脉冲涡流红外热成像技术是电磁无损检测的重要分支，正受到国内外学者的高度重视，已成为电磁无损检测领域的研究热点。本项目将研究零件缺陷的脉冲涡流热成像无损检测的基础理论和缺陷评估方法，探讨零件几何特征和缺陷特征对脉冲电涡流与焦耳热行为特性的影响规律，为缺陷检测和缺陷定量评估奠定理论基础；研究零件裂纹缺陷红外图像的分析与处理技术，提出基于图像处理的缺陷定性识别与定量评估方法，提高缺陷判别的效率和准确性；研究缺陷检测的脉冲涡流热成像检测系统设计与搭建方案，以期形成基于脉冲涡流热成像技术的零件裂纹缺陷的分类和定量评估的技术原理与方法。

零件裂纹缺陷的无损检测和评价技术对保证重大工程装备的安全运行具有重要意义，广泛应用于高速铁路、发电设备、核电设备、航空航天设备、油气管道等的检测、监测与安全性评价。涡流热成像技术作为电磁无损检测技术的重要分支，正受到国内外学者的重视，已成为电磁无损检测领域的研究热点。本项经过4年的研究，分别对以下内容开展了深入研究：（1）零件裂纹缺陷涡流热成像检测基础理论；（2）检测系统设计；（3）热成像图像处理与数据分析技术；（4）缺陷定性判别与定量评估的原理与方法等开展了大量研究，取得了一些有价值的成果，实现了对缺陷类别的定性可视化判别和对缺陷几何参数（如缺陷大小、深度、倾斜角度等）的定量评估，构建了零件裂纹缺陷检测涡流热成像无损检测仿真分析平台和实验平台。.项目研究的主要成果包括：（1）建立了仿真分析模型，根据仿真分析结果建立了脉冲电涡流激励下的裂纹缺陷的几何特征以及缺陷位置行为曲线。（2）通过仿真分析探讨了热像图特征量和缺陷尺寸之间的定量关系，实现缺陷深度的定量评估。（3）探讨了涡流热成像图像处理技术，提出了通过二值化处理和图像特征提取的方案进行缺陷裂纹缺陷特征识别的方法。（4）开展了对涡流热成像、光学热成像和超声热成像三种无损检测技术的比较研究，结论有助于相关热成像无损检测技术的工程应用推广。（5）提出了利用拉格朗日插值算法进行缺陷深度定量化评估的方法。（6）提出了涡流热成像无损检测实验平台组建方案并完成了搭建工作。（7）提出了焊缝的涡流热成像检测与分类评估的方法。（8）提出了涡流热成像无损检测方法金属零件冲击疲劳损伤检测与评估方法。.项目研究共发表学术论文9篇，其中SCI收录2篇、EI收录4篇、北大中文核心期刊4篇，申请国家专利2项，其中发明专利1项已进入实质审查阶段、实用新型专利1项已授权。.已培养毕业硕士研究生5名、博士研究生1名，另有1名博士研究生和2名硕士研究生在读。