摩擦焊焊缝的振动红外热像无损检测技术的研究

摩擦焊焊缝振动红外热像无损检测技术(VibroIR NDT)在航空航天制造和维修中有迫切的需求和广阔的应用前景。本项目将研究摩擦焊焊缝内部闭合裂纹和紧贴型缺陷VibroIR NDT的基础理论和关键技术。以超声激振、弹性振动、内摩擦和传热等物理耦合过程的数值计算为基础，建立焊缝VibroIR NDT的计算机仿真分析方法，研究试件在高频振动激励下机械能向热能转化及热的传递规律；开展超声激振方法和激振模式研究；进行检测条件的优化；研究低对比度红外热像序列的信号分析、处理和噪声抑制方法以及缺陷特征提取和表征算法。项目的创新点是，在国内首次对摩擦焊焊缝的VibroIR NDT进行系统的研究，提出激振方法和信号处理等关键技术的实现方法，实现检测技术的演示验证。项目完成后将形成有自主版权的摩擦焊焊缝VibroIR NDT技术，对保证摩擦焊的焊接质量和推动IR NDT技术的进步都具有重要的意义。

本项目研究了摩擦焊焊缝内部裂纹缺陷的振动红外热像检测方法和技术。研究内容包括：超声红外热像检测的传热和振动规律，焊缝热像检测的热激励方法和激励系统，热像检测数据处理方法，振动热像检测应用软件开发。研究结果表明，相对于复合材料而言，金属材料内部裂纹的检测宜用短时超声激励；采用一定支撑方式和超声激振相结合容易实现共振，有利于微小缺陷的检测；采用功率超声电源和夹芯式压电陶瓷超声换能器组成的激励系统可实现高频激振；利用先进的热像信号处理方法可使原始红外热像中的缺陷信息得到显著增强，从而提高检测方法的缺陷探测能力。项目的主要工作成果是：提出了摩擦焊焊缝振动热像检测的方法；完善了摩擦焊焊缝振动热像检测理论；找出了金属材料内部裂纹超声振动激励红外热像检测的规律，优化了检测条件；发展多种先进热像数据处理方法；开发了超声激振装置、应用软件及振动热像检测原型系统。该系统具有单次检测面积大、速度快、对人安全和可视化等优点，是裂纹等内部缺陷检测有力工具。本课题的研究对解决我国摩擦焊接头内部缺陷检测难题及推动红外热无损检测技术的进步都具有重要意义。