丁汛DINGXun
（合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，合肥230009）
（SchoolofInstrumentScienceOpto-electronicEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China）
摘要：脉冲涡流热成像缺陷检测技术是一种重要的无损检测手段，其在复杂形状的缺陷检测中具有优势而备受关注。对脉冲涡流热成像检测优化目的在于寻找合适的激励手段，提高缺陷的检测能力。对脉冲涡流热成像检测技术进行优化的手段主要三种，在结合工程应用实际的基础上，介绍了目前国内外三种检测优化手段的研究进展。为了提高缺陷检测的能力，需要对激励线圈和参数进行优化设计。
Abstract:Pulsededdycurrentthermographydefectdetectiontechnologyisoneofthemostimportantnondestructivetestingtechnologiesandithasbeenpaidgreatattentionforitsadvantageinthetestingofcomplexshapes.Theaimtooptimizethetechnologyistofindouttheproperinspiritingwaytoimprovetheabilityofdefectdetection.Therearethreewaystooptimizethetechnologyofpulsededdycurrentthermographyandtheyarediscussedintheexampleofengineeringapplication.Theinspiritingcoilanditsparametersneedtobeoptimizedtoimprovetheability.
关键词：脉冲涡流热成像；优化；激励线圈
Keywords:pulsededdycurrentthermography；optimize；inspiritingcoil
中图分类号院TG115.28文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）20-0052-02
0引言
无损检测是指在保证被检测对象结构完整性和使用性的前提下，使用物理或者化学技术，对被测对象进行测量与检定，以评价其质量和安全状况。无损检测由于其可靠性、安全性和经济性而在国民经济中占有重要位置。常用的无损检测主要有：射线检测、超声波检测、涡流检测、磁粉检测和渗透检测[1]。
脉冲涡流检测方法是近几年来迅速发展起来的便于检测具有复杂几何形态零件的一种重要的无损检测方法[2]。脉冲涡流加热的优势主要为检测灵敏度和效率高，实际适应能力强并具备实现便携式检测的潜力，因此脉冲涡流加热检测技术一直是国内外研究的热点。脉冲涡流加热检测技术的优化能提高其缺陷检测的能力和准确性，本文介绍了国内外对脉冲涡流加热检测技术的研究进展情况。
1脉冲涡流加热检测技术原理
脉冲涡流加热检测技术原理如图1所示：线圈通入交变电流，由于电磁感应，在线圈旁边的导电样品中会产生感应电流，导体将产生焦耳热。由热传导定律可知，导体表面的温度分布可以反映导体的性质、状态及缺陷情况。若导体中有缺陷，则因为缺陷的参数与导体本身存在差异，将改变感生涡流在导体内部的分布，从而使热量的分布出现“冷区”和“热区”的异常分布。利用红外热像仪将导体表面的温度分布记录下来，并对温度图像进行处理，即可实现缺陷的识别、分类、定量检测等。
脉冲涡流热成像检测技术主要以工程应用实际为目的，研究存在裂纹、腐蚀等缺陷的材料，其物理参数、缺陷形状、尺寸以及激励电流的大小、频率、激励时间等因素对感应加热的涡流场和温度场分布的影响，解释工程应用和实验中出现的现象。
2脉冲涡流热成像检测优化研究现状
脉冲涡流热成像检测优化目的在于寻找合适的激励手段，提高对零件中所含缺陷的检测能力。目前，人们主要通过三种方式尝试实现缺陷检测的优化：一是改变激励线圈放置的位置，即通过改变线圈位置使加热方式为反射式加热或者透射式加热；二是改变激励线圈的一些条件，如改变它的外形，变换线圈的角度等；三是选择合适的激励参数，比如说实施激励时长。国外针对三种不同的优化手段，结合工程应用实际进行了研究，检测优化的研究进展如下：英国纽卡斯尔大学的田贵云研究团队就反射式和透射式两种不同的加热方式对脉冲涡流热成像技术的检测能力进行了比较和研究。实验证明，在检测钢材料的内部缺陷时，反射方式更加有利于缺陷深度的定量检测，但对缺陷识别时，透射方式对缺陷识别效果更好；反射式加热的缺陷在于，当钢材料出现壁厚变薄的缺陷，且缺陷深度与试件厚度的比值在0.5以上时，反射式加热将不能对缺陷进行有效识别，而透射方式还是能够对缺陷做出定量的检测[3]。对于复合材料碳纤维增强塑料（CFRP），在用透射式加热检测时，在涡流加热阶段更容易准确地检测出表面冲击缺陷，并把它显示为高温区；在热扩散阶段适合检查内部中空缺陷，并把它显示为低温区。采用主成分分析法和独立分量分析法两种方法对图像进行重构，能够对缺陷进行更好的定位，提高检测准确性[4]。希腊科学家N.
Tsopelas系统地研究了激励线圈如何影响感应加热。研究得出，如果想让磁场在试件表面均匀分布，那么线圈高度中心与导体表面的距离最好设置为线圈半径的一半[5]。在采用直径不一样的线圈对圆形的薄铝板进行低频（50HZ）感应加热时，发现线圈直径大于铝板直径时，对若裂纹与热量传播方向垂直，则对缺陷的检测效果更好，线圈直径小于铝板直径时，对与感应电流方向垂直的裂纹检测效果更好[6]。对四种不同形状的线圈（环形平板、方形平板、环形有限高、方形有限高）进行对比之后发现，当倾斜角为0度时，环形平板和方形平板线圈加热效果较好；倾斜角为90度时，环形有限高、方形有限高加热效果较好[7]。在工程应用中，应该根据缺陷的条件选取合适的加热方式并相应改变线圈的一些条件来提高对缺陷的检测能力以及检测精度。奥地利学者BeateOswald-Tranta在对铝棒的内部缺陷进行检测时，利用基于余弦变换的脉冲相位法处理图像的激励时间最优化问题，得出的结论是检测最佳时间与缺陷尺寸无关，而受到材料几何尺寸和物理参数的影响[8]。印度科学家N.Biju等研究了感应加热对壁厚减薄缺陷检测时的激励频率最优化问题，发现感应加热存在一个使温升最大的最佳激励频率，当趋肤深度大于材料厚度时，最佳激励频率与材料的趋肤深度与材料厚度的比值呈非线性关系，并与材料的电导率有关；趋肤深度小于材料厚度时，最佳激励频率与电导率和材料厚度之间存在线性关系[9]。德国科学家G.Walle等发现对于内部缺陷，低频激励（1.5KHZ）比高频激励（100KHZ）效果要好；对于下表面开口缺陷，激励频率较低时（300HZ），缺陷附近会呈现低温分布，提高激励频率（2.6KHZ）则呈现高温分布，结合有限元仿真模型，分析了频率不同时试件内部涡流的不同分布规律[10]。在进行缺陷检测时，要根据材料的厚度、导电率和缺陷位置对激励参数进行合理的设置，以期得到最佳的检测效果。
3总结
目前，国外对脉冲涡流感应热成像检测技术的优化研究发展迅速，实际应用也取得了一定的效果。检测技术的优化主要是结合实际应用展开，但检测技术的优化仍存在一些问题。
研究局限于实验中工件形状、裂纹走向和位置已知的情况，激励线圈形状简单，无法满足实际检测中缺陷形状多样、位置不确定的要求。由于涡流相对于缺陷的角度是影响缺陷检测的重要因素，对于一些简单形状的线圈，涡流走向单一，同时邻近效应的存在会给检测带来干扰，对实际复杂缺陷检测能力很有限，对一些特定种类的缺陷很可能出现无法识别的情况。因此，需要对激励线圈进行优化设计，分析其涡流分布规律和缺陷检测机理，分析激励电流频率、激励时间、提离高度等因素的影响，以达到对实际复杂未知缺陷检测的目的。
参考文献：
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