余逸聰

摘 要：結(jié)合主動加熱方式差異，論述了主動紅外熱成像無損檢測技術(shù)理論基礎(chǔ)及技術(shù)特點。將主動紅外熱成像無損檢測技術(shù)運用于飛機機體結(jié)構(gòu)缺陷、復(fù)合材料缺陷、葉片裂紋等無損檢測。根據(jù)主動紅外熱成像實驗技術(shù)特點，對飛機檢測技術(shù)進行了研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：民航飛機;紅外熱波成像;檢測技術(shù)

最近幾年，我國各研究機構(gòu)都對主動紅外熱成像技術(shù)飛機檢修進行了研究。對于理論研究，我國研究者與國外研究者相比，不甘落后?？墒窃趯嵺`中，國外已經(jīng)實現(xiàn)了應(yīng)用，國內(nèi)仍舊處在研究中，造成此種差距的因素很多，硬件設(shè)備的差距是其中重要的因素。針對技術(shù)來講，必須對目前的研究成果進行總結(jié)，使得新的主動紅外熱成像技術(shù)在飛機檢測中得到更好的應(yīng)用。

一、主動紅外熱成像無損檢測理論基礎(chǔ)與技術(shù)特點

主動式紅外熱成像技術(shù)就是通過外部熱源實現(xiàn)物理的加熱，通過紅外熱像儀對物體不同時段的溫度進行確認，從而對其中存在的缺陷進行判斷。所以，其就是對導(dǎo)熱問題相關(guān)的微分方程的反問題進行求解，結(jié)合紅外信號將缺陷信息進行重建。在求解此反問題時，輸入材料參數(shù)、加熱參數(shù)以及溫度空間分布，溫度隨著時間發(fā)生變化，輸出缺陷橫向尺寸、深度以及缺陷厚度等[1]。主動紅外成像需將外部加熱條件作為依托，其是主動紅外熱成像和被動紅外熱成像的不同之處。其中主紅外熱成像需要根據(jù)測試材料的不同以及不同的缺陷等對外部熱源進行相應(yīng)的設(shè)計，如熱風(fēng)高能閃光燈、超聲波燈，再利用計算機對外部熱源的加熱周期燈進行把控，利用不同種類的紅外熱像儀來采集檢測物體表面的熱波信號，再利用熱成像軟件對圖像信號進行有效的處理，并將可視圖像測試結(jié)果進行呈現(xiàn)。主動紅外熱成像技術(shù)作為飛機檢測的重點研究，是因為其與其他檢測技術(shù)存在著不同，新型非制冷紅外熱像儀相較于傳統(tǒng)的熱電測溫要快數(shù)千倍。紅外熱像儀測溫理論下限為熱力學(xué)零度，并不存在理論上限，實際測溫的上限可到達5000至6000C。進行一次紅外熱成像測量能夠達到0.1平方米，針對大規(guī)模的檢測對象可以實現(xiàn)自動拼圖，能夠進行更加充分的觀測。有著廣泛的適應(yīng)面，不但對金屬材料進行檢測，還能對非金屬材料進行測量。一般外部熱源與紅外熱像對測量物體的同側(cè)需要進行非接觸式測量，對被側(cè)物體的溫度不造成影響，此項技術(shù)適用于測量運動中的物體以及存在危險的物體等[2]。紅外熱像儀所輸出的圖像信息更加直觀容易理解，并且信息十分豐富。此外，主動紅外熱成像設(shè)備能夠移動，利于攜帶，特別符合飛機無損檢測以及在現(xiàn)場進行檢測。

二、主動紅外熱成像無損檢測技術(shù)與研究進展

1984年，脈沖加熱紅外線成像技術(shù)最先由英國的Milne提出，接下來美國和加拿大等也對此技術(shù)展開了研究，當(dāng)前此項技術(shù)成為各個國家重點研究的紅外熱成像技術(shù)?？墒窃谇蠼鈱嶋H熱傳導(dǎo)模型的過程中局限于復(fù)雜的邊界條件，造成其很難進行準(zhǔn)確的解析，各大文獻中顯示的解析多數(shù)是實際邊界條件的近似值，相較于實際測量結(jié)果存在著很大的差異，可是對研究被檢測物體中存在的缺陷發(fā)揮著指導(dǎo)的作用[3]。1988年，Reynoldsol針對求解脈沖加熱紅外熱成像提出了一個簡便的指數(shù)模型，有待測試物體表面缺陷區(qū)域和完好區(qū)域的溫度差，明確其溫度差與缺陷在物體中深度的關(guān)系，如此了解到脈沖加熱紅外熱成像技術(shù)能夠?qū)ξ矬w接近表面的缺陷進行檢測。1988年，Milne通過有限元法測量受脈沖輻射加熱的金屬試件內(nèi)近表缺陷深度，根據(jù)熱傳導(dǎo)理論進行二維近似研究。1991年， Lau基于脈沖加熱輻射，對金屬試件內(nèi)近表缺陷深度的簡單三維模型作出了近似分析，該模型充分地體現(xiàn)了缺陷對表面溫度場分布的影響。結(jié)合此模型對缺陷大小、深度以及與表面溫度分布間的關(guān)系進行探討。1991年， Hobbs等人對金屬表面各種涂層材料展開了研究，通過實驗對材料進行研究。1998年，起薛書文等對脈沖紅外熱成像技術(shù)理論及試驗進行了長時間研究，利用此技術(shù)對金屬內(nèi)部近表缺陷進行了檢測，并且在理論方面提出評價脈沖紅外熱成像進行無損檢測分辨力的憑證。2000年，梅林等對脈沖加熱紅外熱成像技術(shù)進行了研究，并運用了有限元模擬，針對各種材料展開了深入研究以及進行了定量測量，并且提供了理論模型。2006年，張存林等對新型脈沖熱源裝置進行了研究，并且申請了專利。2006年，張存林等使用閃光燈脈沖熱源對玻璃鋼平底洞試件進行了加熱，并對熱圖加以測試，對熱波單向測厚的方式進行了研究。2008年，張存林、李艷紅等給出了脈沖位相分析的處理數(shù)據(jù)的方法，使得紅外熱波無損檢測能夠測量出缺陷的深度，對圖像相位頻率信息進行獲取，結(jié)合熱波頻率和傳導(dǎo)深度存在的聯(lián)系，來檢測缺陷深度。從整體來講，脈沖加熱紅外成像技術(shù)受到了廣泛的應(yīng)用，并且得到了大量的研究，可是此項技術(shù)依然有著缺陷，如測試試件的厚度十分有限，需要熱源具備較高的均勻性，因為受到檢測試件結(jié)構(gòu)所影響，其只能對平板試件進行檢測，無法檢測形狀較為復(fù)雜的試件。

三、將主動紅外熱成像無損檢測技術(shù)應(yīng)用于飛機檢測中的進展

飛機機身和機翼是由鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制作而成，其缺陷體現(xiàn)為緊貼型缺陷、間隙型缺陷、弱膠接以及芯子缺陷等。當(dāng)前在檢測的過程中經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷為飛機蜂窩結(jié)構(gòu)脫粘缺陷、焊接鉚接損傷、腐蝕損傷等。采用紅外熱成像技術(shù)來檢測脫粘缺陷，再對其損傷特征進行辨別，迅速的檢測試件粘接質(zhì)量。第一，關(guān)于飛機碳纖維增強多層符合材料試件缺陷檢測中存在的問題，WangXun等進行了研究，通過脈沖加熱紅外熱成像能夠得到各個時間段所呈現(xiàn)的破損情況。李艷紅等利用脈沖紅外成像技術(shù)檢測了航空的碳纖維層壓板，得到的熱圖將被檢測材料的內(nèi)部缺陷充分的反映。對于檢測飛機發(fā)動機渦輪葉片的故障在發(fā)動機安全檢測中十分關(guān)鍵，包含熱障涂層損傷、裂紋檢測以及冷卻通道堵塞等。在熱風(fēng)的作用下來比較正常葉片以及故障葉片，能夠?qū)嵴贤繉訐p傷情況進行判斷。利用高能氙燈對葉片給予熱刺激，熱像儀會將葉片表面瞬間的溫度變化進行記錄，運用熱圖像對葉片內(nèi)部溫暖場進行重新構(gòu)建，能夠確認葉片內(nèi)部通道的堵塞情況。利用低頻高能鎖相超聲進行熱激勵，在運用紅外熱像儀來比較正常葉片以及故障葉片，對故障葉片的破損情況進行判斷。第二，飛機的機身、起落架、機翼等裂紋檢測對于主動紅外熱成像技術(shù)而言屬于最為關(guān)鍵的應(yīng)用。根據(jù)當(dāng)前的應(yīng)用狀況，在飛機部件裂紋檢測中可運用脈沖加熱、微波加熱以及鎖相超聲加熱，將主動紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用于鑄鋁引擎外殼裂紋、銅焊裂紋、鋼曲軸裂紋等都具有顯著的效果。超聲發(fā)射頭具備合理的設(shè)計，并能夠利用超聲加熱紅外熱成像技術(shù)在結(jié)構(gòu)疲勞裂紋、應(yīng)力裂紋等檢測中進行提前報警，對于此，美國韋恩州立大學(xué)研究利用超聲加熱紅外熱成像技術(shù)取得了良好的研究成果[4]。

四、結(jié)束語

綜上所述，針對飛機檢測應(yīng)用來講，主動紅外熱成像技術(shù)不斷的被廣泛應(yīng)用，并且具有高分辨率，能夠進行定量測試，外部加熱方式呈現(xiàn)多樣化，正朝向破損缺陷測試自動化發(fā)展。在主動紅外熱成像飛機檢測技術(shù)發(fā)展中，需要充分的總結(jié)經(jīng)驗，不斷的對設(shè)備進行完善，所以對于外部主動加熱方法和熱圖像影像質(zhì)量的研究還需要進行各種實驗。

參考文獻：

[1]周家緯、李清英、郝路、周治榮、蔡銘.基于閃光脈沖紅外熱波檢測技術(shù)的蒙皮外冰形分析[J].智能計算機與應(yīng)用，2020，v.10（6）：141-144.

[2]周建民，陳超，涂文兵，等.紅外熱波技術(shù)，有限元與SVM相結(jié)合的復(fù)合材料分層缺陷檢測方法[J].儀器儀表學(xué)報，2020，v.41（3）：31-40.

[3]李向東，殷晨波，陳曦，等.基于紅外熱波技術(shù)的起重機械金屬氣孔缺陷識別[J].機械工程與自動化，2020，No.219（2）：182-184.

[4]魏嘉呈，劉俊巖，何林，等.紅外熱成像無損檢測技術(shù)研究發(fā)展現(xiàn)狀[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2020，v.25（2）：68-76.