涡轮叶片红外热波无损检测技术研究

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涡轮叶片红外热波无损检测技术研究孙国栋吴云峰叶玉堂冯晓星李洋电子科技大学光电信息学院,四川成都

摘

要涡轮叶片的造价昂贵为了满足涡轮叶片缺陷检测中的安全性要求,提高检

测效率,本文采用红外热波无损检测技术对航空涡轮叶片内部冷却风道的缺陷进行检测该技术不同于传统的红外检测方法,它是通过主动控制激励热源和分析测量样件表面的温度场变化获得样件表面及内部的结构信息,从而达到检测目的的提出了烘热激励法、冷热水交替喷流激励法、涡流激励法和蒸汽激励四种检测方案,所得图像表明该技术有其独特的先进性

关键词无损检测红外热波激励源

中图分类号

文献标识码

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引言涡轮叶片的造价很高川,出于经济方面的

进行精确检测,有利于正确评估叶片的损伤形式和损伤程度,确定叶片的可修理度和适当的修理技术,因此对叶片修复具有重要的指导意义。

考虑,人们通常是在维修车间采用先进的修理技术对存在缺陷和损伤的叶片进行修复的,这样可以延长其使用寿命,从而可以减少新叶片的

传统的无损检测技术各有其缺点比红外热波无损检测技术

,而

更换在修理之前,对叶片的形状和结构完整性收稿日期于作者简介孙国栋

一是集热学、计算机

,男,重庆市忠县人,硕士研究生,主要从事红外无损检测技术研究

贾

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蘸蘸蘸馨耀馨缨翼黝瓢黝翼薰瓢馨馨科学和图像处理技术为一体的无损缺陷检测方法,是金属缺陷探测领域中的红外探伤技术的重要补充,具有广阔的应用前景

其内部扩散如果工件内部存在缺陷,缺陷介质与正常介质之间便存在热传导性能差异,经过一定时间,缺陷点处就会产生热量积累或热量减少现象,引起工件表面温度梯度的变化,表征为温度异常人们可以用红外测温仪器扫描试件表面并测量试件表面的温度分布情况当检测到

基础理论辐射源斯蒂芬一玻耳兹曼定律指出,黑体辐射

温度异常点时,就可以断定该点表面或内部存在缺陷

强度和温度之间满足如下关系式

“一劝丈式中,

入

人入一」

实验系统为黑体本实验系统是通过提高辐射率、提高温差以及改进工艺等来获取最佳实验效果的。我们在叶片表面涂黑油漆以提高辐射率,并在此基础之上采用四种方案进行检测。系统的主要硬件有红外热像

仪、三维移动平台和电动精密旋

为黑体全波辐射出射度,

的热力学温度,,

二

咤

士

一为斯蒂芬一‘玻耳兹曼常数实际物体的辐射强度除依赖温度和波长

外,还与构成物体的材料的性质和表面状况等因素有关,其辐射强度与温度的关系如下

转台,其中红外热像仪用于探测叶片表面的热辐射三维移动平台用于改变红外热像仪的位置,使其视场对准叶片电动精密转台用于改变叶片与红外热像仪之间的角度

。式中,或率热传导理论

为实际物体在温度

下的全辐射

洪热激励法本方案采用让激励源从外部激励然后进行内部冷却的方式系统硬件包含加热箱、高压气

当物体内部有热源时,其强度为,其相应的热传导方程为

,,,,

源系统和温度实日监创控系统本方案所采取的是红外无损检测主动式双面法,需要先对叶片进

行加热,使其初始温度处于较高点,然后对其内。。。二二,,”,,

部风道区域进行冷却由于要检测的是叶片的内部风道,故先将叶片加热到一定温度,然后将高压室温气体通入叶片的内部风道在冷却风道中,高压室温气体与叶片进行强烈的热交换,导致与冷却风道区对应的表面区域温度变得较

式中,。,。,亡为温度的分布方程,其中二

为热传导系数,。比热,为。

为密度

红外热波检测技术红外热波检测是一种通过主动式受控加热

低,这样其辐射强度也就变得相对较弱热像仪通过测量叶片表面辐射场,测出温度场,也就测

来激发被检物体的温度场分布然后利用红外热成像技术检测被检物中缺陷的无损检测技术,它所使用的热源有大功率闪光灯、超声波、激光、微波和电磁感应等陈‘红外热波检测的原理是基于物体的热辐射特性,扫描记录或观察试

出了叶片内部冷却风道区的温度。当叶片冷却风道发生堵塞时,通入气体与叶片的热交换和热传递受阻,形成热量堆积,相应部位就得不到充分冷却,温度就会比其它区域偏高这样通过对待测叶片表面热图像信息的提取、处理及将其与正常叶片热图像的比较、分析,就可判定叶片冷却风道是否发生堵塞。冷热水交替喷流激励法由于气体的比热容比较小,冷却气体与叶片进行热交换和热传递时所带走的热量就比较,,

件表面由于缺陷和材料不同受到热激励而引起的温度变化,通过对表面温度场分布的检测获

取工件的缺陷信息,因此它又被称为热无损检测其检测过程与被检物体的热扩散过程紧密相关当热量被加在试件上时,热流注入试件并在贾

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