摩擦焊焊缝的振动红外热像无损检测技术的研究

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。 2100433B

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。

热红外图像是灰度图像，没有色彩或阴影，图像分辨率低，图像缺乏层次感；由于景物热平衡、传输距离和大气衰减等原因，造成热红外图像空间相关性强、对比度低、视觉效果模糊；外界环境的随机干扰和红外成像系统的不完善，给热红外图像带来多种多样的噪声，这些分布复杂的噪声使得热红外图像的信噪比高不利于后续环节如图像融合、目标识别的处理。热红外图像中普遍存在着目标边缘轮廓模糊，背景对比度差等缺点，如果红外传感器较远，再加之受大气恶劣条件的影响，此时获得的热红外图像信噪比和对比度将更低，图像质量很差。

红外热成像技术是一种非接触式的可视化探测方法，具有探测范围大、信息损耗小等优点。该技术可进行全天二十四小时不中断作业，白天黑夜均不影响其探测效果，同时通过光电转化、目标处理等方法将红外信号转换成可供人类视觉分辨的图像，并且可以将每点的温度值计算出来。红外热成像技术使人类可以直观的识别物体表面温度分部状况，从而进一步分析物体内部存在的问题，为我们由表至里的探测提供了可能。

红外热成像仪是以对红外线敏感的光敏元件为基础，由红外线探测器、光机扫描系统组成，接收物体因内部热能量而向外辐射的红外线，使用光学成像原理将这种能量以光学可视化的形式显示出来。面阵焦平面阵列器件因其没有光机扫描及探测器转换过程，简化了可视化的过程，而成为当前比较领先的热成像手段。模拟信号经过解调器处理、放大后使用探测器或者在显示屏上显示所生成的热红外图像或者温度值，而且可以对获取的温度值进行进一步计算及统计。

对象的选择是左右探测效果的重要因素，选取对象时需考虑其所处的环境情况，当对象温度与其背景温度相差不大时，探测会有很大难度。在这种状况下，需要探测人员熟知热辐射的特点，调节合适工作波段，让探测对象在该波段下的热辐射能量能显著的显示出来。除此之外，还需详细了解目标的外形特征、尺寸大小、正常温度范围等一些系类详细信息，方便我们在探测时给出正确判断。

通常来说，获取热图像的方法是使用热像仪，热像仪是依据红外热辐射原理工作的。

随着电子技术的迅猛发展，新半导体材料的不断出现，红外测温技术的完备程度不断提高，热图像的获取速度快，获取的热图像精度和灵敏度高，在科学研究、现代工程技术和军事领域中应用越发广泛 。