1、紅外熱波無損檢測技術(shù)在轉(zhuǎn)轍機無損探傷中的研究紅外熱波無損檢測技術(shù)在轉(zhuǎn)轍機紅外熱波無損檢測技術(shù)在轉(zhuǎn)轍機無損探傷中的研究無損探傷中的研究一、課題意義及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述一、課題意義及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述二、課題研究目標、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵性問題二、課題研究目標、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵性問題三、擬采取的研究方法、技術(shù)路線、試驗方案及其可行性分析三、擬采取的研究方法、技術(shù)路線、試驗方案及其可行性分析 四、課題的創(chuàng)新性四、課題的創(chuàng)新性Thanks課題意義國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述Back home課題意義課題意義 無損檢測（Non-Destructive Testing,簡稱NDT，也譯作非破壞檢查）技術(shù)是第

2、二次世界大戰(zhàn)后迅速發(fā)展起來的一門新興的工程科學(xué)。顧名思義，相對于理化試驗等破壞性試驗技術(shù)，無損檢測技術(shù)是不損傷被檢物使用性能與形狀的條件下進行檢測的技術(shù)，因此能實現(xiàn)百分之百檢查，從而在工業(yè)生產(chǎn)、在役檢驗、物理研究、生物工程等廣大領(lǐng)域獲得高度重視并促其迅速發(fā)展。 轉(zhuǎn)轍機是轉(zhuǎn)換鐵路道轉(zhuǎn)轍機是轉(zhuǎn)換鐵路道岔，將道岔鎖閉在規(guī)定岔，將道岔鎖閉在規(guī)定位置并給出道岔位置表位置并給出道岔位置表示的一種鐵路信號基礎(chǔ)示的一種鐵路信號基礎(chǔ)設(shè)備，它為道岔轉(zhuǎn)化和設(shè)備，它為道岔轉(zhuǎn)化和鎖閉提供動力，并表正鎖閉提供動力，并表正示道岔位置示道岔位置 轉(zhuǎn)轍機的安全性和可靠性對我國鐵路的快速發(fā)展，貨運重載和客運高速的戰(zhàn)略的穩(wěn)定實施，

3、具有關(guān)鍵性的影響。轉(zhuǎn)轍機作為一種以45鋼為主要材料的基礎(chǔ)設(shè)備，在其生產(chǎn)和工作過程中內(nèi)部所產(chǎn)生的外部不可觀測到的裂紋，勢必對鐵路的安全運營造成很大的影響。但是從實際情況出發(fā)，傳統(tǒng)的磁粉檢測和滲透檢測等又存在著檢測成本高、受工件尺寸影響大、檢測準確度不高和檢測速度慢等一系列的問題，所以傳統(tǒng)檢測方法不能完全應(yīng)用于轉(zhuǎn)轍機部件的損傷檢測問題。 紅外熱波無損探傷技術(shù)在國外一些大型公司和政府機構(gòu)已得到廣泛應(yīng)用 傳統(tǒng)的超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測應(yīng)用廣泛，并各有優(yōu)缺點。紅外熱波無損檢測技術(shù)紅外熱波無損檢測技術(shù) 相比傳統(tǒng)的檢測方法，紅外熱波無損檢測技術(shù)具有如下特點：1、適用面廣，同時用于金屬和非金屬材料；2、

4、檢測速度快（每次檢測只需數(shù)十秒鐘）3、可結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)，進行直觀的定量檢測；4、檢測結(jié)果清晰、易儲存、易識別；5、根據(jù)被檢測物可調(diào)節(jié)檢測面積，檢測面積大，易廣泛應(yīng)用。 基于“紅外熱波無損檢測技術(shù)”在轉(zhuǎn)轍機無損檢測之中的優(yōu)勢，本課題著眼于實際需要，主要研究將該檢測技術(shù)應(yīng)用于轉(zhuǎn)轍機的軟件組成和實現(xiàn)方法等，從而為轉(zhuǎn)轍機的損傷檢測提供一種速度快、可靠性高的新技術(shù)，最終將該項技術(shù)轉(zhuǎn)轍機的生產(chǎn)檢測領(lǐng)域，進而保證鐵路運營的可靠性和安全性，因此，這項研究具有非常重要的社會效益和經(jīng)濟效益。Back國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1800年英國的天文學(xué)家赫謝爾在研究太陽七色光的熱效應(yīng)時，在可見光普的紅外光側(cè)發(fā)

5、現(xiàn)了一種人眼看不見的射線，這種射線被稱為“紅外線”，也稱為“紅外輻射”或“熱輻射”。紅外熱波無損檢測技術(shù)實際上是把物體反射或自身輻射的紅外輻射圖像轉(zhuǎn)化成人眼可觀察的圖像的技術(shù)。 物體內(nèi)部出現(xiàn)缺陷時，其表面的熱場會發(fā)生變化，因此，通過接收來自物體表面的熱波，就可以對物體內(nèi)部的狀態(tài)做出判斷。Next 紅外熱波無損檢測技術(shù)的研究和應(yīng)用，對提高航空、航天器，多種軍、民用工業(yè)設(shè)備的安全可靠性；新材料研究，尤其是復(fù)合材料研究；石油管道、發(fā)電設(shè)備的探傷和日常維護；承重機械設(shè)備、大型建筑金屬結(jié)構(gòu)件的裂紋、焊接狀況、銹蝕、疲勞檢測等都具有重要意義，因此國內(nèi)外科技工作者對其投入大量精力。下面我將舉例說明：材料內(nèi)部

6、的無損探傷 紅外熱波無損檢測技術(shù)在材料內(nèi)部檢測的發(fā)展過程中：王永茂等人提出了根據(jù)試件表面溫差到達峰值的時間與內(nèi)部缺陷深度之間的關(guān)系推導(dǎo)出了計算缺陷深度的一維傳熱模型。趙鳴等則針對混凝土內(nèi)部缺陷的特征進行了研究，采用紅外圖像與數(shù)值模擬相結(jié)合的手段，利用LM神經(jīng)闊絡(luò)算法獲得了可以測量混凝土內(nèi)部任意形狀缺陷的深度和形狀的三維模型。Maldague Xivaer等提出了在脈沖激勵作用下通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計算試件缺陷深度的方法。為了從熱像圖中剔除表面混亂的引起的溫度異常以得到試件真止的內(nèi)部缺陷的溫度分布信息，美國勞倫斯立夫莫爾實驗室開發(fā)了一種全新的紅外檢刪療法一一雙頻紅外(DBIR)檢測。 結(jié)構(gòu)內(nèi)部的無損

7、探傷 電子科技大學(xué)應(yīng)用物理系的丁友福等人利用超聲紅外檢測技術(shù)對某型飛機起落架旋轉(zhuǎn)臂試件進行了多次裂紋檢測，結(jié)果表明超聲紅外檢測不僅能檢測表面可見裂紋，還可檢測表層以下的隱藏裂紋；還進一步指出圖像的微分處理對細小裂紋的凸顯作用。南京大學(xué)張淑儀院士用超聲波發(fā)射器對有疲勞裂紋的鋁合金試件進行熱量輸入，將拍攝到的紅外熱圖像與計算機模擬仿真結(jié)果進行對比，實驗表明超聲紅外熱像技術(shù)對于裂紋缺陷、不均勻結(jié)構(gòu)及殘余應(yīng)力非常敏感，從而給出超聲紅外檢測的理論依據(jù)。國外的Ahsan Mian等人把超聲紅外檢測技術(shù)應(yīng)用于復(fù)合材料的疲勞裂紋檢測，并將結(jié)果與采用脈沖紅外檢測的結(jié)果進行對比，兩種紅外熱波檢測方法得出的結(jié)果一致

8、，結(jié)果證實了超聲紅外能檢測出脈沖紅外無法檢測的細微的、表面的疲勞裂紋。 無損探傷在質(zhì)量檢測中的應(yīng)用 清華大學(xué)的孫格靚等人，應(yīng)用紅外熱波檢測技術(shù)，進行了水泥構(gòu)件中缺陷的檢測與評定研究；檢測混泥土火災(zāi)損傷程度。北京科技大學(xué)表面科學(xué)與腐蝕工程系的付冬梅等人從傳熱學(xué)的基本理論入手，對熱設(shè)備的散熱損失計算方法和保溫材料絕熱性能的分析校核方法進行了分析闡述，通過現(xiàn)場對焦化加熱爐進行紅外熱像檢測，并采用自己所編寫的軟件論證了方法的實用性和可靠。 無損檢測技術(shù)的檢測圖像顯示、理論模型以及檢測速度，在國內(nèi)外都有較大的發(fā)展。無損檢測技術(shù)在其他方面的應(yīng)用 從國內(nèi)外紅外熱波無損檢測技術(shù)的研究領(lǐng)域和研究成果來看，該項技

9、術(shù)正在精確化、自動化、智能化、便攜化和標準化方向發(fā)展。具體來說就是： (1)研究工作已經(jīng)從定性向定量方向發(fā)展； (2)多樣、方便、精確的熱激勵方式的研究； (3)紅外信息處理技術(shù)的智能化發(fā)展； (4)自動化檢測系統(tǒng)、便攜式檢測系統(tǒng)的研究； (5)深入研究材料內(nèi)部熱紅外無損檢測的技術(shù)工作：缺陷自動判別等。 基于紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展趨勢，應(yīng)用此技術(shù)對物體內(nèi)部缺陷進行檢測的研究將從對物體次表面的大缺陷檢測向?qū)ξ矬w內(nèi)部深度小缺陷的檢測發(fā)展，從一維研究向三維方向發(fā)展，進一步拓展紅外熱成像無損檢測技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域研究目標 針對目前紅外熱波檢測技術(shù)存在的問題進行改進，基于有限元分析方法，運用Anasys模擬和

10、分析紅外熱波無損檢測過程，分析影響紅外熱波無損檢測的一些因素，給出不同類型缺陷的有限元模擬分析方法，最后通過紅外熱像儀系統(tǒng)進行實驗驗證，并結(jié)合紅外圖像的特點，證實運用紅外熱波無損檢測對轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部裂紋的檢測分析是可行的，且經(jīng)處理后的圖像符合缺陷檢測的要求，最終取得了良好的實驗結(jié)果。研究內(nèi)容（1）深入研究有限元分析在紅外熱波無損檢測中的應(yīng)用，并分析在轉(zhuǎn)轍機部件材料（45鋼）中的溫度場分布。（2）分析影響紅外熱波無損檢測方法準確性的原因，研究減少外部干擾的方法。 （3）針對轉(zhuǎn)轍機，對比各種熱激勵方法的優(yōu)劣性，找出適合的熱激勵方式。 （4）通過對轉(zhuǎn)轍機部件內(nèi)部裂紋的實驗驗證，從而對轉(zhuǎn)轍機部件內(nèi)部裂紋的

11、理論分析進行對比，從而對裂紋進行定性和定量的檢測。Back home （1）有限元熱分析如何在無損檢測中的應(yīng)用，怎樣對轉(zhuǎn)轍機部件進行模擬仿 真，從而為準確可靠的檢測標準提供依據(jù)。 （2）轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部裂紋產(chǎn)生的規(guī)律和損壞特點，裂紋的存在深度、長度及分布特點是怎樣的。 （3）研究紅外熱波圖像的格式，找出將其轉(zhuǎn)化為較容易處理的位圖文件格式的方法，從而使損傷點清晰可見。擬采取的研究方法 以Anasys(有限元分析) 、紅外熱波無損檢測技術(shù)為理論基礎(chǔ)采用理論分析、系統(tǒng)開發(fā)、仿真設(shè)計與實體實驗相結(jié)合的研究方法。Next技術(shù)路線圖實驗方案 （1）通過實地對轉(zhuǎn)轍機應(yīng)用環(huán)境的研究考察，從而建立相應(yīng)的質(zhì)量評價標準。

12、 （2）以Anasys、ProE等軟件為平臺，開發(fā)轉(zhuǎn)轍機的仿真系統(tǒng)，創(chuàng)建相應(yīng)的熱分析模型，從而對轉(zhuǎn)轍機的易產(chǎn)生裂紋的部位進行定性定量分析。 （3）用相應(yīng)的紅外無損探傷儀器，在實踐中對理論結(jié)果進行對比分析，進而生成可視化的內(nèi)部裂紋損傷圖像。 Back home可行性分析 （1）目前國外很多企業(yè)已經(jīng)在實踐應(yīng)用紅外熱波無損檢測技術(shù)，而且國內(nèi)對出針對紅外熱波無損檢測技術(shù)的實驗與研究正在不斷地快速發(fā)展。如在北京交通大學(xué)、北京航空材料研究院、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西安交通大學(xué)、華北工學(xué)院等單位都進行過一些主動加熱紅外圖像獲取方面的理論和實驗研究嘗試。 （2）當(dāng)代有限元熱分析技術(shù)、建模仿真的不斷發(fā)展與完善為本課題的研究提供了理論基礎(chǔ)。 （3）大量閱讀了有限元分析技術(shù)