承压设备红外热像无损检测技术的研究

论文摘要

红外热像无损检测是基于热波理论而提出的一种新兴检测方法,具有响应速度快,测量结果直观、可固化储存,测量范围宽,且为非接触式等优点,是弥补超声、射线、磁粉、渗透和涡流探伤等常规无损检测技术局限性的重要检测技术,已成为设备预知性维修和在线监测与检测中最为先进有效的手段之一。本文针对红外热像检测技术的国内外现状,开发了基于电磁感应集肤加热的红外热像检测热激励技术,并结合这一热激励技术形成了有自身特色的红外热像无损检测方法,研究工作的具体情况如下：为增大设备缺陷处的热流扰动,并在设备表面温度场中清晰地显现出来,以提高对缺陷检测的灵敏度和深度,达到对设备缺陷的有效检测,利用电磁感应加热原理,构建了具有加热速度快、效率高、均匀性好的圆筒形构件热激励试验装置。该热激励装置可充分发挥电磁感应加热的集肤效应,在构件中产生的热流受缺陷边界的扰动影响大,非常利于试件内部缺陷的检测,并且简单可靠,成本低,便于使用。运用了大型通用有限元分析软件ANSYS模拟了圆筒形构件在电磁感应热激励下的红外无损检测过程,给出了含缺陷构件在热激励过程中的表面温度场及其变化规律,明确了缺陷大小、深度和位置等对表面温度分布的影响情况。针对压力管道模拟缺陷,开展了基于电磁感应热激励的红外热像无损检测试验研究。明确了电磁感应红外热像检测的影响因素和检测过程中应注意的事项,测取了热激励过程中含内壁体积型缺陷、内壁裂纹和外壁裂纹管道外表面的温度分布规律,成功实现了对压力管道中体积缺陷和裂纹的有效检测,得到了最佳激励时间和检测时间等重要参数的基础性数据。研究结果表明,基于电磁感应热激励的红外热像无损检测技术可有效提高承压设备无损检测的效率和可靠性,在承压设备的缺陷检测中有广阔应用前景。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 红外热像技术及其在无损检测中的应用进展
• 1.2.1 红外热像技术与红外热像仪
• 1.2.2 红外热像技术的应用
• 1.3 本文的主要研究内容及意义
• 第二章 电磁感应加热基本理论及数值计算
• 2.1 红外检测热激励技术简介
• 2.1.1 红外检测方法
• 2.1.2 热激励技术的发展
• 2.1.3 电磁感应热激励技术
• 2.2 电磁感应热激励技术基本理论
• 2.2.1 感应加热原理
• 2.2.2 涡流集肤效应
• 2.3 感应加热温度场分析
• 2.3.1 瞬态温度场微分模型
• 2.3.2 热传导定解条件
• 2.4 本章小结
• 第三章 电磁热激励下圆柱壳温度场的模拟研究
• 3.1 ANSYS热分析简介
• 3.1.1 热分析前处理
• 3.1.2 热载荷类型
• 3.1.3 加载方式
• 3.2 ANSYS软件中的耦合场
• 3.2.1 间接耦合方法
• 3.2.2 直接耦合方法
• 3.2.3 直接耦合法与间接耦合法的应用范围
• 3.2.4 电磁-热耦合
• 3.3 ANSYS模拟电磁感应加热
• 3.3.1 建立有限元模型
• 3.3.2 划分有限元网格
• 3.3.3 加载求解
• 3.4 模拟结果分析
• 3.4.1 沿周向分析
• 3.4.2 沿轴向分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于电磁感应的红外热像无损检测试验研究
• 4.1 检测系统
• 4.1.1 电磁感应加热器
• 4.1.2 红外热像仪
• 4.1.3 图像处理软件
• 4.2 检测技术研究
• 4.2.1 被测构件表面发射率
• 4.2.2 表面冷却
• 4.2.3 测试环境的影响
• 4.2.4 测试距离与测试角度的影响
• 4.3 基于电磁感应热激励的红外热像检测试验
• 4.3.1 试件介绍
• 4.3.2 体积型缺陷的检测试验
• 4.3.3 内壁裂纹缺陷红外检测试验
• 4.3.4 外壁裂纹缺陷红外检测试验
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介