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红外技术在机械零件内部检测中的应用

曹立男

沈阳飞机工业(集团)有限公司,辽宁沈阳,110034

摘要: 如果受检测的机械零件在长期使用过程中受到一定的损伤,或是零件有一些残余应力没有消除,则其结构是不够均匀的,此时红外线对机械零件的损伤部位进行照射后,其辐射影像也会和其他正常部位有明显不同,人们可以清晰看到零件表面中的温度场分布并不均匀。通过红外热像仪,能对机械零件的热像图进行记录,结合热像图所表现出来的具体特征,便可对机械零件内部的损伤部位、损伤程度、损伤形状等有所了解。正是在红外技术的帮助下,人们能快速判断机械设备中各种零部件的磨损、损伤情况,进而采取相应的措施来进行有效解决,从而最大限度降低了机械设备故障概率。为此,以下便对红外检测技术进行了概述,并通过相关实验来对该技术在机械零件内部检测中的具体应用进行分析。
关键词: 红外技术;机械零件;内部检测
DOI:10.12721/ccn.2021.157015
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引言

随着我国工业的快速发展,针对机械产品的性能指标也不断提高,在机械制造过程中由于各种不确定因素影响产品质量,为了解决这一问题,把红外技术引入机械产品生产制造过程中,也进一步要求掌握红外技术和设备的应用,进而对金属零件进行质量评价,确保零件的性能使用寿命,促进我国现在工业稳定发展,本文主要对工业中红外技术的应用进行探究分析。

1红外测温技术概述

1.1红外测温方法

目前,利用红外测温技术对机械零件进行故障检测的方法主要有3种:①温度探测法。通过对变电设备内外部温度进行探测,对照有关规定的设备温度和温升极限,结合环境气候条件、负荷大小进行分析判断。检验设备是否处于正常状态,当变电设备出现异常时,会产生大量热量,使机械零件表面的温度高于正常值,红外探测设备发出警报,表示该检测设备出现故障。②比较法。在同种工作条件下,利用红外探测设备对2个同型号的机械零件表面温度进行探测,比较2个设备的温度。当温差较大时,表明其中1个设备出现故障,温度越高的设备故障概率越大。③热图谱分析法。根据同类设备的正常状态和异常状态的热图像进行差异性分析,从而判断设备是否正常。

1.2影响因素

影响红外测温结果的因素是多方面的,主要体现在3个方面:①设备负荷。当机械零件高负荷运行时,会导致温度偏高,而采用红外探测设备会根据探测温度发出警报,影响探测结果。②周边温度。外界温度对红外探测的结果影响较大。当在夏季高温环境下,变电设备会吸附外界热量,使机械零件温度高于正常值,导致红外探测设备结果出现误差;当在冬季低温环境下,外界冷空气会降低变电设备的温度,导致红外探测设备无法诊断出设备的异常。③红外探测设备性能。探测结果的准确性是由设备的性能和质量决定的,设备性能越好,诊断的结果越精确,而红外探测设备的使用时间、存放环境等都可能会影响设备的性能。

2应用优势

红外技术将电子信息技术作为基础,对需要检测的机械零件做无损检测,比传统的检查流程更加简单,而且该系统可以随时的将检测的结果进行反馈,在第一时间将不符合标准的机械零件排除出去,从而大大提高了检测的效率。随着科学技术的发展对于机械零件的检测系统更加完善,在改检测系统中,应用红外技术可以获取全面的图像,并对图像进行分析和处理,还可以将分析的数据和信息传达给工作人员,即输出和显示,从而很大程度地降低了检测的误差。想要提高检测过程的精准度,就要引进非常优秀的机械零件无损检测人才,将图形识别技术合理的应用在实际的工作过程当中,而且还减少了劳动力的投入,可以非常有效地缓解一些企业的投资压力。

3红外技术在机械零件内部检测中的应用

3.1设备仪器

在应用红外技术来检测机械零件内部缺陷时,必须存在热源注入,可利用电吹风作为热源,而用水与冰块来进行降温,以确保所制作的机械零件实验模型在探测过程中能实现温度升降,进而使其缺陷部位与正常部位能在温度的影响下而产生不同的热导率。在此次实验中,采用的仪器是由美国FLIR公司所研发的红外热像仪,具体型号为ThermaCAMSC500型,并应用了与之相配套的ThermaCANResearcher2002应用软件。ThermaCAMSC500型美国红外热像仪中安装有长波焦平面在线式热分析装置,并应用了非制冷微量热型探测器技术,这使其能对温度进行精确测量,并且热灵敏度极高。ThermaCAMSC500型美国红外热像仪中还配置了实时数字分析装置,并利用计算机连接PC卡接口装置,以便于对5帧/s~7帧/s的数字图像进行实时采集,并可对该图像进行温度测量与统计分析。此外,该红外热像仪还和ThermaCAMResearcher2002应用系统共同使用,这能使其对50幅/s~60幅/s的热图数字进行实时化记录以及数据分析。

3.2实验流程

1)通过电吹风来加热由钢板制作的机械零件模型,并通过红外热像仪对该模型的温度变化情况进行全程记录。2)用电吹风加热机械零件模型的另一侧,即钻孔面,并通过热像仪对正常面与钻孔面的温度变化情况进行全程记录,当模型表面的温度达到150℃,采用喷雾剂对其正常面进行喷水,并确保喷水均匀,喷水频率控制在每10s一次。3)待正常面的温度降低至50℃后,通过红外热像仪来对模型正常面的温度变化过程进行记录。4)用冰块对模型进行均匀冷却,以此重复冷却过程并进行记录。5)用电吹风对模型进行继续加热,使模型表面温度上升至150℃,然后进行自然冷却,使其重新下降至50℃,在此过程中通过红外热像仪来对冷却过程进行记录。6)将模型进行加热,使其重新上升至150℃,然后进行均匀喷水,并保持喷水频率间隔,以确保模型表面温度能降低至50℃,并通过热像仪来对该冷却过程进行记录。7)用冰块冷却代替喷水,并对实验进行重复,以此对模型的温度变化进行记录。8)在冷却过程中用冰块对钻孔面的局部进行冷却,并重新进行第四步,然后对冷却过程进行记录。

结语

1)相比于其他钢材,A3钢具有更大的实验难度。2)要仔细、快速地观察,在将冰块进行均匀涂抹过程中需要对表面热像图进行密切观察。3)要取得理想的检测效果,需要对机械零件采取快速加热与降温措施。4)为了使缺陷处得到更好检测,必须确保金属表面的平整性,并且表面不能过于光滑,应提前适当对金属表面进行黑化处理。5)在实验中用冰块进行冷却时,温度控制在90℃~120℃时能取得更好的冷却效果。

参考文献

[1]李玉屏 . 机械零件无损检测方法探析 [J].内燃机与配件, 2018,(23):129-130.

[2]李江澜 . 机械零件表面缺陷的激光超声检测技术[J].激光, 2019,40(7):24-27.

[3]李江澜.机械零件表面缺陷的激光超声检测技术[J].激光,2019,40(7):24-27.

[4]时旭.图像识别技术在机械零件无损检测中的应用初探[J].南方农机,2019,50(23):98.

[5]张伟胜.图像识别技术及其在机械零件无损检测中的应用研究[J].中国设备工程,2018(15):98-99.