GB∕T 38883-2020 无损检测 主动式红外热成像检测方法

书书书犐犆犛１９．１００犑０４!#$%&’’()*犌犅／犜３８８８３—２０２０!#$　%&’()*+,#$-.犖狅狀犱犲狊狋狉狌犮狋犻狏犲狋犲狊狋犻狀犵—犃犮狋犻狏犲狋犺犲狉犿狅犵狉犪狆犺犻犮狋犲狊狋犻狀犵犿犲狋犺狅犱２０２００６０２/0２０２０１２０１12’(+,-./012’()*3/0456/0书书书目　　次前言Ⅲ…………………………………………………………………………………………………………１　范围１………………………………………………………………………………………………………２　规范性引用文件１…………………………………………………………………………………………３　术语和定义１………………………………………………………………………………………………４　人员要求２…………………………………………………………………………………………………５　方法概要２…………………………………………………………………………………………………６　热激励３……………………………………………………………………………………………………７　检测系统４…………………………………………………………………………………………………８　检测环境５…………………………………………………………………………………………………９　对比试块５…………………………………………………………………………………………………１０　检测６………………………………………………………………………………………………………１１　检测规程与报告８…………………………………………………………………………………………附录Ａ（资料性附录）　常见的热源类型９…………………………………………………………………附录Ｂ（资料性附录）　对比试块的制作１０…………………………………………………………………Ⅰ犌犅／犜３８８８３—２０２０前　　言　　本标准按照ＧＢ／Ｔ１．１—２００９给出的规则起草。本标准由全国无损检测标准化技术委员会（ＳＡＣ／ＴＣ５６）提出并归口。本标准起草单位：中国航空综合技术研究所、上海材料研究所、北京嘉盛智检科技有限公司、哈尔滨工业大学、首都师范大学、海军航空大学、中国飞机强度研究所、哈尔滨飞机工业集团有限责任公司、中国合格评定国家认可中心。本标准主要起草人：张方洲、石亮、曹蕊、王俊涛、刘俊岩、陶宁、蒋建生、宁宁、关雪松、帅家盛、张海兵、丁杰、王丹、马君、宋飞。Ⅲ犌犅／犜３８８８３—２０２０无损检测　主动式红外热成像检测方法１　范围本标准规定了工业无损检测领域中主动式红外热成像检测方法的通用规则。本标准适用于复合材料、金属材料和涂层材料的主动式红外热成像检测，包括但不限于不连续的检测（例如：空隙、裂纹、分层和夹渣等）和涂层厚度的评估。２　规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ＧＢ／Ｔ９４４５　无损检测　人员资格鉴定与认证ＧＢ／Ｔ１２６０４．９　无损检测　术语　红外检测ＧＢ／Ｔ２０７３７　无损检测　通用术语和定义ＧＢ／Ｔ２６６４３　无损检测　闪光灯激励红外热像法　导则ＧＢ／Ｔ３１７６８．２　无损检测　闪光灯激励红外热像法　第２部分：检测规范３　术语和定义ＧＢ／Ｔ１２６０４．９、ＧＢ／Ｔ２０７３７、ＧＢ／Ｔ２６６４３和ＧＢ／Ｔ３１７６８．２界定的以及下列术语和定义适用于本文件。３．１主动式红外热成像检测　犪犮狋犻狏犲狋犺犲狉犿狅犵狉犪狆犺狔需要额外热激励的红外热成像检测。３．２热激励　狋犺犲狉犿犪犾犲狓犮犻狋犪狋犻狅狀对被测件施加以红外热成像检测为目的的外部能量激励源。３．３局部激励　犾狅犮犪犾犲狓犮犻狋犪狋犻狅狀在局部产生三维热扩散的局部能量激励。３．４面热流激励　狋狑狅犱犻犿犲狀狊犻狅狀犪犾犲狓犮犻狋犪狋犻狅狀通过均匀加热（或冷却）被测件表面的二维能量激励。３．５整体激励　犲狓犮犻狋犪狋犻狅狀狅犳狋犺犲狑犺狅犾犲狏狅犾狌犿犲对被测件进行整体的能量激励。１犌犅／犜３８８８３—２０２０３．６热扩散长度　狋犺犲狉犿犪犾犱犻犳犳狌狊犻狅狀犾犲狀犵狋犺μ在受到脉冲激励或者以频率为犳的周期调制激励后的热扩散特征长度。μ＝ｓｑｒｔ（α／π犳）　　注：α为热扩散系数。３．７大气窗口　犪狋犿狅狊狆犺犲狉犻犮狑犻狀犱狅狑在大气环境下，红外辐射光谱中透射率较高，吸收率较低的波长区间。　　注：大气窗口大致定义在波长范围：短波红外（０．８μｍ～２μｍ）、中波红外（２μｍ～５μｍ）和长波红外（８μｍ～１４μｍ）。３．８热平衡　狋犺犲狉犿犪犾犲狇狌犻犾犻犫狉犻狌犿物体在同一时间内吸收和放出的热量恰好相抵消，物体各部分以及物体同外界之间都没有热量交换。４　人员要求按本标准实施检测的人员，应按ＧＢ／Ｔ９４４５或合同各方同意的体系进行资格鉴定与认证，取得红外检测人员资格证书，并由雇主或其代理对其进行岗位培训和操作授权。５　方法概要主动式红外热成像检测针对被测件的材质、结构和不连续类型等选择不同的热激励，通过热激励施加激励后，被测件中的不连续对热的传导造成影响，异常（不连续）区域与正常区域对应的表面产生温度差异，这种温度差异同时导致被测件表面热辐射强度分布发生变化，利用红外热像仪记录下这一热辐射强度变化过程，可获取物体表面及内部信息，具体过程见图１。图１　主动式红外热成像检测方法概要２犌犅／犜３８８８３—２０２０６　热激励６．１　对于主动式红外热成像检测，选择的热激励不应损坏被测件。６．２　热激励按注入能量在时域上表现形式的不同可分为脉冲激励、阶跃激励和周期激励等多种形式。脉冲激励注入能量时域波形为三角波，如图２所示。阶跃激励注入能量时域波形为矩形，如图３所示。周期激励注入能量时域波形为周期性变化形式，如正弦波和方波等，正弦波激励波形如图４所示。图２　脉冲激励注入能量波形图３　阶跃激励注入能量波形图４　正弦波激励波形６．３　热激励按注入能量类型可分为光热激励（如红外灯、卤素灯、闪光灯、激光等）、机械激励（如机械振动、超声波等）、电磁感应激励（如电涡流感应等）及其他激励（如微波等）多种形式。６．４　热激励按注入能量在空间上的不同可分为局部激励（如激光）、面热流激励（如卤素灯、冷风阵列）和整体激励（如超声波）等。６．５　对于面热流激励检测，检测方式可分为同侧检测和异侧检测，如图５所示。热激励和红外热像仪放置在同一侧面进行的检测方式称为同侧检测，或者称为反射法。热激励和红外热像仪放置在被测件检测面的两个侧面进行的检测方式称为异侧检测，或者称为透射法。通常情况下，异侧检测仅可用于被测件厚度不大于试件热扩散深度的检测。３犌犅／犜３８８８３—２０２０ａ）　同侧检测ｂ）　异侧检测　　说明：１———热激励；２———红外热像仪；３———被测件；４———不连续。图５　面热流激励的不同检测方式７　检测系统７．１　红外热像仪单元７．１．１　红外热像仪单元一般由红外热像仪、红外热像仪镜头和光学辅助设备组成。７．１．２　红外热像仪在检测期间应对被测件表面的热辐射强度变化进行不间断采集，并实时输出采集信号。７．１．３　红外热像仪根据大气窗口中的波长不同，一般分为短波红外热像仪、中波红外热像仪和长波红外热像仪。７．１．４　应根据实际应用需要和被测件的温度变化范围选择不同工作波长的红外热像仪。例如，被测件的温度变化范围在室温区间（一般为１６℃～３０℃）的检测，宜采用工作波长范围在中波红外或者长波红外之间的红外热像仪。对于高温被测件（一般大于６００℃）的检测，宜采用工作波长范围在短波红外的红外热像仪。对于温度变化不在室温区间的非高温被测件，采取工艺验证试验，与其他已知可行无损检测方法相比较，验证红外检测可行性。７．１．５　红外热像仪的参数与功能主要包括：制冷／非制冷、光谱响应范围、探测单元尺寸、空间分辨率、温度测量范围、噪声等效温差、温度分辨率、温度测量精度、帧频、积分时间、图像显示与存储记录等。７．１．６　红外热像仪镜头一般分为标准镜头、广角镜头和显微镜头等。不同镜头的视场大小、空间分辨率、焦距和光圈大小等参数不尽相同。一般来说，应根据检测对空间分辨率及视场的需求共同选择红外热像仪和镜头。７．１．７　光学辅助设备一般包括：红外（反射）镜、滤波片、衰减片和三脚架等。必要时，采用光学辅助设备进行检测。例如，利用红外（反射）镜对热像仪视场不可达的地方进行检测。７．１．８　红外热像仪、红外热像仪镜头和光学辅助应定期进行维护和清洁。７．２　热激励单元７．２．１　热激励单元用于对被测件施加以红外热成像检测为目的的外部能量激励源。４犌犅／犜３８８８３—２０２０７．２．２　采用加热形成温度梯度变化可选择卤素灯、闪光灯、激光等光辐射加热，涡流、射频等电磁辐射加热，电涡流感应加热，振动、超声波等机械加载方式加热。采用制冷形成温度梯度变化，可选择喷冷水器、冷喷雾器及冷风机等。７．２．３　热激励系统的选择应综合考虑：红外热像仪的性能；被测件的物理性能（如反射率、光吸收率等、热物性及导电性等）；被测件的形状、尺寸和不连续类型、深度范围等。７．２．４　常见的热源类型及其对应的热源波形和典型应用参见附录Ａ。７．３　控制与分析单元７．３．１　应具备控制热像仪采集开始和结束的能力和调整热像仪帧频的能力。７．３．２　应具备控制热激励开关的能力。７．３．３　应具有对采集到的热图序列和热图进行存储的能力；应具有对热图序列进行连续查看或者播放的能力；宜具有观看任意位置的温度或温度变化曲线的能力。７．３．４　应有适宜的信号处理与图像分析功能，如对信号进行傅里叶变换、对热图进行对比度调节、微分变化和滤波处理等。８　检测环境８．１　检测环境应满足包括热像仪在内全部检测设备所需的温度、湿度及外界热辐射环境要求。８．２　应排除或者减少周围环境背景的热辐射干扰影响，例如不必要的可见光、被测件附近的热源。８．３　应考虑被测件与热像仪之间的其他物质对红外光的吸收、散射与反射作用。例如，空气中的温室气体（水蒸气、二氧化碳氧化物等）对红外辐射有显著的吸收效应，会阻挡红外辐射的传播。８．４　对于光热激励，检测前，应移除热激励单元前方的除被测件外的所有易反光物体。８．５　应避免在易燃和易爆的环境中进行作业。９　对比试块９．１　对比试块是已知材料特性和不连续信息的参考试块，可用作测试系统检测能力和调整检测工艺。９．２　对比试块的材料和制造工艺应与被测件相同，已知不连续可以是自然不连续或人工不连续。人工不连续应模拟被测件的结构内部典型不连续所产生的热物理特性。９．３　对比试块的表面状态（如粗糙度等）和结构尺寸宜与被测件相同，小尺寸的对比试块应考虑检测边界效应的影响。９．４　对比试块在正式使用前应采取至少一种有效的无损检测方法对其进行初次评价与鉴定，初次评价与鉴定一般包括：不连续在对比试块上的位置、深度、数量、形状及尺寸等信息。９．５　对于初次评价与鉴定，对比试块除人工不连续部位外的区域一般应与待检样品的主动式红外热成像检测具有相同或相近的响应，否则应作为不合格对比试块；对比试块上的人工不连续对于所采用的测试评价方法应具有重复一致的响应结果，否则应作为不合格对比试块。９．６　应定期对对比试块进行有效性核查，可采用初次评价与鉴定的测试方法进行核查，核查对比试块响应与初次评价响应结果是否一致。当核查发现对比试块的响应与初次评价与鉴定的结果之间出现差异时，应予以记录，并进行有效地差异评价，考虑是否继续使用该对比试块。９．７　对比试块的制作参照附录Ｂ进行，也可与雇主协商设计其他方法进行制作。５犌犅／犜３８８８３—２０２０１０　检测１０．１　热激励的选择检测前，应根据被测件的材料特性和不连续类型选择合适的检测方式和按７．２的要求选择合适的热激励单元。１０．２　检测准备１０．２．１　检测前，应使被测件表面的发射率均匀，被测件发射率和被测件的材料、温度、表面粗糙度和表面氧化膜厚度相关。１０．２．２　对于表面发射率低和反射率高的被测件，在不影响被测件再次使用的前提下，宜采取一定的措施