[发明专利]复合材料气瓶疲劳损伤红外探测系统

说明书

本发明提供了一种复合材料气瓶疲劳损伤红外探测系统，该系统可以快速对复合材料气瓶内部进行清洗，并使用红外热像仪对清洗之后的复合材料气瓶进行红外热像采集，通过图像分析处理软件计算分析出复合材料气瓶是否存在疲劳损伤及缺陷。利用红外检测法可大大提高对复合材料气瓶疲劳损伤的检测效率和检测精度，十分适合工业上对复合材料气瓶疲劳损伤的检测。

技术领域

本发明涉及一种红外探测系统，尤其是涉及一种复合材料气瓶疲劳损伤红外探测系统。

背景技术

复合材料气瓶因其有质量轻、强度高、抗疲劳性能好等优点，目前广泛应用在航空、航天、船舶、汽车等领域。在当前的使用环境下，复合材料气瓶由于其使用特点，长期处于交变载荷作用之下，属于全复合材料的疲劳高压容器。复合材料气瓶在制造与使用过程中产生的缺陷与损伤是导致复合材料气瓶失效或事故的主要原因，并且由于复合材料疲劳断裂过程在宏观形貌上没有明显的变形，这就给疲劳损伤的发现带来了极大困难，为了确保复合材料气瓶的安全使用，因此必须采用无损检测技术对复合材料气瓶缺陷进行检测。这对评价复合材料气瓶的服役性能与鉴定复合材料气瓶的失效具有重要作用。

目前，行业标准NB/T 47013-2015《承压设备无损检测》中简要介绍了射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测等9种承压设备无损检测方法。超声检测方法是复合材料无损检测应用最广泛的技术，虽然可以较早发现缺陷，但难以提供缺陷的位置、尺寸等详细信息；射线检测方法虽然具有缺陷显示直观、对构件无损无污染等优点，但检测效率不高且射线对人体有害等。同时，这些种无损检测方法难以对复合材料气瓶发展初期的潜在缺陷进行检测，并且这些无损检测目前大多集中应用在对金属材料气瓶的检测上，对复合材料气瓶检测的研究不够深入。但近年来随着红外热成像技术的发展，国内外开始研究利用红外热像仪检测应力分布，并将该技术应用于特种设备行业。相比其他无损检测技术，红外热成像检测方法具有快速、直观、实时、非接触、无需耦合、可探测面积大、远距离检测等优点，非常适合用于复合材料气瓶疲劳损伤的检测。

图1是超声检测系统结构框图；超声检测是复合材料无损检测应用最广泛的技术。超声检测的基本原理为利用超声波在介质传播过程中的衰减及在界面处的反射折射，由发射探头向被检件发射超声波，接收探头接收从界面处反射回来的超声波或者透过被检件后的透射波，以此来检测被检件内部是否存在缺陷，并进行定位定性与定量分析。

超声检测尤其是超声C扫描检测，具有显示直观、检测速度快、测试精度高等优点。超声C扫描自动检测技术是根据被检测工作的检测要求和几何形状，按照设计路径对被测工件进行自动扫描，以二维图像的方式直观显示被测工件的内部缺陷情况。由于该检测过程无需人工干预，故具有更高的检测可靠性。该技术综合超声检测、机械、电子、控制、软件等技术于一体，在航空航天等工业领域得到广泛应用。超声C扫描检测系统主要由超声C扫描探伤仪、超声C扫描控制器、机械传动机构和水箱以及计算机系统四个部分组成，其检测系统结构框图如下所示。

超声C扫描检测属于超声检测的一种，超声检测的传统方法为接触式检测，检测过程中需要使用耦合剂，即在超声探头和被检试件之间必须用水或其他液体作为声耦合介质，这对检测复合材料构件带来了极大的不便。同时超声检测要求操作者必须熟练使用超声探头，并且在实际操作检测中，可能由于受到探头部位的限制，对检测复合材料气瓶某些特定部位的缺陷带来不便。

图2是X射线检测系统流程简图。X射线检测技术也是现代工业无损检测中的常用技术之一。X射线是一种波长短、穿透力很强的电磁波，X射线探伤技术在所有无损检测技术中使用量约占40％左右。常规X射线检测技术是一种以X射线发生器为射线源，以工业胶片为感光和成像介质，以观片灯为观察和分析平台的，可以探测构件内部缺陷的无损检测方法。