摘要
本文基于COMSOL软件，仿真研究了有涂覆层和无涂覆层基材的早期疲劳裂纹的激光红外无损检测方法。 早期细微的疲劳裂纹渗透液难以进入，特别是有涂覆层的亚表面裂纹，常规的无损检测方法难以胜任。本文提出以激光点源为激励热源，其非接触激励有利于适应不规则表面，点热源在材料内部形成的沿半球半径方向传导的热量，在激励界面易形成对称温度场，当热量传导遇上裂纹阻隔时，哪怕是细微的裂纹，也会在某个时段内引起温度场的非对称，合理选取激励脉冲的宽度，有利于延长这种非对称性的持续时间，便于热像仪捕捉，实现有效检测。 基于在各向同性材料中的热传导理论，运用COMSOL软件实验仿真研究了影响疲劳裂纹的激光红外无损检测工艺要素，包括：激励激光的功率、脉冲宽度、光斑半径，激励扫描速度、扫描距离、采样点位置、采样时段，热像仪采样频率、采样温度分辨率等；结合一种常用的铝合金表面1mm以下的疲劳裂纹缺陷，给出了一组工艺参数的具体取值区间；在此基础上总结出疲劳裂纹的激光红外无损检测方法。应用所研究的检测方法，分别就不锈钢和铝合金两种基材、最小尺寸为5μm*1mm*2mm的12种表面开口的细微缺陷实现了检测，实验测得关于激励点对称的有缺陷侧和无缺陷侧两点的温度存在1K以上的温度差；对有涂层厚度为0.3mm以下的不锈钢基材、设置了最小尺寸为10μm*3mm*5mm的12种缺陷模拟疲劳裂纹，仿真实验测出关于激励点对称的有缺陷侧和无缺陷侧两点的温度也出现1K以上的温度差；说明本文提出的基于激光红外的早期疲劳裂纹无损检测方法可行有效。本文在精测数据处理时引进横跨缺陷的温度梯度的特征提取方法，能进一步提高缺陷的定位精度。
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