GB/T 31768.2-2015 无损检测 闪光灯激励红外热像法 第2部分：检测规范

　　ICS 19. 100 J 04

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 31768.2—2015

　　无损检测 闪光灯激励红外热像法

　　第 2 部分 :检测规范

　　Non-destructivetesting—Infrared flash thermography—Part2:Practice

　　2015-06-02发布 2016-03-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 31768.2—2015

　　前 言

　　GB/T 31768《无损检测 闪光灯激励红外热像法》分为以下几个部分 :

　　— 第 1部分 :导则 ;

　　— 第 2部分 :检测规范 ;

　　— 第 3部分 :参考试块 ;

　　— 第 4部分 :检测系统 。

　　本部分为 GB/T 31768的第 2部分 。

　　本部分按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本部分由全国无损检测标准化技术委员会(SAC/TC56)提出并归 口 。

　　本部分起草单位 :北京维泰凯信新技术有限公司 、首都师范大学 、中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 、航天材料及工艺研究所 、中国特种设备检测研究院 、中国民用航空总局航空安全技术中心 。

　　本部分主要起草人 : 陶宁 、李晓丽 、刘颖韬 、伍颂 、金万平 、俞跃 、李春光 、张存林 、郭广平 。

　　无损检测 闪光灯激励红外热像法

　　第 2 部分 :检测规范

　　1 范围

　　GB/T 31768的本部分规定了采用闪光灯激励红外热像法进行无损检测的一般要求 、检测工艺规程 、数据处理 、检测报告 。

　　本部分适用于材料和结构表面及近表面缺陷的检测 。

　　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/T 9445 无损检测 人员资格鉴定与认证

　　GB/T 12604. 9 无损检测 术语 红外检测

　　GB/T 20737 无损检测 通用术语和定义

　　GB/T 26643 无损检测 闪光灯激励红外热像法 导则

　　GB/T 31768. 4 无损检测 闪光灯激励红外热像法 第 4部分 :检测系统

　　3 术语和定义

　　GB/T 12604. 9、GB/T 20737和 GB/T 26643界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。 3. 1

　　离散缺陷 discretedefect

　　缺陷尺寸小于单次检测范围的缺陷 。

　　3.2

　　连续缺陷 extended defect

　　缺陷尺寸等于或大于单次检测范围的缺陷 。

　　3.3

　　蓄热系数 thermaleffusivity

　　表征材料与外界交换热量的能力 ,常用 e 表示 。定义为 :

　　式中 :

　　κ— 导热系数 ,单位为瓦每米开尔文(W · m- 1 · K-1) ;

　　ρ— 密度 ,单位为千克每立方米(kg · m-3) ;

　　C— 比热容 ,单位为焦耳每千克开尔文(J · kg- 1 · K-1) 。

　　4 一般要求

　　4. 1 人员

　　4. 1. 1 满足 GB/T 9445的相关规定 。

　　GB/T 31768.2—2015

　　4. 1.2 熟悉相关法规 、标准 、规范 ,通过相应的资格鉴定与认证 ,或符合合同或采购单中的规定 。

　　4. 1.3 掌握红外的基础知识及闪光灯激励热像法的相关知识 ,能够操作红外检测系统 。

　　4. 1.4 了解被检测物体的相关制作工艺和检测要求 。

　　4.2 检测系统

　　4.2. 1 基本要求

　　应满足 GB/T 31768. 4 的相关规定 。

　　应具有激励 、探测 、控制和数据处理等功能 。

　　应具有连续 、稳定的工作能力 ;热像仪探测温度灵敏度 、空间分辨力 、采集频率 、工作波段和环境适应性等应满足检测要求 ,应能进行非均匀性校正 ; 闪光灯激励能量满足检测需求 。

　　4.2.2 校验和校准

　　应满足 GB/T 31768. 4 的相关规定 。

　　可定期或在需要时使用检测能力试件对检测系统进行检测能力校验 。

　　可按照检测要求的温度范围及使用说明要求对热像仪定期进行温度校准 。

　　4.3 检测条件和环境

　　应考虑外场和实验室条件的不同 ,可增加必要的辅助装置等 。

　　应考虑温度 、湿度 、气流 、日照 、降水 、沙尘及其他干扰等对设备工作的影响 。

　　4.4 安全性

　　4.4. 1 人员安全

　　检测人员应在与闪光灯隔离的工作区操作仪器 ,应对闪光灯工作区域设置明显的安全警告标志 , 防止检测现场的工作人员直接暴露在闪光中 。

　　4.4.2 设备安全

　　确保检测系统的安全使用 ,特别是加热装置和电力装备的安全使用 。

　　应严格按照设备生产商的说明书操作使用设备 。

　　4.4.3 环境

　　不允许在易燃 、易爆的环境中操作闪光灯 。

　　5 检测工艺规程

　　5. 1 检测目的和要求

　　5. 1. 1 应了解被测物体的材料 、结构特征 、缺陷类型和表面状况 , 明确检测目的和具体要求 。

　　5. 1.2 外场检测时应提前了解检测条件和环境 , 以确定检测方案 。

　　5.2 检测方案

　　应在与客户充分沟通后制定检测方案 。检测方案的制定人员应符合 4. 1. 2 的规定 。检测方案参考要素参见附录 A。宜参考检测方案制定检测工艺或作业指导书 。

　　5.3 检测准备

　　5.3. 1 参考试件

　　根据需要选择检测能力试件 、热激励均匀性试件和对比试件 。

　　5.3.2 检测系统

　　对系统进行正确连接 ,并做必要的调试 ,确定其工作正常 。

　　根据现场检测条件 ,可增加辅助设施 。例如便携电源 、延长电缆等 。

　　5.3.3 被检测物体

　　登记必要的信息 ,例如 ,被 检 测 物 体 的 名 称、编 号、材 料、结 构、检 测 部 位 等 , 必 要 时 ,应 留 存 可 见 光照片 。

　　对被检测表面做必要的清洁工作 ,消除表面污渍的影响 。 明显肉眼可见的表面特征或无法清除的污渍应该予以记录 。表面污渍对检测结果的影响示例参见附录 B。

　　对于红外发射率较低 、可见光反射较大或热像仪工作波段透明的材料 ,做必要的表面处理以提高其红外发射率 。例如 ,对其表面喷涂可溶性黑漆 ; 对表面不允许直接喷涂的检测物 , 可表面覆膜后喷涂 。漆层喷涂应均匀 。示例参见附录 C。

　　对于超出一次可检测视场范围的较大被检测物体 ,做分区标记 。分区标记与拼接示例参见附录 D。

　　5.3.4 检测环境

　　应采取措施减少环境热辐射及对流等因素的影响 。

　　必要时 ,记录检测温度与湿度 、风速等环境情况 。

　　5.4 检测实施

　　5.4. 1 确定视场

　　根据检测要求确定一次成像面积大小 。

　　5.4.2 对焦

　　在检测工作距离位置放置对焦辅助参照物 , 如刻度尺 , 调节对焦直至刻度清晰为止 。 在允许条件下 ,可以直接对准检测面对焦 。

　　改变工作距离后 ,应重新对焦 。

　　5.4.3 热像仪非均匀性校正

　　在使用前应对热像仪进行非均匀性校正 ,例如 ,可用红外发射率高且均匀的材料覆盖热像仪视场 ,进行非均匀性校正 。非均匀性校正对检测结果的影响示例参见附录 E。

　　5.4.4 设置及调整系统参数

　　5.4.4. 1 脉冲热像检测的参数设置应考虑被检物厚度 、表面特性 、组成成分以及缺陷的几何特性及热物理性质 。实际检测前 ,应使用对比试件来建立合适的检测参数 。

　　5.4.4.2 对检测能力参考试件按照常用的设置及检测程序实施检测 。

　　5.4.4.3 对检测结果中对应最深需要检测区域的部分做温度-时间对数曲线 ,见图 1。

　　5.4.4.4 一般来说 ,如被检物为各向同性均质材料 ,则温度-时间对数曲线理论上是斜率为 -0. 5 的单调递减曲线 。在某一时刻曲线上能看到一个明显的弯曲 ,发生弯曲的时间代表热量传导到了被检物背侧

　　或者遇到了缺陷界面 。弯曲后的曲线可能比 -0. 5 直线高 ,也可能低 ,取决于界面下层相比基体材料的蓄热系数的大小 。

　　图 1 温度-时间对数曲线

　　5.4.4.5 如果对数曲线上没有出现弯曲处 ,则应分析其原因 ,可增加数据采集的时间或增加激励能量再进行尝试 ;如果还未出现弯曲 ,则可能是由于界面太深或者界面两侧材料的热差异过小造成 。

　　5.4.4.6 弯曲处应与背景曲线有足够的分离幅度 ,如分离点附近的对数曲线幅度杂乱 ,则应增加闪光脉冲的能量 。

　　5.4.4. 7 闪光发生后所采集到的初始几帧可能会出现饱和现象(见图 2) ,如果闪光发生后多帧都出现饱和现象 ,则应该降低闪光能量 ,或者减少持续时间 ,或者降低热像仪积分时间 ,或者调整闪光发生与采集时间之间的相对时延 ,并采取措施降低可能的热背景对检测的影响 ;应注意积分时间调整会影响热像仪动态范围和温度分辨力 。

　　图 2 典型的采集问题

　　5.4.4. 8 如果被测物太薄或者热传输通过被测物的过程非常快 ,可能数据采集会抓不到曲线弯曲的部分 ,此时应该增加热像仪帧频 。

　　5.4.4.9 如果采取以上步骤来优化曲线斜率和采集时间后还不能得到与界面对应的曲线分离 ,则应该考虑针对这种材料和结构 ,不能检出该深度下的缺陷 。

　　5.4.4. 10 采集时间 :采集持续时间宜覆盖完整降温过程 。采集到的热图中应至少包括闪光前的一帧和闪光后 100帧图像 。如果缺陷的深度和热扩散系数是已知的 ,采集时间应该至少为 :

　　式中 :

　　L — 缺陷的深度 ,单位为米(m) ;

　　α — 热扩散率 ,单位为平方米每秒(m2/s) 。

　　τacq应大于热量从检测面传导到缺陷界面所需时间的两倍 。

　　5.4.5 采集数据

　　热像仪视场对准被检测物体的待检测表面 ,宜垂直 。

　　数据采集前应考虑被检测物体表面热不平衡对检测结果的可能影响 。例如 ,采集前不要直接用手接触被检测物体 。

　　在采集的过程中 ,被检测物与热像仪应保持相对静止 。

　　采集结束后存储数据并记录对应检测位置 、检测条件和文件名称 。

　　分区检测时 ,应将热像仪的视场转移到下一个待检区 ,重复上述步骤直到检测完成 。为了避免漏检和利于后续数据处理 ,相邻区域应有一定的重叠 。为了减少热影响 ,建议隔区检测 。检测区域受相邻区域前次检测热残余的影响参见附录 F。

　　5.5 数据分析和处理

　　按 GB/T 26643进行数据分析和处理 。

　　根据需要 ,可将分区检测热图拼接成一个整体 ,保存并记录数据 。

　　根据检测目的和检测要求 ,选取合适的热图或曲线进行分析(见第 6章) 。

　　5.6 数据核查

　　对所获得的数据进行查验 ,不能确认数据的有效及完整时 ,应重复实验 。

　　6 数据处理

　　6. 1 分析及处理方法

　　宜使用 GB/T 26643的相关方法 ,还可使用微分曲线等数据处理方法 。

　　微分曲线是帮助分析和定量测量缺陷的工具 ,包括一阶微分曲线和二阶微分曲线 ,可用于分析缺陷所对应的深度等信息 。

　　6.2 缺陷的判读

　　为了完整的判定检测结果 ,应利用原始热图 、一阶或二阶微分热图序列做数据分析 。通过逐帧播放和连续播放热图序列和微分热图序列 ,查找热异常区域 。通过对热异常区域对比度 、大小 、形状 、位置及出现时间的分析 ,判读可疑缺陷 。应排除被检测物体结构 、表面状况或表面反射的环境辐射等造成的影响 。通常可翻转被检测物体或旋转一定角度进行重复实验进行验证 ,参见附录 G。可按照 6. 6 与 6. 7所

　　述方法进行验证实验 。

　　根据检测要求 ,对缺陷的大小 、位置 、深度等做定量测量 ;对缺陷类型进行识别 。

　　6.3 原始序列热图分析

　　原始热图分析是通过对比度进行缺陷判读 ,适用于检测大于最小可检缺陷尺寸的离散缺陷 ,通过观察缺陷区域与周围无缺陷区域的差别来判断缺陷 。在原始热图序列中 , 蓄热系数相对低的缺陷对应表面温度将高于周围无缺陷区域 ,相反 ,蓄热系数相对高的缺陷对应表面温度会低于周围无缺陷区域 。

　　6.4 微分序列热图分析

　　应用一阶和二阶对数微分热图序列判读离散缺陷和连续缺陷 。可以采用对比度分析和数值分析 。

　　对比度分析,热图序列中出现的离散缺陷的幅值相比无缺陷区域会出现先高后低或者先低后高的反转 。

　　数值分析 ,缺陷处的微分值与对比试件中无缺陷区域的微分值有明显不同 ,可用于离散缺陷或连续缺陷的检测 。

　　6.5 尺寸测量

　　把一个已知长度或宽度尺寸为 L 的物体放在被检测物体视场内 ,确定该尺寸对应的像素个数 m ,则视场内的单个像素代表的实际尺寸 Lx 可按下列公式计算 :

　　式中 :

　　Lx — 视场中单个像素代表的实际尺寸 ,单位为毫米(mm) ;

　　L — 物体长度或宽度 ,单位为毫米(mm) ;

　　m —L 所对应的像素个数 。

　　通过被检测物体某段长度上所占像元数求解感兴趣区域长度或宽度 。

　　注 : 热像仪光学系统的成像畸变可能会影响测量精度 。

　　6.6 档案比对法

　　与此前相同对象在类似检测条件下的结果进行比较 , 以获取缺陷的存在及扩展信息 。

　　6.7 比对法

　　检测结果与相同检测条件下的对比试件检测结果相对比 , 以确认缺陷的相关信息 。

　　7 检测报告

　　报告内容应至少包括 :检测时间 、检测人员 、被测物体描述 、检测 目 的和要求 、检测设备 、数据分析 、检测结果及结论 ;检测报告应包括被测物体必要的照片 、热图 、曲线等 。

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　检测方案参考要素

　　检测方案参考要素 :

　　a) 背景描述 :

　　1) 被检测物描述 :

　　◆ 材料 、大小 、表面状况 、制作工艺等 。

　　2) 检测问题描述 :

　　◆ 需要解决的问题 ;

　　◆ 使用了哪些方法及结果描述 。

　　3) 检测现场描述 。

　　b) 检测 目的 。

　　c) 实施方案 :

　　1) 设备准备 ;

　　2) 参数设置 ;

　　3) 检测实施 ;

　　4) 数据处理方法 ;

　　5) 通过以上方法实现的目标 。

　　d) 人员 、设备等预约安排 。

　　e) 其他注意事项 。

　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　表面污渍对检测结果的影响示例

　　图 B. 1 中的玻璃钢蒙皮蜂窝件 ,在蒙皮与蜂窝间预埋了分层及多胶缺陷 ,表面左上角贴了标签 , 中上部有一个“001”的编号标识 。利用闪光灯激励红外热像法对其进行检测 ,得到图 B. 2 的红外热图 , 中间八个方形区域为预埋缺陷,热图中左上角黑色区域及“001”为表面标签及印渍的影响 。

　　图 B. 1 玻璃钢蒙皮蜂窝试件可见光照片

　　图 B.2 玻璃钢蒙皮蜂窝试件红外检测热图

　　附 录 C

　　(资料性附录)

　　被检物表面处理示例

　　图 C. 1 和图 C. 2 为不锈钢平底洞试件的可见光照片 。 由于金属表面红外反射率较高 ,直接用闪光灯激励热像法做检测,热像仪所探测到的往往是金属表面反射其他物体的影像 ,而不是其本身的红外辐射 。如图 C. 3所示,热像仪探测到的是闪光灯遮罩和镜头等的反射影像 。对表面涂漆的方法可以减少反射增加红外辐射 , 漆层应尽量均匀 , 如图 C. 4 所示为表面涂漆后的检测热图 , 有效 反 应 了 试 件 内 部信息 。

　　图 C. 1 不锈钢平底洞试件检测面(正面)可见光照片

　　图 C.2 不锈钢平底洞试件背面可见光照片

　　图 C.3 不锈钢试件未做表面处理的红外热图

　　图 C.4 不锈钢试件表面涂漆后的红外热图

　　附 录 D

　　(资料性附录)

　　被检物分区处理示例

　　图 D. 1 为风电叶片局部表面处理后的可见光照片 。 由于叶片超出单次检测的视场 , 因此分三个区域检测 ,利用白色标签作为拼接标识 ,检测结束将三个区域按照相对位置拼接到一起 ,形成一个整体 ,如图 D. 2所示 。

　　图 D. 1 风电叶片局部表面处理后的可见光照片

　　图 D.2 闪光灯激励红外热像法检测拼接后的热图

　　附 录 E

　　(资料性附录)

　　视场不均匀对检测结果的影响示例

　　图 E. 1 和图 E. 2 为玻璃钢平底洞试件的可见光照片 。在闪光灯激励红外热像法中 ,如果热像仪未做非均匀性校正就进行检测 ,在早期的热图中可以看到非常明显的视场不均匀状况 ,如图 E. 3所示 。对热像仪做非均匀校正后再进行检测 ,能有效的消除视场不均匀对检测结果的影响 ,如图 E. 4所示 。

　　图 E. 1 玻璃钢平底洞试件检测面(正面)可见光照片

　　图 E.2 玻璃钢平底洞试件背面可见光照片

　　图 E.3 热像仪未做非均匀校正采集到的热图

　　图 E.4 热像仪做非均匀校正后采集到的热图

　　附 录 F

　　(资料性附录)

　　相邻区域前一次检测对后一次检测的影响示例

　　图 F. 1 中上半部分在前一次闪光灯激励后未达到热平衡就进行后一次检测 ,检测区域受相邻区域前一次检测的热残余影响 , 因而视图中的温场未达到平衡状态 ,在原始热图中影响比较明显 。

　　图 F. 1 前一次检测闪光灯激励对后一次检测的影响示例图

　　附 录 G (资料性附录)验证实验示例

　　为了验证实验结果 ,根据实验条件 ,可以选用正反面对照(如图 G. 1 和图 G. 2) , 或者旋转一定角度(如图 G. 3 和图 G. 4)重复实验 。如果在试件同一位置对应的视场中都能证明异常的存在 ,就起到了验证的作用 。

　　图 G. 1 被检物正面检测热图

　　图 G.2 被检物背面检测热图

　　图 G.3 涂层粘接质量检测热图

　　图 G.4 逆时针旋转 90°后检测热图

　　参 考 文 献

　　[1] CECS204—2006 红外热像法检测建筑外墙饰面层粘结缺陷技术规程

　　[2] DL/T 664—2008 带电设备红外诊断应用规范

　　[3] DL/T 907—2004 热力设备红外检测导则

　　[4] MH/T 3001 航空器无损检测人员资格鉴定与认证

　　[5] MH/T 3022—2011 航空器复合材料构件红外热成像检测

　　[6] ISO 18434-1: 2008 Condition monitoring and diagnostics of machines—Thermography— Part1:Generalprocedures

　　[7] DIN 54190. 1:2004 Non-destructivetesting—Thermographictesting—Part1:Generalprinciples

　　[8] DIN 54191:2009 Non-destructive testing—Thermographic testing of electric installations