(高清版)GB∕T 38883-2020 無損檢測 主動式紅外熱成像檢測方法

無損檢測主動式紅外熱成像檢測方法國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會I 12規(guī)范性引用文件 1 1 2 2 3 4 5 510檢測 611檢測規(guī)程與報告 8附錄A(資料性附錄)常見的熱源類型 9附錄B(資料性附錄)對比試塊的制作 ⅢGB/T38883—2020本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標準由全國無損檢測標準化技術(shù)委員會(SAC/TC56)提出并歸口。國合格評定國家認可中心。1GB/T38883—2020無損檢測主動式紅外熱成像檢測方法本標準規(guī)定了工業(yè)無損檢測領(lǐng)域中主動式紅外熱成像檢測方法的通用規(guī)則。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T9445無損檢測人員資格鑒定與認證GB/T12604.9無損檢測術(shù)語紅外檢測GB/T20737無損檢測通用術(shù)語和定義GB/T26643無損檢測閃光燈激勵紅外熱像法導(dǎo)則GB/T31768.2無損檢測閃光燈激勵紅外熱像法第2部分：檢測規(guī)范GB/T12604.9、GB/T20737、GB/T26643和GB/T31768.2界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。需要額外熱激勵的紅外熱成像檢測。3.2對被測件施加以紅外熱成像檢測為目的的外部能量激勵源。3.3局部激勵localexcitation在局部產(chǎn)生三維熱擴散的局部能量激勵。3.4通過均勻加熱(或冷卻)被測件表面的二維能量激勵。3.5整體激勵excitationofthewholevolume對被測件進行整體的能量激勵。2GB/T38883—20203.6熱擴散長度thermaldiffusionlengthμ在受到脈沖激勵或者以頻率為f的周期調(diào)制激勵后的熱擴散特征長度。μ=sqrt(α/πf)3.73.8物體在同一時間內(nèi)吸收和放出的熱量恰好相抵消，物體各部分以及物體同外界之間都沒有熱量交換。4人員要求按本標準實施檢測的人員，應(yīng)按GB/T9445或合同各方同意的體系進行資格鑒定與認證，取得紅5方法概要[數(shù)據(jù)傳輸[數(shù)據(jù)傳輸被測件樣品表面熱鎘射強度改變參數(shù)施加激勵3GB/T38883—20206熱激勵6.1對于主動式紅外熱成像檢測，選擇的熱激勵不應(yīng)損壞被測件。6.2熱激勵按注入能量在時域上表現(xiàn)形式的不同可分為脈沖激勵、階躍激勵和周期激勵等多種形式。脈沖激勵注入能量時域波形為三角波，如圖2所示。階躍激勵注入能量時域波形為矩形，如圖3所示。周期激勵注入能量時域波形為周期性變化形式，如正弦波和方波等，正弦波激勵波形如圖4所示。圖2脈沖激勵注入能量波形圖3階躍激勵注入能量波形圖4正弦波激勵波形動、超聲波等)、電磁感應(yīng)激勵(如電渦流感應(yīng)等)及其他激勵(如微波等)多種形式。6.4熱激勵按注入能量在空間上的不同可分為局部激勵(如激光)、面熱流激勵(如鹵素?zé)?、冷風(fēng)陣列)和整體激勵(如超聲波)等。6.5對于面熱流激勵檢測，檢測方式可分為同側(cè)檢測和異側(cè)檢測，如圖5所示。熱激勵和紅外熱像儀放置在同一側(cè)面進行的檢測方式稱為同側(cè)檢測，或者稱為反射法。熱激勵和紅外熱像儀放置在被測件檢測面的兩個側(cè)面進行的檢測方式稱為異側(cè)檢測，或者稱為透射法。通常情況下，異側(cè)檢測僅可用于被測件厚度不大于試件熱擴散深度的檢測4GB/T38883—2020溫度曲線溫度曲線溫度曲線溫度曲線圖5面熱流激勵的不同檢測方式7.1.1紅外熱像儀單元一般由紅外熱像儀、紅外熱像儀鏡頭和光學(xué)輔助設(shè)備組成。7.1.2紅外熱像儀在檢測期間應(yīng)對被測件表面的熱輻射強度變化進行不間斷采集，并實時輸出采集信號。7.1.3紅外熱像儀根據(jù)大氣窗口中的波長不同，一般分為短波紅外熱像儀、中波紅外熱像外熱像儀。7.1.4應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用需要和被測件的溫度變化范圍選擇不同工作波長的紅外熱像儀。例如，被測件的溫度變化范圍在室溫區(qū)間(一般為16℃~30℃)的檢測，宜采用工作波長范圍在中波紅外或者長波紅外之間的紅外熱像儀。對于高溫被測件(一般大于600℃)的檢測，宜采用工作波長范圍在短波紅外7.1.6紅外熱像儀鏡頭一般分為標準鏡頭、廣角鏡頭和顯微鏡頭等。不同鏡頭的視場大小、空間分辨熱像儀和鏡頭。7.2.1熱激勵單元用于對被測件施加以紅外熱成像檢測為目的的外部能量激勵源。5GB/T38883—20207.2.2采用加熱形成溫度梯度變化可選擇鹵素?zé)?、閃光燈、激光等光輻射加熱，渦流、射頻等電磁輻射7.2.3熱激勵系統(tǒng)的選擇應(yīng)綜合考慮：紅外熱像儀的性能；被測件的物理性能(如反射率、光吸收率等、熱物性及導(dǎo)電性等);被測件的形狀、尺寸和不連續(xù)類型、深度范圍等。7.2.4常見的熱源類型及其對應(yīng)的熱源波形和典型應(yīng)用參見附錄A。7.3控制與分析單元7.3.1應(yīng)具備控制熱像儀采集開始和結(jié)束的能力和調(diào)整熱像儀幀頻的能力。7.3.2應(yīng)具備控制熱激勵開關(guān)的能力。7.3.3應(yīng)具有對采集到的熱圖序列和熱圖進行存儲的能力；應(yīng)具有對熱圖序列進行連續(xù)查看或者播放的能力；宜具有觀看任意位置的溫度或溫度變化曲線的能力。7.3.4應(yīng)有適宜的信號處理與圖像分析功能，如對信號進行傅里葉變換、對熱圖進行對比度調(diào)節(jié)、微分變化和濾波處理等。8檢測環(huán)境8.1檢測環(huán)境應(yīng)滿足包括熱像儀在內(nèi)全部檢測設(shè)備所需的溫度、濕度及外界熱輻射環(huán)境要求。8.2應(yīng)排除或者減少周圍環(huán)境背景的熱輻射干擾影響，例如不必要的可見光、被測件附近的熱源。8.3應(yīng)考慮被測件與熱像儀之間的其他物質(zhì)對紅外光的吸收、散射與反射作用。例如，空氣中的溫室氣體(水蒸氣、二氧化碳氧化物等)對紅外輻射有顯著的吸收效應(yīng)，會阻擋紅外輻射的傳播。8.4對于光熱激勵，檢測前，應(yīng)移除熱激勵單元前方的除被測件外的所有易反光物體。8.5應(yīng)避免在易燃和易爆的環(huán)境中進行作業(yè)。9對比試塊9.1對比試塊是已知材料特性和不連續(xù)信息的參考試塊，可用作測試系統(tǒng)檢測能力和調(diào)整檢測工藝。9.2對比試塊的材料和制造工藝應(yīng)與被測件相同，已知不連續(xù)可以是自然不連續(xù)或人工不連續(xù)。人工不連續(xù)應(yīng)模擬被測件的結(jié)構(gòu)內(nèi)部典型不連續(xù)所產(chǎn)生的熱物理特性。9.3對比試塊的表面狀態(tài)(如粗糙度等)和結(jié)構(gòu)尺寸宜與被測件相同，小尺寸的對比試塊應(yīng)考慮檢測邊界效應(yīng)的影響。9.4對比試塊在正式使用前應(yīng)采取至少一種有效的無損檢測方法對其進行初次評價與鑒定，初次評價9.5對于初次評價與鑒定，對比試塊除人工不連續(xù)部位外的區(qū)域一般應(yīng)與待檢樣品的主動式紅外熱成像檢測具有相同或相近的響應(yīng)，否則應(yīng)作為不合格對比試塊；對比試塊上的人工不連續(xù)對于所采用的測試評價方法應(yīng)具有重復(fù)一致的響應(yīng)結(jié)果，否則應(yīng)作為不合格對比試塊。9.6應(yīng)定期對對比試塊進行有效性核查，可采用初次評價與鑒定的測試方法進行核查，核查對比試塊響應(yīng)與初次評價響應(yīng)結(jié)果是否一致。當(dāng)核查發(fā)現(xiàn)對比試塊的響應(yīng)與初次評價與鑒定的結(jié)果之間出現(xiàn)差9.7對比試塊的制作參照附錄B進行，也可與雇主協(xié)商設(shè)計其他方法進行制作。6GB/T38883—202010檢測檢測前，應(yīng)根據(jù)被測件的材料特性和不連續(xù)類型選擇合適的檢測方式和按7.2的要求選擇合適的熱激勵單元。面氧化膜厚度相關(guān)。10.2.2對于表面發(fā)射率低和反射率高的被測件，在不影響被測件再次使用的前提下，宜采取一定的措施提高被測件表面發(fā)射率和降低被測件表面反射率，如涂覆發(fā)射率高、反射率低的涂料或薄膜等。涂敷的涂料或薄膜厚度應(yīng)一致且不宜過厚，宜采用純黑色或純白色的涂料或薄膜(采用光熱激勵時，不推薦采用白色涂料或薄膜)。10.2.3檢測前，應(yīng)對被測件表面狀況進行詳細檢查與記錄，以排除表面不清潔導(dǎo)致的偽顯示的可能性。10.2.4檢測前，應(yīng)注意激勵源的使用安全，如使用激光激勵時，應(yīng)避免長時間看激光束和嚴禁直視激10.2.5檢測前應(yīng)確保被測件處于表面熱平衡狀態(tài)，用手直接接觸被測件會導(dǎo)致被測件熱不平衡，應(yīng)等待一段時間待被測件重新熱平衡后開始檢測。10.2.6正式檢測前，宜針對對比試塊進行檢測，確10.3檢測設(shè)置在使用紅外熱像儀前，應(yīng)對紅外熱像儀的探測器單元進行非均勻性校正。一般采用發(fā)射率高且均勻的材料(例如黑色海綿)放置在距離熱像儀鏡頭較近的地方(覆蓋熱像儀視場)進行非均勻性校正。10.3.2調(diào)節(jié)視場和空間分辨率根據(jù)檢測要求和被測件結(jié)構(gòu)確定一次成像視場范圍。一般來說，采用大視場時，檢測距離(熱像儀鏡頭和被測件間的距離)較長，檢測的空間分辨率較低，采用小視場時，檢測距離較短，檢測的空間分辨率較高。同時，可更換紅外熱像儀鏡頭來獲得更高空間分辨率。當(dāng)采用同側(cè)檢測方式進行檢測時，視場的選擇應(yīng)考慮降低被測件的表面反射率。當(dāng)感興趣檢測區(qū)域大于選擇的視場范圍時，可對被測件進行分區(qū)檢測處理，分區(qū)檢測時應(yīng)考慮每一分區(qū)每次檢測之間的熱影響和作好分區(qū)標記。確定視場與檢測距離后，應(yīng)對熱像儀進行對焦，使熱像儀圖像清晰。必要時，在檢測工作距離處放置對焦輔助參照物(如金屬刻度尺),調(diào)節(jié)焦距，待參照物細節(jié)輪廓清晰可見時，完成對焦。改變檢測距熱像儀光學(xué)系統(tǒng)軸線方向與垂直被測件表面的直線間夾角應(yīng)小于45°,如不能滿足，角度應(yīng)最大不7GB/T38883—2020能超過60°。如果角度超過60°或檢測面在背面，可使用紅外反射鏡。10.3.5幀頻與積分時間應(yīng)根據(jù)被測件熱物理特性、紅外熱像儀性能和檢測要求選擇適當(dāng)?shù)臒嵯駜x幀頻與積分時間，如果被測件受熱激勵后溫度變化較快，可選擇更高幀頻。10.3.6激勵參數(shù)應(yīng)根據(jù)被測件材料、厚度和表面狀態(tài)選擇合適的激勵參數(shù)，如熱源波形、激勵能量、激勵時間、激勵頻率和激勵距離。10.3.7采集時間熱像儀采集時間宜完整覆蓋被測件溫度變化過程，檢測前可根據(jù)被測件的材料和厚度選擇適當(dāng)?shù)牟杉瘯r間。對于導(dǎo)熱快的材料，可采用短的采集時間，對于導(dǎo)熱慢的材料，可采取長的采集時間。對于同側(cè)檢測，采集時間宜大于熱量從檢測表面?zhèn)鬟f到檢測背面所需時間的兩倍。10.3.8設(shè)置確認檢測前，按10.3.1～10.3.7的順序?qū)z測所需設(shè)置進行確認。10.4檢測實施10.4.1完成熱激勵的選擇以及檢測準備和設(shè)置后，觸發(fā)熱激勵單元對被測件表面進行激勵，對于面熱流激勵，產(chǎn)生的面熱流分布區(qū)域應(yīng)大于待檢區(qū)域，并且激勵能量密度應(yīng)在被檢區(qū)域內(nèi)均勻分布。10.4.2數(shù)據(jù)采集過程中，被測件應(yīng)和熱像儀保持相對靜止。10.4.3利用熱像儀進行檢測數(shù)據(jù)同步采集、記錄與儲存。一般針對原始熱圖序列和某一時刻的原始熱圖進行數(shù)據(jù)保存，原始熱圖應(yīng)采用無損格式進行保存如BMP、PNG、TIF、TIFF格式，不準許以BMP、JPG等壓縮格式存儲。10.4.4如需要對被測件進行二次檢測，應(yīng)等待被測件熱平衡后再次進行。10.5檢測評價10.5.1正式進行檢測評價前，應(yīng)選取合適的圖像顯示方式，通過全局或局部的對比度、亮度調(diào)整等，使圖像便于觀察。根據(jù)圖像上細節(jié)特征的灰度、形狀和尺寸等情況對圖像進行進一步分析。10.5.2熱圖序列是判斷和測量不連續(xù)的主要手段，主要通過不連續(xù)區(qū)域和正常區(qū)域的灰度差異(對比度)進行不連續(xù)判讀。宜利用原始熱圖序列和微分熱圖序列對檢測結(jié)果進行排查，確定出現(xiàn)熱異常的熱圖序列并分析熱異常(不連續(xù))區(qū)域。10.5.3利用熱圖中不連續(xù)區(qū)域和正常區(qū)域的溫度-時間變化曲線進行比對分析，判斷不連續(xù)深度和熱物理特性(蓄熱或疏熱)。10.5.4應(yīng)同時了解被測件的材料、結(jié)構(gòu)特征、表面狀況和制造工藝等必要信息，結(jié)合檢測參數(shù)與設(shè)置，對熱異常(不連續(xù))區(qū)域進行合理評判。10.5.5應(yīng)排除被測件的結(jié)構(gòu)、表面狀況或表面反射等造成的影響。10.5.6尺寸測量的一般做法為：放置一個已知長度為L的物體(如金屬刻度尺)在被檢件前，通過確定該長度L對應(yīng)的像素個數(shù)n,計算得出在該檢測距離(視場)下單個像素代表的實際尺寸L,,具體可按下式計算：8GB/T38883—2020Lr——檢測距離(視場)下單個像素代表的實際尺寸，單位為毫米(mm);L——物體長度，單位為毫米(mm);n——物體長度L對應(yīng)的像素個數(shù)。11檢測規(guī)程與報告進行主動式紅外熱成像檢測時宜編寫檢測規(guī)程。檢測規(guī)程宜包括以下內(nèi)容：a)適用范圍；b)檢測設(shè)備；c)檢測的準備工作；d)檢測環(huán)境；e)檢測工藝與流程；f)記錄與報告。11.2檢測報告檢測報告宜包括以下內(nèi)容：a)檢測日期；b)檢測人員；c)被測件信息及檢測區(qū)域；d)檢測環(huán)境條件(溫度、濕度);e)紅外熱像儀的相關(guān)信息(可參照7.1.3中的內(nèi)容進行記錄);f)熱激勵的相關(guān)信息(激勵功率和激勵源數(shù)量等);g)檢測工藝參數(shù)；h)檢測評價；i)其他(未在以上提及但影響檢測結(jié)果的因素，如紅外光學(xué)附件的使用等)。9GB/T38883—2020(資料性附錄)常見的熱源類型常見的熱源類型及其對應(yīng)的熱源波形和典型應(yīng)用見表A.1。表A.1常見的熱源類型和對應(yīng)的熱源波形和典型應(yīng)用熱源類型適用的熱源波形典型應(yīng)用紅外輻射體階躍激勵(激勵時間一般大于或等于1s)可用于檢測材料分層或者內(nèi)部不均勻性鹵素?zé)糁芷诩?周期頻率一般在0.001Hz至2Hz之間)、階躍激勵(激勵時間一般大于或等于1s)可用于檢測材料分層或者內(nèi)部不均勻性閃光燈脈沖激勵(激勵時間一般在0.1ms至10ms之間)可用于檢測材料近表面分層或者內(nèi)部不均勻性超聲波脈沖激勵、階躍激勵、周期激勵可用于檢測材料表面及近表面的裂紋激光脈沖激勵、階躍激勵、周期激勵(周期頻率一般在0.1Hz至100kHz之間)可用于檢測分層或者垂直于表面方向的裂紋?？捎糜谏锊牧虾蜕锝M織檢測渦流脈沖激勵(激勵時間一般在20ms至300ms之間)階躍激勵、周期激勵可用于導(dǎo)電材料的表面裂紋檢測LED(激光)陣列脈沖激勵、階躍激勵、周期激勵可用于檢測材料分層或者內(nèi)部不均勻性?？捎糜谔柲茈姵貦z測微波周期激勵、階躍激勵(激勵時間一般大于或等于10s)可用于檢測材料分層或者內(nèi)部不均勻性GB/T38883—2020(資料性附錄)對比試塊的制作B.1制作目的對于主動式紅外熱成像檢測，可依靠對比試塊的檢測結(jié)果對檢測工藝和自然不連續(xù)特性進行研究，a)檢測工藝的檢測靈敏度；b)表面或近表面裂紋相對于表面的傾斜度；c)檢測工藝對緊鄰不同不連續(xù)的分辨與識別；d)自然不連續(xù)的不連續(xù)信息獲取(如深度、蓄熱系數(shù)等)。對比試塊的制作方法示例參照表B.1,裂紋類的對比試塊參考B.2進行設(shè)計，分層類的對比試塊參考B.3進行設(shè)計。表B.1對比試塊的制作方法示例對比試塊不連續(xù)類型適合模擬的自然不連續(xù)制作方法備注槽口裂紋采用電火花腐蝕法在試塊表面刻入不同深度、長