SiC涂層缺陷的脈沖紅外熱波無損檢測關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、SiC涂層結(jié)構(gòu)具有高溫強(qiáng)度好、斷裂韌性高、耐燒蝕性等優(yōu)異性能，已被廣泛應(yīng)用于航空、航天、內(nèi)燃機(jī)、核反應(yīng)堆等高溫環(huán)境。SiC涂層結(jié)構(gòu)的制備工藝相對(duì)復(fù)雜，服役環(huán)境較惡劣，易產(chǎn)生涂層厚度不均、涂層脫落及基體內(nèi)部缺陷等，這些均會(huì)直接危害設(shè)備可控性和運(yùn)行安全性。紅外熱波無損檢測技術(shù)具有非接觸、直觀、高效等優(yōu)點(diǎn)，為 SiC涂層結(jié)構(gòu)缺陷的檢測提供了一種新方法。本文從涂層結(jié)構(gòu)脈沖紅外熱波檢測原理分析與仿真研究、脈沖紅外熱波檢測系統(tǒng)研制、檢測工藝參數(shù)選擇

2、、脈沖紅外圖像序列處理算法、涂層厚度均勻性檢測、缺陷幾何特征識(shí)別與判定等關(guān)鍵技術(shù)開展了系統(tǒng)深入的研究。
　　分析了光脈沖激勵(lì)涂層結(jié)構(gòu)樣件的熱流傳遞過程，建立了表面溫度場分布一維解析模型，確定了涂層厚度與溫度差之間的解析關(guān)系；通過仿真分析了缺陷幾何特征和檢測參數(shù)對(duì)表面溫度信號(hào)的影響與規(guī)律，探討了脈沖紅外熱波成像檢測SiC涂層-高溫合金基體中涂層厚度不均勻性、SiC涂層-高溫合金基體內(nèi)部缺陷和SiC涂層-C/C復(fù)合材料基體內(nèi)部缺陷的檢

3、測能力。
　　搭建了閃光燈脈沖激勵(lì)紅外熱波成像無損檢測系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)了SiC涂層結(jié)構(gòu)缺陷的高效、可靠檢測；通過試驗(yàn)研究，分析了缺陷幾何特征和檢測參數(shù)對(duì)樣件表面溫度信號(hào)影響與規(guī)律，驗(yàn)證了理論模型正確性，并得到了合理檢測參數(shù)范圍。
　　研究了脈沖紅外圖像序列處理算法（多項(xiàng)式擬合時(shí)間微分-相關(guān)系數(shù)法，F(xiàn)CA、脈沖相位法，PPT和馬爾科夫-主成分分析法，Markov-PCA），對(duì)脈沖紅外熱圖序列進(jìn)行了處理與溫度信號(hào)特征提取，各種算法處理

4、后得到特征圖像提高了信噪比，提出的Markov-PCA法顯著改善了信噪比和提高了缺陷探測能力。
　　開展了涂層厚度的脈沖紅外熱波成像檢測方法研究，建立了基于表面歸一化溫度分布的涂層厚度分布導(dǎo)熱反問題，采用模擬退火算法實(shí)現(xiàn)了涂層厚度的反演計(jì)算。通過對(duì)SiC涂層-高溫合金基體中涂層厚度分布脈沖紅外熱波成像檢測研究表明：涂層厚度在45~130μm范圍內(nèi)，相比常規(guī)電渦流掃描涂層厚度測量結(jié)果，涂層厚度最大檢測誤差<10％。深入研究了脈沖紅外

5、熱波檢測SiC涂層結(jié)構(gòu)缺陷幾何特征識(shí)別與深度判定方法，提出了模糊C均值聚類-Canny算子邊緣檢測算法對(duì)紅外特征圖像中的缺陷邊緣進(jìn)行提取，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了缺陷幾何特征識(shí)別；建立了提出的Markov-PCA分析的主成分特征參數(shù)為輸入，缺陷徑向尺寸和深度為輸出的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用采集樣本數(shù)據(jù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了SiC涂層-C/C復(fù)合材料基體內(nèi)部缺陷徑向尺寸與深度的判定，對(duì)于徑深比為1.2~4.0，深度為1.0mm~2.5mm的