[发明专利]一种压力容器的热图无损检测方法

说明书

本发明涉及安全评估和无损检测技术，特别提供了一种用于压力容器的热图无损检测方法。

压力容器在工业领域及航天领域都有着广泛的应用，其工作的安全性、使用寿命和经过一段时间使用后被损伤和出现缺陷的程度一直是人们所关注的主要问题，长期以来，一些常规的无损探伤和检验方法虽然能够对压力容器进行探伤和检测缺陷，但是这些方法一般是在非工作状态下进行的静态检测，检测到的结果也只能在有缺陷或有伤时候才能反映和说明问题，对于压力容吕大工作状态下的实际应力分布情况以及潜在的缺陷，这些方法就无能为力了。

本发明的目的在于提供一种压力容器在工作状态下的实际应力分布情况以及潜在的缺陷的无损检测方法。

本发明提供了一种压力容器的热图无损检测方法，其特征在于检测步骤如下：

(1)在压力容器表面涂以红外涂料，要求红外涂料的表面比发射率ε值大于0.9；

(2)将涂过红外涂料的压力容器置于由热屏蔽板构成的背景前，热屏蔽板为表面粗糙对红外线产生漫散射的材料；

(3)在压力容器的工作压力范围内，对压力容器进行打压，升压速度大于1MPa/秒，同时用红外热像仪获取初始、过程中及终结状态的压力容器热图，通过计算机对系列热图的对比找出热图中红外冷发射(IRCE)最明显的地方，即对应于应力最大位置；

(4)对压力容器卸压，同样取得初始、过程中及终结状态的热图，通过计算机对系列热图的对比，找出热图中红外热发射(IRHE)最明显的地方，即对应于应力最集中的位置。

固体材料在受力载荷的状态下，根据热弹性效应，其本身的温度将要发生变化，这种温度场的变化与材料本身的应力与应变有关。特别地，在弹性范围及绝热条件下，物体的温度变化与其应力的关系如(1)式所示

      σ=-KΔT/To                  (1)式中，ΔT是物体温度的增量，To是物体在不受力时的温度，K为常数，是由物体的热性能和弹性性能决定的，σ是物体的应力。按照此表达式，可以得出弹性拉伸载荷引起降温，而弹性压缩载荷则引起温度升高。在金属中也存在此种效应，虽然在温度变化上很小。本发明将此种效应分别定名为红外冷发射(IRCE)相对应于弹性拉伸载荷和红外热发射(ICHE)相对应于弹性压缩载荷。同样作为金属构件的压力容器，在弹性应力条件及绝热情况下，也存在有红外冷发身(IRCE)和红外热发射(IRHE)。IRCE和IRHE的强弱以及其热图型貌是与压力容器的应力集中区和缺陷区有关的，本发明所提出的技术方案正是基于这一点完成的。通常情况下，工况使用的压力容器表面红外发射特性极不均匀，有的表面比发射率ε极低(＜0.2)，故不可能获得任何真实的红外发射信息。采用提高压力容器表面比发射率ε值的红外涂料，(要求ε＞0.9)它使工况下的压力容器表面ε值趋于一致，而且对压力容器表面不产生任何腐蚀等影响，这一类红外涂料可以为油漆，粘土，炭黑等。为防止周围环境及压力容器自身红外辐射对检测的影响，采用表面粗糙对红外线漫散射的材料和结构的热屏蔽板是测试成功之关键，热屏蔽板的材料可以为具粗糙表面的各种塑料，纸张，木制板材等。

本发明热图无损检测方法对压力容器在工作状态的应力分布情况进行检测有着以下几个优点：

1．可以真实地反映出压力容器在工作状态下的应力分布状态，压力容器上的应力最大处和应力集中区通过分析便可直观地得到。

2．如果容器存在某种缺陷和损伤以及腐蚀等，通过这种方法的检测都能够予以诊断出来，特别在某些缺陷还在萌发期时该方法就能早期预测出来。这是其它检测手段所做不到的。

3．完全的非接触，无损害的检测，也无需对被测体施行射线照射，操作简便，效率高，可对被测物进行长期的监测比较，乃至建立数据库档案。

4．可开发成便携式检测系统，随时对现场使用的压力容器进行检测，并且比较安全。下面通过实施例详述本发明。

附图1 20升钢球实物照片；

附图2 20升钢球在压力为10MPa时的热图，其中暗兰色区域显示IRCE较大；

附图3 20升钢球加压20MPa时的热图；

附图4 20升钢球随应力增加而变化的热图；

附图5 20升钢球卸压后1秒的热图；

附图6 20升钢球卸压后4秒的热图；

附图7 0.6升钢瓶打爆试验初始压力为5MPa热图；

附图8 0.6升钢瓶压力为10MPa热图；

附图9 0.6升钢瓶压增至30MPa热图；

附图10 0.6升钢瓶压力加至80MPa热图；