起重機械金屬氣孔缺陷識別紅外熱波檢測仿真研究
焊接缺陷按特征主要劃分為:裂紋、氣孔、夾渣、未融合和未焊透、燒穿和變形等六類主要缺陷。焊接氣孔是較為常見的缺陷，紅外熱像檢測機理決定其對氣孔類缺陷檢測的優越性和有效性。鑒于紅外熱像法在焊縫缺陷檢測中的應用還很少見，故本文以氣孔缺陷為研究對象，利用workbench建立焊縫氣孔缺陷的紅外熱像檢測三維瞬態熱力學分析模型，從缺陷定性和定量分析的角度，研究激勵方式及激勵參數的選取對焊縫缺陷表面溫度的影響規律，為實際工程應用中焊縫缺陷的紅外熱像檢測提供可靠的檢測依據。
建模以及劃分網格
采用脈沖激勵方式，主要分為兩個過程，主動加熱和自然冷卻過程，持續時間為5s。
主動加熱過程：在0~0.02s內，對試件缺陷表面連續施加熱流密度為40000W/m2的脈沖熱流，脈沖寬度為20ms，由于脈沖時間較短，為了提高求解精度故應設置較小的載荷子步，此處設步長為0.0004s。自然冷卻過程：在0.02~5s 內，刪除脈沖熱流載荷，此時試件表面與環境空氣之間產生對流作用，由于對流時間相對較長，溫度變化較為緩慢，故載荷子步步長設為0.1s即可。結果如圖所示：
利用ANSYS Workbench瞬態熱力學模塊對整個熱波檢測過程進行了模擬，記錄了0~5s內試件表面的溫度場變化。不同時間區間獲取的脈沖紅外序列圖像如圖所示。圖中顯示了不同深度的缺陷表面溫度隨時間的變化，由于脈沖時間極短，能量較大，因此試件表面溫度上升比冷卻速率快。隨著時間的推移，熱波在試件內傳播并擴散到環境中，試件表面溫度在5秒時趨于平衡。由圖可知深度最淺的缺陷首先在熱序列圖片中顯示出來，是因為距離表面深度最淺的缺陷首先會因為其熱導率低，影響熱波在材料內部的傳播，故深度淺的缺陷表面溫度較高，溫差大；而缺陷深度較大的地方，其對熱波影響較晚且不明顯，表面溫度較小，溫差較小，因此紅外熱像儀對較深的缺陷檢測效果不佳。
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