船舶结构质量问题的红外热成像无损检测

船舶结构质量问题的红外热成像无损检测

先进的无损检测技术（NDT）在保证船舶建造质量方面起着关键性的作用，因为只有保证了船舶的结构质量才能进一步确保整条船在安全质量方面的可靠性。

在著名的阿联酋马斯达尔理工学院里，研究人员利用热成像法对机动车辆的结构进行了检测研究。他们发现这项检测技术由于具有简单、有效、易于操作等优点而广受欢迎。

马斯达尔理工学院是世界上第一所主要研究利用切实可行的解决方案来解决有关可持续性问题的研究院校。本文主要讲述了红外热像仪在检测船舶结构方面的相关应用。

船舶结构

Mohammad Omar博士目前正在研究无损检测技术用于监测加工过程和检测最终产品方面的优点。他说：“在进入马斯达尔理工学院之前，我在许多应用领域内都接触过热成像技术，包括在线检测、自动化和过程控制等领域。在这些应用中，我已经体会到热成像技术是十分可靠并易于实现的。同理，将热成像技术用于船舶建造检测方面也会是如此”。

海洋船舶通常都是在恶劣环境中工作，并且需要准确的测试程序和现代无损检测技术帮助确保其结构质量，因为结构质量最终会影响到船舶的使用寿命、使用安全可靠性、维修频率以及总成本等。热成像无损检测技术就是这样的一种技术，不仅会帮助检测缺陷并将其量化，而且还易于实现。这种检测工具能够用在许多海军和海洋应用中，对船舶的内部和外部区域进行检测。

热成像技术用于焊接质量控制方面

在船舶建造过程中，焊接质量控制扮演着一个非常重要的角色。无论是点焊、摩擦搅拌焊，还是金属惰性气体电弧焊等，最关键的地方还是在于以一种可靠的方式将两块金属件结合在一起。对于焊接质量的传统测试方法主要有利用锤子敲打和外观检验等。然而，这些方法都是极其主观的。现在热成像技术为相关工作人员在监测焊接过程方面提供了一种更好的方法。良好的焊接可以通过以一种均衡的加热方式对金属件加热直至熔点而实现。在这一过程中，监控温度是至关重要的，因为温度将会提供焊接强度的相关信息。而利用热成像技术得到的热图像则会提供整个焊接过程中温度变化的详细信息。

图1：监测焊接过程中的温度变化可以很好地提供焊接强度相关信息

热成像技术用于喷漆表面检测

“热成像技术的一大优点就在于它能够直接地呈现出船舶上大型表面的温度曲线。这一优点使其非常适用于监测船舶的涂漆过程。”Mohammad Omar博士这样认为。

热成像技术实际上已被用于汽车工业中的油漆表面检测，主要用来监测自动涂漆过程，这一过程包括在汽车油箱上涂上具有保护性的涂层，对水性薄膜的厚度测量等。通过将热图像与油漆层厚相结合，在油漆干燥之前就可以实时地创建出适用于每个油箱的厚度图，如图2所示。这也使得操作人员能够较轻易的对带有涂层的油箱进行修理，此外，基于热像仪的反馈，还能够实现对流程设置的自动化调控。

图2：热像仪能够提供有关油漆层厚的信息，这样能在油漆干燥之前实时对每个油箱创建一个厚度图

热成像技术在海洋船舶建设中的另一个应用是检测压载水舱中的漏镀面。在这项应用中，热成像技术可以检测出不同尺寸的未镀层点，因为不同大小的点具有不同的发射率和热性能。这项技术可以与其他的成像方法结合使用，例如荧光成像法。荧光成像法涉及到利用紫外线来研究含有荧光颜料的油漆材料。

“热成像技术相比于其他的技术而言最主要的优势在于，你可以将温度监控过程整合到涂漆工艺中。利用这种方法可以直接发现哪块区域需要重新上漆，哪块区域已经完成上漆。这种方法比超声波法更加有效，因为利用超声波法，你不得不先进行喷漆，事后再进行检测”，Mohammad Omar博士介绍道。

图3：在镀有海洋级防护涂料的样品上人为施加针孔（在顶部和底部），热成像技术的过程图像能够显示出施加的小孔位置

热成像技术用于底漆腐蚀检测方面

一些油漆材料在2-5μm的红外波段内是透明的，然而，利用热成像技术可以在不需要去除油漆的情况下，检查到底物是否腐蚀或者变形了。

“我们曾用FLIR热像仪进行压载水舱的维护检查。邮轮有时候从中东国家返回时压载舱内会装满石油，但是当在去这些目的地时，这些同样的舱内则会充满盐水，这都是为了保证这些船舶在单程旅行中的平衡。问题是这些盐水具有非常强的腐蚀性，这种腐蚀性介质可能会破坏掉船表面的涂层。通过利用红外热像仪，工作人员能够在不需要去除表面涂层的情况下清楚的看到腐蚀点在哪”。Mohammad Omar博士说。

热成像技术用于难以触及部位的检测

热成像技术非常适用于造船厂对船舶上昏暗的，或者难以触及的地方进行检测。这项技术能够以一种非接触式的模式对一些隐蔽的，难以检测的地方进行检测。由于海洋船舶通常具有非常大的尺寸规模，该技术的二维扫描特性就显得非常有益。利用这种技术，不需要样品制备和表面处理过程，并且还可以在许多不同配方的涂料和材料上面进行。因此，该技术并不受某些材料的特性限制，例如材料的磁导率等。热成像技术还使得研究人员能够通过调整焦平面阵列和棱镜的空间维度进而控制检测的分辨率。这也就意味着利用一个红外成像仪就可以解决大量的船舶检测问题。

“在马斯达尔理工学院里，我们尝试使用了不同种类的FLIR红外成像仪，从将热芯整合至喷涂枪到用于科研应用的FLIR SC系列。我们非常偏爱红外热像仪，因为这是一种能够适用于不同方面的科学技术。此外，该技术在仪器校正和软件升级方面也显得非常不错”。Mohammad Omar博士说道。

图4：马斯达尔理工学院尝试使用的不同类型的FLIR红外成像仪

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