| §2.4 利用热学特性的无损检测技术 |
| 利用热学特性的无损检测技术主要采用温度记录法，即通过在试件背面或正面加热（人工或自然加热），从而向被检试件注入一定的热量（主动式），或者利用试件自身存在的热源（被动式），当试件内部存在缺陷时，因为缺陷的导热性与母体材料的导热性有差异，可以测量这种差异从而检出缺陷。视温度记录和检测方式的不同，可以分为以下几种方法： |
| §2.4.1 热图像法（红外检测） |
根据斯捷藩-波尔兹曼（Stefan-Boltzman）定律：Rλ=ελ·σ·T4，式中：Rλ-物体光谱辐射通量密度（w·cm2/μm）；ελ-物体光谱辐射本领；σ-斯捷藩-波尔兹曼常数（5.67x10-8w·m2/T4）；T-物体绝对温度（ ） |
| 可知任何物体只要具有一定的温度，即能在其表面有能量辐射，具有一定温度的物体对应某一波长有最大辐射通量密度，根据维恩（wein）位移定律有：λm·T=b，式中：λm-物体最大辐射通量密度对应的波长（即峰值波长）；b-常数，2.898x10-3m· |
| 在红外检测中利用的物体温度通常为300~400（以凯尔文[K]表示的热力学温度单位-1968年国际实用温标-IPTS-68），即波长范围为8~14μm，此时的红外辐射具有最大辐射通量密度，由此决定了红外检测系统的敏感波段。 |
| 根据材料的热扩散率：a=k/(ρ·c)，式中：k-材料的导热率；ρ-材料质量体密度；c-材料的比热 |
| 可知热扩散率与材料性质有关。对于均匀无缺陷的材料，a为常数。当在均匀材料中有缺陷存在时，缺陷相当于具有另一热扩散率的材料，因而有缺陷部分与无缺陷部分的热状态不同，表现在材料表面有不同。热传导的差异在材料表面形成时间和空间上的温度梯度，即温度扰动：△T=Tf-T，式中：△T-温度扰动；Tf-有缺陷处的材料表面温度；T-无缺陷处的材料表面温度。△T不仅与材料的热扩散率有关，而且与缺陷的几何尺寸和埋藏深度有关。 |
| 当材料表面的温度差大于红外热象仪的最小可测温度时，即可在热象仪上观察试件表面温度分布的热图像，分析判断材料中是否存在缺陷，从而达到检测目的。 |
| 对试件进行加热进行的红外检测属于主动式红外检测。依靠物体自身热辐射而对其温度场被动成象的红外检测属于被动式红外检测。被动式红外检测除了在工业上用于设备、构件等的热点检测外，在军事上应用如红外夜视仪、红外瞄准镜等，在医学上可应用于检查人体温度异常区域，例如2003年的萨斯（SARS）流行期间安置于机场、车站等人流密集的地方监视人体额头部位有无发热就是一个典型的应用实例。 |
| 红外检测技术的优点是能非接触遥控测量，直接显示实时图像，灵敏度较高，检测速度快。红外热象仪结构简单，使用安全，信息数据处理速度快，并能实现自动化检测和永久性记录，在检测时受试件表面光洁度影响小等。因此，红外检测已广泛应用于金属、非金属构件，尤其适用于导热系数低的材料，如检测复合材料、胶接结构和叠层结构中的孔洞、裂纹、分层和脱粘类缺陷，还可用于聚合物、橡胶、尼龙、胶纸板、石棉、有机玻璃、水泥制品、陶瓷等的质量检测，对固体火箭发动机整体或壳体、航空发动机喷管、涡轮叶片、电子仪器的整机或组件（如印刷电路板、集成电路块等）的温度监控，可以检查元件的质量、钎焊质量及工作状态，并且在电力设备（如发电机组的换向触点、变压器、高压瓷瓶、高压开关与触头、输变电线路等）的热点检测、铁路车辆的热轴检测、建筑工程中墙体构造异常和墙饰面层质量的检测，以及石油化工、采暖、节能等多方面都获得了应用。 |
| 红外检测的缺点是由于检测灵敏度与热辐射率相关，因此受试件表面及背景辐射的干扰，受缺陷大小、埋藏深度的影响，对原试件分辨率差，不能精确测定缺陷的形状、大小和位置。在检测时对时间-温度关系要求严格，需要使用如液氮冷却的探测器，检测结果的解释比较复杂，需要有参考标准，检测操作人员需要经过培训等。 |
| §2.4.2 热图法 |
| 利用热敏涂料、热敏纸、液晶等对温度变化敏感并能显示出不同颜色的原理，用于探测如钎焊质量、胶接质量、金属的涂镀层质量、检测电子组件中的热点、冷却器通路堵塞，以及热传导和温度范围的监控、热等温线测定等。 |
| 热图法的优点是成本低，显示结果直观，能用于其他方法难以检测的表面，不需要技术特别熟练的操作者等，缺点是只能用于薄壁表面，对时间-温度关系要求严格，图像的保存性受温度影响很大，而且需要参考标准等。 |
| §2.4.3 热电法 |
| 利用热电偶探头在有温度差的部位产生不同的热电势，或者利用热敏电阻在有温度差的部位产生不同的电信号等方法，用于金属材料分选、金属基体上陶瓷涂层厚度的测量，以及其他涂层的测厚、半导体PN结的测定、材料的某些物理性能测定等等。 |
| 热电法的优点是轻便、操作简单，仅需单面探测，缺点是难以实现自动化，需要有参考标准，受表面污染影响等，特别是使用热电偶探头测定涂层厚度时，涂层和基体材料必须都是导电的金属，并且要有较大的温差条件才能应用。 |
| §2.4.4 红外热波无损探伤技术（本节内容摘自北京维泰凯信新技术有限公司关于红外热波无损探伤技术的介绍资料） |
| 红外热波无损探伤技术是一项二十世纪九十年代发展起来的实用技术。 |
| 红外热波无损探伤技术的核心是针对各类试件选择不同特性的热源对试件进行周期、脉冲、直流等函数形式的加热；采用现代红外成象技术，并在计算机控制下进行时序热波信号探测和数据采集；使用根据热波理论模型和现代图象处理理论模型而研制的专用计算机软件进行实时图象信号处理和分析。核心设备是“红外热波探伤仪”。包括热象仪、加热装置、控制装置、计算机及图象处理装置和专用计算机软件。 |
| 与传统的依靠物体自身热辐射而对其温场被动成象的探伤技术不同，红外热波无损探伤技术利用物体因其结构或材料不同而导致的热传导特性的不同，采用各式各样的加热方法对试件进行加热用以激发显示表面裂纹和暗藏于表面以下的各种损伤和异常结构变化，使用热成象仪在时间和空间上记录热传导过程中试件表面的温场变化，用热波理论和计算机图象处理技术分析所得热图象并最终达到探伤目的。 |
| 与多种常用的探伤技术，如超声波、X光、热成象、暗电流、全息摄影、染料、磁化等等相比，红外热波无损探伤技术具有适用面广（可用于所有金属和非金属材料），速度快（每个测量一般只需数秒钟），观测面积大（根据被测对象，一次测量可覆盖面积近一平方米），测量结果用图象显示，直观易懂，多数情况下不污染也不需接触试件等优点。 |
| 红外热波探伤技术的功能和用途主要是无损探伤和检测。可应用的领域非常广泛，特别是用于航空、航天、军工领域中有关飞行器安全的检测，例如飞机蒙皮损伤检测、陶瓷绝热层的检测；用于各种新材料，特别是多层复合材料的研究；各工业、制造业中探测各种承重设备表面及表面下的疲劳裂纹；各种粘接、焊接质量检测，涂层检测；用于产品质量的监测；对设备运转情况的监测；用于对产品研发过程中加载或破坏性试验过程的评估等等。此外，这项技术还可以用来做定量测量分析，如测量材料厚度和各种涂层、夹层的厚度以及进行表面下的材料和结构特征识别。 |
| 利用热学特性的其他无损检测方法还有如结霜试验法、荧光温度记录法、液体表面张力变化法等等。 |
