红外热成像对大型圆柱壳锻件的温度场测量

大型圆柱壳锻件是许多国家能源安全领域（例如核工业和石化工业）的关键组件。大型圆柱壳锻件的质量直接关系到国家能源和人民生命的安全。因此，高质量产品的生产能力反映了国家机械制造水平。在锻造过程中，实时准确地测量锻件温度场，尤其是内部温度场，是确保正确进行锻造过程的有效手段。
在过去的几十年中，许多科学家探索了锻造过程中的温度场测量方法。尽管所有这些研究都为温度场测量的发展做出了巨大贡献，但是仍无法实现用于大型圆柱壳锻件的温度场测量方法。根据目前的研究，大型锻件的温度场测量方法主要有两种：一种是检测表面温度场，被认为是整个锻件的温度场。如果不获取内部温度场的准确信息，该方法很难指导锻造过程的实施。另一种是模拟锻造过程，并通过相应的传热模型获得温度场信息。显然，由于测量条件的理想化，该方法难以满足工程实践的要求。

图为缸壳锻件

近年来，红外热成像测温以其方便、智能、灵活、准确、无接触的优势逐渐成为应用最广泛的测量方法之一。本研究采用红外热成像测温系统对锻件表面温度场进行检测，提出了一种新的测量方法来获取大型热圆柱壳锻件的整个温度场。先结合一次光谱高温测定原理和三级法布里-珀罗腔液晶可调滤光片（LCTF），设计了一种红外测温系统来检测大型热圆柱壳锻件的表面温度场。其次，建立了锻件的二维非稳态传热模型。根据模型和获得的表面温度场，获取内部温度场。同时，新的表面温度场由设计的系统连续收集。

图为缸壳锻件的红外热像图

通过重复上述过程，可以实现大型热圆柱壳锻件的温度场测量。该方法的明显优势在于，无需事先知道表面发射率的值即可实现整个温度场的实时测量。而且，有效地抑制了背景光辐射对测量结果的影响。该研究为大型热圆柱壳锻件的在线非稳态温度场测量奠定了坚实的理论和实践基础。

参考资料：
Yu-cun Zhang, Bin Wei, Xian-bin Fu. An unsteady temperature field measurement method for large hot cylindrical shell forging based on infrared spectrum. Measurement. 58:12-20, 2014.