橋梁涂裝紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)用試板設(shè)計(jì)應(yīng)用

高昊，張運(yùn)入，姚騰

（1.中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部，南京 210018；2.江蘇法爾勝材料分析測(cè)試有限公司，江蘇 江陰 214445）

1 引言

五峰山長江大橋是公鐵兩用大橋，橋梁涂裝面積很大，同時(shí)所處運(yùn)營環(huán)境比較惡劣，橋梁長期暴露于大氣環(huán)境之中。在多種外界因素耦合作用下，鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層的物理及化學(xué)性能隨時(shí)間推移逐漸衰變失去保護(hù)性能，導(dǎo)致防護(hù)涂層部分或全部失去對(duì)基體的保護(hù)作用，因此，保障鋼結(jié)構(gòu)涂層質(zhì)量對(duì)后期橋梁的運(yùn)營意義重大。

常規(guī)涂裝檢測(cè)方法如漆膜厚度、涂層附著力的檢查均在施工完成后進(jìn)行破壞性檢查，然后對(duì)破壞區(qū)域進(jìn)行涂裝修復(fù)，并且常規(guī)檢測(cè)手段受位置、結(jié)構(gòu)、構(gòu)件尺寸的影響。紅外熱成像技術(shù)以間歇式輻射加熱的方式進(jìn)行涂層的吸熱/放熱特性分析，并形成圖像，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)涂層進(jìn)行檢測(cè)。從理論上來說，紅外熱成像技術(shù)可以彌補(bǔ)橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝常規(guī)檢測(cè)手段對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及破壞性檢測(cè)手段的不足，因此，很多學(xué)者對(duì)紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用于橋梁的涂裝檢測(cè)的可行性展開了大量研究[1～3]。

橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝的缺陷包括各種噴涂工藝下的涂層缺陷以及各種涂裝失效形態(tài)，根據(jù)橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝缺陷設(shè)計(jì)制作缺陷試板，采用紅外設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，根據(jù)試驗(yàn)試板的檢測(cè)結(jié)果研究鋼結(jié)構(gòu)涂層相關(guān)工藝。

2 紅外熱成像設(shè)備

檢測(cè)設(shè)備采用Thermal Stare公司生產(chǎn)的IR-CIS涂裝紅外系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由攝像頭、主機(jī)及控制器構(gòu)成?？刂破鬟M(jìn)行檢測(cè)過程的控制，通過攝像頭對(duì)檢測(cè)物體熱激及圖像采集，經(jīng)過主機(jī)系統(tǒng)完成處理并在控制器顯示數(shù)字圖像以及紅外圖像。

當(dāng)物體存在缺陷時(shí)，不同的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)熱傳導(dǎo)過程的影響不同，熱流在物體內(nèi)傳導(dǎo)的過程會(huì)反映在物體表面溫度的差異上。紅外熱成像技術(shù)原理是通過電子裝置探測(cè)器將物體表面的發(fā)熱與散熱部位的溫度分布情況進(jìn)行采集，通過系統(tǒng)處理后形成代表物體溫度分布的熱圖像，熱圖像中不同的顏色代表著物體不同的溫度顯示狀況，可以根據(jù)紅外圖像中顯示的不同顏色識(shí)別被檢物體中存在的缺陷。

3 涂裝紅外檢測(cè)試板設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)制作紅外熱成像檢測(cè)試板采用鋼材料，預(yù)留6個(gè)區(qū)域預(yù)埋缺陷，缺陷位置分布及編號(hào)如圖1所示。試板尺寸為L×B×H=180mm×120mm×5mm，設(shè)置同一行缺陷面積相同，即A1、B1、C1 缺陷邊長為 15mm，A2、B2、C2 缺陷邊長為 20mm，橫排缺陷之間的距離為40mm。每列孔洞缺陷的深度相同，3列缺陷深度分別為1mm、1.5mm和2mm。每列缺陷之間的距離為45mm。設(shè)計(jì)制作試板的俯視圖如圖1所示。

圖1 試板俯視圖

4 涂裝紅外檢測(cè)試板制作

涂裝紅外檢測(cè)試板設(shè)計(jì)制作的目的是為了解決上述背景問題中提出的涂裝紅外檢測(cè)在實(shí)際橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝應(yīng)用的可行性，橋梁鋼結(jié)構(gòu)涂裝缺陷包括涂料和基體之間的結(jié)合不良、涂料之間的結(jié)合不良，因此，設(shè)計(jì)制作涂裝缺陷試板包括無缺陷、細(xì)砂+膠帶、涂料未干透+細(xì)砂+膠帶、涂料未干透+銹蝕+細(xì)砂+膠帶。預(yù)制完成的缺陷試板如圖2所示。

試板的制作步驟分別為：

1）制作試板尺寸L×B×H=180mm×120mm×5mm，在試板上預(yù)留 3個(gè)面積為 15mm×15mm（A1、B1、C1）和 3個(gè)面積為20mm×20mm（A2、B2、C2）的區(qū)域，位置如圖 1所示。除 C1、C2區(qū)域外，試板表面噴砂后刷涂環(huán)氧富鋅底漆，主∶固（主劑∶固化劑）=19∶1，C1、C2區(qū)域用水及化學(xué)試劑噴灑，等待生銹。

2）待試板表面涂刷的底漆完全干燥后，測(cè)得干膜厚度約為 120μm，然后刷涂環(huán)氧云鐵中間漆，主∶固=6∶1。在 A1、A2 處采用膠帶下面鋪細(xì)沙制作缺陷，待中間漆完全干燥后，涂刷氟碳面漆。無缺陷處試板干膜厚度約為250μm，A1、A2區(qū)域因布置缺陷厚度不均勻，干膜厚度在250～350μm。

3）B1、B2區(qū)域底漆未完全干透前，刷涂環(huán)氧云鐵中間漆，主∶固=6∶1。同樣在B1、B2區(qū)域布置膠帶下面鋪細(xì)沙制作缺陷，待中間漆完全干燥后，涂刷氟碳面漆。因布置缺陷底漆厚度未干以及布置缺陷厚度不均勻，干膜厚度在300～650μm。

圖2 預(yù)制完成的缺陷試板

4）待C1、C2區(qū)域表面發(fā)生銹蝕后直接涂刷底漆，主∶固=19∶1，底漆未完全干透前，刷涂環(huán)氧云鐵中間漆，主∶固=6∶1。同樣，在C1、C2區(qū)域布置膠帶下面鋪細(xì)沙制作缺陷，待中間漆完全干燥后，涂刷氟碳面漆。試板因布置缺陷厚度不均勻，干膜厚度在 350～750μm。

5 涂裝紅外試板檢測(cè)應(yīng)用

當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)及攝像頭測(cè)試完成后，點(diǎn)擊測(cè)試圖標(biāo)即可完成一次涂裝的紅外熱成像檢測(cè)，控制系統(tǒng)將會(huì)在自動(dòng)完成設(shè)定次數(shù)的間歇輻射后拍攝紅外和數(shù)字圖像。由于獲得的涂裝紅外圖像是經(jīng)過主動(dòng)熱激勵(lì)源的數(shù)次間歇輻射，表征鋼結(jié)構(gòu)涂裝的吸熱、放熱特性，采用紅外熱成像系統(tǒng)對(duì)試制的缺陷試板進(jìn)行試驗(yàn)。

由試板紅外檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果照片可知，照片中存在鮮明的顏色對(duì)比，未設(shè)置缺陷區(qū)域圖像為藍(lán)色，設(shè)置缺陷的區(qū)域?yàn)辄S色或紅色，缺陷位置與預(yù)制缺陷位置基本相同；A1、A2區(qū)域的缺陷為膠帶+細(xì)砂，缺陷厚度較淺，檢測(cè)圖像顯示顏色較淺，B1、B2區(qū)域的缺陷為底漆未干+膠帶+細(xì)沙，檢測(cè)圖像顯示有明顯的缺陷，缺陷深度加深；C1、C2的區(qū)域?yàn)榛w銹蝕+底漆未干+膠帶+細(xì)沙，檢測(cè)圖像同樣顯示有明顯的缺陷。由此可見，缺陷深度越大，顏色顯示越深，缺陷面積越大，缺陷越容易識(shí)別。

6 結(jié)語

綜上所述，得出以下結(jié)論：

1）對(duì)設(shè)計(jì)制作的缺陷試板的紅外設(shè)備檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可得，紅外熱成像技術(shù)能夠檢測(cè)出試板預(yù)制的缺陷，且不同缺陷的紅外圖像結(jié)果對(duì)比明顯。表明紅外熱成像技術(shù)可以應(yīng)用于橋梁涂裝缺陷的檢測(cè)。

2）鋼結(jié)構(gòu)涂裝內(nèi)部存在缺陷時(shí)，缺陷區(qū)域的溫度與無缺陷區(qū)域差異性明顯，即無缺陷區(qū)域的圖像為藍(lán)色，缺陷區(qū)域的圖像顏色為黃色甚至紅色，顏色越接近紅色和紅色區(qū)域越大表示涂裝缺陷越嚴(yán)重。

3）涂裝缺陷面積不同，試件表面產(chǎn)生溫度異常的范圍越大，紅外顯示的顏色差異明顯，缺陷深度越深，熱量不易擴(kuò)散，紅外圖像顏色越深。