《用于新型复合材料高速铁路车体的阶梯加热热成像无损检测》一文聚焦新型复合材料高铁车体检测，探究阶梯加热热成像（SHT）技术在此领域的应用，为解决高铁车体检测难题提供参考，对推动复合材料在高铁领域的应用意义重大。
摘要：研究工作的动机是探索步进加热热成像 （SHT） 作为一种能够根据铁路制造行业设定的苛刻要求检查新型复合轨道车体的技术的应用。在这项研究中，制造了一个带有 PTFE 人工缺陷的大型复合样品，复制了新轨道车体的侧壁部分，并检查了表面和近表面缺陷。该样品的特点是厚度大，由 a） 整体 CFRP 组件（20 mm 厚）和 b） 熔合在一起的 CFRP-PET 泡沫-CFRP 夹层（总厚度 40 mm）组件组成。检测程序的主要挑战是应用反射模式热成像并检测样品整个厚度中的缺陷，这些缺陷同时表现出低发射率和隔热性能，尤其是在样品的夹层部分。该研究探索了能够在一次采集中检测到大量缺陷的热成像程序，这些程序将在自动检测过程中应用，从而在样品的 CFRP 切片中仅检测到 5 毫米以下的缺陷，而在样品的背面皮肤上无法检测到任何缺陷。
研究背景与目的
铁路运输虽碳排放占比 4%，但运输行业整体节能降排需求迫切，促使制造商采用碳纤维等复合材料减轻车辆重量。然而，复合材料在制造和使用中易出现分层、脱粘等缺陷，需有效无损检测（NDT）技术。热成像技术中的 SHT 适用于厚复合材料检测，本研究受欧盟 GEARBODIES 项目资助，旨在依铁路制造业要求，用 SHT 检测新型复合车体缺陷，并探索其自动化检测流程。 实验设置与检测程序
SHT 理论基础
SHT 与脉冲热成像（PT）相似，PT 用短脉冲强光加热，仅记录冷却阶段；SHT 用低强度长脉冲光，加热时间长，可监测加热和冷却阶段，利于检测深层缺陷，且控制简便。 样品特性
按行业要求制作大型复合样品模拟车体侧壁，含 CF-PET-CF 三明治结构和整体式 CF 部件，用 PTFE 薄膜模拟不同深度和尺寸的潜在缺陷，样品属性如表 1 所示。
热成像设备
实验设备包括两个 1kW 卤素灯、Visioimage 的 IRT 控制器、FLIR A655sc 非制冷微测辐射热计及配套软件，设备连接与控制通过 Telnet 协议实现。 热成像程序
因样品特性和检测要求，检测面临低发射率和组件差异问题。低发射率使表面反射严重，需调整设备位置；组件差异导致温度对比，需调整加热灯热通量。样品按视场（FOV）划分为 15 个区域检测，采用多种 SHT 采集协议，检测后对图像进行预处理和多种后处理分析。 SHT 检测结果
通过不同采集协议检测样品，不同图像处理技术检测缺陷能力不同，PCT 和 FT 相位检测效果最佳，分别检测出 64.3% 和 66.7% 的缺陷。三明治区域浅缺陷易检测，整体式部件缺陷难检测，可能因部件形状、厚度和加热不均匀等因素。部分制造表面缺陷也能被检测到。 研究结论
SHT 检测厚三明治部件全厚度存在局限，难以满足单面检测要求。为提高缺陷检测概率，可采用双面检测或结合超声检测（UT）等其他 NDT 方法。自动化检测需优化检测协议，提出针对不同部件的加热和观察时间建议。检测应在受控环境下进行，现场检测需考虑环境反射等因素，可使用遮光设备并对检测区域进行改造。
本文通过实验研究 SHT 在新型复合材料高铁车体检测中的应用，分析检测过程中的问题与挑战，为后续研究和实际应用提供重要参考，对完善复合材料高铁车体检测技术具有重要价值。
