大型圓柱殼鍛件是許多國(guó)家能源安全領(lǐng)域（例如核工業(yè)和石化工業(yè)）的關(guān)鍵組件。大型圓柱殼鍛件的質(zhì)量直接關(guān)系到國(guó)家能源和人民生命的安全。因此，高質(zhì)量產(chǎn)品的生產(chǎn)能力反映了國(guó)家機(jī)械制造水平。在鍛造過(guò)程中，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量鍛件溫度場(chǎng)，尤其是內(nèi)部溫度場(chǎng)，是確保正確進(jìn)行鍛造過(guò)程的有效手段。
在過(guò)去的幾十年中，許多科學(xué)家探索了鍛造過(guò)程中的溫度場(chǎng)測(cè)量方法。盡管所有這些研究都為溫度場(chǎng)測(cè)量的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，但是仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)用于大型圓柱殼鍛件的溫度場(chǎng)測(cè)量方法。根據(jù)目前的研究，大型鍛件的溫度場(chǎng)測(cè)量方法主要有兩種：一種是檢測(cè)表面溫度場(chǎng)，被認(rèn)為是整個(gè)鍛件的溫度場(chǎng)。如果不獲取內(nèi)部溫度場(chǎng)的準(zhǔn)確信息，該方法很難指導(dǎo)鍛造過(guò)程的實(shí)施。另一種是模擬鍛造過(guò)程，并通過(guò)相應(yīng)的傳熱模型獲得溫度場(chǎng)信息。顯然，由于測(cè)量條件的理想化，該方法難以滿足工程實(shí)踐的要求。

圖為缸殼鍛件

近年來(lái)，紅外熱成像測(cè)溫以其方便、智能、靈活、準(zhǔn)確、無(wú)接觸的優(yōu)勢(shì)逐漸成為應(yīng)用最廣泛的測(cè)量方法之一。本研究采用紅外熱成像測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)鍛件表面溫度場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，提出了一種新的測(cè)量方法來(lái)獲取大型熱圓柱殼鍛件的整個(gè)溫度場(chǎng)。先結(jié)合一次光譜高溫測(cè)定原理和三級(jí)法布里-珀羅腔液晶可調(diào)濾光片（LCTF），設(shè)計(jì)了一種紅外測(cè)溫系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)大型熱圓柱殼鍛件的表面溫度場(chǎng)。其次，建立了鍛件的二維非穩(wěn)態(tài)傳熱模型。根據(jù)模型和獲得的表面溫度場(chǎng)，獲取內(nèi)部溫度場(chǎng)。同時(shí)，新的表面溫度場(chǎng)由設(shè)計(jì)的系統(tǒng)連續(xù)收集。

圖為缸殼鍛件的紅外熱像圖

通過(guò)重復(fù)上述過(guò)程，可以實(shí)現(xiàn)大型熱圓柱殼鍛件的溫度場(chǎng)測(cè)量。該方法的明顯優(yōu)勢(shì)在于，無(wú)需事先知道表面發(fā)射率的值即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)測(cè)量。而且，有效地抑制了背景光輻射對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。該研究為大型熱圓柱殼鍛件的在線非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)測(cè)量奠定了堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

參考資料：
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.