Corrosion evaluation by thermal image processing and 3D modelling

Abstract

Quantitative transient IR thermography has been applied to the characterization of hidden corrosion in metals. A dedicated 3D numerical model of heat transfer has been used to solve the direct thermal problem and to simulate the test. Theoretical modelling allows the verification of limits of the ID solution and the derivation of coefficients which take heat diffusion into account. An analysis of inversion accuracy was carried out. A simple algorithm based on a surface temperature time-derivative is proposed for detecting thickness variations. Then, material loss in an area of arbitrary shape is evaluated applying a modified algorithm, originally developed for a ID thermal model. The potential of dedicated image processing in enhancing a signal-to-noise ratio is explored. The feasibility of corrosion quantification by the proposed inversion algorithm is demonstrated with experimental results. Detection and evaluation of hidden material loss within a boiler section, typically used at a power plant station, has been performed. The external surface was heated with flash lamps and temperature response was analyzed both in time and space domains. The masking effect due to the noisy inspected surface (not painted and affected by a long time service) were substantially removed before evaluating corrosion. Obtained results have been compared with measurements produced by the ultrasonic method. La thermographie infrarouge quantitative a été appliquée à la caractérisation de la corrosion sub-superficielle des métaux. On propose ici un simple algorithme pour la détection des variations d'épaisseur dues à la corrosion, basé sur l'étude de la dérivée temporelle de la température superficielle. La forme des zones qui ont subi une perte de matière par corrosion est évaluée grace à un algorithme développé pour un modèle thermique 1-D. Un modèle théorique de transfert de chaleur a été utilisé pour la résolution du problème thermique direct et pour la simulation de l'expérience au moyen d'un modèle numérique 3-D. La précision de l'inversion a également été analysée. La possibilité d'améliorer le rapport signal/bruit grâce à des algorithmes d'élaboration d'images a été explorée. La quantification de la corrosion au moyen de l'algorithme d'inversion proposé a été testée expérimentalement sur des échangeurs de chaleur en acier. La perte de matière par corrosion à l'intérieur de tubes métalliques (utilisés dans les centrales électriques) a été détectée et quantifiée. La surface externe de l'échangeur de chaleur a été chauffée au moyen de lampes à flash ; l'évolution thermique a été étudiée aussi bien temporellement que spatialement. Les effets dus au bruit de la surface inspectée ont été préalablement filtrés. Les résultats obtenus par la technique présentée sont confirmés par des mesures effectuées par ultrasons.