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背景

汽車逆變器的主要功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。通過(guò)輸出不同頻率的交流電，逆變器能夠?qū)﹄姍C(jī)的輸出進(jìn)行精確控制，從而影響汽車的動(dòng)力性能和電力管理效率。優(yōu)化逆變器的功率控制不僅有助于提升車輛的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)，還能提高燃油經(jīng)濟(jì)性。因此，開發(fā)在大電流條件下具有低損耗特性的逆變器產(chǎn)品，對(duì)于提升整車性能至關(guān)重要。

前言

逆變器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)因通過(guò)的大電流而產(chǎn)生大量熱量。為了有效散熱，逆變器外殼通常采用具有良好導(dǎo)熱性能的金屬材料鑄造而成。然而，鑄造工藝的一個(gè)主要缺點(diǎn)是在生產(chǎn)過(guò)程中容易產(chǎn)生孔隙，這些孔隙可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降以及密封失效。使用X射線CT系統(tǒng)可以對(duì)這些孔隙進(jìn)行可視化和統(tǒng)計(jì)分析，從而實(shí)現(xiàn)有效的質(zhì)量控制。

本文將介紹如何利用島津微焦點(diǎn)X射線CT系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）對(duì)逆變器外殼進(jìn)行觀察與分析。

圖1 島津微焦點(diǎn)X射線CT系統(tǒng)

1、透視和CT圖像

圖2 逆變器部件的透視圖像

圖2為逆變器部件的透視圖像（上圖是整體圖像，下圖是局部放大圖像），圖中可見(jiàn)外殼以及電容、晶體管等電子元件。雖然透視圖像可以快速觀察部件的類型和形狀，但是各個(gè)元件的影像疊加，難以觀察其細(xì)節(jié)情況（參照放大圖像）。

圖3 晶體管的CT圖像

圖4 散熱片和外殼的CT圖像

圖3和圖4為與圖2中相同區(qū)域的CT斷面圖像，圖中可見(jiàn)晶體管、散熱片和外殼的CT影像。與圖2不同，圖3、圖4的部件圖像位置分明，而且外殼中的孔隙也清晰可見(jiàn)。

2、孔隙分析、壁厚分析、網(wǎng)格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

圖5 逆變器外殼孔隙分析的斷面圖像

圖6 逆變器外殼孔隙分析的3D表示

圖7 逆變器外殼孔隙分析的直方圖

使用圖像分析處理軟件可以對(duì)孔隙、壁厚得出量化分析結(jié)果，還可以進(jìn)行面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

圖5為使用圖像分析處理軟件VGSTUDIO MAX +孔隙/夾雜物分析模塊分析的孔隙斷面圖像?？紫陡鶕?jù)體積著色，冷色表示較小體積，暖色表示較大體積。分析結(jié)果也可以用圖6或者圖7所示方式顯示。圖6直觀地顯示孔隙的大小、位置，圖7為直方圖，橫軸表示孔隙體積，縱軸表示孔隙數(shù)量，顯示指定范圍內(nèi)各個(gè)尺寸孔隙的數(shù)量。

圖8 逆變器外殼壁厚分析

圖9 散熱片壁厚分析

圖10 逆變器外殼的網(wǎng)格數(shù)據(jù)

X射線CT系統(tǒng)還可用于檢查產(chǎn)品的形狀。

圖8是使用VGSTUDIO MAX +壁厚分析模塊分析的逆變器外殼壁厚的著色圖像。薄的區(qū)域用冷色表示，厚的區(qū)域用暖色表示。通過(guò)這種分析，可以一次檢查指定范圍內(nèi)的厚度情況。

圖9是以相同方式僅對(duì)散熱片厚度進(jìn)行分析的圖像。由于著色區(qū)域較小，所以軟件更容易捕捉厚度的微小差異。

此外，通過(guò)使用VGSTUDIO MAX轉(zhuǎn)換CT數(shù)據(jù)，可以創(chuàng)建如圖10所示的網(wǎng)格數(shù)據(jù)。網(wǎng)格數(shù)據(jù)由三角形或矩形集合組成，用于3D打印和各種模擬分析。

結(jié)論

微焦點(diǎn)X射線CT系統(tǒng)能夠無(wú)損地可視化金屬零部件的3D結(jié)構(gòu)，并量化分析孔隙和壁厚情況，輸出面數(shù)據(jù)。這些應(yīng)用都可在質(zhì)量控制和研發(fā)工作中發(fā)揮作用。

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