[發明專利]用于熱障涂層無損檢測的激光-電磁超聲方法及探頭裝置

無效

• 申請號: 201010568221.0
• 申請日: 2010-12-01
• 公開（公告）號: CN102033107A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 陳振茂;裴翠祥;李紅梅
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/07;G01N29/24;G01N21/45;G01N27/61
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及熱障涂層結構的無損檢測，特別涉及用于熱障涂層無損檢測的激光-電磁超聲方法及探頭裝置。

背景技術

熱障涂層(TBC)材料系統是一種覆蓋于工業燃氣輪機及航空發動機葉片高溫合金表面，用于降低葉片工作溫度，防止葉片發生高溫腐蝕的多層薄膜結構體系。熱障涂層材料系統通常由4個材料基元構成，即陶瓷涂層、超合金基底、基底與陶瓷層間的金屬粘結層以及陶瓷涂層與粘結層之間形成的以氧化鋁為主要物質成分的熱生長氧化層。陶瓷涂層是隔熱材料，它的主要功能是在高溫載荷下，形成沿涂層厚度的高溫度剃度，減弱向基底的傳熱，使合金基底工作溫度降低，提高材料抗熱疲勞損傷和蠕變失效的耐久性。然而由于噴涂方法、表面狀態、熱和機械載荷作用，在運行過程中熱障涂層常會產生界面裂紋、甚至剝離。通常裂紋開始于陶瓷層和粘結層的界面處。這會惡化結構件的局部環境，不但不能保護結構，反而可能加快局部損傷。目前有應用超聲、紅外、渦流等方法進行薄膜涂層檢測，但主要應用于薄膜涂層結構的材料特性、厚度、界面整體狀態的檢測。對于局部的界面裂紋(剝離)等，尚無完善的無損檢測方法。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統無損檢測方法難于檢測熱障涂層微小局部界面裂紋(剝離)的難點，提供一種用于熱障涂層無損檢測的激光-電磁超聲方法及探頭裝置。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

方形桶狀殼體兩端開口，底面內部兩側帶有兩個用于承載底板的凸臺，方形桶狀殼體上端外沿均勻分布有4個用于連接蓋板的安裝孔，方形桶狀殼體正面設有一個信號輸入端口；U型永久磁體上端設有可導入激光干涉儀頭產生的激光束的圓柱形孔；蓋板下底面帶有用于固定U型永久磁體的凸臺，蓋板上設有用于固定激光干涉儀頭帶螺紋孔的固定裝置；兩矩形激勵線圈位于底板上表面中央，并保持有間距，兩矩形激勵線圈與信號輸入端口相連，激光干涉儀頭固定在蓋板上。

方形桶狀殼體和蓋板由奧氏體不銹鋼制成。

底板由絕緣樹脂材料制成。

U型永久磁體為強磁性銣鐵硼材料。

激勵線圈采用兩個矩形線圈并排水平布置，激勵線圈與信號輸入端口相連時，要確保線圈和線圈中電流流向相反。

兩個矩形激勵線圈的尺寸相同，長和寬分別約為8毫米和4毫米，矩形激勵線圈所用導線的截面寬度約為1毫米，兩矩形激勵線圈之間的水平間距約為1毫米。

激光干涉儀頭的發射口與U型永久磁體上的圓柱形孔正對，保證激光干涉儀頭發射的激光束能通過圓柱形孔并落在兩矩形激勵線圈之間的中線上。

一種上述探頭進行熱障涂層無損檢測的激光-電磁超聲方法，具體實施過程包括：

1)將檢測探頭貼近熱障涂層材料表面，通過在兩個并排水平布置的矩形激勵線圈中施加高壓脈沖電流，脈沖持續時間約為0.2微秒，電流峰值約為500安培，在空間中產生瞬態交變電磁場；

2)激勵線圈所產生的交變磁場在金屬粘接層和合金基底內感應出渦流，并與永久磁體所產生的靜磁場相互作用產生交變的洛淪茲力，從而只陶瓷層下方的金屬粘接層和合金基底內激發超聲波；

3)當探頭下方陶瓷層和金屬粘接層界面完好時，在金屬粘接層和合金基底內產生的超聲波的一部分會直接通過金屬粘接層和陶瓷層之間的界面向上傳播進入陶瓷層，并在陶瓷層表面產生相應的微小振動；當陶瓷層和金屬粘接層之間存在界面裂紋或剝離時，金屬粘接層和合金基底內向陶瓷層傳播的一部分超聲波會受到界面裂紋的阻礙，而無法進入陶瓷層；

4)通過與一激光干涉儀相連的激光干涉儀頭；來測量經過陶瓷層和金屬粘結層界面進入陶瓷層的透射超聲波信號的幅值和延遲時間，并與在無裂紋涂層中獲得的檢測信號比較來檢測陶瓷層和金屬粘結層之間的界面裂紋或剝離。

本發明提供了一種基于激光-電磁超聲技術的涂層微小局部界面裂紋的無損檢測方法，克服了傳統無損檢測方法難于檢測熱障涂層的微小局部界面裂紋(剝離)的不足。

附圖說明

圖1為本發明檢測探頭部件結構圖；

圖2為本發明檢測探頭主視圖；

圖3為本發明檢測探頭工作原理圖；

下面結合附圖對本發明的內容作進一步詳細說明。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的工作原理和過程進行進一步詳細說明。