[發明專利]一種基于微納CT的微裂紋原位檢測裝置

在審

• 申請號: 202010639738.8
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111965203A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 高祥熙;許路路;劉帥
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: G01N23/046
• 分類號: G01N23/046
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 仉宇

本發明涉及無損檢測領域，提供一種基于微納CT的微裂紋原位檢測裝置。該裝置通過加載后產生較大的加載力，使金屬試樣中的微裂紋克服閉合效應，達到張開的目的，同時結合微納CT實現微裂紋的檢測。該裝置尺寸小、操作便捷，通過各部分相互配合形成加載力的內部閉環，支撐罩的鏤空框架結構設計在確保有足夠的結構剛度時避免了射線源和探測器之間射線的傳播路徑上非檢測材料的影響；該裝置能夠單獨實現試樣自身的旋轉，避免了檢測時復雜的機械系統；檢測中采用VGStudio軟件重建投影圖像的三維數據，并采用Avizo軟件高效率處理數據獲得微裂紋的三維特征。該方法綜合考慮了微裂紋的檢測難點和微納CT的技術特點和優勢，實現了原位微米級裂紋的檢測。

技術領域

本發明涉及無損檢測技術領域，尤其涉及一種基于微納CT的微裂紋原位檢測裝置。

背景技術

航空裝備(包括飛機和發動機)在高溫、高速、腐蝕環境和復雜交變載荷下的工作條件十分惡劣復雜。軍用飛機要求隱身、機動性強，具有近距離格斗和全天候作戰能力；民用飛機要求安全性、可靠性、經濟性等；大型運輸機要求承載能力高、航程遠、長壽命；直升機則要求靈活性好、安全可靠性高。另外，航空發動機要求具有大推重比、長壽命、高可靠性等特點。因此，不同的航空裝備設計對材料性能的要求各不相同，并且相對于其它工程裝備而言，性能要求更苛刻、指標更先進。但是，作為主要制造航空裝備的鈦合金材料，在冶煉、制備、加工等過程中難免存在內部缺陷，這種缺陷的存在導致構件在服役的過程中可能作為疲勞源，經過長時間疲勞產生微裂紋，最終不斷演化導致構件的失效。因此，盡早的發現缺陷和其產生的微裂紋，并控制其尺寸對航空裝備的安全使用至關重要。

裂紋作為一種面積型缺陷，當尺寸達到毫米級時可以采用多種無損檢測方法檢測(例如，超聲和射線檢測材料內部裂紋，滲透檢測表面開口裂紋，渦流、紅外和磁粉檢測近表面裂紋)，而對于微米級的裂紋現有的常規無損檢測方法無法實現檢測。目前，在無損檢測技術和巖土領域，主要采用力學加載裝置置于微納CT內部分析試樣在疲勞過程中產生的裂紋，既能克服去除疲勞外力時產生的閉合效應，同時結合微納CT的優異的空間分辨率，應用于材料在外力作用下的損傷以及損傷的演變過程具有較大的優勢。

在對金屬材料的加載試驗中，力學加載裝置需要具有保持載荷較高的承受能力，其中發明專利CN107677545A和CN204903424U給出了支撐罩的材料分別為有機玻璃和碳纖維，這種材料的載荷承受能力是有限的，要想增加其承載能力就必須增加支撐罩的厚度，此時可能影響射線的穿透能力和降低檢測的空間分辨率；另外，發明專利CN105928793B和實用新型CN209513432U只給出支撐罩的筒形結構，并未給出材料特征。微納CT具備高分辨率，但是其射線能量較低，對金屬材料的穿透能力有限，檢測時應盡可能的避免在射線傳播路徑上非檢測材料對射線的衰減，上述所有專利給出圓筒形的支撐罩，無論是何種材料都無法避免對射線產生衰減。目前，上述專利給出的力學加載裝置需要放置在微納CT的轉臺上，實現加載裝置整體的360°旋轉，同時需要微納CT具備復雜的機械系統；另外，實驗室內的微納CT系統內部空間狹窄，無法實現大型的電動或液壓加載，同時根據客戶需求，微納CT系統設計各不相同，并無配套的加載裝置和檢測方法。

發明內容

本發明的目的是：有鑒于此，本發明提供一種基于微納CT的微裂紋原位檢測裝置，具有加載力為內力的特征，不僅僅結構緊湊，節省空間，且能夠實現對金屬試樣的較大載荷加載(最大加載量級超出了有機玻璃和碳纖維的承載能力)，避免非檢測材料對射線的衰減和微納CT中復雜的機械系統，實現微米級裂紋的檢測。

本發明的技術方案是：

提供一種基于微納CT的微裂紋原位檢測裝置，其特征在于，包括螺紋拉桿1、上承力框架2、下承力框架3、推板8、壓板4、彈簧組5、傳力桿組7、傳力板9、上夾具10、下夾具13、測力傳感器14、支撐架11；