CN109507294A - 一种热障涂层水浸超声无损检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种热障涂层水浸超声无损检测方法，用于对航空发动机的热障涂层中微裂纹与失效程度进行无损检测，包括如下步骤：首先将热障涂层工件水平置于水槽中置于水面之下，调整探头的焦点位于工件表面的适当位置上，发射特定频率的超声波并控制扫描步进、采样间距和重复频率等因素，然后检测其透射回波信号强度，最后依据该回波强度判定热障涂层是否失效。本发明提供的无损检测方法，具有很高的测量精度和效率，可广泛应用于航空发动机的热障涂层的无损检测，还可实时监控热障涂层的失效程度。

Description

一种热障涂层水浸超声无损检测方法
技术领域
本发明涉及一种热障涂层的无损检测方法，特别涉及航空发动机上的热障涂层(镍基高温合金钢，粘接层材料为Co-23Cr-13Al-0.5Y，所述涂层为8％Y2O3-ZrO2陶瓷材料)失效程度的水浸超声无损检测方法。
背景技术
热障涂层是一种覆盖于工业燃气轮机及航空发动机叶片高温合金表面，用于降低叶片工作温度，防止叶片发生高温腐蚀的多层薄膜结构体系。热障涂层材料系统通常由陶瓷层、热生长氧化层、金属粘结层，以及金属底层四层构成。陶瓷涂层是隔热材料，它的主要作用是在高温工作环境中形成沿涂层厚度的温度梯度，使合金基底工作温度降低，提高材料抗热疲劳损伤和蠕变失效的耐久性。然而由于喷涂方法、表面状态、热和机械载荷作用，在运行过程中热障涂层常会产生界面裂纹、甚至剥离。通常裂纹开始于陶瓷层和粘结层的界面处。这会恶化结构件的局部环境，不但不能保护结构，反而可能加快局部损伤。目前虽然有应用激光、常规超声、红外、涡流等方法进行薄膜涂层检测。激光无损检测效果独特，但是需要价格昂贵的设备，而且测试成本过高。红外检验时需要给零件加载，操作条件要求比较高，且检验灵敏度不是很高，不利于小缺陷的检出。超声波探伤技术是一种常规现有技术，能够利用超声进行可靠的无损检测，但是检测结果受超声波受穿透深度的限制。例如，中国专利CN201510196255.4中公开了一种金属板材的超声波检测方法，该方法在检测板材的时候，对于焦距的设置不规范，检测结果不可靠；中国专利申请CN201310472205.5中公开的无间隙度超声检测方法虽然用到金相分析进行证实，但是提供的仅仅是定性的分析。因此上述现有技术只能用于质量要求不高的场合，不能实现快速、准确、低成本、既能检测微裂纹(缺陷)又能直观反应不可见的宏观失效的无损检测。航空发动机的热障涂层内部孔隙复杂且较深内部也可能存在裂纹及界面裂纹(剥离)，对无损检测质要求很高，目前尚无快速且精确可靠的无损检测方法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种热障涂层水浸超声无损检测方法。
具体技术方案为：
一种热障涂层水浸超声无损检测方法，利用超声波检测设备对航空发动机热端部件热障涂层进行检测，包括如下步骤：
热障涂层工件水平放置于水槽中，超声波检测设备的超声波探头包括发射探头和接受探头，皆放置于水中，且分别位于热障涂层工件上、下两侧，调整探头位置，保证得到的图像最清晰；所述超声波探头为水浸点聚焦探头，工作频率为30MHz～60MHz，焦点尺寸为0.2～1.0mm；将所述未服役的热障涂层工件与水界面的透射回波信号强度调至所述超声波检测设备满屏的100％；再将所述未服役的热障涂层工件换成已服役的热障涂层工件，启动超声波检测设备进行扫描，其中扫查步进≤0.3mm；采样间距0.01～0.08mm；重复频率≥3000Hz；通过超声波检测设备的反射回波信号强度判断热障涂层质量是否合格。
进一步地，所述超声波探头的焦距为L，所述热障涂层工件的厚度为B，超声波探头在水槽中距离热障涂层工件的上表面的高度为L-3B。
进一步地，热障涂层工件包括基体、涂层和粘接层，涂层通过粘接层粘贴在基体上。
进一步地，针对已服役的热障涂层工件扫描得到的透射回波信号强度小于等于所述超声波检测设备满屏的60％，则判断涂层与基体未脱离；透射回波信号强度大于所述超声波检测设备满屏的60％，小于所述超声波检测设备满屏的78％，则判断检测的涂层与基体部分脱离；透射回波信号强度大于等于所述超声波检测设备满屏的78％，则判断所检测的涂层与基体完全脱离。
进一步地，所述热障涂层工件的基体材料为镍基高温合金钢，粘接层材料为Co-23Cr-13Al-0.5Y，所述涂层为8％Y2O3-ZrO2陶瓷材料；所述探头的焦距为40mm，所述基体的厚度为2mm，所述探头在水槽中距离所述热障涂层工件的上表面的高度为34mm。
进一步地，针对已服役的热障涂层工件扫描得到的透射回波信号强度小于等于所述超声波检测设备满屏的60％，则判断涂层质量合格，否则不合格。
本发明的有益效果为：提供了一种判定热障涂层失效程度的无损检测方法，具有很高的测量精度和效率，可广泛应用于航空发动机的热障涂层的无损检测，还可实时监控热障涂层的失效程度。
附图说明
图1为水浸超声法检测原理示意图。
图2热障涂层工件不同服役次数(失效程度)透射信号影像图，(a)是未服役影像(b)是服役50次影像，(c)是服役200次影像，(d)是服役300次影像。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图结合详细阐述本发明的技术方案。
实施例1
将所述热障涂层工件水平放置于水槽中，将所述超声波检测设备的超声波发射探头放置于所述工件陶瓷层的上方适当距离处，所述超声波发射探头为水浸点聚焦探头，工作频率为35MHz，焦点尺寸为0.2mm；调整所述接收探头的焦点位于所述工件底面即基体下方适当位置；将所述工件与水界面的透射回波信号强度调至所述超声波检测设备满屏的100％；启动所述超声波检测设备进行扫描，其中扫查步进为0.2mm；采样间距为0.02mm；重复频率为3200Hz。通过超声波检测设备的透射回波信号强度判断热障涂层质量是否合格(扫描得到的透射回波信号强度小于等于所述超声波检测设备满屏的60％，则说明该工件涂层质量合格；透射回波信号强度大于等于所述超声波检测设备满屏的78％，则所检测的工件热障涂层与基体完全脱离；透射回波信号强度在60～78％之间，则说明所述工件上的涂层与基体部分脱离)。如图2(a)所示为将未服役热障涂层工件进行扫描得到的透射回波信号影像，其强度小于所述超声波检测设备满屏的60％，工件质量合格。
实施例2
如图2(b)所示，将所述服役50次热障涂层工件水平放置于水槽中，将所述超声波检测设备的超声波发射探头放置于所述工件陶瓷层的上方适当距离处，所述超声波探头为水浸点聚焦探头，工作频率为40MHz，焦点尺寸为0.5mm；调整所述接收探头的焦点位于所述工件底面即基体下方；将所述工件与水界面的透射回波信号强度调至所述超声波检测设备满屏的100％；启动所述超声波检测设备进行扫描，其中扫查步进0.2mm；采样间距0.02mm；重复频率为4000Hz。扫描得到的透射回波信号强度小于所述超声波检测设备满屏的60％，工件质量合格。
实施例3
如图2(c)所示，将所述服役200次热障涂层工件水平放置于水槽中，将所述超声波检测设备的超声波发射探头放置于所述工件陶瓷层的上方适当距离处，所述超声波探头为水浸点聚焦探头，工作频率为50MHz，焦点尺寸为0.4mm；调整所述接收探头的焦点位于所述工件底面即基体下方；将所述工件与水界面的透射回波信号强度调至所述超声波检测设备满屏的100％；启动所述超声波检测设备进行扫描，其中扫查步进0.2mm；采样间距0.02mm；重复频率为4000Hz。扫描得到的透射回波信号强度在60～78％之间，工件中涂层与基体部分脱落。
实施例4
如图2(d)所示，将所述服役300次热障涂层工件水平放置于水槽中，将所述超声波检测设备的超声波发射探头放置于所述工件陶瓷层的上方适当距离处，所述超声波探头为水浸点聚焦探头，工作频率为50MHz，焦点尺寸为0.4mm；调整所述接收探头的焦点位于所述工件底面即基体下方；将所述工件与水界面的透射回波信号强度调至所述超声波检测设备满屏的100％；启动所述超声波检测设备进行扫描，其中扫查步进0.2mm；采样间距0.02mm；重复频率为4000Hz。扫描得到的透射回波信号强度在大于78％，工件失效。

Claims (7)

1.一种热障涂层水浸超声无损检测方法，其特征在于，利用超声波检测设备对航空发动机热端部件热障涂层进行检测，包括如下步骤：
热障涂层工件水平放置于水槽中，超声波检测设备的超声波探头包括发射探头和接受探头，皆放置于水中，且分别位于热障涂层工件上、下两侧，调整探头位置，保证得到的图像最清晰；所述超声波探头为水浸点聚焦探头，工作频率为30MHz～60MHz，焦点尺寸为0.2～1.0mm；将所述未服役的热障涂层工件与水界面的透射回波信号强度调至所述超声波检测设备满屏的100％；再将所述未服役的热障涂层工件换成已服役的热障涂层工件，启动超声波检测设备进行扫描，其中扫查步进≤0.3mm；采样间距0.01～0.08mm；重复频率≥3000Hz；通过超声波检测设备的反射回波信号强度判断热障涂层质量是否合格。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声波探头的焦距为L，所述热障涂层工件的厚度为B，超声波探头在水槽中距离热障涂层工件的上表面的高度为L-3B。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，热障涂层工件包括基体、涂层和粘接层，涂层通过粘接层粘贴在基体上。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，针对已服役的热障涂层工件扫描得到的透射回波信号强度小于等于所述超声波检测设备满屏的60％，则判断涂层与基体未脱离；透射回波信号强度大于所述超声波检测设备满屏的60％，小于所述超声波检测设备满屏的78％，则判断检测的涂层与基体部分脱离；透射回波信号强度大于等于所述超声波检测设备满屏的78％，则判断所检测的涂层与基体完全脱离。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述热障涂层工件的基体材料为镍基高温合金钢，粘接层材料为Co-23Cr-13Al-0.5Y，所述涂层为8％Y2O3-ZrO2陶瓷材料；所述探头的焦距为40mm，所述基体的厚度为2mm，所述探头在水槽中距离所述热障涂层工件的上表面的高度为34mm。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述热障涂层工件的基体材料为镍基高温合金钢，粘接层材料为Co-23Cr-13Al-0.5Y，所述涂层为8％Y2O3-ZrO2陶瓷材料；所述探头的焦距为40mm，所述基体的厚度为2mm，所述探头在水槽中距离所述热障涂层工件的上表面的高度为34mm。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，针对已服役的热障涂层工件扫描得到的透射回波信号强度小于等于所述超声波检测设备满屏的60％，则判断涂层质量合格，否则不合格。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112301846A (zh) * 2019-07-24 2021-02-02 汉能移动能源控股集团有限公司 一种太阳能公路面层检测系统及方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102033107A (zh) * 2010-12-01 2011-04-27 西安交通大学 用于热障涂层无损检测的激光-电磁超声方法及探头装置
CN102507747A (zh) * 2011-11-15 2012-06-20 北京理工大学 纤维缠绕复合材料液浸超声检测探头位置的优化方法
CN104374823A (zh) * 2013-08-15 2015-02-25 中国石油天然气股份有限公司 一种管道补口热收缩带粘接质量超声无损检测的评价方法
FR3016215A1 (fr) * 2014-01-03 2015-07-10 Dcns Systeme et procede de determination de caracteristiques d'un materiau
CN104865317A (zh) * 2015-04-23 2015-08-26 同济大学 一种透射式空气耦合超声扫描成像方法
CN105021142A (zh) * 2015-07-15 2015-11-04 中国科学院金属研究所 一种激光搭接焊缝宽度的测量方法和所用装置
CN105067706A (zh) * 2015-08-05 2015-11-18 广东省自动化研究所 基于空气耦合超声的热封软包装密封性检测方法及系统
CN105548364A (zh) * 2015-12-10 2016-05-04 北京理工大学 热障涂层结合强度的高阶非线性参数表征方法
CN105548353A (zh) * 2015-12-03 2016-05-04 中国南方航空工业(集团)有限公司 一种超声波涂层检测方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102033107A (zh) * 2010-12-01 2011-04-27 西安交通大学 用于热障涂层无损检测的激光-电磁超声方法及探头装置
CN102507747A (zh) * 2011-11-15 2012-06-20 北京理工大学 纤维缠绕复合材料液浸超声检测探头位置的优化方法
CN104374823A (zh) * 2013-08-15 2015-02-25 中国石油天然气股份有限公司 一种管道补口热收缩带粘接质量超声无损检测的评价方法
FR3016215A1 (fr) * 2014-01-03 2015-07-10 Dcns Systeme et procede de determination de caracteristiques d'un materiau
CN104865317A (zh) * 2015-04-23 2015-08-26 同济大学 一种透射式空气耦合超声扫描成像方法
CN105021142A (zh) * 2015-07-15 2015-11-04 中国科学院金属研究所 一种激光搭接焊缝宽度的测量方法和所用装置
CN105067706A (zh) * 2015-08-05 2015-11-18 广东省自动化研究所 基于空气耦合超声的热封软包装密封性检测方法及系统
CN105548353A (zh) * 2015-12-03 2016-05-04 中国南方航空工业(集团)有限公司 一种超声波涂层检测方法
CN105548364A (zh) * 2015-12-10 2016-05-04 北京理工大学 热障涂层结合强度的高阶非线性参数表征方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张勇等: "不锈钢点焊熔核直径及缩孔缺陷的超声检测", 《第十六次全国焊接学术会议论文摘要集》 *
李建文等: "金属壳体粘接结构件的超声检测", 《无损检测》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112301846A (zh) * 2019-07-24 2021-02-02 汉能移动能源控股集团有限公司 一种太阳能公路面层检测系统及方法

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