[发明专利]用于热障涂层无损检测的激光-电磁超声方法及探头装置

说明书

技术领域

本发明涉及热障涂层结构的无损检测，特别涉及用于热障涂层无损检测的激光-电磁超声方法及探头装置。

背景技术

热障涂层(TBC)材料系统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4个材料基元构成，即陶瓷涂层、超合金基底、基底与陶瓷层间的金属粘结层以及陶瓷涂层与粘结层之间形成的以氧化铝为主要物质成分的热生长氧化层。陶瓷涂层是隔热材料，它的主要功能是在高温载荷下，形成沿涂层厚度的高温度剃度，减弱向基底的传热，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。目前有应用超声、红外、涡流等方法进行薄膜涂层检测，但主要应用于薄膜涂层结构的材料特性、厚度、界面整体状态的检测。对于局部的界面裂纹(剥离)等，尚无完善的无损检测方法。

发明内容

本发明的目的在于克服传统无损检测方法难于检测热障涂层微小局部界面裂纹(剥离)的难点，提供一种用于热障涂层无损检测的激光-电磁超声方法及探头装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

方形桶状壳体两端开口，底面内部两侧带有两个用于承载底板的凸台，方形桶状壳体上端外沿均匀分布有4个用于连接盖板的安装孔，方形桶状壳体正面设有一个信号输入端口；U型永久磁体上端设有可导入激光干涉仪头产生的激光束的圆柱形孔；盖板下底面带有用于固定U型永久磁体的凸台，盖板上设有用于固定激光干涉仪头带螺纹孔的固定装置；两矩形激励线圈位于底板上表面中央，并保持有间距，两矩形激励线圈与信号输入端口相连，激光干涉仪头固定在盖板上。

方形桶状壳体和盖板由奥氏体不锈钢制成。

底板由绝缘树脂材料制成。

U型永久磁体为强磁性铷铁硼材料。

激励线圈采用两个矩形线圈并排水平布置，激励线圈与信号输入端口相连时，要确保线圈和线圈中电流流向相反。

两个矩形激励线圈的尺寸相同，长和宽分别约为8毫米和4毫米，矩形激励线圈所用导线的截面宽度约为1毫米，两矩形激励线圈之间的水平间距约为1毫米。

激光干涉仪头的发射口与U型永久磁体上的圆柱形孔正对，保证激光干涉仪头发射的激光束能通过圆柱形孔并落在两矩形激励线圈之间的中线上。

一种上述探头进行热障涂层无损检测的激光-电磁超声方法，具体实施过程包括：

1)将检测探头贴近热障涂层材料表面，通过在两个并排水平布置的矩形激励线圈中施加高压脉冲电流，脉冲持续时间约为0.2微秒，电流峰值约为500安培，在空间中产生瞬态交变电磁场；

2)激励线圈所产生的交变磁场在金属粘接层和合金基底内感应出涡流，并与永久磁体所产生的静磁场相互作用产生交变的洛沦兹力，从而只陶瓷层下方的金属粘接层和合金基底内激发超声波；

3)当探头下方陶瓷层和金属粘接层界面完好时，在金属粘接层和合金基底内产生的超声波的一部分会直接通过金属粘接层和陶瓷层之间的界面向上传播进入陶瓷层，并在陶瓷层表面产生相应的微小振动；当陶瓷层和金属粘接层之间存在界面裂纹或剥离时，金属粘接层和合金基底内向陶瓷层传播的一部分超声波会受到界面裂纹的阻碍，而无法进入陶瓷层；

4)通过与一激光干涉仪相连的激光干涉仪头；来测量经过陶瓷层和金属粘结层界面进入陶瓷层的透射超声波信号的幅值和延迟时间，并与在无裂纹涂层中获得的检测信号比较来检测陶瓷层和金属粘结层之间的界面裂纹或剥离。

本发明提供了一种基于激光-电磁超声技术的涂层微小局部界面裂纹的无损检测方法，克服了传统无损检测方法难于检测热障涂层的微小局部界面裂纹(剥离)的不足。

附图说明

图1为本发明检测探头部件结构图；

图2为本发明检测探头主视图；

图3为本发明检测探头工作原理图；

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的工作原理和过程进行进一步详细说明。