一種用于熱障涂層高溫聲發(fā)射信號檢測的工裝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于熱障涂層高溫聲發(fā)射信號檢測的工裝。
【背景技術】
[0002]熱障涂層(TBC)的無損檢測一直是熱障涂層研宄的重要命題，熱障涂層的失效過程通常是由裂紋的萌生、擴展、傳播造成的。通過對熱障涂層失效過程的實時動態(tài)監(jiān)測能夠更深入理解熱障涂層的失效機制，評估和預測熱障涂層的服役壽命。聲發(fā)射技術能夠對熱障涂層在失效過程中裂紋萌生擴展的信號進行動態(tài)捕捉，通過對聲發(fā)射信號進行頻譜特征分析，實現裂紋源在時間和空間上的定位，進一步分析熱障涂層的失效機制，最終目的是實現熱障涂層在服役過程中的壽命預測。
[0003]先前的研宄已經對熱障涂層在室溫條件下失效的動態(tài)過程進行了監(jiān)測，如涂層在單軸向拉伸，三點彎曲，四點彎曲失效過程中的聲發(fā)射信號表征，但是這些研宄大多停留在環(huán)境溫度，這主要是由于收集聲發(fā)射信號的傳感器使用溫度有限，通常在170°C以下，若溫度更高，則傳感器就會失效，無法正常工作。
[0004]因此要想檢測涂層在高溫失效過程中的斷裂信號就必須設計合適的工裝，該工裝必須滿足如下3點要求:(1)要準確的傳遞聲發(fā)射信號，聲發(fā)射信號不能失真，盡量減少衰減；(2)傳感器接觸的區(qū)域溫度不要超過傳感器正常工作溫度；(3)易于與基體接觸固定，結構簡單，安裝拆卸方便。但目前并沒有出現能夠同時滿足上述3點要求的工裝，從而導致無法實現在高溫下對熱障涂層的失效監(jiān)測。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現有用于熱障涂層聲發(fā)射信號檢測的裝置無法在高溫條件下工作的缺陷，本發(fā)明提供了一種用于熱障涂層高溫聲發(fā)射信號檢測的工裝。
[0006]本發(fā)明提供了一種用于熱障涂層高溫聲發(fā)射信號檢測的工裝，包括:用于固定表明噴涂有熱障涂層的待測樣品的固定單元；對所述待測樣品進行聲發(fā)射信號檢測的傳感器；連接在所述待測樣品與所述傳感器之間的隔熱單元；對所述傳感器進行冷卻的冷卻單
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[0007]根據本發(fā)明的工裝，通過固定單元固定表明噴涂有熱障涂層的待測樣品，并通過隔熱單元和冷卻單元使傳感器能夠在合適的溫度條件下工作，從而一方面保證聲發(fā)射信號暢通無阻，確保聲發(fā)射信號不失真，同時盡可能減少信號的衰減，另一方面使傳感器所處位置的溫度場控制在傳感器正常工作的溫度范圍之內。從而，解決了聲發(fā)射傳感器的使用溫度有限，無法對高溫條件下熱障涂層的聲發(fā)射信號進行檢測的問題。該工裝能夠廣泛應用在TBC高溫強熱流密度循環(huán)考核條件下其失效過程的實時動態(tài)監(jiān)測的聲發(fā)射表征方面，有望突破這一過程長期以來無法進行無損檢測表征的局限。
[0008]又，在本發(fā)明中，所述套筒具備分別位于兩軸端部的第一開口部和第二開口部，所述待測樣品固定于所述第一開口部中，所述隔熱單元和所述傳感器容納于所述套筒內，所述傳感器的信號接觸面與所述隔熱單元貼合。
[0009]根據本發(fā)明，能夠有效地將待測樣品固定于套筒內，從而有利于保證信號的通暢。該套筒可以是304不銹鋼空心圓筒。
[0010]又，在本發(fā)明中，所述冷卻單元包括延伸穿過所述第二開口部的導管，壓縮空氣通過所述導管向所述傳感器供給。
[0011]根據本發(fā)明，通過導管將壓縮空氣向傳感器供給，從而可有效地對傳感器進行冷卻。該導管例如可以是聚四氟乙烯軟管。
[0012]又，在本發(fā)明中，還包括設置于所述傳感器的遠離所述隔熱單元的一側的用于將所述傳感器固定于所述隔熱單元的壓緊單元，優(yōu)選地，所述壓緊單元形成為壓縮型彈簧。
[0013]根據本發(fā)明，可通過壓緊單元將傳感器固定于沿著熱流方向的隔熱單元的下游端，從而可有效控制傳感器的溫度。且壓緊單元可形成為長度較短且具有一定勁度系數的壓縮型彈簧，彈簧的一端頂住傳感器，另一端通入一定流量的壓縮空氣。
[0014]又，在本發(fā)明中，在所述套筒的側壁上設有第三開口部，所述傳感器的引線通過所述第三開口部延伸至所述套筒的外部，優(yōu)選地，在所述引線與所述套筒的連接處設有高溫膠帶。
[0015]根據本發(fā)明，傳感器的引線可通過設于套筒的側壁上的第三開口部方便地引出，由此傳感器的弓I線可避免接觸高溫環(huán)境。
[0016]又，在本發(fā)明中，所述待測樣品包括基端部和從所述基端部的大致中央部延伸出的梢端部，所述梢端部通過緊固機構固定于所述第一開口部中，優(yōu)選地，所述基端部的直徑大于所述梢端部的直徑。
[0017]根據本發(fā)明，該待測樣品的上述結構有利于將其安裝于套筒中，從而可有效地進行聲發(fā)射信號檢測。
[0018]又，在本發(fā)明中，所述緊固機構包括分別形成于所述梢端部和所述套筒上的對應位置處的多個裝配孔和插通于所述裝配孔中的螺釘，更優(yōu)選地，所述裝配孔分別沿著所述梢端部和所述套筒的圓周方向呈120度角分布。
[0019]根據本發(fā)明，通過形成于待測樣品的梢端部和套筒上的對應位置處的多個裝配孔和插通于裝配孔中的螺釘可將該梢端部固定于套筒上。且裝配孔分別沿著梢端部和套筒的圓周方向呈120度角分布。例如，可在該梢端部上沿著圓周方向120度角鉆3個尖孔，套筒沿著外部側面圓周方向開3個內螺紋將尖孔頂住，從而可有利于進行待測樣品與套筒的定位連接。
[0020]又，在本發(fā)明中，所述隔熱單元包括陶瓷墊片，優(yōu)選地，所述陶瓷墊片包括21<)2陶瓷墊片，所述陶瓷墊片的厚度為15±0.3mm。
[0021]根據本發(fā)明，選擇上述21<)2陶瓷墊片，可將傳感器接觸的位置所對應的溫度降到正常工作溫度范圍內而且信號不失真。
[0022]又，在本發(fā)明中，所述陶瓷墊片包括疊層而成的多個21<)2陶瓷墊片，相鄰的所述21<)2陶瓷墊片的接觸面之間涂覆有高溫固態(tài)膠。該高溫固態(tài)膠例如可以是高真空脂，液態(tài)玻璃等。
[0023]根據本發(fā)明，ZrO2陶瓷墊片可采用疊層的方法，一方面可增加接觸熱阻，此外在相鄰的ZrO2陶瓷墊片的接觸面之間涂覆高溫固態(tài)膠，該膠能夠增強聲發(fā)射信號的傳輸，而相鄰ZrO2陶瓷墊片之間的接觸熱阻則可進一步增加高溫合金表面涂層正面溫度與傳感器處溫度。
[0024]又，在本發(fā)明中，所述傳感器設置為通過所述引線與信號采集分析單元連接，所述信號采集分析單元包括依次相連的探頭、前置聲信號放大器、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、以及聲信號分析系統(tǒng)。
[0025]根據本發(fā)明，通過依次相連的探頭、前置聲信號放大器、聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)、以及聲信號分析系統(tǒng)，可接收傳感器檢測到的聲發(fā)射信號，從而進行高溫條件下熱障涂層失效的實時動態(tài)聲發(fā)射測試。
【附圖說明】
[0026]圖1示出了采用根據本發(fā)明的一實施形態(tài)的工裝進行高溫焰流考核的裝配原理圖；
圖2示出了采用根據本發(fā)明的一實施形態(tài)的工裝的高溫合金基體的結構示意圖，其中Ca)圖為該高溫合金基體的側視圖，(b)圖為從該高溫合金基體的梢端部觀察的視圖；
圖3示出了根據本發(fā)明的一實施形態(tài)的工裝中的套筒的結構示意圖，其中(a)圖為該套筒的側視圖，(b)圖為從該套筒的端部觀察的視圖；
圖4示出了本發(fā)明的一實施形態(tài)的工裝的示意性立體圖，其中(a)圖為高溫合金基體的立體圖、(b)_ (C)圖為套筒的立體圖；
圖5示出了根據本發(fā)明的工裝的一個實施例在實際測試條件下，其傳感器處溫度場分布；
圖6示出了本發(fā)明的一個實施例中當壓縮空氣產生的對流系數為1000W/m2.K，工裝的傳感器處溫度與待測樣品涂層表面溫度之間的函數關系；
圖7示出了本發(fā)明的一個實施例中當待測樣品涂層表面溫度為1650°C，工裝的傳感器處溫度與壓縮空氣產生的對流系數之間的函數關系；
符號說明:
1-氧丙烷火焰，2-熱障涂層，3-樣品固定槽，4-高溫合金轉臺，5-套筒，6-Zr02陶瓷墊片，7-傳感器，8-壓縮型彈簧，9-導管，10-探頭，11-前置放大器，12-聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)以及信號分析系統(tǒng)，13-高溫合金