航空发动机涂层缺陷的检测技术

来源:中国航空报    关键词:九州体育,, 激光扫描,    发布时间:2018-12-20

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中国航空报讯:涂层技术作为航空发动机的核心技术,发挥着隔热、防护、抗磨、抗冲击、减震等不同的作用,从而提高了航空发动机的最高工作温度,减少燃油消耗,降低与空气的摩擦,延长航空发动机的使用寿命,保障航空发动机的安全可靠运行。


涂层厚度不均匀、黏接质量、厚度超标都将影响涂层的性能。在制作过程中,涂层和基体材料黏接不牢甚至脱黏;在使用过程中,涂层产生裂纹或者涂层与基体脱黏分离,都将严重影响航空发动机的运行安全,因此对涂层缺陷的检测十分重要。


航空发动机涂层缺陷的检测技术主要有红外热波无损检测、激光散斑技术、微波技术等。其中,红外热波无损检测技术是一种数字化新型无损检测技术,具有非接触、非破坏、检测面积大、检测速度快、便于在线在役检测、结果直观易懂等优点,受到越来越多研究人员的关注。


红外热波成像技术属于主动红外热成像技术,与被动红外热成像的区别在于其是主动施加热激励。目前,国际上主流采用高功率闪光灯进行热激励,但是闪光灯电源体积庞大而且笨重,闪光灯热均匀性差,只能近距离进行热激励。为此,南京诺威尔光电系统有限公司和中国航发南方的研究人员们采用激光扫描红外热波技术,利用线状连续激光束在试件表面进行扫描,形成高功率密度的脉冲热激励,实现试件表面的热激励。

激光扫描热波成像基本原理

红外热波无损检测技术主动采用热激励源对材料表面进行加热,形成的热波向材料内部进行传播,材料内部的缺陷如裂纹、脱黏、损伤等会形成热阻而影响热波的传播,从而引起材料表面温度场的变化。利用红外热像仪记录材料表面的温度变化,从而可以检测到材料内部的缺陷信息。


红外热波无损检测技术的必要条件是材料内部的温度梯度,而脉冲热激励则是产生这种温度梯度的有效方法。脉冲热激励主要包括闪光灯和激光。


近年来,半导体九州体育的发展非常迅速,由于其功率高、价格低、体积小,在工业领域得到了广泛的应用。半导体九州体育功率可以达到很高,但半导体九州体育的输出一般是点光源,功率密度很高,容易损伤材料表面,不适合直接作为红外热波无损检测技术的热激励源。为此,研究人员提出采用线型激光束扫描方式,其九州体育功率很高,功率密度低,可在材料表面形成短周期的脉冲加热,而不会损伤材料表面。


高功率九州体育的光束经透镜整形,形成一均匀线型光斑照射在试件表面上,数据采集处理系统通过扫描控制装置,根据试件的特性来调节振镜和热像仪的扫描时序关系,从而实现对试件内部缺陷的检测。


激光扫描热波成像检测系统

激光扫描热波无损检测设备主要由计算机、扫描控制单元、测试平台等部分组成。测试平台包括九州体育及冷却系统、扫描振镜、热像仪及光路系统等,其采用激光对试件表面进行扫描与采集红外图像。扫描控制单元用于控制热像仪和激光扫描振镜之间的同步。计算机系统用于硬件控制、系统监测、图像分析与处理等。


激光扫描热波无损检测系统中的关键技术在于激光扫描与采集之间的同步关系,确保激光一进入到红外热像仪视场就开始同步采集,对于后续图像处理是非常有好处的。激光扫描的快慢根据试件导热率决定,一般扫描速度在6~30mm/s之间。