[发明专利]热障涂层厚度激光透射法激励红外热波检测装置及方法

说明书

本发明热障涂层厚度激光透射法激励红外热波检测装置及方法，该装置包括信号发生器、功率放大器、脉冲激光器、红外热像仪和工控计算机。该方法分别采用低功率和高功率的脉冲激光对热障涂层部件基体侧进行热激励，通过红外热像仪采集涂层侧温度信息，对两种功率下的温度差值‑帧数曲线数据点进行线性拟合，求得拟合直线的斜率和截距值，代入热障涂层热扩散率和红外热像仪采集帧频，计算得热障涂层厚度值。本发明克服了传统涂层侧闪光灯热激励红外热波热障涂层厚度检测方法的局限性，无需涂层表面刷漆处理，不存在漆层厚度误差和漆污染风险。适用范围广，可测试导热性差厚度大的合金基体热障涂层厚度。同时具有非接触、观测面积大、准确度高等优点。

技术领域

本发明属于红外热波无损检测技术领域，具体涉及一种热障涂层厚度激光透射法激励红外热波检测装置及方法。

背景技术

热障涂层(Thermal Barrier Coatings，简称TBCs)是目前最为先进的高温防护涂层之一，具有良好的隔热效果和抗氧化性能，被广泛应用于燃气轮机热通道部件(如透平叶片，燃烧室等)表面防护中。热障涂层一般为双层结构，由表层陶瓷层和里层金属粘结层组成，其中厚度是表征热障涂层质量的关键技术指标，它关系到涂层的使用寿命、结合强度、不均匀内应力和制造成本等的评估和计算。因此，厚度检测是热障涂层制造和使用过程中的关键技术环节，目前，热障涂层厚度检测多采用抽样破坏检验，破坏后部件无法继续使用，且检测数据较片面，不能有效反映所有部位的涂层厚度水平。

热障涂层厚度无损检测是指在不破坏部件的前提下，对涂层厚度进行精确检测的技术手段。无损检测主要有涡流法、超声波法和红外法等。涡流法原理为提离效应，受粘结层特性影响较大。超声波法是通过分析超声回波频域信号中两相邻谐振频率差来计算涂层厚度，由于谐振频率干扰因素较多，检测准确度难以保证，且步骤复杂，另外，上述两种方法均不适合非接触快速检测。

涂层厚度红外热波检测一般采用反射法涂层侧热激励，但由于热障涂层陶瓷层具有半透明性，采用可见光或激光激励时热吸收效果较差，涂层表面需喷涂水溶性黑漆，漆层厚度带来检测误差，同时在役部件涂层存在漆污染风险。另外涂层侧激励对于燃气轮机过渡段、火焰筒等内腔涂层，存在尺寸限制，难以实施。基体侧闪光灯透射法激励热障涂层厚度检测可克服上述反射法缺点，但当涂层基体合金为导热性差的高温合金、且厚度较大时，闪光灯能量密度较低，能量穿透时间较长，闪光灯透射法激励难以实施。

发明内容

本发明的目的是针对目前热障涂层厚度检测方法存在的上述不足，提供了热障涂层厚度激光透射法激励红外热波检测装置及方法，其具有非接触、观测面积大、无需涂层表面处理、适用范围广、准确度高等优势。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现：

热障涂层厚度激光透射法激励红外热波检测装置，包括信号发生器、功率放大器、脉冲激光器、红外热像仪和工控计算机；其中，

信号发生器的输出端通过功率放大器连接脉冲激光器的输入端，红外热像仪的输出端连接工控计算机的输入端，工作时，热障涂层部件设置在脉冲激光器的发射端和红外热像仪的接收端之间。

本发明进一步的改进在于，信号发生器能够输出频率为0.01μHz～500KHz任意波形和频率为0.01μHz～15MHz的正弦波，通道数为1或者2，波形垂直分辨率为14位或者16位；

功率放大器，最大输出电压为400Vp-p，最大输出电流为2Ap-p，工作频率范围0～7KHz，非线性失真度＜2％。

本发明进一步的改进在于，脉冲激光器，为半导体泵浦固体激光器，最大功率为100W，光斑直径5mm，脉冲宽度为1ms～5s可调，波长1064nm。

本发明进一步的改进在于，红外热像仪，为非制冷型热像仪，图像大小为160×120像素，响应波段为8μm～14μm，采集帧频为8.5Hz，热灵敏度为50mK。