一種超聲波涂層檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種航空發動機涂層檢測技術，尤其是一種利用超聲波對航空發動機的零部件上的涂層進行檢測的方法，特別涉及一種超聲波涂層檢測方法。
【背景技術】
[0002]航空發動機中，需要在部分零件上噴涂AlSi6%材料(A194%+Si6%的合金)的磨耗封嚴涂層，以保證這些零件的封嚴性。現有航空發動機制造廠商對該類零件涂層質量的檢驗僅限于目視檢查其表觀質量，而涂層與基體的結合質量只能靠工藝保證，沒有任何無損檢測方法，這樣一來，一旦噴涂工藝過程失控，就可能導致因涂層結合質量差而造成涂層脫落零件失效的事故，進而危害發動機的安全。
[0003]噴涂件的結合性缺陷一般就是涂層與基體脫離缺陷，這類缺陷是面積型缺陷(SP厚度方向的尺寸很小)，根據缺陷形態特點，可考慮采用紅外、超聲等無損檢測技術進行檢驗。由于紅外檢驗時需要給零件加載，操作條件要求比較苛刻，且檢驗靈敏度不高，不利于小缺陷的檢出。
[0004]超聲波探傷技術是一種常規現有技術，能夠利用超聲進行可靠的無損檢測。例如，中國專利申請CN 201510196255.4中公開了一種金屬板材的超聲波檢測方法，采用頻率為10?15MHz的水浸式探頭檢測板材的不連續性圖像，如果被檢測金屬板材的某個不連續性圖像比驗收方法規定的不連續性圖像尺寸大，則該不連續性被判定為不合格;反之為合格。該方法在檢測板材的時候，對于焦距的設置很隨意，即觀察金屬板材上表面反射回波的波高直至波高出現最大值，但是最大值應當出現在缺陷深度，但是缺陷深度并不是固定的，因此上述現有技術只能用于缺陷較多、較明顯的一般質量要求不高的場合，對于檢測質量要求極高的航空發動機涂層的定量檢測缺乏精確的設定標準，即，該現有技術沒有提供判斷超聲波檢測的數值標準。同樣的，類似中國專利申請CN 201310472205.5中公開的無間隙度超聲檢測方法雖然用到金相分析進行證實，但是提供的也是定性的分析，也沒有可供參考的定量的數值判斷標準。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種超聲波涂層檢測方法，以減少或避免前面所提到的問題。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提出了一種超聲波涂層檢測方法，用于利用超聲波檢測設備對航空發動機的零部件的基體上的涂層進行檢測，所述方法包括如下步驟:將所述基體上的涂層朝下水平放置于水槽中，將所述超聲波檢測設備的超聲波探頭放置于所述基體的上方，所述超聲波探頭為水浸點聚焦探頭，工作頻率為1MHz?25MHz，焦點尺寸:<
0.8mm;調整所述探頭的焦點位于所述基體底面上;將所述基體與水界面的反射回波信號高度調至所述超聲波檢測設備滿屏的100%;啟動所述超聲波檢測設備進行掃描，其中掃查步進< 0.2mm;采樣間距< 0.2mm;重復頻率I 1280Hz ;通過預先擬合的所述超聲波檢測設備的反射回波信號高度與所述涂層與所述基體的結合缺陷的比率的函數曲線，插值獲得掃描得到的反射回波信號高度所對應的所述涂層與所述基體的結合缺陷的比率，以判斷所述涂層與所述基體的結合質量是否合格。
[0007]優選地，掃描得到的反射回波信號高度小于等于所述超聲波檢測設備滿屏的65%，則判斷所述涂層與所述基體的結合質量合格。
[0008]優選地，掃描得到的反射回波信號高度大于等于所述超聲波檢測設備滿屏的80%，則判斷所述涂層與所述基體完全脫離。
[0009]優選地，掃描得到的反射回波信號高度小于所述超聲波檢測設備滿屏的80%，大于所述超聲波檢測設備滿屏的65%，則判斷所述涂層與所述基體部分脫離。
[0010]優選地，所述探頭的焦距為L，所述基體的厚度為B，所述探頭在水槽中距離所述基體的上表面的高度為L-4B。
[0011]優選地，所述基體材料為鎳基高溫合金鋼，所述涂層為AlSi6%合金材料;所述探頭的焦距為50mm，所述基體的厚度為1.5mm，所述探頭在水槽中距離所述基體的上表面的高度為44mm。
[0012]優選地，預先建立所述函數曲線的步驟為:采用所述超聲波檢測設備對所述零部件的不同的試件進行掃描，記錄每個試件的反射回波信號高度;對每個所述試件進行金相解剖檢查，統計每個所述試件的所述涂層與所述基體的結合缺陷的比率；以所述試件的反射回波信號高度為橫軸，以所述結合缺陷的比率為縱軸，擬合獲得所述函數曲線。
[0013]優選地，通過所述函數曲線插值獲得掃描得到的反射回波信號高度小于等于所述超聲波檢測設備滿屏的65%時，所述結合缺陷的比率為0%。
[0014]優選地，通過所述函數曲線插值獲得掃描得到的反射回波信號高度大于等于所述超聲波檢測設備滿屏的80 %時，所述結合缺陷的比率為100 %。
[0015]優選地，通過所述函數曲線插值獲得掃描得到的反射回波信號高度小于所述超聲波檢測設備滿屏的80%，大于所述超聲波檢測設備滿屏的65%，所述結合缺陷的比率在O %-100% 之間。
[0016]本發明通過上述優化的超聲波涂層檢測步驟，提供了一套超聲波檢測的數值標準，檢測過程可以全數字化自動完成，提高了測量精度和效率，可廣泛應用于航空發動機的涂層的無損檢測，可以可靠保證涂層結合質量。
【附圖說明】
[0017]以下附圖僅旨在于對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。其中，
[0018]圖1顯示的是根據本發明的一個具體實施例的超聲波涂層檢測方法的檢測布局結構示意圖；
[0019]圖2顯示的是根據本發明的一個具體實施例中涂層的結合沒有缺陷的金相解剖圖；
[0020]圖3顯示的是根據本發明的一個具體實施例中涂層的完全脫離的金相解剖圖；
[0021]圖4顯示的是根據本發明的一個具體實施例中涂層的部分脫離的金相解剖圖。
【具體實施方式】
[0022]為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照【附圖說明】本發明的【具體實施方式】。其中，相同的部件采用相同的標號。
[0023]圖1顯示的是根據本發明的一個具體實施例的超聲波涂層檢測方法的檢測布局結構示意圖，如圖所示，所述超聲波涂層檢測方法用于利用超聲波檢測設備(圖中僅示出了超聲波檢測設備的超聲波探頭300)對航空發動機的零部件的基體100上的涂層200進行檢測，其中，所述基體材料為鎳基高溫合金鋼，涂層優選為AlSi 6%合金材料(A194%+Si6%的合金)。
[0024]如圖，本發明的檢測方法的基本原理是:當采用超聲波法對基體100及其上的涂層200的結合質量進行檢測時，超聲波可以從任一側垂直于結合面入射(例如從基體100—側入射)。當超聲波經過基體100傳播到其與涂層200的結合面時，由于兩種材料聲阻抗不同，一部分超聲波會反射回來，另一部分將透射入涂層200中。若兩種材料結合良好，大部分超聲波進入涂層200繼續傳播，小部分反射回基體100，因而在結合層處的反射回波幅度較小。若兩種材料完全未結合，則所有超聲波在結合層處被反射回基體100，故結合層處的反射回波幅度很大。若兩種材料部分未結合，則小部分超聲波進入涂層200繼續傳播，大部分超聲波在結合層處被反射回基體100，故結合層處的反射回波幅度介于上述兩種情況之間。因此，我們只要監測結合層處的超聲回波的幅度，就能判斷結合質量的好壞。
[0025]基于上述原理，本發明的方法包括如下具體步驟:
[0026]首先將基體100上的涂層200朝下水平放置于水槽中，將超聲波檢測設備的超聲波探頭300放置于基體100的上方，超聲波探頭300為水浸點聚焦探頭，工作頻率為1MHz?25MHz，焦點尺寸:< 0.8mm。其中，超聲波的工作頻率越高，橫向分辨率越好，越能將兩個小缺陷區分開。由于結合層的缺陷是任意形狀和尺寸的，有的彌散狀缺陷非常小，為了能區分它們，需要選擇較高的檢測頻率。另外，涂層200朝下檢測的好處是便于下一步流程中調整探頭300的焦點，因為基體100的厚度是可以基于設計參數以及附著涂層之前的測量準確確定的，而涂層200的厚度在檢測之前是不可預知的，因此從基體100的一側可以準確將超聲波的焦點確定在基體100的底面上，以便于獲得準確的測量結果。特別是當基體100為鍛件時，由于鍛件的組織比較均勻，對超聲波的衰減比較一致，所以超聲波到達整個鍛件底面時能量基本保持一致，這樣，不同部位基體100和涂層200結合面回波幅度的差異就完全是由于結合質量不同造成。這樣可使得本發明所提供的方法更加適用。
[0027]本領域技術人員應當立即，超聲波探頭300放置于基體100的上方是為了保障超聲波與基體100垂直，因此，如果零件為環形放置于水中，則可將超聲波探頭300同樣置于水中，并偏轉90度角保障超聲波探頭300與環形零件的圓周面垂直，這樣同樣可實現超聲波與被測基體100的垂直。
[0028]因此，下面要做的步驟是:調整探頭300的焦點位于基體100底面上；將基體100與水界面的反射回波信號高度調至超聲波檢測設備滿屏的100%。在點聚焦探頭的超聲場內，離探頭端面不同距離處的聲場分布是不同的，焦點處聲束寬度最小，能量最集中。由于結合層的質量是我們所關心的，因此應使探頭的焦點落在結合面，以保證該區域的檢測信噪比最佳。
[0029]另外超聲波檢測的靈敏度與反射回波信號的高度相關，高度值的準確測量決定了檢測的靈敏度的高低。基體100與水界面的反射回波信號高度由于沒有涂層200的干擾，在超聲波檢測設備的顯示屏上顯示的幅度是最大的，因此可以事先將一個沒有涂層的試樣放置在水槽中，將測得的基體100與水界面的反射回波信號高度在顯示屏上調整到顯示屏的整幅高度(Full screen height，FSH)的100%，后續檢測過程中因為不會出現更大的信號高度(不會出現超出顯示屏的顯示范圍的信號值)，因此這種設置使得后續檢測得到的信號高度能夠在顯示屏中顯示得盡可能大，從而方便獲取最精確的檢測信號高度，保證足夠的檢測靈敏度。也就是說，可以使用一個與被檢件相同的沒有噴涂涂層200的零件作為對標件，將這個零件的底波(也就是基體100與水界面的反射回波信號)調到100%FSH作為檢測靈敏度。調好靈敏度后，再換上被檢件，記錄被檢件的基體100和涂層200的界面