一种用于热障涂层高温声发射信号检测的工装的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于热障涂层高温声发射信号检测的工装。
【背景技术】
[0002]热障涂层(TBC)的无损检测一直是热障涂层研宄的重要命题，热障涂层的失效过程通常是由裂纹的萌生、扩展、传播造成的。通过对热障涂层失效过程的实时动态监测能够更深入理解热障涂层的失效机制，评估和预测热障涂层的服役寿命。声发射技术能够对热障涂层在失效过程中裂纹萌生扩展的信号进行动态捕捉，通过对声发射信号进行频谱特征分析，实现裂纹源在时间和空间上的定位，进一步分析热障涂层的失效机制，最终目的是实现热障涂层在服役过程中的寿命预测。
[0003]先前的研宄已经对热障涂层在室温条件下失效的动态过程进行了监测，如涂层在单轴向拉伸，三点弯曲，四点弯曲失效过程中的声发射信号表征，但是这些研宄大多停留在环境温度，这主要是由于收集声发射信号的传感器使用温度有限，通常在170°C以下，若温度更高，则传感器就会失效，无法正常工作。
[0004]因此要想检测涂层在高温失效过程中的断裂信号就必须设计合适的工装，该工装必须满足如下3点要求:(1)要准确的传递声发射信号，声发射信号不能失真，尽量减少衰减；(2)传感器接触的区域温度不要超过传感器正常工作温度；(3)易于与基体接触固定，结构简单，安装拆卸方便。但目前并没有出现能够同时满足上述3点要求的工装，从而导致无法实现在高温下对热障涂层的失效监测。
【发明内容】
[0005]本发明旨在克服现有用于热障涂层声发射信号检测的装置无法在高温条件下工作的缺陷，本发明提供了一种用于热障涂层高温声发射信号检测的工装。
[0006]本发明提供了一种用于热障涂层高温声发射信号检测的工装，包括:用于固定表明喷涂有热障涂层的待测样品的固定单元；对所述待测样品进行声发射信号检测的传感器；连接在所述待测样品与所述传感器之间的隔热单元；对所述传感器进行冷却的冷却单
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[0007]根据本发明的工装，通过固定单元固定表明喷涂有热障涂层的待测样品，并通过隔热单元和冷却单元使传感器能够在合适的温度条件下工作，从而一方面保证声发射信号畅通无阻，确保声发射信号不失真，同时尽可能减少信号的衰减，另一方面使传感器所处位置的温度场控制在传感器正常工作的温度范围之内。从而，解决了声发射传感器的使用温度有限，无法对高温条件下热障涂层的声发射信号进行检测的问题。该工装能够广泛应用在TBC高温强热流密度循环考核条件下其失效过程的实时动态监测的声发射表征方面，有望突破这一过程长期以来无法进行无损检测表征的局限。
[0008]又，在本发明中，所述套筒具备分别位于两轴端部的第一开口部和第二开口部，所述待测样品固定于所述第一开口部中，所述隔热单元和所述传感器容纳于所述套筒内，所述传感器的信号接触面与所述隔热单元贴合。
[0009]根据本发明，能够有效地将待测样品固定于套筒内，从而有利于保证信号的通畅。该套筒可以是304不锈钢空心圆筒。
[0010]又，在本发明中，所述冷却单元包括延伸穿过所述第二开口部的导管，压缩空气通过所述导管向所述传感器供给。
[0011]根据本发明，通过导管将压缩空气向传感器供给，从而可有效地对传感器进行冷却。该导管例如可以是聚四氟乙烯软管。
[0012]又，在本发明中，还包括设置于所述传感器的远离所述隔热单元的一侧的用于将所述传感器固定于所述隔热单元的压紧单元，优选地，所述压紧单元形成为压缩型弹簧。
[0013]根据本发明，可通过压紧单元将传感器固定于沿着热流方向的隔热单元的下游端，从而可有效控制传感器的温度。且压紧单元可形成为长度较短且具有一定劲度系数的压缩型弹簧，弹簧的一端顶住传感器，另一端通入一定流量的压缩空气。
[0014]又，在本发明中，在所述套筒的侧壁上设有第三开口部，所述传感器的引线通过所述第三开口部延伸至所述套筒的外部，优选地，在所述引线与所述套筒的连接处设有高温胶带。
[0015]根据本发明，传感器的引线可通过设于套筒的侧壁上的第三开口部方便地引出，由此传感器的弓I线可避免接触高温环境。
[0016]又，在本发明中，所述待测样品包括基端部和从所述基端部的大致中央部延伸出的梢端部，所述梢端部通过紧固机构固定于所述第一开口部中，优选地，所述基端部的直径大于所述梢端部的直径。
[0017]根据本发明，该待测样品的上述结构有利于将其安装于套筒中，从而可有效地进行声发射信号检测。
[0018]又，在本发明中，所述紧固机构包括分别形成于所述梢端部和所述套筒上的对应位置处的多个装配孔和插通于所述装配孔中的螺钉，更优选地，所述装配孔分别沿着所述梢端部和所述套筒的圆周方向呈120度角分布。
[0019]根据本发明，通过形成于待测样品的梢端部和套筒上的对应位置处的多个装配孔和插通于装配孔中的螺钉可将该梢端部固定于套筒上。且装配孔分别沿着梢端部和套筒的圆周方向呈120度角分布。例如，可在该梢端部上沿着圆周方向120度角钻3个尖孔，套筒沿着外部侧面圆周方向开3个内螺纹将尖孔顶住，从而可有利于进行待测样品与套筒的定位连接。
[0020]又，在本发明中，所述隔热单元包括陶瓷垫片，优选地，所述陶瓷垫片包括21<)2陶瓷垫片，所述陶瓷垫片的厚度为15±0.3mm。
[0021]根据本发明，选择上述21<)2陶瓷垫片，可将传感器接触的位置所对应的温度降到正常工作温度范围内而且信号不失真。
[0022]又，在本发明中，所述陶瓷垫片包括叠层而成的多个21<)2陶瓷垫片，相邻的所述21<)2陶瓷垫片的接触面之间涂覆有高温固态胶。该高温固态胶例如可以是高真空脂，液态玻璃等。
[0023]根据本发明，ZrO2陶瓷垫片可采用叠层的方法，一方面可增加接触热阻，此外在相邻的ZrO2陶瓷垫片的接触面之间涂覆高温固态胶，该胶能够增强声发射信号的传输，而相邻ZrO2陶瓷垫片之间的接触热阻则可进一步增加高温合金表面涂层正面温度与传感器处温度。
[0024]又，在本发明中，所述传感器设置为通过所述引线与信号采集分析单元连接，所述信号采集分析单元包括依次相连的探头、前置声信号放大器、声发射信号采集系统、以及声信号分析系统。
[0025]根据本发明，通过依次相连的探头、前置声信号放大器、声发射信号采集系统、以及声信号分析系统，可接收传感器检测到的声发射信号，从而进行高温条件下热障涂层失效的实时动态声发射测试。
【附图说明】
[0026]图1示出了采用根据本发明的一实施形态的工装进行高温焰流考核的装配原理图；
图2示出了采用根据本发明的一实施形态的工装的高温合金基体的结构示意图，其中Ca)图为该高温合金基体的侧视图，(b)图为从该高温合金基体的梢端部观察的视图；
图3示出了根据本发明的一实施形态的工装中的套筒的结构示意图，其中(a)图为该套筒的侧视图，(b)图为从该套筒的端部观察的视图；
图4示出了本发明的一实施形态的工装的示意性立体图，其中(a)图为高温合金基体的立体图、(b)_ (C)图为套筒的立体图；
图5示出了根据本发明的工装的一个实施例在实际测试条件下，其传感器处温度场分布；
图6示出了本发明的一个实施例中当压缩空气产生的对流系数为1000W/m2.K，工装的传感器处温度与待测样品涂层表面温度之间的函数关系；
图7示出了本发明的一个实施例中当待测样品涂层表面温度为1650°C，工装的传感器处温度与压缩空气产生的对流系数之间的函数关系；
符号说明:
1-氧丙烷火焰，2-热障涂层，3-样品固定槽，4-高温合金转台，5-套筒，6-Zr02陶瓷垫片，7-传感器，8-压缩型弹簧，9-导管，10-探头，11-前置放大器，12-声发射信号采集系统以及信号分析系统，13-高温合金