热障涂层无损检测技术进展

热障涂层(TBC)是航空航天发动机涡轮叶片的主要防护材料,对其进行表面裂纹缺陷和界面脱粘缺陷的无损检测具有重大意义.对热障涂层的传统检测方法(如渗透检测、涡流检测、超声或超声显微检测等),以及新型红外热成像方法在内的无损检测方法进行了介绍和归纳,重点介绍了光激励、涡流激励和超声激励3种主动式红外热成像无损检测技术.其中,对激光扫描热成像法进行了详细介绍,该方法具有非接触、操作简单、灵敏度高、全场范围内检测快速的优点,能够实现宽度为10μm以上的裂纹和直径为1mm以上脱粘缺陷的无损检测;透射式涡流热成像具有识别小于1mm脱粘缺陷的能力.     

航空发动机涡轮叶片修理技术

介绍了涡轮叶片的清洗、无损检测、叶型完整性检测等预处理,以及包括表面损伤修理、叶顶修复、热静压、喷丸强化及涂层修复等在内的先进修理技术。     

红外热像检测技术在吸波涂层缺陷研究中的应用

采用红外热像技术探索了一种吸波材料脱粘缺陷无损检测的方法。在铝合金基材上制备具有不同脱粘缺陷的吸波材料。采用红外热像检测系统监测热激励后材料样品表面的温度变化。通过对热图像和温度变化数据的分析,获得材料表面或缺陷的特征。试验表明这一方法可以有效地检测出铝合金基材上铁磁性吸波涂层脱粘缺陷,测量简便、结果直观,对涂层无损坏,可以实现吸波涂层施工中吸波涂层质量和使用过程中涂层可靠性的监控。     

红外热成像技术在功能涂层缺陷研究中的应用

介绍了一种基于红外热成像技术的无损检测方法,用于检测涂层的内部缺陷。该方法是以高能闪光灯作为热激励装置,并通过红外热像仪记录样品的热扩散和冷却过程。使用这种方法成功地检测了两组带有人工缺陷的功能涂层样品。实验结果表明,在红外热图像上能够明显地识别出涂层内部缺陷的位置和尺寸。     

热障涂层闪光灯激励红外热像检测

为了跟踪和记录热障涂层缺陷产生、发展直至脱落的过程,对热障涂层试片组进行热循环实验,在实验前和不同实验阶段分别对各个试片进行闪光灯激励红外热像检测;对发现的可疑区进行了解剖分析,识别出微裂纹;利用含有自然缺陷和人工缺陷的试片对红外热像检测的检测能力进行了评价。结果表明:闪光灯激励红外热像检测技术能够检测出直径小于0.5mm的脱粘缺陷,还能够识别出微裂纹态,这种状态用肉眼从涂层表面无法识别;闪光灯激励红外热像检测技术不仅可用于热障涂层的缺陷检测,还有希望用于热障涂层的寿命评估。     

热障涂层界面脱粘缺陷的脉冲红外热成像检测

针对热障涂层界面脱粘缺陷的无损检测问题，首先制备了一种导热过程更加接近真实缺陷，且尺寸可控的人工模拟脱粘缺陷试样；在此基础上，采用脉冲红外热成像检测技术对人工脱粘缺陷进行检测，分析了涂层界面脱粘区和非脱粘区的表面温度瞬态响应过程；以图像标准差（SD）和归一化对比度（NC）作为评价标准，定量对比了脉冲相位法、主成分分析和表面热信号重构3种典型的热图重构方法在脱粘缺陷识别中的作用。结果表明，对400 μm厚的YSZ热障涂层，原始热图中可识别最小直径为4 mm的脱粘缺陷，而3种重构热图中均可识别最小直径为2 mm的界面脱粘缺陷，3种重构算法均显著提高了界面脱粘缺陷的识别能力，其中以表面热信号重构算法对图像的噪声抑制能力最强。     

CFRP复合材料层板缺陷的红外热波成像检测方法

针对CFRP复合材料层板缺陷无损检测与评价的红外热波成像检测方法、热波信号处理、缺陷判定和识别及红外热波成像检测POD分析等进行了系统介绍,分析了各种红外热波成像检测方法的应用与优势、适用性及局限性等,重点介绍了红外热波成像方法应用于CFRP复合材料层板缺陷检测的应用实例,并进一步阐述了复合材料缺陷红外热波成像无损检测的发展.     

航空发动机涡轮叶片热障涂层应用的关键技术和问题

热障涂层是提高涡轮叶片可靠性和服役寿命的关键技术。从热障涂层的粘结层与涡轮叶片高温合金基体的匹配性、CMAS(一种基于CaO、MgO、Al2O3和Si O2等多种氧化物构成的环境沉积物)形成及其对热障涂层的损伤和相应的防护、叶片热障涂层厚度分布的过程控制、热障涂层制备过程中气膜孔缩孔、热障涂层的在线无损检测及涂层返修以满足涡轮叶片全寿命周期需求等方面论述了航空发动机涡轮叶片热障涂层工程应用技术和需要解决的实际问题。     

基于显微组织演变的涡轮叶片损伤分析

涡轮叶片作为航空发动机和燃气轮机重要的热端部件,在复杂温度场、应力场及氧化腐蚀等环境下工作,面临多种损伤失效风险。为了阐明涡轮叶片涂层损伤模式,总结了现阶段涡轮叶片涂层工艺、特点及其显微组织构成。在结合叶片材料热力耦合试验中相的演变规律研究成果基础上,对服役不同时间和类型的涡轮叶片基体和涂层系统的显微组织进行分析,并与原始组织对比;确定了各种服役组织损伤形式,主要包括涂层系统退化、原始缺陷导致的裂纹扩展、过热损伤及γ′相的退化等;初步给出了涡轮叶片损伤机理和服役环境评估,提出后期涡轮叶片工程化应开展的研究工作和注意事项,从而实现由服役叶片失效后分析向使用前预防的转变,完善涡轮叶片正向设计体系。     

涡轮叶片热障涂层三维成像研究进展

热障涂层是涡轮叶片高温防护关键技术,具有典型的层状结构特征,且热障涂层服役过程中高温氧化产生热生长氧化物结构,迫切需要利用三维成像方法无损探知热障涂层内部结构。由于计算机断层成像技术能提供三维立体图像,准确再现物体内部三维结构,是热障涂层层状结构最佳分析手段之一,在热障涂层喷涂质量评价和高温氧化监测方面具有很好的前景。重点介绍了国内外在热障涂层微米CT成像、同步辐射CT成像、聚焦离子束–扫描电镜(FIB–SEM)三维成像及热应力有限元仿真方面的进展。最后指出了热障涂层无损检测可能的发展方向。     

热风洞中涡轮叶片温度场红外热像测量方法

提出了在热风洞中利用红外热像来测量涡轮叶片表面温度场的方法.针对热风洞特有的干扰因素,即石英玻璃窗口的透射比随着叶片表面温度变化以及燃气中的二氧化碳和水蒸气等组分参与热辐射所带来的干扰,在取得红外热像后按照燃气工况对温度场测量结果进行综合修正.考虑到叶片表面曲率的变化,通过几何上的变换重现了实际叶片表面上的温度场.结果表明:在热风洞的叶片温度场的红外热像测量中存在着110~140K的修正量.高温燃气环境中的红外热像测量结果必须按工况进行修正.      

基于微观特征定量辨识的加速有效性评估方法

开展加速试验已逐渐成为航空高性能结构（如涡轮叶片）性能分析与寿命管理的重要途径,然而对于加速试验结果的合理、有效评估成为了制约加速试验技术发展的难题。本文以现有物理机制方法为基础,通过构建微观结构特征与宏观性能之间的定量关系,提出基于微观特征定量辨识的加速有效性评估方法,对涡轮叶片加速损伤和失效机理进行系统阐释。结果表明：本文提出的评估方法克服了现有物理机制方法的主要缺点,使得评估结果更加准确可靠,对于提高航空高性能结构的性能分析与寿命预测的准确性具有重要的借鉴意义。     

基于三维激光扫描的涡轮叶片高温模态测试技术

提出了基于三维激光扫描技术的发动机涡轮叶片高温模态测试技术,实现了在最高900 ℃的高温环境下的涡轮叶片模态测试。设计了一套高温环境模拟装置,实现了不同温度环境的模拟,基于振动台基础激励技术和三维激光扫描技术,建立了不同温度环境下的涡轮叶片三维测试模型,获取了准确的模态振型、模态频率等参数,验证了方法的可行性。分析结果显示:温度升高会导致涡轮叶片固有频率下降,900 ℃较常温环境1阶频率下降约6%,叶尖振型因热应力产生轻微畸变。      

脉冲热像法在航空复合材料构件无损检测中的应用

对红外热像检测技术的原理、特点和国内外应用状况作了简单的介绍,对闪光灯激励脉冲热像法中影响检测的主要参数进行了分析,并针对多种常见的复合材料构件进行了检测研究.研究结果表明:对于薄蒙皮的泡沫夹层结构件和蜂窝夹层结构件,闪光灯激励脉冲热像法能够给出清晰的检测结果和丰富的构件内部信息,可以检测出脱粘缺陷、损伤和蜂窝积水,能够用于雷达罩的在役检测.闪光灯激励脉冲热像法适于检测厚度较薄的层合板构件.     

The technology of composite patches and their structural reliability inspection using infrared imaging

Nowadays, composite components and reinforcements are widely used in aircraft repair technology, since they present more efficient performance than conventional repairs. Composite patches (carbon or boron fibres) have been used for many years, mainly for research purposes, in aircraft maintenance. This move towards composites is mainly because of the increased mechanical performance, less corrosion and fatigue problems, allowing for longer service life of the aircraft. In this work, the technology and use of composite patching was described and reviewed. Furthermore, since the detection of structures integrity under patch, during the service life of aircraft, by non-destructive means is considered of great importance, infrared thermography was used for the detection of simulated artificially introduced damages—cracks, on the surface of Al 2024-T3 aircraft skin panels under composite patching or simulated delaminations between two plies of composite patches. Finally, real-time monitoring of damage during fatigue loading using thermography was also discussed and attempted in the laboratory on aircraft repaired panels.     

红外无损检测技术粘接结构产品应用

介绍了红外无损检测技术的检测原理和对粘接结构产品的试验应用。试验结果表明,红外无损检测技术可以有效的对玻璃钢泡沫夹层、软木粘接、碳纤维蒙皮蜂窝夹层等粘接结构进行产品质量检测,具备广阔的应用前景。     

镍基单晶叶片制造技术及再结晶研究进展

针对航空发动机单晶涡轮叶片的制造技术以及再结晶缺陷进行分析,结合国内外研究现状,从单晶空心涡轮叶片铸造技术、单晶空心涡轮叶片再结晶缺陷及单晶叶片再结晶控制方法等方面,对单晶叶片制造技术及再结晶控制方法取得的研究成果进行总结和分析。重点介绍了叶片制造技术和再结晶控制技术的方法及研究。对我国单晶空心涡轮叶片制造技术及再结晶缺陷的进一步研究重点进行分析。     

航空发动机涡轮叶片工业CT图像降噪方法

在分析航空发动机涡轮叶片工业计算机层析成像(computed tomography,CT)图像自相似性特点基础上,讨论了一种基于图像不同区域相似性的非局部平均降噪算法,首先采用高斯加权欧式距离算子计算同一图像中不同区域间的相似性,然后对具有较强相似性的区域进行叠加平均,从而降低噪声,同时保持图像边缘的对比度.针对非局部平均算法计算复杂度高、计算量大的问题,研究了一种基于傅里叶变换的非局部平均降噪加速算法,以欧式距离算子替代高斯加权欧式算子提高相似性的计算效率,减少计算时间.实验结果表明,在保证航空发动机涡轮叶片工业CT图像降噪效果的情况下,处理速度提高了4倍以上.      

基于逆向工程的发动机叶片数字化设计验证

对发动机叶片实体建模中的关键问题进行了分析,并采用关节臂激光扫描仪进行了装配模式下发动机叶片的逆向扫描,运用Geomagic Qualify软件实现了叶片型面三维误差比较以及叶片截面指标计算分析,为发动机叶片的数字化设计验证提供了参考。