用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的PVDF探头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的PVDF探头，包括保护层、PVDF柔性压电薄膜、阻尼块、接地电极、非接地电极、探头外壳、电极引线和插头。本实用新型专利技术利用PVDF柔性压电薄膜频率响应宽、压电电压常数高、声阻抗低、密度低等独特优势，可实现宽频带信号的激励和接收，也适宜制作高频换能元件；利用PVDF柔性压电薄膜的半圆柱面几何形状，实现了超声波声束的线聚焦。并且，本实用新型专利技术通过设计高频、宽频带线聚焦PVDF探头，进一步为热障涂层力学性能退化监测和制造工艺的改进提供数据支持。

PVDF probe for nondestructive measurement of elastic constants of thermal barrier coatings for gas turbine parts

The utility model discloses a probe PVDF thermal barrier coatings for gas turbine parts nondestructive measurement of elastic constants, including protective layer, PVDF flexible piezoelectric film, damping block, grounding electrode, non grounding electrode, the probe shell, electrode lead and plug. The utility model uses PVDF flexible piezoelectric film wide frequency response, high piezoelectric constant, low acoustic impedance, low density and unique advantages, can realize the broadband signal excitation and reception, also suitable for the production of high frequency transducer element; using a semi cylindrical PVDF flexible piezoelectric thin film geometry, the ultrasonic sound line focus beam. Moreover, the utility model provides data support for the mechanical performance degradation monitoring of the thermal barrier coating and the improvement of the manufacturing process through the design of a high frequency and broadband line focusing PVDF probe.

【技术实现步骤摘要】
用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的PVDF探头
：本技术属于燃气轮机无损检测领域，具体涉及一种用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的PVDF探头。
技术介绍
：热障涂层技术广泛应用于燃气轮机高温防护领域，对于提高燃气轮机的循环效率与功率输出，降低单位功率燃气消耗，延长燃气轮机使用寿命，提高燃气轮机运行的综合性能具有重要作用。研究结果表明：热障涂层可将燃气轮机工作温度提高300℃左右，而燃气入口温度每提高40℃，整机功率可提高10％左右，效率可提高1.5％左右。目前，热障涂层的检测主要集中在厚度、孔隙率、脱层、表面龟裂、烧蚀等，对制造阶段和服役阶段的弹性常数(杨氏模量、泊松比、剪切模量等)缺乏相应的监督检测，不利于热障涂层力学性能退化监测和制造工艺的改进。热障涂层弹性常数测试方法主要为破坏性方法，如纳米压痕法和常规拉伸试验。纳米压痕法每次测试都会在试样表面留下压痕，无法实现相同位置的重复测量；常规拉伸试验破坏性大，对于小试样很难避免圣维南原理产生的边界影响，而且试样很小时难以精确加载。激光超声方法虽为非破坏性测试方法，但是其设备昂贵、技术复杂、操作不便、难以推广。
技术实现思路
：本技术的目的是提供一种用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的高频、宽频带线聚焦PVDF探头，从而实现热障涂层弹性常数的精确无损测量，进一步为热障涂层力学性能退化监测和制造工艺的改进提供数据支持。为达到上述目的，本技术采用如下技术方案来实现：用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的PVDF探头，包括一端开口的探头外壳，探头外壳内自开口端由外向内依次设置有保护层、接地电极、PVDF柔性压电薄膜、非接地电极和阻尼块，此外，还包括设置在探头外壳外侧的插头，接地电极和非接地电极均通过电极引线分别与插头相连接。本技术进一步的改进在于，保护层采用有机玻璃制成；阻尼块采用环氧树脂和聚硫橡胶的混合物制成；探头外壳采用铝材制成。本技术进一步的改进在于，保护层的形状为内凹半圆柱面，其厚度为该探头中心频率波长的四分之一。本技术进一步的改进在于，PVDF柔性压电薄膜的形状为沿长边弯曲成半圆柱面形状的矩形状，且能够被弯曲为半圆柱面形状。本技术进一步的改进在于，PVDF柔性压电薄膜声阻抗不大于水的声阻抗的四倍。本技术进一步的改进在于，PVDF柔性压电薄膜厚度小于10μm。本技术进一步的改进在于，阻尼块底面平整，背面为粗糙界面。本技术进一步的改进在于，接地电极和非接地电极均通过常温固化的聚合物银导电浆料与电极引线相连接。本技术进一步的改进在于，非接地电极与电极引线的连接位置为其正中央。与现有技术相比，本技术具有如下的优点：本技术针对燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量，基于泄漏表面波技术，利用线聚焦PVDF探头发射、接收超声波，通过对探头不同散焦位置下，经试件折射、反射及波型转换的超声波回波信号的收集、分析、处理，进而反演出涂层的弹性常数。该技术需要发射、接收的超声波信号具有很高的时域分辨率，因此设计一种高频、宽频带线聚焦PVDF探头是燃气轮机部件热障涂层弹性常数精确测量的前提和关键。本技术用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的PVDF探头，通过与现有的泄漏波超声无损检测装置组合，可实现对热障涂层弹性常数的精确测量。附图说明：图1为本技术用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的PVDF探头的剖视图。图2为燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量系统图。图3为本技术用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的PVDF探头工作图。具体实施方式：下面结合附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术的保护范围。参照图1：本技术用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的PVDF探头，由保护层1、PVDF柔性压电薄膜2、阻尼块3、接地电极4、非接地电极5、探头外壳6、电极引线7和插头8组成。其中，所述保护层1的材质为有机玻璃；所述PVDF柔性压电薄膜2经极化产生压电效应；所述阻尼块3为环氧树脂和聚硫橡胶的混合物；所述接地电极4和非接地电极5分别为PVDF柔性压电薄膜2的下表面镀银层和上表面镀银层；所述探头外壳6的材质为铝材。保护层1形状为内凹半圆柱面，厚度为线聚焦PVDF探头中心频率波长的四分之一，可作为良好的超声匹配过渡层。PVDF柔性压电薄膜2应经过高倍率定向拉伸和高电场下极化等制备工艺，使内部结晶状态发生转化而形成压电效应。PVDF柔性压电薄膜2应足够柔软，可被弯曲成半圆柱面形状。在PVDF柔性压电薄膜2正反两面真空镀银，要求厚度不均匀度不超过3μm，镀层附着力强，无气泡、起皮、龟裂等。将PVDF柔性压电薄膜2裁剪成矩形，并根据探头设计的焦距、孔径角、孔径等将其依照保护层1的形状弯曲成半圆柱面状。阻尼块3的材料选用环氧树脂和聚硫橡胶的混合物，底面应平整且粘接良好，以减少界面反射，背面须制成粗糙界面以利于超声波的散射从而增大吸声效果。接地电极4和非接地电极5分别为PVDF柔性压电薄膜2的下表面镀银层和上表面镀银层，均通过常温固化的聚合物银导电浆料与电极引线7连接。接地电极4通过粘合剂与保护层1粘接，粘接前先用汽油后用酒精将接地电极4和保护层1清洗干净，然后用适量的粘接剂粘合，加一定的静压力并保持一段时间，切忌接地电极4和保护层1之间有气泡存在。非接地电极5与电极引线7粘合后，利用环氧树脂进一步固化。探头外壳6尺寸形状的设计应遵守长焦距、大孔径角的规则，焦距应远远大于盲区长度，半孔径角须大于待测材料的瑞利角。电极引线7分别接接地电极4和非接地电极5，其长度应留有余量，防止探头因摔落、振动等因素使连接处脱开。参照图2、3，对本技术作进一步的说明：将线聚焦PVDF探头17通过插头8连接到探头运动机构9，打开并调试好泄漏波检测系统。将被测热障涂层试件10放入水槽11并使其位于探头正下方，通过超声脉冲激励/接收器12发射和接收脉冲信号，通过运动控制卡14控制探头运动机构9上下移动线聚焦PVDF探头17，使任意散焦位置时探头回波信号幅度均为该位置的最大值，保证线聚焦PVDF探头17与热障涂层试件10垂直。上下移动线聚焦PVDF探头17找到焦距位置，通过运动控制器13和运动控制卡14设定探头的步进量，将超声脉冲激励/接收器12接收到的回波信号通过数字化仪16转换并传入数据分析与处理系统15，注意观察直接反射波18、底面反射波19和漏表面波20的接收信号的位置变化。最后，利用弹性常数超声测量数据分析与处理系统15对散焦位置与时间曲线进行分析，反演出热障涂层试件10的弹性常数。本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的PVDF探头，其特征在于，包括一端开口的探头外壳(6)，探头外壳(6)内自开口端由外向内依次设置有保护层(1)、接地电极(4)、PVDF柔性压电薄膜(2)、非接地电极(5)和阻尼块(3)，此外，还包括设置在探头外壳(6)外侧的插头(8)，接地电极(4)和非接地电极(5)均通过电极引线(7)分别与插头(8)相连接。

【技术特征摘要】
1.用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的PVDF探头，其特征在于，包括一端开口的探头外壳(6)，探头外壳(6)内自开口端由外向内依次设置有保护层(1)、接地电极(4)、PVDF柔性压电薄膜(2)、非接地电极(5)和阻尼块(3)，此外，还包括设置在探头外壳(6)外侧的插头(8)，接地电极(4)和非接地电极(5)均通过电极引线(7)分别与插头(8)相连接。2.根据权利要求1所述的用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的PVDF探头，其特征在于，保护层(1)采用有机玻璃制成；阻尼块(3)采用环氧树脂和聚硫橡胶的混合物制成；探头外壳(6)采用铝材制成。3.根据权利要求1所述的用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的PVDF探头，其特征在于，保护层(1)的形状为内凹半圆柱面，其厚度为该探头中心频率波长的四分之一。4.根据权利要求1所述的用于燃气轮机部件热障涂层弹性常数无损测量的PVDF探头，其特征在于，PVDF柔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炯，肖俊峰，朱立春，李永君，高斯峰，唐文书，南晴，
申请(专利权)人：华能国际电力股份有限公司，西安热工研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11