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一种基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测装置及方法.pdf

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一种 基于 射线 金属表面 厚度 无损 检测 装置 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910033244

申请日:

20190114

公开号:

CN109556541A

公开日:

20190402

当前法律状态:

实质审查的生效

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效
IPC分类号: G01B15/02 主分类号: G01B15/02
申请人: 汪诚
发明人: 汪诚;安志斌;何家帮;周瑞祥
地址: 710038 陕西省西安市灞桥区霸陵路1号
优先权:
专利代理机构: 61204 代理人: 陈星
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910033244

授权公告号:

法律状态公告日:

20190426

法律状态类型:

实质审查的生效

摘要

本发明提供一种基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测装置及方法,装置包括X射线发生器、X射线检测器、放大器、数据处理存储模块和显示器;方法首先制作具有不同渗层厚度的样件,利用装置计算得到样件的渗层元素含量,并通过扫描电镜方式对样件渗层厚度进行准确测量,建立渗层元素含量与渗层厚度对应数据表;其次采用装置获取待检测试件渗层元素含量,在预先标定好的渗层元素含量与渗层厚度对应数据表中插?#21040;?#31639;得到待检测试件渗层厚度。本发明相比于现有渗层检方法,能够在不破坏试件的情况下快速检测得到扩散渗铝层的渗层厚度,可实现产品全检,大幅提高了工作效?#30465;?/p>

权利要求书

1.一种基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测装置,其特征在于:包括X射线发生器、X射线检测器、放大器、数据处理存储模块和显示器; 所述X射线发生器能够发出X射线打到待检测试件表面,由X射线检测器采集待检测试件表面反射的X射线,X射线检测器输出检测信号经过放大器后传输给数据处理存储模块,数据处理存储模块将检测结果在显示器中显示; 所述数据处理存储模块中存储有预先标定好的渗层元素含量与渗层厚度对应数据表;所述数据处理存储模块能够根据放大器输入的检测信号计算得到待检测试件渗层元素含量,并在预先标定好的渗层元素含量与渗层厚度对应数据表中插?#21040;?#31639;得到待检测试件渗层厚度。 2.根据权利要求1所述一种基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测装置,其特征在于:所述金属为镍基高温合金,所述渗层的材料为铝。 3.利用权利要求1所述装置进行基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测的方法,其特征在于:采用以下步骤: 步骤1:制作具有不同渗层厚度的样件,且样件渗层厚度范围覆盖待检测试件的渗层设计厚度; 步骤2:采用X射线发生器发出X射线打到样件表面,由X射线检测器采集样件表面反射的X射线,X射线检测器输出检测信号经过放大器后传输给数据处理存储模块,数据处理存储模块根据放大器输入的检测信号计算得到样件的渗层元素含量; 步骤3:采用扫描电镜对样件进行准确厚度观测,并根据不同样件的渗层元素含量与准确厚度,建立渗层元素含量与渗层厚度对应数据表,并存入数据处理存储模块中; 步骤4:采用X射线发生器发出X射线打到待检测试件表面,由X射线检测器采集待检测试件表面反射的X射线,X射线检测器输出检测信号经过放大器后传输给数据处理存储模块,数据处理存储模块根据放大器输入的检测信号计算得到待检测试件渗层元素含量,并在预先标定好的渗层元素含量与渗层厚度对应数据表中插?#21040;?#31639;得到待检测试件渗层厚度;检测结果在显示器中显示。 4.根据权利要求3所述一种基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测的方法,其特征在于:所述金属为镍基高温合金,所述渗层的材料为铝。

说明书


一种基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测装置及方法
技术领域


本发明属表面工程技术和精密检测技术领域,具体为一种基于X射线的金属表面
渗层厚度无损检测装置及方法,能够在不破坏待检测金属部件的条件下,检测其表面其它
金属元素的渗层厚度。


背景技术


镍基高温合金在使用的过程之中容?#36164;?#21040;高温?#35745;?#33104;蚀,仅靠材料本身所含有的
Cr元素难以抵抗外界环境影响,因此在工程中通常采用渗铝处理对其进行保护。由于目前
广泛采用固体粉末包埋法以及气相扩散方法进行渗铝,渗铝深度受到温度、时间、渗铝剂影
响。作为高温合金表面渗铝处理的重要指标,渗铝厚度检测是高温合金渗铝处理的重点以
及难点,对其表面厚度的控制大多数依靠经验。某些部位进行局部渗铝?#20445;?#23481;易在不应渗铝
的部位产生误渗现象,导致脆性相聚集,此外由于渗铝层过厚会导致部件之间接触部位过
盈配合,加剧磨损,导致误渗部位容易发生断裂?#25910;稀?br>

目前主要通过扫描电镜观测厚度,该方法耗?#32972;ぃ?#27979;量成本较高,只能对零件进行
破坏式抽样检查,无法应用于所有叶片。


而现有的无损检测设备只能判断渗铝层的有无,对渗铝层厚度检测尚无法进行。
传统的非接触式工艺例如涡流测厚法只能测试导电基体表面非导电层的厚度,磁测厚法针
对两种磁通率差异较大的基体和涂层材料进行检测。然而镍基高温合金渗铝工艺是通过热
扩散原理使活化后的铝原子渗入基体,在不同的深度其扩散速率不同,且渗铝层与机体之
间没有明显的物理界面,其原子在很大区域内互相混合,形成新的NiAl相,使得渗层和基体
之间的导电性和磁导率无明显差距,依靠现有的无损测试手段无法对其进行有效检测。


发明内容


为解决现有金属渗层厚度检测的难题,确保部件使用的安全可靠性,本发明提供
一种基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测装置及方法,实现部件渗层厚度的无损全检。


本发明的技术方案为:


所述基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测装置,其特征在于:包括X射线发生
器、X射线检测器、放大器、数据处理存储模块和显示器;


所述X射线发生器能够发出X射线打到待检测试件表面,由X射线检测器采集待检
测试件表面反射的X射线,X射线检测器输出检测信号经过放大器后传输给数据处理存储模
块,数据处理存储模块将检测结果在显示器中显示;


所述数据处理存储模块中存储有预先标定好的渗层元素含量与渗层厚度对应数
据表;所述数据处理存储模块能够根据放大器输入的检测信号计算得到待检测试件渗层元
素含量,并在预先标定好的渗层元素含量与渗层厚度对应数据表中插?#21040;?#31639;得到待检测试
件渗层厚度。


进一步的优选方案,所述一种基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测装置,其特
征在于:所述金属为镍基高温合金,所述渗层的材料为铝。


利用上述装置进行基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测的方法,其特征在于:
采用以下步骤:


步骤1:制作具有不同渗层厚度的样件,且样件渗层厚度范围覆盖待检测试件的渗
层设计厚度;


步骤2:采用X射线发生器发出X射线打到样件表面,由X射线检测器采集样件表面
反射的X射线,X射线检测器输出检测信号经过放大器后传输给数据处理存储模块,数据处
理存储模块根据放大器输入的检测信号计算得到样件的渗层元素含量;


步骤3:采用扫描电镜对样件进行准确厚度观测,并根据不同样件的渗层元素含量
与准确厚度,建立渗层元素含量与渗层厚度对应数据表,并存入数据处理存储模块中;


步骤4:采用X射线发生器发出X射线打到待检测试件表面,由X射线检测器采集待
检测试件表面反射的X射线,X射线检测器输出检测信号经过放大器后传输给数据处理存储
模块,数据处理存储模块根据放大器输入的检测信号计算得到待检测试件渗层元素含量,
并在预先标定好的渗层元素含量与渗层厚度对应数据表中插?#21040;?#31639;得到待检测试件渗层
厚度;检测结果在显示器中显示。


进一步的优选方案,所述一种基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测的方法,其
特征在于:所述金属为镍基高温合金,所述渗层的材料为铝。


有益效果


本发明提出的无损检测方法,相比于现有渗层检方法,能够在不破坏试件的情况
下快速检测得到扩散渗铝层的渗层厚度,可实现产品全检,大幅提高了工作效?#30465;?br>

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变
得明显,或通过本发明的实践?#31169;?#21040;。


附图说明


本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得
明显和容易理解,其中:


图1基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测装置结构示意图


1、X射线发生器;2、X射线检测器;3、放大器;4、数据处理存储模块;5、显示器;6、待
检测试件。


具体实施方式


下面详细描述本发明的实施例,所述实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而
不能理解为对本发明的限制。


利用X射线对受测样?#26041;?#34892;?#19981;?#20135;生次级X射线,由于不同的元素受到激发后所产
生的二次X射线具有不同的能量以及波长特性,根据Moseley定律可知
其中
Q以及δ为常数,所以可以通过采集不同波长的X荧光光子对某一种元素进行定性或定量分
析。


基于上述原理,目前已有较多X射线检测设备能够通过一定面积的探测器接收不
同元素在X射线冲击?#28388;?#20135;生的次级X射线光子,进而得到其中各个元素含量,并对单一镀
层,也可以测量镀层厚度。而对于扩散渗铝层,由于其与镀层之间有较大差别,目前的设备
无法直接测量得到渗层厚度。


为此,本发明提出了一种基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测装置及方法,采
用试样建立渗层元素含量与渗层厚度关系数据库,进而通过对比插值的方法计算得到待测
试件的渗层厚度。


本实施例中以渗铝镍基高温合金叶片为测试对象,基于X射线的金属表面渗层厚
度无损检测装置如图1所示:包括X射线发生器、X射线检测器、放大器、数据处理存储模块和
显示器。


所述X射线发生器能够发出X射线打到待检测试件表面,由X射线检测器采集待检
测试件表面反射的X射线,X射线检测器输出检测信号经过放大器后传输给数据处理存储模
块,所述数据处理存储模块中存储有预先标定好的渗层元素含量与渗层厚度对应数据表;
所述数据处理存储模块能够根据放大器输入的检测信号计算得到待检测试件渗层元素含
量,并在预先标定好的渗层元素含量与渗层厚度对应数据表中插?#21040;?#31639;得到待检测试件渗
层厚度;数据处理存储模块将检测结果在显示器中显示。


利用上述装置进行基于X射线的金属表面渗层厚度无损检测的方法采用以下步
骤:


步骤1?#21644;?#36807;控制渗铝时间,制作具有不同渗铝厚度的镍基高温合金样件,且样件
渗铝厚度范围覆盖待检测镍基高温合金叶片的渗铝设计厚度;


步骤2:采用X射线发生器发出X射线打到样件表面,由X射线检测器采集样件表面
反射的X射线,X射线检测器输出检测信号经过放大器后传输给数据处理存储模块,数据处
理存储模块根据放大器输入的检测信号计算得到每个镍基高温合金样件的渗铝元素含量;


步骤3:将每个镍基高温合金样件切开,抛光后采用扫描电镜对样件进行准确渗铝
厚度观测,并根据不同样件的铝元素含量与准确渗铝厚度,建立铝元素含量与渗铝厚度对
应数据表,并存入数据处理存储模块中;


步骤4:采用X射线发生器发出X射线打到待检测试件表面,由X射线检测器采集待
检测试件表面反射的X射线,X射线检测器输出检测信号经过放大器后传输给数据处理存储
模块,数据处理存储模块根据放大器输入的检测信号计算得到待检测试件铝元素含量,并
在预先标定好的铝元素含量与渗铝厚度对应数据表中插?#21040;?#31639;得到待检测试件渗铝厚度;
检测结果在显示器中显示。


本发明提供的检测方法和装置,对进行大修的镍基高温合金叶片检测,能够快速
分拣出了叶身部位渗铝层是否合格的叶片,经金相法抽检,本发明提供的渗层检测方法和
装置的检测结果全部正确。避免了全部叶片重新渗铝,节约大量修理费用。


尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例
性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨
的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。


关于本文
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上传时间: 2019-04-28

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