WO1998005949A1 - Verfahren und vorrichtung zur delaminationsprüfung bei beschichtungen auf substraten, insbesondere bei vps-beschichtungen auf gasturbinenschaufeln - Google Patents
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- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
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Definitions
- the invention relates to a method and a device for delamination testing in coatings on substrates, in particular in VPS coatings on gas turbine blades.
- gas turbine blades which are generally made of Ni-based cast iron alloys, for example of types IN 939, IN 738 LC or PWA 1483 SX
- the composition of these super alloys is designed for the strength of the blade material, which reduces the corrosion resistance .
- VPS vacuum plasma sprayed
- Such coatings can now pose problems on the one hand during the actual blade manufacture and, on the other hand, during continuous operation in that so-called delaminations occur - that is, places where the adhesion between coating and substrate is interrupted.
- delaminations are particularly tricky if they cannot be recognized by a visual inspection of the coating, that is to say they do not yet show up as spalling or bulging of the coating. If such hidden delaminations remain undetected during the quality check after the manufacture of the turbine blade or during a corresponding revision check after a certain operating time, this can lead to serious impairments of the turbine function.
- the object of the invention is to provide a method and a device for non-destructive delamination testing of coatings on substrates, in particular VPS coatings on gas turbine blades, with which delaminations which cannot be detected by visual inspection can also be reliably detected.
- the method is based on the effect that the latent delaminations lead to a heat build-up on the surface due to the separation of the coating from the underlying substrate, as a result of which this location cools more slowly.
- the areas with hidden delaminations underneath show up as areas that are temporarily warmer than the surface environment.
- Temperature differences in the order of magnitude of 2 ° C to 10 ° C and more occur with delaminations with a gap width of ⁇ 1 ⁇ m, which is shown in the diagrams of the Temperature curve in the form of infrared thermography images are easily recognizable.
- thermography test method offers a rational possibility, which can be carried out in a short time, for the non-destructive checking of substrate coatings for delaminations.
- This thermography test method is particularly suitable for checking VPS coatings on newly manufactured gas turbine blades that are also under revision.
- the device for carrying out the test method according to the invention further specified in the claims has a control unit for controlling the process sequence, a gradually rechargeable flash lamp unit for pulse-like heating of the coating area to be examined, an infrared thermography camera for recording the temporal change in the temperature distribution on the surface of the coating area and an evaluation and display unit for temporally and locally resolved representation of the temperature profile on the top of the coating area to be examined.
- thermography test stand 1 is a schematic perspective view of a thermography test stand
- thermographic image 3 shows a black-and-white reproduction of a thermographic image obtained in the delamination test.
- thermography test stand shown in FIG. 1 has a flash lamp unit 1, an infrared thermography camera 2, a test part holder 3 and a control unit 4 as the core pieces.
- the entire test bench is housed in a chamber 5, which is air-conditioned via fans 6.
- test stand components roughly outlined above are used to carry out a pulse video thermography method to be explained later.
- test stand In order to simultaneously make the test stand suitable for transmission-related ographic measuring methods, it also has a hot air tank 7 and a cold air tank 8, which can be connected to the test part receptacle 3 via a feed line 9.
- Capacitor blocks 10 are provided for the energy supply of the flash lamp unit.
- a temperature control device 11 for the test bench is also indicated schematically.
- the flash lamp unit 1 has four flash lamps 13 arranged in a square and suspended from a frame 12, each of which emits a light energy of up to 6.4 kJ per light flash emitted.
- the pulse duration of the flashes is approximately 5 milliseconds.
- the frame 12 is the Flash lamp unit 1 can be moved transversely to the shooting direction A of the camera 2 on a guide 14 in order to be able to completely remove the flash lamp unit 1 from the shooting area of the camera 2. This is advantageous, for example, for the transmission thermographic measurement methods mentioned above, in which the flash lamp unit 1 is not required.
- the infrared thermography camera 2 works in a temperature range from 0 ° C to 200 ° C with a resolution of up to 0.05 ° C. It is mounted on a cross slide-like manipulator 16, with which the camera 2 along the three spatial axes x , y and z in FIG. 1 can be maneuvered via the control unit 4. Together with the arrangement of the test part holder 3 on a turntable 17, an automatic positioning of the camera 2 and the gas turbine blade 15 to be tested is possible with respect to one another via the control unit 4.
- This control unit 4 is a first computer of the overall system, which also carries out the temperature and voltage regulation and controls the triggering of the camera 2 and the flash lamp unit 1.
- the personal computer of the control unit 4 is therefore the actual control computer for the system components.
- thermography camera 2 has an infrared detector with a resolution of 768 x 600 lines, which leads to a local resolution of approximately 0.3 mm when the thermographic image of the test part is recorded.
- the recording frequency is 25 Hz, so it can be every 40 milliseconds
- Thermographic image of the test part 15 are recorded. In total, for example, 30 images are recorded at the specified time interval, which leads to a measuring time of 1.2 seconds.
- thermographic images are obtained after the gas turbine blade 15 has been heated added.
- a delamination test can thus be carried out in a manner to be explained in more detail.
- hot air from the hot air tank 7 can be applied to it briefly, that is to say in a pulsed manner, after which the course of the cooling of the test part in turn is repeated with the infrared Thermography camera 2 recorded and corresponding conclusions can be drawn from it.
- a coupling adapter 18 is provided for coupling the gas turbine blade 15 to the hot air supply line 9.
- control unit 4 includes a personal computer 19 with a color monitor 20, color printer 21 and external data memory 22.
- the personal computer 19 serves to enter the test and control parameters which are transferred to the control computer 4 by the system link between the personal computer 19 and the control computer 4. With these input values, the control unit 4 then - as discussed - carries out the actual control, with appropriate drivers for the drives of the manipulator 16 and the turntable 17 for automatically positioning the camera 2 and the gas turbine blade 15 being addressed via respective control lines 23 .
- the personal computer 19 is also used to evaluate and display the thermographic images recorded by the camera 2.
- thermography test stand to blacken the test part (gas turbine blade 15) with a paint spray gun 24, the arrows 25 schematically indicating warm air for quick drying of the paint (FIG. 2A).
- An ultrasonic bath 26 is provided for cleaning the test part after the thermography measurement, in which the blackening is removed again (FIG. 2C).
- the blade to be tested is first blackened with the paint spray gun 24 and then placed on the test part receptacle 3 of the turntable 17 via the coupling adapter 18 (FIG. 2A). Then, as shown in FIG. 2B, the blade 15 is brought into a rotary position by input on the personal computer 19 and further processing by the control unit 4, in which the surface area to be checked faces the flash lamp unit 1 and the thermography camera 2.
- the manipulator 16 brings the camera 2 into the appropriate shooting position with the corresponding x, y and z coordinates and puts it in readiness for shooting.
- the flash lamps 13 simultaneously generate a flash of energy of up to 6.4 kJ in a time of 5 milliseconds.
- the coating area to be examined suddenly heats up due to this irradiation, after which its surface cools down again due to the heat diffusion. The process takes place depending on
- thermographic images obtained therefrom represent a temporally and spatially resolved representation of the temperature profile of the surface of the irradiated coating area, as z. B. is shown in Fig. 3.
- Such a thermographic image can be improved in its informative value by known image processing methods, such as averaging from or integration over several images, etc.
- thermographic image shown in FIG. 3 shows an approximately triangular location D in the lower left area, which has an elevated temperature compared to the surface environment during the measuring time of the camera 2. This point, the surface of which appears intact, represents a delamination, that is to say a layer detachment of the VPS coating from the blade substrate. This was verified by subsequent destructive testing of the blade.
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Abstract
Bei einem Verfahren und einer entsprechend ausgelegten Vorrichtung zur Delaminationsprüfung von Beschichtungen auf Substraten, insbesondere von VPS-Beschichtungen auf Gasturbinenschaufeln (15), wird der zu untersuchende Beschichtungsbereich durch Bestrahlen mit Lichtblitzen aufgeheizt, die zeitliche Veränderung der Temperaturverteilung auf der Oberfläche des zu untersuchenden Beschichtungsbereiches mittels einer IR-Thermographie-Kamera (2) aufgezeichnet und der Temperaturverlauf an der Oberfläche des Beschichtungsbereiches zeitlich und örtlich aufgelöst dargestellt. Damit können Stellen mit gegenüber der Oberflächenumgebung zeitweise erhöhter Temperatur detektiert werden. Solche Stellen repräsentieren Delaminationen der Beschichtung vom Substrat, die visuell nicht erkennbar sind.
Description
Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Delaminationsprüfung bei Beschichtungen auf Substraten, insbesondere bei VPS-Beschich- tungen auf Gasturbinenschaufein
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Delaminationsprüfung bei Beschichtungen auf Substraten, insbesondere bei VPS-Beschichtungen auf Gasturbinenschaufeln.
Bei Gasturbinenschaufeln, die in der Regel aus Ni-Basis-Fein- guß-legierungen beispielsweise der Typen IN 939, IN 738 LC oder PWA 1483 SX hergestellt sind, ist die Zusammensetzung dieser Superlegierungen auf Festigkeit des Schaufelwerkstof- fes ausgelegt, worunter die Korrosionsbeständigkeit leidet. Die Schaufeln müssen daher mit metallischen Oxidations- beziehungsweise Korrosionsschutzschichten versehen sein, die aus VPS- (= vacuum plasma sprayed-) Beschichtungswerkstoffen bestehen. Bei letzteren handelt es sich ebenfalls um Ni- oder um Co-Basis-Legierungen.
Solche Beschichtungen können nun einerseits bei der eigentlichen Schaufel-Herstellung und andererseits im Dauerbetrieb Probleme dahingehend aufwerfen, daß sogenannte Delaminationen - also Stellen, an denen die Haftung zwischen Beschichtung und Substrat unterbrochen ist - auftreten. Solche Delaminationen sind dann besonders tückisch, wenn sie durch eine Sichtprüfung der Beschichtung nicht erkennbar sind, also noch nicht als Abplatzungen oder Aufwölbungen der Beschichtung zutage treten. Bleiben solche verborgenen Delaminationen bei der Qualitätsüberprüfung nach der Herstellung der Turbinenschaufel oder bei einer entsprechenden Revisionsüber- prüfung nach einer bestimmten Betriebsdauer unentdeckt, kann dies zu schwerwiegenden Beeinträchtigungen der Turbinenfunk- tion führen.
Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Delaminationsprüfung von Beschichtungen auf Substraten, insbesondere von VPS-Beschichtungen auf Gasturbi- nenschaufeln anzugeben, mit denen auch durch Sichtprüfung nicht erfaßbare Delaminationen zuverlässig detektierbar sind.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in verfahrenstechnischer Hinsicht durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens- schritte gegeben. Demnach wird die sogenannte Impuls-Video- Thermographie mit folgenden Verfahrensschritten eingesetzt:
- impulsartiges Aufheizen des zu untersuchenden Beschichtungsbereiches durch Bestrahlen mit mindestens einem Licht- blitz,
- Aufzeichnen der zeitlichen Veränderung der Temperaturverteilung auf der Oberfläche des zu untersuchenden Beschichtungsbereiches mittels einer Infrarot-Thermographie-Kamera, und - zeitlich und örtlich aufgelöste Darstellung des Temperaturverlaufs der Oberseite des zu untersuchenden Beschichtungsbereiches zur Detektion von Delaminationen repräsentierenden Stellen mit gegenüber der Oberflächenumgebung zeitweise erhöhter Temperatur.
Das Verfahren beruht auf dem Effekt, daß die latenten Delaminationen durch die Trennung der Beschichtung vom darunterliegenden Substrat zu einem Wärmestau an der Oberfläche führen, wodurch diese Stelle langsamer abkühlt. Bei der zeitlich und örtlich aufgelösten Darstellung des durch die IR-Thermographie-Kamera aufgezeichneten Temperaturverlaufs zeichnen sich die Stellen mit darunterliegenden verborgenen Delaminationen als zeitweise gegenüber der Oberflächen-Umgebung wärmere Stellen ab. Temperaturdifferenzen in der Größenordnung von 2 ° C bis 10 ° C und mehr stellen sich bei Delaminationen mit einer Spaltweite von ≥ 1 μm ein, die in den Darstellungen des
Temperaturverlaufs in Form von Infrarot-Thermographie-Bildern problemlos erkennbar sind.
Zusammenfassend bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine rationelle, mit kurzem Zeitaufwand durchführbare Möglichkeit zur zerstörungsfreien Überprüfung von Substratbeschichtungen auf Delaminationen. Dieses Thermographie-Prüfverfahren ist dabei besonders geeignet, VPS-Beschichtugen sowohl auf neu hergestellten, als auch in Revision befindlichen Gasturbinen- schaufeln zu kontrollieren.
In den verfahrensbezogenen Unteransprüchen sind bevorzugte Verfahrensparameter sowohl für die Impuls-Bestrahlung der Beschichtungen als auch für die Aufzeichnung und Darstellung der zeitlich und örtlich aufgelösten Temperaturverteilung in dem zu untersuchenden Beschichtungsbereich angegeben, zu deren Erläuterung auf das Ausführungsbeispiel verwiesen wird.
Die in den Ansprüchen ferner angegebene Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens weist eine Steuereinheit zur Steuerung des Verfahrensablaufes, eine graduell aufladbare Blitzlampeneinheit zum impulsartigen Aufheizen des zu untersuchenden Beschichtungsbereiches, eine Infrarot-Thermographie-Kamera zur Aufzeichnung der zeitlichen Ver- änderung der Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Beschichtungsbereiches sowie eine Auswerte- und Anzeigeeinheit zur zeitlich und örtlich aufgelösten Darstellung des Temperaturverlaufs an der Oberseite des zu untersuchenden Beschichtungsbereiches auf .
In den weiteren vorrichtungsbezogenen Untersprüchen sind bevorzugte Vorrichtungsmerkmale angegeben, zu deren Erläuterung wiederum auf das Ausführungsbeispiel verwiesen wird.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nachstehenden Beschreibung entnehmbar, in der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine
zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Thermographie-PrüfStandes,
Fig. 2 ein AblaufSchema zur Darstellung des funktionalen Ablaufs bei der Delaminationsprüfung eines Prüf- teilε und der Verknüpfung der dabei eingesetzten Funktionseinheiten, und
Fig. 3 eine Schwarz-Weiß-Wiedergabe eines bei der Delaminationsprüfung erhaltenen Thermographiebildes .
Der in Fig. 1 dargestellte Thermographie-Prüfstand weist als Kernstücke eine Blitzlampeneinheit 1, eine Infrarot-Thermographie-Kamera 2, eine Prüfteilaufnähme 3 sowie eine Steuereinheit 4 auf. Der gesamte Prüfstand ist dabei in einer Kammer 5 untergebracht, die über Lüfter 6 klimatisiert wird.
Die vorstehend grob umrissenen PrüfStandskomponenten dienen zur Durchführung eines später noch zu erläuternden Impuls-Video-Thermographie-Verfahrens . Um den Prüfstand gleichzeitig für transmissionsther ographische Meßverfahren geeignet zu machen, weist er ferner einen Heißlufttank 7 und einen Kaltlufttank 8 auf, die über eine Zuleitung 9 mit der Prüfteil- aufnähme 3 verbindbar sind.
Für die Energieversorgung der Blitzlampeneinheit sind Konden- satorblöcke 10 vorgesehen. Ebenfalls schematisch angedeutet ist ein Temperaturregelgerät 11 für den Prüfstand.
Die Blitzlampeneinheit 1 weist vier im Viereck angeordnete und an einem Gestell 12 aufgehängten Blitzlampen 13 auf, die jeweils pro emittiertem Lichtblitz eine Lichtenergie von bis zu 6,4 kJ abstrahlen. Die Impulsdauer der Blitze beträgt zirka 5 Millisekunden. Im übrigen ist das Gestell 12 der
Blitzlampeneinheit 1 quer zur Aufnahmerichtung A der Kamera 2 an einer Führung 14 verschiebbar, um die Blitzlampeneinheit 1 komplett aus dem Aufnahmebereich der Kamera 2 entfernen zu können. Dieses ist beispielsweise für die oben angesprochenen transmissionsthermographischen Meßverfahren von Vorteil, bei denen die Blitzlampeneinheit 1 nicht benötigt wird.
Die Infrarot-Thermographie-Kamera 2 arbeitet in einem Temperaturbereich von 0 ° C bis 200 ° C mit einer Auflösung von bis zu 0,05 ° C. Sie ist auf einem kreuzschlittenartigen Manipulator 16 montiert, mit dem die Kamera 2 entlang der drei Raumachsen x, y und z in Fig. 1 über die Steuereinheit 4 manövrierbar ist. Zusammen mit der Anordnung der Prüfteilauf- nahme 3 auf einem Drehteller 17 ist eine automatische Posi- tionierung von Kamera 2 und zu prüfender Gasturbinen-Schaufel 15 zueinander über die Steuereinheit 4 möglich.
Bei dieser Steuereinheit 4 handelt es sich um einen ersten Rechner des Gesamtsystems, der auch die Temperatur- und Span- nungsregelung durchführt sowie die Auslösesteuerung der Kamera 2 und der Blitzlampeneinheit 1 vornimmt. Bei dem Personalcomputer der Steuereinheit 4 handelt es sich also um den eigentlichen Steuerrechner für die Systemkomponenten.
Zur Spezifizierung der Infrarot-Thermographie-Kamera 2 ist noch festzuhalten, daß sie einen Infrarot-Detektor mit einer Auflösung von 768 x 600 Linien aufweist, die zu einer örtlichen Auflösung von etwa 0,3 mm bei der Erfassung des thermographischen Bildes des Prüfteils führt. Die Aufzeichnungsfre- quenz beträgt 25 Hz, es kann also alle 40 Millisekunden ein
Thermographiebild des Prüfteils 15 aufgenommen werden. Insgesamt werden beispielsweise 30 Bilder in dem genannten zeitlichen Abstand aufgenommen, was zu einer Meßzeit von 1,2 Sekunden führt .
Bei der Impuls-Video-Thermographie werden solche Thermogra- phiebilder nach der Erwärmung der Gasturbinen-Schaufel 15
aufgenommen. Damit kann in noch näher zu erläuternder Weise eine Delaminationsprüfung vorgenommen werden.
Zur Kontrolle der inneren Struktur des Prüfteils - was mit dem erfindungsgemäßen Verfahren an sich nichts zu tun hat - kann dieses kurzzeitig - also ebenfalls impulsartig - mit Heißluft aus dem Heißlufttank 7 beaufschlagt werden, wonach der zeitliche Verlauf der Abkühlung des Prüfteils wiederum mit der Infrarot-Thermographie-Kamera 2 aufgenommen und ent- sprechende Rückschlüsse daraus gezogen werden können. Wie aus Fig. 2 deutlich wird, ist zur Ankopplung der Gasturbinen- Schaufel 15 an die Heißluftzuleitung 9 ein Ankoppeladapter 18 vorgesehen.
Ferner ist aus Fig. 2B erkennbar, daß zur Steuereinheit 4 ein Personalcomputer 19 mit Farbmonitor 20, Farbdrucker 21 und externem Datenspeicher 22 gehört. Der Personalcomputer 19 dient dabei zur Eingabe der Prüf- und Steuerparameter, die durch die Systemverknüpfung zwischen dem Personalcomputer 19 und dem Steuerrechner 4 an diesen übergeben werden. Mit diesen Eingabewerten führt die Steuereinheit 4 dann - wie erörtert - die eigentliche Steuerung durch, wobei über jeweilige Steuerleitungen 23 entsprechende Treiber für die Antriebe des Manipulators 16 und des Drehtellers 17 zur automatischen Po- sitionierung der Kamera 2 und der Gasturbinen-Schaufel 15 angesprochen werden.
Der Personalcomputer 19 dient ferner zur Auswertung und Anzeige der von der Kamera 2 aufgenommenen Thermographie-Bil- der .
Schließlich ist es für Thermographie-Untersuchungen notwendig, dem Prüfteil eine einheitliche Oberfläche zu geben. Daher ist es bei dem Thermographie-Prüfstand vorgesehen, mit einer Farbsprühpistole 24 das Prüfteil (Gasturbinen-Schaufel 15) zu schwärzen, wobei die Pfeile 25 schematisch Warmluft zur schnellen Trocknung der Farbe andeuten (Fig. 2A) .
Zur Reinigung des Prüfteils nach erfolgter Thermographie-Messung ist ein Ultraschallbad 26 vorgesehen, in dem die Schwärzung wieder entfernt wird (Fig. 2C) .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Delaminationsprüfung einer Gasturbinen-Schaufel 15 ist anhand von Fig. 2 und 3 wie folgt zu beschreiben:
Die zu prüfende Schaufel wird zuerst mit der Farbsprühpistole 24 geschwärzt und anschließend über den Ankoppeladapter 18 auf die Prüf- teilaufnahme 3 des Drehtellers 17 gesetzt (Fig. 2A) . Danach wird - wie in Fig. 2B gezeigt - durch Eingabe am Personalcom- puter 19 und Weiterverarbeitung durch die Steuereinheit 4 die Schaufel 15 in eine Drehstellung verbracht, in der der zu überprüfende Oberflächenbereich der Blitzlampeneinheit 1 und der Thermographie-Kamera 2 zugewandt ist.
Ebenfalls über ein entsprechendes Steuerprogramm wird die Kamera 2 durch den Manipulator 16 in die passende Aufnahmeposition mit entsprechenden x- , y- und z-Koordinaten gebracht und in Aufnahmebereitschaft versetzt.
Zur eigentlichen Überprüfung wird von den Blitzlampen 13 gleichzeitig ein Lichtblitz einer Energie von jeweils bis zu 6,4 kJ in einer Zeit von 5 Millisekunden erzeugt. Der zu untersuchende Beschichtungsbereich erwärmt sich durch dieses Bestrahlen schlagartig, wonach sich seine Oberfläche durch die Wärmediffusion wieder abkühlt. Der Ablauf findet je nach
Wärmeleit-fähigkeit der beteiligten Materialien im Sekundenbereich statt.
Diese zeitliche Veränderung der Temperaturverteilung auf der Oberfläche des bestrahlten und zu untersuchenden Beschichtungsbereiches wird dabei mittels der IR-Thermographie-Kamera 2 aufgezeichnet, indem unmittelbar nach der Blitzbestrahlung
30 Bilder im zeitlichen Abstand von 40 Millisekunden aufgenommen werden. Die daraus gewonnenen Thermographie-Bilder, die vom Personalcomputer 19 erfaßt und ausgewertet werden, stellen eine zeitlich und örtlich aufgelöste Darstellung des Temperaturverlaufes der Oberfläche des bestrahlten Beschichtungsbereiches dar, wie sie z. B. in Fig. 3 gezeigt ist. Ein solches Thermographie-Bild kann durch bekannte Bildverarbeitungsmethoden, wie Mittelung aus oder Integration über mehrere Bilder etc., in seiner Aussagekraft verbessert werden.
Das in Fig. 3 gezeigte Thermographie-Bild läßt im linken unteren Bereich eine etwa dreieckfδrmige Stelle D erkennen, die gegenüber der Oberflächenumgebung während der Meßzeit der Kamera 2 eine erhöhte Temperatur aufweist. Diese Stelle, deren Oberfläche unversehrt erscheint, repräsentiert eine Delamina- tion, also eine Schichtablösung der VPS-Beschichtung vom Schaufelsubstrat . Dies wurde durch anschließende zerstörende Prüfung der Schaufel verifiziert.
Die weiteren deutlich erkennbaren Stellen K zeitweise erhöhter Oberflächentemperatur rühren im übrigen von inneren Kühlstrukturen der Schaufel 15 her.
Claims
1. Verfahren zur Delaminationsprüfung von Beschichtungen auf Substraten, insbesondere von VPS-Beschichtungen auf Gasturbi- nen-Schaufeln, mit folgenden Verfahrensschritten:
- impulsartiges Aufheizen des zu untersuchenden Beschichtungsbereiches durch Bestrahlen mit Lichtblitzen,
- Aufzeichnen der zeitlichen Veränderung der Temperaturver- teilung auf der Oberfläche des zu untersuchenden Beschich- tungsbereiches mittels einer IR-Thermographie-Kamera (2) , und
- zeitlich und örtlich aufgelöstes Darstellen des Temperaturverlaufs an der Oberfläche des zu untersuchenden Beschichtungsbereiches zur Detektion von Delaminationen repräsen- tierenden Stellen (D) mit gegenüber der Oberflächenumgebung zeitweise erhöhter Temperatur.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das im- pulsartige Aufheizen durch einen Lichtblitz mit einer Dauer zwischen 1 und 10 Millisekunden, vorzugsweise zirka 5 Millisekunden, erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Blitzlicht-Energie von mindestens 12 kJ eingestrahlt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Blitzlicht-Energie mit mindestens vier Blitzlampen eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Auf- Zeichnung der Temperaturverteilung mittels der IR-Thermographie-Kamera (2) in einem Mindest-Temperaturbereich von 0° C bis 200° C bei einer Temperaturauflösung von mindestens 0,05° C erfolgt .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Aufzeichnung der Temperaturverteilung mittels der IR-Thermographie-Kamera (2) mit einer AufZeichnungsfrequenz von mindestens 25 Hz erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Aufzeichnung der zeitlichen Veränderung der Temperaturverteilung auf der Beschichtungsoberflache mit einer örtlichen Auflösung von mindestens 0,4 mm, vorzugsweise mindestens 0,3 mm, er- folgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zu untersuchende Beschichtungsbereich vor dem impulsartigen Auf- heizen gleichmäßig geschwärzt und nach Abschluß der Überprüfung wieder gereinigt wird.
9. Vorrichtung zu Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch - eine computergestützte Steuereinheit (4) zur Steuerung der Vorrichtungskomponenten und des Untersuchungsablaufes,
- eine Blitzlampeneinheit (1) zum impulsartigen Aufheizen des zu untersuchenden Beschichtungsbereiches,
- eine IR-Thermographie-Kamera (2) zur Aufzeichnung der zeit- liehen Veränderung der Temperaturverteilung auf der Oberfläche des zu untersuchenden Beschichtungsbereiches, und
- eine computergestützte Auswerte- und Anzeigeeinheit (19, 20, 21) zur zeitlich und örtlich aufgelösten Darstellung des Temperaturverlaufes an der Oberfläche des zu untersu- chenden Beschichtungsbereiches.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens vier Blitzlampen mit vorzugsweise jeweils mindestens 6 kJ Lichtenergie pro Blitz in der Blitzlampeneinheit (1) vor- gesehen sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die IR- Thermographie-Kamera (2) auf einer automatischen Positio- niereinrichtung mit Drei-Achsen-Manipulator (16) angeordnet ist .
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der IR- Detektor der IR-Thermographie-Kamera (2) eine Auflösung von mindestens 768 x 600 Linien aufweist.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19630988.3 | 1996-07-31 | ||
| DE19630988 | 1996-07-31 |
Publications (1)
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|---|---|
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ID=7801429
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| PCT/DE1997/001615 Ceased WO1998005949A1 (de) | 1996-07-31 | 1997-07-30 | Verfahren und vorrichtung zur delaminationsprüfung bei beschichtungen auf substraten, insbesondere bei vps-beschichtungen auf gasturbinenschaufeln |
Country Status (1)
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|---|---|
| WO (1) | WO1998005949A1 (de) |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999044011A1 (de) * | 1998-02-28 | 1999-09-02 | Ramseier Rubigen Ag | Infrarot-messgerät für schichtdicke |
| US6367969B1 (en) | 1999-07-21 | 2002-04-09 | General Electric Company | Synthetic reference thermal imaging method |
| US6367968B1 (en) | 1999-07-21 | 2002-04-09 | General Electric Company | Thermal resonance imaging method |
| US6394646B1 (en) | 1999-04-16 | 2002-05-28 | General Electric Company | Method and apparatus for quantitative nondestructive evaluation of metal airfoils using high resolution transient thermography |
| GB2372316A (en) * | 2000-09-15 | 2002-08-21 | Univ Warwick | Non-destructive detection of damage sites |
| WO2003062807A3 (de) * | 2002-01-23 | 2003-12-31 | Fraunhofer Ges Forschung | Prüfung der haftung von beschichtungen auf einem substrat mittels impulsthermographie |
| US6690685B1 (en) | 1999-09-29 | 2004-02-10 | Corning O.T.I., Spa | Method for producing a fiber laser |
| WO2006037359A1 (en) * | 2004-10-04 | 2006-04-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for determining material parameters of an object from temperature-versus-time (t - t) data |
| EP1681562A1 (de) * | 2005-01-17 | 2006-07-19 | Lufthansa Technik AG | Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von mehrschichtigen Strukturen auf Unregelmässigkeiten |
| EP1852697A1 (de) * | 2004-10-04 | 2007-11-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Bestimmung von Materialparametern eines Objekts von Temperature-versus-Time-Daten |
| GB2442744A (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-16 | Rolls Royce Plc | Method and apparatus for highlighting test pieces |
| US7409313B2 (en) | 2005-12-16 | 2008-08-05 | General Electric Company | Method and apparatus for nondestructive evaluation of insulative coating |
| WO2011131263A1 (de) * | 2010-04-23 | 2011-10-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Prüfsystem zur überprüfung von turbinenschaufeln |
| WO2011137547A2 (de) | 2010-05-03 | 2011-11-10 | Winterthur Instruments Gmbh | Vorrichtung zur berührungslosen und zerstörungsfreien prüfung von oberflächen |
| DE102013003760A1 (de) * | 2013-03-06 | 2014-09-11 | MTU Aero Engines AG | Verfahren und Vorrichtung zur Qualitätsbeurteilung eines mittels eines generativen Lasersinter- und/oder Laserschmelzverfahrens hergestellten Bauteils |
| DE102010053766B4 (de) * | 2010-12-08 | 2019-05-23 | Acculogic Corporation | Vorrichtung zum thermischen Testen von Platinen |
| CN113567492A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-10-29 | 北京航空航天大学 | 一种基于红外热耗散的涡轮叶片热障涂层无损检测方法和检测装置 |
| CN113959729A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-01-21 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种基于温降热成像的涡轮叶片表面传热系数测试方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB943559A (en) * | 1960-05-16 | 1963-12-04 | United States Steel Corp | Apparatus for visually inspecting strip travelling at high speed |
| GB2220065A (en) * | 1988-06-07 | 1989-12-28 | Atomic Energy Authority Uk | Coating inspection |
-
1997
- 1997-07-30 WO PCT/DE1997/001615 patent/WO1998005949A1/de not_active Ceased
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB943559A (en) * | 1960-05-16 | 1963-12-04 | United States Steel Corp | Apparatus for visually inspecting strip travelling at high speed |
| GB2220065A (en) * | 1988-06-07 | 1989-12-28 | Atomic Energy Authority Uk | Coating inspection |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| J. W. MACLACHLAN SPICER: "MEASUREMENT OF COATING PHYSICAL PROPERTIES AND DETECTION OF COATING DISBONDS BY TIME-RESOLVED INFRARED RADIOMETRY", JOURNAL OF NONDESTRUCTIVE EVALUATION, vol. 8, no. 2, 1989, NEW YORK, US, pages 107 - 120, XP000162096 * |
| S. K. LAU: "TRANSIENT THERMAL WAVE TECHNIQUES FOR THE EVALUATION OF SURFACE COATINGS", JOURNAL OF PHYSICS D: APPLIED PHYSICS, vol. 24, no. 14, 1991, BRISTOL, GB, pages 428 - 436, XP000225369 * |
Cited By (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999044011A1 (de) * | 1998-02-28 | 1999-09-02 | Ramseier Rubigen Ag | Infrarot-messgerät für schichtdicke |
| US6394646B1 (en) | 1999-04-16 | 2002-05-28 | General Electric Company | Method and apparatus for quantitative nondestructive evaluation of metal airfoils using high resolution transient thermography |
| US6367969B1 (en) | 1999-07-21 | 2002-04-09 | General Electric Company | Synthetic reference thermal imaging method |
| US6367968B1 (en) | 1999-07-21 | 2002-04-09 | General Electric Company | Thermal resonance imaging method |
| US6690685B1 (en) | 1999-09-29 | 2004-02-10 | Corning O.T.I., Spa | Method for producing a fiber laser |
| GB2372316A (en) * | 2000-09-15 | 2002-08-21 | Univ Warwick | Non-destructive detection of damage sites |
| WO2003062807A3 (de) * | 2002-01-23 | 2003-12-31 | Fraunhofer Ges Forschung | Prüfung der haftung von beschichtungen auf einem substrat mittels impulsthermographie |
| WO2006037359A1 (en) * | 2004-10-04 | 2006-04-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for determining material parameters of an object from temperature-versus-time (t - t) data |
| EP1852697A1 (de) * | 2004-10-04 | 2007-11-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Bestimmung von Materialparametern eines Objekts von Temperature-versus-Time-Daten |
| EP1681562A1 (de) * | 2005-01-17 | 2006-07-19 | Lufthansa Technik AG | Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von mehrschichtigen Strukturen auf Unregelmässigkeiten |
| US7409313B2 (en) | 2005-12-16 | 2008-08-05 | General Electric Company | Method and apparatus for nondestructive evaluation of insulative coating |
| GB2442744B (en) * | 2006-10-12 | 2009-07-08 | Rolls Royce Plc | A test apparatus and method |
| US7656517B2 (en) | 2006-10-12 | 2010-02-02 | Rolls-Royce Plc | Test apparatus and method |
| GB2442744A (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-16 | Rolls Royce Plc | Method and apparatus for highlighting test pieces |
| US9151698B2 (en) | 2010-04-23 | 2015-10-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Testing system for examining turbine blades |
| WO2011131263A1 (de) * | 2010-04-23 | 2011-10-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Prüfsystem zur überprüfung von turbinenschaufeln |
| CN102869973A (zh) * | 2010-04-23 | 2013-01-09 | 西门子公司 | 用于检查涡轮叶片的检验系统 |
| WO2011137547A2 (de) | 2010-05-03 | 2011-11-10 | Winterthur Instruments Gmbh | Vorrichtung zur berührungslosen und zerstörungsfreien prüfung von oberflächen |
| DE102010053766B4 (de) * | 2010-12-08 | 2019-05-23 | Acculogic Corporation | Vorrichtung zum thermischen Testen von Platinen |
| DE102013003760A1 (de) * | 2013-03-06 | 2014-09-11 | MTU Aero Engines AG | Verfahren und Vorrichtung zur Qualitätsbeurteilung eines mittels eines generativen Lasersinter- und/oder Laserschmelzverfahrens hergestellten Bauteils |
| EP2964449B1 (de) | 2013-03-06 | 2018-05-30 | MTU Aero Engines GmbH | Verfahren und vorrichtung zur qualitätsbeurteilung eines mittels eines generativen lasersinter- und/oder laserschmelzverfahrens hergestellten bauteils |
| US10520427B2 (en) | 2013-03-06 | 2019-12-31 | MTU Aero Engines AG | Method and device for evaluating the quality of a component produced by means of an additive laser sintering and/or laser melting method |
| US10900890B2 (en) | 2013-03-06 | 2021-01-26 | MTU Aero Engines AG | Method and device for evaluating the quality of a component produced by means of an additive laser sintering and/or laser melting method |
| US11931955B2 (en) | 2013-03-06 | 2024-03-19 | MTU Aero Engines AG | Method for evaluating the quality of a component produced by an additive sintering and/or melting method |
| CN113567492A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-10-29 | 北京航空航天大学 | 一种基于红外热耗散的涡轮叶片热障涂层无损检测方法和检测装置 |
| CN113959729A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-01-21 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种基于温降热成像的涡轮叶片表面传热系数测试方法 |
| CN113959729B (zh) * | 2021-10-20 | 2023-12-05 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种基于温降热成像的涡轮叶片表面传热系数测试方法 |
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