一種基於光敏樹脂的複雜結構表面裂紋檢測方法與流程

2023-10-31 14:14:12

本發明屬於裂紋檢測技術領域，具體涉及一種基於光敏樹脂的複雜結構表面裂紋檢測方法及再現方法。

背景技術：

統計表明，由疲勞、斷裂導致的結構失效，約佔當前結構失效的80％左右。在航空發動機等裝備中，疲勞、斷裂失效還可能導致機毀人亡的重大事故。開展服役中結構的裂紋檢測，可以及時發現結構中的危險裂紋、確定裂紋長度，從而進行維修或更換。但當前採用的超聲檢測、螢光檢測等手段，檢測精度有限、而且難以檢測裂紋三維尺寸，尤其對於表面結構複雜的結構而言，如航空發動機葉片、壓力容器、汽車外殼等。

技術實現要素：

本發明技術解決問題：針對當前複雜結構表面裂紋難以精確檢測的問題，提供了一種基於光敏樹脂的複雜結構表面裂紋檢測方法，操作簡單，可以精確、快速檢測燃氣渦輪發動機葉片、壓力容器、汽車外殼、建築物等複雜結構表面的裂紋，解決生產、工作現場不易檢測或無法檢測的難題。

本發明採用的技術方案為：一種基於光敏樹脂的複雜結構表面裂紋檢測方法，其特點在於：採用光敏樹脂、遮光型注射器和手持式紫外光源，對複雜結構的表面裂紋進行檢測；遮光型注射器內部裝有光敏樹脂，利用遮光型注射器將光敏樹脂噴塗到表面肉眼可見微小裂紋或疑似裂紋位置，同時採用手持式紫外光源對光敏樹脂進行照射，光敏樹發生固化，同時複製了表面裂紋的微觀形貌；之後，將固化後的光敏樹脂從結構表面剝離、置於光學顯微鏡或掃描電鏡下，可精確觀測表面裂紋狀態，測量表面裂紋長度、寬度、深度尺寸；

所述光敏樹脂貯存狀態下為液態，但在0.25～0.3微米波長的紫外光照射下，發生聚合反應並迅速固化為固態；所述手持式紫外光源3為0.25～0.3微米波長的紫外光；

所述遮光型注射器基體材料採用聚四氟乙烯，基體材料外壁首先噴塗紫外線屏蔽劑，所述紫外線屏蔽劑為炭黑或氧化鋅，然後利用熱縮膜包裹，能夠屏蔽波長在0.01～0.4微米的紫外光。

所述光敏樹脂的液態粘度小於300cps，儘量降低液態光敏樹脂與注射器內壁之間的粘連力；光敏樹脂發生固化後強度大於30mpa，確保光敏樹脂固化後取下時不發生變形；光敏樹脂1固化後表面複製解析度最高達0.5微米，能精確複製裂紋長度、寬度和高度信息；光敏樹脂固化時間小於10分鐘，避免待檢測對象的長時間停機。

一種對複雜結構表面再現方法，所述的光敏樹脂固化後，還可以利用上述的方法，針對固化的光敏樹脂表面進行二次複製，從而實現複雜結構表面的還原再現。

本發明的原理在於：液態的光敏樹脂被噴塗到複雜結構表面時，會沿著機械加工形成的表面微觀結構流動，包括表面裂紋。當利用一定波長的紫外光照射液態光敏樹脂時，樹脂發生聚合變為固態，固化之後的光敏樹脂複製了結構表面的微觀結構，包括裂紋的形貌。之後，將固化後的光敏樹脂取下，利用光學顯微鏡或掃描電鏡等觀測手段，可以觀察複雜結構表面裂紋的形貌、並精確測量裂紋尺寸。

本發明與現有的超聲檢測、螢光檢測等裂紋檢測手段相比，具有精度高、易操作等特點，具體表現在以下幾個方面：

(1)本發明可以精確複製表面裂紋形貌，利用光學顯微鏡或掃描電鏡觀察固化後的樹脂，可以精確測量表面裂紋的長度、寬度和深度，尺寸精度可以達到0.5微米。

(2)本發明可以方便地測量內腔、拐角等不易測量的位置，而且操作簡單，樹脂固化後可以帶回實驗室觀測，不影響設備或機構工作。

附圖說明

圖1為本發明方法的系統示意圖；

圖2為遮光型注射器示意圖；

圖3為利用本發明測量結構內腔表面裂紋長度示意圖；

圖4為本發明中光敏樹脂一次複製、二次複製效果示意圖，其中a為一次複製，b為二次複製。

附圖標號說明：1為光敏樹脂；2為遮光型注射器；3為手持式紫外光源；4為複雜結構表面；5為聚四氟乙烯注射器基體；6為炭黑塗層；7為熱縮膜；8為含複雜內腔的結構；9為含表面裂紋的結構；10為一次複製光敏樹脂；11為二次複製光敏樹脂。

具體實施方式

下面結合附圖和實施方式對本發明進一步說明。

本發明的組成系統如圖1所示，包括光敏樹脂1、遮光型注射器2和手持式紫外光源3，其中遮光型注射器2內部貯存液態的光敏樹脂1。

本發明採用的遮光型注射器如圖2所示，首先利用聚四氟乙烯材料製作聚四氟乙烯注射器基體5；然後在聚四氟乙烯注射器基體5表面噴塗炭黑塗層6，用於遮擋紫外光；最後，在注射器外側用熱縮膜7封裝，保護炭黑塗層6，避免脫落。

本發明的實施過程如圖1、圖3所示，針對含有表面裂紋的複雜結構表面4、含複雜內腔的結構8，利用遮光型注射器2，將液態的光敏樹脂1噴塗於表面裂紋位置；在噴塗的同時，利用紫外光源3對光敏樹脂1進行照射，液態的光敏樹脂1逐漸固化為固體，同時將複雜結構表面4、含複雜內腔的結構8的表面裂紋長度、形貌等複製下來。之後，將固化後的光敏樹脂1從結構表面剝離並置於光學顯微鏡或掃描電鏡下，精確測量裂紋長度、觀測裂紋形貌，從而評估結構安全狀態。

本發明可通過二次複製實現裂紋形貌的再現，如圖4所示，針對含有表面裂紋的附加含表面裂紋的結構9，通過第一次複製得到光敏樹脂10，可以體現含表面裂紋的結構9的裂紋形貌，包括裂紋尺寸等；為了再現結構表面裂紋的真實狀態，可以對固化後的一次複製光敏樹脂10進行第二次複製，得到二次複製光敏樹脂11，二次複製光敏樹脂11與結構表面9的微觀結構完全一致。

本發明未詳細公開的部分屬於本領域的公知技術。

儘管上面對本發明說明性的具體實施方式進行了描述，以便於本技術領域的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限於具體實施方式的範圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和範圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。