[發明專利]用于具有相互成角度的平整表面的試件的無損超聲測試的方法和設備

有效

• 申請號: 200980120195.0
• 申請日: 2009-05-28
• 公開（公告）號: CN102047106A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: S·D·法爾特;D·林根伯格;G·羅斯梅爾;C·阿舍
• 申請（專利權）人: 通用電氣傳感與檢測科技有限公司
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07;G01N29/22;G01N29/26
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 劉佳

本發明涉及用于通過若干可選擇性激活的超聲換能器對具有相互成角度的平整表面的試件進行無損超聲測試的方法和相關聯的裝置，其中該方法包括若干測試循環，利用這些循環，若干超聲換能器中的特定超聲換能器被選擇并激活，以便于向該試件發出至少一個超聲脈沖，而且利用這些循環，試件中反射的超聲脈沖被選定和/或(在必要時)由其他超聲換能器接收。

超聲測試是用導聲材料(包括多數金屬)測試以在例如焊縫、鍛件、鑄件、半成品或管道的情況下發現內部和外部缺陷的適當方法。與所有測試方法一樣，超聲探傷也被標準化并根據準則來進行，例如根據DIN?EN?10228-31998-07“對鋼鍛件的無損測試——第三部分：對鐵素體和馬氏體鋼鍛件的超聲測試(Non-Destructive?Testing?of?Forgings?of?Steel-Part?3::Ultrasonic?Testing?of?Forgings?of?Ferritic?and?Martensitic?Steel)”來進行。已知用于通過超聲對試件進行無損測試的合適測試設備和方法。非常普遍地參照J&H.ISBN的教科書《利用超聲的材料測試》(Materials?Testing?with?Ultrasound)第六版。

本發明普遍基于聲音在界面處的反射。作為聲源，使用最多的是具有一個或兩個超聲換能器的探頭，其聲波輻射在所有情況下在10kHz到100MHz的頻率范圍內。在脈沖回波法的情況下，超聲換能器不發射連續輻射，而是發出非常短的聲波脈沖，該聲波脈沖的持續時間為1μs或更短。從發射器發出的脈沖以適當的聲波速率穿過待測試件，且在界面金屬-空氣處幾乎完全反射。聲波換能器可主要用于不僅發射脈沖，而且將進入脈沖轉換成電測量信號；因此它也用作接收器。利用示波器或計算機單元測量聲波脈沖從發射器穿過加工件并再次返回所需的時間。在該材料中的聲波速率c已知的情況下，例如，可以此方式測量樣本的厚度。出于加工件與超聲換能器之間的耦合的目的，將耦合劑(例如，漿料(溶液)、凝膠、水或油)涂敷到待測加工件的表面上。在換能器與試件之間為了傳輸聲波信號而相對運動時，試件常常被浸入適當的流體中(浸入技術)或限定濕潤。

通過聲波性質在界面處的改變，即在限制試樣片的外壁表面處以及在內部界面處——即諸如空腔(空間)的內部中的缺陷、外殼、疊層、裂縫處或待測加工件內部中的結構中的另一間隔——的改變，聲波脈沖被反射并發送回探頭中的換能器，該換能器既作為發射器又作為接收器。發送和接收之間流逝的時間允許計算該路徑。借助測得的時間差，在監視器或示波器上產生信號圖像并使其可見。借助該圖像，可確定試件的聲學性質的變化狀態，且在必要時可估計缺陷(用技術語言來說，稱為“不連續”)的大小。利用自動測試臺，該信息被存儲，立即或在稍后以不同的方式用于該試件的前景判斷，并被存檔。

在用于對作為試件的圓鋼和管道的無損超聲測試的經典方法的情況下，使用了在聲場中交迭的機械旋轉探頭或膜探頭，這些探頭常常需要高設備開支。因此，本發明的發明人開發了“相控陣技術”中的用于測試管道或圓桿的替代方法。利用“相控陣技術”，使用多個選擇性相可激活換能器中的一個或若干個天線陣列作為探頭(所謂的“相控陣”探頭)。例如，各個天線陣列例如由128個單獨的超聲換能器組成，其中每個單獨的換能器通過電纜電連接且可選擇。因此，每個換能器可被激活為超聲發射器，此外可作為接收器使用。為了使聲波進入管道或試件，選擇了例如多達32個毗鄰的換能器來形成“虛擬”探頭。在多路復用方法中，通過在換能器中連續循環可產生旋轉的聲場。該循環的“步長”決定虛擬旋轉速率。經由“延遲時間”(相移或延遲時間，例如以納秒為單位)，換能器以指定順序被激活為虛擬探頭，從而可形成聲場。通過聲場的該“電子”形式，產生聲波在徑向方向上的可變角度進入以及聲場的可變聚焦是可能的。在輸入諸如探頭類型、桿直徑、聲波進入桿的角度、焦距等，已知方法計算必須的延遲時間。

該方法具有的缺點在于，在前述已知實施例中，該方法不適于測試具有成角度的平整表面的試件，而實際上僅適用于具有圓形橫截面的試件。本發明的發明人已經認識到，上述缺點可歸因于：基于不垂直于試件的各個表面的聲波入射，由于成角度的平整表面的排列，衍射或折射效應阻止了可再現的測試結果，因為對試件內部的采集不完全。