针对噪声铸造材料的超声检查方法和相关探头技术

本发明专利技术涉及针对噪声铸造材料的超声检查方法和相关探头。公开了针对噪声材料的超声检查方法和相关探头以检查铸造材料中的缺陷，所述探头使用：具有第一表面的聚碳酸酯延迟器（１４）层，所述第一表面被配置为设置在所述铸造材料的表面上；以及声晶体元件（１２），其设置在所述聚碳酸酯延迟器层的第二表面上。

【技术实现步骤摘要】

所公开的实施例一般涉及非破坏性测试，而且更具体地涉及针对噪声材料(noisy material)的超声检查方法和相关探头。
技术介绍
铸件被广泛地用于许多工业应用中以制造复杂且昂贵的部件。如可适用领域中的 普通技术人员所理解的，铸件以粗糙的形式被制造并且被进一步加工为最后的形状，其在 许多应用中要求通过复杂的最后加工切割而获得的高质量密封表面。然而，铸造过程所固 有的是铸造部件中的收縮(shrinkage)、夹杂物(inclusion)或者空隙，其至少部分是由于 从铸模脱落的污垢或沙子或者在固化期间的材料收縮产生的。因此，当粗糙的铸造部件被 加工为最后的产品时，常常得到具有收縮、夹杂物或者空隙的表面下区域，从而生成缺陷， 所述缺陷至少必须进行维修或者在最差情况下要求必须废弃(scrapped)该部件。 例如在油气工业中，铸件被用于生产大的工业组件，所述工业组件被制造用于油 气生产和传输系统。 一般存在三种铸造材料用于这些组件——球墨铸铁、片状铸铁和铸钢。 根据所使用的铸造材料的类型和所发现的缺陷的位置，铸造材料可以被维修或者可以被打 碎以再熔化，因此促使由于维修成本和/或替换废弃铸件所需要的生产周期(lead-time) 而导致的制造成本的上升。 X射线、涡流检查、磁粒子检查(magnetic particle inspection)、液体着色渗透 (liquid dye penetrant)和超声是检查铸造材料通常使用的技术的不同示例。然而，这些 传统技术在其检测小的表面下缺陷的能力方面有限。在液体着色渗透技术中，模具被遍布 在要检查的表面上并且擦去过量的染料材料，仅留下缺陷中所吸收的那部分染料。然后使 用粉末吸收材料来定位表面缺陷。类似地，在磁粒子检查中，磁粒子被遍布在要测试的表面 上并且施加磁场，使得所述粒子集中在所述缺陷造成磁场泄露的区域中。鉴于它们的本来 性质，液体着色渗透和磁粒子检查技术都不能用于检测铸造部件中小的表面下缺陷。 在涡流检查中，在被检查的部件的表面和近表面生成的循环电流(或者涡流)被 缺陷干扰并且由涡流检查系统检测。然而，如普通技术人员理解的，使用涡流难以检测在检 查表面下深处的小缺陷，因为趋肤效应迅速地衰减进入表面的能量并且因为有效面积随着 深度而增大，因此增加了能够检测的最小缺陷的大小。X射线技术使用透过测试件厚度的 辐射源来在与辐射源相对放置的X射线检测器上记录缺陷。然而，由X射线检查所检测的 缺陷的大小限于样品的厚度的大约2%，所述厚度可以从50毫米变化到超过300毫米厚。 因此，大大降低了使用X射线装置来检查厚部件的能力。另外，针对这些类型的检查需要专 门的高能X射线设施或者伽玛射线仪器，因此限制了能够投资昂贵设施以进行大铸件的高 能、X射线或者伽玛射线检查的铸件提供商的数量。 超声检查用于铸造材料检查已经多年。通常认为，当在铸造材料中使用超声时缺 陷的分辨率由于铸造材料的微观结构的性质而受限。球墨铸铁和片状铸铁包含与铁隔离的 大量碳。这些材料中的隔离碳会散射超声，导致有很大噪声的超声信号。使用超声来检查铸造材料的挑战之一是能够区别缺陷信号与正常铸造材料微观结构散射信号。然而，传统 散射理论教导为了检测较厚部件中的铸造材料中的缺陷，应当降低声能的频率。传统上， 使用工作在1MHz和5MHz之间频率的双元件探头来降低对散射的灵敏度并且保持对所述缺 陷的灵敏度，但是它们检查具有大约0. 5毫米的特征长度的缺陷的性能并不令人满意。 因此，期望的是开发针对噪声材料的新超声检查方法和相关探头，其对小的表面 下缺陷的灵敏度有所提高同时保持或降低对微观结构背景噪声的灵敏度。
技术实现思路
通过使用接合到单元件(single element)超声探头的聚碳酸酯延迟器层(polycarbonate delay layer)来解决本领域中已知的上述需要或其他需要中的一个或多 个。 这种接合到单元件超声探头的聚碳酸酯延迟器层降低了对来自铸造材料的微观结构的背景噪声的灵敏度并且提高了对来自缺陷的散射声信号的灵敏度。 用于检测噪声材料中的缺陷的方法也在本文公开的主题的范围内。这样的方法包括以下步骤从声晶体元件(acoustic crystal element)经过附接到该声晶体元件的聚碳酸酯延迟器层发出一定量的声能；并且基于由所述缺陷散射的经过所述聚碳酸酯延迟器的所发出声能的一部分的测量来检测所述噪声材料中的所述缺陷。 上面的简洁描述阐明了本专利技术的各个实施例的特征以便可以更好地理解后面的 详细描述并且可以更好地明白对本领域的贡献。当然存在本专利技术的其他特征，所述特征将 在下文中进行描述并且将针对所附权利要求的主题。 在这个方面，在详细地解释本专利技术的几个实施例之前，要理解的是，本专利技术的各个 实施例在其应用方面不限于下面描述中阐明的或者附图中图解的构造细节和组件布置。本 专利技术能够具有其他实施例并且能够以各种方式被实施和执行。而且，要理解的是，本文采用 的措词和术语用于描述的目的而不应当被看作是限定。 因此，本领域技术人员会明白，本公开所基于的概念可以容易地被用作设计用于 执行本专利技术的几个目的的其他结构、方法和/或系统的基础。因此，重要的是，权利要求被 看作包括这样的等同构造，只要它们不偏离本专利技术的精神和范围。 而且，前述摘要的目的是使得专利审查员和/或不熟悉专利或者法律术语或者措 词的通常是公众以及特别是科学家、工程师和专业人员能够通过粗略的检查而迅速地确定 本申请的技术公开的性质和本质。因此，摘要既不意欲限定本专利技术或者申请也不意欲以任 何方式限定本专利技术的范围，其中本专利技术或者申请仅仅由权利要求书限定。附图说明 通过参考下面的详细说明同时结合附图考虑，更好地理解本专利技术的所公开实施例 及其许多附带优点，从而将更容易完全明白本专利技术的所公开实施例及其许多附带优点，在 附图中 图1图解了根据所公开主题的实施例的单元件超声检查探头的示意图； 图2图解了根据所公开主题的实施例的单元件超声检查探头和传统探头的性能比较中使用的非破坏性评估校准标样(standard); 图3A-3C图解了单元件超声检查探头针对分别在球墨铸铁的校准标样块的示例性深度8、15和25毫米处的缺陷所测量的信号作为时间的函数的变化； 图4图解了对于使用传统双元件探头在各种材料中的检查测量、作为平底孔深度的函数的信噪比的变化； 图5图解了对于图1的单元件超声检查探头、作为平底孔深度的函数的信噪比的 变化； 图6图解了对于单元件声检查探头的厚度从5毫米变化到100毫米的延迟器层、 作为铁厚度深度的函数的任意单位的声信号幅度的变化的模拟结果； 图7A和7B图解了根据所公开主题的实施例的用于曲面的单元件超声检查探头的 示意图的两个视图；以及 图8图解了根据所公开主题的实施例的用于曲面的单元件超声检查探头的示意 图的横截面视图。具体实施例方式所公开的主题的实施例一般涉及非破坏性测试，而且更具体地涉及用于检查铸造 材料的超声探头和相关方法。在所公开的单元件超声检查探头中使用聚碳酸酯延迟器第一 次允许检测在球墨铸铁和片状铸铁部件中的特征尺寸分别小至0. 5毫米或者3. 0毫米的表 面下铸造缺陷，以前从未在迄今认为太高的频率处(因此生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检查噪声材料中的缺陷的超声探头（１０），包括：具有第一表面的聚碳酸酯延迟器（１４）层，所述第一表面被配置为设置在所述噪声材料的表面上；以及至少一个声晶体元件（１２），其设置在所述聚碳酸酯延迟器（１４）层的第二表面上。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：TJ巴青格，R巴里加奇，F贝蒂，WI费迪，E焦尔尼，DE黑肯伯格，F约瑟利，MK克姆，Z孙，TL斯维加特，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]