超声波检查方法技术

一种适用于超声波检查具有波纹或不平整表面的零部件的方法。多元件阵列超声波换能器采用在阵列换能器和零部件表面之间的实质流体层（例如，水）工作。该流体层可以通过将零部件浸渍在液体中或者通过在探头和零部件表面之间使用附着的耦合剂柱来保持。扫描零部件，使用机械式划针、激光或者超声波技术来测量两维的表面轮廓。一旦获得了零部件表面的精确表面轮廓之后，就计算用于处理从零部件内部反射的超声波信号的数据处理参数，以便于消除由于不平整表面所产生的波束失真效应和反射器错位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及零部件的检査，尤其是零部件的超声波检査。
技术介绍
具有复杂形状表面的零部件通常遍及于产业和政府操作中。很多时间，这些 表面的精确形状在需要进行检査之前都是未知的。例如，在商用核反应堆工业中， 就有许多复杂曲线的零部件和焊接。目前，从外部表面来进行管道焊接的超声波 检测的高效高质量的方法和流程仅仅只适用于一般较为平整和平滑的几何形状。 然而，现场的经历表明到目前为此，这些流程都显示出这些焊接的相当夺得部 分既不是平整的也不是平滑的。 一般来说，超声波检查所遇到的现场条件包括在 焊接顶部条件中的变化以及在诸如直径焊接收縮之类的其它表面不规则的范围内 的变化。工业零部件的相位阵列超声波测试已经在过去的二十年内得到了广泛的应 用。相位阵列超声波测试是一种超声波测试方法，在该方法中，换能器是由一个 小的单个元件的阵列所组成，其中各个元件都具有它们各自的脉冲发生器和接收器通道。各个元件都很小，从而确保了较宽的波束扩散。在发射的过程中，各个 元件都以精确确定的时间来产生脉冲的发生，使得各个元件所发出的超声波在相 同的时间内到达零部件体积中的聚焦点。在接收方面，来自各个元件的信号延迟 精确的时间，使得从零部件体积中的聚焦点反射的信号都是同相的。随后，将延 迟接收到的信号累加在一起，当形成聚焦点的反射时就产生最大幅值的信号。由 于适用于发射和接收的这些时间延迟是电子应用的，所以它们可以快速变化。这就允许相位阵列波束具有可编程和快速改变的特性，例如，可以高于每秒20,000 次的速率来改变，使用这些技术，超声波束的聚焦点可以角度变化进行电子扫描， 可以通过一定深度的范围进行扫描，可以沿着并行于探头进行线性扫描，或者可 以任何其它所需图案进行扫描，这种多功能性引起了相位阵列超声波在工业测试中得到广泛的应用。具有各种不同曲线、波形或者不规则表面的零部件一直是超声波测试的挑战。 如果表面具有已知的规则几何形状(例如，圆柱形)，在某种情况下，超声波探 头可以设计和制造成便于零部件的检査。使用相位阵列超声波，有可能(在许多 情况下)通过调整在发射和接收所使用的延迟时间来弥补已知的表面几何形状。 聚焦法则计算器可以在商业上大大便于将相位阵列超声波波束设计成具有简单的 有规则的表面几何形状。然而，当表面轮廓在检查之前沿着表面以一种未知的方 式变化时，这就没有方法可以有效的进行超声波检查。例如，当管道己经焊接好 并且焊接接地是平滑的收口但不是平整的时，就会出现这种情况。时常将水管道 用在换能器和将超声波导入和导出的部分之间，从而能够很容易地进行自动扫描 并获得可靠的耦合。图1和图2图示说明了表面不规则对超声波脉冲的影响。图1显示了在平整 表面上的超声波波束是如何快速聚焦在所希望的区域内的。图2显示了由于曲线 表面使得超声波波束如何发散的。很显然，如果要保持超声波检测的真实性，就 必须适应表面轮廓的变化。美国专利公报No.US2005/0150300、题为"使用轮廓表数据进行超声波检查的 设备禾口方法(Device and Method for Ultrsonic Inspection Using Profilometry Data)"披露了一种在滑板结构上使用几个超声波探头且在换能器和零部件表面之间采用 水耦合的方法。该结构提供一种确定表面轮廓的能力，以便于通过补偿由不平整 表面所引起的反射器位置上的误差来校正零部件的检査。然而，它不能包括校正 在超声波波束宽度方向上由于不平整表面轮廓所引起的超声波波束的能力。于是， 它的应用仅仅限制于波束所进入表面的波束宽度方向上被认为是平整的表面。这 种限制是非常有限的，正如图2所示，因为即使1.5英寸半径的曲线也会使典型的 超声波波束产生严重的波束失真。已经研发出柔性相位阵列探头，它能够适用于复杂几何形状零部件的表面进 行超声波检查。这在题为"适用于具有复杂几何形状的零部件的接触检查的柔性 相位阵歹U换能器(A Flexible Phased Array Transducer for Contact Examination of Components with Complex Geometry)"(关于非破坏性检测的第16届世界大会上 提出的，蒙特利尔，加拿大，8/30-9/3， 2004)的文献中进行讨论。在该项实验工作中，已经研发了一种柔性压电式探头，它可以将测试设备贴近各个单独的元件。 单独的元件被压紧，使之适应于不平整的表面轮廓。通过测量各个单独元件与位 置传感器的垂直位置，就可以计算出相位阵列延迟，从而可以弥补和消除由于不 规则表面所产生的波束失真。然而，保持探头元件和耦合超声波导入部分的部分 表面之间的密切接触将会成为问题。为了确保在元件和部分之间良好的超声波耦 合，就需要使用耦合液体或者胶体来填充不大于千分之一英寸厚的间隙。在许多 特殊的情况下，表面条件不可能这样做。C.Holmes， B.Drinkwater和P.Wilcox署名的文章(Insight, Vol.46， No.ll, 677-680 (2004))讨论了单片(单个元件)超声波换能器的使用。超声波波束特 性可以设置但不可改变。 一个探头可以水的路径来工作以测量表面轮廓，并且另 一个用于内部检查的不同探头与零部件的表面相接触。由于在该文章中所讨论的 超声波探头不是柔性的，因此只能在平坦的表面上工作。探头的平坦表面必须是 在探头的整个面积上与零部件的平坦表面相接触，并且在探头和零部件表面之间 采用液体耦合剂来实现不大于千分之一英寸厚的耦合，从而便于适当地操作。因 此，该设备只能对包括平坦表面部分的零部件进行工作。在从一个平坦区域到另 一个平坦区域的过渡区间，内部检査探头就不能工作。这种方法只能适合于具有 较大曲率半径的曲线表面，这些曲线表面在探头的区域中基本上是平坦的。对于典型的换能器来说，为了使用这种方法，曲率半径必须大于几英尺。这种方法所 提供的校正只限制于从用于表面轮廓变化的超声波数据中来校正内部反射的位 置。由于从各个探头到反射器的波束角度和距离都是已知的，并且通过知道探头 对表面和表面轮廓的精确位置，就能够采用该文章所讨论的方法来计算反射器在 全局座标系统中的位置。然而，这种方法只能适用于现有的不平整表面零部件中 相对较小的一部分。这种方法并不能根本解决由于在探头区域中的不平坦表面所 引起的波束失真的问题。这就强调了这种方法只能应用于在探头区域中表面部分 是平坦的情况。
技术实现思路
本专利技术针对在现有技术中的不足，提出了一种适用于超声波检查具有纹波或 不平整表面的零部件的方法。多元件阵列超声波换能器可采用实质流体层来工作，比如诸如至少几个超声波波长的厚度的水且设置在阵列换能器和零部件表面之 间。该流体层可以通过将零部件浸渍在液体中或者通过在探头和零部件表面之间 使用附着的耦合剂柱来保持。扫描零部件，使用机械式划针、激光或者超声波技 术来测量两维的表面轮廓。 一旦获得了零部件表面的精确表面轮廓之后，就计算 数据处理参数以便处理从零部件内部反射的超声波信号。具有本专利技术新颖性特征的各项性能将在附属于本专利技术并构成本专利技术部分内容 的权利要求中特别指出。为了更好地理解本专利技术，以及通过它的使用所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用超声波检查具有不平整表面的零部件的方法，该方法包括：　　　　ａ．在多元件阵列超声波换能器和零部件之间设置厚度至少是几个超声波波长的流体耦合；　　　　ｂ．扫描所述零部件，使各个单独的超声波元件每次发射一个；　　　　ｃ．记录从所述阵列中的各个元件处接收到的反射的超声波波形；　　　　ｄ．处理所收集到的超声波波形数据阵列，以测量所述零部件的表面轮廓；　　　　ｅ．基于所测量到的表面轮廓，作为探头位置的函数，来计算信号处理参数，从而消除波束的失真；以及　　　　ｆ．使用最新计算的信号处理参数来处理所收集到的数据阵列，从而校正所述零部件的表面不规则并获得所述零部件内部反射器的检查。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DT麦克劳什兰，BE考克斯，
申请(专利权)人：BWX技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]