[发明专利]超声波检查方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及零部件的检查，尤其是零部件的超声波检查。

背景技术

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查之前都是未知的。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缩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查。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，当管道已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和方法(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查。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。