[发明专利]非破坏性超声测试方法以及用于实现该方法的设备

说明书

本发明涉及用于超声材料测试的脉冲-回声方法。由此，这是一种用于发现材料瑕疵的声学方法，其中使用了超声。超声测试属于非破坏性测试方法。由此，也可以测试处于内置状态中的多种部件，例如，飞机的轴承元件。对于声音传导材料(包括大多数金属)，比如焊缝、锻件、铸件、半成品或管子，超声测试是一种用于发现内部和外部瑕疵的合适的测试方法。在机器构造过程中，检查部件的质量是一项重要的要求，为的是确保乘用运输设备或有毒材料管路的安全。测试火车定期地测试铺设的铁轨。因此，目标是增大这种方法的可靠性。

像所有的测试方法那样，超声检测也是标准化的并且根据一些指南来执行(比如DIN EN 10228-3 1998-07，“Non-Destructive Testing of Forgings of Steel-Part 3：Ultrasonic Testing of Forgings of Ferritic and Martensitic Steel”，该指南引用在此作为参考)。对于用超声对测试工件进行非破坏性测试而言，已知有合适的测试装置和方法。通常会参考J.和教科书“Materials Testing with Ultrasound”(第六版)。

这种方法通常基于声波到边界面的反射。作为声源，大多数情况下使用超声换能器或探头，其辐射处于10kHz到100MHz的频率范围中。使用脉冲-回声方法时，超声换能器不发射任何连续的辐射，而是发射非常短的声学脉冲，其持续时间是1μs和更小。从发射机发出的脉冲按照合适的声速穿过待测的测试工件，并且被几乎完全地反射到金属-空气界面。这种声换能器一般可以不仅发出脉冲，也还能将输入的脉冲转换成电学测量信号；由此，它也用作接收机。用示波器或计算机单元来测量声学脉冲从发射机穿过工件再返回所需要的时间，模数转换器在上游连接到该示波器或计算机单元。使用该材料中已知的声速c，可以按照这种方式来测试样品的厚度。对于工件与超声换能器之间的耦合，将耦合剂(例如，膏(溶液)、胶、水或油)涂到待测工件的表面。大多数情况下，使用这种探头会使待测表面报废。这可以手动地实现，或按照机械化的方式实现，或自动地实现(在装配线路之内)。对于后者，测试工件通常被浸入到合适的流体中(浸入技术)，或者被局部弄湿，为的是传送声学信号。

边界面(即用于限定测试工件的外表面)以及内部边界面(即内部的瑕疵，比如腔(中空的空间)、内含物、裂纹或待测工件内部结构中的另一处分离)处的声学性质的变化反射该声学脉冲并且将其发送回给该探头中的振荡器，该探头既用作发射机又用作接收机。发射和接收之间的时差允许计算该路径。通过测得的时差，产生了信号图像，并且在监视器或示波器上显示出该信号图像。通过该图像，可以确定位置，并且如有必要，可以通过与替换反射器(平底洞(圆形盘状反射器)、沟槽、横钻孔)进行比较，来评估瑕疵(用技术术语称之为“不连续之处”)的尺寸。一般，可以检测其尺寸约为0.6mm的不连续之处，使用特殊的方法也可以检测达到0.1mm或更小的不连续之处。使用自动测试装备时，存储该信息，针对该测试工件而综合地考虑该信息，并且立刻或随后按照不同的方式对该信息进行存档。

上述探头所产生的超声脉冲通常都按照固定的脉冲重复频率被重复地照射到该工件中。因为工件的侧壁表面或侧壁表面部分通常取向成垂直于传播方向并彼此平行，所以这些侧壁表面处发生多重反射(多个回声)，由此脉冲在工件中来回穿行，这些反射与其它可能的反射都穿过不连续之处而被探头接收到。因高反射系数的缘故，这些多重反射的脉冲是清晰可辨的。如果这些脉冲接在清晰的时间-延迟之后，如果脉冲重复频率是相对较低的，则通过信号图像中的时间分离，多重反射可以很容易地归因于相关联的脉冲。如果脉冲重复频率如此之高(即脉冲之间的时间-延迟如此之小)，则看起来很不同的是：多重反射(由此，那些被不止一次反射到工件侧壁表面的多个脉冲)是在发射下一个或后续脉冲之后才被首次检测到的。然后，下列危险是存在的：在后续脉冲之后发生的在先脉冲的多重反射没有被这样检测，而是被错误地视为紧接在前面的脉冲的反射(即回到后者的反射)，这可能是通过工件中存在的不连续之处产生的。这导致了工件测试过程中的错误的警报，使得该工件被重新检查或者有可能被错误地丢弃。这种生产成本就增大了。上述配置问题因脉冲重复频率的石英稳定性而增大了。本发明的发明人已认识到这个问题并看到了他的任务。此外，发明人已提供了针对这个问题的解决方案。