[发明专利]用于执行超声测试的方法

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及无损测试，更具体来说，涉及用于自动调整超声测试系统以考虑超声测试楔(ultrasonic testing wedge)中的温度变化的方法。

背景技术

无损测试装置能够用于检验测试对象，以便在检验期间和之后识别和分析对象中的瑕疵和缺陷。无损测试允许操作人员在测试对象的表面处或者附近操纵探头，以便执行对象表面和下面的结构的测试。无损测试在某些行业会特别有用，例如航天、发电以及油和气回收及精炼，其中对象测试必须在没有从周围结构移开对象的情况下进行，并且其中能够定位通过视觉检验原本不可识别的隐藏缺陷。

无损测试的一个示例是超声测试。在进行超声测试时，超声脉冲能够从探头发射，并且以那种特定材料的特性声速经过测试对象。给定材料的声速主要取决于材料的弹性模量、温度和密度。超声脉冲施加到测试对象则引起超声脉冲与测试对象结构之间的相互作用，其中声波反射回到探头。由探头所接收的信号的对应评估、即那些信号的幅度和飞行时间能够允许在没有对其进行破坏的情况下得出关于测试对象的内部质量的结论。

一般来说，超声测试系统包括：探头，用于向测试对象发送信号和从测试对象接收信号；探头缆线，将探头连接到超声测试单元；以及屏幕或监视器，用于查看测试结果。超声测试单元能够包括：电源部件；信号生成、放大和处理电子器件；以及装置控件，用于操作无损测试装置。一些超声测试单元能够连接到计算机，计算机控制系统操作以及测试结果处理和显示。电脉冲能够由发射器生成，并且能够馈送到探头，其中电脉冲能够由超声换能器变换为超声脉冲。超声换能器结合压电陶瓷，压电陶瓷能够电连接到采取超声测试单元形式的脉动接收单元(pulsing-receiving unit)。压电陶瓷表面的部分能够涂敷有金属，从而形成能够连接到超声测试单元的电极。在操作期间，将电波形脉冲施加到压电陶瓷的电极，从而引起陶瓷尺寸的机械变化并且生成声波，该声波能够被传输通过例如金属或塑料等材料(超声换能器与其耦合)。相反，当从处于检验中的材料所反射的声波接触压电陶瓷的表面时，它生成跨电极的电压差，该电压差由超声测试单元或其它信号处理电子器件作为接收信号而被检测。

由脉动单元所施加的电波形脉冲的幅度、定时和发射序列能够由结合到超声测试单元中的各种控制部件来确定。脉冲的频率范围一般在大约0.5MHz至大约25MHz，因此将它称作超声波，设备名称得自于此。当超声脉冲经过对象时，称作回波的各种脉冲反射随脉冲与测试对象中的内部结构和测试对象的相对侧(后壁)进行相互作用而发生。回波信号能够在屏幕上显示，其中回波幅度表现为垂直轨迹，而飞行时间或距离表现为水平轨迹。通过跟踪电脉冲的传输与电信号的接收之间的时间差并且测量所接收波的幅度，能够确定材料的各种特性。因此，例如，超声测试能够用于确定材料厚度或者给定测试对象中的缺陷的存在和大小。

许多超声换能器是相控阵列，其中包括单行或多行电和声独立或隔离的换能器元件。独立换能器元件的线性阵列能够形成包括多个独立换能器元件的所谓换能器盘。在这些类型的换能器中，各换能器元件可以是分层结构，其中包括衬板(backing block)、柔性印刷电路板(“柔性电路”)、压电陶瓷层和声匹配层。这种分层结构常常称作声叠层。声叠层的各种组分能够在层叠过程中使用粘合材料(例如环氧树脂)和高压接合在一起。通常，一个或多个柔性电路能够用于实现从压电陶瓷到超声测试单元或者到最终与超声测试单元或其它信号处理电子器件连接的一束同轴电缆的电连接。

超声测试系统通常根据测试对象、测试对象材料成分以及其中执行该测试的环境来采用各种探头。例如，直射探头传输和接收与被测对象的表面垂直的声波。直射探头在测试金属片、锻件和铸件时特别有用。在另一个示例中，能够利用包含其中发射器和接收器功能彼此电和声分离的两个元件的TR探头。TR探头在检验薄测试对象和进行壁厚测量时特别有用。在又一个示例中，能够利用与材料表面成角度地传输和接收声波的斜射探头。斜射探头在测试焊接、金属片、管和锻件时特别有用。

在一些应用中，例如当测试管道焊接时，探头能够安装到楔上，楔提供探头与测试对象之间的中介物理接触。由于测试对象通常具有与楔不同的温度，所以楔的温度常常随检验进行而改变。楔的这种温度变化将误差引入超声测试过程，因为楔的温度变化改变穿过其中的声波的速度和衰减。这又能够使换能器声波错过预计感兴趣点并且产生错误结果。例如，在进行管道焊接检验时，楔温度的变化可引起超声脉冲错过已知内部焊接位置，并且被导向管道中的另一个位置。