CN102027365B - 超声波检查方法和仪器 - Google Patents

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Abstract

一种***件的方法，所述部件包括带有入口的孔。所述方法包括：经由液体耦合介质将超声波导入到所述部件中；经由所述液体耦合介质从所述部件接收超声波；对所述接收到的超声波进行处理以确定所述部件的特性。使用带子对所述孔的所述入口进行密封，以防止所述液体耦合介质流入到所述孔的所述入口中。所述带子的声阻抗高于或低于所述液体耦合介质的声阻抗不超过40％。通过选用声阻抗与所述液体耦合介质(该液体耦合介质在大多数情况下是水)的声阻抗相对接近的带子，所述带子是相对可透过超声波的，并且由此至少能够确定所述孔的壁中是否存在缺陷。

Description

超声波检查方法和仪器
技术领域
本发明涉及使用超声波来***件的方法和仪器。 
背景技术
图1示出了检查带有孔2的复合部件1的传统方法。该部件1被浸入容纳有水4的槽3中。超声波能量被从换能器6发出而穿过水4浸入到部件1内。在穿过部件1之后，超声波能量被引导离开反射物而穿过部件回到换能器6。接收到的超声波能量由超声波测量***(未示出)处理以建立部件的内部结构的图像。 
从孔2发出分层缺陷5。当部件1被放置在槽3中时，水4流入到孔2中并且充满分层缺陷5。结果缺陷5变得难以被超声波测量***检测。因为这个原因，传统的超声波液浸技术对于检测这样的缺陷会是不可靠的。 
解决这个问题的一种传统方案是将换能器放置成直接与面板接触，由此不需要液体耦合介质。然而这会是耗费大量劳动的且是耗费时间的。另一个传统方案是使用相控阵超声波装置，还是与面板直接接触，由此不需要液体耦合介质。然而，这会是昂贵的并且需要经过专门训练的操作人员。 
发明内容
本发明的第一方面提供一种***件的方法，所述部件包括带有入口的孔，所述方法包括：经由液体耦合介质将超声波导入到所述部件中；经由所述液体耦合介质从所述部件接收超声波；处理接收到的超声波以确定所述部件的特性；以及使用带子(tape)密封所述孔的所述入口，以防止所述液体耦合介质流入到所述孔的所述入口中，其中所述带子的声阻抗高于或低于所述液体耦合介质的声阻抗不超过40％。 
本发明的第二方面提供一种用于检测部件的仪器，所述部件包括带有入口的孔，所述仪器包括：超声波测量装置；用于密封所述孔的所述入口的带子，所述带子的声阻抗高于或低于水的声阻抗不超过40％(即，所述带子的声阻抗高于或低于1.49×106kg·s-1·m-2不超过40％)；以及胶粘剂，该胶粘剂用于将所述带子粘附到所述部件的表面。 
通过选用声阻抗与所述液体耦合介质(所述液体耦合介质大多数情况下是水)的声阻抗相对接近的带子，所述带子是相对可透过超声波的，并且由此至少能够确定所述孔的壁中是否存在缺陷。 
典型地所述带子的声阻抗高于或低于所述液体耦合介质的声阻抗不超过30％。更优选地所述带子的声阻抗高于或低于所述液体耦合介质的声阻抗不超过20％。 
典型地所述带子的纵波波速高于或低于所述液体耦合介质的纵波波速不超过40％，优选地不超过30％，并且最优选地不超过20％。 
典型地所述带子使被导入所述部件的超声波衰减了小于6dB，优选地小于4dB。 
典型地所述部件由层压材料例如纤维增强复合材料制成。因而所述方法可以用来检测所述部件内是否存在分层缺陷，尤其是所述孔的壁中是否存在分层缺陷。 
所述孔可以是带有两个入口的通孔，或者是仅带有一个入口的盲孔。在所述孔是通孔的情况下，典型地两个入口都使用所述带子进行密封。 
附图说明
现在将参照附图描述本发明的实施方式，其中： 
图1示出了在传统的超声波液浸检测配置中带有孔的部件； 
图2示出了具有用带子密封的孔的部件； 
图3示出了检查图2的部件的方法；以及 
图4示出了检查图2的部件的替代方法。 
具体实施方式
图2示出了包括钻孔11的复合部件10，该钻孔11竖直地穿过部件10(该钻孔11穿透部件10的上表面14和下表面15)以产生上入口和下入口。部件10由碳纤维增强塑料(CFRP)复合材料制成，其中材料的层在孔11处终止。示出了从孔11的侧部发出的分层缺陷18。 
采用带子19来对孔11的上入口和下入口两者进行密封。带子19通过薄的耐水胶粘剂层(未示出)附着到复合部件10的上表面14和下表面15。用于将带子19附着到部件10的胶粘剂在室温下固化，这使得易于贴上带子19。在已经贴上带子19之后，如图2所示刮刀16在带子上刮擦以除去气泡。刮刀16是透明的以使操作人员能看见任何气泡。 
紧接着如图3所示，部件10被浸入水槽12，带子19防止水13经由上入口或下入口进入到孔11中。 
超声波能量22从超声波换能器20发出并且经由水13被导入部件10中。该能量在穿过部件10之后，被玻璃反射板21反射而穿过部件10和水13回到超声波换能器20。然后接收到的超声波23由测量***24处理以确定部件10的特性。 
换能器20发出短脉冲超声波能量并且接收一系列反射的脉冲，这些反射的脉冲是由以下引起的：a)来自部件的前表面的反射；b)来自部件内任何缺陷的反射；c)来自部件的背面的反射；以及d)来自板21的反射。***24可以以多种方式分析这些脉冲。例如***24可以测量来自部件内的缺陷的脉冲b)的到达时间。这给出关于缺陷是否存在的信息，以及缺陷在部件内的深度的信息。可替代地，可以测量脉冲d)的振幅。因为该脉冲已经两次穿过部件，所以其振幅给出穿过部件的总的衰减损失的指示，并且因此给出缺陷是否存在的指示。将换能器扫描在平行于部件的光栅图中以建立部件的二维图像。典型地数据呈现为彩色图像，在该彩色图像中，每个像素的颜色表示缺陷的深度，或者穿过部件的衰减损失。 
槽12中的水13用作耦合介质，超声波能量可以以相对低且均匀的衰减通过该耦合介质。因为带子19防止水13流入到孔11中，所以分层 缺陷18充满空气。空气具有大体上比水耦合介质和部件10的复合材料两者更大的声阻抗。因此，当超声波穿过缺陷18时，超声波衰减得更严重。这使得能够通过测量***24将缺陷18与其环境区别开。 
胶粘剂层和带子19的结合使被导入部件中的超声波22沿每个方向衰减小于6dB(并且优选地小于4dB)。这允许足够量的超声波能量返回到换能器20以便能够在有带子的区域内***件的内部结构。 
带子19和胶粘剂由声阻抗近似于水的声阻抗的材料制成(水的声阻抗为1.49×106rayl＝1.49×106kg·s-1·m-2)。这是有益的，因为在解析由测量***产生的超声波图像中，几乎不需要或者不需要额外地考虑带子19或胶粘剂。 
对于带子来说，下列材料是合适的：如NUWC XP-1聚氨脂脲、PRC-Desoto’s PR-1547或PR-1592、或Cytech’s Conathane(聚氨脂灌封胶)EN-7。这些材料具有大约1.71×106rayl的声阻抗，即大约比水的声阻抗高15％。预期该带子材料将在每个方向上产生低于3dB的衰减损失。 
带子通过简单的挤压加工或通过压延加工而制成。 
胶粘剂通过喷雾或浸渍而涂到带子上。对于胶粘剂来说，诸如环氧胶粘剂DP-190之类的材料是合适的。因为仅需要薄的胶粘剂层将带子粘合到部件，所以胶粘剂的声阻抗并不重要。 
优选地带子19还具有近似于水的纵波波速(水的纵波波速是1430m/s)。这允许测量***能够采用行程时间算法(a time of flight algorithm)(诸如脉冲回波技术)来处理接收到的超声波信号而不需要引入附加的测量补偿。 
NUWC XP-1聚氨脂脲、PRC-Desoto’s PR-1547和PR-1592、以及Cytech’s Conathane(聚氨脂灌封胶)EN-7都具有与室温下的纯水的密度相近的密度(例如PR1547具有1.05g/cm3的密度，该密度与水的密度1g/cm3相近)。因为声阻抗被计算为(密度×速度)，所以可知这些材料具有与水的纵波波速相近的纵波波速。 
虽然在图3中示出了双程穿过式传输的超声波测量***，但是可以被采用包括单程穿过式传输技术的其它测量方式。 
此外，通过将水射流喷射在部件上而不是将部件完全浸入水中可以提供这样的水程，该水程提供超声波换能器20和部件10之间的耦合。图4中示出了一个实施例，其中，发射器30经由从上方喷在部件上的水射流31将超声波导入部件中，并且接收器32经由从下方喷射在部件上的水射流33从部件接收超声波。 
虽然在所述的实施例中使用的是水耦合介质，但是也可以使用任何其他合适的液体耦合介质。在这种情况下，优选地选择声阻抗和纵波波速与替代性耦合介质的声阻抗和纵波波速近似的带子和胶粘剂。 
虽然上面已经参照一个或多个实施方式描述了发明，但是将能理解到，可以做出各种改变或修改而不偏离在所附的权利要求书中所限定的本发明的范围。 

Claims (14)

1.一种***件的方法，所述部件包括带有入口的孔，所述方法包括：
a.经由液体耦合介质将超声波导入到所述部件中；
b.经由所述液体耦合介质从所述部件接收超声波；
c.对所述接收到的超声波进行处理以确定所述部件的特性；
d.使用带子对所述孔的所述入口进行密封，以防止所述液体耦合介质流入到所述孔的所述入口中，其中所述带子的声阻抗高于或低于所述液体耦合介质的声阻抗不超过40％。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述带子的声阻抗高于或低于所述液体耦合介质的声阻抗不超过30％。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述带子的声阻抗高于或低于所述液体耦合介质的声阻抗不超过20％。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述带子的纵波波速高于或低于所述液体耦合介质的纵波波速不超过40％。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述带子的纵波波速高于或低于所述液体耦合介质的纵波波速不超过30％。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述带子的纵波波速高于或低于所述液体耦合介质的纵波波速不超过20％。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述带子使被导入到所述部件中的所述超声波衰减了小于6dB。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述带子通过胶粘剂粘附到所述部件的表面。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述胶粘剂是环氧树脂，该环氧树脂在室温下固化。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述部件由层压材料制成。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述接收到的超声波进行处理以确定所述孔的壁中是否存在缺陷。
12.一种用于***件的仪器，所述部件包括带有入口的孔，所述仪器包括：
a.超声波测量装置；
b.带子，该带子用于密封所述孔的所述入口，所述带子的声阻抗高于或低于水的声阻抗1.49×106kg·s-1·m-2不超过40％；以及
c.胶粘剂，该胶粘剂用于将所述带子粘附到所述部件的表面。
13.根据权利要求12所述的仪器，其中，所述带子的声阻抗高于或低于水的声阻抗1.49×106kg·s-1·m-2不超过30％。
14.根据权利要求13所述的仪器，其中，所述带子的声阻抗高于或低于水的声阻抗1.49×106kg·s-1·m-2不超过20％。
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