[发明专利]用于测定各种材料上的超声掠面纵波速度的系统和方法

说明书

技术领域

[0001]本发明通常涉及无损测量技术，更具体涉及测定各种材料上的超声掠面纵波速度和/或基于其上的超声掠面(surface skimming)纵波速度测定各种材料的晶体取向。

背景技术

[0002]最近，某些燃气轮机元件上的裂缝是由具有比预期更偏离[001]轴线的初级晶粒取向的定向结晶晶粒所造成的。因此需要能无损测定定向结晶和单晶体材料中的初级晶粒取向，从而确保初级晶粒取向落在预定晶轴的一定限度内。

[0003]一种测定单晶材料的晶体取向的传统无损方法，通常称作的Laue方法，包括使X-射线射到材料上，在材料上被反射和/或穿过材料并被捕获形成X射线衍射图，接着可以分析该衍射图以测定所述材料的晶体取向。所述Laue方法，虽然能测定单晶材料的初级和二级晶粒取向，但耗时并且不易用于测定飞行(on-wing)或生产环境等中的各种燃气轮机元件的晶体取向，此外，Laue方法不能用于柱状晶粒材料(即，定向结晶材料)，因为相对于堆轴重新定向材料以测定其中每个单独晶粒的晶体取向太昂贵并且麻烦。

[0004]因此，想要改进的系统和方法，用于准确和无损地测定定向结晶和/或单晶体材料的晶体取向。如果基于其上的超声掠面纵波的测量速度，可以测定所述材料的晶体取向将是理想的。如果这种系统和方法能够易于用于各种环境中(即，飞行中、生产环境、机修车间等)，也将是理想的。如果这些速度测定系统和方法能够用于其它用途，例如将各种材料分类等，将是更加理想的。

发明内容

[0005]上面指出的现有用于测定材料的晶体取向的系统和方法的缺点被本发明的实施方案所克服，其涉及用于无损测量材料上的超声掠面纵波速度的系统和方法。所测量的速度之后可以用于各种目的，例如测定材料的晶体取向，将各种材料分类等。

[0006]本发明的实施方案包括测定材料上超声掠面纵波的速度的方法。所述方法可以包括：在材料的第一位置上产生超声掠面纵波；在材料的第二位置检测至少部分超声掠面纵波；以及测定超声掠面纵波在第一位置和第二位置之间的速度。一旦测定所述速度，所述方法可以进一步包括：基于所述速度测定材料的至少一种晶体取向；基于所述速度将多种材料彼此分类等。

[0007]本发明的实施方案也包括测定材料的一种或几种晶体取向的方法。所述方法可以包括：在材料的第一位置产生超声波；在材料的第二位置检测至少部分超声波；由检测到的超声波测定材料的至少一种晶体取向。检测步骤可以包括：测量超声波的飞行时间；根据第一位置和第二位置之间的距离和超声波的飞行时间测定材料的纵向速度；利用材料的纵向速度测定材料的至少一种晶体取向。这些超声波可以包括具有取决于材料的初级晶体取向但不取决于材料的二级晶体取向的纵向速度的掠面纵波，。

[0008]本发明的实施方案包括用于测量材料上的超声掠面纵波速度的系统。这些系统可以包括；超声波发射器；超声波检测器；以及用于测定材料上的超声掠面纵波的速度的装置。所述系统可以进一步包括利用超声掠面纵波的速度测定材料的至少一种晶体取向的装置。超声波发射器应能相对于材料的表面以预定的角度发射超声波。超声波检测器应能检测预定位置的至少部分超声掠面纵波。

[0009]本发明的实施方案可以用于定向结晶材料、单晶体材料和/或多晶体材料。这些材料可以包括各种燃气轮机元件，例如，但不局限于，燃气轮机叶片、燃烧室衬板，叶片外气封等。

[0010]本发明的实施方案可以在各种环境下使用，例如但不限于(a)元件处于飞行中；(b)元件位于生产环境中；(c)元件位于机修工厂；(d)元件位于物资回收工厂；和/或(e)元件位于再加工工厂。

[0011]本发明的系统和方法可以利用接触结构，浸入结构和/或起泡(bubbler)结构。

[0012]通过下面的说明，本发明进一步的细节对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。

附图说明

[0013]参照各个附图描述本发明的实施方案，其中全部附图中相同的附图标记表示相同的部件。其中：

[0014]图1是利用具有投捕(pitch-catch)超声波结构的接触技术的本发明的实施方案的示意图；

[0015]图2是显示利用具有投捕(pitch-catch)超声波结构的浸入技术的本发明的实施方案的示意图；

[0016]图3是显示利用具有投捕(pitch-catch)超声波结构的起泡技术的本发明的实施方案的示意图。

具体实施方式