[发明专利]用于检查方形棒的相控阵无损检查系统及其校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及相控阵超声波应用，具体涉及用于检查方形棒的相控阵无损检查系统及其校准方法。

背景技术

在用于检查圆形棒或方形棒的在线超声波相控阵系统中，剪切波(横波，shear wave)通常用于检查位于棒表面或位于棒表面下(面下，subsurface)的区域、即所谓的壁区。对于圆形棒检查，通常在被检查的棒周围集中布置若干个圆形的PA探测器；各个PA探测器各自顺时针(CW)和逆时针(CCW)发射相对于棒表面成一定角度(诸如40度)的剪切波束，以检查表面区和面下区。对于方形棒检查，通常以与棒的各个侧面平行且位于各个侧面上方的方式布置扁平线状的PA探测器；各个PA探测器各自CW和CCW地从水耦合剂向相应的表面(例如上表面)发射约40度的剪切波束，并且声波束传输至两个相邻的表面(例如，右垂直表面和左垂直表面)。

在任何检查之前，必须利用人为制造的一个或多个裂缝、通常为面下侧钻孔(SDH)或表面凹槽来校准剪切波束的灵敏性。

在综述圆形棒检查的<<Introduction to phased array ultrasonic technology applications(相控阵超声波应用绪论)>>(ISBN 0-9735933-0-X)的第5.10.2节中可以找到关于圆形棒在线检查的描述。

由于圆形棒的旋转对称性和可旋转性，不难实现对圆形棒的校准。更具体而言，当圆形校准棒中的近壁SDH或表面凹槽随着棒一起绕棒轴旋转时，所有聚焦法则(focal law)均可检测到相同的裂缝，然后获得检测灵敏度，并利用检查系统的软件对检测灵敏度进行补偿。

对于方形棒的校准，由于方形棒不具有旋转对称性，上述校准方法不适用。

在概述利用SW波检查方形棒表面的<<Advances in phased array ultrasonic technology applications(相控阵超声波技术应用发展)>>(ISBN 0-9735933-4-2)的图7-105中可以找到现有的方形棒在线检查方法，该文献中的内容通过引用而并入本文。

已进行了关于方形棒的剪切波通道校准方面的专利研究，未发现任何相关文献。

与超声波检查方形或矩形部件中的校准实践相类似，通过在波束平面中平移PA探测器，可以利用在表面加工出的用以进行检查的面下SDH或表面凹槽来校准剪切波通道的灵敏度。更具体而言，在表面上加工出一系列不同深度的裂缝或声音路径以进行检查，当PA搜索单元移动到探测器作用平面中时，波束可以垂直地跨越裂缝，从而使得能够检测灵敏度。然而，对于在线检查实践，不便于使用这种校准方法，这是因为：i)为了实现均匀布置在方形棒周围的PA探测器的平移运动，移动机制可能变得非常复杂；ii)这种机制容易因为移动的反弹而引入PA探测器定位误差。

发明内容

所公开的发明涉及适于对用来检查纵长的方形棒的相控阵系统进行校准的系统和方法。纵长的校准用方形棒被设置为在方形棒的测试面的整个范围内具有平行线状凹槽的阵列。在校准期间，方形棒沿探测器的轴方向穿过探测器。对相控阵系统进行调节和校准，以使得相控阵探测器从各个凹槽接收到的各个检查波束的回波幅度基本相等。

在优选实施例中，一种相控阵无损检查系统被配置为对方形棒进行剪切波检查，所述相控阵无损检查系统包括：至少一个相控的探测器，其具有多个开口部，各开口部具有至少一个超声波检查元件并且所述探测器施加有超声波聚焦法则以形成包括多个超声波束的线性扫描通道，所述超声波束各自具有包括回波幅度的回波信号，并且所述超声波束各自与所述开口部之一相对应；纵长的校准用方形棒，其具有作为四个测试面的四个侧壁，所述侧壁至少之一具有几乎横跨所述测试面的整个范围且缩进的平行线状凹槽的阵列，所述线状凹槽的长度方向与所述校准用方形棒的轴方向大致相同，所述校准用方形棒被配置为在检查期间以轴方向与所述探测器的作用方向垂直的方式穿过所述探测器；其中，各检查波束穿过所述凹槽至少之一，并且所述相控阵无损检查系统被配置为，通过调节各超声波检查元件以使得与各凹槽相对应的各波束的回波幅度表现为基本相等，来进行所述探测器的平衡。所述校准用方形棒优选为大小和形状与作为测试对象的方形棒的大小和形状基本相同；所述凹槽略微倾斜，使得所述凹槽的长度方向相对于所述校准用方形棒的轴方向形成倾角α，并且凹槽间距d、凹槽长度L和所述倾角α之间的关系定义为如下：d<L sin α。所述倾角α在3度～5度的范围内。