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超声波检测方法和超声波分析方法
【专利摘要】本发明涉及一种超声波检测方法和超声波分析方法。具体而言，公开了一种超声波检测方法。该方法包括提供具有发射相控阵装置和接收相控阵装置的超声波检测系统。相控阵波穿过回转体从发射相控阵装置发射至接收相控阵装置，从而获得关于回转体的超声波检测信息。在另一个实施例中，该方法包括：将发射相控阵装置和接收相控阵装置定位在涡轮转子的外周上；将相控阵波发射到涡轮转子中，相控阵波不反射出反射特征；调整发射相控阵装置在涡轮转子的外周上的定位；和将相控阵波发射到涡轮转子中，相控阵波反射出反射特征。反射的相控阵波由接收相控阵装置接收。
【专利说明】超声波检测方法和超声波分析方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种非破坏性测试方法。更具体而言，本发明涉及超声波检测和分析方法。

【背景技术】
[0002]较大且复杂的物体(诸如，实心蒸汽轮机转子)的检查可能很困难。此类检查对于识别特征(诸如粗糙度、空隙、瑕疵、疲劳材料、裂缝和/或材料变化)很重要。在大型物体中，非破坏技术基于物体的尺寸、基于物体的复杂性和/或基于物体的材料而受限。不能识别此类特征可导致延长的修理周期、有限的操作有效性和/或系统故障。
[0003]一些商业检查系统可用于提供大型物体的检查。已知的超声波技术使用单探头途径，限制了在单次通过中可检查的材料体积。例如，一种已知的技术(脉冲回波)限于在单次通过中覆盖较小体积的圆柱形实心转子材料。
[0004]为了以非破坏方式实现此类检查，超声波系统可以以较高费用整体结合到物体中，可需要复杂和/或重复的分析，可需要先进的运动控制和/或复杂的探头定位控制和它们的组合，从而导致高成本。
[0005]在本领域中，不存在以上缺陷中的一个或更多个的超声波检测方法和超声波分析方法将是合乎需要的。


【发明内容】

[0006]在一个实施例中，一种超声波检测方法包括提供具有发射相控阵装置和接收相控阵装置的超声波检测系统。相控阵波或射束穿过涡轮转子从发射相控阵装置发射至接收相控阵装置，从而获得关于涡轮转子的超声波检测信息。
[0007]在另一个实施例中，超声波检测方法包括:提供具有发射相控阵装置和接收相控阵装置的超声波检测系统；将发射相控阵装置和接收相控阵装置定位在涡轮转子的外周上；将相控阵波或射束从发射相控阵装置发射至涡轮转子中，相控阵波或射束不反射出反射特征；调整发射相控阵装置和接收相控阵装置在涡轮转子的外周上的定位；和将相控阵波或射束从发射相控阵装置发射至涡轮转子中，相控阵波或射束反射出发射特征。反射的相控阵波或射束由接收相控阵装置接收到。
[0008]在另一个实施例中，一种超声波分析方法包括:检测回转体内的反射特征；提供具有发射相控阵装置和接收相控阵装置的超声波分析系统；围绕反射特征以预定构造定位多个发射相控阵装置和接收相控阵装置；将相控阵波或射束从多个发射相控阵装置发射到回转体中；将相控阵波或射束反射出回转体内的反射特征；和在多个接收相控阵装置处接收相控阵波或射束，从而获得关于反射特征的超声波信息。
[0009]一种超声波检测方法，包括:提供具有发射相控阵装置和接收相控阵装置的超声波检测系统；和穿过回转体从发射相控阵装置到接收相控阵装置发射和接收相控阵波，从而获得关于回转体的超声波检测信息。
[0010]优选地，回转体选自由通过整体锻造制成的物件构成的集合，诸如涡轮转子、实心蒸汽转子的轴、涡轮转子轮下方的部分、和叶片附件。
[0011]优选地，发射相控阵装置和接收相控阵装置形成相控阵装置的布置。
[0012]优选地，该方法还包括相控阵装置的多个布置。
[0013]优选地，相控阵装置的各个布置从不同位置获得超声波检测信息。
[0014]优选地，发射相控阵装置相对于接收相控阵装置定位，以生成穿过回转体的预定体积的场。
[0015]优选地，发射和接收相控阵装置的定位是自动的。
[0016]优选地，该方法还包括分析之前检测到的反射特征。
[0017]优选地，该方法还包括检测回转体内的反射特征的存在。
[0018]优选地，反射特征包括从由空隙、瑕疵、疲劳材料、裂缝和腐蚀构成的集合中选择的缺陷。
[0019]优选地，反射特征扭曲相控阵波。
[0020]优选地，相控阵波通过从由尺寸、相对于入射声波的定向、形态和声程传播构成的清单中选择的反射特征的参数来扭曲。
[0021]优选地，各个参数以可识别的方式扭曲相控阵波。
[0022]优选地，发射相控阵装置以预定发射角度发出相控阵波。
[0023]优选地，该方法还包括调整发射角度。
[0024]优选地，相控阵波被倾斜。
[0025]优选地，发射相控阵装置具有预定操作频率。
[0026]优选地，发射和接收相控阵装置还包括多个换能器。
[0027]—种超声波检测方法，包括:提供具有发射相控阵装置和接收相控阵装置的超声波检测系统；将发射相控阵装置和接收相控阵装置定位在涡轮转子的外周上；将相控阵波从发射相控阵装置发射到涡轮转子中，相控阵波不反射出反射特征；调整发射相控阵装置和接收相控阵装置在涡轮转子的外周上的定位；和将相控阵波从发射相控阵装置发射至涡轮转子中，相控阵波反射出反射特征；其中，该反射的相控阵波由接收相控阵装置接收。
[0028]一种超声波分析方法，包括:检测回转体内的反射特征；提供具有发射相控阵装置和接收相控阵装置的超声波分析系统；围绕反射特征以预定构造定位多个发射相控阵装置和接收相控阵装置；将相控阵波从该多个发射相控阵装置发射到回转体中；将相控阵波反射出回转体内的反射特征；和在该多个接收相控阵装置处接收相控阵波，从而获得关于反射特征的超声波信息。
[0029]从结合附图的优选实施例的以下更详细的描述中，本发明的其它特征和优点将是清楚的，附图通过举例的方式示出本发明的原理。

【专利附图】

【附图说明】
[0030]图1为超声波检测系统的透视图，其中通过根据本公开的超声波检测方法的实施例分析物体内的第一位置处的反射特征。
[0031]图2为超声波检测系统的透视图，其中通过根据本公开的超声波检测方法的实施例分析物体内的第二位置处的反射特征。
[0032]只要可能，则相同的参考标号将在所有附图中用于表示相同的零件。

【具体实施方式】
[0033]提供了一种示范超声波检测方法。相比于未使用本文公开的一个或更多个特征的方法，本公开的实施例:允许较大的实心或大致实心的物体中的特征的非破坏性分析，减少或消除了修理和/或检查周期，以投捕(pitch-catch)方式使用两个或更多个探头，避免探头整体结合到大型本体中，或它们的组合。
[0034]图1和2示出了用于执行超声波检测方法的超声波检测系统100的实施例。系统100包括相对于待测量的回转体106布置的两个或更多个超声波相控阵装置112。回转体106可围绕中心线旋转，且为任何适合的物体，包括但不限于由整体锻造制成的物体，诸如涡轮转子、实心蒸汽转子的轴、涡轮转子轮下方的部分，或叶片附件。
[0035]在一个实施例中，回转体106具有大于大约3吨、大约3吨和大约150吨之间、大约3吨和大约50吨之间、大约50吨和大约100吨之间、大约100和至大约150吨之间、大约50吨、大约100吨、大约150吨或任何适合的组合、子组合、范围或其中的子范围的质量。在一个实施例中，特征被加工到轴表面中。该特征形成用于相控阵装置112的区域，以用于定位和/或装固。
[0036]相控阵装置112构造成用于发射和/或接收超声波相控阵波或射束115。相控阵装置112组合在布置中，各个布置包括发射相控阵装置120和接收相控阵装置130。在一个实施例中，发射相控阵装置120相对于接收相控阵装置130定位，以生成穿过回转体106的预定体积的场。在一个实施例中，布置位于回转体106的外周上，且构造成将超声波相控阵波或射束115从发射相控阵装置120发射至接收相控阵装置130，从而获得关于回转体106的超声波检测信息。
[0037]在一个实施例中，相控阵装置112的定位调整为通过超声波相控阵波或射束115提供期望程度的询问(interrogat1n)。在另一个实施例中,相控阵装置112的定位为自动的，以通过超声波相控阵波或射束115提供期望程度的询问。在一个实施例中，相控阵装置112大致为平面的。相控阵装置112具有多个子元件、预定操作频率(例如，包括但不限于大约IMHz和大约1MHz之间)，或它们的组合,子元件为换能器(transducer)(例如,4个子元件、8个子元件、16个子元件、32个子元件、64个子元件或128个子元件)。
[0038]在一个实施例中，相控阵波或射束115行进穿过回转体106的区域以确定反射特征114的存在或不存在。在不存在相控阵波或射束115的路径内的反射特征114的情况下，相控阵波或射束115不反射。在存在相控阵波或射束115的路径内的反射特征的情况下，相控阵波或射束115被反射且/或折射或以其它方式改变。反射特征114为回转体106内的间断，该间断包括但不限于空隙、瑕疵、疲劳材料、裂缝、腐蚀、另一材料差异，或它们的组合。在不存在反射特征114的情况下，布置(包括发射相控阵装置120和接收相控阵装置130)沿回转体106的轴向长度104逐渐地移动，以检测回转体106中的反射特征114的存在。在另一个实施例中，回转体106为静止的，且布置围绕回转体106沿周向移动。在一个实施例中，回转体106围绕中心线110沿轴向旋转，以每分钟大约I圈和大约2圈之间、每分钟大约0.5圈和大约1.5圈之间、每分钟大约0.5圈和大约I圈之间、每分钟大约I圈和大约1.5圈之间，每分钟大约1.5圈和大约2圈之间，或任何适合的组合、子组合、范围或子范围。
[0039]在一个实施例中，系统100用于验证和/或分析通过布置(包括发射相控阵装置120和接收相控阵装置130)的增量移动检测到和/或通过其它方法(诸如脉冲回波)发现的反射特征114。系统100相对于与反射特征114对应的位置定位，且相控阵波或射束115获得关于回转体106内的反射特征114的超声波检测信息。在一个实施例中，来自发射相控阵装置120的相控阵波或射束115接触反射特征114，反射特征114扭曲相控阵波或射束115。相控阵波或射束115通过反射特征114的参数来扭曲，诸如但不限于尺寸、相对于入射声波或射束的定向、形态、声程传播(sound path travel)和它们的适当组合。
[0040]由接收相控阵装置130接收到的相控阵波或射束115的分析提供了与反射特征114的存在和/或参数相关的信息。获得的信息的特征在于反射特征114的形态，形态包括但不限于尺寸、形状、定向、几何和材料方面，或它们的组合。相控阵装置112在回转体106的外周上的重定位获得了来自相同反射特征114的各种视角的响应。在一个实施例中，关于反射特征114的超声波检测信息包括但不限于位置、定向、尺寸、检测的反射特征114的确实性和它们的组合。
[0041]发射相控阵装置120和接收相控阵装置130大体上定位成相对于彼此和/或回转体106成角度。发射相控阵装置120以预定的发射角度来发出相控阵波或射束115。在一个实施例中，预定发射角度为可调整的。在一个实施例中，发射相控阵装置120和接收相控阵装置130的角度不同。在一个实施例中，发射相控阵装置120和接收相控阵装置130的角度相同或大致相同。
[0042]用于接收相控阵装置130和/或发射相控阵装置120的适合的发射角度包括但不限于相对于中心线110的平行线布置在大约O度和大约90度之间、大约I度和大约89度之间、大约O度和大约80度之间、大约O度和大约70度之间、大约10度和大约80度之间、大约10度和大约60度之间、大约45度和大约80度之间、大约30度和大约60度之间、大约30度和大约45度之间、大约45度和大约60度之间、大约10度、大约30度、大约45度、大约60度、大约80度，或任何适合的组合、子组合、范围或其中的子范围。
[0043]例如，参看图1，相控阵装置112位于第一位置102。在第一位置102，相控阵波或射束115以第一发射角度117离开发射相控阵装置120，且反射出反射特征114，从而形成第一反射角度119。参看图2，相控阵装置112位于第二位置202。在第二位置202，相控阵波或射束115以第二发射角度217离开发射相控阵装置120，且反射出反射装置114，从而形成第二反射角度219。在一个实施例中，第一发射角度117与第二发射角度217相同，且形成与第二反射角度219不同的第一反射角度119。在一个实施例中，第一发射角度117与第二发射角度217不同，且形成与第二反射角219不同的第一反射角119。
[0044]在一个实施例中，相控阵波或射束115倾斜以获得来自但不限于不能够由相控阵装置112直接接近的区域的数据。倾斜相控阵波或射束115包括旋转相控阵波或射束115，从而绕表面法线离开发射相控阵装置120。
[0045]在一个实施例中，系统100包括多个布置(布置中的各个包括发射相控阵装置120和接收相控阵装置130)。布置位于回转体106上的多个位置，布置的接收相控阵装置130从不同的视角获得超声波检测信息。来自布置的超声波检测信息相对于各种信号属性组合和分析，从而提供与回转体106内的反射特征114相关的改善的准确度。
[0046]尽管已经参照各种优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将理解的是，可制作出各种变化，且等同物可替代其元件，而不脱离本发明的范围。此外，可制作出许多改型，以使特定情形或材料适合本发明的教导，而不脱离本发明的基本范围。因此，期望本发明不限于作为用于执行本发明而构想出的最佳实施方式公开的特定实施例，相反，本发明将包括落入所附权利要求的范围内的全部实施例。
【权利要求】
1.一种超声波检测方法,包括: 提供具有发射相控阵装置和接收相控阵装置的超声波检测系统；和穿过回转体从所述发射相控阵装置到所述接收相控阵装置发射和接收相控阵波，从而获得关于所述回转体的超声波检测信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述回转体选自由通过整体锻造制成的物件构成的集合，诸如涡轮转子、实心蒸汽转子的轴、涡轮转子轮下方的部分、和叶片附件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射相控阵装置和所述接收相控阵装置形成相控阵装置的布置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括相控阵装置的多个布置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，相控阵装置的各个布置从不同位置获得所述超声波检测信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射相控阵装置相对于所述接收相控阵装置定位，以生成穿过所述回转体的预定体积的场。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发射和接收相控阵装置的定位是自动的。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括分析之前检测到的反射特征。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括检测所述回转体内的反射特征的存在。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述反射特征包括从由空隙、瑕疵、疲劳材料、裂缝和腐蚀构成的集合中选择的缺陷。
【文档编号】G01N29/04GK104165926SQ201410207248
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2013年5月17日
【发明者】M.C.弗雷达, F.A.里德 申请人:通用电气公司