CN101750454A - 针对噪声铸造材料的超声检查方法和相关探头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及针对噪声铸造材料的超声检查方法和相关探头。公开了针对噪声材料的超声检查方法和相关探头以检查铸造材料中的缺陷，所述探头使用：具有第一表面的聚碳酸酯延迟器(14)层，所述第一表面被配置为设置在所述铸造材料的表面上；以及声晶体元件(12)，其设置在所述聚碳酸酯延迟器层的第二表面上。

Description

针对噪声铸造材料的超声检查方法和相关探头

技术领域

所公开的实施例一般涉及非破坏性测试，而且更具体地涉及针对噪声材料(noisy material)的超声检查方法和相关探头。

背景技术

铸件被广泛地用于许多工业应用中以制造复杂且昂贵的部件。如可适用领域中的普通技术人员所理解的，铸件以粗糙的形式被制造并且被进一步加工为最后的形状，其在许多应用中要求通过复杂的最后加工切割而获得的高质量密封表面。然而，铸造过程所固有的是铸造部件中的收缩(shrinkage)、夹杂物(inclusion)或者空隙，其至少部分是由于从铸模脱落的污垢或沙子或者在固化期间的材料收缩产生的。因此，当粗糙的铸造部件被加工为最后的产品时，常常得到具有收缩、夹杂物或者空隙的表面下区域，从而生成缺陷，所述缺陷至少必须进行维修或者在最差情况下要求必须废弃(scrapped)该部件。

例如在油气工业中，铸件被用于生产大的工业组件，所述工业组件被制造用于油气生产和传输系统。一般存在三种铸造材料用于这些组件——球墨铸铁、片状铸铁和铸钢。根据所使用的铸造材料的类型和所发现的缺陷的位置，铸造材料可以被维修或者可以被打碎以再熔化，因此促使由于维修成本和/或替换废弃铸件所需要的生产周期(lead-time)而导致的制造成本的上升。

X射线、涡流检查、磁粒子检查(magnetic particle inspection)、液体着色渗透(liquid dye penetrant)和超声是检查铸造材料通常使用的技术的不同示例。然而，这些传统技术在其检测小的表面下缺陷的能力方面有限。在液体着色渗透技术中，模具被遍布在要检查的表面上并且擦去过量的染料材料，仅留下缺陷中所吸收的那部分染料。然后使用粉末吸收材料来定位表面缺陷。类似地，在磁粒子检查中，磁粒子被遍布在要测试的表面上并且施加磁场，使得所述粒子集中在所述缺陷造成磁场泄露的区域中。鉴于它们的本来性质，液体着色渗透和磁粒子检查技术都不能用于检测铸造部件中小的表面下缺陷。

在涡流检查中，在被检查的部件的表面和近表面生成的循环电流(或者涡流)被缺陷干扰并且由涡流检查系统检测。然而，如普通技术人员理解的，使用涡流难以检测在检查表面下深处的小缺陷，因为趋肤效应迅速地衰减进入表面的能量并且因为有效面积随着深度而增大，因此增加了能够检测的最小缺陷的大小。X射线技术使用透过测试件厚度的辐射源来在与辐射源相对放置的X射线检测器上记录缺陷。然而，由X射线检查所检测的缺陷的大小限于样品的厚度的大约2％，所述厚度可以从50毫米变化到超过300毫米厚。因此，大大降低了使用X射线装置来检查厚部件的能力。另外，针对这些类型的检查需要专门的高能X射线设施或者伽玛射线仪器，因此限制了能够投资昂贵设施以进行大铸件的高能、X射线或者伽玛射线检查的铸件提供商的数量。

超声检查用于铸造材料检查已经多年。通常认为，当在铸造材料中使用超声时缺陷的分辨率由于铸造材料的微观结构的性质而受限。球墨铸铁和片状铸铁包含与铁隔离的大量碳。这些材料中的隔离碳会散射超声，导致有很大噪声的超声信号。使用超声来检查铸造材料的挑战之一是能够区别缺陷信号与正常铸造材料微观结构散射信号。然而，传统散射理论教导：为了检测较厚部件中的铸造材料中的缺陷，应当降低声能的频率。传统上，使用工作在1MHz和5MHz之间频率的双元件探头来降低对散射的灵敏度并且保持对所述缺陷的灵敏度，但是它们检查具有大约0.5毫米的特征长度的缺陷的性能并不令人满意。

因此，期望的是开发针对噪声材料的新超声检查方法和相关探头，其对小的表面下缺陷的灵敏度有所提高同时保持或降低对微观结构背景噪声的灵敏度。

发明内容

通过使用接合到单元件(single element)超声探头的聚碳酸酯延迟器层(polycarbonate delay layer)来解决本领域中已知的上述需要或其他需要中的一个或多个。

这种接合到单元件超声探头的聚碳酸酯延迟器层降低了对来自铸造材料的微观结构的背景噪声的灵敏度并且提高了对来自缺陷的散射声信号的灵敏度。

用于检测噪声材料中的缺陷的方法也在本文公开的主题的范围内。这样的方法包括以下步骤：从声晶体元件(acoustic crystal element)经过附接到该声晶体元件的聚碳酸酯延迟器层发出一定量的声能；并且基于由所述缺陷散射的经过所述聚碳酸酯延迟器的所发出声能的一部分的测量来检测所述噪声材料中的所述缺陷。

上面的简洁描述阐明了本发明的各个实施例的特征以便可以更好地理解后面的详细描述并且可以更好地明白对本领域的贡献。当然存在本发明的其他特征，所述特征将在下文中进行描述并且将针对所附权利要求的主题。

在这个方面，在详细地解释本发明的几个实施例之前，要理解的是，本发明的各个实施例在其应用方面不限于下面描述中阐明的或者附图中图解的构造细节和组件布置。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式被实施和执行。而且，要理解的是，本文采用的措词和术语用于描述的目的而不应当被看作是限定。

因此，本领域技术人员会明白，本公开所基于的概念可以容易地被用作设计用于执行本发明的几个目的的其他结构、方法和/或系统的基础。因此，重要的是，权利要求被看作包括这样的等同构造，只要它们不偏离本发明的精神和范围。

而且，前述摘要的目的是使得专利审查员和/或不熟悉专利或者法律术语或者措词的通常是公众以及特别是科学家、工程师和专业人员能够通过粗略的检查而迅速地确定本申请的技术公开的性质和本质。因此，摘要既不意欲限定本发明或者申请也不意欲以任何方式限定本发明的范围，其中本发明或者申请仅仅由权利要求书限定。

附图说明

通过参考下面的详细说明同时结合附图考虑，更好地理解本发明的所公开实施例及其许多附带优点，从而将更容易完全明白本发明的所公开实施例及其许多附带优点，在附图中：

图1图解了根据所公开主题的实施例的单元件超声检查探头的示意图；

图2图解了根据所公开主题的实施例的单元件超声检查探头和传统探头的性能比较中使用的非破坏性评估校准标样(standard)；

图3A-3C图解了单元件超声检查探头针对分别在球墨铸铁的校准标样块的示例性深度8、15和25毫米处的缺陷所测量的信号作为时间的函数的变化；

图4图解了对于使用传统双元件探头在各种材料中的检查测量、作为平底孔深度的函数的信噪比的变化；

图5图解了对于图1的单元件超声检查探头、作为平底孔深度的函数的信噪比的变化；

图6图解了对于单元件声检查探头的厚度从5毫米变化到100毫米的延迟器层、作为铁厚度深度的函数的任意单位的声信号幅度的变化的模拟结果；

图7A和7B图解了根据所公开主题的实施例的用于曲面的单元件超声检查探头的示意图的两个视图；以及

图8图解了根据所公开主题的实施例的用于曲面的单元件超声检查探头的示意图的横截面视图。

具体实施方式

所公开的主题的实施例一般涉及非破坏性测试，而且更具体地涉及用于检查铸造材料的超声探头和相关方法。在所公开的单元件超声检查探头中使用聚碳酸酯延迟器第一次允许检测在球墨铸铁和片状铸铁部件中的特征尺寸分别小至0.5毫米或者3.0毫米的表面下铸造缺陷，以前从未在迄今认为太高的频率处(因此生成具有不可接受的信噪比的微观结构背景散射)使用超声检测技术测量过该铸造缺陷。

在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意指在至少一个实施例中包括结合实施例描述的具体特征、结构或者特性。因此，在整个说明书各处的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不必指的是同一个实施例。而且，可以在一个或更多实施例中以任何适当的方式来组合所述具体特征、结构或者特性。现在参考附图，描述改进的超声检查探头的实施例，其中在几个附图中相同的附图标号表示等同或者对应的部件。

图1图解了根据所公开主题的一个实施例的单元件超声检查探头10的示意图。如图所示，单元件超声检查探头10包括在聚碳酸酯延迟器14上面安装的接触超声换能器(具有带有适当电连接的超声生成元件、匹配层(未示出)和衬里层(backing layer)(未示出)，以下统称为超声换能器或者晶体元件12)。接触元件12具有特征尺寸L₁，如果接触元件12是圆柱形的则该特征尺寸L₁可以是直径。而且，如图1所示，聚碳酸酯延迟器14具有高度H₂和宽度W₂，对于具有圆柱形聚碳酸酯延迟器14的实施例而言所述宽度也可以是直径。在使用中，聚碳酸酯延迟器14的下表面16被安装到要检查的表面，并且以适当的频率驱动接触元件12从而生成到该表面中的声能束。用于驱动接触元件12的频率、接触元件12的直径和聚碳酸酯延迟器14的尺寸特性的选择为单元件超声检查探头10产生期望的声能束。如普通技术人员所明白的，接触元件12也作为从铸件散射的声能的接收器，所述声能被进一步处理以便检测在被检查的部件中的缺陷。

如根据本文所公开的主题会变得更清楚的，单元件超声检查探头10的上述参数的范围预期用于其各个可能的实施例，以便允许检查噪声材料。这包括换能器有源元件的类型(其几何形状和工作频率)、电连接、匹配层和衬里层。如本领域普通技术人员显而易见的，超声元件也可以是以一维或者二维布置的线性或者相控阵列。如本文自始至终所使用的，措词“噪声材料”是指其中它们的微观结构的性质将散射超声能量从而阻碍小缺陷的检测的材料。措词“噪声材料”不意欲限于铸造材料。如本领域普通技术人员会明白的，在查阅了所公开的主题后，所公开的本发明的实施例可以被应用到具有如下结构的其他材料：该结构反射和/或散射超声能量，从而在所接收的信号中生成噪声并且使得较小的缺陷难于检测。除了球墨铸铁、片状铸铁和铸钢之外，这样的材料的示例还包括但是不限于复合材料、陶瓷和结构上多孔的材料。

如已经所述的，通常难于使用超声来检查铸铁材料。具有聚碳酸酯延迟器14的单元件超声检查探头10在检查铸铁材料中的缺陷方面提供较好的信噪比，所述铸铁材料诸如但是不限于片状铸铁和球墨铸铁。聚碳酸酯延迟器14产生用于提高检查性能所需要的更好超声束属性。单元件超声检查探头10的有益特征之一包括其设计可选择延迟器以最大化对铸铁材料中的缺陷的灵敏度同时最小化对诸如铸造材料微观结构特征的固有材料特性的灵敏度，这将在下面进行进一步的解释。

在图1所示的图示中，接触元件12是5MHz换能器，其具有直径为大约12.7毫米(大约0.5英寸)的圆形截面，并且聚碳酸酯层14的形状是具有大约32毫米(大约1.25英寸)的高度H₂和大约38毫米(大约1.5英寸)的直径L₂的圆柱体；然而，可以在所公开的主题的范围中使用其他形状和尺寸。例如但不视为限定，聚碳酸酯层14可以具有矩形或者正方形截面。另外，如所适用领域内的普通技术人员在查看了本文公开的主题后会明白的，聚碳酸酯层14的形状不是限制性的，只要其侧面积足够大使得超声波不干扰其侧壁即可。

如下面会变得更清楚的，广泛的实验测量和数值建模已经允许开发聚碳酸酯延迟器14的工程(engineered)形状和高度，其与接触元件12的驱动频率的选择一起使得本发明人可以达到期望的信噪比水平，如下面在实验和建模结果的总结中进一步说明的。相信聚碳酸酯延迟器14的作用就像对于从被检查的铸造部件的微观结构中所散射的一些声能的过滤器，但是与来自所述微观结构的背景噪声相比，来自缺陷的信号更直接(direct)且然后被传感器优先地检测到。还相信，来自微观结构的声散射信号在聚碳酸酯延迟器14处以从探头的接收部分散射开的各个角度发生(come off)，并且来自缺陷的散射更直接、到达传感器元件12并且被检测到。

在此应当注意的是，传统的散射理论教导：在用于检测铸造部件中的缺陷的声传感器中，应当降低频率以便达到所述部件的更深处。如将要所示的，这些发明人实际上已经提高了频率以提高对小缺陷的灵敏度，同时聚碳酸酯延迟器14允许对来自缺陷的散射的灵敏度并且衰减来自微观结构的散射。通常，三比一的信噪比是期望的。聚碳酸酯延迟器14的示例性实施例包括但不限于Lucite和Rexolite。单元件超声检查探头10的有益特征之一在于如下事实：超声检查可能在制造之前找到缺陷而此时铸造材料仍然在铸造厂，从而允许维修或者拒绝所述部件并因此避免了重大、不必要的制造成本。

传统上当检查噪声铸造材料时，使用双元件探头。为了评估单元件超声检查探头10的实施例在噪声材料中的性能，制造球墨铸铁、片状铸铁和铸钢的校准标样，并且使用单元件超声检查探头10的实施例和两个传统双元件超声检查探头来进行这些标样的测量并进行比较。第一传统双元件探头是2.25MHz探头，以下称为传统探头A，而第二传统双元件探头是5MHz双元件探头，以下称为传统探头B。然而如已经所述的，本文公开的主题可等同地应用到其他材料，所述材料包括但不限于复合材料、陶瓷和结构上多孔的材料。

图2图解了在三个不同深度(8、15和25毫米)具有模拟缺陷的校准标样之一的示例性实施例。这些标样是块20，该块20具有前表面22、底表面24以及用于模拟各种材料中的缺陷的一组不同大小(从大约0.5毫米到5毫米变化)和深度(从大约0毫米到大约35毫米变化)的平底孔26(或者FBH)。在图2的示例性校准标样中，每个平底孔26包括0.5毫米直径的孔28与沉孔30。为了包括铸件表面条件的影响，构造了铸态的和已加工的块20。通过研磨生成表面粗糙度为64微英寸的已加工的表面。另外，制得轧钢材料的另一个校准标样，其中已加工的表面被用作评估过程中的凭据(entitlement)。

块20中的每个都包含具有平坦且平滑表面的特定厚度的一组台阶(step)，以便在给定的深度生成“后壁(back-wall)”信号。图3A-3C图解了来自单元件超声检查探头10的、针对分别在球墨铸造校准标样块20的8、15和25毫米处的模拟缺陷的测量的信号作为时间的函数的变化。如图所示，典型的测量信号包括在被标注为32的信号部分的前表面22的检测，所述信号对应于在34的每个平底孔26的检测、在36的沉孔30的检测和在38的底表面24的检测。如所解释的，使用由球墨铸铁、片状铸铁和铸钢制成的不同块20来研究不同的深度范围(0-35毫米)和缺陷直径(0.5到5毫米)。如本领域内的普通技术人员会理解的，可以针对特定的深度范围优化根据所公开的各个实施例的单元件探头的聚碳酸酯延迟器14的高度。

使用浸没(immersion)和接触检查技术来进行可行性测试。所述浸没技术被认为是这个过程的凭据(或者最佳的可能性能)，而接触扫描将提供当前使用的检查过程的基准。包含平底孔26的块20被扫描，并且通过比较来自缺陷的峰值幅度和来自正常微观结构散射的峰值信号而使用标准过程来计算信噪比。目标是实现来自所评估的铸造材料中的所感兴趣的缺陷的3或者更大的信噪比。所进行的基准测试表明：当前使用的接触检查过程和浸没检查技术不能在所有的铸造材料上提供3或者更大的信噪比。由于微观结构散射相对于缺陷信号的低幅度，所以对铸钢件中的0.5毫米直径的人工缺陷的检测是可能的，而对铸铁材料中的类似缺陷的检测提出了更难的挑战。石墨球和石墨片产生的微观结构散射信号具有比从铸钢所观察的更大的幅度。当使用浸没检查技术进行测试时，观察到来自球墨铸铁中的石墨的散射相对于钢有所增大，但是不足以大得阻止对0.5毫米直径的平底孔的检测。当对球墨铸铁测试当前使用的接触方法时，这个材料的信噪比阻止对0.5毫米直径的平底孔的检测。对于片状铸铁，微观结构散射阻止通过所有方法检测0.5毫米平底孔。除了来自微观结构的影响之外，表面粗糙度也在信噪比的恶化中起一定作用。考虑到这些影响，发展了被确定为对质量关键的检查变量的值的范围，包括对于球墨铸铁和片状铸铁的各种成品而言位于从0毫米变化到30毫米的深度的平底孔和处于从0毫米到3毫米的范围的平底孔直径。应当注意的是，虽然已经对于球墨铸铁和片状铸铁部件执行了本文公开的测试和建模结果，但是所公开的探头和方法可适用于其他铸造材料的检查；因此，所述两种示例性测试和建模结果不应当视为任何方式的限定。

使用球墨铸铁和片状铸铁的块20中的平底孔26所进行的测试表明传统探头A和B不能克服上述的微观结构散射影响。传统探头A提供了散射信号的合理降低，但是不能以足够的信噪比检测0.5毫米直径的平底孔。超声2MHz波长是所感兴趣缺陷的大约3-4倍。这个波长-缺陷比降低了分辨这些缺陷的能力。因此，需要更高的超声频率来分辨所感兴趣的缺陷。使用更高检查频率的一个问题是来自正常铸造材料微观结构的散射随着检查的频率而增大。必须确定最适合于以足够的信噪比分辨所感兴趣的缺陷的频率。如已经所述的，为了合理地检测结构中的缺陷，认为3的SNR足以区分缺陷和微观结构散射。

使用传统探头A和B以及单元件超声检查探头10的实施例对不同校准块20中的多组平底孔26执行实验测试，并且记录信噪比。图4和5示出了对于传统探头A(图4)和单元件超声检查探头10(图5)、对于三个平底孔直径，信噪比的变化与平底孔深度的关系。这些测试的结果表明：传统探头B在铸钢块和铸铁块中的8毫米FBH处产生更大的信噪比值，而传统探头A在铸铁块中的较深FBH处表现得更好。这是由于与铸钢中的衰减相比铸铁中的频率相关衰减有所增加。图5中的对于单元件超声检查探头10的结果表明：信噪比大于3的接受准则并且随着不同的FBH深度而变化很少。总之，对于由球墨铸铁(具有0.5毫米或者更大的直径的缺陷)、片状铸铁(具有3毫米或者更大的直径的缺陷)和铸钢(具有0.5毫米或者更大的直径的缺陷)制成的校准块，在使用根据本文公开的主题的单元件超声检查探头在所提到的深度范围内进行的测量中的信噪比全部大于3，对于在球墨铸铁、片状铸铁和铸钢中的所提到的最小缺陷直径而言分别从4变化到8.7、从6.7变化到7.9以及从3变化到13。

发现单元件超声检查探头10的最佳工作频率在3MHz到5MHz之间，且当材料从片状铸铁改变到球墨铸铁以及改变到铸钢(微观结构噪声降低)时在更高频率表现得更好。也已经在本申请的受让人的制造工厂以及制造供应商的两个工厂进行了现场测试。已经对由所有三种材料铸造的组件进行了现场测试。在现场测试的所有材料中检测到使用单元件超声检查探头10的各个实施例的超声指示。

为了进一步研究和优化探头性能，通过由数值模拟实现的声场计算来对新颖且有益的单元件超声检查探头10和传统双元件声探头的行为进行建模。通过数值模拟比较了具有多个频率的双元件探头和具有不同长度的延迟线、不同的延迟线材料、延迟线厚度、延迟线直径和工作频率的单元件探头。所述模型用于研究来自具有不同尺寸和在不同深度的缺陷的响应。在建模研究期间，将与所建模的探头相关联的所有尺寸参数保持不变。传统双元件探头的模型结果与如上所解释的它们的对应物的实验性能吻合较好。

图6示出了对于厚度从5毫米变化到100毫米的延迟器层、声信号幅度作为铁深度的函数的变化的模拟结果。在这个特定结果中，所模拟的延迟器层材料是Lucite。如图6所示，对于较小的延迟器厚度存在相当大的束轮廓(profile)的幅度梯度和束上的幅度变化。基于球墨铸铁材料的模型结果，如图6所示，可接受的厚度范围大约在32毫米和40毫米之间。当增大Lucite厚度时，幅度的梯度降低，并且对于大约32毫米和40毫米的厚度，斜率几乎变为零。对于大于40毫米的Lucite延迟器厚度，观察到幅度梯度。观察到大约35毫米的最佳Lucite延迟器厚度。基于图6所示的建模结果，对于包括35毫米厚的聚碳酸酯延迟元件的单元件探头，预期对于30毫米厚的球墨铸铁件上的缺陷的均匀灵敏度。与由诸如石英的其他材料制成的延迟元件相比，具有聚碳酸酯延迟元件的单元件探头的作为频率的函数的信噪比的变化的模拟结果还示出了明显更高的信噪比。

如上所总结的，当前使用的单元件探头和双元件探头在球墨铸铁材料中的模拟性能结果已经表明所公开的新颖且有益的单元件探头的性能与传统双元件探头相比更好。在一个优选实施例中，为更高性能进行优化的单元件探头使用35毫米厚的Lucite延迟元件材料和大约4MHz的工作频率。在这个实施例中，所选择的Lucite延迟元件的直径是25.4毫米(1英寸)或者更大以便避免任何侧壁反射。

对各种铸造材料的铸造校准块的进一步实验测试和数值模拟的进一步使用还提供了单元件探头的另一个实施例，所述单元件探头包括5MHz换能器与32毫米厚的Rexolite延迟元件。这个实施例对于球墨铸铁中的0.5毫米平底孔和片状铸铁中的3毫米平底孔实现了大于3的信噪比。如上所示和所解释的，所述延迟元件能够在保持来自缺陷的信号的同时明显减少微观结构噪声。如本领域内的普通技术人员所理解的，Lucite和Rexolite之间的其中一个差别是Rexolite是具有比Lucite更大硬度和略高声音速度的聚碳酸酯。在所公开的主题的一些实施例中，Rexolite是优选的，因为它对于在粗糙的铸造表面上刮除时将保持得更好(hold up better to scrapping over a rough cast surface)。

除了平坦的铸造表面之外，还存在具有凸凹曲率的许多铸造表面，诸如——但不视为限制贯穿本文所公开的主题——膛壁(boresurface)、圆柱表面、隔膜表面(diaphragm surface)，仅举几个例子。曲率的范围可以很宽，大致从大约100毫米直径变化到大约1000毫米直径或者更大。当用于平坦表面检查的超声探头被应用到弯曲表面检查时，由于超声波在延迟器和铸件表面之间的界面处的耦合不足所以来自缺陷的信号幅度和信噪比可能减小。由表面曲率引起的自然聚焦或散焦也可能影响来自铸件中的缺陷的信号幅度和信噪比。

为了更好地检查弯曲表面铸件，图7(A和B)和8图解了被配置成改进通过弯曲表面界面的超声能量耦合的单元件超声探头40和50的两个示例性实施例。图7A和7B示出了具有窄部分44的延迟元件42的示例，所述窄部分44被配置成靠着弯曲表面布置以进行检查。通过修整被放置在要检查的铸件的表面上的延迟元件42的表面的部分46来获得窄部分44。图7A和7B的聚碳酸酯延迟元件42的直径从大约6.4毫米(0.25英寸)变化到大约51毫米(2英寸)。单元件超声探头40的延迟器高度可以从大约5毫米变化到大约50毫米，并且延迟器底部宽度可以从2.54毫米(0.1英寸)变化到大约51毫米(2英寸)。

在图8所示的单元件超声探头50中，聚碳酸酯延迟器54的底端52被加工成球形以轻微地聚焦超声能量。在另一个实施例中，所述延迟器的端部可以是圆锥形的，如图所示。圆锥的另一端具有小开口56，小开口56在检查期间与铸件的弯曲表面接触。这种设计把来自聚碳酸酯延迟器的过滤效果与略微聚焦的超声束和窄圆锥开口组合，从而对具有弯曲表面的铸件实现最佳的检查结果。

检测噪声材料中的缺陷的方法也在本文公开的主题的范围内。这样的方法包括以下步骤：从声晶体元件经过附接到所述声晶体元件的聚碳酸酯延迟器层发出一定量的声能，所述聚碳酸酯延迟器的表面与噪声材料的表面接触；并且基于由所述缺陷散射的经过所述聚碳酸酯延迟器的所发出声能的一部分的测量来检测所述噪声材料中的缺陷。另外，这样的方法还可以包括以下步骤：从声晶体元件经过从由Lucite延迟器层和Rexolite延迟器层组成的组中选择的聚碳酸酯延迟器层而发出一定量的声能，并且噪声材料选自由下述材料组成的组：复合材料、陶瓷、结构上多孔的材料、球墨铸铁、片状铸铁和铸钢。当检测球墨铸铁中的缺陷时，这些缺陷可能具有大约0.5毫米或者更大的特征尺寸并且位于距球墨铸铁的表面高达40毫米的深度。当检测片状铸铁中的缺陷时，这些缺陷可能具有大约3.0毫米或者更大的特征尺寸并且位于距片状铸铁的表面高达40毫米的深度。

如本文已经解释的，所述方法也适用于具有曲面的噪声材料，其中与噪声材料的表面接触的所述聚碳酸酯延迟器层的表面比附接到声晶体元件的聚碳酸酯延迟器层的表面更窄或者其中聚碳酸酯延迟器层是中空的并被填充流体并且包括具有开口的圆锥件，该开口设置在中空的聚碳酸酯延迟器的端部上。

虽然在附图中示出了并且上面结合几个示例性实施例具体、详细、全面地描述了本文所述的主题的所公开实施例，但对本领域内的普通技术人员显而易见的是，在实质上不偏离本文阐明的新颖教导、原理和概念以及在所附权利要求中所述的主题的优点的情况下可能进行许多修改、改变和省略。因此，应当仅仅通过所附权利要求书的最广义解释来确定所公开的创新的适当范围，以便涵盖所有这样的修改、改变和省略。另外，可以根据替代实施例来改变或者重新排序任何过程或者方法步骤的顺序或者次序。最后，在权利要求书中，任何方法加功能的句子意欲涵盖本文描述为执行所述功能的结构，并且不仅涵盖结构等同物而且涵盖等同结构。

Claims (15)

1.一种用于检查噪声材料中的缺陷的超声探头(10)，包括：

具有第一表面的聚碳酸酯延迟器(14)层，所述第一表面被配置为设置在所述噪声材料的表面上；以及

至少一个声晶体元件(12)，其设置在所述聚碳酸酯延迟器(14)层的第二表面上。

2.根据权利要求1的超声探头(10)，其中，所述聚碳酸酯延迟器(14)层选自由Lucite延迟器层和Rexolite延迟器层组成的组。

3.根据权利要求1的超声探头(10)，其中，所述聚碳酸酯延迟器(14)层是高度在20毫米和40毫米之间的Lucite延迟器层。

4.根据权利要求1的超声探头(10)，其中，所述噪声材料选自由下述材料组成的组：复合材料、陶瓷、结构上多孔的材料、球墨铸铁、片状铸铁和铸钢。

5.根据权利要求4的超声探头(10)，其中，所述铸造材料是球墨铸铁，并且所述缺陷具有大约0.5毫米或者更大的特征尺寸。

6.根据权利要求4的超声探头(10)，其中，所述铸造材料是片状铸铁，并且所述缺陷具有大约3.0毫米或者更大的特征尺寸。

7.根据权利要求3的超声探头(10)，其中，所述至少一个声晶体元件(12)的驱动频率从大约1MHz变化到大约5MHz。

8.根据权利要求5的超声探头(10)，其中，所述缺陷是位于距所述球墨铸铁的表面高达40毫米的深度的表面下缺陷。

9.根据权利要求6的超声探头(10)，其中，所述缺陷是位于距所述片状铸铁的表面高达40毫米的深度的表面下缺陷。

10.根据权利要求3的超声探头(10)，其中，所述聚碳酸酯延迟器层是高度在20毫米和40毫米之间的Rexolite延迟器层。

11.根据权利要求1的超声探头(10)，其中，所述噪声材料的表面是弯曲的，并且具有所述第一表面的所述聚碳酸酯延迟器层的端部比具有所述第二表面的第二端部更窄。

12.根据权利要求1的超声探头(10)，其中，所述噪声材料的表面是弯曲的，并且所述聚碳酸酯延迟器(14)的端部是具有开口的圆锥形，圆锥形端部的开口被配置为设置在所述噪声材料的表面上。

13.一种用于检查噪声材料中的缺陷的单元件超声探头(10)，包括：

用于降低对来自所述噪声材料的微观结构的背景噪声的灵敏度并且用于提高对来自所述缺陷的散射声信号的灵敏度的装置，所述装置具有第一表面，所述第一表面被配置为设置在所述铸造材料的表面上；以及

声晶体元件(12)，其设置在用于降低对来自所述噪声材料的微观结构的背景噪声的灵敏度并且用于提高对来自所述缺陷的散射声信号的灵敏度的装置的第二表面上，所述声晶体元件被配置为生成要被所述缺陷散射的声信号。

14.一种用于检测噪声材料中的缺陷的方法，所述方法包括：

从声晶体元件经过附接到该声晶体元件的聚碳酸酯延迟器层发出一定量的声能，所述聚碳酸酯延迟器的表面与所述噪声材料的表面接触；并且

基于由所述缺陷散射的经过所述聚碳酸酯延迟器的所发出声能的一部分的测量来检测所述噪声材料中的缺陷。

15.权利要求14的方法，其中，所述发出还包括从声晶体元件经过从由Lucite延迟器层和Rexolite延迟器层组成的组中选择的聚碳酸酯延迟器层而发出该一定量的声能，并且所述噪声材料选自由下述材料组成的组：复合材料、陶瓷、结构上多孔的材料、球墨铸铁、片状铸铁和铸钢。

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