[发明专利]使用超声测量弹性性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及非破坏性测试方法且更特别涉及通过超声非破坏性地确定各向同性金属材料的弹性性能的方法。

背景技术

存在对可用来确定同质和各向同性材料制成的部件的弹性性能(诸如杨氏模量或泊松比)的方法的永久需要。存在对与具有弯曲外表面的部件有关的方法的特定需要。已经知道对于平面部件而言使用超声波来确定杨氏模量，但是对于复杂部件来说，在外表面弯曲的情况下，难于正确地放置发射器和接收器以便获得可靠的结果。

用于计算复杂部件的弹性纵向模量—杨氏模量—的已知方式包括生产哑铃形测试件，该哑铃形测试件放置在拉力测试机的钳口之间。然而，并不是总能够生产出哑铃形测试件或者对于一些材料来说可能是非常昂贵的。另外，测试件的形状与所使用部件的形状常常非常不同。取决于制造部件的方法，测量它们的弹性模量可能是不相干的。

本申请人设定目标是改善检验复杂部件的非破坏性方法，特别是改善检验具有弯曲形状的复杂部件的非破坏性方法，并且提出使用超声波来确定弹性性能，诸如弹性的纵向模量和泊松比。

US3,416,265描述了使用纵向和横向波行进通过已知厚度的材料的测量量确定具有弯曲表面且已知厚度的部件的弹性性能，然而它没有教导其应用于在不同方向上具有两个厚度的部件。

发明内容

依据本发明，一种用于确定具有弯曲表面的部件的弹性性能的方法，包括朝着所述部件表面上的冲击点发射超声波射束以便在所述部件内生成波的传输，其特征在于，已知所述部件在所述冲击点处在垂直于该点切面的第一方向D₁上的厚度d₁和在形成相对于所述第一方向确定的角度α的第二方向D₂上的厚度d₂，

所发射的纵向波在所述部件内行进距所述冲击点距离d₁所用的时间t₁的测量量；

所发射的纵向波在所述部件内行进距所述冲击点距离d₂所用的时间t₂的测量量；

取得上面测量量。

基于纵向速度V_L＝d₁/t₁和横向速度V_T＝d₂/t₂确定材料的杨氏模量和/或泊松比。

优选地，发射超声波的射束通过耦合流体，诸如水。

该方法有利地可应用于由各向同性材料制成的部件。

更特别地，该方法可应用于球形部件，d₁对应于该球体的直径而d₂对应于形成所述角度α的弦的长度。例如，该方法有利地可应用于金属球的检查，特别是由不锈钢制成的金属球的检查；对于由诸如Si₃N₄、SiC或者ZrO₂制成的陶瓷材料的球(其用在轴承中)而言，它还具有特定的值。然而，该方法不限于球形部件并且可以应用于在模型、特别是计算机模型范围内的更复杂形状，可用于使得能够在部件内部数学地预测超声波。

将回想到，相对于该部件和外部环境之间的界面平面限定了在该部件中发射的波，所述界面平面用作用于标识横向和纵向波的极化的参考。这些波在垂直于界面平面的矢状平面中被极化，横向波通过纵向波通过该界面的传输而生成。

已知金属样本的弹性性能影响纵向和横向波的传输以及影响它们的速度，这进而能够使用其知识计算弹性性能。小的机械变形把纵向波的传播速度V_L和横向波的传播速度V_T与杨氏模量E和泊松比ν联系起来。

关系式如下：

E＝ρV_T²(3V_L²-4V_T²)/(V_L²-V_T²)

ν＝0.5(V_L²-2V_T²)/(V_L²-V_T²)

因而，在已经计算出传播速度V_L和V_T的情况下，可以得到使得能够计算杨氏模量和泊松比的参数，并且基于此，得到该材料的其它特征。

附图说明