ПОДЛОЖКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области неразрушающего, в частности, ультразвукового контроля материалов и изделий и может быть использована для контроля листового и сортового проката, а также труб.
Известен электромагнитно-акустический преобразователь (ЭМАП) [1], включающий индуктор или группу индукторов, корпус, выполненный из неферромагнитного металла, а также диэлектрический, чаще керамический протектор, вклеенный в корпус в районе индукторов. Известный преобразователь содержит корпус, индуктор и протектор в виде керамической пластины, предназначенный для защиты от повреждений индуктора. Протектор защищает от механических повреждений только индуктор и имеет, как правило, сравнительно небольшие размеры, сопоставимые с размером индуктора или группы индукторов и согласованную с индукторами форму.
Известен ЭМАП, в котором корпус в центральной части выполнен в виде цилиндра с отверстиями для концентраторов, снабженный пластиной из немагнитного материала, к которой прикреплена подложка, к которой приклеена керамическая пластина для защиты катушек индуктивности от механических повреждений при контакте подложки с объектом контроля [2].
Известен ЭМАП, содержащий корпус, в котором постоянные магниты смонтированы в обойме, вставленной в цилиндрический барабан. Барабан, магниты и обойма со стороны подложки с концентратором выполнены по окружности с общим радиусом, совпадающим с радиусом отверстия в корпусе, в которое вставлен барабан. В центральное отверстие подложки вклеена керамическая пластина для защиты катушки индуктивности от механических повреждений [3].
Известен ЭМАП, содержащий корпус с подложкой, по меньшей мере, один индуктор и закрывающий его с нижней стороны подложки протектор в виде керамической пластины (отдельной детали). В подложке выполнены отверстия для подачи воздуха, образующего в процессе функционирования воздушную подушку между нижней поверхностью подложки и объектом контроля. Керамическая пластина (отдельная деталь) расположена на нижней поверхности подложки и выполнена таких размеров, что ее внешний контур охватывает отверстия в подложке, при этом в указанной керамической пластине выполнены отверстия, соосные отверстиям в корпусе, площадь керамической пластины равна площади нижней поверхности подложки, а ее форма совпадает с формой нижней поверхности подложки, при этом керамическая пластина (отдельная деталь), жестко прикреплена к нижней поверхности подложки, например, приклеена. Кроме того, толщина керамической пластины постоянна и составляет от 0,1 до 5 мм в зависимости от типа и размеров индуктора, типа и свойств возбуждаемых и/или принимаемых упругих колебаний, внешних условий и требуемой чувствительности ультразвукового контроля, в подложке выполнены отверстия для подачи воздуха, образующего в процессе функционирования воздушную подушку между подложкой и объектом контроля. Подложка может быть выполнена из керамики за одно целое с протектором, который (отдельная деталь) приклеен к подложке [4].
К общему недостатку перечисленных выше известных ЭМАП, как показала их эксплуатация в промышленных установках, относится следующее. Рабочая плоскость протектора (керамической пластины под катушками индуктивности), как правило, находится на одном уровне с рабочей поверхностью корпуса, или несколько утоплена в него. Можно сказать, что протектор находится внутри подложки, «вклеен» в нее. Его рабочую поверхность, как правило, не требуется согласовывать с формой поверхности объекта контроля ввиду малости размеров протектора.
При таком подходе минимизация размеров протектора снижает протяженность его контура, контактирующего и взаимодействующего с корпусом, и в целом благоприятно сказывается на продолжительности работы ЭМАП. Уменьшение размеров корпуса, однако, ограничено размерами индуктора или группы индукторов.
Согласованная по форме с объектом контроля подложка содержит отверстия для выхода сжатого воздуха, и ответственна за формирование воздушной подушки. В известном преобразователе основным элементом, формирующим воздушную подушку и определяющим эффективность ее работы, является подложка. Форма рабочей поверхности подложки всегда согласована с объектом контроля, поскольку подложка является элементом ЭМАП, с геометрической точки зрения наиболее приближенным к объекту контроля в ходе проведения ультразвукового контроля.
Недостатком таких ЭМАП является также сравнительно высокий уровень акустических помех, обусловленный проявлениями паразитной акустической связи между индукторами и протектором и малыми размерами протектора. и их сравнительно низкая помехозащищенность, обусловленная проявлениями паразитной электромагнитной связи между металлическими деталями преобразователя (подложкой) и объектом контроля.
К недостатку известного ЭМАП [4], протектор которого по размерам и форме согласован с индуктором или группой индукторов, является низкая механическая, температурная и эрозионная стойкость такой конструкции. Хотя воздушная подушка предназначена для эффективной защиты преобразователя от действия температуры и истирания, контролируемый металл может иметь неровности, выступающие дефекты на поверхности и отклонения формы от номинала. Это определяет возможность прямого механического контакта ЭМАП с изделием и, как следствие, его повреждение. Кроме того, срываемые потоком формирующего воздушную подушку сжатого воздуха твердые частицы окалины, разгоняясь до высоких скоростей, оказывают эрозионное, разрушающее воздействие на рабочую поверхность преобразователя.
Металл подложки является во всех практически значимых случаях материалом более мягким по сравнению с керамикой, из которой изготовлен протектор. Царапины, ссадины локальные истирания резко снижают эффективность воздушной подушки. Различие физических свойств материалов, находящихся в зоне воздушной подушки определяет неравномерный механический и эрозионный износ преобразователя. Особенно интенсивной эрозии подвержено клеевое соединение между контуром керамики и подложкой. При осуществлении высокотемпературного ультразвукового контроля циклы «нагрев-охлаждение» также отрицательно влияют на срок службы ЭМАП из-за различия в коэффициентах расширения применяемых материалов.
Задачей изобретения (полезной модели) являются существенное повышение чувствительности, помехозащищенности и достоверности ультразвукового контроля за счет снижения отрицательного влияния акустической связи между индуктором и протектором, уменьшения электрической и электромагнитной связи между преобразователем и объектом контроля и снижения уровня электрических и электромагнитных помех, обусловленных этой связью. Другой задачей изобретения (полезной модели) является существенное повышение технологичности изготовления преобразователя и улучшение его эксплуатационных свойств за счет улучшения эффективности воздушной подушки, повышения механической прочности и эрозионной стойкости преобразователя.
Указанная задача решается тем, что в подложке электромагнитно-акустического преобразователя, содержащей корпус, концентратор, одну или несколько катушек индуктивности и керамическую пластину, размещенную между подложкой и объектом ультразвукового контроля, содержащей отверстия для выхода сжатого воздуха, питающего «воздушную подушку», с размерами, существенно превышающими размеры катушки или группы катушек индуктивности и имеющей площадь, соизмеримую с площадью рабочей поверхности подложки, согласованную с ней и объектом контроля по форме, часть керамической пластины за пределами керамической пластины, прилегающей непосредственно к катушкам индуктивности выполнена в виде слоя керамики толщиной от 0,5 до 10 мм, образованного на поверхности подложки, непосредственно примыкающей к объекту контроля, например, напылением, нанесенного на всю остальную поверхность подложки, на одном уровне с керамической пластиной, прилегающей к катушкам индуктивности, а в корпусе совместно со слоем керамики выполнены отверстия для выхода сжатого воздуха, питающего «воздушную подушку».
Конструкция предлагаемой подложки поясняется рисунком на фиг.1. Подложка содержит корпус 1, концентратор 2, катушку индуктивности 3, залитую клеем 4, керамическую пластину 5 непосредственно примыкающую к катушке (или катушкам) индуктивности 3, керамический слой 6, нанесенный, например, напылением, на всю остальную поверхность подложки, непосредственно примыкающую к объекту контроля, на одном уроне с керамической пластиной 5. В корпусе 1 совместно со слоем керамики 6 выполнены отверстия 7 для выхода сжатого воздуха, питающего «воздушную подушку».
Предлагаемая подложка ЭМАП обладает высокой стойкостью, характерной для керамических подложек, не является хрупкой и сохраняет великолепные свойства электромагнитного экрана. Современные технологии керамического напыления, позволяют получить слой керамики на поверхности подложки ЭМАП любой толщины. Слой керамики внедряется в металл на диффузионном уровне и обеспечивает отличную эрозионную стойкость подложки и стойкость к истиранию или повреждениям со стороны локальных дефектов поверхности контролируемого материала, а также стойкость к ударам.
Предлагаемая подложка ЭМАП отлично зарекомендовала себя на практике, Срок службы ЭМАП возрос в среднем в 4,5 раза по сравнению с металлическими подложками и в 1,7 раза по сравнению с керамическими пластинами, прикрепляемых к поверхности подложек с помощью клея, или расположенных только под катушками индуктивности.
Источники информации
1. Патент РФ №2295125
2. Патент РФ №2247979
3. Патент РФ №2300763
4. Патент РФ №2348927