Ультразвуковой преобразователь

Полезная модель относится к области средств неразрушающего контроля и может быть использована при ультразвуковом контроле сварных швов, а также листового материала на наличие внутренних дефектов.
Известен ультразвуковой преобразователь, содержащий корпус, в котором размещена цилиндрическая линза с двумя скосами, выполненными под углом, на скосы установлены пьезопластины, обеспечивающие излучение в двух направлениях - по и против хода движения преобразователя (см. Марков А.А., Шпагин Д.А. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов, - СПб, «Образование-Культура» 1999, стр. 215).
В результате анализа конструкции данного преобразователя необходимо отметить, что при его работе захватывается весьма узкая область озвучивания в двух направлениях - по и против хода движения преобразователя для выявления дефектов, ориентированных только перпендикулярно направлению ультразвуковых пучков (узкая область применения), причем использование в конструкции преобразователя двух пьезопластин требует применения дефектоскопа с двумя каналами и с раздельным регулированием коэффициента усиления отраженного сигнала.
Известен ультразвуковой преобразователь, содержащий полый корпус цилиндрической формы, закрытый в верхней части крышкой, к крышке торцом прикреплен демпфер, на свободной поверхности которого неработающей поверхностью размещена пьезопластина в виде диска, имеющая возможность соединения с источником питания дефектоскопа. В нижней части корпуса установлена акустическая линза конической формы с вершиной, направленной в сторону рабочей поверхности пьезопластины, а полость корпуса заполнена акустической нагрузкой (например водой). На внутренней поверхности корпуса установлена ловушка цилиндрической формы, гасящая ложные сигналы в замкнутом объеме преобразователя (см. патент РФ на полезную модель №155184, кл. G01N 29/00, 2015 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа конструкции данного преобразователя необходимо отметить, что ультразвуковой пучок цилиндрической формы, излучаемый пьезопластиной, распространяется через жидкостную акустическую нагрузку, попадает на боковую поверхность линзы конической формы, преломляется по закону Снелиуса с изменением фронта волны с цилиндрической на круговую, распространяется в материале линзы в сторону основания, вторично преломляется на границе линза - изделие, распространяется в материале изделия, значительно теряя свою интенсивность, что не позволяет выявлять несплошности малых размеров. При контроле изделий в случае попадания несплошности больших размеров в зону распространения ультразвукового пучка часть пучка отражается обратно, поступает на пьезопластину и регистрируется дефектоскопом.
Техническим результатом настоящей полезной модели является расширение функциональных возможностей, повышение качества контроля за счет выявления более мелких дефектов с различной ориентацией и увеличения объема прозвучивания сварных швов малых толщин.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в ультразвуковом преобразователе, содержащем корпус, установленную в корпусе акустическую линзу, размещенную вертикально и направленную вершиной в сторону пъезопластины, имеющей возможность соединения с дефектоскопом, размещенные в корпусе демпфер, ловушку ультразвуковых волн, а также акустическую нагрузку, новым является то, что акустическая линза выполнена в виде четырехугольной пирамиды с основанием в форме квадрата, а пъезопластина имеет форму, идентичную основанию пирамиды.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг. 1 - ультразвуковой преобразователь, вертикальный разрез;
- на фиг. 2 - ультразвуковой преобразователь, вид сверху со снятой крышкой.
Ультразвуковой преобразователь содержит полый корпус 1 прямоугольной формы квадратного сечения с крышкой 2, к которой прикреплен демпфер 3, выполненный из композиции компаунда с наполнителем, и пьезопластину 4 квадратной формы, расположенную на противоположной стороне демпфера 3 и имеющую рабочую и не работающую поверхности, излучающие ультразвуковые пучки. Ультразвуковой пучок, излучаемый неработающей поверхностью пьезопластины 4, гасится демпфером 3. Ультразвуковой пучок, излучаемый рабочей поверхностью пьезопластины 4, квадратной формы распространяется через акустическую нагрузку 5, например воду, попадает на акустическую линзу 6 в виде четырехугольной пирамиды, выполненную, как правило, из оргстекла, расщепляется на четыре ультразвуковых пучка равной интенсивности с фронтом треугольной формы. Опорные поверхности корпуса 1 и акустической линзы 6 устанавливаются на исследуемый объект 7, предварительно смоченный контактной жидкостью, например водой, для передачи ультразвукового пучка в объект 7, в котором дефект обозначен позицией 8. На внутренней поверхности полого корпуса 1 прямоугольной формы квадратного сечения размещена ловушка 9, поглощающая паразитные ультразвуковые пучки, отраженные от боковых поверхностей акустической линзы 6.
Ультразвуковой преобразователь работает следующим образом.
От дефектоскопа (на фиг. не показан) на пьезопластину 4 подают электрические импульсы, которые формируют ультразвуковые пучки с плоским фронтом квадратной формы, распространяющиеся в сторону демпфера 3 (не работающая поверхность) и в сторону вершины акустической линзы 6, в виде четырехгранной пирамиды с основанием квадратной формы. Демпфер 3 гасит неработающий ультразвуковой пучок путем выбора количества материала наполнителя в компаунде и его удельного веса и формирует рабочий ультразвуковой пучок продольной волны по длительности и мощности излучения. Рабочий ультразвуковой пучок продольной волны с квадратным фронтом распространяется через акустическую нагрузку 5 без значительной потери мощности и попадает на боковые поверхности акустической линзы 6 в виде пирамиды. На боковой поверхности акустической линзы 6 ультразвуковой пучок продольной волны с плоским фронтом расщепляется на четыре ультразвуковых пучка треугольной формы, которые и по закону Снелиуса преломляются в сторону основания пирамиды линзы. Часть ультразвукового пучка, отраженного от боковой поверхности акустической линзы 6, попадает в ловушку 8 и гасится в ней. На границе основания акустической линзы 6 и исследуемого объекта 7 ультразвуковые пучки треугольной формы по закону Снелиуса преломляются, трансформируются в поперечный тип волны и распространяются в изделие 7. В случае попадания дефекта 8 в ультразвуковое поле пучок частично отражается и возвращается в обратном направлении на пьезопластину 4, которая преобразует его в электрический импульс для передачи его на дефектоскоп (не показан) для регистрации.
Предложенная конструкция преобразователя обеспечивает акустическую связь пьезопластины 4 с исследуемым объектом посредством акустической нагрузки 5 с малым затуханием ультразвука и акустической линзы 6, обеспечивающей расщепление ультразвукового пучка на четыре отдельных пучка, направленных перпендикулярно друг к другу, одинаковой интенсивности, их преломление, трансформацию из продольного типа в поперечный и изменение фронта пучков из плоского кругового в треугольный вид с основанием, направленным в сторону корпуса 1 преобразователя, что позволяет выявлять дефекты малых размеров в исследуемых материалах с ориентацией, характерной технологиям изготовления объектов контроля. Треугольная форма сечения пучков с основанием, направленным в сторону корпуса, позволяет получить укороченный размер стрелы преобразователя, что обеспечивает прозвучивание корня сварного шва малой толщины акустической осью преобразователя. Весьма существенно также и то, что одинаковая интенсивность ультразвуковых пучков, направленных в разные стороны под углом 90° относительно к друг другу, позволяет использовать при контроле один дефектоскоп с одним каналом усиления.