ПРОТЕКТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
PROTECTOR FOR ELECTROMAGNETIC-ACOUSTIC TRANSDUCERS

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть применено для ультразвукового контроля листового, сортового проката и труб.
Известен электромагнитно-акустический преобразователь на «воздушной подушке», включающий, в частности, магнитную систему, позволяющую управлять магнитным полем в зоне возбуждения и приема упругих волн, электромагнитную катушку, концентратор, выполненный в виде постоянного магнита, охваченный электромагнитной катушкой, подложку, катушку индуктивности и протектор, выполненный в виде одной цельной керамической пластины, расположенной в зоне катушки индуктивности. Предполагается, что эта пластина равнотолщинна и локализована в зоне катушки индуктивности как отдельный элемент и ее поверхность со стороны объекта контроля находится на одном уровне с подложкой [1].
Известен электромагнитно-акустический преобразователь, в котором для возбуждения и приема ультразвуковых волн по нормали к поверхности объекта контроля очень часто используют индуктор в виде симметричной плоской катушки, напоминающей по форме бабочку. Предполагается, что катушка индуктивности (индуктор) наклеена на протектор, например, на одну цельную керамическую пластину и, следовательно, ее периферийные части находятся на приблизительно равном расстоянии от объекта контроля, что и рабочая часть катушки индуктивности [2].
Известен электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий электромагнитную катушку, магнитопровод, подложку и катушку индуктивности, наклеенную на керамическую пластину. Однако, как и в известном изобретении [1, 2], предполагается, что катушка индуктивности наклеена на одну цельную плоскую керамическую пластину, параллельную рабочей поверхности подложки, и, следовательно, такая керамическая пластина и катушка индуктивности находятся на приблизительно равном расстоянии от объекта контроля [3].
Общими недостатками известных электромагнитно-акустических преобразователей (ЭМАП) [1, 2, 3] являются:
а) выполнение протектора из одной цельной керамической пластины, параллельной рабочей плоскости подложки электромагнитно-акустического преобразователя, и расположение крайних витков катушек индуктивности на одном уровне с рабочими витками, находящимися под концентратором;
б) ненадежная защита катушек индуктивности и в целом рабочей поверхности подложки от механических повреждений при соприкосновении ЭМАП с поверхностью объекта контроля.
Эти недостатки существенно влияют на качество ультразвукового контроля материалов и изделий и способствуют частым повреждениям и разрушению керамических пластин и наклеенных на них катушек индуктивности при контакте подложки с металлическим частицами и окалиной, находящихся на поверхности объекта контроля
Протектор является важным элементом ЭМАП и служит для защиты активных элементов от механического или электрического повреждения при осуществлении ультразвукового контроля. Как правило, это тонкая пластинка, выполненная из диэлектрического материала. Эта пластинка может иметь переменную толщину.
Протекторы, реализованные в известных изобретениях [1, 2, 3], выполненные из керамики, обладают высокой прочностью к истиранию, но хрупкие, плохо выдерживают ударные воздействия со стороны объекта контроля.
Протекторы ЭМАП могут выполняться в принципе из любого диэлектрического материала, в том числе из пластмассы или композитных материалов. Эти протекторы хорошо выдерживают ударные нагрузки, но легко повреждаются неровной и шероховатой поверхностью объекта контроля.
Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости ЭМАП за счет применения протектора, который обладает свойствами керамики с точки зрения высокой стойкости к истиранию и в то же время отлично выдерживает ударные нагрузки.
Указанная цель достигается тем, что протектор для электромагнитно-акустических преобразователей, защищающий активные элементы, в том числе, катушки индуктивности и содержащий керамические пластины, установленные в корпусе или подложке электромагнитно-акустических преобразователей, выполнен в виде совокупности из трех или более керамических пластин, причем торцы соседних пластин примыкают друг к другу, либо находятся на небольшом расстоянии друг от друга и соединены между собой с помощью достаточно гибкого материала, обладающего низкой удельной электропроводностью, причем совокупность керамических пластин со стороны, обращенной к объекту контроля, образует поверхность плоской или цилиндрической формы с радиусом кривизны, удовлетворяющим условию R≥d/2, где d - минимальный наружный диаметр объекта контроля, а характерные размеры керамических пластин выбираются с учетом геометрических параметров неровностей объекта контроля из диапазона 2-12 мм, при этом значение толщины керамических пластин в самом их толстом месте составляет 0,1-3 мм.
Для того чтобы острые элементы неровной, шероховатой поверхности объекта контроля не разрушали, не царапали протектор, не «вырывали» из него керамические пластины, последние должны быть существенно крупнее, чем характерные размеры неровностей на поверхности контролируемого материала (листовой и сортовой прокат трубы). Поэтому характерные размеры керамических пластин (например, диаметр, или стороны прямоугольника для пластин соответственно, выполненных в виде диска или прямоугольной формы) выбираются из диапазона 2-12 мм.
Поскольку эффективность ЭМАП существенно снижается при увеличении расстояния между активными элементами и объектом контроля, толщина протектора всегда является компромиссом между его защитными свойствами и требуемой чувствительностью контроля. Исходя из этого, максимальное значение толщины керамических пластин составляет значение 0,1-3 мм.
Достижению цели способствует так же то, что керамические пластины наклеены на большего размера пластину-основание с низкой удельной электропроводностью, а пространство между керамическими пластинами заполнено связующим материалом. Форма этой пластины-основания примерно согласована с формой объекта контроля. При этом форма поверхности, образуемой керамическими пластинами, будет автоматически так же согласована с объектом контроля.
Цель достигается так же и в случае, когда керамические пластины интегрированы в пластину или элемент корпуса ЭМАП, изготовленные из пластика и образующие с ним единый монолитный блок.
Цель достигается так же тем, что керамические пластины в периферийных областях имеют утонения, так что значения толщины керамических пластин в периферийных областях меньше, чем ее значение в их центральных областях. Это способствует более прочному фиксированию керамических пластин в окружающем их материале. При изгибах протектора, ударах по нему со стороны объекта контроля, риск «выпадения» керамических пластин будет минимальным.
Достижению цели способствует и то, что керамические пластины выполнены в форме одно- или двояковыпуклой линзы. Такая форма обеспечивает не только отличную фиксацию пластин в окружающем материале, но и отсутствие агрессивного воздействия протектора на контролируемый материал. При частичном износе протектора скругленные керамические элементы не будут царапать поверхность объекта контроля. С технологической точки зрения симметричная форма двояковыпуклых линз позволяет внедрять их в окружающий материал, не заботясь о предварительной ориентации пластин при изготовлении протектора.
В качестве окружающего материала может быть использована пластмасса, резина или любой пластиковый компаунд. Керамические пластины могут быть так же вклеены в предварительно рассверленную диэлектрическую пластину.
На Фиг.1 приведен пример протектора толщиной 0,5 мм с внедренными керамическими «линзами» диаметром 5 мм. Такой протектор будет согласован по форме с плоским или почти плоским объектом контроля, например с трубой, диаметр которой существенно превышает характерный размер защищаемого протектором активного элемента.
На Фиг.2 приведен пример, когда керамические пластины наклеены на подложку-основание.
Фигура 3 иллюстрирует пример, когда протектор в виде совокупности керамических пластин, соединенных между собой пластмассовой основой, интегрирован в элемент корпуса ЭМАП.
Из приведенных примеров видно, что керамические пластины могут иметь различную форму и соединены между собой различными способами.
Разрушение одной из пластин, например, в результате сосредоточенной ударной нагрузки, не приводит автоматически к разрушению остальных пластин и протектора в целом, как это происходит в случае, если протектор изготовлен из монолитной керамической пластины. Кроме того, сравнительно малый размер пластин, составляющих протектор, а так же наличие упругой связи межу ними обеспечивают значительно большее сопротивление протектора ударам со стороны объекта контроля. При этом стойкость составного протектора к истиранию находится на уровне, обеспечивающемся монолитной пластиной-протектором.
Описание рисунков
Описание протектора (протекторов) для электромагнитно-акустических преобразователей (ЭМАП)
Протектор 1, согласно фиг.1, содержит цилиндрические керамические пластины 2, характерные размеры которых выбираются с учетом геометрических параметров неровностей объекта контроля (ОК) из диапазона 2-12 мм, при этом значение толщины керамических пластин 2 в самом их толстом месте составляет 0,1-3 мм. Керамические пластины 2 интегрированы, «влиты» в пластмассу 3 и образуют с ней монолитный блок 4. Этот блок может иметь более сложную форму и служить так же в качестве корпуса 5 ЭМАП или элементом его корпуса, например подложки 6.
Протектор 7, согласно фиг.2, например, прямоугольные керамические пластины 8, которые наклеены на основание 9, определяющее форму протектора 7 и механически соединяющее керамические пластины 8 в единый монолитный блок 10. Этот блок 10, как и в предыдущем случае, может иметь более сложную форму и так же служить в качестве корпуса 5 ЭМАП или элементом его корпуса, например подложки 6. Пространство между пластинами заполнено связующим материалом 11, например пластмассой 3 или эпоксидным компаундом 12.
Протектор 13, согласно фиг.3, выполнен как элемент корпуса 5 ЭМАП и согласован по форме с цилиндрическим объектом контроля (ОК), а в периферийных зонах расположены места утонения керамических пластин 14.
Источники информации
1. Патент РФ №2300762.
2. Патент РФ №2268517.
3. Патент РФ №2270443.