ЭМА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к технике неразрушающего контроля металлических изделий ультразвуковым методом.
При проведении неразрушающего контроля металлических изделий ультразвуковым методом широкое распространение получили электромагнитные акустические преобразователи (ЭМА преобразователи), позволяющие сформировать акустическую волну в металле контролируемого объекта без использования контактной жидкости, через ржавчину или лакокрасочное покрытие. Принцип действия ЭМА преобразователей основан на формировании акустической волны в результате взаимодействия в поверхностном слое металла контролируемого объекта первичного и наведенного токов.
ЭМА преобразователи состоят из узла подмагничивания и излучателя. Узел подмагничивания представляет собой электромагнит или постоянный магнит. Излучатель представляет собой катушку или набор элементарных нитей-проводников, расположенных в непосредственной близости от поверхности контролируемого объекта или изделия.
Известен ЭМА преобразователь (см. Шкарлет Ю.М. Бесконтактные методы ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1974, с.56.), предназначенный для ультразвукового контроля листового металла. ЭМА преобразователь состоит из узла подмагничивания и излучателя. В свою очередь, узел подмагничивания представляет собой мощные концентраторы магнитного поля, расположенные с двух сторон контролируемого листа металла. Излучатель представляет собой спиральную катушку, расположенную между контролируемой поверхностью и торцом одного из концентраторов магнитного поля. Схема построения ЭМА преобразователя не позволяет проводить контроль металлических объектов, имеющих значительную толщину.
Известен ЭМА преобразователь (см. Буденков Б.А., Буденков Г.А. и др. Бесконтактный ввод и прием ультразвука. - Дефектоскопия, 1969, №1, с.121-123.), предназначенный для ультразвукового контроля металлических изделий произвольной толщины. ЭМА преобразователь состоит из узла подмагничивания и излучателя. Узел подмагничивания представляет собой П-образный магнит, полюса которого расположены
c
c
на поверхности контролируемого металлического изделия. Излучатель представляет собой решетку, состоящую из нескольких расположенных в одной плоскости параллельно друг другу проводников (нитей-излучателей). Решетка расположена между полюсами магнита, параллельно поверхности контролируемого изделия. Для формирования звуковой волны системой синфазных излучателей, расстояние между излучателями выбирают равному l=λ; при возбуждении систем противофазных излучателей l=λ/2, где λ=c/f - длина нормальной ультразвуковой волны в соответствующей рабочей точке; c - фазовая скорость ультразвуковой волны; f - рабочая частота ультразвукового излучения.
ЭМА преобразователь имеет постоянный магнит, что не позволяет оперативно изменять значение магнитной индукции внешнего поля на поверхности контролируемого изделия. Вместе с тем известно (см. Эйчина В.Г., Кеслер Н.А. Влияние магнитного поля на затухание ультразвуковых колебаний. - Дефектоскопия, 1972, №3, с.53-58; Малинка А.В., Драпкин И.А., Коломоец Н.Т. Электромагнитно-акустический метод контроля ферромагнитных листов и труб. -  Дефектоскопия, 1972, №4, с.44-48.), что максимальный эффект при контроле изделий из различных материалов, достигается при различном значении магнитной индукции внешнего поля.
Известен ЭМА преобразователь (см. патент Японии 2004-177267, G 01 N 29/04, первый вариант), предназначенный для ультразвукового контроля металлических изделий произвольной толщины. ЭМА преобразователь состоит из П-образного узла подмагничивания и излучателя. Излучатель представляет собой решетку, состоящую из нескольких расположенных в одной плоскости параллельно друг другу проводников (нитей-излучателей). Решетка расположена между полюсами узла подмагничивания, параллельно поверхности контролируемого изделия. Узел подмагничивания включает в себя электромагнит, закрепленный между верхними частями магнитоводов. Нижние торцы магнитоводов являются полюсами узла подмагничивания. Наличие электромагнита позволят изменять значение магнитной индукции внешнего поля на поверхности контролируемого изделия в широких пределах, однако приводит к дополнительному потреблению электроэнергии, что в ряде случаев практического применения преобразователя является нежелательным.
Известен ЭМА преобразователь (см. патент Японии 2004-177267, G 01 N 29/04, второй вариант), являющийся прототипом заявляемой полезной модели. ЭМА преобразователь
состоит из П-образного узла подмагничивания и излучателя. Излучатель представляет собой решетку, состоящую из нескольких расположенных в одной плоскости параллельно друг другу проводников (нитей-излучателей). Решетка расположена между полюсами узла подмагничивания, параллельно поверхности контролируемого изделия. Узел подмагничивания включает в себя постоянный магнит, расположенный между верхними торцами магнитоводов. Нижние торцы магнитоводов являются полюсами узла подмагничивания. Постоянный магнит представляет собой прямоугольный брусок с закругленными краями. Магнит установлен с возможностью вращения вокруг своей продольной оси симметрии, расположенной параллельно нитям-излучателям. Конструкция датчика позволяет изменять значение магнитной индукции внешнего поля на поверхности контролируемого изделия в широких пределах. Вместе с тем, наличие вращающего магнита может быть неприемлемо из-за конструктивных ограничений системы неразрушающего контроля, использующей данный преобразователь.
В основу полезной модели положена задача расширения технологических возможностей изготовления ЭМА преобразователей с регулируемым значением магнитной индукции внешнего поля на поверхности контролируемого изделия за счет применения магнита в форме прямоугольного равнобедренного обелиска, установленного между имеющими скосы торцами магнитоводов. Плоскопараллельное перемещение магнита вдоль оси, перпендикулярной плоскости излучателя позволит плавно изменять воздушный промежуток между полюсами магнита и торцами магнитоводов. Это, в свою очередь, позволит добиться плавного изменения магнитной индукции на поверхности контролируемого изделия с помощью отличного от аналогов и прототипа конструктивного решения.
Задача, положенная в основу полезной модели, решается за счет того, что в ЭМА преобразователе, состоящем из П-образного узла подмагничивания и расположенного между его полюсами излучателя, представляющего собой решетку из нескольких расположенных в одной плоскости параллельных друг другу и полюсам узла подмагничивания проводников, в котором узел подмагничивания представляет собой подвижный постоянный магнит, расположенный между верхними торцами параллельных друг другу магнитоводов, нижние торцы которых образуют полюса узла подмагничивания, в соответствии с полезной моделью, магнит выполнен в виде размещенного над излучателем прямоугольного равнобедренного обелиска, наклонные
стороны которого, являющиеся полюсами магнита, направлены на имеющие аналогичный наклон торцы магнитоводов, а меньшее основание магнита направлено на излучатель и параллельно ему, при этом магнит установлен с возможностью плоскопараллельного перемещения вдоль оси, перпендикулярной плоскости излучателя.
Конструкция предлагаемого ЭМА преобразователя поясняется рисунком, приведенным на фиг.1, где 1 - излучатель, 2 - магнит, 3 - магнитоводы, 4 - брусок из диэлектрического материала, 5 - механизм плоскопараллельного перемещения, 6 - поверхность контролируемого объекта.
Суть полезной модели заключается в следующем.
ЭМА преобразователь состоит из П-образного узла подмагничивания и излучателя. Излучатель представляет собой решетку, состоящую из нескольких расположенных в одной плоскости параллельно друг другу проводников (нитей-излучателей). Решетка расположена между полюсами узла подмагничивания, в непосредственной близости от поверхности контролируемого изделия, параллельно ей. Нити-излучатели должны располагаться друг от друга на расстоянии l=λ, l=λ/2 (см. Глухов Н.А., Бобров В.Т., Веременко С.В., Дружаев Ю.А., Колмогоров В.Н., Лебедева Н.А. Электромагнитно-акустические преобразователи для упругих волноводов. - Дефектоскопия, 1972, №4, с.38-45.), или, при контроле изделий из ферромагнитных материалов, на расстоянии l=λ/6 (см. Буденков Г.А. Гуревич С.Ю. Современное состояние бесконтактных методов и средств ультразвукового контроля: Акустические методы. - Дефектоскопия, 1981, №5, стр.6-22.), где λ - длина нормальной акустической волны, возбуждаемой ЭМА преобразователем.
П-образный узел подмагничивания состоит из постоянного магнита, расположенного в центральной части узла и двух магнитоводов, установленных перпендикулярно поверхности контролируемого изделия. Магнит имеет форму прямоугольного равнобедренного обелиска (см., например, Бронштейн И.Н., Семедяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗОВ. М.: Наука, 1980, стр.222). Он установлен параллельно плоскости излучателя, при этом меньшее основание магнита расположено со стороны излучателя. Наклонные стороны магнита, являющиеся его полюсами, направлены на имеющие аналогичный наклон торцы магнитоводов.
Магнитоводы, излучатель и магнит зафиксированы друг относительно друга с помощью прямоугольного бруска, изготовленного из диэлектрического материала.
При этом излучатель прикреплен к нижней стороне бруска, к боковым сторонам которого
прикреплены внутренние стороны магнитоводов. На верхней стороне диэлектрического бруска установлен механизм плоскопараллельного перемещения магнита.
Работа предлагаемого ЭМА преобразователя заключается в следующем. Для проведения неразрушающего контроля, ЭМА преобразователь устанавливают на поверхность контролируемого изделия. При этом излучатель располагают в непосредственной близи от поверхности. С помощью узла подмагничивания в верхнем слое объекта контроля создается постоянное магнитное поле. Требуемые характеристики магнитного поля получают, перемещая магнит вдоль оси, перпендикулярной плоскости излучателя. Значение магнитной индукции внешнего поля на поверхности контролируемого изделия будет изменяться по мере изменения величины воздушного промежутка между полюсами магнита и верхними торцами магнитоводов. После этого на нити излучателя подается электрический сигнал с заданными характеристиками, в результате чего в поверхностном слое объекта контроля индуцируются вихревые токи. Взаимодействие первичного и наведенного токов приводит к появлению давлений, изменяющихся с ультразвуковой частотой. Ультразвуковые колебания, в свою очередь, создают в металле пространственно-периодическое поле, под влиянием которого частицы среды совершают колебания. При пересечении колеблющимися частицами силовых линий магнитного поля, в поверхностном слое металла возникают вихревые токи, которые регистрируются с помощью приемной части системы неразрушающего контроля.
Нити излучателя могут быть изготовлены методом травления металлической фольги, приклеенной к нижней стороне диэлектрического бруска, или нанесены с помощью напыления.
Использование предлагаемого ЭМА преобразователя позволит подобрать оптимальные характеристики магнитного поля на поверхности контролируемого изделия без использования вращающихся магнитов и электромагнитов.