УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПНАЯ ГОЛОВКА
ULTRASONIC FLAW DETECTION HEAD

Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопной головке для неискаженного контроля металлических изделий, в частности труб, в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы.
Родовая ультразвуковая дефектоскопная головка известна из описания к полезной модели G 8312595.7. Она состоит из линейного устройства из виброэлементов, расположенных на направляющем клине из плексигласа. Угол направляющего клина выбран в соответствии с нужным направлением распространения звуковой волны в детали.
Такие дефектоскопные головки используются, например, для контроля труб на поперечные дефекты. Контроль поперечных дефектов труб в 12-часовом положении относится к стандартной технике и осуществляется, как правило, с двумя противоположными дефектоскопными головками, которые излучают звук в направлении соответственно другой дефектоскопной головки.
Дефектоскопная пара состоит либо из двух угловых, либо из нормальных дефектоскопных головок, которые излучают звук в трубу под углом предпочтительно через подключение для воды.
Для полного контроля поверхности трубы последняя пропускается, например, по спирали под расположенным постоянно в 12-часовом положении дефектоскопным блоком или приводится во вращение, а дефектоскопный блок линейно перемещается по поверхности трубы.
Если производительность контроля дефектов должна быть повышена, например для быстрого 100%-ного контроля, то необходимо предусмотреть дополнительные дефектоскопные пары, располагаемые так, чтобы достичь контроля поверхности изделия максимально без пропусков.
Поскольку расположение дополнительных дефектоскопных пар в сочетании с максимально компактной конструкцией в большинстве случаев приводит к повышенным конструктивным затратам, в этом случае в качестве альтернативы рассматриваются известные из упомянутой публикации многопозиционные вибролинейки (MFS-линейки).
Они представляют собой несколько ультразвуковых вибраторов, которые расположены очень близко друг к другу в виде линии в корпусе, причем величина вибраторов зависит от задачи контроля.
Чтобы закрыть неизбежно возникающие при таком контроле пропуски, были разработаны так называемые тактовые вибраторы (DE 19860127 С1).
Для контроля поперечных дефектов угол излучения звука составляет максимально 70°, однако, как правило, 45°. Поскольку MFS-линейки обычно выполняются в виде нормальных дефектоскопных головок, для углового излучения звука MFS-линейка должна быть установлена под углом (угол падения) к контролируемой поверхности изделия. Этот угол зависит от среды с ее специфической скоростью звука и может быть вычислен по закону преломления.
Например, угол падения при использовании сред с небольшими скоростями звука, например воды, небольшой.
Заполненные водой короба могут без проблем использоваться для ультразвукового контроля с помощью MFS-линеек, если они размещаются под трубой (6-часовое положение контроля).
Для портального решения в 12-часовом положении контроля водяные короба не подходят для подключения из-за высоких конструктивных затрат на герметизацию на контролируемой трубе.
Из-за требуемой герметизации существенно проще расположить водяные короба и дефектоскопный блок в 6-часовом положении, однако если контролируемая труба должна перемещаться на рольгангах, то это, как правило, невозможно вследствие конструкции.
Для этих случаев применения обычно используются направляющие клинья из сплошного пластика. Из-за более высокой скорости звука в пластиках по сравнению с водой (примерно на 50-100% выше) угол направляющего клина соответственно больше. Наряду с большей конструктивной высотой, которая в отдельных случаях создает конструктивные проблемы, большие углы частично обуславливают также значительно большие пути прохождения звука, которые при известном большем затухании в пластике по сравнению с водой в значительной степени уменьшают высоту эха звукового сигнала и, тем самым, значительно затрудняют или даже делают невозможным надежное обнаружение сигнала.
В основе изобретения лежит задача создания ультразвуковой дефектоскопной головки с направляющим клином и многопозиционной вибролинейкой для неразрушающего контроля металлических изделий, в частности труб, на поперечные дефекты, с помощью которой даже в 12-часовом положении на изделии можно было просто и надежно осуществлять ультразвуковой контроль и в то же время реализовать небольшую конструктивную высоту дефектоскопной головки.
Согласно изобретению, эта задача решается посредством заявленного изобретения, охарактеризованного признаками п.1 формулы. Предпочтительные варианты выполнения изобретения охарактеризованы признаками зависимых пунктов.
Согласно изобретению, направляющий клин выполнен в виде заполненного жидкостью клинообразного полого тела, угол клина которого составляет максимально 24° и которое расположено на изделии так, что угол излучения звука в него составляет максимально 70°.
Предпочтительно в качестве жидкостей рассматриваются среды с минимальными скоростью звука и его затуханием, например вода.
Преимущество предложенного решения заключается в том, что с помощью направляющего клина можно использовать более благоприятные звуковые свойства жидкостей, а именно скорость звука и затухание, чтобы провести простой и надежный контроль на поперечные дефекты.
Используя предпочтительные свойства, например, воды можно, кроме того, за счет лишь небольшого угла направляющего клина реализовать его небольшую конструктивную высоту и в то же время без высоких конструктивных затрат на герметизацию контролировать изделие в 12-часовом положении.
Это поясняется на следующем примере:
- скорость звука в воде при 20°C: 1483 м/с;
- скорость звука в пластике (например, рексолит): 2311 м/с.
В то время как по закону преломления при угле излучения звука 45° угол изготовленного из сплошного пластика направляющего клина составляет 30,8°, угол заполненного водой направляющего клина составляет всего 18,8°, что обеспечивает существенно меньшую конструктивную высоту дефектоскопной головки. Возникающие для других углов излучения звука углы направляющего клина вычисляются по закону преломления Снелла с учетом скорости звука в соответствующей, заполняющей направляющий клин среде.
Поскольку направляющий клин под подключением для воды находится в контакте непосредственно с поверхностью контролируемого изделия, он изготовлен предпочтительно из пластика, такого, например, как рексолит. Это имеет то преимущество, что направляющий клин «скользит» по поверхности изделия, не повреждая ее.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, внутренние поверхности боковых и закрывающих пластин направляющего клина облицованы звукопоглощающим материалом. Это предпочтительно предотвращает паразитные ультразвуковые эхо от них. Однако можно также использовать вместо облицовки пластины из соответствующего сплошного материала.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - ультразвуковая дефектоскопная головка с заполненным жидкостью полым телом в качестве направляющего клина;
фиг.2 - разрез направляющего клина в предпочтительном варианте выполнения.
На фиг.1 представлен схематичный вид предложенной ультразвуковой дефектоскопной головки с заполненным жидкостью полым телом в качестве направляющего клина. Головка 1 состоит, в основном, из многопозиционной вибролинейки 2 и клинообразного, заполненного водой полого тела 7 в качестве направляющего клина. Многопозиционная вибролинейка 2 и клинообразное полое тело 7 фиксированы друг на друге с помощью слоя связующего средства. Отдельные вибраторы многопозиционной вибролинейки 2 соединены кабелем 4 с блоком обработки 3. Посредством поверхности сопряжения 5 клинообразного полого тела 7 ультразвук при ее смачивании водой излучается в изделие 6.
Показанная ультразвуковая дефектоскопная головка 1 представляет собой так называемую угловую под 45° дефектоскопную головку, т.е. угол β излучения звука (угол между перпендикуляром к поверхности изделия и осью звукового пучка) составляет 45° (см. фиг.1).
За счет заполнения клинообразного полого тела 7 водой угол α клина составляет всего 18,8°. Благодаря этому дефектоскопная головка 1 может иметь очень малую конструктивную высоту, а конструктивное выполнение для контроля трубы в 12-часовом положении существенно упрощается, поскольку для контроля больше не требуется водяного короба, конструктивно очень сложного из-за необходимой герметизации.
На фиг.2 в предпочтительном варианте выполнения показан разрез предложенной дефектоскопной головки 1' с клинообразным полым телом 7' и многопозиционной вибролинейкой 2, которая находится в непосредственном контакте с жидкостью в клинообразном полом теле 7'. Последнее состоит из закрывающих пластин 7.1, 7.2, основания 7.3 и двух боковых пластин 7.4. Отдельные пластины 7.1, 7.2, 7.4 изготовлены, согласно изобретению, из пластика, обладающего звукопоглощающими свойствами для подавления паразитных ультразвуковых эхо. В качестве материала рассматривается, например, тефлон.
Основание 7.3 изготовлено, согласно изобретению, из хорошо проводящего звук материала с небольшим поглощением, например рексолита. В качестве альтернативы пластины 7.1, 7.2, 7.4 могут быть изготовлены, например, также из плексигласа и снабжены соответствующей звукопоглощающей облицовкой.
Образованная пластинами полость заполнена жидкой средой (не показана), например водой, для реализации водяного направляющего тракта. Однако могут использоваться и другие жидкости, имеющие небольшую скорость звука и поглощение.
В качестве альтернативы устройству, представленному на фиг.1 в закрывающей пластине 7.2, выполнено отверстие, в которое с небольшим зазором вставлена дефектоскопная головка 1', а многопозиционная вибролинейка 2 находится в непосредственном контакте с водой.
Для фиксации дефектоскопной головки 1' в этом положении она снабжена соединенной с ней рамой 8, которая снабжена уплотнением (не показано) и прилегает к закрывающей пластине 7.2, фиксирована с ней и герметизирует образованную имеющимся зазором щель от случайного вытекания воды.
Смачивание водой, необходимое для хорошего излучения звука в изделие 6 (фиг.1), может происходить, например, за счет непрерывного притока в клинообразное полое тело 7' воды, которая затем через перелив подается к поверхности сопряжения 5.