УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИММЕРСИОННЫЙ ДВУХЭЛЕМЕНТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий. Она может быть использована для обнаружения внутренних дефектов, в том числе в сварных швах. Преобразователь можно использовать при автоматическом контроле труб и листов.
Известен электроакустический преобразователь для нормального ввода ультразвуковых колебаний в изделие [Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля. Под ред. И.Н.Ермолова. - М.: Машиностроение, 1986, с.100], содержащий пьезоэлектрическую пластину с нанесенными на ее грани металлическими электродами, приклеенную одной стороной к протектору, а другой к демпферу, размещенным в соответствующем корпусе. В таких преобразователях используется пьезоэлемент, поляризованный по толщине, совершающий толщинные колебания и излучающий продольные волны в изделие.
Недостатком такого преобразователя является сильная зависимость амплитуды эхосигнала от ориентации дефекта относительно оси преобразователя.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является контактный электроакустический преобразователь для контроля сварных швов [Методы акустического контроля металлов. Под ред. Н.П.Алешина. - М.: Машиностроение, 1989, с.157]. Он содержит две пьезопластины приклеенные одной стороной к протектору, а другой к демпферу и размешенные в одном корпусе под определенным углом к оси преобразователя. При этом один пьезоэлемент излучает, а второй принимает ультразвуковые волны через акустическую линию задержки.
Выбором параметров пьезоэлементов, угла ввода ультразвука в изделие и угла разворота пьезоэлементов относительно оси преобразователя обеспечивают одинаковую чувствительность к дефекту с одинаковыми размерами, расположенного в верхней и нижней части сварного шва. Углы разворота пьезоэлеиентов относительно оси преобразователя в таких преобразователях выбирают меньше 70 градусов.
Применение такого преобразователя не требует сканирования поперек сварного шва.
Недостатком данного преобразователя является сильная зависимость амплитуды эхосигнала от ориентации дефекта относительно оси преобразователя. Кроме того, преобразователь эффективен для контроля только тонких сварных швов 4-16 мм.
Для внутритрубной диагностики более важно повысить выявляемость различно ориентированных дефектов, поскольку при движении дефектоскопа преобразователи и так пересекаю поперечные швы.
Техническим результатом является электроакустический преобразователь, позволяющий выявлять различно ориентированные дефекты в изделиях (преимущественно в трубопроводах).
Технический результат достигается тем, что ультразвуковой иммерсионный преобразователь включает в себя корпус, демпфер, пьезоэлектрические пластины, установленные под углом к оси преобразователя, отличающийся тем, что содержит две идентичные пьезоэлектрические пластины, электроды которых электрически объединены, а пластины установлены под одинаковым углом к оси преобразователя равным 89…84°
На фиг.1 представлен общий вид преобразователя.
На фиг.2 приведены нормированные графики суммарной чувствительности преобразователя с двумя излучающими пластинами и стандартного преобразователя с одной излучающей пластиной в зависимости от угла ориентации дефектов.
Ультразвуковой преобразователь включает в себя корпус 2, демпфер, пьезоэлектрические пластины 1, установленные под углом к оси преобразователя. Две пьезоэлектрические пластины 1 выполнены идентичными и установлены под одинаковьм углом к оси преобразователя равным 89…84°. Их электроды электрически объединены.
Ультразвуковой преобразователь, предназначен для обнаружения трешиноподобных дефектов 3 произвольно ориентированных в диапазоне углов ±α относительно перпендикуляра к оси излучения ультразвуковой волны. Данный преобразователь состоит из двух идентичных пьезоэлектрических пластин 1, установленных в общем корпусе 2 под некоторым одинаковьм углом к оси преобразователя. Расчет угла установки пластин преобразователя в диапазоне 89…84° производится исходя из условий эксплуатации данного преобразователя (толщины изделия). Ультразвуковой преобразователь предназначен для работы в иммерсионном режиме при бесконтактном способе ввода ультразвуковой волны в металл.
Электрически пластины 1 преобразователя соединены параллельно, поэтому их возбуждение производится одновременно. Прием суммарного отраженного сигнала производится также одновременно с обеих пластин. Установка пластин преобразователя под определенным одинаковым углом и одновременное возбуждение их обеспечивает прием сигналов от дефектов 3 в широком диапазоне углов ориентации дефекта. При установке пластин 1 под углом более 89° к оси преобразователя устройство сможет определять только линейные дефекты относительно перпендикуляра к оси излучения ультразвуковой волны. При углах установки пластин менее 84° к оси преобразователя устройство сможет определять дефекты только очень тонких изделий (менее 4 мм). Наиболее хорошая линейность уровня отраженных сигналов во всем диапазоне углов ориентации дефекта достигается, когда два пьезоэлемента имеют полностью идентичные параметры.
Работа преобразователя в совмещенном варианте позволяет сократить количество кабелей необходимых для возбуждения и приема ультразвуковых волн в два раза. Это крайне важно при конструировании внутритрубных дефектоскопов, поскольку существует постоянный дефицит сводных мест на корпусе электронного блока.
На рис.2 приведены экспериментальные кривые зависимости амплитуды эхосигнала от трещины на внутренней поверхности трубы толщиной 27 мм при изменении угла разворота трещины а относительно оси ультразвукового преобразователя. Ноль град. соответствует положению ультразвукового преобразователя, когда его ось перпендикулярна трещине.
Ультразвуковые преобразователи во время экспериментов были ориентированы под некоторым углом относительно поверхности контролируемого изделия, угол падения равнялся 17 градусам, а расстояние от центра пьезоэлементов до поверхности образца составляло 22 мм, что является типичным расположением ультразвукового преобразователя при внутритрубном контроле.
Пунктирными линиями соединены экспериментальные точки, полученные с помощью стандартного ультразвукового преобразователя с одним плоским дисковым пьезоэлементом диаметром 15 мм, работающем в совмещенном режиме. Данная зависимость типична для подобных ультразвуковых преобразователей всех фирм-изготовителей преобразователей. Ультразвуковой преобразователь с наклоненными пластинами имел суммарную рабочую поверхность равную стандартному. Угол наклона пластин с оси преобразователя - 88°.
Из рис.2 видно, что при отклонении трещины от оптимального положения всего на несколько градусов, амплитуда эхосигнала от дефекта у стандартного ультразвукового преобразователя уменьшается в 4 раза, а при большем отклонении амплитуда уменьшается более чем в 20 раз.
Уровень отраженных сигналов для преобразователя с двумя излучающими пластинами слабо зависит от ориентации дефекта в пределах угла ±α, что позволит обеспечить уверенное обнаружение дефекта при его ориентации в пределах данного угла.
При этой конструкции преобразователя диапазон углов расположения выявленных дефектоскопа примерно в 1,5…2 раза по сравнению со стандартным преобразователем.
Применение такого преобразователя не требует изменения угла ориентации преобразователя относительно сварного шва для выявления различно ориентированных дефектов.