УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области средств неразрушающего контроля и может быть использована при ультразвуковой дефектоскопии труб и пруткового материала.
Известен ультразвуковой преобразователь, содержащий корпус, призму прямоугольной формы со скосом, на которой размещена пьезопластина, электрически связанная с дефектоскопом и предназначенная для излучения ультразвуковых колебаний. На нерабочую поверхность пьезопластины помещен демпфер для формирования рабочего ультразвукового пучка и для гашения нерабочего пучка. В процессе работы преобразователя рабочая поверхность пьезопластины излучает в призму ультразвуковой пучок, который трансформируется на границе призмы с изделием и через контактную жидкость вводится в контролируемое изделие. Не вошедшая в изделие часть ультразвуковой энергии попадает в ловушку и гасится в ней. Отраженный от дефекта ультразвуковой пучок возвращается обратно на пьезопластину и регистрируется дефектоскопом. Для защиты пьезопластины от истирания, при контакте с контролируемым изделием, установлен протектор, акустически связанный с пьезопластиной и расположенный на границе с контактной поверхностью. В данном преобразователе функции протектора и ультразвуковой ловушки выполняет сама призма (см. Гурвич А.К., Ермолов И.Н. «Ультразвуковой контроль сварных швов», «Технiка», Киев, 1972, стр.47).
В результате анализа конструкции данного преобразователя необходимо отметить, что для него характерны невысокие функциональные возможности при контроле изделий с кривизной внешней поверхности (например, тела вращения), так как в контролируемое изделие вводится только часть ультразвуковой энергии через линейный контакт призмы и цилиндрической поверхности изделия, и часть ультразвуковой энергии через слой контактной жидкости, находящейся в зазоре между прямолинейной плоскостью призмы и цилиндрической поверхностью контролируемого материала. Та часть ультразвуковой энергии, которая проходит через жидкость в зазоре, искажает фронт ультразвукового пучка, приводит к нестабильности ультразвукового контроля.
Известен ультразвуковой преобразователь для контроля объектов, имеющих криволинейную форму поверхности, тел вращения, например, трубопроводов, в котором протектор изготовлен из алюминиевого сплава в виде цилиндрической линзы с вогнутой контактной поверхностью, с радиусом, равным радиусу контролируемой детали. Противоположная сторона протектора соединена с призмой преобразователя посредством клея, обеспечивающего акустическую связь. Форма клеевого соединения обеспечивает фокусировку ультразвукового пучка в соответствии с задачами ультразвукового контроля. Протектор, выполненный из алюминиевого сплава, защищает призму преобразователя от износа и гасит не вошедшую в изделие энергию ультразвукового пучка боковыми гранями. Такое конструктивное решение повышает стабильность акустического контакта и обеспечивает стабильную форму ультразвукового пучка (см. Гурвич А.К., Ермолов И.Н. «Ультразвуковой контроль сварных швов», «Технiка», Киев, 1972, стр.53).
В результате анализа конструкции данного преобразователя необходимо отметить, что, несмотря на некоторое улучшение стабильности акустического контакта за счет плотного прилегания контактирующих поверхностей контролируемого изделия и протектора, она недостаточна для надежного выявления дефектов. В связи с фокусировкой ультразвукового пучка в направлении вдоль объекта контроля для обеспечения прозвучивания всего материала объекта контроля необходимо перемещать преобразователь с металлическим протектором вдоль и поперек цилиндрической поверхности, что снижает производительность и достоверность контроля.
Техническим результатом настоящей полезной модели является расширение функциональных возможностей, повышение производительности и достоверности контроля за счет сокращения объемов сканирования и создания одновременно двух ультразвуковых пучков поперечной волны, направленной под углом к оси объекта контроля, и поверхностной волны, направленной вдоль объекта контроля, захватывающей слой, соизмеримый с длиной ультразвуковой волны.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в ультразвуковом преобразователе, содержащем корпус, в котором размещена призма, пьезопластину, имеющую возможность соединения с дефектоскопом, новым является то, что преобразователь оснащен демпфером, один торец пластины выполнен плоским, а другой - выпуклым и имеет форму конуса, причем на плоском торце призмы выполнена осевая выточка, пьезопластина размещена в выточке, демпфер размещен на торце пьезопластины, при этом в призме, в пьезопластине и в демпфере имеются отверстия, предназначенные для размещения в них контролируемого изделия.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен ультразвуковой преобразователь, осевой разрез.
Ультразвуковой преобразователь содержит корпус 1, преимущественно цилиндрической формы, в котором размещена призма 2, изготовленная, например, из органического стекла. Один из торцов призмы 2 выполнен плоским, а другой - выпуклым, в виде конуса, коническая поверхность «А» которого выполняет функцию рефлектора. На плоском торце призмы 2 выполнена выточка, в которой установлена пьезопластина 3. К торцу пьезопластины прикреплен демпфер 4, выполненный, например, из компаунда с наполнителем, служащий для формирования рабочего ультразвукового пучка и одновременно выполняющий функцию ультразвуковой ловушки. В призме 2 выполнено осевое отверстие, размер которого должен быть таким, чтобы в него с небольшим зазором могла быть введена контролируемая деталь 5. Дефект в материале контролируемой детали обозначен позицией 6. Наиболее предпочтительно, чтобы пьезопластина 3 и демпфер 4 имели кольцевую форму. Диаметр их отверстий должен быть несколько больше диаметра отверстия призмы 2. Это предохраняет их поверхности от истирания вследствие контакта с деталью 5. Наиболее предпочтительно пьезопластину 3 располагать перпендикулярно оси отверстия призмы.
Ультразвуковой пучок на графических материалах показан стрелками.
Ультразвуковой преобразователь работает следующим образом.
Для осуществления контроля преобразователь посредством отверстия призмы устанавливают на контролируемое изделие (трубу или пруток) 5. На поверхность «Б» отверстия перед этим наносят контактное вещество, например, воду, трансформаторное масло, предназначенное для прохождения ультразвука в контролируемое изделие.
От дефектоскопа (не показан) на пьезопластину 3 подают электрические импульсы, которые формируют ультразвуковые пучки с плоским фронтом, распространяющиеся в сторону демпфера 4 и в призму 2. Демпфер формирует рабочий ультразвуковой пучок, направленный в сторону призмы, и гасит нерабочий ультразвуковой пучок. Рабочий ультразвуковой пучок распространяется в призме 2, на конической поверхности «А», зеркально отражаясь под углом падения, направляется в сторону контактной поверхности отверстия «Б».
На границе поверхности «Б» с контактной жидкостью, ультразвуковой пучок, преломляясь по закону Снелиуса, проходит в контролируемый материал детали и распространяется вдоль объекта контроля 5 по всему его сечению. При попадании дефекта 6 в ультразвуковой пучок часть энергии отражается и возвращается обратно на пьезопластину 3. Пьезопластина 3 принимает, преобразует и передает эхо-сигнал на регистрирующие устройства дефектоскопа, производя их сравнение с нормативами по допустимости. Следует отметить, что перпендикулярное расположение пьезопластины 3 кольцевой формы относительно контактной поверхности, создает условие распространения поверхностных волн, направленных в обе стороны от преобразователя. Поверхностная волна распространяется вдоль поверхности «Б» на глубину, соизмеримую с длиной волны, и дублирует выявление наиболее опасных поверхностных дефектов в объекте контроля 5. В связи с тем, что конструкция предполагаемого преобразователя обеспечивает прозвучивание всего сечения материала, операция сканирования поперек объекта контроля исключается.