ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области ультразвукового неразрушающего контроля и может быть использована для контроля качества пруткового проката и других цилиндрических изделий.
Известен электромагнитно-акустический (ЭМА) преобразователь, состоящий из магнитной системы, представляющей собой сердечник, окруженный со всех сторон, кроме рабочей, постоянными магнитами, направленными одноименными полюсами внутрь, и двух катушек индуктивности, разнесенных по горизонтальной оси, одна из которых выполняет функцию излучения, а вторая функцию приема ультразвука (патент РФ №31305).
Недостатками известного преобразователя являются сложность обеспечения акустического контакта плоской поверхности ЭМА-преобразователя с цилиндрической поверхностью объекта контроля; низкая скорость контроля, вызванная необходимостью сканирования не только вдоль образующей, но и по периметру объекта; сложность автоматизации контроля.
Наиболее близким ЭМА-преобразователем того же назначения является преобразователь, состоящий из корпуса, магнитной системы, концентраторов и катушек индуктивности (патент РФ №2271876 - прототип). Преобразователь выполнен многоканальным с радиальным расположением катушек индуктивности относительно поверхности объекта контроля (прутка) с возможностью его пропуска через преобразователь. Магнитная система преобразователя выполнена по меньшей мере из трех постоянных кольцевых магнитов или электромагнитов-соленоидов, заключенных в цилиндрический корпус из немагнитного материала и обращенных одноименными полюсами к поверхности объекта контроля. На внутренней поверхности постоянных кольцевых магнитов или электромагнитов-соленоидов установлена переходная втулка из немагнитного материала, в которой равномерно по окружности выполнены сквозные пазы, а на внутренней поверхности переходной втулки, в плоскости симметрии среднего постоянного кольцевого магнита или электромагнита-соленоида и сквозных пазов, установлено керамическое кольцо, выполненное, например, из отдельных сегментов, равномерно расположенных по окружности в пазах переходной втулки, на которых размещены катушки индуктивности и концентраторы, между внутренней поверхностью постоянных кольцевых магнитов или электромагнитов-соленоидов и наружной поверхностью переходной втулки установлена прокладка из электропроводного материала, например фольги. Пространство между концентраторами и катушками индуктивности залито компаундом. Концентраторы выполнены из порошка карбонильного железа, пропитанного компаундом, например, эпоксидным клеем. Переходная втулка с пазами в сборе с керамическим кольцом и постоянные кольцевые магниты или электромагниты-соленоиды, для исключения взаимных смещений, размещены между фланцами, закрепленными на противоположных торцах цилиндрического корпуса. Постоянные кольцевые магниты выполнены цельными или в виде сегментов, скрепленных бандажами. Каждая катушка индуктивности снабжена индивидуальной системой коммутации в виде проводов, уложенных в каналах, выполненных в переходной втулке с пазами и имеющих общий вывод через разъем.
Недостатками преобразователя-прототипа являются:
- невозможность контроля цилиндрических объектов с локальными утолщениями (галтельные переходы, высаженные концы головок насосных штанг, резьба большего диаметра, сварка и др.);
- ограничения по контролю цилиндрических объектов малого диаметра, вызванные невозможностью минимизации отдельных элементов ЭМА-преобразователя;
- неполная контроледоступность прутка по сечению, вызванная конструктивными зазорами между смежными катушками индуктивности;
- необходимость использования сложной многоканальной системы возбуждения и приема ультразвука.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей и упрощение конструкции ЭМА-преобразователей за счет возможности контроля цилиндрических объектов с локальными утолщениями (галтельные переходы, высаженные концы головок насосных штанг, резьба большего диаметра, сварка) и использования одноканального варианта преобразователя.
Указанный технический результат достигается тем, что в электромагнитно-акустическом преобразователе, содержащем корпус, магнитную систему и катушку индуктивности, магнитная система преобразователя выполнена разъемной, состоящей из двух концентраторов магнитного потока в виде ферромагнитных полушайб и четырех постоянных магнитов в виде полушайб осевой поляризации, установленных встречно с двух противоположных сторон концентраторов, цилиндрическая катушка индуктивности выполнена с разъемной обмоткой, уложенной на два каркаса в виде полушайб, изготовленных из неэлектропроводящего и неферромагнитного материала, размещенной строго по центру концентраторов магнитного потока и соединенной между собой с помощью многоконтактных штыревых разъемов или разъемов с подпружиненными контактами, установленных на торцах двух каркасов, магнитная система и катушка индуктивности размещены в разъемном корпусе, выполненном в виде двух боковых полушайб и двух полуцилиндров, соединенных между собой при помощи бандажей.
Выполнение магнитной системы ЭМА-преобразователя разъемной, состоящей из двух концентраторов магнитного потока в виде ферромагнитных полушайб и четырех постоянных магнитов в виде полушайб осевой поляризации, установленных встречно с двух противоположных сторон концентраторов; выполнение цилиндрической катушки индуктивности ЭМА-преобразователя с разъемной обмоткой, уложенной на два каркаса в виде полушайб, изготовленных из неэлектропроводящего и неферромагнитного материала, размещенной строго по центру концентраторов магнитного потока и соединенной между собой с помощью многоконтактных штыревых разъемов или разъемов с подпружиненными контактами, установленных на торцах двух каркасов; размещение магнитной системы и катушки индуктивности в разъемном корпусе, выполненном в виде двух боковых полушайб и двух полуцилиндров, соединенных между собой при помощи бандажей, позволяет выполнить конструкцию ЭМА преобразователя разъемной, что обеспечивает расширение его функциональных возможностей за счет возможности контроля цилиндрических объектов с локальными утолщениями, и осуществить одноканальный вариант преобразователя, что обеспечивает упрощение конструкции за счет использования одной катушки индуктивности.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана внутренняя часть преобразователя с основными конструктивными элементами; на фиг. 2 - вид устройства спереди; на фиг. 3 - вид устройства сбоку; на фиг. 4 - вид устройства по разрезу Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - вид полушайбы каркаса сбоку; на фиг. 6 - вид устройства в изометрии при прозвучивании электромагнитно-акустическим преобразователем насосной штанги; на фиг. 7 - типичная осциллограмма серии импульсов многократных отражений поперечной волны, полученная на окологалтельной области насосной штанги.
Электромагнитно-акустический преобразователь содержит два каркаса в виде полушайб 1, на которые уложены витки катушки индуктивности 2. Соединение витков катушки, расположенных на двух половинах каркаса, осуществляется при помощи многоконтактных штыревых разъемов или разъемов с подпружиненными контактами 3, установленных в вырезы на торцах соприкасающихся поверхностей каркасов. Постоянные магниты в виде полушайб с осевой поляризацией 4 устанавливаются встречно с двух противоположных сторон концентраторов магнитного потока, выполненных в виде ферромагнитных полушайб 5. Ферромагнитные полушайбы с закрепленными на них постоянными магнитами устанавливаются на каркас катушки индуктивности таким образом, что витки катушки индуктивности располагаются строго под ферромагнитными полушайбами. Фиксация магнитной системы и каркасов катушки индуктивности осуществляется при помощи двух полукорпусов, выполненных из двух боковых полушайб 6 и 7 и двух полуцилиндров 8, скрепленных между собой склеиванием или винтами. В одной из боковых полушайб 7 установлен высокочастотный разъем 9. Для удобства сочленения преобразователя на боковых полушайбах 6 сделаны выступы, которые при соединении входят в соответствующие пазы на боковых полушайбах 7. После соединения две половины ЭМА преобразователя фиксируются при помощи бандажей 10.
Предлагаемый ЭМА преобразователь работает следующим образом. Через высокочастотный разъем 9 на катушку индуктивности 2 от генератора дефектоскопа подается зондирующий импульс. В результате прямого ЭМА преобразования в объекте контроля возбуждаются поперечные акустические волны осевой поляризации, распространяющиеся во всех радиальных направлениях по сечению объекта (Муравьева О.В., Муравьев В.В., Кокорина Е.Н., Стерхов В.Д., Малютин Д.В. Оптимизация систем подмагничивания проходных электромагнитно-акустических преобразователей объемных волн для неразрушающего контроля пруткового проката. - Датчики и системы. - №2, 2013. С. 2-9). Многократно переотраженные от цилиндрической поверхности объекта контроля акустические волны преобразуются в электрические сигналы в катушке индуктивности 2 за счет обратного ЭМА преобразования и через разъем 9 передаются на усилитель дефектоскопа и регистрирующее устройство для дальнейшей обработки. В качестве объектов контроля могут выступать различные цилиндрические изделия, имеющие переменный диаметр или конструктивные элементы, не позволяющие пропустить объект полностью через ЭМА преобразователь, например, насосные штанги погружных насосов.