АКУСТИЧЕСКИЙ БЛОК (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к устройствам для неразрушающего контроля, в частности к ультразвуковому контролю качества изделий с малым радиусом кривизны поверхности, и может быть использована в технологии машиностроения.
Известен акустический блок, содержащий основание, корпус со стаканом и помещенным в нем ультразвуковым преобразователем, охватывающее стакан уплотнение, образующее локальную ванну, и кинематически связывающий корпус с основанием пружинно-шарнирный механизм, включающий жестко связанный с корпусом, охватывающий его фланец, подпружиненный в направлении, перпендикулярном основанию, при этом пружинно-шарнирный механизм выполнен в виде трех жестко закрепленных на основании, параллельных оси корпуса направляющих, перемещаемых по ним трех стержней и конических вкладышей, подпружиненных вдоль оси корпуса и взаимодействующих со сферами, выполненными на свободных концах стержней, а на торце корпуса установлен опорный фланец с равномерно размещенными по его периметру тремя шаровыми опорами (см. авт. свид. СССР №849071 с приоритетом от 31.05.79).
Недостатками акустического блока являются:
- громоздкость и сложность конструкции, что увеличивает краевую неконтролируемую зону;
- заневоленность ультразвукового преобразователя относительно оси блока, что влияет на величину зазора между преобразователем и поверхностью контролируемого изделия;
- плохой акустический контакт с поверхностью изделия с малым радиусом кривизны;
- невозможность контроля изделия двумя и более преобразователями одновременно.
Известен также акустический блок, содержащий ультразвуковой преобразователь и подпружиненный рычажный механизм его подвески, выполненный в виде П-образного основания с двумя щечками, соединенных со щечками двух полуосей, закрепленного на полуосях с возможностью поворота стакана с двумя направляющими выступами, закрепленного в стакане с возможностью осевого перемещения подпружиненного полого корпуса с выполненными в нем двумя направляющими каналами с закрепленными в них подпружиненными штоками с шаровыми опорами и двумя опорными роликами, установленными в плоскости симметрии, параллельной щечкам, в ультразвуковом преобразователе выполнены глухие отверстия для размещения в них шаровых опор подпружиненных штоков, дно отверстий расположено ниже центра тяжести преобразователя (см. авт. свид. СССР №1714479 с приоритетом от 24.08.87).
Преимущества описанного акустического блока перед предыдущим аналогом - более простая конструкция, уменьшенные габариты и уменьшение краевой неконтролируемой зоны.
Имея ряд преимуществ, указанный акустический блок обладает следующими недостатками:
- невозможность ультразвукового контроля труб и изделий с малым радиусом кривизны;
- плохой акустический контакт с поверхностью изделия, имеющего малый радиус кривизны;
- непригодность для использования одновременно двух и более ультразвуковых преобразователей с одним акустическим блоком;
- низкая производительность ультразвукового контроля.
Несмотря на приведенные недостатки, указанное техническое решение как наиболее близкий аналог может быть принято в качестве прототипа.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание акустического блока, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в:
- обеспечении повышенной надежности акустического контакта преобразователей с поверхностью контролируемого объекта, имеющей радиус кривизны, равный или менее 250 мм;
- обеспечении простоты конструкции акустического блока;
- обеспечении ультразвукового контроля в трех направлениях одним акустическим блоком;
- обеспечении установки нескольких ультразвуковых преобразователей на поверхность контролируемого объекта одним акустическим блоком с сохранением их индивидуального отслеживания неровностей поверхности.
Этот технический результат согласно предлагаемой заявке на полезную модель достигается тем, что акустический блок выполнен в двух вариантах с поперечной установкой относительно опорных роликов одного или нескольких преобразователей.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где:
на фиг.1, 2 представлен пример выполнения предлагаемого акустического блока с одним ультразвуковым преобразователем (вариант 1);
на фиг.3, 4 представлен пример выполнения предлагаемого акустического блока с тремя ультразвуковыми преобразователями (вариант 2).
Акустический блок (вариант 1, см. фиг.1, 2) содержит П-образное основание 1 со щечками 2 и с размещенными в них полуосями 3, прикрепленный к полуосям 3 с возможностью поворота стакан 4, ультразвуковой преобразователь 5, жестко соединенную с ним локальную иммерсионную ванну 6, соосно с возможностью осевого перемещения установленный в стакане 4 полый корпус 7 с двумя направляющими выступами 8, двумя внутренними направляющими каналами 9 для подпружиненных штоков 10 с шаровыми опорами 11, устанавливаемых при необходимости в направляющих каналах 9
корпуса 7, два опорных ролика 12, соединенные с корпусом 7 и установленные параллельно щечкам 2 в плоскости симметрии основания 1, в иммерсионной ванне 6 ультразвукового преобразователя 5 выполнены два глухих отверстия 13 для размещения в них шаровых опор 11 штоков 10, в стакане 4 выполнены сквозные направляющие пазы 14 для размещения в них направляющих выступов 8 корпуса 7.
Акустический блок содержит также пружину 15, подпружинивающую корпус 7 относительно стакана 4, серьги 16 стакана 4, между которыми размещены сквозные направляющие пазы 14, узел прижима преобразователя 5 к поверхности контролируемого изделия 5, включающий накладки 19, закрепленные винтами 20 на выступах 8, с направляющими каналами 9, пружины 17, подпружинивающие штоки 10 с шаровыми опорами 11, выполненные с пазом 18, относительно полого корпуса 7, штифты 21, препятствующие выпадению штоков 10 из направляющих каналов 9, оси 22 опорных роликов 12, гибкую трубку 23 для подвода иммерсионной жидкости в локальную ванну 6, радиочастотный кабель 24 и контролируемое изделие 25.
Акустический блок используется при ультразвуковом контроле труб и других цилиндрических изделий с радиусом кривизны поверхности ввода ультразвуковых колебаний равным или менее 250 мм. Он может также использоваться для ультразвукового контроля плоских изделий: листов, плит, полос и тому подобных при сканировании поперек волокна. Пружины 17, штоки 10 с шаровыми опорами 11 вводятся в направляющие каналы 9 корпуса 7, и тогда преобразователь 5 устанавливается вдоль плоскости роликов 12 и работает как в прототипе.
Акустический блок (вариант 1) работает следующим образом.
Акустический блок устанавливается на поверхность контролируемого объекта 26 по его окружности и прижимается к ней так, что выступы 8 на половину паза 14 входят в него. При этом за счет воздействия на локальную ванну 6 штоков 10, вставленных своими шаровыми опорами 12 в глухие отверстия преобразователя 5 и подпружиненных пружинами 17, установленными
в каналах 10 накладок 19, локальная ванна 6 плотно прижимается к контролируемому изделию 25. Поскольку преобразователь 5 устанавливается вдоль образующей изделия 25, прилегание ванны 6 к его поверхности максимально. По гибкой трубке 23 в зону контроля подается контактная жидкость. За счет вращения контролируемого объекта 25 при ультразвуковом контроле акустический блок перемещается по этой поверхности, и осуществляется контроль с помощью ультразвукового преобразователя 5. Сигнал от него передается через кабель 24.
При наличии подъема или спуска на поверхности контролируемого изделия 25 П-образное основание 1 не меняет своего вертикального положения, но происходит поворот стакана 4 в полуосях 3, закрепленных в щечках 2 и перемещение корпуса 7 в стакане 4 за счет сжатия пружины 15, а штоки 10, удерживаемые штифтами 21 и подпружиненные пружинами 17 поджимают преобразователь 5 к поверхности изделия 25. В результате преобразователь 5 отслеживает неровности поверхности изделия 25. От выпадения штоки 10 удерживаются штифтами 21. А поперечная установка преобразователя 5 относительно плоскости роликов 12 обеспечивает максимальную площадь прилегания его рабочей поверхности к поверхности контролируемого объекта 25 с малым радиусом кривизны, так как его ширина более чем в два раза меньше длины. При этом изменение зазора между поверхностью объекта 25 и рабочей поверхностью преобразователя 5 в ванне 6 минимально. Указанное обстоятельство позволяет получить минимальное изменение чувствительности при ультразвуковом контроле поверхности. При необходимости боковые стенки локальной ванны 6 ультразвукового преобразователя 5 подгоняются по кривизне контролируемого объекта 25.
Акустический блок (вариант 2, см. фиг.3, 4) имеет такую же конструкцию, что и акустический блок фиг.1, 2 с позиции 1 до позиции 25 и отличается количеством направляющих каналов 9 в каждой накладке 19, а, следовательно, количеством устанавливаемых на поверхность изделия 25 преобразователей 5. В каждой накладке 19 выполнено по три направляющих канала 9.
При этом каналы 9 смещены относительно друг друга на ширину преобразователя 5 и плюс 3÷4 мм в плоскости симметрии акустического блока и на 3÷4 мм в перпендикулярной плоскости. За счет такого смещения направляющих каналов 9, а, следовательно, и штоков 10 обеспечивается смещение ультразвуковых преобразователей 5 относительно друг друга.
Работа акустического блока фиг.3, 4 (вариант 2) аналогична работе акустического блока фиг.1, 2 и отличается тем, что при установке его на поверхность контролируемого объекта 25 все три преобразователя 5 раздельно прижимаются к поверхности через шаровые опоры 11 подпружиненными штоками 10 пружинами 17. В результате каждый ультразвуковой преобразователь 5 локальной ванной 6 устанавливается перпендикулярно радиусу контролируемого объекта 25, поскольку каждый из преобразователей 5 смещен на 3÷4 мм относительно соседнего в плоскости, перпендикулярной оси симметрии блока за счет смещения каналов 9. Указанное смещение позволяет в одном акустическом блоке разместить разнофункциональные ультразвуковые преобразователи 5 для выявления продольных и поперечных трещин и расслоений или обеспечивает увеличение ширины захвата тремя одинаковыми ультразвуковыми преобразователями одним акустическим блоком при плавном изменении профиля трубы (т.е. внешнего диаметра, например, бурильных труб) для исключения неконтролируемых зон, что обеспечивает высокую производительность контроля.
Таким образом, предлагаемый акустический блок позволяет значительно расширить его функциональные возможности, осуществлять ультразвуковой контроль изделий с малым радиусом кривизны (до 35 мм) и изделий с изменяющимся профилем поверхности ввода ультразвуковых колебаний и выявлять дефекты разной ориентации.