УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИММЕРСИОННЫЙ ДВУХЭЛЕМЕНТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ULTRASOUND IMMERSION TWO-ELEMENT CONVERTER

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий. Оно может быть использовано 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 эхо-сигнала от ориентации дефекта относительно оси преобразователя и, как следствие, низкая возможность контроля изделий.
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 размещенные 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 пьезоэлементов 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 эхо-сигнала 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 пересекают поперечные швы.
Техническим результатом изобретения является электроакустический преобразователь, позволяющий выявлять различно ориентированные дефекты в изделиях (преимущественно в трубопроводах).
Технический результат достигается за счет того, что ультразвуковой иммерсионный преобразователь включает в себя корпус, демпфер, электроды и пьезоэлектрические пластины с электродами, при этом содержит две идентичные пьезоэлектрические пластины, электроды которых электрически объединены, а пластины установлены симметрично, под углом к оси преобразователя, равным 89…84°, при этом пластины выполнены с возможностью их одновременного возбуждения.
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 предназначен для обнаружения трещиноподобных дефектов, произвольно ориентированных в диапазоне углов ± а относительно перпендикуляра к оси излучения ультразвуковой волны. Данный преобразователь состоит из двух идентичных пьезоэлектрических пластин 1, установленных в общем корпусе под некоторым одинаковым углом к оси преобразователя. Расчет угла установки пластин преобразователя производится, исходя из условий эксплуатации данного преобразователя. Ультразвуковой преобразователь предназначен для работы в иммерсионном режиме при бесконтактном способе ввода ультразвуковой волны в металл.
Пластины преобразователя соединены электрически 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 в широком диапазоне углов ориентации дефекта. При этом наиболее хорошая линейность уровня отраженных сигналов во всем диапазоне углов ориентации дефекта достигается, когда два пьезоэлемента имеют полностью идентичные параметры.
Кроме того, 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.
Как видно из фиг.2, уровень отраженных сигналов для стандартного преобразователя быстро уменьшается при увеличении угла поворота ориентации дефекта.
Под стандартным преобразователем подразумевается преобразователь, имеющий одну пьезокристаллическую пластину, равной площади двух пьезокристаллических пластин в рассматриваемом преобразователе.
При этом уровень отраженных сигналов для преобразователя с двумя излучающими пластинами слабо зависит от ориентации дефекта в пределах угла ± а, что позволит обеспечить уверенное обнаружение дефекта при его ориентации в пределах данного угла.
При этой конструкции преобразователя диапазон углов расположения, выявленных дефектоскопом, 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.