УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области средств неразрушающего контроля и может быть использована при ультразвуковой дефектоскопии листового материала, проката различной формы, поковок, штамповок и сварных соединений.
Известен ультразвуковой преобразователь, содержащий корпус, призму цилиндрической формы с двумя скосами, на которых размещены пьезопластины, электрически связанные с дефектоскопом и имеющие рабочую и нерабочую поверхности. На нерабочей поверхности каждой пьезопластины установлен демпфер. Рабочие поверхности пьезопластин акустически связаны с призмой, через которую при работе преобразователя по закону Снелиуса распространяются ультразвуковые пучки через слой контактной жидкости в контролируемое изделие. Отраженный от дефекта (при наличии такового) ультразвуковой, пучок возвращается обратно на пъезопластину и регистрируется дефектоскопом (см. «Марков А.А., Шпагин Д.А. «Ультразвуковая дефектоскопия рельсов», - СПб, «Образование- Культура», 1999, стр. 215).
В результате анализа конструкции данного преобразователя выявлены следующие недостатки. Излучаемые преобразователем ультразвуковые пучки, имея узкую направленность, захватывают незначительный объем контролируемого материала и не выявляют дефекты различной ориентации. Поэтому данный вид преобразователей нашел применение в весьма узкой области, в основном для контроля рельсового проката в железнодорожной отрасли.
Известен ультразвуковой преобразователь, содержащий корпус, в котором размещена акустическая линза с углублением конической формы в верхнем ее торце. В нижнем торце акустической линзы имеется осевая цилиндрическая выточка, в которую установлена имеющая возможность соединения с дефектоскопом пьезопластина, имеющая рабочую и нерабочую поверхности, которые при работе преобразователя излучают ультразвуковые пучки. На нерабочей поверхности пьезопластины установлен демпфер. В качестве демпфера, который формирует по длительности и мощности рабочий ультразвуковой пучок, используется известная композиция из компаунда с наполнителем. Со стороны контактной поверхности корпуса в выточке установлена заглушка, которая образует с поверхностью демпфера воздушный зазор (ультразвуковая ловушка), гасящий нерабочий ультразвуковой пучок.
(см. патент РФ на полезную модель №130713, кл. G01N 29/00, 2013 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа конструкции данного преобразователя необходимо отметить, что ультразвуковой пучок, распространяясь от пьезопластины по материалу акустической линзы в сторону конической поверхности, отражается от нее в обратную сторону, вводится в изделие, а при попадании зону пучка дефекта, частично отражается и возвращается обратно на пьезопластину по той же траектории. Ультразвуковой пучок, преодолевая значительное расстояние в призме с большим затуханием, значительно теряет отраженную мощность и не позволяет выявлять дефекты малых размеров.
Техническим результатом настоящей полезной модели является расширение функциональных возможностей преобразователя за счет сокращения пути ультразвукового пучка в акустической линзе с большим затуханием, особенно на больших частотах, уменьшая потери мощности пучка, что позволяет выявлять мелкие дефекты.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в ультразвуковом преобразователе, содержащем полый корпус, размещенные в корпусе демпфер, пьезопластину, имеющую возможность соединения с дефектоскопом, и акустическую линзу, новым является то, что корпус сверху закрыт крышкой, демпфер торцом закреплен на крышке, а пьезопластина нерабочей поверхностью закреплена на свободном торце демпфера, акустическая линза имеет форму конуса и закреплена в нижней части корпуса таким образом, что ее вершина обращена к рабочей поверхности пьезопластины, а полость корпуса заполнена средой, выполняющей функцию акустической нагрузки.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг. 1 - ультразвуковой преобразователь вертикальный разрез;
- на фиг. 2 - ультразвуковой преобразователь вид сверху.
Ультразвуковой преобразователь содержит полый корпус 1, преимущественно цилиндрической формы, с крышкой 2, закрывающей полость корпуса сверху. К крышке торцом прикреплен демпфер 3. К свободному торцу демпфера 3 нерабочей поверхностью прикреплена пьезопластина 4, имеющая возможность соединения с дефектоскопом (не показан).
Полость корпуса 1 заполнена средой 5, например, водой, глицерином, выполняющей функцию акустической нагрузки пьезопластины.
В нижней части корпуса 1 размещена акустическая линза 6, как правило, выполненную из оргстекла. Акустическая линза имеет форму конуса, вершиной направленного в сторону рабочей поверхности пьезопластины 4.
На внутренней поверхности корпуса 1 размещена ловушка 7, выполненная в виде полого цилиндра и предназначенная для поглощения паразитного ультразвукового пучка, отраженного от конической поверхности акустической линзы 6.
Ультразвуковой преобразователь работает следующим образом.
Для работы преобразователь опорными поверхностями корпуса 1 и акустической линзы 6 устанавливается на исследуемый объект 8, предварительно смоченный контактной жидкостью, например, водой, для передачи ультразвукового пучка в контролируемый объект 8, в котором дефект обозначен позицией 9.
От дефектоскопа (не показан) на пьезопластину 4 подают электрические импульсы, которые формируют ультразвуковые пучки с плоским фронтом, распространяющиеся в сторону демпфера 3 (с нерабочей поверхности) и в сторону акустической линзы 6 (с рабочей поверхности). Демпфер 3 гасит нерабочий ультразвуковой пучок и формирует рабочий ультразвуковой пучок продольной волны по длительности и мощности излучения. Рабочий ультразвуковой пучок с рабочей поверхности пьезопластины распространяется через акустическую нагрузку 5, без значительной потери мощности и попадает на коническую поверхность акустической линзы 6. На конической поверхности акустической линзы 6 ультразвуковой пучок продольной волны с плоским фронтом по закону Снелиуса преломляется в сторону основания акустической линзы 6. Часть ультразвукового пучка отраженного от конической поверхности акустической линзы 6 попадает в ловушку 7 и гасится в ней. На границе основания акустической линзы 6 и исследуемого объекта 8 ультразвуковой пучок с круговым фронтом ультразвуковой волны по закону Снелиуса преломляется, трансформируется в поперечный тип ультразвуковой волны с круговым фронтом и распространяется в изделие 8. В случае попадания дефекта 9 в ультразвуковое поле, пучок частично отражается от дефекта и возвращается в обратном направлении на пьезопластину 4, которая преобразует его и передает на дефектоскоп (не показан) для регистрации.
Предложенная конструкция преобразователя обеспечивает акустическую связь пьезопластины 4 с исследуемым объектом 8 посредством акустической нагрузки 5 без потерь мощности ультразвукового пучка, акустической линзы в форме конуса, вершиной направленной в сторону рабочей поверхности пьезопластины, закрепленной в нижней части корпуса с малым путем прохождения ультразвукового пучка и незначительным снижением мощности излучения, обеспечивающую трансформацию ультразвукового пучка из продольного вида с плоским фронтом на поперечный вид с круговым фронтом, что позволяет выявлять дефекты в исследуемых материалах малых размеров, различной ориентации, что значительно расширяет функциональные возможности преобразовтаеля.