Ультразвуковой преобразователь с переменным углом ввода для дефектоскопии изделий

 

Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии. Целью изобретения является повышение достоверности дефектоскопии за счет повышения соотношения сигнал/шум вследствие выполнения внутренней части вставки из демпфирующего материала и определенного выбора поперечных размеров и места установки пьезопластин. На изделия устанавливают призму 1 с отверстием 7, в котором размещена поворотная вставка 2. Вставка включает внутреннюю 4 и внешнюю 5 части, границы которых образуют установочные плоскости 6 в виде правильного многоугольника. Пьезопластины 3 закреплены на установочных плоскостях так, что каждая пьезопластина 3 примыкает к своей вершине многоугольника , а их поперечный разрез не больше половины стороны этого многоугольника. Вращая поворотную вставку 2 в отверстии 7 выставляют необходимый угол наклона, соответствующий по частоте условиям контроля пьезопластины 3. Выполнение части 4 вставки 2 из демпфирующего материала с определенным волновым акустическим сопротивлением обеспечивает понижение реверберационных шумов преобразователя. 2 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s 6 01 N 29/24

ГОСУДАРСТВЕ ЙНЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4804715/28 (22) 20,03.90 (46) 30.10,92. Бюл. ¹ 40 (71) Физико-механический институт им.

Г.В.Карпенко (72) Я.Е.Беленький, О.Е.Левицкий, А,M.Муравьев, Ю.M.Ìèðoø и А,П.Бобров (56) Авторское свидетельство СССР

N 728076, кл. G 01 N 29/04, 1978.

Патент США ¹ 3593570, кл. 73-71.5, 1972. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПЕРЕМЕННЫМ УГЛОМ ВВОДА

ДЛЯ ДЕФЕКТОСКОПИИ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии. Целью изобретения является повышение достоверности дефектоскопии за счет повышения соотношения сигнал/шум вследствие выполнения внутренней части вставки из демпфирующего материала и определенного выбора попе„„ Ц „„1772735 А1 речных размеров и места установки пьезопластин. На изделия устанавливают призму 1 с отверстием 7, в котором размещена поворотная вставка 2. Вставка включает внутреннюю 4 и внешнюю 5 части, границы которых образуют установочные плоскости

6 в виде правильного многоугольника, Пьезопластины 3 закреплены нэ установочных плоскостях так, что каждая пьезопластина 3 примыкает к своей вершине многоугольника, а их поперечный разрез не больше половины стороны этого многоугольника.

Вращая поворотную вставку 2 в отверстии 7 выставляют необходимый угол наклона, соответствующий по частоте условиям контроля пьезопластины 3. Выполнение части 4 вставки 2 из демпфирующего материала с Б определенным волновым акустическим сопротивлением обеспечивает понижение реверберационных шумов преобразователя. 2 ил.

1772735

Изобретение относится к области ультразвуковой дефектоскопии и может быть использовано при контроле сварных швов и изделий.

Известен ультразвуковой преобразователь с переменным углом ввода, содержащей призму с отверстием и размещенного в ней поворотную вставку с пьезоэлементом, поверхность которой сопряжена с поверхностью отверстия.

Недостатком данного преобразователя является недостаточно широкая область применения вследствие невозможности ультразвукового контроля изделий на различных частотах.

Наиболее близким по технической сущности является ультразвуковой преобразователь с переменным углом ввода для дефектоскопии изделий, содержащий призму с отверстием, размещенную в отверстии поворотную вставку с установочными плоскостями и расположенные на установочных плоскостях по всей их длине пьезопластины на различную. рабочую частоту, наружная поверхность вставки сопря- жена с поверхностью отверстия. а установочные плоскости образуют правильный многоугольник.

Недостаток этого преобразователя— недостаточно высокая достоверность дефе.<тоскопии вследствие высокого уровня шумов из-за обратных отражений внутри вставки возбуждаемых пьезопластинами колебаний.

Целью изобретения является повышение достоверности дефектоскопии за счет повышения соотношения сигнал/шум вследствие выполнения. внутренней части вставки из демпфирующего материала и определенного выбора поперечных размеров и места установки пьезопластин.

На фиг. 3 схематично представлен ультразвуковой преобразователь с тремя пьезопластинами; на фиг. 2 показано расположение пьезопластин и направления распространения ультразвуковых волн в демпфирующем материале внутренней части вставки (а — подающая волна, Ь вЂ” преломленная, с — отраженная).

Ультразвуковой преобразователь с переменным углом ввода для дефектоскопии изделий содержит преломляющую призму

1, поворотную вставку 2 и пьезопластины 3.

Вставка подразделяется на внутреннюю часть 4 и внешнюю часть 5, границы которых образуют установочные плоскости 6 в виде правильного многоугольника. Поперечный размер пьезопластин 3 выбран не более половины стороны образованного установочными плоскостями 6 многоугольника, каждая пьезопластина 3 закреплена на установочной плоскости 6 и примыкает к своей вершине многоугольника, Внутренняя часть 4 вставки 2 выполне5 на из демпфирующего материала с волновым акустическим сопротивлением Zg, удовлегеоря юоГим условию 2о - Z.Z,ãäå

Еуу u Zpp волновые акустические сопротивлер ния пьезопластины 3 и призмы, 10 В призме выполнено отверстие 7, в котором размещена поворотная вставка. Поверхность внешней части 5 вставки сопряжена с поверхностью отверстия, а волновое акустическое сопротивление этой

15 части 5 равно волновому акустическому сопротивлению призмы. ультразвуковой преобразователь с переменным углом ввода для дефектоскопии изделий работает следующим образом.

20 Поворотной вставкой 2, вращая ее в отверстии 7, выставляют угол наклона, соответствующий выбранному углу ввода ультразвуковых колебаний в материале изделия, той пьезопластины 3, на частоте ко25 торой производится контроль, Для перехода на другую частоту, на поворотной вставке выбирают соответствующую данной частоте пьезопластину 3 и выставляют под необходимым углам.

30 В качестве примера расположения пьезопластин, - образующих правильный многоугольник, рассмотрим образованный установочными плоскостями 6 правильный треугольник, показанный на фиг. 2.

35 Падающая (а) ультразвуковая волна от тыльной поверхности пьезопластины 3 распространяется в демпфирующем материале

4. На границе раздела сред: демпфирующий материал 4 — материал внешней части 5 по40 воротной вставки 2; демпфирующий материал 4 — материал пьезопластины 3, падающая (а) ультразвуковая волна частично проходит (в) через границу, а частично отражается (с) от нее.

45 Конструктивное размещение и размеры пьезопластин 3 выбраны таким образом, что после однократного отражения ультразвуковая волна (с) полностью попадает на участок свободный от пьезопластины 3, 50 Вследствие того, что демпфирующий материал внутренней части 4 вставки 2 удовлетворяет условию максимального согласования сред на прохождение ультразвуковых волн, то большая часть энергии

55 падающей (а) и отраженной (с) ультразвуковых волк поглощается в материале внешней части 5 вставки 2 и в материале преломляющей призмы К что позволяет значительно уменьшить уровень реверберационных шумов в демафирующем материале 4.

1772735

25

Во многих случаях для ответственных деталей и сварных соединений не допускается наличие каких-либо дефектов, однако в практике ультразвукового контроля обнаружить все дефекты не представляется возможным и поэтому приходится сводить к минимуму ошибки 1-го и 2-го родов (ложной тревоги и пропуска). Это достигается путем комплексного прозвучивания контролируемого изделия с использованием различных методов ультразвукового контроля, схем расположения преобразователей и углов ввода ультразвуковых колебаний, Одним из способов, позволяющим повысить достоверность дефектоскопии и точность измерения эквивалентных площадей произвольно ориентированных небольших дефектов, является прозвучивание одного и того же участка контролируемого изделия на различных частотах, отличающихся между собой в несколько раз, а так же за счет уменьшения уровня реверберационных шумов в преобразователе. Так амплитуда эхосигналов определяется соотношением размеров и формы дефекта.

Если дефект значительно меньше длины волны, то отраженные ультразвуковые волны соответствуют релеевской теориидиффузного рассеяния. При этом коэффициент отражения (обратного рассеяния) зависит от отношения диаметра отражателя к длине волны в четвертой степени и имеет широкое угловое пространственное распределение. Амплитуда эхо-сигналов от диффузных отражателей. как правило, весьма незначительна. Когда размеры дефекта становятся соизмеримы с длиной ультразвуковой волны зависимость коэффициента отражения от отношения диаметра отражателя к длине волны становится квадратичной, амплитуда эхо-сигналов от таких отражателей несколько повышается, однако угловая ширина отражения остается большой. И, наконец, когда размеры отражающей поверхности значительно превышают длину ультразвуковой волны, отражение обладает значительной направленностью и зависит от пространственной ориентации отражающей границы. При этом коэффициент отражения становится независимым от частоты и амплитуды эхосигналов значительно превышает амплитуду диффузных отражений.

Существенным фактором, затрудняющим обнаружение дефектов с диффузным отражением, является собственные шумы преобразователя. Наиболее значительный вклад вносят акустические шумы преобразователя, образующиеся в результатв многократных отражений ультразвуковых волн . в материале протектора и демпфера. B первом случае можно эффективно устранить отраженные ультразвуковые волны. применяя различного рода ловушки и форму протектора. Оптимальный подбор составляющих демпфера является сложной задачей для конкретного типа преобразователя.

Так, для преобразователей, имеющих сложную конструкцию, содержащих несколько пьезопластин, выбор демпфирующего материала и конструктивных особенностей демпфера является наиболее актуальным, так как оказывает существенное влияние на коэффициент двойного преобразования и реверберационные шумы преобразователя.

Применяя пьезопластины с различной резонансной частотой и прозвучивая один и тот же участок контролируемого изделия на различных частотах и под разными углами, находят ту частоту и угол, где значение амплитуды эхо-сигнала будет максимальным, а по РРД-диаграмме определяет эквивалентную площадь дефекта.

В качестве пьезопластин с различными резонансными частотами могут быть выбраны пьезопластины, частота которых соответствует ряду частот (1.25; 2; 5: 5,0; 7,5; 10

МГц), используемые в ультразвуковой дефектоскопии, что значительно упрощает проведение контроля в соответствии с ГОСТ

M. 26126-84.

Таким образом. использование данного ультразвукового преобразователя для ульт-развукового контроля сварных швов и изделий позволит максимально устранить уровень реверберационных шумов и повысить соотношение сигнал/шум, за счет чего повышается достоверность дефектоскопии.

Формула изобретения

Ультразвуковой преобразователь с переменным углом ввода для дефектоскопии изделий, содержащий призму с отверстием, размещенную в отверстии поворотную вставку с установочными плоскостями и расположенные нэ установочных плоскостях пьезопластины на различную рабочую частоту, наружная поверхность вставки сопряжена с поверхностью отверстия, установочные плоскости образуют правильный многоугольник, о т л. и ч а ю шийся тем, что, с.целью повышения достоверности дефектоскопии за счет повышения соотношения сигнал/шум, поперечный размер пьезопластины выбран не более половины стороны образованного установочными плоскостями многоугольника, каждая пьезопластина закреплена на установочной плоскости и примыкает к своей вершинв многоугольника, а внутренняя часть встав1772735 где Zn — волновов акустическое сопротивление пьезопластины;

Составитель В.Гондаревский

Техред М,Моргентал Корректор Н.Король. Редактор .

Заказ 3843 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент"; г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 ки, ограниченная установочными плоскостями, выполнена из демпфирующего материала с волновым акустическим сопротивлением Ед. удовлетворяющим условию

Z = Z n ., Znp — волновое акустическое сопротив5 ление призмы и периферийных частей вставки.