Призматический ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь

 

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано в машиностроении при ультразвуковом контроле. Цель изобретения - повышение производительности и надежности ультразвукового контроля. Цель достигается тем, что призматический ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, содержащий пьезоэлемент, установленный в призме, дополнительно снабжен коническими звукопроводами, установленными на внешней поверхности пьезоэлемента под заданным углом к ней, и цилиндрическими конусными звукопроводящими насадками по числу конических волноводов, в которых с торцовой поверхности выполнены конические полости, размеры которых соответствуют размерам конических волноводов. Материал насадок обеспечивает распространение в них трансформированных поперечных волн. Насадки имеют заданные длину и диаметр. 2 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии.

Известны средства определения чувствительности контроля при помощи искусственных контрольных отражателей [1] Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является призматический ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, содержащий пьезоэлемент, установленный на призме [2] Боковые цилиндрические отражатели расположены в призме на пути распространения продольной и поперечной волн, отражающих в процессе контроля в корпус преобразователя, а расстояния от точки ввода ультразвуковых колебаний до отражателей выбраны такими, что тест-импульсы от этих отражателей располагаются в начале и конце зоны контроля.

К недостаткам этого преобразователя относится ограниченность его применения, связанная с размерами призмы преобразователя. Так, для зоны контроля, например. 150 мм по ходу луча в материале со скоростью звука 5000 м/с (металл) и скоростью звука в призме 2500 м/с (оргстекло, полистирол) величина протяженности хода луча должна быть примерно 15 мм. Это явление наиболее ярко выражено при контроле толстостенных изделий на первом, втором и т.д. отражении от нижней и верхней граней контролируемого объекта.

При подобном эталонировании отражателем является боковая поверхность цилиндра с заданным диаметром, что также снижает диапазон изменения чувствительности при разных режимах контроля.

Подобный способ эталонирования неприменим для преобразователей с переменным углом ввода, так как при изменении угла наклона пьезоэлемента в призме происходит несовпадение хода лучей на границе раздела с направлением на цилиндрические отражатели.

Цель изобретения повышение производительности и надежности ультразвукового контроля.

Сущность изобретения заключается в том, что призматический ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (УЗ ПЭП), содержащий пьезоэлемент, установленный на призме, дополнительно снабжен коническими звукопроводящими волноводами, установленными на внешней торцовой поверхности пьезоэлемента под заданным углом к ней, и цилиндрическими съемными звукопоглощающими насадками по числу конических волноводов, в которых с торцовой поверхности выполнены конические полости, размеры конических полостей соответствуют размерам конических волноводов, каждая из насадок конической полостью сопряжена с волноводом, материал насадок выбран из условия распространения в них трансформированных на границе раздела поперечных волн, длина насадки выбирается из соотношения l_min ≅ L ≅ l_max. где l_min= l_max= V скорость звука в материале цилиндрической насадки; t₁ и t₂ заранее определенное время появления импульса на экране соответственно от ближайшего и наиболее отдаленного от преобразователя дефекта, а наружные диаметры насадок соответствуют диаметрам эталонных отражателей.

На фиг.1 показан УЗ ПЭП в процессе контроля на изделии; на фиг.2 тест-импульсы на экране дефектоскопа.

Призматический УЗ ПЭП содержит пьезоэлемент 1, призму 2, конические волноводы 3 и 4 (показано по одному конусному волноводу), цилиндрическую съемную звукопоглощающую насадку 5 длиной L_L и диаметром D₁, цилиндрические насадки 6 длиной L_t и диаметром D₂ (показано по одной насадке). На фиг.1 показаны контролируемое изделие 7 и дефекты 8 и 9.

На фиг. 2 показаны зондирующий сигнал 10, эхо-сигнал 5' от отражателя, эхо-сигнал 6' от отражателя, эхо-сигнал 8' от дефекта 8, эхо-сигнал 9' от дефекта 9.

Длину насадок 5 и 6 выбирают так, чтобы в процессе контроля эхо-сигналы 5'и 6' располагались по краям зоны автоматической сигнализации дефекта (АСД) 1 для дефекта 8, диаметры D₁ и D₂ должны соответствовать диаметру, соответствующему минимально выявленному дефекту для зоны АСД I, длина и диаметр неуказанных насадок для зоны АСД II дефекта 9 обозначены тест-сигналами 11 и 12.

Призматический УЗ ПЭП работает следующим образом.

Преобразователь помещают на контролируемое изделие 7, производят поиск дефектов. Находят минимально выявленный дефект. Устанавливают при помощи контактной смазки насадки 5 и 6 длиной L_L и L_t. При этом диаметры насадок D₁ и D₂ соответствуют по отражательной способности отражению от минимального выявляемого дефекта 8 в ближней и дальней зонах. Путем сравнения на экране дефектоскопа амплитуд тест-сигналов и сигналов от дефектов судят о размерах дефектов и о качестве изделия.

При необходимости при помощи дополнительных насадок формируют соответствующие зоны контроля для дефекта 9.

Формула изобретения

ПРИЗМАТИЧЕСКИЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий пьезоэлемент, установленный на призме, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и надежности ультразвукового контроля, он снабжен коническими звукопоглощающими волноводами, установленными на внешней торцевой поверхности пьезоэлемента под заданным углом к ней, и цилиндрическими съемными звукопоглощающими насадками по числу конических волноводов, в которых с торцевой поверхности выполнены конические полости, размеры конических полостей соответствуют размерам конических волноводов, каждая из насадок конической полостью сопряжена с волноводом, метариал насадок выбран из условия распространения в них трансформированных на границе раздела поперечных волн, а длина насадки выбирается из соотношения l_min ≅ L ≅ l_max, где l_min = vt₁/2,
l_max = vt₂/2,
где v - скорость звука в материале цилиндрической насадки;
t₁ и t₂ - заранее определенное время появления на экране соответственно ближайшего и наиболее отдаленного от преобразователя дефекта,
а наружные диаметры насадок соответствуют диаметрам эталонных отражателей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2