Ультразвуковой преобразователь с переменным углом ввода для дефектоскопии изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 177 51)5 6 01 Й 29/ ИЗОБР Н САНИЕ ЕЛЬСТВ ВТОР 08 ОСУДАРСТВЕЙНЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(72) Я.Е.Беленький, О,Е.Левицкий, А,М.Муравьев, Ю.М.Мирош и А,П.Бобров (56) Авторское свидетельство СССР М 728076, кл. 6 01 й 29/04, 1978.Патент США И. 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 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 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 определенным волновым акустическим сопротивлением обеспечивает понижение реверберационных шумов преобразователя, 2Изобретение относится к области ультразвуковой дефектоскопии и может быть использовано при контроле сварных швов иизделий.Известен ультразвуковой преобразователь с переменным углом ввода, содержащей призму с отверстием и размещенного вней поворотную вставку с пьезоэлементом,поверхность которой сопряжена с поверхностью отверстия,Недостатком данного преобразователяявляется недостаточно широкая областьприменения вследствие невозможностиультразвукового контроля изделий на различных частотах.Наиболее близким по технической сущности является ультразвуковой преобразователь с переменным углом ввода длядефектоскопии изделий, содержащий призму с отверстием, размещенную в отверстииповоротную вставку с установочными плоскостями и расположенные на установочных плоскостях по всей их длинепьезопластины на различную. рабочую частоту, наружная поверхность вставки сопря-жена с поверхностью отверстия, аустановочные плоскости образуют правильный многоугольник.Недостаток этого преобразователя -недостаточно высокая достоверность дефектоскопии вследствие высокого уровняшумов из-за обратных отражений внутривставки возбуждаемых пьезопластинамиколебаний.Целью изобретения является повышение достоверности дефектоскопии за счетповышения соотношения сигнал/шумвследствие выполнения. внутренней частивставки из демпфирующего материала и определенного выбора поперечных размерови места установки пьезопластин.На фиг. 1 схематично представлен ультразвуковой преобразователь с тремя пьезопластинами; на фиг, 2 показанорасположение пьезопластин и направленияраспространения ультразвуковых волн в демпфирующем материале внутренней частивставки (а - подающая волна, Ь - преломленная, с - отраженная).Ультразвуковой преобразователь с переменным углом авода для дефектоскопииизделий содержит преломляющую призму3, поворотную вставку 2 и пьезопластины 3.Встава подразделяется на внутреннюючасть 4 и внешнюю часть 5, границы которыхобразуют установочные плоскости 6 в видеправильного многоугольника. Поперечныйразмер 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 выполне 5 на из демпфирующего материала с волновым акустическим сопротивлением 29,удовлегеорв юоГим условию Го - гдеЕп и 2 пр волновые акустические сопротивления пьезопластины 3 и призмы,0 В призме выполнено отверстие 7, в котором размещена поворотная вставка. Поверхность внешней части 5 вставкисопряжена с поверхностью отверстия, аволновое акустическое сопротивление этой15 части 5 равно волновому акустическому сопротивлению призмы,ультразвуковой преобразователь с переменным углом ввода для дефектоскопииизделий работает следующим образом.20 Поворотной вставкой 2, вращая ее в отверстии 7, выставляют угол наклона, соответствующий выбранному углу вводаультразвуковых колебаний в материале изделия, той пьезопластины 3, на частоте ко 25 торой производится контроль, Дляперехода на другую частоту, на поворотнойвставке выбирают соответствующую данной частоте пьезопластину 3 и выставляютпод необходимым углам.30 В качестве примера расположения пьезопластин, образующих правильный многоугольник, рассмотрим образованныйустановочными плоскостями 6 правильныйтреугольник, показанный на фиг, 2.35 Падающая (а) ультразвуковая волна оттыльной поверхности пьезопластины 3 распространяется в демпфирующем материале4, На границе раздела сред: демпфирующийматериал 4 - материал внешней части 5 по 40 воротной вставки 2; демпфирующий материал 4 - материал пьезопластины 3,падающая а) ультразвуковая волна частично проходит в) через границу, а частичноотражается (с) от нее,45 Конструктивное размещение и размерыпьезопластин 3 выбраны таким образом, чтопосле 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 максимальногосогласования сред на прохождение ультразвуковых волн, то большая часть энергии55 падающей (а) и отраженной (с) ультразвуковых волн поглощается в материале внешнейчасти 5 вставки 2 и в материале преломляющей призмы К что позволяет значительноуменьшить уровень реверберационных шумов в демпфирующем материале 4.15 20 25 40 45 50 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 теории. диффузного 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 реэультэтв многократных отражений ультразвуковых волн . в материале протектора и демпфера. В 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 различнымирезонансными частотами могут быть выбраны пьезопластины, частота которых соответствует ряду частот (1.25; 2; 5: 5,0; 7,5: 10МГц), используемые в ультразвуковой дефектоскопии, что значительно упрощаетпроведение контроля в соответствии с ГОСТ М 26126-84,Таким образом. использование данного ультразвукового преобразователя для ультразвукового 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 щ и й с я 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 вершинвмногоугольника, а внутренняя часть встав1772735 Составитель В.ГондаревскийТехред М,Моргентал Корректор Н.Корол Редакт каэ 3843 ВНИИПИ Го Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж; Раушская наб 4/5 и ГКНТ СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент"; г, Ужгород, ул.Гагарина ки, ограниченная установочными плоскостями, выполнена из демпфирующего материала с волновым акустическим сопротивлением Ед, удовлетворяющим условиюг,"- ъЕ;,где 2 - волновов акустическое сопротивление пьезопластины; Ъ - волновое акустическое сопротив 5 ление призмы и периферийных частей вставки.