Комбинированная искательная головка Советский патент 1992 года по МПК G01N29/24 

Изобретение касается неразрушающих методов контроля с помощью ультразвука и вихревых токов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для выявления дефектов в многослойных металлических конструкциях и изделиях, изготовленных из немагнитных материалов.

Известна измерительная головка для ультразвукового теневого дефектоскопа, содержащая ультразвуковой преобразователь и электромагнитный преобразователь, с по-/ мощью которого осуществляется отстройка от влияния биений стержня в процессе контроля на его результаты.

Недостатком измерительной головки является низкая достоверность контроля, поскольку ультразвуковой преобразователь

наряду с внутренними дефектами контролируемого объекта в равной степени фиксирует и внешние его повреждения типа вмятин, забоин, царапин и рисок, не влияющих на качество изделия. А электромагнитный преобразователь, выполненный в виде катушки индуктивности, нечувствителен к поверхностным дефектам и не может быть, использован для отстройки от них.

Известен дефектоскоп, содержащий генераторы и приемники ультразвуковых и электромагнитных сигналов, излучающую и приемную ультразвуковые головки, связанные соответственно с выходом генератора и входом приемника ультразвуковых сигналов, антенны, связанные с выходом генератора электромагнитных сигналов и входом

VI ю

00 VI 00

VI

приемника этих сигналов, при этом каждая ультразвуковая головка и соответствующая антенна объединены в одну измерительную головку, которая выполнена в виде кольцевого пьезопреобразователя, через центральное отверстие которого пропущена эта антенна, а контактирующая часть измерительной головки выполнена из звукопроз- рачного материала, например пресс-материала типа оргстекла.

Измерительная головка, описанного дефектоскопа, имеет тот же недостаток, что и предыдущая, так как ультразвуковой кольцевой преобразователь чувствителен в равной степени к внутренним дефектам и поверхностным повреждениям, а антенны предназначены для. контроля радиопрозрачной части изделия и не могут быть использованы для отстройки от регистрации поверхностных повреждений нерадиопроз- рачной части изделия.

Наиболее близкой к изобретению является комбинированная измерительная головка для ультразвукового резонансного толщиномера, содержащая корпус, размещенный в корпусе демпфер, закрепленный на его торце пьезоэлемент и соосную с корпусом катушку индуктивности, выполненную в виде плоской спирали.

Однако такая измерительная головка предназначена для измерения толщины стенок металлических изделий через пленочное покрытие с изменяющейся толщиной при помощи ее ультразвукового преобразователя, а ее катушка индуктивности предназначена для отстройки от влияния изменений толщины пленки на результаты измерения толщины изделия. Измерительная головка не может быть использована для выявления дефектов ввиду высокой чувствительности ультразвукового преобразователя к поверхностным дефектам и низкой чувствительности к ним катушки индуктивности, выполненной в виде плоской спирали. Кроме того, дефекты могут регистрироваться только одновременно обоими элементами: пьезопреобразовате- лем и катушкой индуктивности из-за их осевой симметрии в измерительной головке, что не позволяет разделить их регистрацию.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля многослойных металлических изделий за счет исключения влияния поверхностных дефектов на результаты контроля.

Поставленная цель достигается тем, что она снабжена двумя идентичными дополнительными цилиндрическими катушками индуктивности, соединенными последовательно-согласно, корпус представляет собой ферритовое кольцо, первая катушка индуктивности выполнена цилиндрической и расположена снаружи ферритового кольца, а дополнительные катушки индуктивности установлены диаметрально снаружи ферритового кольца у рабочего торца так, что их оси параллельны между собой, а плоскости витков перпендикулярны плоскостям витков первой катушки индуктивности.

0 Предлагаемая искательная головка отличается известной наличием дополнительных цилиндрическихкатушек индуктивности, соединенных последовательно-согласно, что позволяет дважды вы5 делять сигнал от одного и того же поверхностного дефекта, корпусом, представляющим собой ферритовое кольцо, что повышает добротность катушек индуктивности, а следовательно, и их чувствитель0 ность, выполнением первой катушки индуктивности цилиндрической и ее расположением снаружи ферритового кольца, что обеспечивает защиту катушек индуктивности от электромагнитных помех со стороны

5 пьезоэлемента, установкой дополнительных катушек диаметрально снаружи ферритового кольца так, что их оси параллельны между собой, а плоскости витков перпендикулярны плоскостям витков первой катушки

0 индуктивности, позволяющей выявлять с помощью катушек индуктивности поверхностные дефекты прежде, чем они обнаружены и зафиксированы пьезоэлементом, и выделять только поверхностные дефекты.

5 На чертеже представлена комбинированная искательная головка.

Искательная головка содержит корпус, представляющий собой ферритовое кольцо 1, размещенный в корпусе демпфер 2, пье0 зоэлемент 3, закрепленный на его торце, катушки 4 индуктивности, выполненную цилиндрической и расположенную снаружи ферритового кольца 1 соосно ему, дополнительные цилиндрические катушки 5 и 6 ин5 дуктивности, соединенные последовательно-согласно, установленные диаметрально снаружи ферритового кольца 1 у рабочего его торца так, что их оси параллельны между собой, .а плоскости витков перпендикуляр0 ны плоскостям витков катушки 4.

Искательная головка предназначена для автоматизированного ультразвукового контроля изделий, например, многослойных металлических листов теневым мето5 дом. С этой целью по обе стороны контролируемого листа устанавливаются соосно одна против другой две искательные головки и одновременно синхронно перемещаются вдоль этого объекта. При этом пьезоэлемент 3 одной искательной головки

работает в режиме излучения, а пьезоэле- мент 3 другой искательной головки - в режиме приема. Одновременно катушка 4 в каждой искательной головке работает в режиме излучения, а катушки 5 и 6 в обеих искательных головках - в режиме приема.

Возбуждаемые пьезоэлементом 3 одной искательной головки ультразвуковые колебания вводятся в контролируемое изделие с одной стороны и с противоположной его стороны принимаются пьезоэлементом 3 другой искательной головки. Интенсивность ультразвуковых колебаний, прошедших через изделие, несколько ниже интенсивности колебаний, вводимых в него потому, что при распространении их в толще материала изделия наблюдаются потери энергии за счет отражения, затухания и геометрического расхождения пучка лучей этих колебаний. При постоянной толщине контролируемого изделия, однородности материала слоев изделия, параллельности поверхности ввода колебаний и ей противоположной поверхности и отсутствии дефектов уровень интенсивности колебаний сохраняется почти постоянным. При наличии на пути упругих колебаний дефекта, в зависимости от площади отражающей поверхности дефекта, его местоположения по толщине изделия и от площади сечения пучка ультразвуковых лучей, интенсивность упругих колебаний, поступающих на приемный пьезоэлемент 3, резко падает и может достичь нуля, что может быть зафиксировано любым регистрирующим прибором, подключенным к приемному пьезоэлементу 3. Интенсивность принимаемых ультразвуковых колебаний падает при появлении на пути пучка ультразвуковых колебаний поверхностных повреждений, поскольку они имеют отражательную способность не хуже внутренних дефектов.

Одновременно с пьезоэлементами 3 в каждой искательной головке работают катушки 4-6, при этом катушки 4 излучают электромагнитное поле, возбуждающее в контролируемом изделии вихревые, токи, а катушки 5 и 6 принимают обратное воздействие вихревых токов. При автоматизированном контроле искательные головки устанавливаются так, чтобы оси катушек 5 и 6 совпадали с направлением перемещения искательных головок. Тогда за счет того, что индуктивные катушки 5 и 6 размещены непосредственно под индуктивной катушкой 4, выполненной снаружи корпуса 1, в котором размещен пьезоэлемент 3, регистрирующий дефекты, поверхностные повреждения изделия обнаруживаются катушками 5 и 6 ранее, чем регистрируются

пьезоэлементом 3. Это позволяет использовать сигнал, снимаемый с катушек 5 и 6, для переключения пьезоэлементов 3 из режима работы в теневом варианте в режим эхо-им- пульсного контроля раньше, чем пьезоэлемент 3 зарегистрирует повреждение. Для чего необходимо пьезоэлемент 3 искательной головки, катушки б которой обнаружили поверхностное повреждение,

0 выключить из работы, а пьезоэлемент 3, противоположной искательной головки, перевести в режим излучения и приема. Поскольку ввод и прием ультразвуковых колебаний, в этом случае, осуществляется

5 со стороны изделия противоположной обнаруженному поверхностному повр еждению с помощью катушек 4-6, это повреждение пьезоэлементом 3 не регистрируется. Выявление поверхностных поврежде0 ний в изделии катушками индуктивности осуществляется за счет наведения вихревых токов катушкой 4. Электромагнитное поле -вихревых токов, наведённых в изделии, возбуждает в катушках 5 и 6 ЭДС, которые при

5 отсутствии внешних повреждений изделия равны по величине и™ противоположны по знаку. В результате сложения этих ЭДС, за счет последовательно-сЙгласнргУ включения катушек 5 и 6, на выходе катуШёк раз0 ность ЭДС равна нулю. При наличии повреждения поверхности изделия появляются тангенциональные составляющие электромагнитного поля вихревых токов, которые воздействуют на катушки 5 и 6, пло5 скости витков которых перпендикулярны плоскости изделия. Поскольку обе катушки 5 и 6 при приближении к повреждению искательной головки находятся по одну сторону от него, в катушках 5 и 6 появляются ЭДС

0 одного знака, .а при последовательно-согласном включении катушек 5 и 6 они суммируются и на выходе катушек 5 и 6 выделяется сигнал для переключения режима работы пьезоэлементов 3 из теневого в

5 эхо-импульсный. Эхо-импульсный контроль осуществляется до тех пор, пока пьезоэлемент 3 не пройдет через поверхностное повреждение. Если при этом пьезоэлемент 3 зафиксирует дефект, то он будет только

0 внутренним потому, что внешний дефект может быть только на противоположной стороне ввода и приема ультразвуковых колебаний, а сигнал от такого дефекта совпадет с донным и не зарегистрируется. После

5 того, как искательная головка пройдет.в процессе контроля над поверхностным повреждением изделия, обе катушки 5 и 6 снова окажутся по одну сторону от повреждения и на них снова выделится сигнал, по которому произойдёт переключение

пьезоэлементов 3 теперь из эхо-импульсного в исходный теневой режим работы.

При наличии внешних дефектов одновременно с обеих сторон контролируемого изделия сигнал переключения появится од- повременно на катушках 5 и 6 в обеих искательных головках, что явится сигналом на остановку контроля и причиной для проверки такого участка изделия в ручном зеркально-теневом варианте.

Переключение пьезоэлементов искательных головок из режима теневого контроля в режим эхо-импульсного контроля позволяет избежать регистрации внешних повреждений поверхностей изделия, кото- рые или не оказывают влияния на качество изделия, или устраняются при дальнейшей обработке его, и повысить достоверность контроля. Теневой метод чувствителен как к внутренним, так и к внешним дефектам, но зато не имеет неконтролируемых зон вблизи поверхностей, что является его достоинством. Эхо-импульсный метод имеет неконтролируемые зоны вблизи поверхностей, но не фиксирует поверхностные де- фекты со стороны противоположной поверхности ввода и приема ультразвуковых колебаний, что является преимуществом этого метода.

Таким образом, предлагаемая головка позволяет исключить перебраковку в процессе контроля изделий и свести до минимума неконтролируемую зону вблизи его поверхностей.

Формула изобретения Комбинированная искательная головка для неразрушающего контроля, содержащая корпус, размещенный в корпусе демпфер, закрепленный на его торце пьезоэлемент и соосную с корпусом катушку индуктивности, отличающаяся тем, что, с целью повышения достоверности контроля многослойных металлических изделий за счет исключения влияния поверхностных дефектов на результаты контроля, она снабжена двумя идентичными дополнительными цилиндрическими катушками индуктивности, соединенными последовательно-согласно, корпус представляет собой ферритовое кольцо, первая катушка индуктивности выполнена цилиндрической и расположена снаружи ферритового кольца, а дополнительные катушки индуктивности установлены диаметрально снаружи ферритового кольца у рабочего торца так, что их оси параллельны между собой, а плоскости витков перпендикулярны плоскостям витков первой катушки индуктивности.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для выявления дефектов сцепления в многослойных металлических листах и изделиях, изготовленных из них, в различных отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение достоверности контроля многослойных металлических изделий за счет исключения влияния поверхностных дефектов на результаты контроля - достигается за счет того, что искательная головка, содержащая корпус, размещенный в корпусе демпфер, закрепленный на его торце пьезоэлемент и соосную с корпусом катушку индуктивности, снабжена двумя идентич- ными дополнительными .катушками индуктивности, соединенными последовательно-согласно, корпус выполнен в виде ферритового кольца, на котором размещена первая катушка, а дополнительные катушки расположены диаметрально снаружи ферритового кольца у его рабочего торца. 1 ил.. СО