Ультразвуковой наклонный преобразователь Советский патент 1992 года по МПК G01N29/24 

фие. 2

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, в частности к. ультразвуковым наклонным преобразователям для контроля скрытых дефектов материалов и сварных соединений.

Повышение качества контроля ультразвуковыми преобразователями достигается путем снижения уровня помех, возникающих при прохождении ультразвука в материале иссле ДУемЪго изделия, а также собственных шумов. Однако помехи и ослабление полезного сигнала могут возникать не только в материале, но и при прохождении сигнала через контактный слой жидкости Наиболее сильное влияние слоя жидкости проявляется при вводе в изделие поперечной волны, распространение которой в этом слое приобретает неупорядоченный вихревой характер. Это явление осла бевает с увеличением вязкости жидко- сти.

Известен наклонный ультразвуковой преобразователь, содержащий пьезоэле- мент продольных колебаний и акустическую призму Пьезоэлемент закреплен на боко- вой грани призмы, которая расположена под острым углом к рабочей грани, контактирующей с плоскостью сканирования.

Указанный ультразвуковой преобразователь обладает достаточно высоком чувст- вительностью и обеспечивает хорошее качество контроля за счет снижения собственных шумов.

Однако этот преобразователь не рассчитан на улучшение акустического контак- та между его рабочей поверхностью и изделием, создаваемого слоем жидкости, которую наносят вдоль поверхности сканирования на предварительно подготовленное изделие. Это обусловлено условиями распространения ультразвуковых волн в жидкости.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является преобразователь, содержащий наклонную призму, на которой установлен излучатель поперечных колебаний. Призма имеет контактирующую с изделием рабочую грань, наклонную грань, на которой закреплен излучатель, и грань, противолежащую рабочей грани. Аку- стическая ось излучателя направлена к рабочей грани призмы.

Недостаток известного преобразователя заключается в том, что в условиях реальной эксплуатации помехи и ослабление полезного сигнала могут возникать не только от дендритной структуры материала, но и на площадке акустического контакта преобразователя с изделием через жидкий слой. Таким образом, нельзя дополнительно повысить качество контроля из-за высокого уровня помех, возникающих на границе ввода ультразвуковых колебаний в изделие.

Цель изобретения - улучшение акустического контакта с изделием путем повышения вязкости контактной жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковом наклонном преобразователе поперечных колебаний, содержащем акустическую призму с рабочей гранью, предназначенной для контактирования с исследуемой поверхностью через контактную жидкость, и излучатель поперечных колебаний, закрепленный на наклонной грани призмы, преобразователь снабжен пьезоп- ластиной продольных колебаний, укрепленной на грани, противолежащей рабочей, при этом ее акустическая ось направлена перпендикулярно рабочей грани призмы и пересекается в плоскости этой грани с акустической осью излучателя поперечных колебаний

Излучатель поперечных колебаний выполнен в виде пьезопластины продольных колебаний, установленной на дополнительной клинообразной призме, рабочая грань которой контактирует с наклонной гранью основной призмы, а угол а клина выбирается из соотношения orKpi а aKP2- где Gkpi - первый критический угол, огкр2 второй критический угол

Установка дополнительного источника продольных ультразвуковых колебаний, который воздействует на жидкий слой, значительно повышает контактные свойства жидкости, за счет чего создаются благоприятные условия для прохождения через этот слой горизонтально поляризованных поперечных волн и снижаются их нежелательные отражения, создающие шумы при приеме эхо-сигналов от дефектов в изделии. Это обеспечивает повышение качества контроля.

На фиг. 1 схематически показан преобразователь с одной призмой, вид спереди; на фиг. 2 - преобразователь из двух призм, одна из которых является источником гори- v зонтально-поляризованных поперечных колебаний.

Ультразвуковой преобразователь содержит призму 1, имеющую рабочую грань 2, которой преобразователь контактирует с исследуемым изделием по плоскости сканирования. На грани, противолежащей рабочей грани призмы, закреплен, например приклеен, источник 3 ультразвуковых колебаний. На фиг, 1 источник показан в виде пьезопластины, излучающей поперечные волны. Однако для того, чтобы обеспечить

ввод в контролируемое изделие горизонтально-поляризованных поперечных волн, источник 3 может быть выполнен в виде пьезопластины, закрепленной на дополнительной призме 4 (фиг. 2). При такой конст- рукции между призмами образуется плоскость трансформации продольных колебаний в горизонтально-поляризованные поперечные колебания. Акустическая ось 5 источника 3 ультразвуковых колебаний на- правлена на рабочую грань 2 призмы 1 под углом, который определяется известным путем для каждого отдельного типа преобразователей и задается углом наклона грани, на которой закреплен источник, относи- тельно рабочей грани. Рядом с источником поперечных горшонтально-поляризоваи- ных колебаний на дополнительной грани закреплен источник 6 продольных ультразвуковых колебаний Этот источник выполнен в виде пьезопластины, акустическая ось 7 которой также направлена рабочей грани призмы, при этом предпочтительно перпендикулярное направление этой оси к рабочей грани. Ось 5 источника 3 и ось 7 источника б пересекаются в точке, лежащей на плоскости рабочей грани 2 (плоскости сканирования). При перпендикулярном направлении оси 7 к рабочей грани создается меньше внутренних отражений волны от источника 6. Угол клина выбирается из соотношения OKPI а акр2, где zKpi и Окр2 - первый и второй критические углы.

Выбор данного диапазона обусловлен известными условиями ввода волн в изделие и их распространения в материале изделия.

При изготовлении опытного образца призмы были выполнены из резины и орг- стекла. В качестве источников продольных колебаний использовали пьезопластины ЦТС-19, излучающие колебания с частотой 1,8 МГц, при этом пьезопластина 3 может выполнять одновременно функцию истбч- ника и приемника ультразвуковых колебаний. Угол под которым акустическая ось 5 источника 3 падает на рабочую грань 2, составляет в данном примере около 28°.

Ультразвуковой преобразователь работает следующим образом.

Призму 1 устанавливают рабочей гранью 2 на специально подготовленную поверхность исследуемого изделия. Пьезопластины 3 и 6 подключают к генератору (не показан) и перемещают преобразователь по траектории сканирования, наблюдая результаты на экране дефектоскопа. Пьезопластина 3 излучает продольные колебания (вариант по фиг. 2), трансформирующиеся на плоскости контакта призм 1 и 4 в горизонтально-поляризованные поперечные колебания, которые проходят через призму 1 и вводятся в исследуемое изделие. Одновременно пьезопластиной б излучаются продольные колебания, направленные по оси 7 к рабочей грани 2, где эти волны воздействуют на жидкий слой между призмой и изделием в зоне площадки акустического контакта. За счет того, что акустические оси источников пересекаются в точке на плоскости рабочей грани (плоскости сканирования), площадки акустического контакта обоих источников с изделие совпадают и жидкость, нанесённая перед сканированием на изделие, подвергается дополнительному воздействию продольных волн. Это воздействие изменяет свойства жидкости, например повышает ее поверхностное натяжение, что способствует лучшему прохож- дению волн от основного наклонного источника 3 через жидкость в материал изделия. В результате снижается уровень паразитных колебаний.

При использовании изобретения чувствительность данного преобразователя повысилась на 5-8 дБ.

Использование предлагаемого ультразвукового преобразователя позволяет повысить чувствительность контроля и более эффективно и качественно проверить изделия, например, для АЭС,

Формула изобретения

1.Ультразвуковой наклонный преобразователь поперечных колебаний, содержащий акустическую призму с рабочей гранью, предназначенной для контактирования с исследуемой поверхностью через контактную жидкость, излучатель поперечных колебаний, закрепленный на наклонной грани призмы, отличающийся тем, что, с целью улучшения акустического контакта путем повышения вязкости контактной жидкости, он снабжен пьезопластиной продольных колебаний, укрепленной на грани, противолежащей рабочей, при этом акустическая ось пьезопластины направлена перпендикулярно рабочей грани призмы и пересекается в плоскости этой грани с акустической осью излучателя поперечных колебаний.

2.Преобразователь по п. 1,отличающий с я тем, что излучатель поперечных колебаний выполнен в виде пьезопластины продольных колебаний, установленной на дополнительной клинообразной призме, рабочая грань которой контактирует с наклонной гранью основной призмы, а угол а где oiepi и первый и второй крити- клина выбран из соотношенияческие углы.

Окр2,

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля скрытых дефектов материалов и сварных соединений. Цель изобретения - улучшение акустического контроля преобразователя с изделием путем повышения вязкости контактной жидкости. Пьезопластина 3 излучает продольные колебания, трансформирующиеся на плоскости контакта призм 1 и 4 в горизонтально-поляризованные поперечные колебания, которые проходят через призму 1 и вводятся в исследуемое изделие через рабочую грань 2. Одновременно пьезопластиной 6 излучаются продольные колебания, направленные по оси 7 к рабочей грани 2. где эти волны воздействуют на жидкий слой между призмой и изделием в зоне площадки акустического контакта. 1 з.л.ф-лы, 2 ил. Ё VJ СП ел 44 VI

ФЫ21