Способ сборки ультразвукового преобразователя Советский патент 1993 года по МПК G01N29/24 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля ультразвуковым методом и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где осуществляется ультразвуковая дефектоскопия изделий, например сварных швов изделий энергомашиностроения.

Цель изобретения - повышение надежности преобразователя.

Способ сборки ультразвукового преоб разователя заключается в следующем.

Сопрягаемую поверхность заготовки звуковода из полимера, например органического стекла, выполняют по профилю сопрягаемой поверхности первого пьезоэлемента, и эти поверхности предварительно очищают от загрязнений. После этого к пье- зоэлементу припаивают контакты и соединяют их с блоком высокого напряжения, способного создать в пьезоэлементе электрическое поле порядка 30 кВ/см, а с противоположной стороны сопрягаемой поверхности звуковода приклеивают вто00

со ю

ю

со

рой (приемный) пьезоэлемент и соединяют через усилитель с индикатором акустических колебаний.

После такой предварительной подготовки осуществляют нагрев материала зву- ковода до состояния размягчения, при этом может быть любой источник энергии для нагрева, в частности туннельная печь или силы трения.

Если в качестве материала звуковода применяется органическое стекло (температура размягчения которого выше 180 С) пьезоэлемент нагревают до температуры 120-150°С и закрепляют на пуансоне пресса, а заготовку звуковода устанавливают на столе или закрепляют на матрице пресса соосно с пьезоэлементом. С помощью пуансона перемещают пьезоэлемент до контакта сопрягающихся поверхностей пьезоэлемента и звуковода. Одновременно с этим создают колебания пьезоэлемента с помощью разрывного элемента, включенного в электрическую цепь пьезоэлемент - блок высокого электрического напряжения, в результате чего пьезоэлемент гене- рирует акустические колебания, которые приводят к дополнительному перемещению поверхностей пьезоэлемента, т.е. пьезоэле- мент начинает вибрировать. Прессом (пуансоном) начинают вдавливать первый пьезоэлемент в материал звуковода. По мере вдавливания появляется контакт между сопрягаемыми поверхностями, и в этом случае генерируемый пьезоэлементом ультразвук проходит через звуковод на второй (приёмный) пьезоэлемент и, усиливаясь усилителем, поступает на индикатор, который фиксирует текущее значение амплитуды этих колебаний. При появлении амплитуды максимальной величины процесс вдавлива- ния прекращают и начинают охлаждать сопряженные поверхности пьезоэлемента и звуковода, например, обдувом воздуха или воздушно-водяной смесью. Охлаждение

прекращают при температуре отвердения материала звуковода (для плексигласа менее 80°С). От первого пьезоэлемента отключают блок высокого электрического напряжения. Освобождают пресс от пьезо

элемента и звуковода, после чего отсоеди- няют (отклеивают) от звуковода второй (приемный) пьезоэлемент. При необходимости звуковод с пьезоэлементом поступает на дальнейшую механическую обработку, т.е. из звуковода изготавливают призму, а на пьезоэлемент устанавливают со свободной стороны (при необходимости) демпфер и после этого формируют преобразователь заливкой в форму твердеющего компаунда, например. К-115, а контакты пьезоэлемента

0 5 0 5 0 5 0

5

0 5

электрически соединяют с высокочастотным разъемом дефектоскопической аппаратуры.

Для соединения пьезоэлемента со зву- ководом, за счет трения сопрягаемых поверхностей, закрепляют пьезоэлемент и звуковод (заготовку) на токарном станке, пьезопластину - в специальной державке на подвижной бабке, а звуковод - например, в патроне неподвижной бабки. С помощью электропривода приводят во вращение патрон со звуководом, а пьезопластину подводят с помощью подвижной бабки до соприкосновения с сопрягающейся поверхностью. За счет появившегося трения между этими поверхностями происходит разогрев пьезоэлемента и звуковода. Как только поверхность звуковода размягчится до жидкого состояния, начинают с помощью подвижной бабки вдавливать пьезоэлемент в материал звуковода, одновременно с этим к пьезоэлементу подводят электрическое поле и осуществляют все операции как указывалось выше. При этом температура пьезоэлемента может превышать температуру точки Кюри (температура раслоляризации для материала ЦТС-19 составляет 290°С), если в качестве материала звуковода используется полимерный материал, например, марки ТАСМ на основе полиимида, температура размягчения которого намного больше 400°С, в этом случае величину электрического поля устанавливают достаточной для индуцированной поляризации пьезоэлемента. Например, для толщины до 1 мм устанавливают величину поля до 5 кВ/мм. С помощью прерывателя создают ультразвуковые импульсы, которые, с одной стороны, приводят к колебанию пьезопластины и тем самым облегчают перемещение последнего в материал звуковода, ас другой - излученные колебания, проходя через звуковод, фиксируются с помощью приемного преобразователя, закрепленного на звуко- проводе, и через подвижный контакт, усили- тель фиксируются индикатором. При появлении максимальной амплитуды сигнала выключают привод патрона и дожимают пьезоэлемент в материал звуковода. После этого одним из известных методов охлаждают место сопряжения соединенных элемен- тов, снимают их со станка и при необходимости производят механическую обработку и дальнейшую сборку, как указано выше.

Для создания необходимой температуры нагрева можно использовать туннельную печь типа ОКБ-197Б, для соединения пьезоэлемента с материалом звуковода может быть использован гидравлический пресс усилием до 1000 кг/см .

Скорость подъема температуры для изделий средних габаритов может достигать 100 град/ч, а для малых габаритов- 180-200 град/ч.

Выбор материала звуковода осуществляется следующим образом. В настоящее время основным материалом для изготовления звуководов (призм) ультразвуковых пре- образователен служит плексиглас, который обладает достаточным коэффициентом затухания для гашения ультразвуковых волн в ловушке преобразователя и в то же время не сильно ослабляет ультразвуковые волны на коротком пути от пьезоэлемента в изделие. В последние годы получили также распространение новые полимерные материалы - капролон,поликарбонит, которые при скоростях-звука таких же, как в оргстекле (плексиглас), выгодно отличаются от оргстекла более высокой износостойкостью (в 3-7 раз выше).

После сборки готовый преобразователь устанавливают на поверхности контролиру- емого изделия, соединяют с дефектоскопом и проводят поиск дефектов, например типа нарушения сплошности.

Таким образом, заявленный способ сборки ультразвукового преобразователя позволяет повысить эксплуатационную надежность при циклическом изменении температуры, исключает промежуточную среду

- клей с малым акустическим сопротивлением, что позволяет повысить чувствительность преобразователя к дефектам.

Формула изобретения Способ сборки ультразвукового преобразователя, заключающийся в том, что первый пьезоэлемент с электродами устанавливают и фиксируют путем вдавливания на одной из поверхностей твердого звуковода, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности преобразователя, на поверхность звуковода, противоположную поверхности, контактирующей с первым пьезоэлементом, устанавливают второй пьезоэлемент, пьезоэлементы и зву- ковод нагревают до температуры размягчения материала звуковода, а вдавливание первого пьезоэлемента в звуковод осуществляют при одновременном возбуждении колебаний звуковода путем подачи на электроды первого пьезоэлемента периодически прерываемого напряжения, фиксируют с помощью второго пьезоэлемента прошедшие через звуковод колебания и оценивают качество соединения первого пьезоэлемента со звуководом по величине амплитуды принятого сигнала, охлаждают звуковод с пьезоэлементами до отвержения звуковода, после чего прекращают подачу периодического напряжения на электроды первого преобразователя и отсоединяют второй преобразователь.

Изобретение относится к устройствам для неразрушающего контроля ультразвуковым методом и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где осуществляется ультразвуковая дефектоскопия изделий, например сварных швов изделий. Цель изобретения - повышение надежности преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что по способу сборки ультразвукового преобразователя, заключающемуся в том, что первый пьезоэлемент с электродами устанавливают и фиксируют путем вдавливания на одной из поверхностей твердого звуковода, на поверхность звуковода, противоположную поверхности, контактирующей с первым пьезоэлементом, устанавливают второй пьезоэлемент, пьезоэлементы и звуковод нагревают до температуры размягчения материала звуковода, а вдавливание первого пьезоэлемента в звуковод осуществляют при одновременном возбуждении колебаний звукопровода путем подачи на электроды первого пьезоэлемента периодически прерываемого напряжения, фиксируют с помощью второго пьезоэлемента прошедшие через звуковод колебания и оценивают качество соединения первого пьезоэлемента со звукопроводом по величине амплитуды принятого сигнала, охлаждают звуковод с пьезоэлементами до отвердения звуковода, после чего прекращают подачу периодического напряжения на электроды первого пьезоэлемента и отсоединяют второй преобразователь.