Способы контакта преобразователя с изделием

УЗ-волны хорошо отражаются от тончайших воздуш­ных зазоров, поэтому для передачи УЗ-колебаний от пре­образователя к изделию промежуток между ними запол­няют слоем жидкости. Существует несколько способов передачи ультразвука.

Контактный способ. Преобразователь прижимают к поверхности изделия, предварительно смазанной жид­костью (например, маслом). В некоторых случаях слой жидкости заменяют или дополняют эластичным матери­алом. Контактный смазочный материал должен хорошо смачивать контролируемый материал и поверхность пре­образователя, создавать тонкий равномерный слой и не стекать слишком быстро с поверхности.

Выбирая контактный смазочный материал, следует помнить, что вода обладает недостаточной вязкостью и смачиваемостыо и может вызвать коррозию изделия. Поэтому в воду надо добавлять поверхностно-активные вещества, улучшающие ее смачивающую способность, и вещества, уменьшающие ее способность вызывать кор­розию.

Щелевой (или менисковый) способ. Между преобра­зователем и изделием специальным ограничителем создается зазор (его толщина примерно равна длине волны ультразвука), в который непрерывно подают контактную жидкость Этот способ может быть использован, если поверхность контролируемого изделия расположена вертикально или имеет переменную кривизну.

Иммерсионный способ. Между преобразователем и изделием создается толстый слой жидкости путем поме­щения изделия в ванну с водой или образования локаль­ной жидкостной ванны. Этот способ имеет ряд преимуществ по сравнению с контактным: высокую стабильность излучения и приема УЗК за счет постоянства акустиче­ской связи между преобразователем и изделием; отсут­ствие изнашивания преобразователей, так как при конт­роле между преобразователем и изделием нет трения; возможность контроля изделий с грубообработанной или защищенной покрытием поверхностью без предвари­тельной подготовки.

Бесконтактные способы. Кроме указанных, существу­ют способы возбуждения и приема упругих колебаний через слой воздуха или с помощью электромагнитного поля, возбуждаемого датчиком,— бесконтактные. В этом случае специальная контактная среда не требуется.

 

 

Глава 2. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

 

2.1. Классификация преобразователей

Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП) является важнейшим элементом, определяющим достоверность УЗ-контроля. Этот сложный электроакустический прибор должен обес­печивать формирование УЗ-пучка в самых разных по конфигурации контролируемых элементах.

По способам ввода УЗ-колебаний ПЭП подразделя­ют на контактные, щелевые, иммерсионные и бесконтакт­ные.

В контактных ПЭП толщина контактного слоя , в щелевых , а в иммерсионных , где С — скорость распространения УЗ-колебаний в кон­тактной жидкости; — длительность зондирующего импульса.

Контактные преобразователи нашли наибольшее при­менение в промышленности. Их основным недостатком является нестабильность акустического контакта в про­цессе сканирования преобразователя.

При контроле некоторых деталей и конструкций, ког­да не допускается нанесение контактной жидкости перед ПЭП (например, при обнаружении поверхностных тре­щин), используют щелевые (менисковые) преобразователи.

Иммерсионный ввод УЗ-колебаний чаще всего исполь­зуют при автоматизированном контроле изделий неболь­шого размера или изделий простой геометрической формы, например труб небольшого диаметра. Иногда пре­образователи с иммерсионной локальной ванной приме­няют при контроле по грубообработанным поверхностям.

Особую группу составляют бесконтактные ПЭП, кото­рые возбуждают упругие колебания в металле за счет взаимодействия переменного электрического и магнитно­го полей.

По направлению ввода упругих колебаний в исследуе­мый объект ПЭП бывают прямые, наклонные, комбини­рованные.

По конструктивному исполнению и способу подклю­чения к электронной части дефектоскопа пьезоэлектри­ческие преобразователи подразделяют на совмещенные, раздельно-совмещенные (PC), раздельные.

В совмещенных ПЭП пьезоэлемент выполняет роль излучателя и приемника УЗ-колебаний.

В PC-преобразователях функции излучателя и прием­ника разделены, а конструктивно они выполнены в одном корпусе.

В зависимости от формы рабочей поверхности или пьезоэлемента ПЭП могут быть плоскими или неплоскими. Среди неплоских широкое распространение получили фокусирующие ПЭП.

Тип ПЭП определяют сочетанием перечисленных вышепризнаков:

контактные прямые совмещенные;

иммерсионные прямые совмещенные;

контактно-иммерсионные прямые;

контактные прямые PC с акустической задержкой;

контактные наклонные совмещенные с акустической задержкой;

контактные наклонные PC с акустической задержкой.

Рис. 2.1. Преобразователи:

а — прямой совмещенный контактный (/ — протектор; 2 — пьезопластина; 3 — демпфер; 4 — заливочная масса; 5 — корпус); б — прямой со­вмещенный с акустической задержкой (7 — твердая задержка; 2 — пьезопластина; 3 — демпфер); в — наклонный совмещенный с акустиче­ской задержкой (У —призма; 2 — пьезопластина; 3 — демпфер); г — наклонный раздельно-совмещенный с акустической задержкой (/ — призма; 2 — пьезопластина; 3 — демпфер).

На рис. 2.1 показаны конструкции основных типов преобразователей. Каждому типу ПЭП соответствует определенное условное обозначение, структура которого

Рис. 2.2. Структура условного обозначения ПЭП.

 

приведена на рис. 2.2. Например, П121-2,5-35-001 ГОСТ 26266—84, т. е. ПЭП контактный, наклонный, сов­мещенный, с номинальной частотой 2,5 МГц, углом вво­да 35°, порядковый номер модели 001.

Примеры условного обозначения специальной допол­нительной характеристики ПЭП: Т120 — максимальная температура контролируемого объекта—120 ; К.Н — керамическая защита, нормальное исполнение корпуса; К20 — керамическая защита, диаметр пьезоэлемента 20 мм; М — малогабаритное исполнение корпуса; ММ —- Миниатюрное исполнение корпуса.

Цвет маркировки условного обозначения устанавливают зависимости от номинальных значений частоты f:

f<9 МГц — серый, белый цвет;

f=1,0; 1,25 МГц — красный цвет;

f=1,5; 1,8 МГц — оранжевый цвет;

f=2,0; 2,5; 3,0 МГц —синий цвет;

f=4,0;; 5,0; 6,0 МГц —зеленый цвет;

f=8,0; 10,0; 12,5 МГц — коричневый цвет;

f=15,0 МГц — желтый цвет.

В условных обозначениях ПЭП с переменной часто­той или углом ввода вместо номинальных значений этих параметров указывают граничные значения диапазона их изменений.

Для ПЭП, имеющих несколько номинальных частот, указывают все значения этих частот.