RU126839U1

RU126839U1 - ULTRASONIC IMMERSION TWO-ELEMENT CONVERTER

Info

Publication number: RU126839U1
Application number: RU2011144908/28U
Authority: RU
Inventors: Юрий Викторович Лисин; Александр Дмитриевич Мирошник; Сергей Алексеевич Шерашов
Original assignee: Открытое акционерное общество Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть"; Открытое акционерное общество "Центр технической диагностики"
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-04-10

Abstract

Ультразвуковой иммерсионный преобразователь, включающий корпус, демпфер, пьезоэлектрические пластины, установленные под углом к оси преобразователя, отличающийся тем, что содержит две идентичные пьезоэлектрические пластины, электроды которых электрически объединены, а пластины установлены под одинаковым углом к оси преобразователя, равным 89…84°.An ultrasonic immersion transducer comprising a housing, a damper, piezoelectric plates mounted at an angle to the axis of the transducer, characterized in that it contains two identical piezoelectric plates, the electrodes of which are electrically combined, and the plates are installed at the same angle to the transducer axis, equal to 89 ... 84 °.

Description

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий. Она может быть использована для обнаружения внутренних дефектов, в том числе в сварных швах. Преобразователь можно использовать при автоматическом контроле труб и листов.The utility model relates to the field of non-destructive testing of materials and products. It can be used to detect internal defects, including in welds. The converter can be used for automatic inspection of pipes and sheets.

Известен электроакустический преобразователь для нормального ввода ультразвуковых колебаний в изделие [Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля. Под ред. И.Н.Ермолова. - М.: Машиностроение, 1986, с.100], содержащий пьезоэлектрическую пластину с нанесенными на ее грани металлическими электродами, приклеенную одной стороной к протектору, а другой к демпферу, размещенным в соответствующем корпусе. В таких преобразователях используется пьезоэлемент, поляризованный по толщине, совершающий толщинные колебания и излучающий продольные волны в изделие.Known electro-acoustic transducer for the normal input of ultrasonic vibrations into the product [Ultrasonic transducers for non-destructive testing. Ed. I.N. Ermolova. - M .: Mashinostroenie, 1986, p.100], containing a piezoelectric plate with metal electrodes deposited on its face, glued on one side to the tread, and the other to a damper placed in the corresponding housing. Such transducers use a piezoelectric element polarized in thickness, performing thickness oscillations and radiating longitudinal waves into the product.

Недостатком такого преобразователя является сильная зависимость амплитуды эхосигнала от ориентации дефекта относительно оси преобразователя.The disadvantage of this transducer is the strong dependence of the amplitude of the echo signal on the orientation of the defect relative to the axis of the transducer.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является контактный электроакустический преобразователь для контроля сварных швов [Методы акустического контроля металлов. Под ред. Н.П.Алешина. - М.: Машиностроение, 1989, с.157]. Он содержит две пьезопластины приклеенные одной стороной к протектору, а другой к демпферу и размешенные в одном корпусе под определенным углом к оси преобразователя. При этом один пьезоэлемент излучает, а второй принимает ультразвуковые волны через акустическую линию задержки.Closest to the proposed device is a contact electro-acoustic transducer for monitoring welds [Methods of acoustic control of metals. Ed. N.P. Aleshin. - M .: Mechanical Engineering, 1989, p.157]. It contains two piezoelectric plates glued on one side to the tread and the other on the damper and placed in one housing at a certain angle to the axis of the transducer. In this case, one piezoelectric element emits, and the second receives ultrasonic waves through the acoustic delay line.

Выбором параметров пьезоэлементов, угла ввода ультразвука в изделие и угла разворота пьезоэлементов относительно оси преобразователя обеспечивают одинаковую чувствительность к дефекту с одинаковыми размерами, расположенного в верхней и нижней части сварного шва. Углы разворота пьезоэлеиентов относительно оси преобразователя в таких преобразователях выбирают меньше 70 градусов.The choice of the parameters of the piezoelectric elements, the angle of ultrasound input into the product, and the angle of rotation of the piezoelectric elements relative to the axis of the transducer provide the same sensitivity to the defect with the same dimensions, located in the upper and lower parts of the weld. The rotation angles of the piezoelectric elements relative to the axis of the transducer in such transducers are chosen less than 70 degrees.

Применение такого преобразователя не требует сканирования поперек сварного шва.The use of such a converter does not require scanning across the weld.

Недостатком данного преобразователя является сильная зависимость амплитуды эхосигнала от ориентации дефекта относительно оси преобразователя. Кроме того, преобразователь эффективен для контроля только тонких сварных швов 4-16 мм.The disadvantage of this transducer is the strong dependence of the amplitude of the echo signal on the orientation of the defect relative to the axis of the transducer. In addition, the transducer is effective for controlling only thin welds of 4-16 mm.

Для внутритрубной диагностики более важно повысить выявляемость различно ориентированных дефектов, поскольку при движении дефектоскопа преобразователи и так пересекаю поперечные швы.For in-line diagnostics, it is more important to increase the detectability of variously oriented defects, since when the flaw detector moves, the transducers cross the transverse seams.

Техническим результатом является электроакустический преобразователь, позволяющий выявлять различно ориентированные дефекты в изделиях (преимущественно в трубопроводах).The technical result is an electro-acoustic transducer, which allows to identify differently oriented defects in products (mainly in pipelines).

Технический результат достигается тем, что ультразвуковой иммерсионный преобразователь включает в себя корпус, демпфер, пьезоэлектрические пластины, установленные под углом к оси преобразователя, отличающийся тем, что содержит две идентичные пьезоэлектрические пластины, электроды которых электрически объединены, а пластины установлены под одинаковым углом к оси преобразователя равным 89…84°The technical result is achieved in that the ultrasonic immersion transducer includes a housing, a damper, piezoelectric plates installed at an angle to the axis of the transducer, characterized in that it contains two identical piezoelectric plates, the electrodes of which are electrically combined, and the plates are installed at the same angle to the transducer axis equal to 89 ... 84 °

На фиг.1 представлен общий вид преобразователя.Figure 1 presents a General view of the Converter.

На фиг.2 приведены нормированные графики суммарной чувствительности преобразователя с двумя излучающими пластинами и стандартного преобразователя с одной излучающей пластиной в зависимости от угла ориентации дефектов.Figure 2 shows the normalized graphs of the total sensitivity of the transducer with two radiating plates and a standard transducer with one radiating plate, depending on the orientation angle of the defects.

Ультразвуковой преобразователь включает в себя корпус 2, демпфер, пьезоэлектрические пластины 1, установленные под углом к оси преобразователя. Две пьезоэлектрические пластины 1 выполнены идентичными и установлены под одинаковьм углом к оси преобразователя равным 89…84°. Их электроды электрически объединены.The ultrasonic transducer includes a housing 2, a damper, piezoelectric plates 1 mounted at an angle to the axis of the transducer. Two piezoelectric plates 1 are made identical and installed at the same angle to the axis of the transducer equal to 89 ... 84 °. Their electrodes are electrically combined.

Ультразвуковой преобразователь, предназначен для обнаружения трешиноподобных дефектов 3 произвольно ориентированных в диапазоне углов ±α относительно перпендикуляра к оси излучения ультразвуковой волны. Данный преобразователь состоит из двух идентичных пьезоэлектрических пластин 1, установленных в общем корпусе 2 под некоторым одинаковьм углом к оси преобразователя. Расчет угла установки пластин преобразователя в диапазоне 89…84° производится исходя из условий эксплуатации данного преобразователя (толщины изделия). Ультразвуковой преобразователь предназначен для работы в иммерсионном режиме при бесконтактном способе ввода ультразвуковой волны в металл.Ultrasonic transducer, designed to detect crack-like defects 3 randomly oriented in the range of angles ± α relative to the perpendicular to the axis of radiation of the ultrasonic wave. This transducer consists of two identical piezoelectric plates 1 installed in a common housing 2 at a certain equal angle to the axis of the transducer. Calculation of the installation angle of the converter plates in the range 89 ... 84 ° is based on the operating conditions of the converter (product thickness). The ultrasonic transducer is designed to operate in immersion mode with a non-contact method of introducing an ultrasonic wave into the metal.

Электрически пластины 1 преобразователя соединены параллельно, поэтому их возбуждение производится одновременно. Прием суммарного отраженного сигнала производится также одновременно с обеих пластин. Установка пластин преобразователя под определенным одинаковым углом и одновременное возбуждение их обеспечивает прием сигналов от дефектов 3 в широком диапазоне углов ориентации дефекта. При установке пластин 1 под углом более 89° к оси преобразователя устройство сможет определять только линейные дефекты относительно перпендикуляра к оси излучения ультразвуковой волны. При углах установки пластин менее 84° к оси преобразователя устройство сможет определять дефекты только очень тонких изделий (менее 4 мм). Наиболее хорошая линейность уровня отраженных сигналов во всем диапазоне углов ориентации дефекта достигается, когда два пьезоэлемента имеют полностью идентичные параметры.Electrically, the plates 1 of the converter are connected in parallel, therefore, their excitation is performed simultaneously. The total reflected signal is also received simultaneously from both plates. The installation of the transducer plates at a certain identical angle and their simultaneous excitation ensures the reception of signals from defects 3 in a wide range of defect orientation angles. When you install the plates 1 at an angle of more than 89 ° to the axis of the transducer, the device can only detect linear defects relative to the perpendicular to the axis of radiation of the ultrasonic wave. At plate mounting angles less than 84 ° to the axis of the transducer, the device will be able to detect defects only in very thin products (less than 4 mm). The best linearity of the level of reflected signals in the entire range of defect orientation angles is achieved when two piezoelectric elements have completely identical parameters.

Работа преобразователя в совмещенном варианте позволяет сократить количество кабелей необходимых для возбуждения и приема ультразвуковых волн в два раза. Это крайне важно при конструировании внутритрубных дефектоскопов, поскольку существует постоянный дефицит сводных мест на корпусе электронного блока.The operation of the transducer in a combined version reduces the number of cables required for exciting and receiving ultrasonic waves by half. This is extremely important when designing in-line flaw detectors, since there is a constant shortage of consolidated places on the body of the electronic unit.

На рис.2 приведены экспериментальные кривые зависимости амплитуды эхосигнала от трещины на внутренней поверхности трубы толщиной 27 мм при изменении угла разворота трещины а относительно оси ультразвукового преобразователя. Ноль град. соответствует положению ультразвукового преобразователя, когда его ось перпендикулярна трещине.Figure 2 shows the experimental curves of the dependence of the echo signal amplitude on a crack on the inner surface of a pipe 27 mm thick with a change in the angle of rotation of the crack relative to the axis of the ultrasonic transducer. Zero degrees. corresponds to the position of the ultrasonic transducer when its axis is perpendicular to the crack.

Ультразвуковые преобразователи во время экспериментов были ориентированы под некоторым углом относительно поверхности контролируемого изделия, угол падения равнялся 17 градусам, а расстояние от центра пьезоэлементов до поверхности образца составляло 22 мм, что является типичным расположением ультразвукового преобразователя при внутритрубном контроле.During the experiments, the ultrasonic transducers were oriented at a certain angle relative to the surface of the controlled product, the angle of incidence was 17 degrees, and the distance from the center of the piezoelectric elements to the sample surface was 22 mm, which is a typical arrangement of the ultrasonic transducer for in-line inspection.

Пунктирными линиями соединены экспериментальные точки, полученные с помощью стандартного ультразвукового преобразователя с одним плоским дисковым пьезоэлементом диаметром 15 мм, работающем в совмещенном режиме. Данная зависимость типична для подобных ультразвуковых преобразователей всех фирм-изготовителей преобразователей. Ультразвуковой преобразователь с наклоненными пластинами имел суммарную рабочую поверхность равную стандартному. Угол наклона пластин с оси преобразователя - 88°.The dashed lines connect the experimental points obtained using a standard ultrasonic transducer with one flat disk piezoelectric element with a diameter of 15 mm, operating in a combined mode. This dependence is typical for similar ultrasonic transducers of all manufacturers of transducers. An ultrasonic transducer with inclined plates had a total working surface equal to the standard. The angle of inclination of the plates from the axis of the transducer is 88 °.

Из рис.2 видно, что при отклонении трещины от оптимального положения всего на несколько градусов, амплитуда эхосигнала от дефекта у стандартного ультразвукового преобразователя уменьшается в 4 раза, а при большем отклонении амплитуда уменьшается более чем в 20 раз.It can be seen from Fig. 2 that when the crack deviates from the optimal position by only a few degrees, the amplitude of the echo signal from the defect of the standard ultrasonic transducer decreases by 4 times, and with a larger deviation, the amplitude decreases by more than 20 times.

Уровень отраженных сигналов для преобразователя с двумя излучающими пластинами слабо зависит от ориентации дефекта в пределах угла ±α, что позволит обеспечить уверенное обнаружение дефекта при его ориентации в пределах данного угла.The level of reflected signals for a transducer with two radiating plates weakly depends on the orientation of the defect within the angle ± α, which will ensure reliable detection of the defect when it is oriented within this angle.

При этой конструкции преобразователя диапазон углов расположения выявленных дефектоскопа примерно в 1,5…2 раза по сравнению со стандартным преобразователем.With this design of the transducer, the range of angles of location of the detected flaw detector is approximately 1.5 ... 2 times compared with the standard transducer.

Применение такого преобразователя не требует изменения угла ориентации преобразователя относительно сварного шва для выявления различно ориентированных дефектов.The use of such a transducer does not require a change in the angle of orientation of the transducer relative to the weld to detect differently oriented defects.

Claims

An ultrasonic immersion transducer, comprising a housing, a damper, piezoelectric plates mounted at an angle to the axis of the transducer, characterized in that it contains two identical piezoelectric plates, the electrodes of which are electrically combined, and the plates are installed at the same angle to the transducer axis, equal to 89 ... 84 °.