RU133616U1

RU133616U1 - ULTRASONIC TRANSMITTER

Info

Publication number: RU133616U1
Application number: RU2013122405/28U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Витальевич Панов; Ирина Евгеньевна Винник; Галина Владимировна Флеганова; Валерий Валентинович Лапин
Original assignee: Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш"
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-10-20

Abstract

Ультразвуковой преобразователь, содержащий корпус, в котором размещена призма, пьезопластину, имеющую возможность соединения с дефектоскопом, отличающийся тем, что преобразователь оснащен демпфером, один торец призмы выполнен плоским, а другой - выпуклым и имеет форму конуса, причем на плоском торце призмы выполнена осевая выточка, пьезопластина установлена в выточке, демпфер размещен на торце пьезопластины, при этом в призме, в пьезопластине и в демпфере имеются отверстия, предназначенные для размещения в них контролируемого изделия.An ultrasonic transducer comprising a housing in which a prism is placed, a piezoelectric plate that can be connected to a flaw detector, characterized in that the transducer is equipped with a damper, one end of the prism is made flat and the other convex and has a conical shape, with an axial undercut on the flat end of the prism , the piezoelectric plate is installed in the recess, the damper is placed on the end of the piezoelectric plate, while in the prism, in the piezoelectric plate and in the damper there are holes designed to accommodate the controlled product.

Description

Полезная модель относится к области средств неразрушающего контроля и может быть использована при ультразвуковой дефектоскопии труб и пруткового материала.The utility model relates to the field of non-destructive testing and can be used for ultrasonic inspection of pipes and rods.

Известен ультразвуковой преобразователь, содержащий корпус, призму прямоугольной формы со скосом, на которой размещена пьезопластина, электрически связанная с дефектоскопом и предназначенная для излучения ультразвуковых колебаний. На нерабочую поверхность пьезопластины помещен демпфер для формирования рабочего ультразвукового пучка и для гашения нерабочего пучка. В процессе работы преобразователя рабочая поверхность пьезопластины излучает в призму ультразвуковой пучок, который трансформируется на границе призмы с изделием и через контактную жидкость вводится в контролируемое изделие. Не вошедшая в изделие часть ультразвуковой энергии попадает в ловушку и гасится в ней. Отраженный от дефекта ультразвуковой пучок возвращается обратно на пьезопластину и регистрируется дефектоскопом. Для защиты пьезопластины от истирания, при контакте с контролируемым изделием, установлен протектор, акустически связанный с пьезопластиной и расположенный на границе с контактной поверхностью. В данном преобразователе функции протектора и ультразвуковой ловушки выполняет сама призма (см. Гурвич А.К., Ермолов И.Н. «Ультразвуковой контроль сварных швов», «Технiка», Киев, 1972, стр.47).Known ultrasonic transducer containing a housing, a rectangular prism with a bevel, on which is placed a piezoelectric plate, electrically connected with a flaw detector and designed to emit ultrasonic vibrations. A damper is placed on the non-working surface of the piezoelectric plate to form a working ultrasonic beam and to damp the non-working beam. During the operation of the transducer, the working surface of the piezoelectric plate emits an ultrasound beam into the prism, which is transformed at the boundary of the prism with the product and is introduced into the controlled product through the contact liquid. Part of the ultrasonic energy that is not included in the product falls into the trap and is extinguished in it. The ultrasound beam reflected from the defect returns back to the piezo plate and is recorded by the flaw detector. To protect the piezoelectric plate from abrasion, upon contact with the controlled product, a protector is installed that is acoustically connected to the piezoelectric plate and located on the border with the contact surface. In this transducer, the tread and ultrasonic trap functions are performed by the prism itself (see Gurvich AK, Ermolov IN “Ultrasonic inspection of welds”, “Technics”, Kiev, 1972, p. 47).

В результате анализа конструкции данного преобразователя необходимо отметить, что для него характерны невысокие функциональные возможности при контроле изделий с кривизной внешней поверхности (например, тела вращения), так как в контролируемое изделие вводится только часть ультразвуковой энергии через линейный контакт призмы и цилиндрической поверхности изделия, и часть ультразвуковой энергии через слой контактной жидкости, находящейся в зазоре между прямолинейной плоскостью призмы и цилиндрической поверхностью контролируемого материала. Та часть ультразвуковой энергии, которая проходит через жидкость в зазоре, искажает фронт ультразвукового пучка, приводит к нестабильности ультразвукового контроля.As a result of the analysis of the design of this transducer, it should be noted that it is characterized by low functionality when controlling products with a curvature of the external surface (for example, a body of revolution), since only part of the ultrasonic energy is introduced into the controlled product through the linear contact of the prism and the cylindrical surface of the product, and part of ultrasonic energy through a layer of contact fluid located in the gap between the rectilinear plane of the prism and the cylindrical surface of the controlled m the material. The part of the ultrasonic energy that passes through the liquid in the gap distorts the front of the ultrasonic beam and leads to instability of the ultrasonic control.

Известен ультразвуковой преобразователь для контроля объектов, имеющих криволинейную форму поверхности, тел вращения, например, трубопроводов, в котором протектор изготовлен из алюминиевого сплава в виде цилиндрической линзы с вогнутой контактной поверхностью, с радиусом, равным радиусу контролируемой детали. Противоположная сторона протектора соединена с призмой преобразователя посредством клея, обеспечивающего акустическую связь. Форма клеевого соединения обеспечивает фокусировку ультразвукового пучка в соответствии с задачами ультразвукового контроля. Протектор, выполненный из алюминиевого сплава, защищает призму преобразователя от износа и гасит не вошедшую в изделие энергию ультразвукового пучка боковыми гранями. Такое конструктивное решение повышает стабильность акустического контакта и обеспечивает стабильную форму ультразвукового пучка (см. Гурвич А.К., Ермолов И.Н. «Ультразвуковой контроль сварных швов», «Технiка», Киев, 1972, стр.53).Known ultrasonic transducer for monitoring objects having a curved surface shape, bodies of revolution, for example, pipelines, in which the tread is made of aluminum alloy in the form of a cylindrical lens with a concave contact surface, with a radius equal to the radius of the controlled part. The opposite side of the tread is connected to the prism of the transducer by means of an adhesive that provides acoustic communication. The shape of the adhesive joint provides focusing of the ultrasonic beam in accordance with the tasks of ultrasonic testing. The tread made of aluminum alloy protects the transducer prism from wear and absorbs the energy of the ultrasonic beam that did not enter the product from the side faces. Such a constructive solution increases the stability of the acoustic contact and ensures a stable shape of the ultrasonic beam (see Gurvich AK, Ermolov IN “Ultrasonic control of welds”, “Technics”, Kiev, 1972, p. 53).

В результате анализа конструкции данного преобразователя необходимо отметить, что, несмотря на некоторое улучшение стабильности акустического контакта за счет плотного прилегания контактирующих поверхностей контролируемого изделия и протектора, она недостаточна для надежного выявления дефектов. В связи с фокусировкой ультразвукового пучка в направлении вдоль объекта контроля для обеспечения прозвучивания всего материала объекта контроля необходимо перемещать преобразователь с металлическим протектором вдоль и поперек цилиндрической поверхности, что снижает производительность и достоверность контроля.As a result of the analysis of the design of this transducer, it should be noted that, despite some improvement in the stability of acoustic contact due to the tight fit of the contacting surfaces of the controlled product and the tread, it is insufficient for reliable detection of defects. Due to the focusing of the ultrasonic beam in the direction along the control object, to ensure the sounding of all the material of the control object, it is necessary to move the transducer with a metal protector along and across the cylindrical surface, which reduces the performance and reliability of the control.

Техническим результатом настоящей полезной модели является расширение функциональных возможностей, повышение производительности и достоверности контроля за счет сокращения объемов сканирования и создания одновременно двух ультразвуковых пучков поперечной волны, направленной под углом к оси объекта контроля, и поверхностной волны, направленной вдоль объекта контроля, захватывающей слой, соизмеримый с длиной ультразвуковой волны.The technical result of this utility model is to expand the functionality, increase the productivity and reliability of the control by reducing the scanning volume and the creation of two ultrasonic sheaves of a transverse wave directed at an angle to the axis of the control object and a surface wave directed along the control object, capturing a layer comparable with an ultrasonic wavelength.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в ультразвуковом преобразователе, содержащем корпус, в котором размещена призма, пьезопластину, имеющую возможность соединения с дефектоскопом, новым является то, что преобразователь оснащен демпфером, один торец пластины выполнен плоским, а другой - выпуклым и имеет форму конуса, причем на плоском торце призмы выполнена осевая выточка, пьезопластина размещена в выточке, демпфер размещен на торце пьезопластины, при этом в призме, в пьезопластине и в демпфере имеются отверстия, предназначенные для размещения в них контролируемого изделия.The specified technical result is ensured by the fact that in a ultrasonic transducer containing a housing in which a prism is placed, a piezoelectric plate having the ability to connect to a flaw detector, it is new that the transducer is equipped with a damper, one end of the plate is made flat, and the other is convex and has a conical shape moreover, an axial undercut is made on the flat end of the prism, the piezoelectric plate is placed in the undercut, the damper is placed on the end of the piezoelectric plate, while there are holes in the prism, in the piezoelectric plate and in the damper Assigning to contain the controlled product.

Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен ультразвуковой преобразователь, осевой разрез.The essence of the claimed utility model is illustrated by graphic materials on which an ultrasonic transducer, axial section, are presented.

Ультразвуковой преобразователь содержит корпус 1, преимущественно цилиндрической формы, в котором размещена призма 2, изготовленная, например, из органического стекла. Один из торцов призмы 2 выполнен плоским, а другой - выпуклым, в виде конуса, коническая поверхность «А» которого выполняет функцию рефлектора. На плоском торце призмы 2 выполнена выточка, в которой установлена пьезопластина 3. К торцу пьезопластины прикреплен демпфер 4, выполненный, например, из компаунда с наполнителем, служащий для формирования рабочего ультразвукового пучка и одновременно выполняющий функцию ультразвуковой ловушки. В призме 2 выполнено осевое отверстие, размер которого должен быть таким, чтобы в него с небольшим зазором могла быть введена контролируемая деталь 5. Дефект в материале контролируемой детали обозначен позицией 6. Наиболее предпочтительно, чтобы пьезопластина 3 и демпфер 4 имели кольцевую форму. Диаметр их отверстий должен быть несколько больше диаметра отверстия призмы 2. Это предохраняет их поверхности от истирания вследствие контакта с деталью 5. Наиболее предпочтительно пьезопластину 3 располагать перпендикулярно оси отверстия призмы.The ultrasonic transducer contains a housing 1, mainly of cylindrical shape, in which a prism 2 is placed, made, for example, of organic glass. One of the ends of prism 2 is made flat, and the other is convex, in the form of a cone, the conical surface "A" of which serves as a reflector. A recess is made on the flat end of prism 2, in which piezoelectric plate 3 is installed. A damper 4 is attached to the end of the piezoelectric plate, for example, made of a compound with a filler, which serves to form a working ultrasonic beam and at the same time serves as an ultrasonic trap. An axial hole is made in the prism 2, the size of which must be such that a controlled part 5 can be inserted into it with a small gap. The defect in the material of the controlled part is indicated by 6. Most preferably, the piezoelectric plate 3 and damper 4 have an annular shape. The diameter of their holes should be slightly larger than the diameter of the hole of the prism 2. This protects their surfaces from abrasion due to contact with the part 5. Most preferably, the piezoelectric plate 3 is placed perpendicular to the axis of the hole of the prism.

Ультразвуковой пучок на графических материалах показан стрелками.The ultrasound beam on graphic materials is shown by arrows.

Ультразвуковой преобразователь работает следующим образом.Ultrasonic transducer operates as follows.

Для осуществления контроля преобразователь посредством отверстия призмы устанавливают на контролируемое изделие (трубу или пруток) 5. На поверхность «Б» отверстия перед этим наносят контактное вещество, например, воду, трансформаторное масло, предназначенное для прохождения ультразвука в контролируемое изделие.For monitoring, the transducer is installed through the prism hole on the controlled product (pipe or bar) 5. On the surface “B” of the hole, a contact substance, for example, water, transformer oil, intended for the passage of ultrasound into the controlled product is applied.

От дефектоскопа (не показан) на пьезопластину 3 подают электрические импульсы, которые формируют ультразвуковые пучки с плоским фронтом, распространяющиеся в сторону демпфера 4 и в призму 2. Демпфер формирует рабочий ультразвуковой пучок, направленный в сторону призмы, и гасит нерабочий ультразвуковой пучок. Рабочий ультразвуковой пучок распространяется в призме 2, на конической поверхности «А», зеркально отражаясь под углом падения, направляется в сторону контактной поверхности отверстия «Б».From a flaw detector (not shown), electric pulses are fed to the piezoelectric plate 3, which form ultrasonic beams with a flat front, propagating towards the damper 4 and into the prism 2. The damper forms a working ultrasonic beam directed towards the prism and damps the non-working ultrasonic beam. The working ultrasonic beam propagates in prism 2, on the conical surface "A", mirroring at an angle of incidence, is directed towards the contact surface of the hole "B".

На границе поверхности «Б» с контактной жидкостью, ультразвуковой пучок, преломляясь по закону Снелиуса, проходит в контролируемый материал детали и распространяется вдоль объекта контроля 5 по всему его сечению. При попадании дефекта 6 в ультразвуковой пучок часть энергии отражается и возвращается обратно на пьезопластину 3. Пьезопластина 3 принимает, преобразует и передает эхо-сигнал на регистрирующие устройства дефектоскопа, производя их сравнение с нормативами по допустимости. Следует отметить, что перпендикулярное расположение пьезопластины 3 кольцевой формы относительно контактной поверхности, создает условие распространения поверхностных волн, направленных в обе стороны от преобразователя. Поверхностная волна распространяется вдоль поверхности «Б» на глубину, соизмеримую с длиной волны, и дублирует выявление наиболее опасных поверхностных дефектов в объекте контроля 5. В связи с тем, что конструкция предполагаемого преобразователя обеспечивает прозвучивание всего сечения материала, операция сканирования поперек объекта контроля исключается.At the boundary of surface “B” with the contact fluid, the ultrasonic beam, refracting according to Snelius law, passes into the controlled material of the part and propagates along the control object 5 throughout its cross section. When defect 6 enters the ultrasonic beam, a part of the energy is reflected and returned back to the piezoelectric plate 3. Piezoplast 3 receives, converts and transmits an echo signal to the recording devices of the flaw detector, comparing them with standards for admissibility. It should be noted that the perpendicular arrangement of the piezoelectric plate 3 of an annular shape relative to the contact surface creates a condition for the propagation of surface waves directed to both sides of the transducer. The surface wave propagates along the surface “B” to a depth commensurate with the wavelength, and duplicates the identification of the most dangerous surface defects in the test object 5. Due to the fact that the design of the proposed transducer provides sounding of the entire cross section of the material, the scanning operation across the control object is excluded.

Claims

An ultrasonic transducer comprising a housing in which a prism is placed, a piezoelectric plate that can be connected to a flaw detector, characterized in that the transducer is equipped with a damper, one end of the prism is made flat and the other convex and has a conical shape, with an axial undercut on the flat end of the prism , the piezoelectric plate is installed in the recess, the damper is placed on the end of the piezoelectric plate, while in the prism, in the piezoelectric plate and in the damper there are holes designed to accommodate the controlled product.