RU1832193C - Способ сборки ультразвукового преобразовател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам дл  неразрушающего контрол  ультразвуковым методом и может быть использовано в различных отрасл х промышленности, где осуществл етс  ультразвукова  дефектоскопи  изделий, например сварных швов изделий. Цель изобретени  - повышение надежности преобразовател . Поставленна  цель достигаетс  тем, что по способу сборки ультразвукового преобразовател , заключающемус  в том, что первый пьезоэлемент с электродами устанавливают и фиксируют путем вдавливани  на одной из поверхностей твердого звуковода, на поверхность звуковода, противоположную поверхности, контактирующей с первым пьезоэлементом, устанавливают второй пьезоэлемент, пьезоэлементы и звуковод нагревают до температуры разм гчени  материала звуковода, а вдавливание первого пьезоэлемента в звуковод осуществл ют при одновременном возбуждении колебаний звукопровода путем подачи на электроды первого пьезоэлемента периодически прерываемого напр жени , фиксируют с помощью второго пьезоэлемента прошедшие через звуковод колебани  и оценивают качество соединени  первого пьезоэлемента со звукопроводом по величине амплитуды прин того сигнала, охлаждают звуковод с пьезоэлементами до отвердени  звуковода , после чего прекращают подачу периодического напр жени  на электроды первого пьезоэлемента и отсоедин ют второй преобразователь.

Description

Изобретение относитс  к области неразрушающего контрол  ультразвуковым методом и может быть использовано в различных отрасл х промышленности, где осуществл етс  ультразвукова  дефектоскопи  изделий, например сварных швов изделий энергомашиностроени .

Цель изобретени  - повышение надежности преобразовател .

Способ сборки ультразвукового преоб разовател  заключаетс  в следующем.

Сопр гаемую поверхность заготовки звуковода из полимера, например органического стекла, выполн ют по профилю сопр гаемой поверхности первого пьезоэлемента , и эти поверхности предварительно очищают от загр знений. После этого к пье- зоэлементу припаивают контакты и соедин ют их с блоком высокого напр жени , способного создать в пьезоэлементе электрическое поле пор дка 30 кВ/см, а с противоположной стороны сопр гаемой поверхности звуковода приклеивают вто00

со ю

ю

со

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

После такой предварительной подготовки осуществл ют нагрев материала зву- ковода до состо ни  разм гчени , при этом может быть любой источник энергии дл  нагрева, в частности туннельна  печь или силы трени .

Если в качестве материала звуковода примен етс  органическое стекло (температура разм гчени  которого выше 180 С) пьезоэлемент нагревают до температуры 120-150°С и закрепл ют на пуансоне пресса , а заготовку звуковода устанавливают на столе или закрепл ют на матрице пресса соосно с пьезоэлементом. С помощью пуансона перемещают пьезоэлемент до контакта сопр гающихс  поверхностей пьезоэлемента и звуковода. Одновременно с этим создают колебани  пьезоэлемента с помощью разрывного элемента, включенного в электрическую цепь пьезоэлемент - блок высокого электрического напр жени , в результате чего пьезоэлемент гене- рирует акустические колебани , которые привод т к дополнительному перемещению поверхностей пьезоэлемента, т.е. пьезоэле- мент начинает вибрировать. Прессом (пуансоном ) начинают вдавливать первый пьезоэлемент в материал звуковода. По мере вдавливани  по вл етс  контакт между сопр гаемыми поверхност ми, и в этом случае генерируемый пьезоэлементом ультразвук проходит через звуковод на второй (приёмный) пьезоэлемент и, усилива сь усилителем , поступает на индикатор, который фиксирует текущее значение амплитуды этих колебаний. При по влении амплитуды максимальной величины процесс вдавлива- ни  прекращают и начинают охлаждать сопр женные поверхности пьезоэлемента и звуковода, например, обдувом воздуха или воздушно-вод ной смесью. Охлаждение

прекращают при температуре отвердени  материала звуковода (дл  плексигласа менее 80°С). От первого пьезоэлемента отключают блок высокого электрического напр жени . Освобождают пресс от пьезо

элемента и звуковода, после чего отсоеди- н ют (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 соедин ют с высокочастотным разъемом дефектоскопической аппаратуры .

Дл  соединени  пьезоэлемента со зву- ководом, за счет трени  сопр гаемых поверхностей , закрепл ют пьезоэлемент и звуковод (заготовку) на токарном станке, пьезопластину - в специальной державке на подвижной бабке, а звуковод - например, в патроне неподвижной бабки. С помощью электропривода привод т во вращение патрон со звуководом, а пьезопластину подвод т с помощью подвижной бабки до соприкосновени  с сопр гающейс  поверхностью . За счет по вившегос  трени  между этими поверхност ми происходит разогрев пьезоэлемента и звуковода. Как только поверхность звуковода разм гчитс  до жидкого состо ни , начинают с помощью подвижной бабки вдавливать пьезоэлемент в материал звуковода, одновременно с этим к пьезоэлементу подвод т электрическое поле и осуществл ют все операции как указывалось выше. При этом температура пьезоэлемента может превышать температуру точки Кюри (температура раслол ризации дл  материала ЦТС-19 составл ет 290°С), если в качестве материала звуковода используетс  полимерный материал, например , марки ТАСМ на основе полиимида, температура разм гчени  которого намного больше 400°С, в этом случае величину электрического пол  устанавливают достаточной дл  индуцированной пол ризации пьезоэлемента. Например, дл  толщины до 1 мм устанавливают величину пол  до 5 кВ/мм. С помощью прерывател  создают ультразвуковые импульсы, которые, с одной стороны, привод т к колебанию пьезопластины и тем самым облегчают перемещение последнего в материал звуковода, ас другой - излученные колебани , проход  через звуковод , фиксируютс  с помощью приемного преобразовател , закрепленного на звуко- проводе, и через подвижный контакт, усили- тель фиксируютс  индикатором. При по влении максимальной амплитуды сигнала выключают привод патрона и дожимают пьезоэлемент в материал звуковода. После этого одним из известных методов охлаждают место сопр жени  соединенных элемен- тов, снимают их со станка и при необходимости производ т механическую обработку и дальнейшую сборку, как указано выше.

Дл  создани  необходимой температуры нагрева можно использовать туннельную печь типа ОКБ-197Б, дл  соединени  пьезоэлемента с материалом звуковода может быть использован гидравлический пресс усилием до 1000 кг/см .

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

Выбор материала звуковода осуществл етс  следующим образом. В насто щее врем  основным материалом дл  изготовлени  звуководов (призм) ультразвуковых пре- образователен служит плексиглас, который обладает достаточным коэффициентом затухани  дл  гашени  ультразвуковых волн в ловушке преобразовател  и в то же врем  не сильно ослабл ет ультразвуковые волны на коротком пути от пьезоэлемента в изделие . В последние годы получили также распространение новые полимерные материалы - капролон,поликарбонит, которые при скорост х-звука таких же, как в оргстекле (плексиглас), выгодно отличаютс  от оргстекла более высокой износостойкостью (в 3-7 раз выше).

После сборки готовый преобразователь устанавливают на поверхности контролиру- емого издели , соедин ют с дефектоскопом и провод т поиск дефектов, например типа нарушени  сплошности.

Таким образом, за вленный способ сборки ультразвукового преобразовател  позвол ет повысить эксплуатационную надежность при циклическом изменении температуры , исключает промежуточную среду

- клей с малым акустическим сопротивлением , что позвол ет повысить чувствительность преобразовател  к дефектам.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ сборки ультразвукового преобразовател , заключающийс  в том, что первый пьезоэлемент с электродами устанавливают и фиксируют путем вдавливани  на одной из поверхностей твердого звуковода, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности преобразовател , на поверхность звуковода, противоположную поверхности, контактирующей с первым пьезоэлементом, устанавливают второй пьезоэлемент, пьезоэлементы и зву- ковод нагревают до температуры разм гчени  материала звуковода, а вдавливание первого пьезоэлемента в звуковод осуществл ют при одновременном возбуждении колебаний звуковода путем подачи на электроды первого пьезоэлемента периодически прерываемого напр жени , фиксируют с помощью второго пьезоэлемента прошедшие через звуковод колебани  и оценивают качество соединени  первого пьезоэлемента со звуководом по величине амплитуды прин того сигнала, охлаждают звуковод с пьезоэлементами до отвержени  звуковода, после чего прекращают подачу периодического напр жени  на электроды первого преобразовател  и отсоедин ют второй преобразователь.