SU1728787A1

SU1728787A1 - Combined selecting head

Info

Publication number: SU1728787A1
Application number: SU894692493A
Authority: SU
Inventors: Эдуард Петрович Иванов; Анатолий Васильевич Говоруха
Original assignee: Конструкторское бюро машиностроения
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1992-04-23

Abstract

Изобретение относитс к неразрушающему контролю и может быть использовано дл вы влени дефектов сцеплени в многослойных металлических листах и издели х, изготовленных из них, в различных отрасл х народного хоз йства. Цель изобретени - повышение достоверности контрол многослойных металлических изделий за счет исключени вли ни поверхностных дефектов на результаты контрол - достигаетс за счет того, что искательна головка, содержаща корпус, размещенный в корпусе демпфер , закрепленный на его торце пьезоэлемент и соосную с корпусом катушку индуктивности, снабжена двум идентич- ными дополнительными .катушками индуктивности, соединенными последовательно-согласно , корпус выполнен в виде ферритового кольца, на котором размещена перва катушка, а дополнительные катушки расположены диаметрально снаружи ферритового кольца у его рабочего торца. 1 ил.. СОThe invention relates to non-destructive testing and can be used to detect adhesion defects in multi-layer metal sheets and products made from them in various folk goods industries. The purpose of the invention is to increase the reliability of control of multilayer metal products by eliminating the effect of surface defects on the control results, due to the fact that the search head, comprising a housing placed in the housing of the damper, attached to its end face of the piezoelectric element and coaxial to the housing, is an inductance two identical additional inductors, connected in series according to, the body is made in the form of a ferrite ring, on which is placed the first cat ka, and additional coils arranged diametrically outside the ferrite ring at its working end. 1 il .. CO

Description

Изобретение касаетс неразрушающих методов контрол с помощью ультразвука и вихревых токов и может быть использовано в различных отрасл х народного хоз йства дл вы влени дефектов в многослойных металлических конструкци х и издели х, изготовленных из немагнитных материалов.The invention relates to non-destructive testing methods using ultrasound and eddy currents and can be used in various industries to detect defects in multi-layer metal structures and products made from non-magnetic materials.

Известна измерительна головка дл ультразвукового теневого дефектоскопа, содержаща ультразвуковой преобразователь и электромагнитный преобразователь, с по-/ мощью которого осуществл етс отстройка от вли ни биений стержн в процессе контрол на его результаты.A known measuring head for an ultrasonic shadow flaw detector containing an ultrasonic transducer and an electromagnetic transducer, with the help of which it is possible to detuning from the influence of the beating of the rod in the process of monitoring its results.

Недостатком измерительной головки вл етс низка достоверность контрол , поскольку ультразвуковой преобразовательThe disadvantage of the measuring head is the low reliability of the control, since the ultrasonic transducer

нар ду с внутренними дефектами контролируемого объекта в равной степени фиксирует и внешние его повреждени типа вм тин, забоин, царапин и рисок, не вли ющих на качество издели . А электромагнитный преобразователь , выполненный в виде катушки индуктивности, нечувствителен к поверхностным дефектам и не может быть, использован дл отстройки от них.Along with the internal defects of the object being monitored, it also fixes its external damages of the type vm ting, nicks, scratches and scratches that do not affect the quality of the product. And the electromagnetic transducer, made in the form of an inductance coil, is insensitive to surface defects and cannot be used to detune them.

Известен дефектоскоп, содержащий генераторы и приемники ультразвуковых и электромагнитных сигналов, излучающую и приемную ультразвуковые головки, св занные соответственно с выходом генератора и входом приемника ультразвуковых сигналов , антенны, св занные с выходом генератора электромагнитных сигналов и входомA flaw detector is known, which contains generators and receivers of ultrasonic and electromagnetic signals, radiating and receiving ultrasonic heads connected respectively to the output of the generator and the input of the receiver of ultrasonic signals, antennas connected to the output of an electromagnetic signal generator and input

VI юVI th

00 VI 0000 VI 00

VIVI

приемника этих сигналов, при этом кажда ультразвукова головка и соответствующа антенна объединены в одну измерительную головку, котора выполнена в виде кольцевого пьезопреобразовател , через центральное отверстие которого пропущена эта антенна, а контактирующа часть измерительной головки выполнена из звукопроз- рачного материала, например пресс-материала типа оргстекла.receiver of these signals, while each ultrasonic head and the corresponding antenna are combined into one measuring head, which is made in the form of an annular piezoelectric transducer, through the central opening of which this antenna is passed, and the contacting part of the measuring head is made of acoustic material, for example, a press material of the type plexiglass.

Измерительна головка, описанного дефектоскопа , имеет тот же недостаток, что и предыдуща , так как ультразвуковой кольцевой преобразователь чувствителен в равной степени к внутренним дефектам и поверхностным повреждени м, а антенны предназначены дл . контрол радиопрозрачной части издели и не могут быть использованы дл отстройки от регистрации поверхностных повреждений нерадиопроз- рачной части издели .The measuring head described by the flaw detector has the same drawback as the previous one, since the ultrasonic annular transducer is equally sensitive to internal defects and surface damages, and the antennas are designed for. control of the radio transparent part of the product and cannot be used to detune from the registration of surface damage to the non-transparent part of the product.

Наиболее близкой к изобретению вл етс комбинированна измерительна головка дл ультразвукового резонансного толщиномера, содержаща корпус, размещенный в корпусе демпфер, закрепленный на его торце пьезоэлемент и соосную с корпусом катушку индуктивности, выполненную в виде плоской спирали.Closest to the invention is a combined measuring head for an ultrasonic resonant thickness gauge, comprising a housing, a damper housed in a housing, a piezoelectric element mounted on its end face, and an inductance coil coaxial with the housing, made in the form of a flat helix.

Однако така измерительна головка предназначена дл измерени толщины стенок металлических изделий через пленочное покрытие с измен ющейс толщиной при помощи ее ультразвукового преобразовател , а ее катушка индуктивности предназначена дл отстройки от вли ни изменений толщины пленки на результаты измерени толщины издели . Измерительна головка не может быть использована дл вы влени дефектов ввиду высокой чувствительности ультразвукового преобразовател к поверхностным дефектам и низкой чувствительности к ним катушки индуктивности, выполненной в виде плоской спирали. Кроме того, дефекты могут регистрироватьс только одновременно обоими элементами: пьезопреобразовате- лем и катушкой индуктивности из-за их осевой симметрии в измерительной головке, что не позвол ет разделить их регистрацию.However, such a measuring head is designed to measure the wall thickness of metal products through a film coating with varying thickness using its ultrasonic transducer, and its inductance coil is designed to offset the effect of changes in film thickness on the results of measuring the thickness of the product. The measuring head cannot be used to detect defects due to the high sensitivity of the ultrasonic transducer to surface defects and the low sensitivity to them of an inductance coil made in the form of a flat helix. In addition, defects can be registered only by both elements simultaneously: a piezoelectric transducer and an inductance coil due to their axial symmetry in the measuring head, which prevents their registration from being separated.

Цель изобретени - повышение достоверности контрол многослойных металлических изделий за счет исключени вли ни поверхностных дефектов на результаты контрол .The purpose of the invention is to increase the reliability of control of multilayer metal products by eliminating the effect of surface defects on the control results.

Поставленна цель достигаетс тем, что она снабжена двум идентичными дополнительными цилиндрическими катушками индуктивности , соединенными последовательно-согласно , корпус представл ет собой ферритовое кольцо, перва катушка индуктивности выполнена цилиндрической и расположена снаружи ферритового кольца, а дополнительные катушки индуктивности установлены диаметрально снаружи ферритового кольца у рабочего торца так, что их оси параллельны между собой, а плоскости витков перпендикул рны плоскост м витков первой катушки индуктивности.The goal is achieved by the fact that it is equipped with two identical additional cylindrical inductors connected in series according to, the housing is a ferrite ring, the first inductor is cylindrical and located outside the ferrite ring, and the additional inductors installed diametrically outside the ferrite ring at the working end so that their axes are parallel to each other, and the planes of the turns are perpendicular to the planes of the turns of the first inductor coil tivy.

0 Предлагаема искательна головка отличаетс известной наличием дополнительных цилиндрическихкатушек индуктивности, соединенных последовательно-согласно , что позвол ет дважды вы5 дел ть сигнал от одного и того же поверхностного дефекта, корпусом, представл ющим собой ферритовое кольцо, что повышает добротность катушек индуктивности , а следовательно, и их чувствитель0 ность, выполнением первой катушки индуктивности цилиндрической и ее расположением снаружи ферритового кольца, что обеспечивает защиту катушек индуктивности от электромагнитных помех со стороны0 The proposed searcher is distinguished by the known presence of additional cylindrical inductors connected in series-according to which allows to separate the signal from the same surface defect twice with a body which is a ferrite ring, which increases the Q of the inductors, and therefore their sensitivity, the performance of the first cylindrical inductance coil and its location outside the ferrite ring, which ensures the protection of the inductance coils from ektromagnitnyh interference from

5 пьезоэлемента, установкой дополнительных катушек диаметрально снаружи ферритового кольца так, что их оси параллельны между собой, а плоскости витков перпендикул рны плоскост м витков первой катушки5 of the piezoelectric element, installing additional coils diametrically outside the ferrite ring so that their axes are parallel to each other, and the planes of the turns are perpendicular to the planes of the turns of the first coil

0 индуктивности, позвол ющей вы вл ть с помощью катушек индуктивности поверхностные дефекты прежде, чем они обнаружены и зафиксированы пьезоэлементом, и выдел ть только поверхностные дефекты.0 inductance, which can detect surface defects with the help of inductors before they are detected and fixed by the piezoelectric element, and only surface defects can be distinguished.

5 На чертеже представлена комбинированна искательна головка.5 The drawing shows a combined searching head.

Искательна головка содержит корпус, представл ющий собой ферритовое кольцо 1, размещенный в корпусе демпфер 2, пье0 зоэлемент 3, закрепленный на его торце, катушки 4 индуктивности, выполненную цилиндрической и расположенную снаружи ферритового кольца 1 соосно ему, дополнительные цилиндрические катушки 5 и 6 ин5 дуктивности, соединенные последовательно-согласно , установленные диаметрально снаружи ферритового кольца 1 у рабочего его торца так, что их оси параллельны между собой, .а плоскости витков перпендикул р0 ны плоскост м витков катушки 4.The search head includes a body, which is a ferrite ring 1, placed in the case of a damper 2, a piezo element 3 fixed on its end, coils 4 of inductance made cylindrical and located outside the ferrite ring 1 coaxially with it, additional cylindrical coils 5 and 6 in5 of inductance , connected in series according to, installed diametrically outside the ferrite ring 1 at its working end, so that their axes are parallel to each other, and the plane of the turns is perpendicular to the planes of turns of the cat shki 4.

Искательна головка предназначена дл автоматизированного ультразвукового контрол изделий, например, многослойных металлических листов теневым мето5 дом. С этой целью по обе стороны контролируемого листа устанавливаютс соосно одна против другой две искательные головки и одновременно синхронно перемещаютс вдоль этого объекта. При этом пьезоэлемент 3 одной искательной головкиThe search head is intended for automated ultrasound testing of products, for example, multilayer metal sheets using the shadow method. To this end, two search heads are placed coaxially against each other on both sides of the test sheet and simultaneously synchronously moving along this object. At the same time, the piezoelectric element 3 of one searching head

работает в режиме излучени , а пьезоэле- мент 3 другой искательной головки - в режиме приема. Одновременно катушка 4 в каждой искательной головке работает в режиме излучени , а катушки 5 и 6 в обеих искательных головках - в режиме приема.works in the radiation mode, and the piezoelement 3 of another searchable head - in the reception mode. At the same time, coil 4 in each search-head works in radiation mode, and coils 5 and 6 in both search heads work in receive mode.

Возбуждаемые пьезоэлементом 3 одной искательной головки ультразвуковые колебани ввод тс в контролируемое изделие с одной стороны и с противоположной его стороны принимаютс пьезоэлементом 3 другой искательной головки. Интенсивность ультразвуковых колебаний, прошедших через изделие, несколько ниже интенсивности колебаний, вводимых в него потому, что при распространении их в толще материала издели наблюдаютс потери энергии за счет отражени , затухани и геометрического расхождени пучка лучей этих колебаний. При посто нной толщине контролируемого издели , однородности материала слоев издели , параллельности поверхности ввода колебаний и ей противоположной поверхности и отсутствии дефектов уровень интенсивности колебаний сохран етс почти посто нным. При наличии на пути упругих колебаний дефекта, в зависимости от площади отражающей поверхности дефекта, его местоположени по толщине издели и от площади сечени пучка ультразвуковых лучей, интенсивность упругих колебаний, поступающих на приемный пьезоэлемент 3, резко падает и может достичь нул , что может быть зафиксировано любым регистрирующим прибором , подключенным к приемному пьезоэлементу 3. Интенсивность принимаемых ультразвуковых колебаний падает при по влении на пути пучка ультразвуковых колебаний поверхностных повреждений, поскольку они имеют отражательную способность не хуже внутренних дефектов.The ultrasonic vibrations excited by the piezoelectric element 3 of one search head are introduced into the controlled product from one side and from the opposite side are received by the piezo element 3 of the other search head. The intensity of the ultrasonic vibrations that have passed through the product is slightly lower than the intensity of the vibrations introduced into it because during its propagation in the thickness of the product material, energy losses due to reflection, attenuation and geometric divergence of the beam of these oscillations are observed. With a constant thickness of the controlled product, the uniformity of the material of the product layers, the parallelism of the surface of the introduction of vibrations and its opposite surface and the absence of defects, the level of vibration intensity remains almost constant. If there are elastic oscillations on the path of a defect, depending on the area of the reflecting surface of the defect, its location throughout the product thickness and on the cross-sectional area of the ultrasound beam, the intensity of elastic oscillations arriving at the receiving piezoelectric element 3 decreases sharply and can reach zero, which can be fixed by any recording device connected to the receiving piezoelement 3. The intensity of received ultrasonic vibrations decreases when ultrasonic vibrations of surface damage appear on the beam path Nij, since they have a reflectivity not less internal defects.

Одновременно с пьезоэлементами 3 в каждой искательной головке работают катушки 4-6, при этом катушки 4 излучают электромагнитное поле, возбуждающее в контролируемом изделии вихревые, токи, а катушки 5 и 6 принимают обратное воздействие вихревых токов. При автоматизированном контроле искательные головки устанавливаютс так, чтобы оси катушек 5 и 6 совпадали с направлением перемещени искательных головок. Тогда за счет того, что индуктивные катушки 5 и 6 размещены непосредственно под индуктивной катушкой 4, выполненной снаружи корпуса 1, в котором размещен пьезоэлемент 3, регистрирующий дефекты, поверхностные повреждени издели обнаруживаютс катушками 5 и 6 ранее, чем регистрируютс Simultaneously with the piezoelectric elements 3, coils 4-6 work in each search head, while coils 4 emit an electromagnetic field, which induces eddy currents in the controlled product, currents and coils 5 and 6 receive the reverse effect of eddy currents. With automated control, the search heads are set so that the axes of the coils 5 and 6 coincide with the direction of movement of the search heads. Then, due to the fact that the inductive coils 5 and 6 are placed directly under the inductive coil 4, which is made outside the housing 1, in which the piezoelectric element 3 is located, recording defects, surface damage to the product is detected by the coils 5 and 6 earlier than

пьезоэлементом 3. Это позвол ет использовать сигнал, снимаемый с катушек 5 и 6, дл переключени пьезоэлементов 3 из режима работы в теневом варианте в режим эхо-им- пульсного контрол раньше, чем пьезоэлемент 3 зарегистрирует повреждение. Дл чего необходимо пьезоэлемент 3 искательной головки, катушки б которой обнаружили поверхностное повреждение,piezoelectric element 3. This allows the signal taken from coils 5 and 6 to be used to switch piezoelectric elements 3 from the shadow mode to the echo-pulse control mode before the piezoelectric element 3 detects damage. What is needed is a piezoelectric element 3 of the search head, the coils of which have revealed superficial damage,

0 выключить из работы, а пьезоэлемент 3, противоположной искательной головки, перевести в режим излучени и приема. Поскольку ввод и прием ультразвуковых колебаний, в этом случае, осуществл етс 0 to switch off from work, and to transfer the piezoelectric element 3 opposite to the search head to the radiation and reception mode. Since the input and reception of ultrasonic vibrations, in this case, is carried out

5 со стороны издели противоположной обнаруженному поверхностному повр еждению с помощью катушек 4-6, это повреждение пьезоэлементом 3 не регистрируетс . Вы вление поверхностных поврежде0 ний в изделии катушками индуктивности осуществл етс за счет наведени вихревых токов катушкой 4. Электромагнитное поле -вихревых токов, наведённых в изделии, возбуждает в катушках 5 и 6 ЭДС, которые при5, on the side of the product opposite to the detected surface damage with the help of coils 4-6, this damage by the piezoelectric element 3 is not detected. Detection of surface damage in the product by inductance coils is carried out by induction of eddy currents by the coil 4. The electromagnetic field of eddy currents induced in the product excites in the coils 5 and 6 EMF.

5 отсутствии внешних повреждений издели равны по величине и™ противоположны по знаку. В результате сложени этих ЭДС, за счет последовательно-сЙгласнргУ включени катушек 5 и 6, на выходе катуШёк раз0 ность ЭДС равна нулю. При наличии повреждени поверхности издели по вл ютс тангенциональные составл ющие электромагнитного пол вихревых токов, которые воздействуют на катушки 5 и 6, пло5 скости витков которых перпендикул рны плоскости издели . Поскольку обе катушки 5 и 6 при приближении к повреждению искательной головки наход тс по одну сторону от него, в катушках 5 и 6 по вл ютс ЭДС5 in the absence of external damage to the product are equal in size and ™ opposite in sign. As a result of the addition of these emfs, due to the sequential inclusion of the coils 5 and 6, the difference is zero at the output of the coil. In the presence of damage to the product surface, tangential components of the electromagnetic field of eddy currents appear, which act on the coils 5 and 6, the plane of the turns of which are perpendicular to the plane of the product. Since both coils 5 and 6, on approaching damage to the search head, are on one side of it, EMF appears in coils 5 and 6

0 одного знака, .а при последовательно-согласном включении катушек 5 и 6 они суммируютс и на выходе катушек 5 и 6 выдел етс сигнал дл переключени режима работы пьезоэлементов 3 из теневого в0 of the same sign, and when the coils 5 and 6 are sequentially-consistently connected, they are summed up and at the output of the coils 5 and 6 a signal is selected to switch the operating mode of the piezoelectric elements 3 from the shadow to

5 эхо-импульсный. Эхо-импульсный контроль осуществл етс до тех пор, пока пьезоэлемент 3 не пройдет через поверхностное повреждение . Если при этом пьезоэлемент 3 зафиксирует дефект, то он будет только5 echo pulse. Pulse echo monitoring is carried out until piezoelectric element 3 passes through surface damage. If at the same time the piezoelectric element 3 detects a defect, then it will only

0 внутренним потому, что внешний дефект может быть только на противоположной стороне ввода и приема ультразвуковых колебаний , а сигнал от такого дефекта совпадет с донным и не зарегистрируетс . После0 because the external defect can only be on the opposite side of the input and reception of ultrasonic vibrations, and the signal from such a defect will coincide with the bottom one and will not be registered. After

5 того, как искательна головка пройдет.в процессе контрол над поверхностным повреждением издели , обе катушки 5 и 6 снова окажутс по одну сторону от повреждени и на них снова выделитс сигнал , по которому произойдёт переключение5 of how the search head passes. In the process of monitoring the surface damage to the product, both coils 5 and 6 will again be on one side of the damage and again they will receive a signal that will switch

пьезоэлементов 3 теперь из эхо-импульсного в исходный теневой режим работы.piezoelectric elements 3 are now from the echo pulse to the original shadow mode.

При наличии внешних дефектов одновременно с обеих сторон контролируемого издели сигнал переключени по витс од- повременно на катушках 5 и 6 в обеих искательных головках, что витс сигналом на остановку контрол и причиной дл проверки такого участка издели в ручном зеркально-теневом варианте.If there are external defects simultaneously on both sides of the monitored product, the switching signal is simultaneously wired on coils 5 and 6 in both search heads, which indicates a signal to stop the control and the reason for checking such a section of the product in a manual mirror-shadow variant.

Переключение пьезоэлементов искательных головок из режима теневого контрол в режим эхо-импульсного контрол позвол ет избежать регистрации внешних повреждений поверхностей издели , кото- рые или не оказывают вли ни на качество издели , или устран ютс при дальнейшей обработке его, и повысить достоверность контрол . Теневой метод чувствителен как к внутренним, так и к внешним дефектам, но зато не имеет неконтролируемых зон вблизи поверхностей, что вл етс его достоинством . Эхо-импульсный метод имеет неконтролируемые зоны вблизи поверхностей , но не фиксирует поверхностные де- фекты со стороны противоположной поверхности ввода и приема ультразвуковых колебаний, что вл етс преимуществом этого метода.Switching the piezoelectric elements of the search heads from the shadow control mode to the echo-pulse control mode allows you to avoid registering external damage to the product surfaces, which either do not affect the quality of the product, or are eliminated during further processing, and increase the reliability of the control. The shadow method is sensitive to both internal and external defects, but it does not have uncontrolled zones near the surfaces, which is its advantage. The pulse echo method has uncontrollable zones near the surfaces, but does not detect surface defects from the opposite surface of the input and reception of ultrasonic vibrations, which is an advantage of this method.

Таким образом, предлагаема головка позвол ет исключить перебраковку в процессе контрол изделий и свести до минимума неконтролируемую зону вблизи его поверхностей.Thus, the proposed head allows to exclude rejection in the process of testing products and to minimize the uncontrolled area near its surfaces.

Claims

A combined search head for non-destructive testing, comprising a housing, a damper located in the housing, a piezoelectric element mounted on its end face, and an inductance coil coaxial with the housing, characterized in that, in order to increase the reliability of control of multilayer metal products by eliminating the effect of surface defects on the results of control, it is equipped with two identical additional cylindrical inductors, connected in series according to Aulus is a ferrite core, a first coil is cylindrical and is arranged outside the ferrite ring and additional inductors are set diametrically outside the ferrite ring at the working end such that their axes are parallel to each other, and turns the plane perpendicular to the planes of the turns of the first inductor.