Преобразователи для контроля эхо-методом

Современные дефектоскопы комплектуют обычно целым набором излучателей и приемников ультразвуковых волн. Они отличаются по ряду признаков:

• по способу контакта с изделием различают – контактные, щелевые, иммерсионные преобразователи;

• по направлению УЗ колебаний к поверхности изделия – прямые и наклонные;

• по способу соединения с дефектоскопом – раздельные (один элемент выполняет роль излучателя, другой – приемника), совмещенные (один и тот же элемент выполняет функции излучателя и приемника).

Кроме того существуют специальные преобразователи: фокусирующие, широкозахватные, для контроля по грубой поверхности, с переменным углом ввода. Рассмотрим устройство основных типов преобразователей.

Прямые преобразователи

Контактного типа для работы по совмещенной схеме. В отечественных преобразователях пьезопластина обычно изготавливается из ЦТС. В преобразователях фирмы «Крауткремер» пьезоплпстину изготавливают из кварца, хотя в последнее время часто применяют пьезокерамику. Применение кварца, обладающего низкой чувствительностью, объясняется его высокой стабильностью и равномерностью излучения всех элементов пластины. Толщину пьезопластины делают равной половине длины волны. Примеры практических конструкций приведены на рис. 2.

Рис. 2

Пластина 1 соединяется с кабелем и дефектоскопом проводниками 5, 7. Обычно один электрод соединяется с корпусом, который заземляеется. В преобразователе «Снежинка» в демпфере размещают катушку индуктивности контура пьезопластины. Иногда даже внутри преобразователя помещают предусилитель. В преобразователе «Крауткремер» катушку индуктивности монтируют в разъеме кабеля, подсоединяемого к преобразователю. Преобразователь ИЦ – 1 предназначен для работы с дефектоскопом, в котором катушки индуктивности размещены в приборе.

Пьезопластину приклеивают к демпферу 2. В преобразователе ИЦ – 1 демпфер изготовлен из эпоксидной смолы. В его часть, прилегающую к пластине, вводят порошок вольфрама или свинца в пропорции 1:12 (по массе). Это повышает характеристический импеданс демпфера и увеличивает широкополосность преобразователя.

Протектор 3 преобразователя должен обладать высокой износоустойчивостью, обеспечивает высокую чувствительность преобразователя и стабильность акустического контакта с изделием. В преобразователе «Снежинка» используют металлокерамический протектор. Он удовлетворяет лишь первым двум условиям. Протектор преобразователя ИЦ-1 изготавливают из материала с повышенным затуханием ультразвука – эпоксидной смолы с металлическим (обычно бериллиевым) наполнителем или из лигнофоля – прессованной древесины. Это повышает стабильность акустического тракта, однако износостойкость такого протектора значительно хуже, чем металлокерамического. В преобразователе «Крауткремер» протектор выполнен из эластичного материала типа полиуретана. Он обладает большим поглощением звука, может деформироваться и до некоторой степени облегать неровности поверхности изделия, что повышает стабильность акустического контакта. Такой преобразователь позволяет контролировать изделия с неровностями поверхности до 0,2 мм без смазки жидкостью. Однако он не может скользить по поверхности изделия. Для сканирования его нужно отрывать и вновь плотно прижимать к поверхности, что сильно замедляет процесс контроля. Большое затухание в протекторе снижает чувствительность примерно на 20 дБ.

Размеры пьезопластины выбирают с учетом поля излучения – приема. Увеличение ее диаметра сужает диаграмму направленности в дальней зоне, но в то же время увеличивает протяженность ближней зоны, где выявление дефектов затруднено из-за наличия максимального и минимального сигнала. Целесообразно применять маленькие преобразователи для контроля тонких изделий и большие – для контроля изделий больших толщин.

В серийных преобразователях отечественных дефектоскопов отношение диаметра пьезопластины к длине волны в стали

В других странах обычно применяют пьезопластины большего диаметра

Максимальный диаметр пластин может достигать 50 – 100 мм.