Наклонных искателей

Прямые и наклонные преобразователи работают по совмещенной схеме: один и тот же пьезоэлемент служит в качестве излучателя и приемника. Выпускают также раздельно-совмещенные (PC) преобразователи (рис. 5.15, в), у которых имеются две пье-

противоположной стороны к пьезопластине 3 прикреплен демпфер 2 из материала с большим поглощением ультразвука. Демпфер уменьшает длительность колебания пьезопластин, т.е. способствует получению коротких зондирующих импульсов. Прямой преобразователь размещен в стальном корпусе I. В наклонных (рис. 4.7, б) и PC-преобразователях (рис. 4.7, в) пьезопластина 3 приклеена к призмам 5 из оргстекла, полистирола, поликарбоната, капролана и других материалов. Прямые и наклонные преобразователи работают в основном по совмещенной схеме, т.е. один и тот же пьезоэлемент является излучателем Г и приемником П ультразвуковых колебаний. Вибратор контактных раздельно-совмещенных преобразователей состоит из двух призм 5 с приклеенными к ним пьезопластина-ми 3, которые разделены электроакустическим экраном 7. Он служит для предотвращения прямой передачи сигналов от излучающей пьезопластины, подключенной к генератору Г, к приемной пьезопластине П, подключенной к усилителю электронного блока дефектоскопа

Прямые и наклонные преобразователи в эхо-методе работают по совмещенной схеме: один и тот же пъезоэлемент служит излучателем и приемником.

(дна) изделия. Основные варианты показаны на рис. 2.36, а—г: прямой преобразователь по ослаблению первого (а) и второго (б) донных сигналов, наклонные преобразователи по ослаблению донного сигнала поперечной (0) и продольной (г) волн.

Наклонные преобразователи применяют при контроле тонких объектов, когда мертвая зона обычных прямых преобразователей мешает получению донного сигнала. Они оказываются полезными при выявлении и оценке размеров вертикально ориентированных

Зеркальный эхо-метод основан на зеркальном отражении импульсов от дефектов, ориентированных вертикально к поверхности, с которой ведется контроль (рис. 22, а). Для этого наклонные преобразователи (Л и С) располагают по разные стороны изделия (/(-метод) или по одну сторону изделия (А и В), используя отражение от нижней поверхности. Это повышает надежность выявления непрова-ров и трещин в сварных швах. В процессе контроля с помощью механических или электрических устройств выполняется условие /,4 -f- IB = const.

Для отстройки применяют преобразователи с призмами с углами наклона меньше первого критического (18—24° в плексигласе), раздельно-совмещенные наклонные преобразователи с углом схождения 15° и более, наклонные фокусирующие преобразователи, а также используют двухчастотный способ контроля.

МВС-1 Институт сварки, Дания Ручной, С Глубина контроля 250 — 500 мм (по стали). Наклонные преобразователи, частота 2 и 4 МГц. Цифровая память, процессор. Изображение т- две проекции Толстостенные сварные соединения из сталей и других металлов

Контроль толстостенных металлических изделий, прежде всего сварных соединений, может осуществляться установками МВС-1 и АВС-2 Датского института сварки (табл. 23). Обе установки имеют одинаковый состав электронных блоков, стандартные наклонные преобразователи и различаются . лишь сканирующим устройством.

Пространственное разрешение этих приборов низкое, так как применяются стандартные наклонные преобразователи. Типичная скорость контроля сварного шва 3—10 мм/с (10—36 м/ч).

Прямые и наклонные преобразователи в эхо-методе работают по совмещенной схеме: один и тот же пъезоэлемент служит излучателем и приемником.

Особые трудности возникают в связи с обнаружением и оценкой допустимости трещин, находящихся в подповерхностной зоне (2—10 мм) и не выходящих на поверхность. В этом случае из-за отсутствия углового эффекта (двугранного угла между трещиной и поверхностью металла) резко падает чувствительность контроля, особенно для наклонных искателей с малыми углами призм. Метод «тандем» здесь неприменим из-за близости дефекта к поверхности. Для выявления таких трещин рекомендуется контролировать подповерхностную зону искателями с углом призмы 50° на частоте 2,5 МГц. Настройку чувствительности и скорости развертки при этом можно производить по зарубке площадью 7 мм2 в образце толщиной 15 мм.

Следует отметить, что ультразвуковой контроль штамповок вызывает определенные трудности, обусловленные тем, что штамповки очень часто имеют весьма сложную конфигурацию. В связи с этим возникает необходимость в разработке специальных методик контроля, предусматривающих наиболее рациональные направления прозвучивания, выбор оптимальных углов ввода и частоты УЗ К- Нередко удается контролировать лишь отдельные наиболее напряженные участки изделий с использованием прямых, раздельно-совмещенных или наклонных искателей при частоте УЗК, равной 2,5 и 5 МГц. Применяют контактный и иммерсионный способы контроля. Необходимость контроля малогабаритных штампованных изделий сложной конфигурации возникает в основном на арматурных и насосных заводах отрасли. Часто ультразвуковым методом контролируют заготовки под штамповку, а после штамповки из-за опасности возникновения микротрещин изделия подвергают дополнительному контролю магнитным или цветным методами.

При производственном контроле сварных швов ультразвуковые колебания вводятся в металл шва через основной металл с помощью наклонных искателей, применяя для этого эхо-метод. Наклонные искатели для ультразвукового дефектоскопа были разработаны в 1951 г. ЦНИИТМАШем. Это позволило НИИхим-машу в 1951—1952 гг. провести первые исследования, в результате которых была установлена возможность использования ультразвукового метода для контроля качества сварных швов .химической и нефтяной аппаратуры [112]. Отработку методики контроля производили на специально подготовленных сварных образцах, выполненных многослойной сваркой с различными естественными и искусственными дефектами. Были отработаны основные приемы сканирования, позволявшие отличать опасные протяженные дефекты типа непроваров и трещин от мелких допустимых, округлых по форме пор и шлаковых включений. Чувствительность контроля выбирали близкой к максимальной, но при которой еще отсутствовали помехи.

За рубежом ультразвуковой структурный анализ еще не получил широкого применения в промышленных условиях, хотя, по литературным и патентным данным, известны ряд приборов и установок, применяемых для этой цели. Так, дефектоскопы, производимые фирмами Карл Дойч Крауткремер (ФРГ) и др., снабжены аттенюаторами для измерения затухания. В приведенных ниже работах зарубежных авторов [151, 153, 154] описано в основном использование прибора УСИП-10В фирмы Крауткремер с диапазоном частот от 1 до 12 МГц. Этот прибор снабжен набором прямых и наклонных искателей для возбуждения продольных, сдвиговых и поверхностных ультразвуковых волн,

В обойму 1 вставляют наклонные искатели 2—9 группами на различном расстоянии от оси вращения обоймы. Группы комплектуют из наклонных искателей с различными углами а призм. Число искателей и углы призм повторяются в каждой из групп. Точки выхода ультразвукового луча первой группы искателей расположены на одном расстоянии, а каждой из последующих групп — на различном расстоянии от оси вращения обоймы таким образом, чтобы обеспечивалось равномерное прозвучивание всего сечения сварного соединения 10.

Рис. 4.29. Характеристика направленности наклонных искателей в стали ные данные [1648]):

Опубликованы теоретические работы по звуковому полю наклонных искателей для плоских границ раздела [1666, 1621, 564] и для искривленной границы раздела [1550]. Звуковое поле наклонного искателя при электромагнитном возбуждении описывается в работе [120].

времени прохождения между посылаемым импульсом и отражением (эхом) в одной диафрагме с корректировкой на некоторое настраиваемое время, позволяющее учесть участок вход» у совмещенных или наклонных искателей (рис. 10.24).

с фазовым управлением (phased array, РА-метод) открывают намного больше возможностей, а для акустического контакта у них требуется лишь несколько сантиметров. Принцип их тоже заключается в разбивке на очень узкие элементы (шириной менее длины волны), но с управлением в одно и то же время, хотя с систематическим сдвигом фаз от одного элемента (секции) к другому. В результате возбуждается наклонный звуковой луч, угол которого изменяется в зависимости от сдвига фаз; по желанию этот луч можно фокусировать. Одновременно можно подавить боковые лепестки характеристики направленности увеличением размеров отдельных излучателей (секций) по направлению к краю, а возможно и изменением амплитуды, как у искателя с гауссовским распределением. В режиме приема такой искатель равноценен искателю с переменным углом. При малых углах он излучает продольные волны, а при больших углах происходит преобразование моды в твердом теле, как у наклонных искателей. Они применяются для работы и в иммерсионном, и в контактном вариантах. Число излучателей (секций колебательного элемента) может варьироваться примерно от 10 (для грубого управления) до нескольких сотен, например для контроля сварных швов применяют от 24 до 50 секций. При их изготовлении либо монтируют на демпфере заранее подогнанные отдельные полоски, причем демпфер ввиду раздельных подво-

меньше, чем в контролируемом изделии. При возбуждении поперечных волн в стали со скоростью звука с< = 3150 м/с (что является самым частым применением наклонных искателей при контроле материалов), поэтому в качестве материала для клина можно применять различные пластмассы. Чаще всего используют плексиглас (со скоростью звука q=2730 м/с), но если требуется обеспечить малое затухание звука, то подходит также и полистирол (с;=2350 м/с).

На рис. 10.39 представлена сонограмма типа показанной на рис. 10.32 для некоторых промышленных наклонных искателей. Перпендикулярно "к плоскости чертежа звуковой пучок име-