Наклонный преобразователь.

Наклонный преобразователь (Рис.9.3) отличается от прямого наличием призмы 8. Пьезоэлемент излучает в призму про­дольные волны, которые на границе призмы с изделием преломля­ются, а частично — отражаются. Не вошедшая в изделие часть уль­тразвуковой энергии попадает в ловушку (передняя и верхняя час­ти призмы) и гасится в ней. Демпфер 2 иногда совсем отсутствует, что повышает коэффициент преобразования. Пьезопластине для уменьшения пути ультразвука в призме часто придают не круглую, а квадратную или прямоугольную форму, ее приклеивают к призме.

Рис.9.3 Конструкция наклонного преобразователя

Призму делают чаще всего из органического стекла (плекси­гласа). Этот материал достаточно хорошо пропускает ультразву­ковые волны, но в то же время быстро гасит их в ловушке. В вы­сокочастотных преобразователях применяют материалы с меньшим затуханием ультразвука (полистирол), а в низкочастотных — с большим, так как коэффициент затухания возрастает с частотой. В призме преобразователя происходит сразу несколько процессов:

- Отражение

- Преломление

- трансформация

Угол наклона призмы β (Рис.9.4) должен обеспечить введе­ние в ОК волн требуемого типа под нужным углом. Чаще всего вводят поперечные волны, а углы выбирают между первым и вто­рым критическими углами. Однако, чтобы не возникали другие (мешаю­щие) типы волн, углы призмы делают такими, чтобы они на 2...3° не доходили до критических значений

Рис.9.4 Угол наклона призмы преобразователя

Выбор угла наклона призмы осуществляется в зависимости от необходимого получения угла ввода в объект контроля:

l	t	R
β > β1кр	β1кр < β < β2 кр	ΒR = arcsin (
β = 0^0÷20^0	β = 29^0÷55^0

Раздельно – совмещенный преобразователь.

Раздельно – совмещенный преобразователь имеет 2 пьезопластины (излучающую и приемную) в одном корпусе (Рис.9.5)

Рис.9.5 Конструкция раздельно-совмещенного преобразователя

1 – пьезоэлементы

2 – демпфер

4 – катушка индуктивности

5 – система проводников

6 - корпус

7 - кабель

8 - призма

9 – акустический и электрический экраны

Пьезоэлементы, которые разделены аку­стическим и электрическим экранами 9, в то же время объеди­нены конструктивно в одном корпусе 6. Благодаря разделению электрический и акустический зондирующие импульсы и сопровож­дающие их помехи практически не попадают на приемник. В ре­зультате уменьшается минимальная глубина прозвучивания (мерт­вая зона).

Пьезоэлементы PC-преобразователей обычно имеют прямо­угольную или полукруглую форму. Их располагают на призмах из оргстекла 8 с небольшими углами наклона (0...10°), при кото­рых в изделие излучаются продольные волны, а поперечные имеют небольшую амплитуду. Варьируя углы призм, их высоту, расстояние между ними и размеры пьезоэлементов, можно изменять положение максимума чувствительности (фокуса), минимальную и максималь­ную глубину прозвучивания. Возможно, даже обеспечить постоян­ную чувствительность к дефектам при их различном расстоянии от поверхности.

РС ПЭП прямого типа имеют ограниченную область применения. Это тонкие объекты и толщинометрии. Выявление дефектов должно быть ориентировано параллельно плоскости ввода (вдоль плоскости).

Необходимость аку­стического и электрического экранов:

- Чтобы не было лишнего зондирующего импульса, для удаления паразитных емкостей

- Исключение попадания упругих волн из передающей призмы в приемную

Существуют и другие виды преобразователей, к примеру, наклонный раздельно – совмещенный ПЭП применяется для выявления дефектов в сварных соединениях; ПЭП с фокусировкой; ПЭП со сканированием (многоэлементные), которые используются для построения изображений от дефектов.

Акустический тракт дефектоскопа (эхо – импульсного)

Акустический тракт – это путь УЗ сигнала от излучателя до отражателя и обратно к приемнику УЗ сигналов. (Рисунок)

Формулы акустического тракта определяют ослабление сиг­нала на этом пути, т. е. амплитуду сигнала от отражателя.

От чего зависит амплитуда сигнала, отраженного импульса от дефекта:

1) От глубины залегания дефекта. Чем больше глубина залегания h, тем меньше амплитуда отраженного сигнала. Это связано с тем, что:

- Волна затухает e^-δr

- Волна расходится 1/r (для объемной волны)

2) От размера дефекта. Чем больше диаметр d дефекта, тем больше амплитуда отраженного сигнала (Рис.9.6)

Рис.9.6 Зависимость амплитуды отраженного сигнала от диаметра дефекта

3) От соотношения акустического сопротивления Z дефекта и объекта контроля. Чем больше эти сопротивления будут отличаться, тем отражение будет сильнее (Z_д > Z_ок, тем больше амплитуда отраженного сигнала).

4) От амплитуды А_о падающей волны. А_о определяется площадью S ПЭП: чем больше S, тем больше амплитуда излучаемой волны.

5) От ориентации дефекта:

A_отраж – максимально, если плоскость дефекта перпендикулярна направлению распространения луча. Дефекты, ориентированные вдоль направления луча дают отражение только в устье дефекта (в месте концентрации напряжения).

6) От формы дефекта. Максимальное отражение дает перпендикулярное направление распространения луча, большие размеры дефекта.

7) От шероховатости дефекта. Чем больше шероховатость, тем больше амплитуда отраженного сигнала.

8) От рабочей частоты ПЭП. Частота влияет на коэффициент затухания.

Естественные дефекты дают амплитуду отраженных сигналов, зависящую от ряда факторов, следовательно, в акустическом контроле всегда руководствуются моделями дефектов (искусственными отражателями). При оценке размеров дефектов, настройке чувствительности пользуются понятием эквивалентной площади дефекта или эквивалентными размерами дефекта.

Эквивалентный размер дефекта – площадь искусственного отражателя, чаще всего плоскодонного отверстия, залегающего на той же глубине, что и дефект, в том же материале объекта контроля, на той же глубине и дающего эхо- сигнал равной амплитуды (Рис.9.7)

S_{иск.отраж} =π·d²/4

Рис.9.7 Определение эквивалентного размера дефекта

S_эквмв < S_истин

Для некоторых типов отражателей используют данные формулы акустического тракта:

- Дисковый отражатель (отверстие с плоским дном)

- Цилиндрический

- Бесконечная плоскость

- Цилиндрическая плоскость

Для наклонного ПЭП:

- Диск

- Цилиндрический отражатель

- Донная поверхность

- Сегментный паз

Дата добавления: 2015-09-05