Ультразвуковой преобразователь

Авторы патента:

H04R17 - Пьезоэлектрические преобразователи; электрострикционные преобразователи (пьезоэлектрические или электрострикционные элементы вообще H01L 41/00; конструктивные элементы пьезоэлектрических или электрострикционных двигателей, генераторов или позиционеров H02N 2/00)

Полезная модель относится к области неразрушающих методов контроля, в частности к ультразвуковому контролю, и может найти широкое применение в машиностроении для контроля качества сварных соединений и материала заготовок. Ультразвуковой преобразователь для автоматизированного контроля качества сварных соединений и материала изделий содержит корпус, локальную ванну в его торце с каналами подпитки ее иммерсионной жидкостью. С противоположной поверхности корпуса имеются два глухих отверстия с плоским дном, в которые вставляются шаровые опоры штоков, подпружиненных в направляющих каналах узла сканирования с возможностью осевого перемещения. Дно глухих отверстий расположено ниже центра масс преобразователя. Преобразователь снабжен призмой для ультразвукового контроля качества сварных соединений на отсутствие внутренних дефектов, при этом его корпус выполнен в виде параллелепипеда за одно целое с призмой и локальной ванной для иммерсионной жидкости. Технический результат: ультразвуковой преобразователь позволяет контролировать сварные швы, выполненные электронно-лучевой сваркой, с ограниченной площадью поверхности ввода ультразвуковых колебаний, за счет наличия призмы, малых габаритов преобразователя, полученных путем выполнения корпуса преобразователя из полиамида за одно целое с призмой и локальной ванной, что также позволило упростить его конструкцию. 1 п. ф., 3 илл.

Известен ультразвуковой искатель [1], содержащий акустическую призму, закрепленный на ней пьезоэлемент, резервуар с контактной жидкостью и замкнутый элемент из упругого материала, установленный на рабочей поверхности призмы вне поля излучения, в призме выполнен канал под углом к рабочей поверхности, один торец которого расположен внутри замкнутого элемента, а другой на боковой грани призмы и сообщается с резервуаром.

Искатель имеет серьезные недостатки:

- предназначен только для ручного ультразвукового контроля, что ограничивает область его применения;

- упругий эластичный материал быстро изнашивается на шероховатой поверхности изделий;

- отсутствие защитного корпуса, требует бережного обращения, что в производственных условиях очень сложно;

- имеет большие габариты и большую стрелу.

Известен также ультразвуковой преобразователь [2] для автоматизированного контроля качества материала изделий, содержащий корпус и размещенный в нем демпфер, пьезоэлемент, локальную ванну с патрубком для подпитки ее иммерсионной жидкостью, при этом корпус снабжен двумя диаметрально противоположными выступами на внешней цилиндрической поверхности, в торце которых выполнена локальная ванна с двумя, по крайней мере, каналами подпитки иммерсионной жидкостью, а с противоположной стороны выступов имеются два глухих отверстия с плоским дном, в которые вводятся шаровые опоры штоков, подпружиненных в направляющих каналах узла сканирования с возможностью осевого перемещения, а плоское дно глухих отверстий расположено ниже центра масс преобразователя.

Преобразователь имеет целый ряд преимуществ перед ультразвуковым искателем:

- повышенную износостойкость;

- возможность отслеживания неровностей поверхности ввода-приема акустических колебаний контролируемого изделия, обеспечение автоматизированного УЗК;

- сохранение постоянного зазора между излучающей поверхностью и поверхностью контролируемого изделия;

- обеспечение постоянного усилия прижима к поверхности изделия.

Однако, наряду с преимуществами преобразователь имеет и серьезные недостатки:

- предназначен для ультразвукового контроля качества материала изделий путем ввода-приема акустических колебаний под прямым углом к поверхности этих изделий, что ограничивает область его применения;

- не может быть использован для УЗК качества сварных соединений изделий;

- габариты преобразователя велики для УЗК сварных соединений, выполненных электронно-лучевой сваркой.

Однако, несмотря на указанные недостатки, описанный преобразователь является наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели, поэтому может быть принят за прототип.

Целью предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков аналога и прототипа:

- повышение износоустойчивости опорной поверхности преобразователя с использованием различных упругих, эластичных материалов и насадок;

- использование для автоматизированного ультразвукового контроля сварных соединений;

- для автоматизированного ультразвукового контроля сварных соединений, выполненных ЭЛС;

- уменьшение габаритов ультразвукового преобразователя.

Поставленная цель достигается следующими техническими решениями:

- преобразователь снабжен призмой;

- корпус преобразователя выполнен в виде параллелепипеда, например, из полиамида за одно целое с призмой и локальной ванной.

На фиг. 1, 2, 3 приведен пример выполнения предлагаемой полезной модели.

На фиг. 1 представлены конструкция преобразователя и механическая связь его со сканирующим узлом, а на фиг. 2 - вид преобразователя со стороны локальной ванны, а на фиг. 3 - поперечное сечение преобразователя, где: 1 - корпус преобразователя; 2 - призма преобразователя, 3 - локальная ванна, 4 - демпфер, 5 - пьезоэлемент, 6 - каналы подвода иммерсионной жидкости (воды) к локальной ванне 3, 7 - патрубок, 8 - глухие отверстия с дном 9, выполненные симметрично друг другу в корпусе 1 со стороны, противоположной локальной ванне, в отверстия 8 введены шаровые опоры 10 штоков 11 с пазом 12, подпружиненных пружиной 13 в направляющих каналах 14, выполненных в основании 15 сканирующего узла. Штифты 16 препятствуют выпадению штоков 11 из направляющих каналов 14. Основание 15 сканирующего узла опирается роликами 17 на поверхность контролируемого изделия 18. Позициями 19 и 20 соответственно обозначены шланг подвода иммерсионной жидкости и кабель.

Локальная ванна 3 и призма 2 преобразователя выполнены за одно целое с корпусом 1 и, следовательно, из одного материала. Основные требования, предъявляемые к материалу ванной 3, заключается в его износоустойчивости; а требование, предъявляемое к корпусу 1, состоит в прочности, а требование, предъявляемое к призме 2, - малое акустическое сопротивление. Поэтому материал корпуса 1 и ванны 3 выбирают из этих трех требований, например, полиамид. Поскольку выбранный материал обладает высокой твердостью, во избежание повреждения поверхности контролируемого изделия 18 в процессе контроля острые кромки ванны 3 притупляют. Устранению вероятности повреждения поверхности изделия 18 способствует ограничение постоянного усилия прижима ванны 3 преобразователя, создаваемое постоянным зазором между основанием 15 сканирующего узла и поверхностью изделия 18 роликами 17. Исключение акустического экрана по периметру призмы 2, который используется в металлических корпусах, а также операций вклеивания призмы 2 в корпус 1, используемых при традиционной сборке призматических преобразователей, упрощают конструкцию и технологию изготовления предлагаемого преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

Сканирующий узел подводят к поверхности ввода-приема ультразвуковых колебаний контролируемого изделия 18 и устанавливают его основание 15 опорными роликами 17 на эту поверхность. Преобразователь локальной ванной 3 устанавливается на контролируемую поверхность и поджимается к ней пружиной 13 через штоки 11, шаровые опоры 10 и дно 9 глухого отверстия 8. Через шланг 19, патрубок 7 и каналы 6 в локальную ванну 3 подается вода для создания акустического контакта между призмой 2 и поверхностью контролируемого изделия 18. Заполнение локальной ванны 3 отражается на экране дефектоскопической аппаратуры появлением поверхностного импульса, переданного от пьезоэлемента 5 через кабель 20, что подтверждает наличие акустического контакта между преобразователем и поверхностью изделия 18. При наличии акустического контакта перемещают преобразователь по поверхности контролируемого изделия 18, например, в направлении стрелки Б, и осуществляют его ультразвуковой контроль на отсутствие трещин, непроваров в корне сварного шва и объемных дефектов по всей толщине шва. При этом узел сканирования 15 обкатывает роликами 17 встречающиеся неровности, а преобразователь скользит по ним, максимально прилегая ванной 3 к поверхности изделия. Наличие микронеровностей на контролируемой поверхности ведет к утечке контактной жидкости из ванны 3, которую пополняют подпиткой через каналы 6. На фиг. 2 эти каналы вводятся вдоль плоскости симметрии с противоположных сторон ванны 3. Такая подпитка целесообразна при малых скоростях сканирования преобразователя.

Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет контролировать сварные швы, выполненные электронно-лучевой сваркой, с ограниченной площадью поверхности ввода ультразвуковых колебаний, за счет наличия призмы, малых габаритов преобразователя, полученных путем выполнения корпуса преобразователя из полиамида за одно целое с призмой и локальной ванной, что также позволило упростить его конструкцию.

Источники информации.

1 Авторское свидетельство СССР 1242814 «Ультразвуковой искатель», кл. G01N, приоритет от 16.01.1985.

2 Патент РФ 60221 «Ультразвуковой преобразователь», кл. G01N, приоритет от 31.07.2006.

Ультразвуковой преобразователь для автоматизированного контроля качества сварных соединений и материала изделий, содержащий корпус, локальную ванну в его торце с каналами подпитки ее иммерсионной жидкостью, а с противоположной поверхности корпуса имеются два глухих отверстия, в которые вставляются шаровые опоры штоков, подпружиненных в направляющих каналах узла сканирования с возможностью осевого перемещения, при этом дно глухих отверстий расположено ниже центра масс преобразователя, отличающийся тем, что преобразователь снабжен призмой для ультразвукового контроля качества сварных соединений на отсутствие внутренних дефектов, а его корпус выполнен в виде параллелепипеда за одно целое с призмой и локальной ванной для иммерсионной жидкости.