Многоканальный ультразвуковой преобразователь

Указанная цель достигается тем, что многоканальный ультразвуковой преобразователь, с интегрированной магнитной системой или присоединяемый к магнитной системе, применяющийся для ультразвукового контроля труб, листового проката, стальных заготовок преимущественно круглого или квадратного сечения, включающий металлическую или пластиковую подложку с плоской или цилиндрической рабочей поверхностью, защищенную, по крайней мере, одним износостойким элементом, активный элемент, содержащий протектор, набор размещенных на нем индукторов и как минимум один концентратор магнитного поля, причем протектор представляет собой плоскую или переменной толщины пластину, выполненную из диэлектрика или слабо-проводящего, ударопрочного, достаточно гибкого материала, например, пластика, с внедренными в него твердыми, например, керамическими, алмазными или твердосплавными элементами, причем индукторы размещаются между протектором и концентратором, электрический кабель и разъем для подключения к электронным блокам-генераторам тока и усилителям, износостойкие элементы, которые выполнены либо в виде слоя керамики, нанесенного на рабочую поверхность подложки, например, путем напыления, либо как минимум двух керамических или твердосплавных вставок, снаружи дополнительно содержит, по крайней мере, одно сопло для подвода сжатого воздуха в пространство между подложкой и объектом контроля, а подложка не имеет жесткой механической связи с магнитной системой и способна перемещаться относительно объекта контроля и магнитной системы под воздействием сжатого воздуха и неровностей на поверхности объекта контроля, причем активный элемент собран на подложке и представляет собой набор из одного или более независимых и механически и электрически отделяемых от подложки суб-модулей, причем каждый из суб-модулей содержит свой собственный корпус-протектор с отверстиями для механического соединения с подложкой, и размещенные на нем один или несколько индукторов, а так же как минимум один концентратор магнитного поля, а суб-модули не имеют жесткой механической связи с магнитной системой, причем суб-модули расположены на подложке в пространстве между износостойкими элементами, либо внутри зоны напыленного на элементы или подложку керамического слоя, а каждый суб-модуль имеет электрический разъем или иное устройство индивидуального подключения к общему электрическому кабелю многоканального ультразвукового преобразователя. Кроме того, в многоканальном электромагнитно-акустическом преобразователе твердые компоненты внедрены по крайней мере в часть протекторов суб-модулей, формируемых на подложке, протекторы суб-модулей содержат в общем случае комбинацию из двух типов внедренных в них твердых элементов: пластин постоянной или переменной толщины, выполненных в виде перегородок, ориентированных перпендикулярно протектору в количестве N=0, 1, 2 высота которых 1-15 мм превышает их толщину от 0,1 до 5 мм и толщину протектора в зоне размещения индукторов, и пластин, в общем случае переменной толщины, ориентированных в плоскости протектора и не выходящих за пределы его толщины в количестве М=0, 1, 2, причем для отдельного суб-модуля выполняется условие M+N1, а отсутствие жесткой связи суб-модулей с магнитной системой обеспечивается либо тем, что в устойчивом рабочем состоянии расстояние между концентратором каждого суб-модуля и подводящими элементами магнитной системы составляет 0,01-10 мм, либо применением эластичных концентраторов, обеспечивающих подвижность суб-модулей относительно магнитной системы, при этом износостойкие элементы являются съемными, заменяемыми деталями преобразователя, и содержат как минимум два отверстия для механического, например, болтового соединения с подложкой.

Многоканальный ультразвуковой преобразователь, с интегрированной магнитной системой или присоединяемый к магнитной системе, может быть использован для ультразвукового контроля труб, листового проката, стальных заготовок преимущественно круглого или квадратного сечения.

Известен электромагнитно-акустический преобразователь (ЭМАП), содержащий корпус, подложку, концентратор и магнитную систему с постоянными магнитами, обращенными друг к другу одноименными полюсами, который снабжен двумя концентраторами, один из которых установлен неподвижно на корпусе ЭМАП между постоянными магнитами, другой, прилегающий к нему вплотную, установлен на подложке, а магнитная система заключена во внутренний корпус, снабженный приводом, например пневмоцилиндром, с возможностью вертикальных перемещений по направляющим относительно концентраторов, корпуса ЭМАП и подложки. Кроме того, в известном электромагнитно-акустическом преобразователе корпус ЭМАП и внутренний корпус выполнены из немагнитного материала с боковыми стенками-экранами, выполненными из ферромагнитного материала [1].

Известен электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий корпус, подложку с концентратором, магнитную систему с постоянными магнитами, обращенными друг к другу одноименными полюсами, катушку индуктивности, в котором постоянные магниты смонтированы в обойме из магнитного материала, вставленной в цилиндрический барабан из немагнитного материала, установленного в корпусе преобразователя с возможностью вращения вокруг своей оси и соединенного при помощи ползуна, вставленного в направляющую гильзу из немагнитного материала, со штоком пневмоцилиндра, закрепленного на корпусе, барабан, магниты и обойма со стороны подложки с концентратором установлены по отношению к ним с зазором и выполнены по окружности с общим радиусом, совпадающим с радиусом отверстия в корпусе, в которое вставлен барабан [2].

Известно устройство для ультразвукового контроля круглого проката, содержащее ультразвуковой преобразователь, опоры, подложку и систему регулирования положения ультразвукового преобразователя относительно поверхности объекта контроля, отличающееся тем, что система регулирования состоит из механизма подвода и прижима подложки к объекту контроля и механизма центрирования и независимого прижима ультразвукового преобразователя к объекту контроля, механизм подвода и прижима подложки к объекту контроля содержит корпус, на котором смонтированы направляющие, соединенные траверсой с пневмоцилиндром и снабженные цапфами для соединения с механизмом центрирования и независимого прижима ультразвукового преобразователя к объекту контроля, механизм центрирования и независимого прижима ультразвукового преобразователя к объекту контроля содержит подложку, которая жестко связана с механизмом подвода и прижима подложки к объекту контроля при помощи рамки, соединенной с направляющими механизма подвода и прижима подложки при помощи осей, обеспечивающих качание подложки в плоскостях поперечного и продольного сечений объекта контроля, например, прутка, при его отклонении от оси симметрии устройства, на подложке установлена планка с ультразвуковым преобразователем, на которой смонтированы опоры скольжения, например, линейные подшипники для обеспечения ее вертикального перемещения относительно подложки при проходе дефектов, выступающих над поверхностью объекта контроля, корпуса линейных подшипников жестко закреплены на подложке, а штоки линейных подшипников жестко соединены с планкой, ультразвуковой преобразователь установлен по центру планки, которая прижата к подложке, например, только силой пружин, в случае использования пьезоэлектрического преобразователя, или силой магнитного поля, в случае использования электромагнитно-акустического преобразователя, планка снабжена накладкой из твердого сплава, предназначенной для защиты ультразвукового преобразователя от износа при трении о поверхность объекта контроля и имеет скосы в поперечном сечении для надежной «посадки» ультразвукового преобразователя на поверхность объекта контроля [3].

Общим недостатком известных ЭМАП является отсутствие быстрой взаимозаменяемости отдельных деталей ЭМАП в случае повреждения, что уменьшает рабочий ресурс преобразователя, снижает его эффективность и повышает его стоимость.

Существующие многоканальные ЭМАП обладают весьма неприятной особенностью: подложка и протектор с активным элементом - набором катушек-индукторов и концентраторами, а так же износостойкие элементы интегрированы в единый неразборный и, как правило, неремонтопригодный модуль.

В случае выхода из строя одного индуктора, приходится заменять весь модуль. С экономической точки зрения, это существенным образом удорожает стоимость ультразвукового контроля. Стоимость УЗК листового проката, связанная с необходимостью замены подложек ЭМАП в пересчете на тонну, доходит до 5 - 10 Евро. Еще более сложная ситуация с расходами на УЗК сортового проката и труб, поскольку цилиндрическая форма труб или сортового проката способствует повышенному износу подложек и интегрированных в них протекторов. В масштабах металлургического или трубного предприятия прямые затраты на замену элементов ЭМАП составляют миллионы Евро в год.

Цель настоящего изобретения - снижение эксплуатационных затрат оборудования многоканального УЗК, и, как следствие, существенное уменьшение себестоимости производства проката, труб путем создания преобразователя с взаимозаменяемыми активными элементами.

Указанная цель достигается тем, что многоканальный ультразвуковой преобразователь, с интегрированной магнитной системой или присоединяемый к магнитной системе, применяющийся для ультразвукового контроля труб, листового проката, стальных заготовок преимущественно круглого или квадратного сечения, включающий металлическую или пластиковую подложку с плоской или цилиндрической рабочей поверхностью, защищенную, по крайней мере, одним износостойким элементом, активный элемент, содержащий протектор, набор размещенных на нем индукторов и как минимум один концентратор магнитного поля, причем протектор представляет собой плоскую или переменной толщины пластину, выполненную из диэлектрика или слабо-проводящего, ударопрочного, достаточно гибкого материала, например, пластика, с внедренными в него твердыми, например, керамическими, алмазными или твердосплавными элементами, причем индукторы размещаются между протектором и концентратором, электрический кабель и разъем для подключения к электронным блокам-генераторам тока и усилителям, износостойкие элементы, которые выполнены либо в виде слоя керамики, нанесенного на рабочую поверхность подложки, например, путем напыления, либо как минимум двух керамических или твердосплавных вставок, снаружи дополнительно содержит, по крайней мере, одно сопло для подвода сжатого воздуха в пространство между подложкой и объектом контроля, а подложка не имеет жесткой механической связи с магнитной системой и способна перемещаться относительно объекта контроля и магнитной системы под воздействием сжатого воздуха и неровностей на поверхности объекта контроля, причем активный элемент собран на подложке и представляет собой набор из одного или более независимых и механически и электрически отделяемых от подложки суб-модулей, причем каждый из суб-модулей содержит свой собственный корпус-протектор с отверстиями для механического соединения с подложкой, и размещенные на нем один или несколько индукторов, а так же как минимум один концентратор магнитного поля, а суб-модули не имеют жесткой механической связи с магнитной системой, причем суб-модули расположены на подложке в пространстве между износостойкими элементами, либо внутри зоны напыленного на элементы или подложку керамического слоя, а каждый суб-модуль имеет электрический разъем или иное устройство индивидуального подключения к общему электрическому кабелю многоканального ультразвукового преобразователя.

Кроме того, в многоканальном ультразвуковом преобразователе, твердые компоненты внедрены по крайней мере в часть протекторов суб-модулей, формируемых на подложке, протекторы суб-модулей содержат в общем случае комбинацию из двух типов внедренных в них твердых элементов: пластин постоянной или переменной толщины, выполненных в виде перегородок, ориентированных перпендикулярно протектору в количестве N=0, 1, 2 высота которых 1-15 мм превышает их толщину от 0,1 до 5 мм и толщину протектора в зоне размещения индукторов, и пластин, в общем случае переменной толщины, ориентированных в плоскости протектора и не выходящих за пределы его толщины в количестве М=0, 1, 2, причем для отдельного суб-модуля выполняется условие M+N1, отсутствие жесткой связи суб-модулей с магнитной системой обеспечивается либо тем, что в устойчивом рабочем состоянии расстояние между концентратором каждого суб-модуля и подводящими элементами магнитной системы составляет 0,01-10 мм, либо применением эластичных концентраторов, обеспечивающих подвижность суб-модулей относительно магнитной системы, износостойкие элементы являются съемными, заменяемыми деталями преобразователя, и содержат как минимум два отверстия для механического, например, болтового соединения с подложкой.

Рисунки

Фиг.1. Подвижная относительно магнитной системы 1 подложка 2, способная перемещаться вверх под воздействием струй воздуха, исходящего из сопел 12, чем создается предпосылка для снижения трения между подложкой и ОК.

Фиг.2. Подложка 2 с активным элементом 4 в виде совокупности отделяемых суб-модулей 13, снабженных съемными износостойкими элементами 11, которые являются заменяемыми деталями преобразователя, и содержат как минимум два отверстия 19 для механического, например, болтового соединения с подложкой 2.

Фиг..3. Пример отделяемого суб-модуля. Основные элементы: концентраторы 7 из ферромагнитного материала, корпус-протектор 14, фиксирующая компаундная заливка 20, - отверстия 21 для механического соединения с подложкой 2, интегрированный твердый элемент типа «Перегородка» 22, индукторы 6, клеммный разъем 16.

Фиг.4. Пример отделяемого суб-модуля 13, оснащенного клеммным разъемом 16.

Фиг.5. Пример подложки 2, когда отделяемые суб-модули 13 расположены внутри зоны с керамическим покрытием 10.

Фиг 6. Применение твердых компонентов типа «Перегородка» 22.

Фиг7. Применение пластин-вставок 17,18, ориентированных в плоскости корпуса-протектора 14 и не выходящими за пределы его толщины.

Описание конструкции многоканального ультразвукового преобразователь

На фиг.1-фиг.7 показан многоканальный ультразвуковой преобразователь.

Многоканальный ультразвуковой преобразователь, с интегрированной магнитной системой 1 или присоединяемый к магнитной системе 1 содержит металлическую или пластиковую подложку 2 с плоской или цилиндрической рабочей поверхностью, защищенную, по крайней мере, одним износостойким элементом 3, активный элемент 4, протектор 5, набор размещенных на нем индукторов 6 и как минимум один концентратор 7 магнитного поля, причем протектор 5 представляет собой плоскую или переменной толщины пластину, выполненную из диэлектрика или слабо-проводящего, ударопрочного, достаточно гибкого материала, например, пластика, с внедренными в него твердыми, например, керамическими, алмазными или твердосплавными элементами 8, причем индукторы 6 в каждом активном элементе 4 размещаются между протектором 5 и концентратором 7, электрический кабель и разъем для подключения к электронным блокам-генераторам тока и усилителям (условно не показаны), износостойкие элементы, которые выполнены либо в виде слоя керамики 10, нанесенного на рабочую поверхность подложки 2, например, путем напыления, либо как минимум двух керамических 9 или твердосплавных вставок 11.

Согласно полезной модели, снаружи преобразователь дополнительно содержит, по крайней мере, одно сопло 12 для подвода сжатого воздуха в пространство между подложкой 2 и объектом контроля ОК, а подложка 2 не имеет жесткой механической связи с магнитной системой 1 и способна перемещаться относительно объекта контроля ОК и магнитной системы 1 под воздействием сжатого воздуха и неровностей на поверхности объекта контроля, причем активный элемент 4 собран на подложке 2 и представляет собой набор из одного или более независимых и механически и электрически отделяемых от подложки суб-модулей 13, причем каждый из суб-модулей 13 содержит свой собственный корпус-протектор 14 с отверстиями 15 для механического соединения с подложкой 2, и размещенные на нем один или несколько индукторов 6, а так же как минимум один концентратор 7 магнитного поля, суб-модули 13 не имеют жесткой механической связи с магнитной системой 1, причем суб-модули 13 расположены на подложке 2 в пространстве между износостойкими элементами 11, либо внутри зоны напыленного на элементы или подложку 2 керамического слоя 10, каждый суб-модуль 13 имеет электрический разъем 16 (клемму) или иное устройство индивидуального подключения к общему электрическому кабелю (условно не показан). Твердые компоненты внедрены, по крайней мере, в часть корпусов-протекторов 14 суб-модулей 13, формируемых на подложке 2. Корпуса-протекторы 14 суб-модулей 13 содержат в общем случае комбинацию из двух типов внедренных в них твердых элементов: пластин постоянной или переменной толщины, выполненных в виде перегородок 17, ориентированных перпендикулярно корпусу-протектору 14 в количестве N=0, 1, 2 высота которых (1-15 мм) превышает их толщину от 0,1 до 5 мм и толщину протектора 14 в зоне размещения индукторов 6, и пластин 18, в общем случае переменной толщины, ориентированных в плоскости корпуса-протектора 14 и не выходящих за пределы его толщины в количестве М=0, 1, 2, причем, для отдельного суб-модуля 13 выполняется условие M+N1. Отсутствие жесткой связи суб-модулей 13 с магнитной системой 1 обеспечивается либо тем, что в устойчивом рабочем состоянии расстояние между концентратором 7 каждого суб-модуля 13 и подводящими элементами магнитной системы 1 составляет 0,01-10 мм, либо применением эластичных концентраторов 7, обеспечивающих подвижность суб-модулей 13 относительно магнитной системы 1. Износостойкие элементы 11 являются съемными, заменяемыми деталями преобразователя, и содержат как минимум два отверстия 19 для оперативного механического, например, болтового соединения с подложкой.

Дополнительные пояснения к рисункам 1-7

Многоканальный ультразвуковой преобразователь (фиг.1) содержит подвижную относительно магнитной системы 1 подложку 2, способную перемещаться вверх под воздействием струй воздуха, исходящего из сопел 12, чем создается предпосылка для снижения трения между подложкой и ОК. Подложка 2 с активным элементом 4 выполнена в виде совокупности отделяемых суб-модулей 13, снабженных съемными износостойкими элементами 11, которые являются заменяемыми деталями преобразователя, и содержат как минимум два отверстия 19 для механического, например, болтового соединения с подложкой 2 (фиг.2).

Основные элементы отделяемого суб-модуля 5: концентраторы 7 из ферромагнитного материала, корпус-протектор 14, фиксирующая компаундная заливка 20, - отверстия 21 для механического соединения с подложкой 2, интегрированный твердый элемент типа «Перегородка» 22, индукторы 6, клеммный разъем 16 (фиг.3).

На фиг.4 показан пример отделяемого суб-модуля 13, оснащенного клеммным разъемом 16.

На фиг.5 показан пример подложки 2, когда отделяемые суб-модули 13 расположены внутри зоны с керамическим покрытием 10.

На фиг.6 показан пример применения твердых компонентов типа «Перегородка» 22.

На фиг.7 показан пример применения вставок 17 и 18, ориентированных в плоскости корпуса-протектора 14, не выходящими за пределы его толщины.

Износостойкие элементы 11, ограничивающие износ рабочей поверхности суб-модулей 13, являются заменяемыми деталями преобразователя и содержат, как минимум, по одному отверстию для оперативного механического, например, болтового соединения с подложкой.

При износе элемента на заданную величину он может быть легко заменен. Такая идея позволяет замедлить износ рабочей поверхности суб-модулей 13 и существенно удлинить срок их службы. В этом случае, долговечность ЭМАП можно увеличить, если заменить или отрегулировать положение износостойких элементов 11.

Такие преобразователи отлично зарекомендовали себя на практике. Срок службы ЭМАП возрос в среднем в 4 раза.

Источники информации

1. Патент РФ 2295125

2. Патент РФ 2300763

3. Патент РФ 2325636

1. Многоканальный ультразвуковой преобразователь с интегрированной магнитной системой или присоединяемый к магнитной системе, применяющийся для ультразвукового контроля труб, листового проката, стальных заготовок преимущественно круглого или квадратного сечения, включающий металлическую или пластиковую подложку с плоской или цилиндрической рабочей поверхностью, защищенную, по крайней мере, одним износостойким элементом, активный элемент, содержащий протектор, набор размещенных на нем индукторов и как минимум один концентратор магнитного поля, причем протектор представляет собой плоскую или переменной толщины пластину, выполненную из диэлектрика или слабопроводящего, ударопрочного, достаточно гибкого материала, например пластика, с внедренными в него твердыми, например керамическими, алмазными или твердосплавными, элементами, причем индукторы размещаются между протектором и концентратором, электрический кабель и разъем для подключения к электронным блокам-генераторам тока и усилителям, износостойкие элементы, которые выполнены либо в виде слоя керамики, нанесенного на рабочую поверхность подложки, например, путем напыления, либо как минимум двух керамических или твердосплавных вставок, отличающийся тем, что снаружи преобразователь дополнительно содержит, по крайней мере, одно сопло для подвода сжатого воздуха в пространство между подложкой и объектом контроля, а подложка не имеет жесткой механической связи с магнитной системой и способна перемещаться относительно объекта контроля и магнитной системы под воздействием сжатого воздуха и неровностей на поверхности объекта контроля, причем активный элемент собран на подложке и представляет собой набор из одного или более независимых и механически и электрически отделяемых от подложки суб-модулей, причем каждый из суб-модулей содержит свой собственный корпус-протектор с отверстиями для механического соединения с подложкой и размещенные на нем один или несколько индукторов, а также как минимум один концентратор магнитного поля, а суб-модули не имеют жесткой механической связи с магнитной системой, причем суб-модули расположены на подложке в пространстве между износостойкими элементами, либо внутри зоны напыленного на элементы или подложку керамического слоя, а каждый суб-модуль имеет электрический разъем или иное устройство индивидуального подключения к общему электрическому кабелю многоканального ультразвукового преобразователя.

2. Многоканальный ультразвуковой преобразователь по п.1, отличающийся тем, что твердые компоненты внедрены по крайней мере в часть протекторов суб-модулей, формируемых на подложке.

3. Многоканальный ультразвуковой преобразователь по п.1, отличающийся тем, что протекторы суб-модулей содержат в общем случае комбинацию из двух типов внедренных в них твердых элементов: пластин постоянной или переменной толщины, выполненных в виде перегородок, ориентированных перпендикулярно протектору в количестве N=0, 1, 2, высота которых 1-15 мм превышает их толщину от 0,1 до 5 мм и толщину протектора в зоне размещения индукторов, и пластин в общем случае переменной толщины, ориентированных в плоскости протектора и не выходящих за пределы его толщины в количестве М=0, 1, 2, причем для отдельного суб-модуля выполняется условие M+N1.

4. Многоканальный ультразвуковой преобразователь по п.1, отличающийся тем, что отсутствие жесткой связи суб-модулей с магнитной системой обеспечивается либо тем, что в устойчивом рабочем состоянии расстояние между концентратором каждого суб-модуля и подводящими элементами магнитной системы составляет 0,01-10 мм, либо применением эластичных концентраторов, обеспечивающих подвижность суб-модулей относительно магнитной системы.

5. Многоканальный ультразвуковой преобразователь по п.1, отличающийся тем, что износостойкие элементы являются съемными, заменяемыми деталями преобразователя и содержат как минимум два отверстия для механического, например, болтового соединения с подложкой.