Призма является отличительным конструктивным элементом преобразователя какого

2.2. Конструктивные особенности преобразователей

Основные акустические параметры наклонных преоб­разователей — ширина диаграммы направленности, раз­решающая способность (по оси пучка), чувствитель­ность— определяются их конструкцией, а именно: раз­мерами и конфигурацией, углом ввода, акустическими константами призмы и степенью демпфирования.

Преобразователь состоит из следующих основных элементов: пьезопластины, демпфера, призмы, протекто­ра и корпуса.

Пьезопластина — является основным элементом ПЭП. Ее изготавливают из пьезоэлектрических материа­лов: кварца, цирконата-титаната свинца (ЦТС), титаната бария и др. Пьезопластина обычно имеет толщину, рав­ную половине длины волны УЗК в пьезоматериале на рабочей частоте. На противоположных поверхностях пластины располагаются металлические (обычно сереб­ряные) электроды для приложения электрического поля. От формы электродов зависят работающие участки пьезопластин. Во избежание пробоя по краям пластины часто оставляют неметаллизированную полоску.

Оптимальным размером пьезопластины считается такой, при котором обеспечивается максимум амплитуды отраженного сигнала при минимальном уровне ложных сигналов и акустических шумов в преобразователе.

При выборе диаметра пьезоэлемента необходимо учи­тывать следующее. Увеличение диаметра пьезоэлемента приводит к повышению абсолютной чувствительности преобразователя и сужению его диаграммы направлен­ности. Более высокая направленность ПЭП повышает точность оценки координат дефектов и их условных раз­меров, улучшает фронтальную разрешающую способность и снижает уровень помех от различных структурных неоднородностей. Однако с увеличением размеров пьезоэлемента возрастает протяженность ближней зоны, кото­рая характеризуется неравномерной чувствительностью по глубине и сечению УЗ-пучка, а следовательно, пони­женной вероятностью обнаружения дефектов и неодно­значностью оценки их величины. Кроме того, чем больше диаметр пьезоэлемента, тем больше стрела преобразова­теля и площадь его контактной поверхности, что снижает достоверность и воспроизводимость результатов контроля. Излучатель, имеющий небольшие размеры, не обеспечивает достаточной мощности генерируемых колебаний и не дает нужной точности при определении координат дефектов из-за широкой диаграммы направленности.

Для каждой частоты УЗК имеется оптимальный раз­мер излучателя. Размеры пьезопластины рекомендуется выбирать в области аf=12—15 мм*МГц, где а — радиус пьезопластины. При этом пьезопластина обычно имеет толщину, равную половине длины волны УЗК в пьезоматериале на рабочей частоте.

При выборе диаметра пьезоэлемента необходимо стремиться к тому, чтобы пьезопластина и дефект нахо­дились в дальней зоне относительно друг друга. Это особо следует учитывать при контроле сварных соедине­ний малых толщин.

Демпфер служит для гашения свободных колеба­ний пьезопластины, т.е. для получения коротких УЗ-импульсов, а также для предупреждения механических по­вреждений пьезопластин, особенно тонких. Материал демпфера и его форма должны обеспечивать достаточно сильное затухание УЗК без многократных отражений. В некоторых ПЭП (например, наклонных) демпфер час­то отсутствует.

Степень демпфирования пьезоэлемента существенно влияет на форму и длительность зондирующего импуль­са и, следовательно, разрешающую способность преобра­зователя. Преобразователи со слабым демпфированием имеют невысокую разрешающую способность, но зато применяются в тех случаях, когда нужна высокая чув­ствительность. Сильно демпфированные преобразователи применяют там, где основную роль играет высокая раз­решающая способность, например при обнаружении под­поверхностных дефектов или при толщинометрии. Но чувствительность у них значительно ниже, чем у слабо демпфированных. Эти преобразователи можно рекомендовать для контроля сварных швов малых толщин.

В зависимости от требуемого демпфирования, рабо­чей частоты и других конкретных условий демпфер обыч­но изготавливают из искусственных смол (чаще всего эпоксидных и акрильных) или компаундов с добав­ками порошка (наполнителя) с высокой плотностью (карбиды титана, вольфрама и свинца). Свойства демп­фера, особенно его затухание, сильно зависят от связую­щего компонента. При изготовлении демпферов широко применяются силикон, полиуретан, каучук, сырая резина.

Для уменьшения многократных отражений на демп­фере со стороны, противоположной пластине, делают ско­сы, наносят канавки, добавляют пузырьки воздуха,

С увеличением акустического сопротивления демпфе­ра уменьшается чувствительность ПЭП, но повышается разрешающая способность и сокращается мертвая зона.

Призма изготовляется обычно из износостойкого материала с небольшой скоростью ультразвука (оргстекло, полистирол, поликарбонат, деклон, капролон и др.), что позволяет при относительно небольших углах падения получать углы преломлениядо 90°. Размер приз­мы зависит главным образом от размера и формы пьезопластины.

При разработке и изготовлении преобразователей размеры, форму и материал призмы выбирают таким образом, чтобы они по возможности удовлетворяли сле­дующим основным требованиям: обеспечивали достаточное гашение УЗК, возникающих при отражении волн на границе раздела призма — изделие, при этом незначи­тельно ослабляли УЗК в самой призме. Кроме того, ма­териал призмы должен обладать износостойкостью и смачиваемостью, а в ряде случаев и термостабильностью.

Для устранения шумов в наклонном преобразователе нужно выбирать стрелу преобразователя (расстояние от точки выхода УЗК до передней грани призмы) та­кой, чтобы крайний луч от верхней части пьезопластины не падал на переднюю грань призмы или на двугранный угол. Если это условие не соблюдается, то луч значитель­ной интенсивности отражается назад к пьезопластине, создавая при этом шумы в преобразователе. Максималь­ная стрела преобразователя, при которой шумы будут незначительными, должна быть .

В призме должны гаситься также и поперечные вол­ны, которые возникают при отражении продольной вол­ны от границы раздела призма — изделие. Это условие выполняется, если нижний луч поперечной волны не по­падает на верхнюю часть пьезопластины.

Высокое затухание ультразвука в призме обеспечива­ет быстрое гашение многократных отражений. Для улуч­шения гашения УЗК призму делают ребристой или при­дают ей сложную форму. В некоторых преобразователях для гашения УЗК ставят специальные ловушки, которые изготавливают из материала, сильно поглощающего УЗ-колебания.

Преобразователи на частоту 5 МГц и выше благодаря большему затуханию УЗК в призме обладают значитель­но меньшим уровнем собственных шумов, чем преобра­зователи на частоту 1,8 и 2,5 МГц. Вследствие этого преобразователи на 5 МГц получаются малогабаритными.

Важное значение для постоянства параметров преобразователя имеет выбор материала призмы. Длитель­ное воздействие воды и других жидкостей может изме­нить акустические характеристики призмы. Это может быть вызвано как изменением акустических свойств ма­териала призмы, так и ее разбуханием или короблением. На рис. 2.3 показано изменение скорости ультразвука в

Рис. 2.3. Относительное изменение скорости ультразвука в образцах из полимеров при выдержке в воде:

/ — поликарбонат; 2 — деклон; 3 — капролон; 4 — оргстекло; 5 — поли-амид-12; 6 — полиамидоимид.

различных полимерных материалах в зависимости от времени их пребывания в воде и масле.

Из рис. 2.1 следует, что для преобразователей автома­тизированных установок, рассчитанных на длительную непрерывную работу, в качестве материала призмы луч­ше всего подходят полиамидоимид и поликарбонат. Несколько худшие, но все же достаточно стабильные свой­ства имеет также оргстекло.

В PC-преобразователях конструкция призмы должна удовлетворять дополнительным требованиям. Например, в PC-преобразователях толщиномеров важно, чтобы вре­мя прохождения УЗК сквозь призму не зависело от тем­пературы, поэтому се изготавливают иногда из плавлен­ного кварца, имеющего малый коэффициент линейного расширения.

Протектор защищает пьезоэлемент от изнашива­ния и воздействия контактной жидкости, улучшает акус­тический контакт при контроле контактным способом. Для повышения износостойкости преобразователя к пьезопластине приклеивают протекторы толщиной 0,1 — 0,5 мм из кварца, бериллия, стали, смол с порошковым наполнителем (например, порошком из компаунда или бериллия) и т. п. Протекторы также изготавливают в виде сменных пленок из эластичных пластмасс, например из полиуретана. В этом случае между пьезопластиной и протектором вводят контактную жидкость (масло).

Корпус преобразователя обеспечивает прочность конструкции, а также экранирование пьезоэлемента и выводов от электронных помех (для этого корпус из пластмассы металлизируют).

Электрические контакты паяют легкоплавкими при­поями, особенно на пьезокерамических пластинах, во избежание потери поляризации.

Преобразователь с дефектоскопом соединяют макси­мально гибким кабелем. Применяют микрофонный или коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом.

Призма преобразователя

1 . Деталь в виде призмы специальной формы (обычно выполняемая из пластика), расположенная между пьезоэлементом преобразователя и объектом контроля и служащая для ввода в этот объект ультразвука под известным углом преломления и (или) приема упругих волн, падающих на поверхность ОК под углом, отличным от прямого.

2 . Деталь в виде призмы специальной формы (обычно выполняемая из пластика), являющаяся соединительным звеном между пьезоэлементом преобразователя и объектом контроля и служащая для ввода в этот объект ультразвука под известным углом преломления.

[Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное пособие). Москва, 2003 г.]

Правообладателям! В случае если свободный доступ к данному термину является нарушением авторских прав, составители готовы, по требованию правообладателя, убрать ссылку, либо сам термин (определение) с сайта. Для связи с администрацией воспользуйтесь формой обратной связи.

ISSN: 2587-9413 Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов.

Устройство преобразователей

Устройство типовых контактных преобразователей представлено на рисунке 57.

1 – пьезопластина – основной чувствительный элемент преобразователя. Пьезопластина должна иметь оптимальный размер, при котором обеспечивается максимум отраженного сигнала при минимальном уровне ложных сигналов и акустических шумов в ПЭП. Электроды – слои серебра – нанесенные на широкие поверхности пьезопластины предназначены для равномерного распределения по поверхности пластины электрического заряда, подводимого к пластине в режиме возбуждения или возникающего на пластине в режиме приема. Толщина слоя серебра должна быть много тоньше толщины пластины (обычно несколько тысячных долей миллиметра), чтобы не влиять на ее акустические свойства;

2 – демпфер – служит для гашения свободных колебаний пьезопластины, снижения добротности ПЭП (т.е. для получения более коротких импульсов). Материал и форма демпфера должны обеспечивать достаточное затухание и отвод колебаний, излученных пьезопластиной в материал демпфера без возвращения их к пластине. Для уменьшения многократных переотражений не вошедших в ОК ультразвуковых колебаний на демпфере делают скосы, канавки, добавляют пузырьки воздуха. Демпферы обычно изготавливают из искусственных смол (эпоксидных) с добавками порошковых наполнителей. С улучшением демпфирования ПЭП уменьшается чувствительность ПЭП, повышается разрешающая способность, сокращается мертвая зона;

3 – протектор – предохраняет пьезопластину от повреждений и износа (протектор имеется у прямых ПЭП по совмещенной схеме включения). Способствует передаче колебаний в среду и стабилизации акустического контакта. Материал протектора должен обладать высокой износостойкостью и скоростью звука, которая определяет необходимую его толщину, равную 0,1–0,5мм. Для изготовления протекторов применяют кварц, бериллий, сталь, твердые сплавы, керамику, а также материалы на основе эпоксидных смол с порошковыми наполнителями (кварцевый песок, бериллиевый или корундовый порошок);

4 – катушка индуктивности (электрическое согласование) – для согласования работы ПЭП с электронным блоком дефектоскопа. В дефектоскопах молдавского производства, применяемых для контроля рельсов, катушка индуктивности размещена в блоке генератора возбуждения дефектоскопа; в дефектоскопах российского производства новейших разработок катушка индуктивности размещается внутри ПЭП. Она обеспечивает такой режим работы дефектоскопа и ПЭП, при котором достигается наибольший коэффициент преобразования электрической энергии в акустическую и обратно

Рисунок 57 – Устройство типовых контактных преобразователей: а) прямой ПЭП по совмещенной схеме включения; б) наклонный ПЭП; в) раздельно-совмещенный ПЭП

5 – проводники, соединяющие электроды на плоскостях пьезопластины с корпусом преобразователя 6 и с внутренним проводником кабеля 7, предназначены для подведения и снятия электрического напряжения с пьезоэлемента. Проводники припаивают непосредственно к электродам легкоплавкими припоями;

6 – корпус –служит для обеспечения прочности конструкции, защиты элементов ПЭП от механических повреждений и воздействия наружной среды, а также для экранирования от электромагнитных помех, поэтому корпус из пластмассы металлизируют;

8 – преломляющая призма – обеспечивает требуемый угол наклона. Ее конструируют так, чтобы не возникали сигналы помех в результате отражений волн от поверхностей.Призму изготавливают обычноиз материала с небольшой скоростью звука (оргстекло, капролон, эпоксидные смолы), что позволяет при относительно небольших углах падения β получать углы преломления α до 90º. Высокое затухание ультразвука в призме обеспечивает ослабление не вошедшей в изделие волны, которое увеличивается в результате многократных отражений. Для улучшения гашения УЗК призму делают ребристой или придают ей сложную форму. Материал призмы должен быть износостойким и термостабильным для устранения шумов ПЭП. Для того чтобы в изделие проходили волны только одного типа, угол падения (наклона призмы) делают либо небольшим (при этом поперечные волны практически не возбуждаются), либо в интервале между первым и вторым критическим углами. В этом случае при переходе из призмы в изделие излучаемые пьезопластиной продольные волны трансформируются в поперечные. Для пары оргстекло – сталь эти условия выполняются при углах β<7º и 27º<β< 55º. Призмы с малыми углами используют обычно в раздельно-совмещенных, а с большими углами – в наклонных преобразователях;

9 – электроакустический экран, разделяющий излучатель и приемник в раздельно-совмещенных ПЭП, предназначен для акустической и электрической изоляции излучающей и приемной частей РС ПЭП. Его выполняют из пробки или пенопласта с электроизолирующей прослойкой. В идеальном случае ультразвук должен проходить от излучателя к приемнику только через изделие, но на практике не удается избежать небольшого прямого перехода ультразвука между излучателем и приемником.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

призма преобразователя (наклонного)

призма преобразователя (наклонного)
1. Деталь в виде призмы специальной формы (обычно выполняемая из пластика), расположенная между пьезоэлементом преобразователя и объектом контроля и служащая для ввода в этот объект ультразвука под известным углом преломления и (или) приема упругих волн, падающих на поверхность ОК под углом, отличным от прямого.
2. Деталь в виде призмы специальной формы (обычно выполняемая из пластика), являющаяся соединительным звеном между пьезоэлементом преобразователя и объектом контроля и служащая для ввода в этот объект ультразвука под известным углом преломления.
[ BS EN 1330-4:2000. Non-destructive testing — Terminology — Part 4: Terms used in ultrasonic testing ]
[ Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное пособие). Москва 2003 г. ]

Тематики

• виды (методы) и технология неразр. контроля

• shoe
• wedge

Справочник технического переводчика. – Интент . 2009-2013 .

Смотреть что такое «призма преобразователя (наклонного)» в других словарях:

ГОСТ Р ИСО 5577-2009: Контроль неразрушающий. Ультразвуковой контроль. Словарь — Терминология ГОСТ Р ИСО 5577 2009: Контроль неразрушающий. Ультразвуковой контроль. Словарь оригинал документа: 2.8.2 автоматическое сканирование: Перемещение преобразователя по поверхности ввода, реализованное механическими средствами.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации