Пьезопреобразователь для ультразвукового контроля поверхностных и подповерхностных дефектов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Коновалов Георгий Евменьевич Майоров Александр Леонидович Парадинец Валерий Васильевич Баев Алексей Романович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Пьезопреобразователь для ультразвукового контроля поверхностных и подповерхностных дефектов, содержащий корпус и расположенные в нем две пьезопластины, с демпферами и звукопроводящей эпоксидной композицией, разделенными электроакустическим экраном, отличающийся тем, что пьезопластины расположены под углами наклона,превышающими второй критический угол и обеспечивающими распространение в контролируемой детали поверхностных ультразвуковых волн, на рабочей поверхности пьезопреобразователя выполнены две параллельные накладки из материала с высоким поглощением ультразвука с зазором между ними, равным максимальному диаметру допустимых дефектов, а на поверхности этих накладок со стороны, обращенной к контролируемой детали, установлен протектор, препятствующий истиранию накладок из материала с высоким поглощением ультразвука.(56) 1. Патент РБ на полезную модель 2510, МПК 01 29/04. Преобразователь для ультразвуковой дефектоскопии / А.Л.Майоров, В.В.Парадинец, Г.Е.Коновалов, Н.Н.Гиль. Заявлено 06.07.05 // Официальный бюллетень. Изобретения. Полезные модели. Промышленные образцы. - 2006. -1. - С. 213. 2. Неразрушающий контроль Справочник / Под ред. В.В.Клюева. - М. Машиностроение, 2006. - С. 157. 3. Методы акустического контроля металлов / Н.П.Алешин и др. - М. Машиностроение, 1989. - С. 152. 4. Методы акустического контроля металлов / Н.П.Алешин и др. - М. Машиностроение, 1989. - С. 25. Полезная модель относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использована для ультразвукового контроля качества деталей из металлических сплавов. Известен пьезопреобразователь 1 для ультразвуковой дефектоскопии, содержащий корпус и расположенные в нем две пьезопластины, с демпферами, звукопроводящей эпоксидной композицией и электрическими разъемами, разделенными электроакустическим экраном. Недостатком известного пьезопреобразователя является то, что конструкции обоих звукопроводов позволяют создавать в контролируемом изделии только продольные волны. Это приводит к тому, что известный пьезопреобразователь нельзя использовать для контроля поверхностных и подповерхностных дефектов. Известен также пьезопреобразователь 2 для ультразвуковой дефектоскопии, содержащий корпус и расположенные в нем две пьезопластины, с демпферами и звукопроводящей эпоксидной композицией, разделенные электроакустическим экраном. Недостатком известного пьезопреобразователя является то, что конструкции обоих звукопроводов позволяют создавать в контролируемом изделии только сдвиговые волны. Это приводит к тому, что известный пьезопреобразователь нельзя использовать для контроля поверхностных и подповерхностных дефектов. Наиболее близким по технической сущности к настоящей полезной модели является пьезопреобразователь для ультразвуковой дефектоскопии 3, содержащий корпус и расположенные в нем две пьезопластины, с демпферами и звукопроводящей эпоксидной композицией, разделенные электроакустическим экраном. Недостатком известного пьезопреобразователя является то, что конструкции обоих звукопроводов позволяют создавать в контролируемом изделии только сдвиговые волны. Это приводит к тому, что известный пьезопреобразователь нельзя использовать для контроля поверхностных и подповерхностных дефектов. Сущность настоящей полезной модели заключается в том, что для решения технической задачи контроля поверхностных и подповерхностных дефектов, пьезопреобразователь, содержащий корпус и расположенные в нем две пьезопластины, с демпферами и звукопроводящей эпоксидной композицией, разделенные электроакустическим экраном,при этом пьезопластины расположены под такими углами относительно рабочей поверхности полезной модели, чтобы возбуждать в контролируемых деталях поверхностные ультразвуковые волны (угол ввода должен превышать второй критический угол 4). На рабочей поверхности полезной модели выполнены с зазором две параллельные накладки из материала с высоким поглощением ультразвука, а на поверхности этих накладок, со стороны, обращенной к контролируемой детали, установлены протекторы, препятствующие истиранию накладок из материала с высоким поглощением ультразвука. Величина зазора (расстояние между накладками) должна равняться диаметру максимально допустимого дефекта для контролируемой детали. Таким образом достигается технический ре 2 78232011.12.30 зультат - выявление дефектов в поверхностном и подповерхностном слое контролируемых деталей. На фиг. 1 представлен фронтальный вид в разрезе заявляемой полезной модели. На фиг. 2 представлена боковая проекция заявляемой полезной модели в разрезе. На фиг. 3 поясняется принцип работы полезной модели. В корпусе 1 полезной модели (фиг. 1 и 2) расположены пьезопластины 2 и 3, соединенные с разъемами 4 и 5. Пьезопластины 2 и 3 залиты полимеризующейся эпоксидной композицией 6 и разделены электроакустическим экраном 7. На рабочей поверхности полезной модели 8, сформированной звукопроводящей эпоксидной композицией 6, параллельно друг другу расположены две накладки из материала с высоким поглощением ультразвука 9. На наружной поверхности накладок 9 установлены протекторы 10, препятствующие истиранию накладок 9. Накладки 9 с протекторами 10 расположены на рабочей поверхности полезной модели 8 с зазором 11 (фиг. 2). Размер зазора 11 выбирается равным диаметру максимально допустимого дефекта для контролируемой детали. Пьезопластины 2 и 3 установлены под такими углами наклона к плоскости рабочей поверхности полезной модели, чтобы обеспечивать создание в контролируемой детали поверхностных волн (угол ввода должен превышать значения второго критического угла). На фиг. 3 контролируемая деталь 12, на поверхности которой нанесена контактная жидкость 13, глубина которой должна быть больше, чем суммарная толщина накладок из материала с высоким поглощением ультразвука 9 и протекторов 10. Стрелка 14 показывает направление излучения ультразвука пьезопластиной 2. Стрелка 15 схематически изображает путь распространения ультразвуковых импульсов из преобразователя в деталь и направление распространения их в поверхностном слое детали 12. Стрелка 16 схематически изображает путь распространения ультразвуковых импульсов из детали 12 в контактную жидкость 13. Стрелка 17 показывает направление ультразвуковых импульсов из контактной жидкости 13 через рабочую поверхность 8 (фиг. 1) к пьезопластине 3. 18 - изображение дефекта в виде поры, на которой происходит ослабление величины ультразвукового импульса. Работа полезной модели поясняется на фиг. 3. Корпус полезной модели 1 устанавливают на контролируемую деталь 12, на поверхность которой налита контактная жидкость 13(масло, вода и т.п.). Полезную модель перемещают по покрытой контактной жидкостью 11 поверхности контролируемой детали 12. Генератор электронного блока дефектоскопа через разъем 4 подключают к пьезопластине 2. Разъем 5 подключают ко входу приемного усилителя электронного блока дефектоскопа. В пьезопластине 2, подключенной к генератору,возбуждаются ультразвуковые волны, которые распространяются в звукопроводящей эпоксидной композиции 6 в направлении стрелки 14, выходят из рабочей поверхности 8 полезной модели и через контактную жидкость 13 и зазор 11 попадают по направлению стрелки 15 в контролируемую деталь 12, где создают поверхностную ультразвуковую волну, направление которой указано стрелкой 15. Накладки из материала с высоким поглощением ультразвука 9 не позволяют излучаться ультразвуковым импульсам по всей ширине рабочей поверхности 8, поэтому они излучаются только по ширине узкого зазора 11. Протекторы 10 предотвращают истирание накладок из материала с высоким поглощением ультразвука 9 во время сканирования поверхности контролируемой детали 12. Часть энергии поверхностных ультразвуковых волн переходит с поверхности контролируемой детали 12 в направлении стрелки 16 и, через контактную жидкость 13 и зазор 11, через звукопроводящую эпоксидную композицию 6 попадает в направлении стрелки 17 на пьезопластину 3. Пьезопластина 3 преобразует ультразвуковые волны в электрические сигналы, которые через разъем 5 подаются на вход приемного усилителя электронного блока дефектоскопа. Если на пути поверхностной волны в контролируемой детали 12, в области под электроакустическим экраном 7 полезной модели находится дефект в виде несплошности 18, то амплитуда ультразвуковых волн, попадающих на пьезопластину 3, умень 3 78232011.12.30 шается. Это уменьшение становится существенным, когда диаметр дефекта равен ширине зазора 11, поскольку в этом случае дефект перекрывает ультразвуковую волну почти по всей ее ширине. Это приводит к значительному уменьшению амплитуды электрического сигнала на экране дефектоскопа, сигнализируя о наличии дефекта в данной области контролируемой детали. Таким образом, полезная модель решает поставленную техническую задачу - выявление дефектов в поверхностных и подповерхностных слоях металлических деталей. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4