2. Розроблення структурної схеми приладу

Робота приладу для контролю зварних з’єднань основана на властивості біжучої хвилі напрямлено поширюватись у середовищах у вигляді променів і відбиватись від межі двох середовищ а також несу цільностей з іншими акустичними властивостями. Зокрема використовується луно дзеркальний метод при якому аналізують сигнали відбиті від донної поверхні ОК і дефекту.

При використанні імпульсних дефектоскопів і при значних швидкостях взаємного переміщення перетворювача і контрольованого об’єкта від дефекту поступає серія луно-сигналів, число імпульсів в якій різко зменшується зі збільшенням швидкості сканування.

При великих швидкостях доцільно, з точки зору завадозахищеності використовувати метод ультразвукової дефектоскопії заснований на неперервному випромінюванні пружних коливань нахилених перетворювачем з виділенням допплерівського зсуву частоти в луно-сигналі від дефекту.

В дефектоскопах, що працюють по даному методу признаком виявлення дефекту є прийом луно-сигналу з допплерівським зсувом частоти. При цьому на виході дефектоскопа формується імпульс тривалістю τ з низькою частотою заповнення F_д, рівній різниці частот прийнятих і випромінених коливань:

,

де – швидкість переміщення перетворювача по контрольованому об’єкту; с – швидкість поширення УЗ коливань в об’єкті; α – кут під яким прозву чується дефект; ΔХ – умовна ширина дефекту що виявляється.

Із Аналізу вищезазначених рівнянь слідує, що не дивлячись на неперервне випромінювання УЗ коливань, відбиті сигнали мають вигляд імпульсів. Тривалість τ імпульсів на 2-3 порядка перевищує тривалість окремих луно-сигналів. Тому при неперервному випромінюванні, якщо , стає можливим використання вузько смугових приймачів, що підвищує завадозахищеність системи контролю.

Узагальнена структурна схема контролю, що реалізує метод відбиття при неперервному випромінюванні коливань, приведена на рисунку 2.1. При переміщенні роздільно суміщеного перетворювача 3 по ОК 8 зі швидкістю , луно-сигнал відбитий від дефекту, має частоту , що відрізняється від частоти на значення F_д.

Рисунок 2.1 Узагальнена структурна схема контролю, при неперервному випромінюванні.

На рисунку: 1 – генератор неперервних коливань; 2 – підсилювач; 3 – ПЕП; 4 – підсилювач високої частоти; 5 – перетворювач частоти; 6 – фільтр допплерівських частот; 7 – реєстратор; 8 – зварний шов; 9 – дефект;

В приймальному пристрої виконується придушення (компенсація) сигналів з частотою генератора, підсилення і виділення сигналів з допплерівською частотою F_д. При зміні швидкості сканування необхідне коректування частоти фільтра зв допомогою регулятора 6

3. Вибір конструкції первинного перетворювача

П'єзоелектричний перетворювач — пристрій, призначений для перетворення електричної (акустичною) енергії в акустичну (електричну). Принцип роботи перетворювача заснований на використанні п'єзоелектричного ефекту.

Найбільш широке застосування в ультразвуковій дефектоскопії отримали контактні перетворювачі. Зокрема використовуються перетворювачі з автоматичною подачею контактної рідини. Особливо такі перетворювачі зручно використовувати при автоматизованому контролі.

Приймальна і передаюча п’єзопластини 1,2 приклеєні до демпфера 3 і розміщені в середині призми 4 виготовленої із оргскла. Частина призми під п’єзопластинами виконує роль протектора. Призма закріплена в корпусі 5. З обох боків в корпус вставлені металеві трубки 6, до яких кріпляться гумові шланги по яких подається контактна рідина. Нижня поверхня корпусу розташована нижче в порівнянні з поверхнею призми. Це забезпечую протікання контактної рідини під призмою, а також захищає її від механічного пошкодження при терті п’єзоперетворювача об контрольовану трубу. Контактна рідина забезпечує передачу пружних коливань ультразвукової частоти перетворювача до контрольованого виробу і навпаки. За допомогою проводу 7 п'єзопластини сполучаються з електронним блоком дефектоскопа. Зверху призма притискається металевою пластиною 8. Між пластиною і корпусом розташована гумова прокладка 9, яка перешкоджає виходу контактної рідини на поверхню перетворювача. Для надійності призма також кріпиться до корпусу болтами. Кріпиться перетворювач до установки зо допомогою за допомогою двох кульок 10 які розходяться в наслідок дії пружини.

П’єзопластина зазвичай має товщину, рівну половині довжини хвилі ультразвуку в п’єзоматеріалі на резонансній частоті. Протилежні поверхні п’езопластини покриті металевими (зазвичай срібними) електродами для додатку електричного поля. Щоб уникнути пробою область по краях пластини неметалізують. Формою електродів визначаються працюючі ділянки п’езопластини. На високих частотах (20— 30 МГц) приєднана маса електродів зміщує резонансну частоту п’єзопластины в область нижчих частот.

Рисунок. 3.1 – Конструкція роздільно-суміщеного ПЕП

Демпфер служить для ослаблення вільних коливань п’езопластини, управління добротністю перетворювача і захисту п’езопластини від механічних пошкоджень. Склад і форма демпфера повинні забезпечувати повне загасання і відведення коливань, п’езопластиною, що випромінюють, в матеріал демпфера без багатократних віддзеркалень. Ослаблення коливань п’езопластини тим сильніше, чим краще узгоджені характеристичні імпеданси матеріалів п’езопластини і демпфера. Демпфери зазвичай виготовляють з штучних смол (епоксидних) з добавками порошкових наповнювачів з високою насипною щільністю, необхідною для отримання необхідного характеристичного імпедансу.

Протектор служить для захисту п’єзопластины від механічних пошкоджень і дії іммерсійної або контактної рідини, узгодження матеріалу п’езопластини з матеріалом контрольованого виробу або середовищем, поліпшення акустичного контакту при контролі контактним способом.

Матеріал протектора повинен відрізнятися високою зносостійкістю і високою швидкістю звуку, яка визначає необхідну його товщину. Для виготовлення протекторів застосовують кварц, сапфір, берилій, сталь, тверді сплави, мінералокераміку, а також матеріали на основі епоксидних смол з порошковими наповнювачами (кварцевий пісок, берилієвий або корундовий порошок) і тому подібне Як протектори можна застосовувати також плівкові матеріали (наприклад, з поліуретану). В цьому випадку між п’езопластиною і плівкою вводиться масло. Для поліпшення передачі ультразвуку від п’езопластини в іммерсійну рідину використовують чвертьхвильові протектори, що забезпечують прояснення межі п’езопластини — рідину.

Призму виготовляють зазвичай з матеріалу з невеликою швидкістю звуку (оргскло, капролон, полікарбонат, поліамідоімід, деклон, епоксидні компаунди), що дозволяє при відносно невеликих кутах падіння β отримувати кути заломлення α до 90°. Високе затухання ультразвука в призмі дозволяє забезпечити ослаблення хвилі, яке збільшується в результаті багатократних віддзеркалень. Для поліпшення цього ефекту в призмі часто передбачається пастка, що подовжує шлях відбитих коливань. На шляху цих коливань розташовують зони невеликих отворів, грані призми виконують ребристими або приклеюють до них матеріали з приблизно однаковим характеристичним імпедансом, але із значно великим загасанням. Для того, щоб у виріб проходили хвилі тільки одного типу, кут падіння (нахилу призми) роблять або невеликим (при цьому поперечні хвилі практично не збуджуються), або в інтервалі між першим і другим критичним кутами. В цьому випадку при переході з призми у виріб випромінювані пьезопластиной подовжні хвилі трансформуються в поперечні.

Корпус служить для забезпечення міцності конструкції, а також для екранування пьезоэлемента і його виводів від електромагнітних перешкод, тому корпус з пластмаси металізують.

Електричні контакти виконують паянням легкоплавкими припоями, особливо на п’єзокерамічних пластинах, щоб уникнути їх розполяризації. Для з'єднання перетворювача з електронним блоком дефектоскопа застосовують максимально гнучкий кабель (мікрофонний або коаксіальний). У разі кварцевого пьезоэлемента застосовують кабель з мінімальною ємкістю.