Элементы конструкции ПЭП

Прямые ПЭП. Схема прямого преобразователя из комплекта «Приз-4» приведена на рис. 2.21. Пьезопластина 1предназначена для излучения и приема упругих волн. Толщина ее соответствует нужной рабочей частоте. Изготовлена пластина из пьезоэлектрического материала, например, керамики ЦТС-19. Диаметр и рабочая частота связаны соотношением = (12…15) мм-МГц. Протектор 2 служит для защиты пьезоэлемента от истирания и механических воздействий. Через протектор упругие волны передаются от пьезопластины к объекту контроля.

Демпфер 3 служит для гашения части акустического излучения, направленной вверх. Это достигается или подбором формы демпфера, таким образом, чтобы отраженные от верхней и боковых стенок лучи не попадали на нижнюю стенку по нормали, или подбором материала, сильно поглощающего УЗВ. Прижимая пластину, демпфер резко сокращает время релаксации свободных колебаний пьезопластины и тем самым уменьшает мертвую зону. За счет поджатия демпфером, полоса пропускания несколько увеличивается, но коэффициент преобразования уменьшается. Иногда через демпфер передается электрический сигнал, тогда демпфер должен быть проводящим. Заливочная масса 4 служит для защиты элементов конструкции от влаги и увеличения механической прочности и стабильности. В конструкциях, где отсутствует демпфер, заливочная масса выполняет его функции. Корпус 5 служит для объединения всех элементов ПЭП в одну конструкцию. Электрический соединитель 6 (разъем) служит для подключения ПЭП к дефектоскопу через коаксиальный кабель. Электрические провода 7 соединяют разъем с электродами пьезопластины.

Наклонные ПЭП. Схема конструкции серийных наклонных преобразователей из комплекта «Приз-6» показана на рис. 2.22. Элементы уже встречавшиеся в конструкции прямого ПЭП, рассмотренного выше, повторно перечисляться не будут. Среди новых элементов наиболее важными являются следующие. Призма 8 служит для передачи упругих волн от пьезопластины к объекту контроля. Призма формирует угол ввода. Изготавливается обычно из оргстекла. Материал призмы должен обладать малым или умеренным затуханием, и стабильностью акустических свойств. Оргстекло не полностью удовлетворяет этим требованиям по причине изменения скорости УЗВ при изменения температуры и старения. Поэтому преобразователи с призмой из оргстекла нуждаются в регулярной тщательной поверке. Призмы для прецизионных наклонных преобразователей изготавливают из плавленого кварца.

Пьезопластина возбуждает в призме продольные волны, и время задержки рассчитывается с учетом их скорости. Продольная волна трансформируется в поперечную в объекте контроля. Угол призмы (равный углу падения) выбирают, как правило, больше первого критического: =27° и меньше второго критического: =56°. В таком случае в ОК распространяется только одна поперечная волна с вертикальной поляризацией. Призму с углом 27° используют для возбуждения головной волны. Для возбуждения поверхностной рэлеевской волны применяют призмы с углом = 60°…65°, то есть несколько больше второго критического.

Звукопоглотитель 9 поглощает или рассеивает акустическое излучение, попавшее на боковые грани преобразователя. В некоторых конструкциях призма выполняет роль корпуса. Тогда переднюю и верхнюю грани призмы выполняют ребристыми, рассеивая, таким образом паразитную часть излучения и уменьшая шумы в призме.

Раздельно-совмещенные (Р-С) ПЭП. Они состоят из двух идентичных или почти идентичных частей. Р-С ПЭП состоит из конструктивно объединенных излучающей и приемной частей. Помимо упоминавшихся выше элементов, в конструкции Р-С ПЭП есть еще экран,обеспечивающий экранировку излучающей и приемной частей ПЭП по электрическим наводкам и акустическим шумовым сигналам. Экран изготовляют, например, из медной фольги, помещенной между пластинами из пенополистирола. Призмы 8 изготовлены с наклонной верхней поверхностью, так что пучок акустического излучения, пройдя призму излучателя, объект контроля, призму приемной части попадает на приемную пьезопластину. Угол между верхними плоскостями бывает обычно от 6° до 12°.

Благодаря наличию призм, создающих акустическую задержку, Р-С ПЭП имеют малую мертвую зону. Их основное назначение – ультразвуковая толщинометрия и контроль подповерхностных дефектов. С помощью Р-С ПЭП, применяемых в толщиномерах, удается уменьшить минимально измеряемую толщину от 3…4 (для прямых ПЭП без акустической задержки) до
0,3…0,5 мм.