Високочастотні звукові хвилі, що використовуються для виявлення дефектів та збільшення товщини в ультразвукових неруйнівних програмах тестування, генеруються та приймаються невеликими зондами, званими ультразвуковими перетворювачами. Перетворювачі є вихідною точкою для будь-якої установки ультразвукового тестування, і вони пропонують широкий спектр частот, розмірів та стилів корпусу для задоволення потреб огляду, починаючи від виявлення недоліків у величезних багатотонних сталевих поковок до вимірювання товщини паперово-тонких покриттів.
Перетворювач зазвичай визначається як будь-який пристрій, який перетворює одну форму енергії в іншу. Предметом даної роботи є ультразвукові перетворювачі, які використовуються для вимірювання товщини та звичайного виявлення дефектів. Детально описані зонди фазового масиву, які використовують декілька елементів для генерування керованих звукових променів.
Перетворювачі перетворюють імпульс електричної енергії від випробувального приладу в механічну енергію у вигляді звукових хвиль, які проходять через тестовий зразок. Звукові хвилі, що відбиваються від досліджуваного зразка, перетворюються датчиком у свою чергу в імпульс електричної енергії, який може бути оброблений та відображений випробувальним приладом. Насправді перетворювач діє як ультразвуковий динамік та мікрофон, генеруючи та приймаючи імпульси звукових хвиль на частотах, значно більших, ніж діапазон слуху людини.
Зазвичай активним елементом перетворювача NDT є тонкий диск, квадрат або прямокутник п'єзоелектричної кераміки або композиту, який перетворює електричну енергію в механічну енергію, і навпаки. Цей елемент іноді неофіційно називають кристалом, оскільки в перші дні ультразвукового NDT елементи виготовляли з кристалів кварцу; однак така кераміка, як метаніобат свинцю та титанат цирконію свинцю, давно застосовується у більшості перетворювачів. Останніми роками спостерігається все більш широке використання композиційних елементів, в яких традиційний суцільний керамічний диск або плита замінюється мікрообробним елементом, в який крихітні циліндри п'єзоелектричної кераміки вбудовані в епоксидну матрицю. Композитні елементи можуть забезпечити збільшення пропускної здатності та покращену чутливість у багатьох програмах виявлення недоліків.
Типова одноелементна та двоелементна конструкція перетворювачів
Коли він збуджується електричним імпульсом, цей п'єзоелектричний елемент генерує звукові хвилі, а коли він вібрує, повертаючи ехоезит, створює напругу. Активний елемент захищений від пошкодження зносою пластиною або акустичною лінзою і підкріплений блоком демпфуючого матеріалу, який спотворює перетворювач після створення звукового імпульсу. Ця ультразвукова підсклада встановлюється у корпусі з відповідними електричними з'єднаннями. Усі загальні контактні, кутові промені, лінія затримки та занурювальні перетворювачі використовують цю основну конструкцію. Фазові зонди масиву, що використовуються в програмах зображень, просто поєднують ряд окремих елементів перетворювача в одній збірці. Двухелементні перетворювачі, які зазвичай використовуються в застосуванні для контролю за корозією, відрізняються тим, що вони мають окремі передавальні та приймальні елементи, розділені звуковим бар'єром, відсутністю підкладки та цілісною лінією затримки для управління та з'єднання звукової енергії, а не зносу пластини чи лінзи. Фіг.1 ілюструє типову конструкцію перетворювача.
Хоча основна концепція проста, перетворювачі - це точні пристрої, які потребують великої обережності в дизайні, підборі матеріалів та виготовлення, щоб забезпечити оптимальні та стабільні показники роботи. Перетворювачі, які зазвичай використовуються у звичайних ультразвукових НДТ, поділяються на п'ять загальних категорій, виходячи з їх конструкції та призначення.
