Как выбрать ультразвуковой преобразователь: виды, особенности и области применения

Качество ультразвукового контроля во многом зависит не только от возможностей дефектоскопа, но и от правильно подобранного преобразователя. Именно он обеспечивает передачу ультразвуковых волн в материал и прием отраженных сигналов, которые возникают при встрече с внутренними дефектами, неоднородностями или границами раздела сред. Полученная информация преобразуется в электрический сигнал и передается в дефектоскоп для дальнейшего анализа.

В большинстве современных систем используются пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП). Их работа основана на пьезоэлектрическом эффекте — способности специальных материалов преобразовывать электрическую энергию в механические колебания и, наоборот, преобразовывать механические колебания в электрический сигнал.

Благодаря высокой чувствительности и широкому выбору конструктивных исполнений ультразвуковые преобразователи применяются практически во всех отраслях промышленности: при контроле сварных соединений, трубопроводов, сосудов под давлением, металлопроката, поковок, отливок, деталей машиностроения, а также при измерении толщины изделий и покрытий.

Как устроен ультразвуковой преобразователь

Несмотря на разнообразие конструкций, большинство ультразвуковых преобразователей имеют одинаковый принцип устройства.

Основным элементом является пьезоэлемент, который генерирует ультразвуковые колебания и принимает отраженные сигналы. Для его изготовления используют пьезокерамику, например цирконат-титанат свинца или титанат бария.

Кроме него в конструкцию входят:

• электроды, обеспечивающие передачу электрического сигнала на пьезоэлемент;

• демпфер, уменьшающий длительность ультразвукового импульса и повышающий разрешающую способность;

• протектор, защищающий рабочую поверхность преобразователя и обеспечивающий эффективный акустический контакт;

• призма, применяемая в наклонных преобразователях для формирования угла ввода ультразвука;

• акустический экран, который используется в раздельно-совмещенных преобразователях для разделения каналов излучения и приема.

Наша компания НПП «ТехСпектр» производит ультразвуковые преобразователи для различных задач неразрушающего контроля. На сайте представлены серии преобразователей П111, П112 и П121, с характеристиками которых можно ознакомиться в каталоге. Наши специалисты проконсультируют вас по всем вопросам и помогут с выбором преобразователя под конкретные задачи контроля.

Заказать звонок

Какими бывают ультразвуковые преобразователи

Выбор типа преобразователя зависит от объекта контроля, материала изделия и характера предполагаемых дефектов.

1. Контактные

Работают при непосредственном контакте с поверхностью изделия через контактную жидкость. Применяются для толщинометрии, поиска расслоений, контроля листового проката, поковок, заготовок и других изделий.

2. Наклонные

Оснащаются акустической призмой, которая формирует необходимый угол ввода ультразвуковых волн. Такие преобразователи широко используются при контроле сварных соединений, позволяя выявлять трещины, непровары и другие дефекты, расположенные под углом к поверхности.

3. Раздельно-совмещенные

Состоят из двух независимых пьезоэлементов: один работает на излучение ультразвуковых волн, второй — на прием отраженных сигналов. Благодаря отсутствию зондирующего импульса на экране дефектоскопа и наклонному расположению пьезоэлементов, создающему эффект псевдофокусировки, такие ПЭП обладают высокой чувствительностью в ближней зоне контроля. Поэтому их в первую очередь используют для контроля изделий небольшой толщины и поиска дефектов, расположенных на малой глубине. 

4. Преобразователи с линией задержки

Используются в случаях, когда необходимо получить высокую разрешающую способность в поверхностном слое материала. Их применяют для измерения толщины тонких изделий и покрытий, а также для обнаружения мелких поверхностных дефектов.

5. Иммерсионные/ щелевые

Работают без непосредственного контакта с изделием — ультразвук передается через слой жидкости. Такой способ обеспечивает стабильный акустический контакт и применяется в автоматизированных системах контроля, при толщинометрии и исследовании структуры материалов.

6. Специализированные

Для решения отдельных задач используются хордовые, тандемные, высокотемпературные, миниатюрные и другие специальные исполнения преобразователей.

Важно: перечисленные типы не охватывают все существующие исполнения ультразвуковых преобразователей. На практике параметры ПЭП — рабочая частота, размеры пьезоэлемента, угол ввода, конструкция корпуса и другие характеристики — подбираются под конкретную задачу контроля. Именно поэтому при выборе важно ориентироваться не только на тип преобразователя, но и на условия его эксплуатации.

Как выбрать преобразователь под свои задачи

Правильно подобранный преобразователь во многом определяет качество ультразвукового контроля. При выборе рекомендуется учитывать несколько основных параметров.

• Рабочая частота

Чем выше частота, тем выше разрешающая способность и тем легче обнаружить небольшие дефекты. Однако одновременно возрастает затухание ультразвука в материале, поэтому уменьшается глубина контроля. Для толстостенных изделий и крупнозернистых материалов чаще применяют низкочастотные преобразователи, а для тонких изделий и мелкозернистых материалов — высокочастотные.

• Размер пьезоэлемента

Размер активного элемента влияет на форму ультразвукового пучка, длину ближней зоны и чувствительность контроля.

• Полоса пропускания

Чем шире полоса пропускания, тем меньше искажений возникает при передаче и приеме сигнала, а значит, выше точность измерений и качество контроля.

• Условия эксплуатации

При выборе преобразователя необходимо учитывать температуру объекта контроля, состояние поверхности, геометрию изделия, наличие агрессивной среды и другие особенности эксплуатации. Во многих случаях именно эти факторы оказываются определяющими при подборе конструкции ПЭП.

Заключение

Не существует преобразователя, одинаково эффективного для любых задач. То, что отлично подходит для контроля сварного соединения, может оказаться не лучшим решением для толщинометрии или контроля литых деталей. Именно поэтому выбор ПЭП всегда начинается с анализа объекта контроля и условий эксплуатации.

Специалисты НПП «ТехСпектр» помогут подобрать оптимальный преобразователь под ваши задачи контроля или мы изготовим его по вашим требованиям. Свяжитесь с нами и мы ответим на все ваши вопросы.

Заказать звонок