Разработка преобразователей для контроля деталей является важной и сложной задачей. От выбора угла а падения УЗК, их частоты, конструкции преобразователя зависит эффективность (надежность, простота и удобст­во, производительность) ультразвукового контроля. Пре­образователь должен обеспечивать ввод в контролируе­мое изделие достаточной доли энергии для эффективного контроля его в заданном направлении. Для этого в пер­вую очередь необходимо добиться хорошего акустичес­кого контакта между преобразователем и изделием. Важно правильно выбрать форму контактной поверхно­сти преобразователя, чтобы обеспечить хорошее прилега­

ние его к поверхности изделия, возможность сканирова­ния и при необходимости фиксацию преобразователя.

В отечественной и зарубежной практике наибольшее распространение получили преобразователи с плоской формой излучающей (контактной) поверхности, рассчи­танные для контроля изделий простой геометрической формы, имеющих плоские участки, через которые и осу­ществляется ввод УЗК - В некоторых работах приводятся рекомендации по применению таких преобразователей для контроля изделий с кривой поверхностью. В других источниках имеются сведения о применении преобразо­вателей с контактной поверхностью, выполненной по форме контролируемого изделия.

Рассмотрим геометрию звукового поля преобразова­телей с плоской, выпуклой и вогнутой (сферической и цилиндрической) излучающей (контактной) поверхностя­ми, в которых применены дисковые излучатели (пьезо­элементы) диаметром 12 мм, работающие на частоте

2,5 МГц. При расчете параметров звукового поля исполь­зуем формулы (15), (16), а для удобства и быстроты оп­ределения углов преломления лучей УЗК при переходе их из одной среды в другую построим графики зависи­мости углов р и у от углов а, рассчитанные по форму­лам Снеллиуса при излучении в воду, органическое стек­ло и сталь.

1. Звуковое поле преобразователя с плоской излуча­ющей (контактной) поверхностью. На рис. 44 показана геометрия звукового поля прямого преобразователя при излучении в воду, органическое стекло и сталь при час­тоте 2,5 МГц.

Его параметры следующие:

Как видно, параметры звукового поля одного и того же излучателя существенно зависят от среды, в которую излучается энергия. Чем больше акустическое сопротив­ление рс среды, в которую излучается энергия, тем мень­ше протяженность ближней зоны г0 и больше длина вол­ны К и угол расхождения 0 пучка УЗК. ^

2. Звуковое поле преобразователя с выпуклой сфери­ческой излучающей поверхностью. Сферическая излуча­ющая поверхность в виде плоско-выпуклой линзы в за­висимости от среды, в которую происходит излучение, может быть рассеивающей (при излучении в среду с

меньшим значением рс, например, в воду) или собираю­щей (при излучении в среду с большим значением рс, чем в линзе, например, в сталь.

На рис. 45 показана геометрия звукового поля преоб­разователя со сферической излучающей поверхностью, выполненной из органического стекла, при излучении в воду. Будем считать, что УЗК входят в плоскую поверх­ность линзы по вертикали и распространяются в виде плоской волны до сферической поверхности. Каждый луч продольной волны АК, AiKu А^Кь А3Кз падает на сферическую поверхность под различными углами а. На границе раздела К-Кз происходит трансформация волн

на продольную и сдвиговую отраженные волны (здесь не показаны) и прошедшую во вторую среду (воду) про­дольную волну. Так как излучение происходит из среды _с большим значением рс в среду с меньшим значением рс* то сферическая поверхность, являясь рассеивающей

линзой, будет формировать в среде (воде) расходящийся пучок лучей. С помощью простых геометрических по­строений можно убедиться, что увеличение радиуса R кривизны линзы приводит к некоторому сужению пучка лучей УЗК, т. е. к улучшению направленности излуче­ния, а уменьшение R — к расхождению пучка.

На рис. 46 показана геометрия звукового поля пре­
противлением. Так как лучи АК, АК... падают на кри­вую поверхность К...Къ под разными углами, они трансформируются на продольные и сдви­говые УЗК, которые распространяются во второй среде сходящи­мися пучками, образу­ющими на оптической оси линзы ряд фоку­сов. Увеличение радиу­са кривизны R линзы приводит к некоторому расхождению пучков и перемещению фокусов Fі, F2... на более уда­ленные расстояния от линзы.

3.

Звуковое поле преобразователя с во­гнутой сферической из­лучающей поверхно­стью. При излучении в воду вогнутая сфери­ческая поверхность бу­дет фокусировать лу­чи, прошедшие в жид­кость, так как излуче-

Рис. 46. Схема звукового поля преобразователя со сферичес­кой выпуклой излучающей по­верхностью при излучении в сталь:

0 и у — углы распространения продольных н сдвиговых волн в стали соответственно; F Пр и ^сдв Фокусы, в которых сходятся луче продольных KL и сдвиговых KS волн после нх трансформации на границе К—Кь (остальные обозначения см, на рнс. 45)

ние происходит из среды с большим значением рс в ере ду с меньшим значением рс. В среде формируются cxoW дящиеся пучки лучей с фокУсом F на оптической оси вблизи излучающей поверхности. При увеличении ради­уса г кривизны линзы пучок будет расширяться и рас­стояние до фокуса F линзы — увеличиваться.

При излучении в сталь вогнутая сферическая излуча­ющая поверхность является уже рассеивающей, благода­ря чему лучи на кривой поверхности линзы трансформи­руются на продольную и сдвиговую составляющие, которые распространяются в стали расходящимися пуч­ками лучей УЗК. Увеличение радиуса кривизны/? в этом случае способствует сужению пучка и улучшению на­правленности излучения.

Аналогичные рассуждения можно провести и для цилиндрических выпуклых и вогнутых излучающих ПС верхностей.