Для возбуждения и приема головной волны применяют наклонные РС-преоб - разователи с углом падения, равным пер­вому критическому (см. разд. 1.1.2). Разде­ление излучателя и приемника необходимо ввиду высокого уровня помех. В против­ном случае большой уровень шумов пол­ностью маскирует полезный сигнал. Схема тандем (преобразователи один за другим, см. рис. 1.9, а) позволяет осуществлять контроль на 100 ... 150 мм вдоль поверхно­сти. Схема дуэт (излучатель и приемник рядом, см. рис. 1.9, б) локализует область чувствительности фокальной областью, но обеспечивает лучшее выявление дефектов. Обычно применяемые частоты ~2 МГц. Такие преобразователи разработали и вы­пускают ЦНИИТмаш (Н. П. Разыграев [278]) в России и Берлинский институт ВАМ в Германии.

В [422, с. 3064] сообщалось о разра­ботке совмещенного преобразователя го­ловных волн на частоту 5 МГц. Его конст­рукция не приведена. Преобразователь не имеет мертвой зоны, в то время как обыч­ные преобразователи головных волн, по мнению авторов рассматриваемого докла­да, имеют мертвую зону 2 ... 3 мм. Кривая изменения амплитуд эхосигналов от плос­кодонных отверстий на глубинах 0 ... 40 мм практически горизонтальна. Как были на­правлены оси отверстий, в докладе не го­ворилось.

Отмечена высокая помехоустойчи­вость преобразователя к структурным по­мехам. Преобразователем удается контро­лировать трубы из бета-титана диаметром

162 мм, с толщиной стенки 30 мм, длиной 1 м, изготовленные выдавливанием. Авто­ры доклада считают бета-титан материа­лом, труднее контролируемым УЗ, чем аустенитная сталь. На глубинах 0,5 ... 26,5 мм от поверхности выявляется плоскодонное отверстие диаметром 0,8 мм. Преобразо­ватель имеет линейную фокусировку и ус­пешно применен для контроля прутков из циркона, гафния, титана [425, с. 556/039]. В прутках без мертвой зоны выявлялись все искусственные дефекты типа плоско­донных и боковых отверстий, вертикаль­ных отверстий и зарубок.

PC продольно-поперечный преоб­разователь (рис. 2.19) состоит из двух наклонных преобразователей, один из ко­торых (передний) излучает продольную волну, а другой принимает поперечную (или наоборот) [417]. Значит, такой пре­образователь регистрирует только дефек­ты, на которых происходит трансформа­ция типов волн и которые расположены вблизи фокуса преобразователя. Преобра­зователи этого типа разработаны в Бер­линском институте ВАМ, где получили название SLIC. Область их применения - контроль трещин под наплавкой.

Иммерсионный преобразователь для контроля изделия при иммерсионном контакте отличается от прямого контакт­ного тем, что имеет повышенное волновое сопротивление демпфера, чтобы обеспе­чить излучение и прием коротких импуль­сов. Например, применяют демпфер из материала с волновым сопротивлением 18 МПа-с/м, что позволяет сократить мертвую зону до 2 мм.

Протектор изготовляют из материала, который обеспечивает просветление гра­ницы пьезоэлемент - иммерсионная жид­кость и гидроизоляцию пьезопластины. Для границы пьезопластины из ЦТС и воды в качестве иммерсионной жидкости хорошо подходит эпоксидная смола. Тол­щину протектора делают равной 1/4 дли­ны волны.

Преобразователи для контроля по грубой поверхности. Довольно высокие требования, предъявляемые к качеству поверхности ввода при УЗ-контроле, ино­гда вызывают серьезные затруднения. В связи с этим разработан ряд конструк­ций преобразователей, предназначенных для снижения этих требований. В прямых контактных преобразователях протектор изготовляют из материала с повышенным затуханием УЗ (как отмечалось выше) и волновым сопротивлением, близким к контактной жидкости. Такой протектор устраняет интерференцию УЗ-волн в кон­тактном слое - одну из главных причин изменения прохождения через него волн.

Рекомендуется [350] протектор пря­мого преобразователя делать из диэлек­трика. При этом акустический контакт улучшается за счет эффекта возникнове­ния при трении трибоэлектрического по­тенциала и образования двойного элек­трического слоя на контактной поверхно­сти, что способствует электростатическо­му притяжению жидкости к протектору и увеличивает толщину и прочность кон­тактного слоя. Этим, в частности, объяс­няется то, что слабая смачиваемость про­тектора из фторопласта компенсируется высоким значением трибоэлектрического потенциала (800 В).

В наклонных ПЭП стабильность кон­такта повышается, если на рабочую по­верхность призмы наклеить резину. Одна­ко резина быстро истирается. Для устра­нения этого недостатка В. Г. Щербинским в ЦНИИТмаше [350] разработан преобра­зователь со свободно скользящим трубча­тым протектором (рис. 2.20, 0). В качестве материала протектора выбрана маслостой­кая резина, в которой делается большое число проколов или сверлений. При пере­мещении ПЭП по изделию эластичный протектор работает подобно танковой гу­сенице, облегает неровности контроли­руемого металла, что способствует улуч­шению акустического контакта. В зазор между призмой и протектором вводится масло. Для того чтобы исключить залипа - ние протектора вследствие трибоэлектри­ческого заряда, ПЭП помещен в металли­ческий корпус.

Из рассмотренных в разд. 2.1.9 вари­антов акустического контакта более высо­кую стабильность, чем контактный, обес­печивают щелевой и особенно иммерси­онный способ. Щелевые ПЭП предназна­чены для контроля изделий через слой контактной жидкости небольшой толщи­ны, причем зазор обеспечивает конструк­ция преобразователя. На рис. 2.20, ж та­кой преобразователь расположен на плат­форме с катками, имеет регулировку ве­личины зазора и снабжен системой подачи контактной жидкости (разработка В. Д. Ко­ролева, ЦНИИТмаш).

Предложены конструкции локально­иммерсионных преобразователей, в кото­рых сохраняется преимущество иммерси­онного контакта при устранении громозд­кой иммерсионной ванны. Например, в струйном преобразователе (рис. 2.20, а) контакт с поверхностью изделия обеспе­чивается непрерывно истекающей струей жидкости. Если такой преобразователь расположен сверху (над поверхностью

изделия), то расход жидкости очень велик, и возможны случаи недостаточного на­полнения локальной иммерсионной ван­ны. Гораздо благоприятнее условия кон­троля, если преобразователь находится снизу.

Расположение преобразователя над изделием удобно, когда пьезоэлемент имеет небольшой диаметр. В этом случае при слабом напоре жидкости на открытой поверхности образуется выпуклый мениск и благодаря силам поверхностного натя­жения жидкость почти не будет вытекать, даже если преобразователь (рис. 2.20, г) поднят над изделием. Прижатие его к из­делию не меняет резко расхода жидкости.

Для преобразователей с большим размером пьезоэлемента разработаны ван­ны с эластичной мембраной (рис. 2.20, б,

в), препятствующей вытеканию жидкости и довольно хорошо облегающей неровно­сти поверхности. Мембрану изготовляют из маслостойкой резины или полиуретана,
волновые сопротивления которых близки к волновому сопротивлению воды. Благо­даря этому эхосигнал от поверхности мембрана - жидкость практически не на­блюдается. Преобразователь, показанный на рис. 2.20, е, выполнен в виде катка, что позволяет повысить производительность контроля. Вода, заполняющая локальную ванну преобразователя, находится под небольшим давлением.

В. А. Бархатов и Л. А. Нестерова предложили в качестве материала для эла­стичных протекторов и мембран исполь­зовать резину под условным названием Sonar. Она обладает такой же высокой эластичностью, как силиконовая, значи­тельно меньшим затуханием (коэффици­ент затухания на частоте 5 МГц вдвое меньше, чем для силиконовой резины, и в полтора раза меньше, чем для вакуумной). Разработаны конструкции прямого РС - преобразователя и преобразователя, по­добного показанному на рис. 2.20, е, с

использованием этой резины.

В преобразователе на рис. 2.20, в мембрана не соприкасается непосредст­венно с поверхностью изделия, между нею и поверхностью находится довольно тол­стый слой воды. Это предохраняет мем­брану от износа и улучшает возможности контроля изделий с грубой поверхно­стью. Волновые сопротивления материала мембраны и жидкостей сверху и снизу от нее подбирают максимально близкими, чтобы свести к минимуму отражения от этих границ. Для практически полного устранения эхосигналов от мембраны ее располагают под углом 80 ... 85° к аку­стической оси преобразователя. Неболь­шой объем нижней части иммерсионной ванны позволяет обеспечить ее надежное
заполнение при сравнительно небольшом расходе жидкости (разработка ВНИИНК, Кишинев).

В [425, с. 586/406] предлагается ис­пользовать в качестве протектора преоб­разователя гидрофильные полимеры. Они адсорбируют воду из воздуха и остаются эластичными даже при значительных ме­ханических давлениях. Затухание УЗ в таком материале невелико. Разработаны катящиеся преобразователи на основе гидрофильного полимера на частоту 5 МГц. Качество акустического контакта сопоставимо с иммерсионным способом.

Преобразователи горизонтально поляризованных поперечных волн. На­клонные горизонтально поляризованные поперечные волны привлекают к себе внимание благодаря ряду специфических свойств. При отражении от горизонталь­ной поверхности они не трансформируют­ся в продольные, не переходят в жидкую среду, для них существенно снижен уро­вень структурных шумов при контроле аустенитных сварных швов. Для излуче­ния и приема наклонных горизонтально поляризованных поперечных волн приме­няют ЭМА-преобразователи. Их разрабо­тал Институт им. Фраунгофера в ФРГ. Один из возможных путей их реализации рассмотрен в разд. 1.2.4.

В [422, с. 3160] сообщается о разра­ботке ПЭП для излучения и приема наклонных горизонтально поляризован­ных поперечных волн. Они имеют частоту 2 ... 5 МГц, размер пластины 10 х 10 мм, угол преломления 90 и 70°. Волны излу­чаются в призму, а затем проходят в ме­талл ОК через специальную смазку Soni - coat SNH-30. Тип смазки - ключевой во­прос при передаче горизонтально поляри­зованной поперечной волны из призмы в ОК.

Преобразователи для контроля при высокой температуре. Для температур 400...600 °С удается подобрать пластмас­совые теплостойкие материалы для аку­стических задержек и силиконовые смаз­ки, обеспечивающие возможность сохра­нения обычной схемы контроля. В качест­ве пьезоматериапа преобразователя для температур до 300 °С можно использовать специальные сорта ЦТС, до 500 °С - кварц, а до 1000 °С - ниобат лития. Для контроля при температурах порядка 1000 °С применяют металлические охлаж­даемые задержки и расплавы солей в каче­стве контактной жидкости. Известны схе­мы контроля через валок прокатного стана без применения контактной среды, а также через очень интенсивный поток жидкости. Вопрос УЗ-контроля при высокой темпе­ратуре будет рассмотрена в разд. 3.1.8.

Дефектоскопия пьезопреобразова­телей. Преобразователь проверяют, пода­вая на его электроды электрический им­пульс с центральной частотой, в несколько раз превышающей рабочую частоту пре­образователя fv [81]. На экране наблюдают серию импульсов, многократных отраже­ний в пьезоэлементе. По форме, амплиту­дам и фазам импульсов судят о наличии дефектов в пьезопластине, отслоениях электродов (рис. 2.21), качестве склейки элементов.

Гребенчатая структура. Преобразо­ватели типа гребенчатой структуры при­меняют обычно для возбуждения волн Рэлея или Лэмба. В них возбуждающий и принимающий элементы представляют собой полосы, расположенные вдоль по­верхности ввода на расстоянии длины волны друг от друга. Конструктивно их выполняют в форме пластины из пластика, одна из поверхностей которой плоская, и к ней приклеен пьезоэлемент, а другая име­ет вид широких зубцов гребешка, они прижимаются к поверхности ввода. Дру­гая конструкция с использованием ЭМА - преобразования показана на рис. 1.40, в. Роль полосок играют полюсы N и S магни­тов, под которыми происходит возбужде­ние поперечных горизонтальных колеба­ний. Поскольку направления колебаний под полюсами N и S разные, расстояние между ними равно половине длины волны.

На рис. 2.22 [422, с. 2971] показан один из вариантов конструкции гребенчатой

структуры. На пьезопластину с резонан­сом по толщине (в рассматриваемом слу­чае в качестве пьезоматериала использо­вался ПВДФ) нанесены электроды в виде гребенчатой структуры. Четные и нечет­ные полоски (они напоминают пальцы руки) соединялись с разными электрода­ми, на которые подавали сигналы со сдви­гом фазы на 180°, поэтому расстояние ме­жду соседними полосками равнялось по­ловине длины возбуждаемой волны (рис. 2.22, а). Для получения короткого импульса необходимо излучать спектр частот. Это достигается изменением рас­стояний между "пальцами" путем вариа­ции их ширины (рис. 2.22, б). Преобразо­ватель типа гребенчатой структуры излу­чает волны сразу в двух противоположных направлениях, поэтому его обычно поме­щают вблизи края ОК.

Различные конструкции преобразова­телей рассмотрены также в [350].