1.Прозвучивание цилиндрической трубы преобразо­вателем, контактная поверхность которого выполнена по форме детали. На рис. 47 показана схема такого преоб­разователя, расположенного на внешней поверхности трубы так, что волны на­правлены по окружности. В этом случае на поверх­ность цилиндра под задан­ным углом а падают лучи, находящиеся в плоскости образующей цилиндра и лу­ча АК. Все остальные лучи (даже если их рассматри­вать как параллельные) составляют с поверхностью цилиндра углы, отличные от а. Так, например, правее точки А этот угол уменьшается до а2, а левее увеличивается до cti. Таким образом, пучок лучей УЗК, падая на поверхность цилиндра на участке САВ, частич­но отражается, а частично входит в стенки трубы под углами ai>«>a2. Так как углы падения лучей на кри-

вую поверхность изменяются в достаточно широком ин­тервале, не исключена возможность, что в стенке трубы возникнут не только продольные и сдвиговые, но и по­верхностные, а также и нормальные волны различных групп (мод). Изменяя угол а падения УЗК, можно изме­нять комбинации волн в оболочке данной кривизны и толщины и в зависимости от цели контроля выбрать оптимальный угол, при котором дефекты выявляются наиболее надежно.

Однако такие преобразователи нельзя использовать для контроля трубы вдоль образующей. Для того чтобы прозвучить трубу в про­дольном направлении, не­обходимо контактной по­верхности преобразовате­ля придать другую

форму.

На рис. 48 показан преобразователь с кон­тактной поверхностью, выполненной по форме трубы так, что волны мо­гут быть направлены только вдоль образующей.

В этом случае углом а падения ■ является угол между центральным лу­чом и нормалью к поверх­ности, проведенной в точку падения луча АК. Здесь под заданным углом падают лучи на ограниченный по пло­щади участок детали (по линии вдоль образующей в плоскости центрального луча). На этом участке в дета-* ли возникают заданные (расчетные) волны, обусловлен­ные углом а. На других участках за счет падения лучей под другими углами возникают не расчетные волны, рас-: пространяющиеся в изделии по различным направлениям расходящимся пучком.

Контактная поверхность, выполненная по форме тру­бы, позволяет фиксировать на ней преобразователь, бла­годаря чему при перемещении преобразователя вдоль или перпендикулярно образующей направление пучка лучей и комбинация УЗК в стенке трубы остаются посто­янными. Как показала практика, такие преобразователи' имеют высокую чувствительность к обнаружению вну­тренних и поверхностных дефектов и удобны в работе,

1

2. Прозвучивание цилиндрической трубы преобразо­вателем с плоской контактной поверхностью. Контакт преобразователя (рис. 49) с цилиндрической поверхно­стью трубы происходит на относительно малом участке, площадь которого зависит от диаметра цилиндра.

Рассмотрим три положения преобразователя на ци­линдрической поверхности.

Преобразователь (рис. 49, а) установлен на трубе так, что центральный луч-ЛК пучка УЗК составляет с ее радиусом угол, равный а. Как видно, и в этом случае на

цилиндрическую поверхность под углом а падают только те лучи, которые лежат в плоскости центрального луча ЛК и образующей трубы. Близлежащие лучи справа и слева благодаря кривизне трубы и масляной прослойке падают на поверхность под углами, отличными от а. Преобразователь с плоской контактной поверхностью передает в изделие с кривой поверхностью меньше энер­гии УЗК, чем преобразователь с контактной поверхно­стью, выполненной по форме цилиндра.

Если отклонить преобразователь от этого положения вправо (рис. 49,а), то под углом а на изделие падают краевые лучи, лежащие в плоскости луча ВМ и образу­ющей. Все лучи, находящиеся левее точки В, в том чис­ле и наиболее интенсивные — центральные, падают на трубу под другими углами, значения которых возраста­ют от а до <Xi.

При наклоне преобразователя влево (рис. 49, в) под заданным углом на поверхность падают лучи, лежащие в плоскости луча СТ и образующей. Все лучи, находя­щиеся правее, падают на поверхность цилиндра под уг­лами, меньшими а, значения которых уменьшаются от а до аг. Преобразователь может занимать и другие, про - !

ІІ

межуточные положения (между а, б ив) на цилиндре.

Во всех рассмотренных случаях УЗК входят в. при - вую поверхность под различными углами, изменяющи­мися при наклоне преобразователя. Вследствие этого в контролируемой оболочке может одновременно возни­кать гамма волн — продольных, сдвиговых, поверхност­ных и нормальных, распространяющихся вокруг по стен­ке, как по волноводу. Установлено, что существование в стенке нескольких видов волн благоприятно влияет на результаты контроля: дефекты, не выявленные одними волнами, обнаруживаются другими. Изменяя угол а, можно определить оптимальные условия, при которых в оболочке (трубе) возникнут комбинации УЗК с преобла­данием нужных видов волн.

Преобразователи с плоской контактной поверхностью по сравнению с вогнутой контактной поверхностью об­ладают преимуществами: их можно применять для конт­роля практически любых выпуклых (цилиндрических, конических, сферических) изделий, так как плоская контактная поверхность не мешает сканированию[11] пре­образователя по кривой поверхности детали в любом направлении (например, вдоль или под углом к образу­ющей). Вместе с тем возможность изменения угла на­клона преобразователя в процессе контроля позволяет возбуждать в стенке детали комбинации волн с попере­менным преобладанием симметричных и антисимметрич­ных нормальных волн, что повышает надежность обнаружения внутренних и наружных дефектов в стен­ках криволинейных оболочек [21].

3. Прозвучивание кромок и ребер деталей преобразо­вателями с плоской и фигурными контактными поверх­ностями. Рассмотрим положение преобразователя с пло­ской контактной поверхностью на торце, например тон­кого скругленного ребра (рис. 50, а). Как видно, преобразователь и ребро контактируют по линии. Из-за ограниченной площади контакта наблюдается значи­тельная потеря ультразвуковой энергии, так как боль­шая часть УЗК не входит в металл. Вследствие этого- чувствительность контроля резко падает. Кроме того, подобный преобразователь нельзя зафиксировать на ребре, что при контроле создает дополнительные трудно­сти ввиду соскальзывания преобразователя.

Автором были проведены исследования различных форм контактной поверхности преобразователя, которые позволили бы фиксировать его на тонком ребре и уве­личить площадь контакта [19]. В результате были раз­работаны преобразователи с фигурной контактной поверхностью: Г-образной, трапециевидной, прямоуголь^ ной и полукруглой (рис. 50, б—д).

В этих преобразователях контактная поверхность расположена так, что на нее падает наиболее интенсив­ная (центральная) часть пучка УЗК, излучаемых пьезо­элементом. Контактная поверхность ограничена с одной или с двух сторон выступами, позволяющими лучше удерживать контактную смазку. Вследствие этого пло­щадь фактического контакта между ребром и преобра­зователем увеличивается и в металл передается больше ультразвуковой энергии, чем в случае использования преобразователя с плоской контактной поверхностью. Кроме того, выступы позволяют фиксировать преобразо­ватель на ребре, благодаря чему на экране дефектоско­па получаются устойчивые и воспроизводимые осцилло­граммы.