Электромагнитно-акустический преобразователь /его варианты/

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля металлов ультразвуком и может быть использовано , например, при контроле кромок, полос и листов. Целью изобретения является повьппение надежности преобразователя путем введения в конструкцию дополнительного сердечника, выполнения каретки в виде одного либо двух колесс увеличенным на порядок диаметром колес, что приводит к пропорциональному уменьшению числа юс оборотов и, следовательно, повьшает их долговечность за счет уменьшения удельных нагрузок, а также размещения высокочастотной катушки на конце упругого элемента, выполненного в виде пружинящей пластины из электропроводящего материала. Первьй вариант изобретения, кроме того, повьшгает производительность и достоверность контроля, так как горизонтальное расположение катушки позволяет создать два равночувствительных излучателя - приемника. Второй и третий варианты позволяют также повысить чувствительность преобразователя за счет увеличения количества ампервитков катушки индуктивности. Электромагнитно-акустический преобразователь содержит электромагнит, выполненньш в виде стержневого сердечника и размещенной на нем катушки индуктивности, высокочастотную катушку индуктивности, каретку, упругий элемент и скобу, а также дополнительный сердечник, одним концом закрепленный на торце стержневого сердечника перпендикулярно его оси. Каретка вьшолнена в виде двух колес, установленных с помощью подшипников на концах стержневого сердечника, упругий элемент вьтолнзн в виде закрепленной на дополнительном сердечнике с помощью скобы пружинящей плас тины из непроводящего материала, на которой установлена высокочастотная .катушка индуктивности. При этом колесо , установленное на конце стержневого сердечника, противоположном концу с дополнительным сердечником, выполнено из магнитного материала. Кроме того, электромагнитно-акустический преобразователь может содержать второй дополнительный сердечник, закрепленный симметрично первому на противоположном торце стержневого сердечника , дополнительный упругий эле ,мент, дополнительную высокочастотную катушку и дополнительную скобу, :установленные идентично основным. 3 с.п. и 5 з.п.ф-лы, 10 ил. I (/) , А ;х 4 сд ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) < G 01 N 29/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ,с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,,",,:)

К Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3690380/25-28 (22) 09.01. 84 (46) 15.05.86.Бюл. 11 - 18 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по разработке неразрушающих методов и средств контроля качества материалов (72) П.Ф.Шаповалов, В.Н.Осовский и Л.А,.Каплан (53) 620.179.16 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 647596, С 01 N 29/04, 1976. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКИЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к области неразрушающего контроля металлов ультразвуком и может быть использовано, например, при контропе, кромок, полос и листов. Целью изобретения является повьппение надежности преобразователя путем введения в конструкцию дополнительного сердечника, выполнения каретки в виде одного либо двух колес с увеличенным на порядок диаметром колес, что приводит к пропорциональному уменьшению числа их оборотов и, следовательно, повьппает их долговечность за счет уменьшения удельных нагрузок, а также размещения высокочастотной катушки на конце упругого элемента, выполненного в виде пружинящей пластины из электропроводящего материала. Первый вариант изобретения, кроме того, повьппает производительность и достоверность контроля, так как горизонтальное расположение катушки позволяет создать два равночувствительных излучателя — приемника. Второй и третий варианты позволяют. также повысить чувствительность преобразователя за счет увеличения количества ампервитков катушки индуктивности.

Электромагнитно-акустический преобразователь содержит электромагнит, вьгполненный в виде стержневого сердечника и размещенной на нем катушки индуктивности, высокочастотную катушку индуктивности, каретку, упругий элемент и скобу, а также дополнительный сердечник, одним концом закрепленный на торце стержневого сердечника перпендикулярно его оси. Каретка выполнена в виде двух колес, установленных с помощью подшипников на концах стержневого сердечника, упругий элемент выполи н в.виде закрепленной на дополнительном сердечнике с помощью скобы пружинящей плас тины из непроводящего материала, на которой установлена высокочастотная .катушка индуктивности. При этом колесо, установленное на конце стержневого сердечника, противоположном концу с дополнительным сердечником, выполнено из магнитного материала. Кроме того, электромагнитно-акустический преобразователь может содержать второй дополнительный сердечник, закрепленный симметрично первому на противоположном торце стержневого сердечника, дополнительный упругий элемент, дополнительную высокочастотную катушку и дополнительную скобу, установленные идентично основным.

3 с.п. и 5 з.п.ф-лы, 1() ил.

1231455!!зобретение относится к области неразрушающего контроля металлов с помощью ультразвука и может быть использовано, например, при контроле кромок, полос и листов.

Целью изобретения является повышение надежности и чувствительности преобразователя путем уменьшения чис.ла оборотов колес и, следовательно, повышения их долговечности за счет уменьшения удельных нагрузок, стабилизации зазора между высокочастотной катушкой и контролируемым изделием, создания двух равночувствительных излучателей-приемников, а также за счет увеличения количества ампервитков катушки индуктивности.

На фиг,l изображен электромагнитно-акустический (ЭМЛ) преобразователь для контроля листов и кромок, сечение, вариант; на фиг. 2 — то же, вид сбоку; на фиг. 3 — двухканальный преобразователь, другая модернизация первого варианта; на фиг. 4 — то же, вид сбоку; на фиг. 5 — преобразователь для.контроля кромок, второй вариант; на фиг, 6 — то же, вид сбоку; на фиг. 7 — преобразователь двухколесный для контроля центральной части листа, второй вариант; на фиг. 8 то же, вид сбоку; на фиг. 9 — преобразователь для контроля кромок„ третий вариант; на фиг. 10 — то же, вид сбоку.

Первый вариант ЭМЛ преобразователя (фиг.l и 2) содержит электромагнит, в который входит катушка 1 индуктивности и вставленный в нее стерж.невой сердечник 2, на концах которого с помощью подшипников 3 и 4 установлены колеса 5 и 6 из немагнитного материала, при этом колеса 5 и 6 совмесч йо с сердечником 2 образуют каретку электромагнита, к торцу сердечника 2 прикреплен одним концом дополнительный сердечник 7, к которому прикреплена скоба 8, на другом конце скобы 8 закреплен конец упругого элемента 9, выполненного в виде упругой пластины из непроводящего материала, например из стеклотекстолита толщиной 0,2-0,6 мм, на другом конце пластины 9 установлена высокочастотная катушка 10 индуктивности. Другой конец дополнительного сердечника 7 направлен в сторону контролируемого изделия 11 и находится от него на рас— стоянии нескольких миллиметров. Пластипа 9 укреплена под таким углом к поверхности изделия ll и имеет такую длину, что катушка 10 находится под торцом сердечника 7. Стрелка показы— кает направление движения контролируемого изделия 11.

Возможна модификация преобразователя, в котором колесо 5 выполнено из магнитного материала.

Возможна также вторая модификация преобразователя (фиг. 3 и 4), которая содержит второй дополнительный сердечник 12, установленный симметрично первому дополнительному сердечнику 7 »а противоположном торце стержневого сердечника 2, а также до полнительный упругий элемент 13, дополнительную высокочастотную катушку 14, дополнительную скобу 15, которые установлены относительно второго дополнительного сердечника 12 аналогично установке основных этих элементов 8, 9 и 10, относительно сердечника 7, В этом случае колеса 5 и 6 должны быть из немагнитного материала.

Второй вариант ЭМА преобразователя (фиг.5 и 6) содержит электромагнит, в который входит катушка 1 индуктивности и вставленный в нее стержневой сердечник 2, установленную на рабочем торце сердечника 2 первую каретку 16, выполненную в виде ролика либо упора из твердосплавЗ5 ного материала, дополнительный сердечник 7, через отверстие в котором проходит стержневой сердечник 2, колесо 6, выполненное из магнитного материала и установленное с помощью

4О подшипников 3 и 4 на конце дополнительного сердечника 7, закрепленную на торце катушки скобу 8, укрепленный на скобе 8 упругий элемент 9, выполненный в виде пружинящей пластины из непроводящего материала, установленную на пластине (под рабочим торцом сердечника 2) катушку 10 индуктивности, укрепленный на торце сердечника 7 держатель 17. О Модификацией такого преобразователя является преобразователь, в котором введен обод 18 из немагнитного материала, расположенный по торцу периметра колеса со стороны катушки 1 индуктивности и соединенный с ним, например, сваркой.

Вторая модификация преобразователя (фиг. 7 и 8) содержит вторую ка1231455 ретку, идентичную первой, выполненную в виде колеса 5 из магнитного материала и установленную симметрично колесу 6 с помощью подшипника 3 на другом конце дополнительного сердечника 7.

Третий вариант Э!!Л преобразователя содержит (фиг.9 и 10) электромагнит, состоящий из катушки 1 индуктивности, стержневого сердечника 2, ус1О тановленную на его рабочем торце первую каретку 16, выполненную в виде ролика или твердосплавного упора, колесо 5, установленное с помощью под-, шипника на конце Г-образного сердечника 19, другой конец которого скреплен с концом дополнительного сердечника 7, другой конец которого закреплен на нерабочем конце стержневого сердечника 2, к торцу катушки индуктивнос-20 ти прикреплена скоба 8, на которой закреплена пружинящая пластина 9 из непроводящего материала, . на котором закреплена высокочастотная катушка 10 индуктивности.

Первый вариант преобразователя работает следующим образом.

При подаче тока в катушку 1 индуктивности и переменного тока зондирующего импульса от ультразвуково- 30 го дефектоскопа (не показан) в высо— кочастотную катушку 10 индуктивности на поверхности изделия 11 происходит взаимодействие вихревых токов, наводимых в изделии 11 высокочастотной катушкой 10,:;ндуктивности, с магнитным полем электромагнита, доходящего до изделия 11 по сердечнику 7.

В результаге такого взаимодействия на поверхности изделия возникают . 4п ультразвуковые колебания, которые распространяются вглубь изделия, за— тем, отразившись от дефекта или противоположной поверхности, возвращаются снова к поверхности, на которой 4 они возникли. Здесь они попадают в зону действия магнитного поля и за счет взаимодействия с ним создают вторичные вихревые токи, которые наводят на высокочастотной катушке 10 индуктивности электрический сигнал.

После усиления, селектирования, оценки времени прихода и амплитуды сигнала с помощью электронного блока дефектоскопа (не показан) определяют качество контролируемого изделия 11.

Известно, что амплитуда принятых сигналов зависит от вихревых токов и магнитного поля на поверхности изделия 11, на величину которых в свою очередь значительно влияют зазоры между высокочастотной катушкой 10 ин— дук тив но сти и изделием 1 1, а также сердечником 7 и изделием 11 соответствеш о. При теневом и зеркальнотеневом методе контрОля, при которых используется преобразователь, о наличии дефектов в изделии Il судят по величине теневого или донного сигнала. Преобразователь поддерживает не только минимальными, но и стабильными указанные зазоры при контроле лисТоВ (в ТоМ числе и их кромок), в линии стана производства труб, обеспечивая контроль практически непрерыв— ным и стабильным даже в тех случаях, когда поверхность листа имеет определенную волнистость.

Второй вариант преобразователя работает аналогично первому. В нем постоянство зазора между сердечником 2 и изделием 11 (листом) обеспечивается также установкой рабочего торца сердечника 2 выше нижней линии колеса 6 на определенную величину. В тех случаях, когда за счет некоторого разноса по ширине лист за счет локальной неровности по ширине начнет приближаться к сердечнику 2 на недопустимое расстояние, он сначала коснется каретки 16, которая в такие моменты оттеснит сердечник 2 вверх и тем самым предотвратит заклинивание пружинящей пластины 9 с высоко— частотной катушкой 10 индуктигности между листом 1! и сердечником 2, т.е. предотгратит выход их из строя. Неровности же по длине листа не будут сказываться HcL величину зазоров. Достоинством такого преобразователя (по сравнению с показанным на фиг.l и 2) является повышенная чувствительность, что обеспечивается максимальным приближением торца катушки 1 индуктивности (где значительно выше индукция магнитного поля) к поверхности изделия 11. Такой преобразователь обеспечивает возможность контроля и кромок листов, а для обеспечения его устойчивого рабочего положения он прикреплен к внешним опорам с помощью держателя 17.

Применение немагнитного обода 18 позволяет обеспечить устойчивость преобразователя и применять его без

123!455 привязки к внешнему оборудованию, например, при ручном контроле. Для контроля центральной части листа может быть применен преобразователь, показанный на фиг. 7 и 8. Применение второго колеса 5 из магнитного материала позволяет не только обеспетить устойчивость, но и повысить чувствительность за счет улучшения условий замыкания магнитной цепи и максимально возможного приближения катушки индуктивности к поверхности листа.

Третий вариант ЭМЛ преобразователя работает аналогично второму„ по за счет применения дополнительного сердечника 7 и 1 --образного сердечника 9 обiIQä;.leò ме»т,тпими габаритами.

Чтобы устранить возможнссть выхо— да из строя высокочастотнь;х катутттек

10 индуктивности, н пластину 9 тзно дят два изолированных друг от друга проводника, расположенных в одной плоскости и соединенных с источпиксм питания и индикатором (не показан).

При истирании пластины 9 проводники замьттсатотся через контролируемое изделие 11 и тем самым»ключают индикатор износа пластины. Своевремеьттто замеченное истирание и замена пластины 9 целиком или rrñ тично (ттижттетт части) гозволяет сохранить тзысокочас.— тотную катушку 10 иттдуктивности и ра— ботоспособность преобразователя в целом.

Постоянство зазора между рабочим тгорцотт дополнительттого сердечттттка 7 и изделием 11 обеспечивается ж"cткой установкои его относительно колеса 5, зазор между высокочастотной катушкой

10 Мтдуктинносттт с изделием 11 обес-печивается толщиной пружинящей пла<— тины 9, которая ввиду минимального давления ее на изделие 11 (как показали испытания) практически не изна-шивается в течение нескольких суток работы.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий электро-магнит, выполненный в виде стержневого сердечника и размещенной на нем катушки индуктивности, высокочастотную катушку индуктивности, каретку, упругии элемент и скобу, о т л и ч а тс шийся тем, что. с целью повышения надежности и чувствительности, сн снабжен дополнительным сердечником, одним концом закрепленным на торце стержневого сердечника перпендикулярно его оси, каретка выполнена в виде двух колес, установленIС ных с помощью подшипников на концах стержневого сердечника, упругий элемент выполнен в виде закрепленной на дополнительном сердечнике с помощью кобы пружинящей пластины из непро-!

5 водящего материала, на которой установлена высокочастотная катушка инттуктинности, 2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что колесо, :Ю установлен тое :a конце стержневого сердечника, противоположном концу с дополнительттым сердечником, выполнено из магнитного материала.

3. Преобразователь по п.!, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что он снабж н вторым дополнительным серде-шиком, закрепленным симметрично пер»ситу на противоположном торцу стержневого серцечника, дополнительЗтт ттым упругим элементом, дополнительттой высокочастотной катушкой и дог .n.:rHèòåëüной скобой, установленными ьrrr rrrYr!1rrrÎ о сттсьтны? т

4. Электромагнит»а — акустический преобразователь, содержащий электрои тт "ттт..-, выполненный н виде стержне»о го сс.рдечника и размещенной на нем катушки индуктинности, высокочастотную кclтутттку индуктинности, каретlrfj ку,, упругий элемент и скобу, о т ли-ающийся тем,что.с цельто повышения надежности и чувстнителт т ости, он снабжен допстлнитель".:.:!I! се рдечником, закрепленным перпен,т--, риь уля рно о сновному на его торце, каре.:ка выполнена в виде колеса из магтти тном о материала, установленного посредством подшипников на свободном конце дон:олнительного сердечника, а упругий ":ëeмент выполнен н виде жестка закрепленной относительно сердеч— ника с помощью скобы пружинящей пластины из непроводящего материала, на которой ус" àíîâëåíà высокочастотная ка тушка индукти в»ости .

5, Преобразователь по п.Й, о т— л и ч а ю шийся тем, что он снабжен ободом из немагнитного мате)23!455 риала, закрепленным по периметру колеса со стороны катушки электромагнита.

6. Преобразователь по п.4, о т— л и ч а ю шийся тем, что он снабжен второй кареткой, идентичной первой и установленной симметрично ей на другом торце дополнительного сердечника.

7. Электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий электромагнит, выполненный в виде стержневого сердечника и размещенной на нем катушки индуктивности,высокочастотную катушку индуктивности, каретку, упругий элемент и скобу, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и чувствительности, он снабжен первым дополнительным сердечником, закрепленным на нерабочем торце стержневого сердечника перпендикулярно его оси, вторым дополнительным сердечником Г-образной формы, скрепленным концом с первым дополнительным сердечником, каретка выполнена в виде колеса из магнитно" го материала и установлена посредством подшипника на свободном конце

Г-образного сердечника, а упругий элемент выполнен в виде жестко зак10 репленной относительно сердечника е помощью скобы пружинящей пластины из непроводящего материала, на которой установлена высокочастотная катушка индуктивности.

8. Преобразователь по п.7, о т— л и ч а ю шийся тем, что он снабжен двумя электрическими проводниками, расположенными в пружинящей

Zp пластине и изолированными один от другого.

123 55 фЫ Г 3

1231455

ipvt. 7

Составитель И.Кесоен

Техред Л.Олейник

Редактор А. Гулько

Корректор Е. Сирохман

Заказ 25á0/50 Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4