Комбінований електромагнітно-акустичний спосіб з використанням нагріву променем імпульсного лазера для формування акустичної хвилі

Реферат: Комбінований електромагнітно-акустичний спосіб з використанням нагріву променем імпульсного лазера для формування акустичної хвилі, що полягає в розміщенні над поверхнею об'єкта контролю випромінювача у вигляді системи провідників, впливі на об'єкт контролю магнітним полем, сформованим за допомогою магніту з магнітопроводом з пропусканням імпульсу струму по системі провідників, при цьому одночасно з пропусканням по системі провідників імпульсу струму на поверхню об'єкта контролю діють променем імпульсного лазера. UA 118661 U (54) КОМБІНОВАНИЙ ЕЛЕКТРОМАГНІТНО-АКУСТИЧНИЙ СПОСІБ З ВИКОРИСТАННЯМ НАГРІВУ ПРОМЕНЕМ ІМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРА ДЛЯ ФОРМУВАННЯ АКУСТИЧНОЇ ХВИЛІ UA 118661 U UA 118661 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки неруйнівного контролю металевих виробів ультразвуковим методом. Відомий механічний спосіб формування звукової хвилі в об'єкті контролю (див. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: справочник / под ред. В.В. Клюева. Кн. 2. М.: Машиностроение, 1976. - C. 280), що полягає в короткочасному імпульсному впливі (ударі) твердим предметом на поверхню об'єкта контролю. Недоліком способу є неможливість формування звукової хвилі із заданими характеристиками. Відомий контактний спосіб формування звукової хвилі в об'єкті контролю (див. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: справочник / под ред. В.В. Клюева. Кн. 2. М.: Машиностроение, 1976. - C. 178). Для порушення хвилі використовують перетворювач, що притискають до поверхні виробу, змащеного контактною рідиною. Звукова хвиля формується перетворювачем (наприклад, п'єзоелектричним або магнітострикціонним) і передається в середовище об'єкта контролю через контактну рідину. Спосіб одержав широке поширення, однак має обмеження, пов'язані з необхідністю створення надійного акустичного контакту між перетворювачем і об'єктом контролю. Різновидом контактного способу є менісковий (щілинний) і імерсійний способи формування звукової хвилі в середовищі об'єкта контролю (див. те ж джерело інформації). Способам властиві ті ж недоліки. Відомий тепловий спосіб формування звукової хвилі в об'єкті контролю [див. Неразрушающий контроль: справочник / под ред. В.В. Клюева. Т. 2: Ультразвуковой контроль / И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. - М.: Машиностроение, 2004. - 864 с]. У тепловому способі поверхню об'єкта контролю піддають імпульсному локальному нагріванню за допомогою лазера або високочастотного індуктора. При цьому акустична хвиля виникає за рахунок перемінних в часі термомеханічних напруг через нерівномірний розподіл температур. Недоліком способу є складність прийому акустичних коливань. Крім того, у ряді випадків, застосування локального нагрівання об'єкта контролю може бути небажаним. Відомий електростатичний спосіб формування звукової хвилі в об'єкті контролю [див. Цапенко В.К. Акустичні перетворювачі. - К.: НТУУ КПІ, 2004. - C. 7-8]. Поверхню об'єкта контролю роблять однієї із пластин конденсатора. Акустичні коливання виникають за рахунок сил взаємодії електричних зарядів. Через низьку чутливість і складність створення вузької діаграми спрямованості спосіб не одержав широкого поширення. Відомий спосіб формування акустичної хвилі в струмопровідному середовищі об'єкта контролю [патент України на винахід № 83295, МПК G01N29/04]. Паралельно поверхні контрольованого об'єкта встановлюють провідник, по якому пропускають імпульс струму. Одночасно із цим струм пропускають по об'єкту контролю уздовж провідника. В цьому випадку акустична хвиля виникає за рахунок взаємодії струмів двох провідників. Небажане використання даного способу у разі знаходження об'єкта контролю під впливом зовнішніх магнітних полів. Відомий електромагнітно-акустичний (ЕМА) спосіб формування звукової хвилі [див. Сазонов Ю.И., Шкарлет Ю.М. Исследование бесконтактных методов возбуждения и регистрации ультразвуковых колебаний: Ультразвуковые методы контроля. – Дефектоскопия. - 1969. - № 5. C. 2], що є найбільш близьким аналогом до запропонованої корисної моделі. Спосіб полягає в наступному. Паралельно поверхні контрольованого об'єкта встановлюють провідник. На середовище об'єкта контролю впливають магнітним полем. По провіднику пропускають імпульс струму, під дією якого в об'єкті контролю індукуються вихрові струми. Взаємодія первинного й наведеного струмів приводить до появи тисків, що змінюються зі звуковою частотою (акустичного тиску). Звукові коливання, у свою чергу, створюють у металі просторовоперіодичне поле, під впливом якого частки середовища роблять коливання. Даний спосіб покладений в основу роботи більшості безконтактних перетворювачів. У ряді електромагнітноакустичних перетворювачів, для збільшення чутливості, при впливі на середовище об'єкта контролю магнітним полем, використовують джерела магнітного поля з можливістю зміни його характеристик [див., наприклад, Формирование магнитного поля с заданными характеристиками в ЭМА преобразователях систем неразрушающего контроля промышленного оборудования / А.А. Подолян // Методи та прилади контролю якості. - Івано-Франківськ: Вид-во Ів.-Франковського нац. техн. ун-ту нафти і газу, 2006. - Вип. 17. - С. 18-21]. Найближчий аналог дозволяє сформувати в контрольованому об'єкті звукову хвилю, через повітряний проміжок, шар фарби або іржі, не вимагає контактної рідини, простий у реалізації. Спосіб може застосовуватись в умовах високих температур і більших швидкостей переміщення об'єкта контролю щодо провідника. Недоліком способу є на порядок менша величина акустичного тиску сформованої хвилі в порівнянні зі способом заснованим на використанні п'єзоперетворювача. 1 UA 118661 U 5 10 15 20 25 30 35 В основу корисної моделі поставлена задача, що полягає у вдосконаленні безконтактного способу формування акустичної хвилі в середовищах об'єктів контролю і розширення функціональних можливостей апаратури неруйнівного контролю шляхом використання комбінованих способів формування акустичної хвилі в об'єкті контролю. Це дозволить підвищити величину акустичного тиску на поверхні контролю, що дозволить підвищити достовірність та якість контролю. Поставлена задача вирішується тим, що комбінований електромагнітно-акустичний спосіб з використанням нагріву променем імпульсного лазера для формування акустичної хвилі, що полягає в розміщенні над поверхнею об'єкта контролю випромінювача у вигляді системи провідників, впливі на об'єкт контролю магнітним полем, сформованим за допомогою магніту з магнітопроводом з пропусканням імпульсу струму по системі провідників, згідно з корисною моделлю, одночасно з пропусканням по системі провідників імпульсу на поверхню об'єкта контролю діють променем імпульсного лазера. Пропонований спосіб полягає в наступному. На поверхні середовище об'єкту контролю електромагнітно-акустичним способом формують акустичну волну. Паралельно поверхні контрольованого об'єкта встановлюють провідник. На середовище об'єкта контролю впливають магнітним полем. По провіднику пропускають імпульс струму, під дією якого в об'єкті контролю індукуються вихрові струми. Взаємодія первинного й наведеного струмів приводить до появи тисків, що змінюються зі звуковою частотою (акустичного тиску). Звукові коливання, у свою чергу, створюють у металі просторово-періодичне поле, під впливом якого частки середовища роблять коливання з певною частотою. Одночасно з впливом на середовище об'єкта контролю магнітним полем, на поверхні об'єкт контролю в зоні впливу магнітного поля акустичну хвилю формують за рахунок нагріву об'єкту контроля променем імпульсного лазера. При нагріванні нагрів променем лазера мають місце теплової та термореактивний ефекти. Останній полягає в тому, що через швидке нагрівання частинки матеріалу, випаровуючись з поверхні, віддають свій механічний імпульс об'єкту контролю. Це дає можливість дистанційного генерації акустичних імпульсів великої амплітуди. При цьому формування акустичних хвиль відбувається таким чином, щоб частоти сформованих на поверхні об'єкта контролю акустичних хвиль електромагнітно-акустичним та створених променем лазера збігались, при цьому була сформована сумарна акустична хвиля. Застосування запропонованого способу приведе до збільшення акустичного тиску та при певних збіганнях частот хвиль (резонансі) до різкого збільшення амплітуди сумарної акустичної хвилі. На кресленні представлений пропонований спосіб формування акустичної хвилі, де 1 об'єкт контролю, 2 - провідниковий випромінювач, 3 - магнітоводи, 4 - магніт, В - магнітна індукція поля, яке впливає на середовища об'єкта контролю, 5 - імпульсний лазер, 6 - оптична система, Fл - промінь лазера. Використання запропонованого способу формування акустичної хвилі дозволить підібрати оптимальні характеристики акустичної хвилі на поверхні контрольованого об'єкта, що приведе до зростання якості та достовірності контролю. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Комбінований електромагнітно-акустичний спосіб з використанням нагріву променем імпульсного лазера для формування акустичної хвилі, що полягає врозміщенні над поверхнею об'єкта контролю випромінювача у вигляді системи провідників, впливі на об'єкт контролю магнітним полем, сформованим за допомогою магніту з магнітопроводом з пропусканням імпульсу струму по системі провідників, який відрізняється тим, що одночасно з пропусканням по системі провідників імпульсу струму на поверхню об'єкта контролю діють променем імпульсного лазера. 2 UA 118661 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3