Пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП) — это основной элемент, от которого зависит качество ультразвукового контроля. Именно они формируют ультразвуковую волну и принимают отражённый сигнал, позволяя выявлять дефекты в металле, сварных швах, трубопроводах и других изделиях.

Правильный выбор типа ПЭП напрямую влияет на глубину прозвучивания, чувствительность, разрешение и точность результатов контроля. В этой статье рассмотрим виды и классификацию пьезоэлектрических преобразователей для УЗК, а также особенности их применения.

Что такое пьезоэлектрический преобразователь для УЗК

Пьезоэлектрический преобразователь — это устройство, которое преобразует электрический импульс в ультразвуковую волну и обратно. Основной элемент — пьезокерамика (обычно PZT), обладающая эффектом обратимого преобразования энергии.

В ультразвуковом неразрушающем контроле ПЭП выполняет две функции:

• излучение ультразвука в материал;
  
  
• приём отражённых волн от границ, расслоений, пор, пустот или трещин.
  
  

От характеристик преобразователя зависит чувствительность к дефектам, достоверность измерений и стабильность контроля.

Классификация пьезоэлектрических преобразователей для ультразвукового контроля

1. Классификация по типу работы

1.1. Одноэлементные пьезоэлектрические преобразователи

Один пьезоэлемент выполняет обе функции: излучение и приём.
Применяются в большинстве дефектоскопических задач.
Главные преимущества: универсальность, широкий диапазон частот, доступность.

1.2. Двухкристальные (двухэлементные) преобразователи

Имеют два пьезоэлемента — один генерирует волну, второй принимает.
Преимущества:

• малая мёртвая зона;
  
  
• высокая чувствительность в ближней зоне;
  
  
• оптимальны для контроля тонких изделий.
  

2. Виды ПЭП по типу вводимой ультразвуковой волны

2.1. Прямые пьезоэлектрические преобразователи

Формируют продольные волны перпендикулярно поверхности.
Используются для:

• измерения толщины;
  
  
• контроля на расслоения;
  
  
• обнаружения внутренних дефектов.
  

2.2. Наклонные преобразователи для УЗК

Создают поперечные волны под заданным углом (обычно 45°, 60°, 70°).
Основное применение — контроль сварных соединений.

2.3. Поверхностные (рейлиевские) преобразователи

Используются для поиска поверхностных трещин и дефектов малой глубины.

3. Классификация по количеству элементов

3.1. Одноэлементные стандартные ПЭП

Подходят для большинства типов металлов и стандартных задач УЗК.

3.2. Многоэлементные преобразователи (Phased Array)

Имеют от 16 до 128 пьезоэлементов.
Позволяют:

• управлять направлением луча,
  
  
• фокусировать волну,
  
  
• получать детализированное изображение внутренней структуры.
  

Используются в продвинутых системах УЗК и автоматизированных линиях контроля.

4. Виды пьезоэлектрических преобразователей по частоте

Частота напрямую влияет на чувствительность и глубину контроля:

Частота ПЭП	Назначение
0,5–2 МГц	Контроль толстостенных изделий, крупнозернистых материалов
2–5 МГц	Универсальный дефектоскопический контроль
5–10 МГц	Контроль тонкостенных деталей, поиск мелких дефектов
10–15 МГц	Высокоточный анализ, выявление микро-дефектов

5. Классификация по конструктивному исполнению

5.1. Контактные преобразователи

Подходят для ручного УЗК.
Работа ведётся через контактную жидкость (масло, гель).

5.2. Иммерсионные

Работают в водной среде.
Обеспечивают идеальный акустический контакт и высокую точность.
Используются в автоматизированных системах.

5.3. Высокотемпературные

Сохраняют стабильность на температурах 200–250 °C и выше.
Применяются в нефтегазовой и металлургической промышленности.

5.4. Миниатюрные

Предназначены для контроля труднодоступных зон и мелких поверхностей.

Заключение

Пьезоэлектрические преобразователи — это ключевой элемент ультразвукового контроля, влияющий на точность и надёжность диагностики. Правильный выбор типа ПЭП позволяет повысить качество контроля, уменьшить вероятность ошибок и увеличить достоверность результатов.