Акустическим свойствам

Интенсивностью ультразвука называется количество энергии, переносимое через 1 см2 площади за 1 с, и обозначается буквой /. Интенсивность энергии определяется квадратом амплитуды колебаний Л2, квадратом частоты /2, удельным акустическим сопротивлением рс.

Поверхностные волны обусловлены колебанием частиц со значительной амплитудой на поверхности тела и постепенным ее уменьшением при удалении частиц от поверхности. Если продольная волна падает перпендикулярно на плоскую границу раздела двух сред, обладающих различным акустическим сопротивлением, то одна часть ее энергии переходит во вторую среду, а другая отражается в первую. Доля отраженной энергии тем больше, чем больше разность акустических сопротивлений сред. Если продольная волна попадает на границу раздела двух твердых сред под углом, то отраженная и прошедшая волны преломляются и трансформируются в продольные и сдвиговые, распространяющиеся в первой и второй средах под различными углами. Законы отражения и преломления волн аналогичны законам геометрической оптики.

При распространении УЗК встречают на своем пути участки с различным акустическим сопротивлением z = С-р (произведение плотности на скорость звука). При прохождении продольной волны С из одной среды I в другую II под углом р на границе имеют место сложные явления — отражение, трансформация (расщепление), преломление (рис. 6.20). При этом образуются отраженная продольная и поперечная волна и преломленная продольная и поперечная волна.

Пьезопластину приклеивают к демпферу 2, который повышает ее механическую прочность и расширяет полосу пропускания. Для того чтобы ультразвуковые колебания, отраженные от задней поверхности демпфера, не вызывали помех, демпфер изготовляют из звукогасящего материала, например из эпоксидной смолы с порошкообразным наполнителем из тяжелого металла (вольфрама) в весовой пропорции 1/6... 1/12. Это приближает волновое сопротивление демпфера к рс пьезопластины и увеличивает широкопо-лосность преобразователя. При контроле изделий большей толщины, когда разрешающая способность не имеет существенного значения, а повышение чувствительности весьма желательно, применяют демпфер с малым акустическим сопротивлением.

При распространении УЗК встречают на своем пути участки с различным акустическим сопротивлением z = С-р (произведение плотности на скорость звука). При прохождении продольной волны С из одной среды I в другую II под углом р на границе имеют место сложные явления — отражение, трансформация (расщепление), преломление (рис. 6.20). При этом образуются отраженная продольная и поперечная волна и преломленная продольная и поперечная волна.

С целью гашения свободных колебаний пьезопластины, уменьшения длительности зондирующего импульса и расширения полосы пропускания с ее нерабочей стороны приклеивают демпфер. Для обеспечения указанных условий материал демпфера должен обладать акустическим сопротивлением, близким к волновому сопротивлению пьезопластины, и большим коэффициентом затухания. Выполнить одновременно оба требования достаточно сложно. Например, если демпфер изготовлять из латуни или бронзы, акустическое сопротивление которых примерно такое же, как пьезокерамики, не удается эффективно гасить сигналы, излученные в сторону демпфера, Пьезопреобразователи с такими демпферами наиболее оптимально использовать в режиме приема, в частности при приеме сигналов акустической эмиссии.

Чаще всего демпферы изготовляют из композиционных материалов, состоящих из связующего элемента и рассеивателей. В качестве первых используют компаунды или эпоксидные смолы типа ЭД-5, ЭД-6, а в качестве вторых — порошки тяжелых металлов и их оксидов, а также измельченные кварц, карбид титана, вольфрама или свинца. В серийных прямых ПЭП используют демпферы, полученные горячим прессованием порошка вольфрама и связующего пенопласта, в качестве клеящей массы служат эпоксидные клеи. Эти демпферы обладают достаточно высоким коэффициентом затухания (до 420 м"1) и большим акустическим сопротивлением (до 15-10е Па-с/м). Вследствие высокой электрической проводимости таких демпферов и электрического контакта между ними и пьезоэлементом при приклеивании к последнему исключается необходимость пайки контакта к нерабочей поверхности пьезопластины.

Демпфер в наклонных НЭП либо совсем отсутствует, либо его изготовляют с малым акустическим сопротивлением. Обычно в качестве демпфера используют1 тот же компаунд, которым приклеивают пьезопластину к призме.

Ультразвуковая дефектоскопия основана на свойстве УЗ волн направленно распространяться в средах и отражаться от их границ или дефектов, отличающихся акустическим сопротивлением. 24

Для настройки предельной чувствительности контроля применяют малогабаритный универсальный испытательный образец (рис. 6.3). Его изготавливают из однородного стального бруска размером не менее 30X20 мм, обладающего таким же акустическим сопротивлением, что и контролируемая деталь; образец не должен иметь внутренних и поверхностных дефектов. На его поверхность наносят зарубку (дефект) необходимого размера (2X1 мм), при этом ее глубина должна быть не более глубины проникновения поверхностной волны в металл на заданной частоте. Образец устанавливают на контролируемую поверхность в галтели подшипниковой шейки, на соответствующем расстоянии располагают преобразователь так, чтобы его ось была перпендикулярна отражающей плоскости дефекта.

При получении композиционных материалов на песчаном грунте листы часто имеют коробление и шероховатую поверхность. При деформировании композиционного листа на таком основании из-за значительного прогиба в материале появляются большие касательные напряжения вследствие относительного сдвига металла матрицы и волокна, обладающих разными пластичными характеристиками. Величина этих напряжений может превышать прочность связи волокна с матрицей, что иногда приводит к образованию ненроваров, снижающих прочность композиции. Однако металлическая плита в качестве основания имеет и свои недостатки, так как в этом случае отраженная волна, интенсивность которой составляет более 20% интенсивности падающей ударной волны, создает на границах раздела между слоями матрицы значительные растягивающие напряжения. Это может приводить к образованию локальных дефектов, также снижающих прочность композиции. Более благоприятные условия сварки, обеспечивающие высокую прочность соединения, создаются при использовании в качестве основания плиты из материала, имеющего достаточно высокую жесткость в сочетании со сравнительно низким акустическим сопротивлением.

Образец СО-2А по конструкции аналогичен СО-2, но его изготавливают из материала контролируемого изделия, если этот материал существенно отличается от сталей СтЗ или 20 по акустическим свойствам. Назначение его то же, что и у СО-2.

непер/см на частоте 2,5 МГц. Для удобства работы он имеет металлическую стенку с оцифровкой (не показана). Стандартные образцы СО-2 и СО-3 изготовляют из малоуглеродистой стали с мелкозернистой структурой. Стандартные образцы СО-2А идентичен СО-2, но его изготовляют из контролируемого материала, если этот материал существенно отличается от стали по акустическим свойствам.

При контроле эхометодом уровень фиксации настраивают по, искусственному отражателю, выполняемому в контрольном образце, близком по качеству поверхности и акустическим свойствам. материала к ОК. В СССР принята настройка чувствительности по искусственному дефекту в виде отверстия с плоским дном. Мерой, чувствительности служит площадь дна этого отверстия sa. При использовании других отражателей рекомендуют сопоставлять их с площадью дна плоскодонного отверстия.

Изотропные материалы, свойства которых не зависят от направления. Из неметаллических материалов, чаще всего подвергаемых контролю, выделяют гомогенные (однородные) материалы, в том числе аморфные (стекло, резина, пластмасса) и мелкодисперсные (керамика, металлокерамика). От них существенно отличаются гетерогенные (разнородные) материалы и материалы с крупнозернистой структурой: горные породы, бетон, асфальт. Акустические свойства изотропных материалов рассмотрены в § 1.1 и 1.2. По акустическим свойствам к металлам приближаются стекло и некоторые виды керамики (фарфор, пьезокерамика). В большинстве других изотропных неметаллических материалов скорость акустических волн существенно меньше, а коэффициент затухания больше, чем в металлах. Затухание очень велико в гетерогенных материалах.

Чувствительность контроля настраивают по испытательным образцам, изготавливаемым из металла, по акустическим свойствам соответствующего контролируемому и не имеющего естественных дефектов. Контактная поверхность образца должна соответствовать конфигурации контактной поверхности контролируемого изделия, шероховатость ее не должна превышать /?z = 80 мкм. Высота образца должна быть равна толщине (диаметру) детали. Предельную чувствительность при контроле деталей определенной толщины устанавливают по зарубке (угловому отражателю), соответствующего испытательного образца так, чтобы амплитуда сигнала от нее на экране дефектоскопа была равной отсчетному уровню (например 20 мм). Размеры зарубки определены ТУ на контроль и равны 2Х 1,5 мм.

Разрушение неоднородных твердых тел при их электрическом пробое связано с генерированием ударных и акустических волн, которые, распространяясь в неоднородной среде, могут создавать условия, обеспечивающие избирательную направленность разрушения. При этом избирательность разрушения может создаваться за счет отличия компонентов по прочностным, деформационным и акустическим свойствам /74/. Особенностью этих механизмов является то, что они работают во всем объеме образца, в то время как траектория канала разряда захватывает только некоторые локальные области.

Параметры контроля а—ж проверяют по стандартным образцам № 1—4 и испытательному образцу (рис. 5.27— 5.29). Испытательные образцы изготавливают из металла, соответствующего по акустическим свойствам металлу контролируемого сварного шва.

Алюминиевое литье. Алюминиевому литью свойственны те же дефекты, что и стальному. Опасным и трудно обнаруживаемым дефектом являются окисные плены, поскольку по плотности и акустическим свойствам они близки к алюминию. Ультразвуковой и радиационный методы контроля алюминия выполнять легче, чем стального литья, поскольку он обладает малой упругой анизотропией (мало рассеяние ультразвука) и в 3 раза меньше стали поглощает рентгеновские лучи. Окисные плены на рентгенограмме видны как светлые полосы, потому что они поглощают рентгеновские лучи сильнее, чем алюминий.

Такие физико-механические свойства материала, как плотность, упругость, структурное строение, определяют постоянные, характеризующие распространение в среде упругих волн, т.е. акустические свойства среды. Здесь рассматриваются изотропные среды, свойства которых одинаковы во всех направлениях. К акустическим свойствам сред относятся скорость распространения волны, коэффициент затухания и удельное волновое сопротивление (характеристический акустический импеданс). В твердом теле эти величины определяют для продольных и поперечных волн (табл. 1.3).

СО-2А по конструкции подобен СО-2, но его изготовляют из материала контролируемого изделия, если этот материал существенно отличается от СО-2 по акустическим свойствам. Назначение его то же, что и СО-2.

по ГОСТ 14782-86. Образец должен быть изготовлен из стали марки 20 с теми же акустическими свойствами, как СО-2. Его применяют для определения: условной чувствительности, мертвой зоны, погрешности глубиномера, местоположения точки выхода, угла ввода УЗ-колебаний, ширины основного лепестка диаграммы направленности, коэффициента преобразования при контроле рельсового металла или близкого к нему по акустическим свойствам. На боковых и рабочих поверхностях образца должны быть выгравированы риски, проходящие через центр четверть окружности и по оси рабочей поверхности. На боковую поверхность образца наносят шкалу значений угла ввода луча 40 ... 70 через 5°, построенную в соответствии с уравнением