Горизонтально поляризованных

Ультразвуковые дефектоскопы предназначены для излучения ультразвуковых колебаний, приема эхо-сигналов, установления положения и размеров дефектов. Простейшая структурная схема эходефектоскопа изображена на рис. 6.22, о. Здесь генератор 1 возбуждает короткие электрические импульсы и подает их на излучатель 2, который работает как пьезопреобразователь и преобразует данные импульсы в ультразвуковые колебания (УЗК). УЗК распространяются в объект контроля (ОК) 3, отражаются от дефекта и противоположной стороны ОК, принимаются приемником 4 (излучатель и приемник может быть одним и тем же элементом при совмещенной схеме пьезопреобразовате-ля). Приемник 4 превращает УЗК в электрические сигналы и подает их на усилитель 5, а затем на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, на которой формируются пики импульсов!, II, III (верхняя часть рисунка), характеризующие амплитуду эхо-сигналов. Одновременно с запуском генератора импульсов 1 (или с некоторой заданной задержкой во времени) начинает работать генератор развертки 7. Правильную временную последовательность их включения и работы (а также правильную последовательность работы других узлов дефектоскопа, не показанных на рисунке) обеспечивает синхронизатор 6. Синхронизатор приводит в действие генератор развертки 7. Сигнал, поступающий на генератор развертки 7, направляется на горизонтально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. При этом на электронно-лучевой трубке появляется горизонтальная линия (линия развертки дефектоскопа), расстояние между пиками пропорционально пути импульса от излучателя до отражателя и обратно. Таким образом, развертка позволяет различать по времени прихода сигналы от различных отражателей ультразвука (от дефекта II, донный III) и их отклонение от зондирующего I.

тины подают усиленный до необходимой величины полезный сигнал, а на горизонтально отклоняющие — напряжение развертки (рис. 2.3). развертку синхронизируют с частотой зондирующих посылок. Необходимую длительность развертки /р определяют скорость звука с в материале и максимальная толщина ОК птах: /р =

ния ОК с находящимися в нем дефектами. Для этого на вертикально отклоняющие пластины трубки подрют напряжение от генератора развертки, а на горизонтально отклоняющие — от специального генератора, электромеханически связанного с устройством перемещения ЭАП вдоль поверхности ОК. Усиленные эхосигналы увеличивают яркость свечения луча.

Схема сверхвысокочастотного осциллогра-фического электроннолучевого прибора: 1 - подогреватель катода; 2 - катод; 3 - ускоряющий электрод; 4 - коаксиальные вводы сигнала; 5- электропроводящее покрытие (аквадаг); 6- выводы системы после-ускорения; 7 - катодолюминесцентный экран; 8- спиральный электрод системы послеускорения; 9 - стеклянный баллон; Ю- горизонтально отклоняющие пластины; // - спиральная отклоняющая (в вертикальном направлении) система; 12-анок, 13 - модулятор

Задающий генератор 1 вырабатывает импульсы, которые используются для одновременного запуска генератора радиоимпульсов 2, генератора развертки 5 и измерителя интервалов времени 6. Высокочастотные импульсы генератора^ 2, преобразованные излучающим пьезопреобразователем 8А в упругие колебания ультразвуковой частоты, пройдя •• через объект контроля МКК. попадают на приемный пьезопреобразователь 8Б, который преобразует их в высокочастотные импульсы. Эти импульсы через аттенюатор 3 поступают на вход усилителя 4, откуда, усиленные и продетектированные, подаются на вертикально отклоняющие пластины осциллографического индикатора 7, на горизонтально-отклоняющие пластины которого поступает пилообразное напряжение с генератора развертки 5.

Сигналы с головок перед подачей в каналы видимой и импульсной индикации усиливаются в блоке предварительного усилителя, после чего разделяются по двум каналам. После усиления каналом импульсной индикации сигналы подаются на горизонтально отклоняющие пластины -нижней половины электронно-луче- / вой трубки. В этой части трубки индикация дефектов воспроизводится в виде импульсов. Канал видимой индикации служит для преобразования сигналов записи в темные полосы, свидетельствующие о наличии дефектов, Усилитель видимой индикации

Генератор строчной развертки подает пилообразное напряжение на вертикально отклоняющиеся пластины верхней и нижней половины электронно-лучевой трубки. Генератор кадровой развертки подает пилообразные импульсы на горизонтально отклоняющиеся пластины верхней половины трубки.

Ультразвуковые дефектоскопы предназначены для излучения ультразвуковых колебаний, приема эхо-сигналов, установления положения и размеров дефектов. Простейшая структурная схема эходефектоскопа изображена на рис. 6.22, о. Здесь генератор I возбуждает короткие электрические импульсы и подает их на излучатель 2, который работает как пьезопреобразователь и преобразует данные импульсы в ультразвуковые колебания (УЗК). УЗК распространяются в объект контроля (ОК) 3, отражаются от дефекта и противоположной стороны ОК, принимаются приемником 4 (излучатель и приемник может быть одним и тем же элементом при совмещенной схеме пьезопреобразовате-ля). Приемник 4 превращает УЗК в электрические сигналы и подает их на усилитель 5, а затем на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, на которой формируются пики импульсов I, И, III (верхняя часть рисунка), характеризующие амплитуду эхо-сигналов. Одновременно с запуском генератора импульсов 1 (или с некоторой заданной задержкой во времени) начинает работать генератор развертки 7. Правильную временную последовательность их включения и работы (а также правильную последовательность работы других узлов дефектоскопа, не показанных на рисунке) обеспечивает синхронизатор 6. Синхронизатор приводит в действие генератор развертки 7. Сигнал, поступающий на генератор развертки 7, направляется на горизонтально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. При этом на электронно-лучевой трубке появляется горизонтальная линия (линия развертки дефектоскопа), расстояние между пиками пропорционально пути импульса от излучателя до отражателя и обратно. Таким образом, развертка позволяет различать по времени прихода сигналы от различных отражателей ультразвука (от дефекта II, донный III) и их отклонение от зондирующего I.

В большинстве эхо-импульсных дефектоскопов в качестве индикаторов используют электронно-лучевые трубки с электростатическим отклонением луча в виде индикаторов типа А (индикаторы типов В и С рассмотрены в гл. 7). На экране такого индикатора воспроизводится в масштабе процесс распространения УЗ-колебаний в контролируемом объекте. Длительность развертки регулируется в зависимости от скорости распространения УЗ-колебаний в материале объекта и толщины контролируемого слоя. Для формирования изображения на горизонтально отклоняющие пластины подается пилообразное напряжение, вырабатываемое генератором напряжения развертки.

fo автотрансформатора AT через 'Конденсатор С] и амперметр Л. Сигнал, снимаемый со встречных обмоток катушек датчика, балансируется компенсаторами по фазе и амплитуде, усиливается усилителем У1 и подается на вертикально отклоняющие пластины электронной трубки. На горизонтально отклоняющие пластины подается пилообразное напряжение. Генератор этого напряжения Г запускается остроконечными импульсами, сформированными из сигнала промышленной частоты. Иногда на выходе прибора подключают щелевой усилитель У2, обеспечивающий фиксацию мгновенных значений напряжения.

Синхронизатор вырабатывает импульсы, которые используются для одновременного запуска генератора радиоимпульсов и генератора развертки. Короткие импульсы генератора радиоимпульсов подаются на излучающую искательную головку, где ее пьезо-элементом преобразуются в упругие механические колебания, которые через акустический контакт вводятся в испытуемое изделие 8. Отраженные от дна изделия упругие колебания воздействуют на пьезоэлемент приемной искательной головки и преобразуются в высокочастотные электрические импульсы, поступающие на вход усилителя. Усиленные и продетектированные импульсы подаются на вертикально-отклоняющие пластины осциллографи-ческого индикатора для визуального наблюдения. На горизонтально-отклоняющие пластины осциллографического индикатора поступает пилообразное напряжение, вырабатываемое генератором развертки. В схему усилителя входит ступенчатый делитель напряжения, позволяющий измерять амплитуды сигналов.

В рассмотренных модах нормальных волн колебания частиц среды совершаются в плоскости распространения волны. Они являются результатом интерференции продольной и поперечной вертикально поляризованных волн. В пластине возможно также образование волн в результате интерференции поперечных горизонтально поляризованных волн. При отражении от границ пластины волны с горизонтальной поляризацией не испытывают трансформации и система дисперсионных кривых аналогична показанной на рис. 1.6.

соответствующую центральному лучу пучка — акустической оси. Для любого луча, распространяющегося под углом к основной плоскости, имеется вспомогательная плоскость падения, в которой происходят колебания в отраженном и преломленном лучах поперечных волн. По отношению к основной плоскости эти колебания имеют Некоторую перпендикулярную ей составляющую, т. е. будет доля горизонтально поляризованных колебаний. Это естественная располяризация. Она усиливается, если плоский источник колебаний имеет локальные нарушения в амплитуде и направлении излучения.

С помощью ЭМА-преобразователей удается возбудить наклонные поперечные волны горизонтальной поляризации, что трудно сделать другими способами. Для этой цели используют пространственно периодическую систему магнитов (рис. 1.29, в). Между магнитами и ОК располагают проводники с переменным током I (один из проводников показан на рисунке). Взаимодействие наведенного тока \' с силовыми линиями магнитного поля В приводит к возникновению упругих сил, направленных перпендикулярно плоскости рисунка. Это и требуется для возбуждения наклонных поперечных волн, поляризованных перпендикулярно плоскости преломления. Расстояние между одноименными полюсами магнитов m=A(/sin a. Разработаны также способы возбуждения горизонтально поляризованных волн с использованием магнитострикцион-ного эффекта.

чения коэффициента рассеяния бр. При постоянной частоте коэффициент рассеяния продольных волн в 4...6 раз меньше, чем поперечных, однако в знаменателе формул табл. 2.1 фигурирует произведение брС, а скорость продольных волн в 2 раза больше, чем поперечных. В результате выигрыш при использовании продольных волн вместо поперечных оказывается не столь значительным. Преимущества применения продольных волн подтверждаются практическими данными для аустенитных сталей (см. п. 3.1.4). Еще больший выигрыш для этих сталей дает применение горизонтально поляризованных волн. Уменьшение произведения брс (пропорционального бр)\,) способствует устранению помех от вторичного рассеяния.

В последние годы привлекает внимание применение горизонтально поляризованных поперечных волн. Они не трансформируются в продольные волны при отражении, обеспечивают низкий уровень структурных шумов, однако излучение и прием таких волн возможны только ЭМА-способом.

При использовании горизонтально поляризованных (SH) относительно плоскости (100) волн можно добиться минимального уровня структурных помех. Так, если 5Я-волна распространяется в плоскости (100), скорость ее постоянна (см. рис. 6.18) и градиент скорости при переходе из одной зоны в другую близок к нулю. Этим можно объяснить преимущества контроля SH-волнами по сравнению с волнами других типов. Но ввести в шов SH-волну, распространяющуюся в плоскости (110), технически очень сложно. На практике обычно применяют поперечные

В окрестности дефекта на поверхности раздела в нагруженном композиционном теле локальные напряжения резко возрастают, особенно около границ дефекта. Если уровень локальных напряжений достаточно высок, то дефект становится неустойчивым и может развиться до столь больших размеров, что тело разрушится. При исследовании динамических задач теории упругости было установлено, что динамическая концентрация напряжений выше концентрации, рассчитанной для соответствующей статической задачи. Вследствие этого может оказаться, что дефект на поверхности раздела будет развиваться или нет в зависимости от того, прикладывается ли внешняя нагрузка внезапно, скачком, или же возрастает постепенно. Распространение дефекта вдоль поверхности раздела двух соединенных упругих тел с различными упругими константами и различными плотностями изучалось в работе Брока и Ахенбаха [17]. Было установлено, что развитие дефекта вызвано концентрацией напряжений, возникающей в тот момент, когда система горизонтально поляризованных волн достигает границы дефекта. Предполагалось, что разрыву адгезионных связей предшествует течение в слое, связывающем тела в единую систему. Была вычислена скорость перемещения переднего фронта зоны течения для различных значений параметров, определяющих свойства материала, и различных систем волн. Оказалось, что по достижении критического уровня пластической деформации происходит разрыв материала на заднем фронте зоны течения.

В [422, с. 3160)] сообщается о разработке ПЭП для излучения и приема наклонных горизонтально поляризованных поперечных волн. Они имеют частоту 2... 5 МГц, размер пластины 5x5 или 10 х 10 мм, угол преломления 90 и 70°. Волны излучаются в призму, а затем проходят в ме-

Следует отметить, что поверхностная горизонтально поляризованная поперечная волна не является волной Рэлея, поскольку последняя - комбинация вертикально поляризованной поперечной волны и продольной волны, которые в рассматриваемом случае отсутствуют. В [422, с. 3160], как отмечалось ранее, сообщается о разработке ПЭП для излучения и приема наклонных горизонтально поляризованных поперечных волн, в том числе с углом преломления 90°.

В пластине возможно также возбуждение мод, обусловленных интерференцией горизонтально поляризованных попе-

речных волн. Они являются частным случаем волн Лява. В общем случае волнами Лява называют поперечные волны с горизонтальной поляризацией, распространяющиеся в пластине, граничащей с другими средами. При отражении от поверхностей пластины такие волны сохраняют свою поляризацию (не трансформируются), поэтому дисперсионные кривые для горизонтально поляризованных (SH) волн Лява в пластине со свободными поверхностями аналогичны кривым для волн в жидком слое.