Наклонного просвечивания

3. Условная высота, равная разности глубин залегания дефектов, которые измеряют в крайних положениях наклонного преобразователя при перемещении его перпендикулярно оси шва. Крайними положениями наклонного преобразователя являются положения, соответствующие появлению и исчезновению эхо-сигнала от дефекта на развертке дефектоскопа.

Призма 5 наклонного преобразователя выполнена из полимеров (оргстекла, полистирола и т. д.), что позволяет при малых углах падения продольной волны и низких скоростях их распространения в полимерах вводить в металл только поперечные волны под большим углом (без продольных см. рис, 6.20).

Для наклонного преобразователя построение мнимого источника показано на рис. 1.36, б. Оно выполнено для центральной точки пьезопластины Од. Удовлетворительное совпадение с экспериментальными данными получают лишь для дальней зоны. Экспериментально установлено, что немонотонности поля в ближней зоне отсутствуют. Поле излучения-приема в дальней зоне имеет вид

Рис. 2.7. К конструированию призмы наклонного преобразователя; поперечные волны показаны штриховыми линиями

При углах призмы, близких ко второму критическому значению, необходимо предотвратить возникновение интенсивной рэлеевской волны, которая, отражаясь от неровностей поверхности, вызовет помехи. Согласно § 1.6 в дальней зоне поле излучения наклонного преобразователя можнв представить так, как будто расхождение лучей началось в призме. Отсюда возникает следующее условие: Р + 6"<р,, где Р — угол падения центрального луча, 6" — угол расхождения лучей (считаем крайним луч, амплитуда которого в (10 раз меньше центрального); Р, — угол возбуждения поверхностной волны.

При контроле наклонным преобразователем с углом ввода а мертвую зону определяют формулой Amin=''mniCosa=0,5c(Tj+T.p)cosa. Отсюда следует также возможность сокращения мертвой зоны наклонного преобразователя увеличением угла а. Так, использование поверхностных волн сокращает Лтщ до нуля, но при этом не выявляются дефекты, ориентированные вдоль поверхности,

Точность определения координат дефектов с точки зрения ее проверки рассмотрим сначала для наклонного преобразователя. Положение точки ввода определяют по максимуму отражения от вогнутой цилиндрической поверхности СО-3 или У-1. Точка располагается над осью цилиндра. Угол ввода а определяют по шкалам СО-2 при максимальной амплитуде эхосигнала от отверстия диаметром 6 мм. При использовании V-1 ищут максимум эхосигнала от отверстия диаметром 5Q мм (полоожения Af45, Af?o) или 1,5 мм (положение Mso) в зависимости от а.

2.4.5. Рассчитать квазиискривление акустической оси для наклонного преобразователя из оргстекла [5=40°, D=2a=12 мм, f=2,5 МГц на глубинах А=250 и 500 мм. Затухание поперечных волн в материале 6=0 и 1 Нп/м.

Диаграмму направленности наклонного преобразователя Ф представим, как образованную мнимым излучателем (см. п. 1.6.3) размером 2ai = 2a cos a/cos р\ Путем в призме пренебрегаем. Введем 0=а — «i, где a—угол ввода, а eti — текущее значение угла при перемещении преобразователя по поверхности. Угол а экспериментально определяют по максимуму амплитуды излучения на цилиндрической поверхности образца типа СО-3.

На рис. 3.1 показан пример выбора оптимальной схемы контроля и угла наклона для обнаружения трещины по дифракции продольных волн на ее конце (см. п. 1.4.1). Вертикальная трещина имитирована разрезом. Если применить совмещенную схему, то дифракционный сигнал от ребра разреза, полученный при использовании наклонного преобразователя (рис. 3.1, б), будет в 7 раз больше, чем при использовании нормального преобразователя (рис. 3.1, а). Фактический выигрыш будет не так велик, учитывая потери энергии в призме и больший путь ультразвука. Если применить раз-

1) Измеряют огибающую последовательности амплитуд эхо-сигналов при повороте наклонного преобразователя. Максимальный сигнал наблюдают при направлении луча нормально к поверхности дефекта. Уменьшение сигнала в 2... 4 раза при повороте преобразователя на угол 10... 15° свидетельствует о плоскостном характере дефекта. Если амплитуда уменьшается слабее, дефект имеет объемный характер.

Напряжения ах, ау, GZ, ryx и тгж можно определить, анализируя параллельные плоскостям (х, у) и (х, z) срезы модели с замороженными напряжениями. Оставшуюся компоненту ту2 можно найти при помощи наклонного просвечивания или добавочного среза, параллельного плоскости (y,z).

Фиг. 2.16. Типы полярископов с различным расположением основных элементов. Полярископы с прямым просвечиванием: плоский (а), плоский с компенсатором (б) и круговой (в); отражательные полярископы Нёренберга: плоский с компенсатором или ?без него (г) и круговой (д)', е — отражательный круговой полярископ с одним поляроидом (только с темным полем); ж — отражательный полярископ наклонного просвечивания (плоский или круговой с компенсатором или без него).

Отражательные полярископы наклонного просвечивания также сохраняют все особенности полярископов проходящего света, причем в них свет тоже дважды проходит через просвечиваемую модель. Однако в этом полярископе свет внутри модели до отражающей поверхности и после нее идет разными путями. Если двойное лучепреломление неоднородно, то наблюдаемый эффект; следует рассматривать как интегральный по всему пути света. Возникающая ошибка пропорциональна углу между падающим и отраженным лучами.

'Ф и г. 2.18. Полярископ с диффузором, установленный как отражательный полярископ наклонного просвечивания.

При таких условиях наклонного просвечивания получается (при повороте пластинки относительно оси 1 интерференционная картина с порядками полос

Ясно, что такое наклонное просвечивание позволяет отыскать новые соотношения между главными напряжениями. На фиг. 3.17 дана картина полос для того же диска, полученная при повороте на тот же угол относительно вертикального диаметра (главная ось 2), по которому производилось сжатие. Об использовании наклонного просвечивания для определения каждого отдельного главного напряжения [5] говорится в гл. 8 1).

Колумбийская смола CR-39 представляет собой; аллиловую термореактивную пластмассу, в настоящее время чаще других материалов используемую для решения плоских задач. Эта смола изготавливается в виде прозрачных, как стекло, тонких пластин. При нормальном просвечивании в полярископе в плоскости пластинки остаточные оптические эффекты составляют не более одной десятой полосы при толщине пластинки 6,5 мм. Однако при просвечивании вдоль плоскости пластины или под углом к ее поверхности в смоле CR-39 обнаруживается заметное двойное лучепреломление. Поэтому для получения точных результатов просвечивать модель нужно перпендикулярно ее плоскости. Из-за остаточных напряжений этот материал не годится для наклонного просвечивания. Ряд свойств материала GR-39 был изучен Кулиджем [6]. Этот материал имеет следующие характеристики (приближенные величины): предел прочности при растяжении — 4,2 кг/мм2, модуль продольной упругости — 2,1-Ю2 кг/мм2; предел пропорциональности — 2,1 кг/мм2', оптическая постоянная материала — 8,0 кг/см на полосу. Стандартные листы имеют толщину от 1,6 до 25,4 мм с размерами в плане до 1220 х 1520 мм. По качеству поверхности листы смолы стоят наравне с полированным стеклом. Модели без остаточного оптического эффекта легко изготовить фрезой при соответствующей технологии обработки, речь о которой'идет несколько ниже.

стей (OY—о'г). Эту задачу можно ставить и как определенна напряжений 0Ж, ау и тжу в выбранной системе координат. Существует несколько методов разделения напряжений. В некоторых из них используются только результаты измерений поля-ризационно-оптическим методом. К ним относятся методы численного интегрирования и наклонного просвечивания. Иные методы разделения напряжений основаны на использовании дополнительных сведений, получаемых с помощью таких экспериментальных методов, как метод сеток, метод электрической аналогии, метод получения изопах и т. п. Ниже метод разделения главных напряжений с использованием данных только поля-ризационно-оптических измерений рассматривается подробно.

Пример определения отдельных величин главных напряжений по этому методу рассмотрен на фиг. 8.4, 8.5 и 8.6. На первых двух фигурах воспроизведены полученные при прямом и наклонном просвечивании (под углом 35°) картины полос интерференции диска с четырьмя отверстиями, сжатого вдоль вертикального диаметра. Оптический эффект в диске пришлось для удобства просвечивания предварительно «заморозить». Для наклонного просвечивания диск был повернут. Напряжения определяли по уравнениям (8.17). На фиг. 8.6 приведены результаты для двух углов поворота диска. Они сравниваются с результатами, полученными измерением величины ez механическим компаратором. Результаты определения а2 этими тремя способами измерений очень хорошо согласуются друг с другом. Некоторое отклонение заметно для ov Площадь под кривой 02 уравновешивает нагрузку с погрешностью в пределах ±1,5%.

Составляющие о*.,., оу,
14*. А б е н X. К., О применении метода наклонного просвечивания в фотоупругости, Изв. АН ЭССР, т. IX, № 1, 1960.