Направления распространения

Поперечные волны используют для выявления дефектов, близких к поверхности, за счет углового эффекта, т. е. двойного отражения от поверхности ОК и дефекта (см. рис. 2.17). При этом, однако, не рекомендуются углы падения на поверхность изделия близкие к 60°, так как при отражении от дефекта в этом случае происходит трансформация поперечных волн в продольные и амплитуда отраженного сигнала имеет минимум. При выборе направления прозвучивания учитывают возможности уменьшить или избежать возникновения помех. Например, при обсуждении рис. 2.21, а отмечалось, что ложные сигналы от угла F меньше при про-звучивании справа (из положения преобразователя G), а не слева.

Поскольку уровни чувствительности задаются Б единицах эквивалентной площади, основным видом искусственного дефекта является плоскодонное отверстие, ориентированное вдоль направления прозвучивания. Применяют также модели дефектов в виде бокового отверстия, уголкового отражателя.

Направления прозвучивания выбирают, исходя прежде всего из соображений обеспечения надежного обнаружения характерных для данного изделия реальных дефэктов. Для этого на основании анализа чертежей и технологии изготовления с определенной вероятностью устанавливают преимущественные координаты, ориентацию, размеры, форму дефектов, которые могут образоваться в готовом изделии. Такой анализ позволяет выявить слабые места конструкции, на которые при контроле следует обратить особое внимание. Например, в сварных сосудах это места пересечений продольных и кольцевых швов, .подверженных знакопеременным нагрузкам; в цилиндрических поковках, роторах — центральная зона с концентрацией неметаллических включени и; в изделиях с плакирующим слоем — зона сплавления основного и наплавленного металла с возможными отслоениями; в изделиях сложной формы — галтельные переходы, выточки, пазы, где возможно возникновение поверхностных трещин, и т. д. Для некоторых дефектов преимущественные координаты и ориентация пол-

Основные направления прозвучивания, обеспечивающие максимальный сигнал от дефекта, выбирают с учетом выявленной преимущественной ориентации типичных для данного изделия плоскостных дефектов. Присутствие их в схеме контроля обязательно.

Условие построения оптимальной акустической системы, реализующей основные направления прозвучивания, сводятся к следующему: направления в пространстве оси отраженного УЗ-поля и оси излучения — приема должны быть по возможности близки друг к другу, т. е.

Для обнаружения различно ориентированных случайных дефектов и с целью получения дополнительной информации о характере дефектов в схему контроля вводят дополнительные направления прозвучивания, как можно более далеко отстоящие от основного. На практике.это достигается иногда без увеличения числа преобразователей путем' прозвучивания прямым и отраженным лучами, с противоположных сторон контролируемого сечения, с нескольких поверхностей .изделий, поворотом преобразователя вокруг эпицентров излучения и отражения.

2. Выбор оптимального направления прозвучивания, что имеет существенное значение;, если структура материала неоднородна, неизотропна. Оптимальным является направление, вдоль которого минимальны изменение упругих свойств материалов и влияние этого изменения на распространение УЗ (см.подразд. 6.2),

Анизотропия свойств проката не только влияет на скорость волн в разных направлениях, но и резко ослабляет амплитуду сигналов вследствие интерференции и рассеяния. На рис. 6.27 приведены кривые изменения амплитуды сигналов, отраженных от пересечения просверленного отверстия с внутренней поверхностью трубы, в зависимости от направления прозвучивания и углов ввода, полученные при использовании совмещенного преобразователя. Отметим, что в отличие от изотропного материала амплитуда сигнала в этом случае сильно зависит от направления прозвучивания. При а — 70° для ф — 90° амплитуда сигнала значительно выше, чем при ф = 0°. Это объясняется текстурой проката. При любом ф ^ 0; 90° волна, вводимая в металл, разлагается на две компоненты, поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях и распространяющиеся с разными скоростями (см. рис. 6.27). При изменении ф сдвиг фаз этих компонент

меняется и поэтому амплитуда регистрируемого сигнала изменяется немонотонно. Если излучаемый импульс имеет длительность менее 1 икс, каждый из описанных сигналов можно разрешить. Однако обычно используются импульсы большей длительности, и при изменении направления прозвучивания одного и того же вертикального отверстия в прокате изменение амплитуды отраженного сигнала может превышать . 20 дБ.

Так, если после первичного контроля штанга по доле дефектных деталей занимала среди проконтролированных деталей второе место, то после вторичного — четвертое. Это объясняется отсутствием на ней резьбы и галтели, в которых наиболее вероятно возникновение усталостных трещин. О том, что при повторном контроле основной вклад в дефектность вносят усталостные трещины, говорит и распределение дефектов по участкам деталей: около 80% дефектов располагалось во впадине резьбы и проточке, остальные — трещины или заковы (закаты) — в теле деталей. Выявление дефектов типа заков (закат) объясняют рядом причин: пропуском этих дефектов при первичном УЗ контроле из-за неблагоприятной ориентировки их относительно направления прозвучивания; отсутствием данных по удалению дефектов, допускаемому НТД; некоторой недостоверностью данных, зависящей от не всегда достаточной квалификации и добросовестности дефектоскопистов.

Данный метод эффективен в основном для стеклопластиков с четкой периодической структурой, не имеющей дефектов. Точность определения прочности в стеклопластиках с хаотическим расположением стекловолокна будет зависеть от степени распределения наполнителя и его местной ориентации. В стеклопластиках с ориентированной и тканой структурами значительные погрешности при определении прочности будут зависеть от свилеватости волокна и ошибок в укладке стеклопакетов. Поэтому выбор оптимального направления прозвучивания, в котором проявляется высокая чувствительность, является весьма важным при определении прочности. Следует отметить, что для точного определения прочности стеклопластиков необходима высокая точность определения акустических параметров. В настоящее время наиболее высокая точность достигнута при определении скорости распространения ультразвуковых волн, чего нельзя сказать в отно-

В металлах возбуждаются волны нескольких типов: поперечные, продольные и поверхностные. Возникновение волн того или иного типа определяется упругими свойствами объекта и его формы. Если частицы совершают колебательные движения, совпадающие с направлением движения волны по объекту, то это продольные волны. Когда колебания частиц происходят поперек направления распространения волны, возникают волны сдвига, их называют поперечными волнами.

и всасывания компрессора ГПА-10 дожимной компрессорной установки Оренбургского гелиевого завода. Сооруженный в 1979 г. участок трубопровода имел следующие рабочие параметры: температура — плюс 100°С; давление — 3,7 МПа; транспортируемая среда — очищенный природный газ. Основные характеристики трубопровода: диаметр — 325 мм; толщина стенки — 10 мм; материал по проекту — сталь 10 по ГОСТ 8732-70; материал по исполнительной документации — сталь 20 по ГОСТ 8732-70. Байпасная линия разрушилась на отдельные фрагменты неправильной формы с линейными размерами от 180 до 1300 мм при пуске компрессора. Ультразвуковая толщинометрия восемнадцати фрагментов байпаса показала, что толщина стенки трубы составляла 8,8-11,1 мм. Твердость металла — 206-215 НВ. Для установления очага разрушения фрагменты были обмерены, промаркированы, и в соответствии с линиями разрыва была разработана схема разрушения. На всех представленных фрагментах изучен характер изломов и определены направления распространения трещин, анализ которых позволил предположить, что очаг разрушения находился в сварном шве приварки байпасной линии к крану. Из этого шва были отобраны темплеты для исследования причин зарождения и развития разрушения. Установлено, что очагом разрушения явился участок сварного шва длиной - 50 мм, от которого началось лавинообразное развитие магистральных трещин с многочисленными разветвлениями и изменениями направлений. При изучении рельефа излома сварного шва были выявлены три зоны: 1 — первоначальная трещина длиной до 45 мм и глубиной до 7 мм с очагами разрушения в дефектах сварки (подрез, несплавления); 2 — трещины, развившиеся в процессе эксплуатации байпасной линии; 3 — долом с гладким срезом. Микроструктурный анализ показал, что начальная трещина развивалась в корневом шве по линии сплавления. В ходе анализа химического состава металла было установлено, что материал байпасной линии соответствовал стали 75 по ГОСТ 14959-79, на основании чего было сделано предположение, что для монтажа байпаса был использован участок трубы из обсадной или технической колонны марки Л, применяемой при обустройстве скважин. Механические свойства и хими-

При синхронизации с помощью сигнала с постоянной скоростью v всегда возникает вопрос, чему равна эта скорость и действительно ли она постоянна. В частности, этот вопрос относился и к скорости света: как она зависит от направления распространения, скорости источника света, скорости приемника и других физических условий. Исследование этого вопроса в конце концов привело к следующему фундаментальному результату:

где знак плюс относится к случаю, когда направления распространения света в среде и движения среды совпадают, а знак минус — когда эти направления противоположны.

Можно расширить рамкп теории за счет рассмотрения пластических зон другой формы. Пластическая зона перед краем трещины может отличаться от тонкой полосы и распространяться в области, находящиеся по бокам от направления распространения трещины. Такое расширение рамок коснется определения 8е, а не К,, так как последний случай ограничен только линейными размерами пластической зоны, а не ее формой.

В шестидесятых годах имело место несколько катастрофических разрушений магистральных газопроводов. Характерная особенность этих разрушений - распространение трещины по пилообразной траектории (см. фотографию на рис.46.1). В настоящее время хорошо известно, что для предотвращения хрупкого разрушения температура эксплуатации трубопровода должна превышать температуру перехода стали из "вязкого состояния в хрупкое, которая определяется методом DWTT. Однако механизм, вызывающий нестабильность направления распространения трещины, не получил до сих пор удовлетворительного теоретического объяснения. В этой статье рассматривается стационарное распространение хрупкой трещины по спиральной траектории. Предполагается, что трубопровод заключен в абсолютно жесткую и гладкую оболочку, которая трактуется как сильно упрощенная модель засыпки подземного трубопровода. Доказано, что существование спирального режима распространения стационарной трещины в системе "трубопровод+жесткая обойма" возможно только при отрицательных значениях продольного напряжения.

При отражении от жестко закрепленного конца стержня получается обратная картина. Так как крайний слой стержня закреплен неподвижно, то созданная в нем пришедшим импульсом деформация не меняет своего знака: пришедшее сжатие остается сжатием и растяжение — растяжением. Но при этом вместе с изменением направления распространения импульса изменяется и направление движения частиц в нем, поскольку в импульсе сжатия скорости частиц направлены в сторону движения импульса (в импульсе растяжения — в обратную сторону). Изменение направления скорости частиц объясняется тем, что при распространении импульса вправо скорость частицам данного слоя стержня сообщал деформированный слой, лежащий слева от данного, а после того, как деформация достигла правого конца стержня и частицы остановились, крайний деформированный слой расположен справа от того слоя, частицам которого он сообщает скорость; поскольку знак деформации не изменился, то направление скорости частиц при отражении от закрепленного конца стержня изменяется на обратное.

Так как энергия упругой деформации связана с самим импульсом деформаций, то направление течения энергии, очевидно, всегда совпадает с направлением распространения импульса. Поэтому при отражении импульса деформаций должно изменяться на противоположное и направление течения энергии. Но поток энергии меняет направление на противоположное либо при изменении знака скорости частиц упругого тела, либо при изменении знака деформации. Именно с этим связано то, что при отражении импульса от конца стержня изменяется знак либо деформации, либо скорости частиц. Если бы они не изменяли знака или изменяли его обе одновременно, то энергия, а вместе с тем и импульс деформаций не изменяли бы направления распространения.

Нормальные волны распространяются в пластине, как в волноводе, на большие расстояния. Их успешно применяют для контроля листов, оболочек, труб толщиной 3... 5 мм и менее. Изменение сечения волновода, появление в нем неоднородностей (дефектов) вызывает отражение нормальных волн. Следует отметить, что изменения условий распространения волн в волноводе будут вызываться не только дефектами поперечного типа, но и продольными дефектами, например расслоениями, расположенными вдоль направления распространения волны. Напомним, что объемными волнами дефекты, расположенные вдоль направления распространения волн, выявляются плохо. Эта особенность нормальных волн весьма полезна для дефектоскопии.

Экспериментально установлено, что даже тонкие дефекты, расположенные вдоль направления распространения лучей, вызывают сильное уменьшение сквозного сигнала, хотя площадь их поперечного сечения близка к нулю. Объяснение этого явления состоит в том, что продольная волна, распространяясь вдоль свободной поверхности такого дефекта, становится головной. В каждой точке поверхности ею порождаются отходящие в сторону (боковые) • поперечные волны, что вызывает ослабление сквозного сигнала.

АКУСТООПТЙЧЕСКИЙ ПРОЦЕССОР -оптический процессор, в к-ром пространственно-временная модуляция оптич. излучения осуществляется с помощью акустооптического модулятора света. Такие процессоры обеспечивают обработку информации в реальном масштабе времени в широком частотном диапазоне (до 10 ГГц). Применяются в устройствах оптической обработки информации. АКУСТООПТЙЧЕСКИЙ ФИЛЬТР - управляемый светофильтр, селективные свойства к-рого обусловлены взаимодействием с монохроматич. акустич. волнами лишь тех световых волн, длины к-рых с достаточной точностью удовлетворяют Брэгга-Вуль-фа условию. А.ф. позволяют выделять из широкого спектра оптич. излучения достаточно узкий интервал световых волн, к-рый можно перемещать по этому спектру в широких пределах, изменяя частоту акустич. волны. Различают А.ф. коллинеарные (направления распространения света и акустич. волны совпадают или противополож-