Отражения ультразвука

=—^~> 1гДе сь c' и сь c<— скорости распространения продольных и поперечных волн соответственно в первой и второй средах; а/( at и Р/, р^ — соответственно углы преломления и отражения продольной и поперечной волн (р/ = Р)].

ной и поперечной волн; S;, Р^ — углы отражения продольной и поперечной

дуля входного акустического импеданса ОК, приводящего к уменьшению коэффициента отражения продольной волны. Таким образом, регистрируют не только факт возбуждения волн Лэмба, но их частоты.

поверхности ОК углы падения несколько отличаются от aopt. В результате происходит уменьшение коэффициента отражения продольной волны лишь от части озвученной поверхности ОК и в отраженном пучке продольных УЗ-волн появляется зона пониженной интенсивности. Это

Далее определяют эквивалентную площадь дефекта. Если граница свободная, считают, что эквивалентная площадь равна площади плоскодонного отражателя. Если границе твердая, то эквивалентную площадь умножают на 0,5 - таково приближенно отношение коэффициентов отражения продольной волны от шлака и непровара. Рекомендовано использовать в качестве модели искусственного дефекта полосу (плоскодонный паз), которая лучше имитирует форму реальных дефектов, чем плоскодонное отверстие.

блюдают многократные отражения продольной волны по толщине стенки: импульсы А, В и D (рис. 7.50).

После третьего отражения продольной волны наблюдается появление эхо-сигнала С поперечной волны. Это объясняется тем, что, несмотря на применение фокусировки, продольная волна расходится и после нескольких многократных отражений падает на внутреннюю поверхность трубы под достаточно большим углом. В результате отражения она расщепляется на продольную и поперечную волны. Отраженные волны проходят тот же путь в обратном направлении с трансформацией на внутренней поверхности поперечной волны в продольную.

Положение 2. Эхо-импульс от боковой стенки после отражения продольной волны под* углом 45°. Отщепленная поперечная волна не дает в этом месте мешающих отражений, так как она выходит под неблагоприятным углом и исчезает. Отражение появляется на расстоянии

где с i, ct, с/2, с (2 — скорости распространения падающей (L), отраженных (L', 5") и преломленных (L2, 52) волн в верхней и нижней средах. Угол отражения продольной волны р/, равен углу падения а. Амплитуды всех отраженных и преломленных волн могут быть найдены из граничных условий, которые для двух плотно соединенных твердых тел заключаются в равенстве нормальных и тангенциальных смещений и напряжений по обе стороны от границы, Если скорость звука в нижней среде сй больше, чем в верхней с/, угол преломления у; больше угла падения а, и при некотором значении угла

Y; —угол отражения продольной волны; а/, а, - углы преломления продольной и поперечной волн;--------расчет по закону

В задаче 1.3,1 с использованием этой формулы показано, что отражение от тонкого слоя, заполненного газом, происходит практически полностью, а через слой, заполненный жидкостью, прохождение энергии довольно велико. Это показывает возможность отражения ультразвука от тончайших дефектов и необходимость заполнения промежутков жидкостью, когда необходимо обеспечить передачу через них ультразвука.

Синхронизатор 8 обеспечивает требуемую временную последовательность работы всех узлов дефектоскопа. Одновременно с запуском генератора импульсов (или с некоторой заданной задержкой) он приводит в действие генератор развертки 9 ЭЛТ. Развертка позволяет различать по времени прихода сигналы от объектов отражения ультразвука, расположенных на разном расстоянии от ЭАП, например сигналы от дефектов отличить от донного сигнала. Синхронизатор также управляет работой блоков ВРЧ и АСД.

Используют два варианта метода. В первом варианте ультразвуковые импульсы вводят в металлический слой (рис. 3.22, а), в котором наблюдаются многократно отраженные эхосигналы. Дефект соединения увеличивает коэффициент отражения ультразвука (УЗ) на границе раздела металл — пластик, что уменьшает скорость затухания амплитуд эхосигналов (увеличивает время реверберации) в слое металла. Во втором варианте УЗ вводят в слой пластика (рис. 3.22, б). В зоне доброкачественного склеива-

По затуханию ультразвука оценивают содержание примесей, нарушающих кристаллическую структуру чистых материалов, например алюминия. Для этой цели используют измерение так называемого «времени звучания», т. е. интервала времени, за которое многократные отражения ультразвука в образце с плоскопараллельными поверхностями уменьшаются до определенного уровня от некоторого выбранного значения. Небольшие поперечные размеры образца позволяют не учитывать дифракционное расхождение лучей.

отражения ультразвука от структурных неоднородностей изделия (структурные шумы); являются основным фактором, ограничивающим возможность контроля или предельную чув-.ствительность при проверке изделий из крупнозернистых материалов [21]. Для улучшения выявляемое™ дефекта на фоне структурных шумов акустическое поле преобразователя следует максимально сконцентрировать в зоне предполагаемого расположения дефекта. Если дефект находится в дальней зоне, по возможности сужают диаграмму направленности, увеличивая диаметр преобразователя. Если дефект попадает в ближнюю зону преобразователя, рекомендуется применять фокусировку ультразвука. Полезно также уменьшать длительность импульсов, применять импульсы колоколо-образной формы, продольные волны вместо поперечных (для них меньше коэффициент рассеяния), раздельные преобразователи. Выявляемость дефектов на фоне структурных шумов облегчается при использовании системы ВАРУ и компенсированной отсечки в усилителе дефектоскопа.

Отражение и прохождение ультразвука. Способность ультразвука отражаться от границ раздела сред с разными акустическими сопротивлениями характеризуется коэффициентом отражения R, представляющим собой отношение амплитуд давления в отраженной и падающей волнах: R — Р07р/Р0. Именно на этом свойстве основано выявление дефектов при ультразвуковом контроле. При решении задачи отражения ультразвука эффективно воспользоваться понятием нормального импеданса, представляющего собой отношение акустического давления к нормальной составляющей колебательной скорости, за счет которой осуществляется перенос энергии из одной среды в другую:

Наибольшее применение в ультразвуковой дефектоскопии нашли фокусирующие устройства в виде линз. На рис. 3.29 показан фокусирующий преобразователь ИЦ-ЗБ [39], предназначенный для контроля труб в контактном варианте. Протектор преобразователя выполнен в виде цилиндрической линзы из алюминия, скорость поперечных волн в котором больше скорости продольных волн в плексигласе, поэтому вогнутая форма протектора соответствует собирающей линзе. Многократные отражения ультразвука в протекторе приводят к концентрации не вошедшей в изделие энергии у боковых границ призмы и протектора, где она гасится.

В сварных швах стали 22К заметного отражения ультразвука от линии сплавления не наблюдается. В швах стали СтЗ имеет место некоторое ослабление ультразвука в зоне перехода от мелкого зерна к крупному, а в некоторых случаях в результате отражения ультразвуковых колебаний от структурных неоднородно-стей металла шва наблюдаются сигналы малой интенсивности (в дальнейшем будем называть их ложными). Ложные сигналы фиксируются при повышенной чувствительности прибора. Примером этого являются результаты, полученные на некоторых металлургических заводах и заводах тяжелого машиностроения, где контролировали электрошлаковые швы стали СтЗ толщиной 100—150 мм. При использовании частоты ультразвука, равной 2,5 МГц, ложные сигналы отсутствовали, и лишь в одном случае при работе на частоте 1,8 МГц наблюдались ложные сигналы. Однако при введении отсечки шумов ложные сигналы исчезли. При этом чувствительность прибора оказалась достаточной для выявления всех недопустимых дефектов.

Проводилось исследование сварных соединений методом акустической микроскопии на частотах 25 ... 50 МГц. Установлено, что граница шва при нормальном режиме сварки не имеет резко выраженных структурных неоднородностей и отражения ультразвука от нее не наблюдается даже на частоте 50 МГц.

Дефекты типа непроваров и вертикальных трещин хорошо выявляются, если от них принимаются зеркальные отражения ультразвука. Неблагоприятно ориентированные дефекты плохо выявляются при контроле эхометодом, так как зеркально отраженные от них лучи не попадают на излучающе-приемный преобразователь. Такие дефекты можно обнаруживать путем регистрации дифракционных волн от краев трещин при чувствительности в 5 ... 10 раз выше обычно применяемой (при контроле по совмещенной схеме).

По экспериментам Р. Кажиса и др., коэффициент отражения ультразвука от границы баббит-сталь 0,22 ... 0,24, а баббит-бронза 0,29 ... 0,31 [423, с. 207].