Отражение преломление

Первый путь—-это использование отражения ультразвуковых волн от несплошностеп контролируемом детали, которые имеют отличное от основного металла акустическое сопротивление. Изменяется и регистрируется отраженная волна (рис. 5.14, а).

При контроле по совмещенной схеме контактным способом после зондирующего импульса наблюдают отражения ультразвуковых импульсов (иногда многократные) в пьезоэлементе, протекторе, демпфере, призме. Это помехи преобразователя (см. рис. 2.3) . По мере удаления во времени от зондирующего импульса эти помехи уменьшаются и исчезают. При контроле преобразователем с акустической задержкой (иммерсионной жидкостью, призмой) помехи, непосредственно следующие после зондирующего импульса, не мешают контролю, так как в это время ультразвуковой импульс распространяется не в ОК. Однако в этом случае выявлению дефектов вблизи поверхности мешает интенсивный импульс, отраженный от этой поверхности (начальный импульс) и сопровождающие его многократные отражения в элементах преобразователя. Такой импульс наблюдают даже при наклонном падении пучка на контактную поверхность, поскольку падающая волна является не безграничной плоской волной, а пучком лучей, имеющим боковые лепестки, в том числе перпендикулярные поверхности.

Межкристаллитная коррозия поражает изнутри стенки сосудов и трубопроводов. Она проявляется в том, что происходит химическое превращение веществ, располагающихся по границам кристаллитов (зерен) металла и в результате резко снижается его прочность. Другие виды коррозии обнаруживают по локальному уменьшению толщины стенок с помощью толщиномеров группы Б. Межкристаллитная коррозия характерна очень тонкими промежутками между зернами металла, причем эти промежутки заполнены продуктами коррозии. Такие несплошности не дают четкого отражения ультразвуковых волн, поэтому межкристаллитную коррозию контролируют по затуханию ультразвука (ГОСТ 6032— 75).

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.

работающего по принципу отражения ультразвуковых импульсов от дефектов в изделии (рис. 5.22).

В основе применения ультразвуковой дефектоскопии лежит свойство отражения ультразвуковых колебаний от встретившихся препятствий в виде границ раздела различных сред. Существует несколько методов ультразвуковой дефектоскопии: наибольшее развитие на МТЗ получили эхо-импульсный и иммерсионный методы, кратковременные импульсы высокочастотных колебаний вырабатываются генератором радиоимпульсов. Высокочастотные колебания возбуждают пьезоэлектрический преобразователь, который излучает упругие

Наибольшего применения метод ультразвукового контроля достиг при проверке сварных изделий из перлитных сталей. Для аустенитных сварных соединений использование ультразвукового контроля затруднено в связи с крупнокристаллическим строением шва и проявлением при этом эффекта отражения ультразвуковых волн от границ зерен., Попытки устранить этот эффект с помощью уменьшения частоты колебаний позволили за последнее время применить рассматриваемый метод контроля и для аустенитных сварных соединений при толщинах до 30—50 мм.

Если через поток воды, насыщенный вследствие кавитации пузырьками пара и воздуха, пропускать ультразвуковые колебания и улавливать их после прохождения через поток и систему лопастей рабочего колеса или после прохождения через поток и отражения от поверхности лопастей, то в обоих случаях количество уловленной энергии колебаний является показателем степени развития кавитации. Указанное позволяет проводить исследование кавитации при помощи ультразвука двумя спосо-собами; способом просвечивания потока и способом отражения ультразвуковых колебаний.

При наружном контроле сосудов высокого давления кипящих реакторов плакированная внутренняя поверхность используется в качестве зеркала для отражения ультразвуковых импульсов при работе по схеме тандем. При внутреннем контроле (изнутри) сосудов высокого давления реакторов, охлаждаемых водой шысокого давления, система контроля акустически подсоединяется по плакированной внутренней поверхности, а зеркалом в этом случае служит наружная поверхность. В обоих случаях распространение звука через аустенитный плакирующий слой значительно нарушается. Об этом свидетельствуют колебания амплитуды при V-образном прозвучивании, измеренной первым и последним искателями, при перемещении системы искателей (рис. 30.4). Причинами таких колебаний являются особенности структуры поверхности плакирующего слоя, граница раздела плакирующий слой — основной металл и колебания толщины самого плакирующего слоя. Сюда добавляются неровности наружной поверхности и возможные местные колебания структуры плакирующего слоя, а возможно, и основного металла. Перечисленные влияющие факторы приводят к колебаниям затухания звука и искажениям и отклонениям звукового поля [1703, 1004, 1641]. Эти колебания при контроле изнутри проявляются меньше, чем при контроле снаружи. Чтобы можно было обобщенно учесть влияние таких помех, измеряют амплитуду при V-образном прозвучивании на представительных участках сосуда высокого давления перед собственно испытанием и статистически •оценивают ее (например, определяют среднее значение и сред-

Акустические уровнемеры используют эффект отражения ультразвуковых волн от границы раздела сред (или от плавающего по поверхности жидкости поплавка).

Удельные волновые сопротивления газов, жидкостей и металлов ¦относятся между собой как 1:3000:100 000. Такие соотношения удельных сопротивлений используются в ультразвуковой дефектоскопии, при этом отражения ультразвуковых колебаний от поверхностей дефектов в металле рассматриваются как отражения от границы раздела «металл — воздух». Чем больше отличаются акустические сопротивления дефектов от общей массы металла, тем проще их обнаружить, так как большая часть ультразвуковой энергии в таком случае будет отражаться от дефектов в направлении к приемнику ультразвуковых колебаний.

Металлы, применяемые на практике, имеют поликристаллическую структуру, они состоят из большого количества кристаллитов (зерен) — монокристаллов, не имеющих явно выраженной огранки. Чаще всего кристаллиты ориентированы случайным образом; при переходе ультразвука из одного кристаллита в другой скорость звука из-за анизотропии может измениться в большей или меньшей степени. В результате возникает частичное отражение, преломление ультразвука и трансформация типов волн, что определяет механизм рассеяния.

Металлы, применяемые на практике, имеют поликристаллическое строение, и затухание волн в них предопределяется двумя основными факторами: рефракцией и рассеянием ультразвука вследствие анизотропии механических свойств металла. В результате рефракции фронт ультразвуковой волны отклоняется от прямолинейного направления распространения и амплитуда принимаемых сигналов резко падает. Помимо рефракции волна, падающая на границу кристаллов (зерен), испытывает частичное отражение, преломление ультразвука и трансформацию, что и определяет механизм рассеяния. Рассеяние в отличие от рефракции приводит не только к ослаблению сигнала, но и образованию

Трансформация УЗ-колебаний. При наклонном падении (под углом Р) продольной волны из одной твердой среды на границу с другой твердой средой на границе раздела происходят отражение, преломление и трансформация волны и в общем случае возникают еще четыре волны (рис. 1.10, а): две преломленные — продольная и поперечная (скорости сг и ct) и две отраженные — продольная и поперечная (скорости ctj и с ц). Направления распространения отраженных и преломленных волн отличаются от направления распространения падающей волны. Однако все эти направления лежат в одной плоскости — плоскости падения. Плоскостью падения называют плоскость, образованную падающим лучом и нормалью к отражающей поверхности, восстановленной в точке падения луча. Углы, образованные с этой нормалью, называют соответственно углами падения, отражения и преломления (рис. 1.10, б). Эти углы можно определить исходя из следующих рассуждений. При падении плоской волны под углом Р с фронтом AD на границу раздела двух сред она отражается под углом 9отр с фронтом BE и после преломления под углом Опр распространяется во второй среде с фронтом ВС. Времена распространения волны в первой среде от точки D до точки В и от точки А до точки Е в первой среде и от точек В и Л до точки С во второй среде равны между собой. Рассмотрев треугольники ABC, ABD и ABE, найдем

В кристаллах скорость звука имеет равное значение в зависимости от направления его распространения относительно осей симметрии кристалла. В результате на границах раздела кристаллов, возникают частичное отражение, преломление ультразвука и трансформации типов волн, что и определяет механизм рассеяния. Вследствие этого ультразвук сильно .затухает в различных металлах и сплавах, в том числе и в баббите. Степень затухания определяется, кроме того, и частотой.

При наклонном падении ультразвуковой волны на границу раздела двух твердых сред I и II (рис. 1.3) происходит отражение, преломление и расщепление (трансформация) волны. Так, если в среду II падает из среды I продольная волна С/ (см. рис. 1.3, а) под углом р то в общем случае возникают еще четыре волны: две отраженные (продольная С/, и поперечная С/() и две преломленные (продольная С/2 и поперечная С/2). Углы отражения и преломления связаны с углом падения выражением Снеллиуса:

Скорости распространения упругих волн зависят от типа этих волн и свойств материала среды (упругих постоянных и плотности). Скорость с± поперечных волн для большинства материалов составляет 0,325— 0,68 от скорости С[ продольных в безграничной среде, скорость поверхностных — около 0,9 скорости поперечных. Скорости распространения нормальных и стержневых волн зависят от частоты, толщины изделия и моды колебания. При падении на границу раздела двух сред происходит отражение, преломление и трансформация волн. Напр., при падении продольной волны L (рис. 1) на границу раздела двух твердых сред в первую среду отражается

В поликристаллической среде и металлах, обладающих упругой анизотропией, затухание определяется рассеянием энергии колебаний зернами металла. В отдельных кристаллах скорость ультразвука имеет разное значение в зависимости от направления его распространения относительно осей симметрии. Поэтому при переходе ультразвука из одного кристалла в другой вследствие различной ориентации кристаллов скорость ультразвука может существенно изменяться. В результате этого возникает частичное отражение, преломление и трансформация типов УЗВ. Ультразвуковые колебания постепенно рассеиваются во все стороны, причем степень рассеяния зависит главным образом от отношения длины К упругой волны к среднему диаметру d зерен-кристаллов, а также от степени анизотропии металла.

а — отражение, преломление и трансформация УЗ К на границе твердых сред / и //; б, в — распространение соответственно продольной и сдвиговой волн на границе раздела сред при критических углах соответственно Р _ и Р

Описание различных способов создания поляризованного света (отражение, преломление и т. д.) дается в книгах по оптике. Явление плоской поляризации можно пояснить с помощью простой аналогии со шнуром (фиг. 1.10). Предположим, что один его конец приводится рукой в поперечное движение, как это показано слева на рисунке. Если этот шнур пропустить через вырез в доске, то через него пройдут только колебания с направлением в плоскости выреза. Это и есть плоскополяризованные волны. Доска с вырезом служит плоским поляризатором.

Отражение (преломление) называют правильным, если падающий и отражённый (преломлённый) лучи лежат в одной плоскости с нормалью к поверхности раздела двух сред, а поверхности, дающие такое отражение (преломление), называют абсолютно.ровными. Отражение (преломление) называют диффузным,

Вследствие такого сложного характера взаимодействия излучения и вещества очевидно, что теплообмен излучением является 'комплексным процессом, состоящим из ряда основных или первичных процессов. К этим первичным процессам относятся, в частности, испускание, дисперсия, рассеяние, отражение, преломление и, наконец, поглощение. Поэтому при изучении закономерностей радиационного теплообмена прежде всего необходимо знать совокупность перечисленных первичных процессов взаимодействия излучения и вещества.