Рассеяние ультразвука

При испытаниях на усталость образцов или деталей обнаруживается разброс определяемых значений. Это относится к значениям предела выносливости и в особенности ограниченной выносливости или усталостной долговечности. Статистическая природа процесса усталостного разрушения предопределяет рассеяние результатов усталостных испытаний в большей степени, чем других видов испытаний.

Испытания на изгиб вследствие небольших помех обеспечивают меньшее рассеяние результатов, чем испытания на растяжение-сжатие.

Существующие методы измерения твердости при повышенных температурах можно разделить на две группы: 1) статические (методы вдавливания наконечника, царапания, взаимного вдавливания, одностороннего сплющивания); 2) динамические (методы отпечатка, упругой отдачи, качания маятника). Принципы, на которых основаны эти методы, общеизвестны. Рассеяние результатов измерения твердости динамическими методами при высоких температурах довольно велико, поэтому возможности широкого использования этих методов ограничены.

Разброс третьей группы связан с анизотропией прочности стеклопластиков. Для стеклопластиков [4] рассеяние результатов

Случайные ошибки измерений вызываются многочисленными факторами, малыми по своему индивидуальному влиянию на результат и не могущими быть учтёнными при проведении опыта. Наличие случайных ошибок измерения обнаруживается при многократных повторных измерениях одной и той же неслучайной величины в том, что результаты измерения оказываются различными. Рассеяние результатов измерения обычно подчиняется закону Гаусса (см. „Сведения из теории вероятностей" о теореме Ляпунова и об условиях возникновения распределений по закону Гаусса).

Обработку экспериментальных данных проводили на ЭВМ «Наири-4АРМ». Была рассчитана дисперсия, характеризующая рассеяние результатов опыта относительно среднего значения Sy, дисперсия воспроизводимости по параллельным испытаниям в каждом опыте S; и средняя дисперсия воспроизводимости Sg. Для проверки однородности дисперсий использовали критерий Кохрена.

Случайные ошибки измерений вызываются многочисленными факторами, малыми по своему индивидуальному влиянию на результат и не могущими быть учтенными при проведении опыта. Наличие случайных ошибок измерения проявляется при многократных повторных измерениях одной и той же неслучайной величины в том, что результаты измерения оказываются различными. Рассеяние результатов измерения обычно подчиняется закону Гаусса.

эффект от дробеструйной обработки проявляется в разной степени в зависимости от глубины цементованного слоя. Наибольшее увеличение долговечности (в 6 раз) было отмечено у образцов, цементованных на глубину 0,9—1,0 мм. Кроме того, было отмечено, что применение низкого отпуска (160—180° С) после наклепа цементованных образцов несколько повышает их долговечность при повторных ударных нагрузках и уменьшает рассеяние результатов этих испытаний.

Для концентраторов функция влияния может иметь вид 7 = = (а„ (L) — 1)/(аа (L = оо) — 1) [87 Ь_ Из результатов, изложенных в [87], следует, что у = (0тах (Ц — сгн)/(атах (L = оо) — — ан) более стабильна, дает меньшее (приблизительно на 10 %) рассеяние результатов, чем функция

испытаний влияние последних факторов на рассеяние результатов оказывается не-

Среднеквадратичное отклонение имеет размерность величины х и представляет собой характерное отклонение, которое часто называют стандартом. Чем больше величина ах, тем выше рассеяние результатов относительно среднего значения.

Рассеяние ультразвука на- неровной поверхности зависит от параметра Рэлея: P/} = 2feorftCos6, где k — волновое число; ah — сред-неквадратическое отклонение высоты неровностей; б — угол падения на дефект. Анализ реальных трещин сварных соединений показал, что в зависимости от причин, их породивших, они относятся либо к гладким с малым параметром Рэлея, либо имеют большие неровности, тогда параметр Рэлея велик. В первом случае обратное отражение от трещины мало, а во втором дефект довольно хорошо выявляется совмещенным преобразователем при наклонном падении. Иногда вместо ад вводят р&— средний радиус кривизны неровностей. Соответствующий измененный параметр Рэлея лучше характеризует шероховатость дефекта с точки зрения рассеяния ультразвука.

Рассеяние ультразвука при контроле сварных швов происходит на границах кристаллитов и особенно сильное — на границе основного и наплавленного металла. Например, интенсивные • сигналы наблюдают от угла, образуемого наплавленным металлом и поверхностью соединения.

Доля рассеянной энергии определяется главным образом отношением длины упругой волны к среднему размеру D кристаллита. При К = D рассеяние ультразвука очень велико, причем в интервале K/D =3...4 оно максимально. Это область диффузного рассеяния. При условии K/D < 2я, являющемся реальным при контроле ряда металлов и сварных соединений, Н. М: Лившицем и Г. Д. Пархомовским получены формулы для расчета коэффициента затухания продольной и поперечной волн. Задавшись условием А,( = А,;, находим 6(/бг =7,14. Следовательно, затухание поперечной волны более существенно по сравнению с продольной. При 4 <; K/D 10_пропорционален D3/4. Наименьшее затухание наблюдается при K/D > (20 ... 100).

Применение традиционного метода УЗК. наклонными совмещенными преобразователями далеко не всегда обеспечивает необходимое отношение полезный сигнал — помеха, равное 6 дБ. В этом случае на фоне сигналов структурных помех на экране дефектоскопа практически невозможно отличить эхо-сигналы от дефектов. Изменение параметров контроля, основанное на полученных в работе [39 ] аналитических зависимостях между амплитудами полезных сигналов и структурных помех, не обеспечило существенного повышения отношения сигнал — помеха. Это связано с тем, что расчет уровня структурных помех проводили для следующих условий объемной реверберации (рассеяние ультразвука на равноосных зернах) с учетом первичного рассеяния: длительность рассеяния отдельными зернами равна длительности излучаемого импульса; рассеяние считается равномерным по всем направлениям. При этом не учитывается повторное рассеяние УЗ-волн. Такое приближение допустимо лишь в случае контроля сравнительно мелкозернистых материалов, когда средний размер зерна D значительно меньше длины УЗ-волны К.

10. Белый В. Е. Рассеяние ультразвука на нестандартных моделях дефек-тов//Дефектоскопия. 1988. № 8.

В диапазоне частот, для которых значение 'kid 5= 10, коэффициент рассеяния ультразвука для чистых металлов приближенно подчиняется закону 8 — d3/4, т. е. рассеяние носит релеев-ский характер. Рассеяние ультразвука в металле при Я/d < < 8-^10 перестает быть релеевским и начинает приближенно следовать закону 8 ~ df2. Особенно велико затухание при K/d ^ я=* 3-ь4. В этом случае к рассеянию ультразвуковых колебаний добавляется поглощение, связанное с релаксацией теплопроводности на анизотропных кристаллах. Возникающие на границах отдельных кристаллов в процессе их деформации градиенты температур не успевают выравниваться за период колебаний, что приводит к возрастанию тепловых потерь [41].

Как видно, приведенные данные свидетельствуют о значительном влиянии величины зерна на рассеяние ультразвука в стали 12Х18Н9Т. Оно особенно заметно, когда отношение 'kid < lO-r-15. В этом случае амплитуда сигнала резко уменьшается или падает до нуля (например, при величине зерна более 80 мкм и частотах ультразвука 5,6 и 11,2 МГц).

Ультразвуковой контроль структуры и механических характеристик серых чугунов. Известно, что свойства серого чугуна в значительной мере определяются формой и размерами графитных включений. По существующим техническим условиям на ответственные детали из чугуна (например поршневые кольца, блоки цилиндров компрессоров специального назначения) необходимо проводить контроль величины графитных включений. Длительное время единственным методом определения величины графитных включений, применявшимся в заводской и лабораторной практике, был металлографический контроль при помощи металло-микроскопа. Как показали исследования [113, 123], структура основной металлической массы мало влияет на затухание и скорость распространения ультразвука в чугуне. На рассеяние ультразвука влияет размер частиц свободного графита (рис. 49). Влияние формы и размеров частиц свободного графита на рассеяние ультразвука в чугуне было использовано при разработке методики ультразвукового контроля величины графитных включений в чугунных изделиях [124].

Было установлено, что присутствие в структуре чугуна пластинчатого графита приводит к резкому увеличению рассеяния ультразвука лишь при определенных частотах, зависящих от размера сфероидов и пластин графита. Поэтому для разработки методики ультразвукового контроля структуры высокопрочного чугуна необходимо было исследовать ее влияние на скорость и рассеяние ультразвука.

Магнитный контроль валов проводят методом магнитной суспензии. Контроль осуществляют по участкам длиной 0,5—-1 м циркулярным методом в присутствии магнитного поля. Ультразвуковой контроль выполняют дефектоскопами ДУК-66П, УДМ-Ш на частоте 2,5 МГц прямыми искателями по плоской поверхности щек. При крупнозернистой структуре металла, вызывающей резкое рассеяние ультразвука, контроль проводят на частотах 0,6 или 1,8 МГц. В некоторых случаях (например, при контроле цилиндри-

Эксперименты и заводской опыт подтвердили эффективность применения ультразвукового, магнитного и цветного методов и для контроля коленчатых валов из высокопрочного чугуна, структура которого, как известно, отличается от структуры серого чугуна сфероидальной формой графита. Рассеяние ультразвука в этих чугунах значительно меньше, чем в серых. Проверку валов из высокопрочного чугуна проводят на частоте 1,8—2,5 МГц [105]. На рис. 133, г показана мелкая пористость, выявленная в щеке коленчатого вала из высокопрочного чугуна ультразвуковым методом. При разрезке щеки вала видимых невооруженным глазом дефектов обнаружено не было. Лишь при цветном методе контроля участки пористого металла оказались отчетливо видимыми.