Затуханием колебаний

По величине вертикального выброса на экране осциллографа 7 определяют степень затухания ультразвуковых колебаний, зависящих от глубины поражения МКК.

Акустический контроль структуры чугуна осуществляют по скорости и затуханию продольных УЗ-волн. Установлено, что скорость ультразвука повышается при снижении содержания графита, уменьшении размеров графитных включений, изменении их формы от пластинчатой к шаровидной, увеличении числа шаровидных графитных включений (по отношению к общему содержанию графита), увеличении содержания цементита в металлической основе (выражается через степень эвтектичности). Предельно высокое значение скорости ультразвука в чугуне приближается к скорости в стали. Затухание ультразвука обычно уменьшается при повышении скорости. На рис. 9.15, 9.16 приведены примеры взаимосвязи скорости и затухания ультразвуковых волн с некоторыми из названных факторов.

Для оценки структурного [состояния металла шва и зоны термического влияния используют ультразвуковой структурный анализатор ДСК-1 [91 ]. Исследование затухания ультразвуковых колебаний в металле шва и околошовной зоне структурным анализатором дает возможность выбрать оптимальную частоту ультразвука, обеспечивающую наибольшую чувствительность контроля.

от структуры не наблюдается. Влияние термической обработки швов стали 35Л и 45Л на затухание ультразвука не исследовали, так как чувствительность контроля этих швов до термической обработки вполне удовлетворительна. При высоком отпуске швов стали 34ХМ и 25ХЗНМ (нагрев до 600° С) ложные сигналы не исчезают. После закалки с последующим отпуском уменьшается затухание ультразвука в металле шва, ложных сигналов не наблюдается. Термическая обработка швов стали 12Х18Н9Т не улучшает условий ультразвукового контроля. Кроме того, неправильный режим термической обработки (увеличение температуры на 50—100° С по сравнению с нормальной) может привести к резкому росту зерна в зоне термического влияния и увеличению затухания ультразвуковых колебаний в этой зоне.

По результатам экспериментального исследования затухания ультразвуковых колебаний в сварном шве и основном металле необходимо определить численные значения критериев /Сх и Д"2 (в дБ), по которым осуществляется планирование экспериментов. Для этого определяют разность Л°рН — Лср (здесь

Определяя величину размаха R =Лтах—-ЛтВш после прозву-чивания сварного шва на трех участках, устанавливают минимальное число измерений п, равное R*. Если величина размаха, вычисленная по измерениям на участках, выбранных равномерно по длине сварного шва, более /С2> то ультразвуковой контроль сварных швов производить не рекомендуется. При проведении структурного анализа в заводских условиях необходимо обязательно производить измерение величины относительного затухания ультразвуковых колебаний в местах с явно нарушенной технологией сварки (участки ремонта, зажигания дуги при замене электродов и пр.). Измерения осуществляют в соответствии с приведенной выше методикой.

Практическое использование метода ультразвукового струк» турного анализа по величине коэффициента затухания в производственных условиях часто связано с большими трудностями или вообще невозможно. При определении коэффициента затухания ультразвуковых колебаний в металле необходимо учитывать влияние потерь, возникающих при передаче энергии через промежуточную среду (смазку); ослабление энергии в связи с расхождением пучка ультразвуковых лучей; интерференционные явления вследствие непараллельности отражающих ультразвуковую энергию граней образца или изделия и другие факторы. До последнего времени имелись лишь ограниченные данные об успешном применении ультразвука для контроля структуры металлических материалов и изделий в производственных усло-

Основная особенность относительного метода заключается в том, что для определения качества изделия его акустические характеристики сравнивают с характеристиками эталонного образца, форма и размеры которого соответствуют контролируемому изделию. Контроль осуществляют не на одной, а на нескольких частотах, при этом для количественной оценки структурного состояния металла принимают отношения амплитуд сигналов при прозвучивании на разных частотах. При массовом контроле деталей, когда необходимо лишь определить соответствие структуры металла действующим техническим условиям, достаточно вести разбраковку на двух частотах. Эти частоты выбирают путем предварительного исследования частотной зависимости затухания ультразвуковых колебаний в металле изделий. Их выбирают так, чтобы отношение сравниваемых амплитуд сигналов, генерируемых одним пьезозлементом искательной головки, при допустимом отклонении структуры испытуемого изделия от эталонного образца было бы больше нуля, а при недопустимом отклонении равно нулю или наоборот [123]. Дальнейшие исследования показали возможность контроля относительным методом величины и формы графитных включений в серых и высокопрочных чугу-нах [110, 116, 123], величины зерна в стали [110, 123], глубины межкристаллитной коррозии [107, 118], неоднородности сварных швов нержавеющих сталей [50, 109, 117, 119] и пр. не только в лабораторных, но и в производственных условиях.

Из табл. 8 видно, что недопустимой является средняя величина зерна металла более 80 мкм. Следовательно, требовалось установить значения частот ультразвука /г и /2, при которых выполнялось бы условие, что К = 0 при средней величине зерна d > > 80 мкм и К > 0 при d < 80 мкм. Для этого исследовали зависимость затухания ультразвуковых поперечных волн в нержавеющей хромоникелевой стали от величины зерна металла. Предварительные опыты показали, что в сталях 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н9Т наблюдается приблизительно одинаковое затухание ультразвука при одной и той же величине зерна. Поэтому дальнейшие исследования проводили на образцах труб из стали 12Х18Н9Т. Результаты этих исследований показаны на рис. 45.

На рис. 50 'представлены результаты исследования частотной зависимости затухания ультразвуковых колебаний в сером чугуне и стали СтЗ. Как видно из рис. 50, затухание ультразвука резко возрастает с увеличением частоты ультразвуковых колебаний, что позволяет применить относительный метод для ультразвукового структурного анализа чугунов [124]. На рис. 51, а дана зависимость относительной скорости ультразвуковых колебаний от размера графитных

Ультразвуковые исследования проводили приборами ДСК-1 и УСИП-10В фирмы Кра-уткремер в контактном и иммерсионном вариантах.Особенности структуры металла оценивали путем определения коэффициента затухания ультразвуковых колебаний по общепринятой методике или путем наблюдения изменения амплитуды сигнала поперечных или продольных УЗ К в различных зонах сварного соединения при сканировании вдоль или поперек шва. Одновременно измеряли скорость распространения продольных УЗ К; погрешность измерения составляла около 1 %. Результаты определения коэффициента затухания б УЗ К, скорости с их распространения и содержания ферритной а-фазы в основном металле и металле шва нержавеющих сталей при /=2 МГц приведены в табл. 12. Из табл. 12 видно, что коэффициент б в основном металле исследованных сталей отличается незначительно и составляет 0,06—0,09 дБ/мм, что соответствует результатам металлографического исследования, показавшего мелкозернистую структуру металла. Коэффициент б в металле шва выше и зависит от способа сварки. Скорость распространения УЗ К в основном металле выше, чем в металле шва.

стержень или «бесконечно длинную» струну, ограниченные только с одной стороны. При этом, однако, если мы ограничимся небольшим участком этого «бесконечно длинного» стержня, то можно пренебречь тем затуханием колебаний, которое происходит на этом участке (если оно невелико). Таким образом мы приходим к представлению о «бесконечно длинном» стержне, не обладающем затуханием.

При использовании методов колебаний возбуждают свободные или вынужденные колебания либо ОК в целом (интегральные методы), либо его части (локальные методы). Свободные колебания возбуждают путем кратковременного внешнего воздействия на ОК, например путем удара, после чего он колеблется свободно. Вынужденные колебания предполагают постоянную связь (через преобразователь) колеблющегося ОК с возбуждающим генератором, частоту которого изменяют. Измеряемыми величинами служат частоты свободных колебаний либо резонансов вынужденных колебаний, которые несколько отличаются от свободных под влиянием связи с возбуждающим генератором. Эти частоты связаны с геометрией ОК и скоростью распространения ультразвука в его материале. Иногда измеряют изменение амплитуды колебаний при вариации частоты в широком диапазоне частот — аплитудно-частотную характеристику (АЧХ) или величины, связанные с затуханием колебаний: амплитуды свободных или резонансных колебаний, добротность колебаний, ширину резонансного пика. Методы вынужденных колебаний, основанные на анализе колебаний системы ОК — преобразователь при резонансных частотах или вблизи них, называют резонансными. Различные варианты методов колебаний рассмотрены в § 2.6.

При использовании стоячих волн возбуждают свободные или вынужденные колебания либо объекта контроля в целом (интегральные методы), либо его части (локальные методы). Свободные колебания возбуждают путем кратковременного внешнего воздействия на объект контроля, например, ударом, после чего он колеблется свободно. Вынужденные колебания предполагают постоянную связь колеблющегося объекта контроля с возбуждающим генератором, частоту которого изменяют. Информационными параметрами являются частоты свободных колебаний или резонансов вынужденных колебаний, которые несколько отличаются в связи с воздействием возбуждающего генератора. Эти частоты связаны с геометрическими параметрами изделий и скоростью распространения в них ультразвука. Иногда измеряют величины, связанные с затуханием колебаний в объекте контроля: амплитуды свободных или резонансных колебаний, добротность колебаний, ширину резонансного пика.

показанную на рис. 2.6. В момент включения t0 начинается интервал T! , в котором сила стремится к своему номинальному значению F,,, причем очень неопределенным образом. Следующий интервал тп характерен затуханием колебаний колебательной системы, образованной участвующими в колебаниях инерционными и упругими звеньями. Только в интервале т 1П измерительная сила становится равной номинальной с погрешностью ± AFft, зависящей от машины. Интервалы TJ и TH имеют длительность порядка О, 1, ..., 100 с, в то время как тш у рычажной машины и машины непосредственного нагружения может быть сколь угодно длителен. Это особенно важно для исследований релаксации деформаций, для которых, в общем, не очень подходят гидравлические системы. Подобное рассмотрение справедливо и для других способов нагружения.

Опыты Кулона заключались в наблюдении за постепенным затуханием колебаний горизонтального диска, подвешенного в центре при помощи нити (рис. 6). Упругое сопротивление нити закручиванию способно поддержать вращательные колебания диска вокруг вертикальной оси, при которых он поворачивается попеременно то в сторону движения часовой стрелки, то в обратную.

Отсчитывая углы поворота диска в момент изменения направления вращения, можно следить за постепенным затуханием колебаний, которое является результатом сил трения в жидкости между нижней поверхностью диска и дном сосуда, как между параллельными пластинами. Кулон показал, что до тех пор, пока движение жидкости в зазоре между пластинами носит рассматриваемый

с затуханием колебаний

Если пренебречь затуханием колебаний провисающего оборудования, т. е. принять, что ох = 0, a «j = 1, то система уравнений (2.101) совпадает с системой уравнений (2.37) при k = 1, и, следовательно, дисперсия хг в переходном режиме будет определяться формулой (2.47), а в стационарном режиме — формулой (2.50). Коэффициент динамичности определяется формулой (2.48). Графики коэффициента динамичности, приведенные на рис. 39 и 40, можно применять при определении сейсмической силы по формуле (2.53) для каркасных сооружений с провисающим оборудованием с заменой тг на гг и coj на ш1( так как эти графики построены для значений о»! от 0 до 15 1/с.

торых система придет в стационарное состояние (х0, у„). Из условия (2.50) следует, что /^ уменьшается быстрее, чем R% (расходом Rz в данном случае можно пренебречь). Поэтому а будет возрастать и в некоторый момент станет больше единицы .То еда в системе возникнут незатухающие колебания. В дальнейшем амплитуда и период автоколебаний будут постепенно увеличиваться по мере уменьшения /?, , В конечном итоге система гфидет в устойчивое состояние (2,39). Таким образом, эволюция и прекращение колебаний в результате исчерпания резервуара могут не иметь ничего общего с обычным затуханием колебаний. 2. Обратный случай:

д. Временная характеристика аппарата с малым затуханием колебаний затвора клапана. Из осциллограммы определяем период колебаний,

Современный чугун, особенно высококачественный, отличается не только очень высоким сопротивлением сжатию, но и достаточно высокой прочностью при изгибе, срезе и растяжении. При действии переменных напряжений он обнаруживает хорошую циклическую прочность (предел выносливости) и вследствие графитных выделений. отличается высоким внутренним трением (затуханием колебаний). Вместе с тем чугун менее, чем сталь, чувствителен к резким переходам сечений, надрезам и поверхностным дефектам и очень хорошо