ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Закон преломления для плоских волн, преобразование моды. ЗЭ Значения звукового давления при отражении и преломлении из "Ультразвуковой контроль материалов " На рис. 2.2 показана проницаемость пластины нз стали и пластины из плексигласа в. веде, выраженная через произведение толщины пластин й на частоту В точках максимумов обе пластины полностью-проницаемы и поэтому ничего не отражают (/ = 100%,i = 0). [c.34] В случае стали в воде и аналогично при других материалах с большим соотношением звуковых сопротивлений области проницания очень малы, как показано на рис. 2.2. Поэтому в таких местах небольшое изменение толщины пластины или частоты уже вызывает сильное снижение проницаемости. В этом и заключается значительная трудность контроля материалов при использовании непрерывных ультразвуковых волн. [c.35] Поскольку уравнение (2.2) справедливо для любых веществ 1 и 2, таким способом можно рассматривать также и пластину из воздуха в твердой стали, т. е. воздушный зазор, который как трещина в образце играет важную роль при контроле материалов. Теоретическим результатом будут кривые проницаемости типа показанных иа рис. 2.2 для стальной пластины в воде, ио только максимумы будут располагаться значительно более тесно, примерно на расстояниях в 20 раз меньших, чем между максимумами на рис. 2.2, и к тому же они будут настолько узкими, что в масштабе на рис. 2.2 можно будет показать только тонкие штрихи на нулевой линии. Практически представляет интерес только снижение первого максимума проницаемости от нулевой точки при очень малых толщинах щели. Последующие максимумы можно получить только при очень тщательно выверенных плоскопараллельных губках, образующих щель, и при очень стабильной частоте. [c.35] Значения проницаемости показаны на рис. 2.3, значения отражения — на рис. 2.4 для зазора в стали и алюминии, наполненного воздухом и водой. Масштаб для толщины принят логарифмическим, чтобы можно было рассмотреть и очень малые значения зазоров. Например, на частоте в 1 МГц охватывается диапазон значений зазоров от 10 до 1 мм. [c.35] Тонкие воздушные зазоры между стеклянными пластинами можно очень точно измерить оптическими способами. Поэтому такая схема предпочтительно применяется при экспериментах по изучению отражающей способности и проницаемости ультра звуковых волн. [c.36] Кларк с соавторами [249, 250] 00 для продольных и поперечных волн. [c.37] Полностью заполненные маслом тонкие волосовины толщиной 1 мкм в стали при частоте 1 МГц еще должны давать отражение на 6%, чего вполне достаточно для их обнаружения. (Амплитуда отраженной волны получается на 24 дБ меньше падающей. [c.37] Масло имеет почти такое же звуковое сопротивление, как вода, и поэтому оказывает аналогичное влияние на отражение.) В материалах с меньшим звуковым сопротивлением, чем у стали, отражение для щели того же размера получается меньшим, например при малых толщинах зазора в алюминии оно меньше в 3 раза. Для компенсации этого нужно было бы использовать влияние частоты при увеличении частоты в 4 раза получилось бы такое же значение отражения, что и в случае стали. Следовательно, для обнаружения тонких трещин в общем случае предпочтительны более высокие частоты. Это подтверждается также и экспериментальными результатами [249, 250]. [c.37] Поэтому для контроля материалов особенно важно знать поведение ультразвуковых волн в тонких слоях, так как некоторые дефекты материала представляют собой тонкие прослойки например, трещины в соединениях при сварке и склеивании. Не следует также забывать, что тонкие слои воздуха препятствуют прохождению ультразвука в изделие. Поэтому их нужно заменять слоем жидкости (среда для акустического контакта). Но то, что благоприятно для поиска дефектов, т. е, хорошо отражающие слои, для обеспечения акустического контакта нежелательно . десь применяют. хорошо проницаемые тонкие слои. [c.37] Ранее отражение и проницаемость рассматривались для бесконечно длинных, т. е. непрерывных волн. Важно понимать различие между короткими цугами (сериями) волн, т. е. импульсами, охватывающими только несколько колебаний, н непрерывными волнами. [c.37] В формулы (2,2) для отражения и проницаемости на границе раздела длина цуга волны не входит. Необходимо однако требовать, чтобы отраженные и прошедшие волны не возвращались снова к поверхности раздела после нескольких последующих отражений и не мешали бы процессу их выявления в результате интерференции. При непрерывных волнах практически достичь этого довольно трудно. [c.37] Существенно иначе обстоит дело при отражении и прохождении через пластину согласно, формуле (2.2). Интересное поведение пластины в звуковом поле как раз и обусловливается этими помехами — интерферендиями — при очень большой длине цуга волны. Если же цуг волны настолько короток, что после прохождения в пластине туда и обратно он не может достигнуть своего хвоста , то не возникают и никакие интерференции. В этом случае падающий импульс расщепляется на одну отраженную и одну проходящую последовательность полностью разделенных и независимых друг от друга отдельных импульсов, каждый из которых можно рассчитать по простым формулам (2.1), если применить их последовательно к каждому отдельному процессу отражения и прохождения. Звуковое давление последовательности импульсов при этом каждый раз уменьшается вследствие очередного расщепления, но не зависит от толщины пластины. [c.38] В переходной области между короткими импульсами и непрерывными волнами волновой цуг частично догоняет свой хвост , вследствие чего на части его длины возникают интерференции. Затем он выходит из пластины на обе стороны как последовательность взаимосвязанных между собой волновых цугов с колеблющейся амплитудой, причем колебание опять зависит от толщины пластины и частоты. [c.38] При только что рассмотренных тонких зазорах каждый импульс, в том числе и короткий, эквивалентен продолжитель-лому волновому цугу, так как толщина зазора здесь гораздо меньше длины волны. Поэтому полученные результаты справедливы также и для импульсов [249, 260]. [c.38] Отражение наклонно падающих звуковых импульсов от тонких слоев рассмотрено в работах [510] и [695]. Вопросы оптимального зазора, обеспечивающего акустический контакт при импульсном режиме, освещены также в работах [396, 1396]. [c.38] Следует еще упомянуть, что монотонный постепенный переход свойств двух различных веществ в граничном слое может существенно изменить результаты. В таких случаях отражение может вообще исчезнуть. Здесь предполагается, что переход четко определен или по крайней мере очень мал по размерам по сравнению с длиной волны. [c.38] Звуковые давления, которые при перпендикулярном падении еще можно рассчи-. тать по сравнительно простым формулам, теперь являются функциями углов, скоростей звука и звуковых сопротивлений. Соответствующие формулы помещены в приложении. [c.39] Пример. Пусть 1 — вода со скоростью i = 1,5 км/с, 2 — сталь со скоростью С2 = 6 км/с (округленно), т. е. 2/ i = 4. При угле падения 10° = 0,17. Тогда sin = 4-0,17=0,68, аа = 43°. [c.39] Вернуться к основной статье