ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Затухание в металлах. Анизотропия и литая структура из "Ультразвуковой контроль материалов " Рассеяние обусловливается тем, что материал не является строго однородным. В нем имеются граничные поверхности, на которых звуковое сопротивление внезапно изменяется, поскольку там соприкасаются по сути два вещества с различной плотностью или скоростью звука. Такими неоднородностями могут быть, во-первых, просто посторонние включения, например неметаллические включения в поковках или поры. Во-вторых, ими Могут быть собственно дефекты материала — естественные или намеренно полученные, как пористость в материалах, изготовленных методами порошковой металлургии. Однако возможны и материалы, неоднородные по самой своей природе, например литейный чугун, который представляет собой конгломерат зерен феррита и графита, совершенно различных по своим упругим свойствам. В других случаях кристаллиты различной структуры и разного химического состава как бы пронизывают друг друга, как в латуни и сталях. Но даже если материал состоит только из кристаллов одного вида, он может быть неоднородным для ультразвуковых волн, если зерна расположены беспорядочно, поскольку отдельные кристаллы всегда имеют различные упругие свойства в различных направлениях, а следовательно, и разные скорости звука. Такие материалы называют анизотропными. Упругая анизотропия является обязательным свойством металлов только у разных металлов она проявляется более или менее резко. [c.129] В веществах с очень большими размерами зерен по сравнению с длиной волны процесс рассеяния можно представить геометрически на наклонной границе раздела волна разделяется на различные отраженные и прошедшие виды волн. Для каждой из этих волн такой же процесс повторяется и на следующей границе зерна. Таким образом, от первоначального звукового пучка все время отделяются составляющие волны, которые на своем длинном и сложном пути все в большей степени превращаются в тепло вследствие имеющегося также и ИСТИН1ЮГ0 поглощения (см. ниже). [c.129] Вторая составляющая ослабления — поглощение — представляет собой непосредственное преобразование звуковой энергии в тепло, что может быть обусловлено многочисленными-различными процессами [19, 21, 940], рассмотрение которых здесь невозможно. Наглядно можно представить их как своего-рода торможение колебаний частиц, вследствие чего понятно,, что прй быстрых колебаниях должно теряться больше энергии,, чем прй медленном. Поэтому поглощение, как правило, усиливается пропорционально частоте, т. е. много медленнее, чем рассеяние. [c.130] Далее значение а всегда будет указываться в единицах. дБ/м, поскольку. в представляющей интерес области частот и для обычно контролируемых материалов в таком случае получаются легко понятные значения, например от 1 до нескольких сотен. Так, вода как очень хорошо проницаемый материал имеет значения а от 1 до 4 дБ/м. [c.131] По табл. 6.1 облегчается пересчет значений в децибелах в обычные циф-,ры. Вторая колонка относится к отрицательным значениям децибелов и показывает ослабленную амплитуду в процентах, третья колонка относится яК положительным значениям децибелов и показывает коэффициент усиления. [c.131] Промежуточные значения можно получить сложением значений в децибелах и умножением обычных цифровых значений. [c.132] Пример. Уменьшение амплитуды на 23 дБ = 20+3 дБ соответствует числовому выражению ослабления 10-71 = 7,1% амплитуды или же коэффициенту усиления 10,0-1,41 14,1. [c.132] Составлять таблицу коэффициентов затухания для различных материалов имеет мало смысла. В том диапазоне, в котором вообще могут проводиться надежные измерения, что при коэффициенте менее 10 дБ/м уже довольно трудно (см. раздел 33.3), величина коэффициента затухания для металлов меняется в широких пределах в зависимости от самых различных параметров изготовления (см. раздел 6.2). Поэтому в табл. 6.2 дается лишь обобщенный обзор. [c.132] На численном примере далее будет пояснено, что обе причины уменьшения амплитуды подчиняются существенно различным законам зависимости от расстояния. Вследствие этого в одном случае глубина проникновения обусловливается в основном раскрытием луча, а в другом — собственно затуханием. [c.133] Поскольку обе составляющие затухания нужно умножать одну На другую, в случае хорощо проницаемого материала (мелкозернистой стали и алюминия на частоте 2 МГц) глубина проникновения определяется раскрытием луча, и при сильном затухании эта составляющая тоже играет главную роль. [c.134] Поперечные волиы обычно затухают сильнее продольных, особенно в пластмассах. Однако невозможно, как считают некоторые практики, определить коэффициент затухания поперечных в блн путем измерения коэффициента затухания продольных волн удвоенной частоты. Упругое сопротивление материала относительному изменению положения (как в случае поперечных волн) существенно отличается от упругого сопротивления изменению объема (как в случае продольных волн). [c.134] С повышением температуры затухание, как правило, усиливается, особенно в пластмассах. [c.134] По литературным данным [1168, 1533], сталь при температуре превращения (721 °С) должна иметь максимум затухания звука. [c.134] В случае поверхностных волн, волн в пластинах и волн в прутках добавляется еще одно ослабляющее влияние — шероховатость направляющих поверхностей, что может быть формально учтено добавлением к коэффициенту а некоторой величины. Снижение амплитуды и в этом случае будет подчиняться экспоненциальному закону. [c.134] Следовательно, более крупное зерно создает тем. более существенные помехи, чем правее находится материал, в,,Э50м ряду.- . . . [c.135] Подтверждается слабое затухание в чистых легких металлах и в алюминиевомедном сплаве с небольшим содержанием меди. При этом для контроля материалов размер зерна (мелкое или крупное) не имеет значения. [c.136] Железо практически ирименяется только легированное углеродом и другими металлами в виде стали. Влияние величины зерна здесь значительно, что, собственно, и является причиной того, что при, контроле стали в основном приходится ограничиваться частотами ииже, 5 МГц. [c.136] В сталях обычно не наблюдается простой структуры с одним приблизительно одииаков.ым- размером зерен и кристаллами одного типа. Поэтому не, удивительно, что результаты здесь еще не поддаются четкому обозрению. Вместо размера зерна вначале приходится подставлять размер наибольшего встречающегося элемента структуры. По поводу аустенита см. главу 27 и раздел 28.1.6. [c.136] Особенно заметное уменьшение ослабления звука в большинстве металлов наблюдается при разрушении литой структуры в процессе обработки давлением, независимо от того будет ли она горячей или холодной, например при ковке, прокатке, прессовании профилей и т. д. В некоторой небольшой части этот эффект может быть объяснен действительным уплотнением структуры вследствие уменьшения объема пор. Однако главным фактором оказывается процесс измельчения 1фупных зерен литого состояния при обработке давлением, вследствие чего уменьшается рассеяние. [c.136] Вернуться к основной статье