ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Измерение затухания и рассеяния звука из "Ультразвуковой контроль материалов " Измерения абсолютных значений затухания (ослабления) звука довольно сложны, поскольку амплитуда эхо-импульса кроме собственно затухания зависит и от целого ряда других факторов. Проще получить относительные значения, т. е. изменение затухания во время исследований или же чисто качественные данные. При этом форму изделия, искателя и акустического контакта не изменяют и сравнивают амплитуду эхо-импульса от задней стенки. Прибором, протарированным на определенное,-положение переключателя усиления, эхо-импульс от задней стенки доводят до той же высоты на экране и разницу считываюг прямо в децибелах. Таким образом, например, одним прочна наклеенным преобразователем можно проследить влияние температуры и усталости на одном и том же образце, форма которого тогда уже не играет роли. Однако при различных образцах одинаковой формы по эхо-импульсу от задней стенки и прощедщему эхо-импульсу можно судить о затухании только в том случае, если оба они несмотря на различное затухание имеют одинаковое звуковое сопротивление и одинаковое качество поверхности, поскольку эти величины определяют и акустический контакт, и потери на отражение. Следовательно, и того факта, что алюминиевый слиток дает более высокий эхо-импульс от задней стенки, чем стальной слиток такой же формы, еще нельзя заключить, что затухание звука в алюминии меньше. Причиной этого обычно является просто лучший переход звука в месте акустического контакта благодаря меньшему звуковому сопротивлению. [c.642] Для абсолютных измерений нужно использовать уменьшение амплитуды эхо-импульеа в серии многократных отражений, от задней стенки. Кроме собственно затухания в материале сюда входят 1) потеря энергии волны на акустический контакт-с искателем и 2) падение амплитуды вследствие раскрытия -звукового луча. [c.642] Первая потеря по Труэллу [1276] может быть сделана пренебрежимо малой в том случае, если преобразователь будет-подсоединен один, т. е. без демпфера и держателя, и возбуждаться на своей собственной частоте. Поэтому при использовании обычных искателей придется примириться с некоторой, неизвестной точно потерей, если работа ведется в контактном варианте. В итоге обычно предпочитают осуществлять акустический контакт через участок жидкости, что позволяет рассчитать потерю отражения на границе раздела по известному соотношению звуковых сопротивлений. [c.642] Следовательно, цри работе с приборами, у которых переключатель усиления протарирован в децибелах, величина 8е представляет собой просто разность обеих настроек, при которых высоту эхо-импульсов доводят до определенного уровня на экране. [c.643] На рис. 33.9, а предполагается, что амплитуда эхо-импульса от задней стеики во всем ближнем поле в материале без затухания будет постоянной По Труэллу с соавторами [1398] вследствие явлений дифракции это постоянство строго не соблюдается (см. рис. 5.7). Следовательно, для точных измерений нужио ввести корректировку, которая указана иа упомянутом рисунке. Она зависит от пути звука и на конце ближнего поля составляет около 2 дБ, если колеблется излучатель поршневой формы. [c.644] В случаях б и г на рис. 33.9 можно поднять уровень водна также и над пластиной. Тогда корректировку на потери от от- ражения нужно будет вводить дважды, и получают второе выражение для формулы (33.4, а), по которому в случае необходимости можно определить неизвестное отражение и тем самы звуковое сопротивление образца. [c.644] При таких измерениях толш,ина пластины й должна быть по крайней мере настолько большой, чтобы серия последовательных эхо-импульсов хорошо разделялась, но в то же времяг не настолько большой, чтобы можно было разместить возможно большее число последовательных многократных эхо-импульсов в пределах ближнего поля излучателя. По схемам на рис. 33.9, виг, кроме того, диаметр пластины должен быть настолько большим, чтобы используемые эхо-импульсы еще небыли искажены краевыми эффектами. Для оценки минимального диаметра вместо одинарного угла раскрытия 70 лучше-ввести двойное значение. Круглые пластины гораздо менее благоприятны, чем прямоугольные или имеющие неправильную форму. [c.644] Одним из вариантов измерительной схемы с входным водяным участком является схема измерения затухания с твердым входным участком из пластмассы или стали (сталь применяется для контроля горячих изделий [1168]). Потери на отражение на границе раздела между входным участком и образцом и коэффициентом затухания в самом образце могут быть рассчитаны, по данным Попадикиса [1163], по амплитудам эхо-импульсов от границы раздела и первого и второго эхо-импульсов. от задней стенки образца. По данным Линнворта [.963], эти величины можно определить также и по амплитуде эхо-импульса входного участка без акустического контакта с образцом и прв наличии контакта и первого эхо-импульса от задней стенки, образца. [c.644] По Труэллу образец в виде стержня с шейкой на середине длины, как , у образцов для испытания на растяжение, вызывает коллимацию зву ового луча, так что с иим можно работать как бы в ближнем поле, несмотря на то, что пути прохождения звука гораздо больше. Следовательно, при этом можно обойтись без поправочного члена 5а на расширение звукового поля (луча). [c.644] При контроле пластин схемы на рис. 33.9, а и б больше подходят для повышенных частот, при котором можио получать ближнее поле достаточной длины при умеренном диаметре излучателя. [c.645] Айвенс провел измерения аналогичной схемой в дальнем поле и в переходной области к ближнему полю и тоже использовал многократные эхо-импульсы. Для протяженного приемника в этой области теоретически потребовалось бы вводить трудно оцениваемую корректировку на расширение звукового поля. Поэтому он проводил измерения очень маленьким приемником, для которого справедливо простое распределение интенсивности звука на оси согласно уравнению (4.8). [c.646] При использовании обычных имеющихся в продаже эхо-импульсных приборов возможны погрешности вследствие слишком большой интеисивности звука в таком случае затухание в воде вследствие нелинейных эффектов (кавитации) становится зависящ,им от звукового давления, т. е. также н от расстояния до искателя, и существенно превышает обычное. Это можно легкр проверить перемещением изделия в направлении звука при этом измеренное значение не должно изменяться. [c.646] Фрилингхаус и Коппельман [490, 828] показали, что на плоских (пластинчатых) образцах можно провести точные измерения затухания также и обычными эхо-импульсными приборами, если прибор имеет точный, протарированный усилитель. [c.646] Для упомяпутых методов требуется специально приготовленный образец материала. Однако часто представляет интерес измерение затухания на самом образце (изделии), например на больших поковках или отливках, чтобы оценить их структуру или по высоте эхо-импульеа от дефекта определить размер эквивалентного отражателя. [c.646] Пример. Образец с плоской задней стенкой толщиной 400 мм без затухания при контроле искателем с длиной ближнего поля 100 мм должен дать эхо-импульс от задней стеики, равР1ый 0,4 опорного импульса (рис. 5.6), т. е. для него требуется усиление 8 дБ. Еслн в действительности было измерено усиление в 28 дБ, то из них 20 дБ приходится на затухание в образце. Следовательно, среднее затухание равно 20 дБ/800 мм = 25 дБ/м. [c.647] При большой толщине изделия при схеме, показанной на рис. 33.9, в, для практических целей можно пренебречь помехами, вызываемыми подключенным обычным искателем, и определить затухание согласно выражению (33.4, в), в том числе и на. самом образце, например на поковке с плоскопараллельными поверхностями. При сплошной цилиндрической поковке соотношения между многократными эхо-импульсами благодаря фокусировке получаются точно такими же, как у пластины [1150]. В случае полого цилиндрического изделия (ротора с отверстием) нужно еще учитывать затухание вследствие расширения звукового поля 5л по соображениям геометрической акустики (раздел 3.4). [c.647] Точность такого промышленного измерения, разумеется, значительно меньше, чем у описанных выше лабораторных методов измерения. Однако даже при лабораторных методах в диапазоне обычных частот контроля материалов погрешность трудно довести менее чем до нескольких дБ/м, что для металлов с мелкокристаллической структурой при частоте 2 МГц по порядку величины близко к самому затуханию. Поэтому для научных целей работают с более высокими частотами. [c.647] Зависимость затухания от механических нагрузок может способствовать решению одной очень важной задачи контроля материалов — предсказанию усталостных разрушений при знакопеременных (циклических) нагрузках. [c.647] Один из результатов исследований Труэлла показан на рис. 33.12. На левой половине рисунка представлено увеличение затухания по мере увеличения деформации растяжения при однократном испытании на растяжение. При этом одновременно изменяется и скорость звука (раздел 33.2). В правой части видно изменение затухания по времеии сразу же после окончания испытаний, причем деформация растяжения осталась той же, какая была достигнута в конце испытаний. Уменьшение затухания, которое через некоторое время приближается к предельному значению, называется отдыхом. Достигнутое изменение затухания зависит от изменения нагрузки во времени, так как отдых развивается еще во время нагружения. Этот процесс может быть естественно объяснен на основе теории дислокаций в кристаллической решетке поддается объяснению также и иногда наблюдаемое течение отдыха с максимумами и минимумами. [c.647] Вернуться к основной статье