Поглощение ультразвука в металлах

Поглощение ультразвука в металлах. [c.677]

Поглощение ультразвука в металлах. Все методы измерения, о которых мы говорили, показывают, что скорость распространения ультразвука в металлах имеет то же значение, что и скорость звуковых воли. Явления дисперсии упругих волн в однородных твёрдых телах, таких, как металлы, эксперимен- [c.387]

Поглощение также зависит от длины волны ультразвуковых колебаний. При отношении сЦХ<1 (где й — средняя величина зерна вещества, % — длина волны ультразвука) чем ближе величина зерна к длине волны, тем больше поглощение ультразвука. В металлах, как, например, в чугуне, размер зерен в некоторых случаях становится соизмеримым с длинами ультразвуковых волн, применяемых в дефектоскопии. В этом случае может оказаться, что отношение Д>1 и поглощение ультразвука становится особенно большим чугун для очень коротких звуковых волн становится непрозрачным. [c.88]

Рис. 3-10. Поглощение ультразвука в металлах характерный ра )ик поглощения (а) микрофотография шлифов металла, соответствующая точкам А п В ш графике (б).

Электронное поглощение ультразвука в металлах становится заметным при темп-рах ниже 10 К. В длинноволновой области I (табл. 3) электронное поглощение в основном обусловлено вязкостью электронного газа, коэфф. г к-рой определяется из кинетич. теории [c.54]

Рис. 3. Блок-схема установки для исследования электронного поглощения ультразвука в металлах в магнитном поле при низких температурах.

Для измерения скорости и поглощения ультразвука в твёрдых телах использование интерферометра с бегущей волной встречает большие трудности мы не можем перемещать в твёрдом теле ультразвуковой приёмник, что легко осуществимо в газах и в жидкостях. Кроме того, так как в куске металла благодаря его конечным размерам и малому затуханию ультразвуковых волн всегда будут образовываться стоячие волны, подчас невозможно провести измерение скорости интерференционным методом и при фиксированном расстоянии между излучателем и приёмником ультразвука (изменяя частоту). [c.385]

При расплавлении металла образца сварочной дугой поглощение ультразвука в образце возросло и амплитуда сигнала уменьшилась. По мере затвердевания и охлаждения сварного шва, амплитуда сигнала увеличилась и после охлаждения металла и нагружения образца некоторое время оставалась постоянной. За 35—40 мин до разрушения образца наметилось постепенное уменьшение сигнала. Имеются основания предполагать, что трещина в этот момент еще не возникла. С этой целью проводились специальные исследования. Образцы выдерживались под нагрузкой до такого состояния, когда ультразвуковой сигнал начинал заметно уменьшаться, после чего разгружались. После 20—24 ч образцы вновь нагружались. При этом оказалось, что разрушение не наступало даже при продолжительном действии гораздо большей нагрузки, чем первоначальная. [c.232]

Следует подчеркнуть, что полностью микроскопический подход к исследованию энергетического спектра электронов в твердом теле связан с чрезвычайными математическими трудностями обш,его характера, не специфичными именно для многоэлектронной задачи. Эти трудности возникают и в обычной одноэлектронной теории и связаны с необходимостью решения задачи о движении одного электрона в периодическом поле идеальной решетки. Дело в том, что обычно в коллектив электронов, определяющих электрические, магнитные и др. свойства твердого тела, естественно включать электроны не всех вообще, а лишь одной-двух внешних атомных оболочек. Конкретное разделение на коллектив электронов и атомные остовы зависит, естественно, от природы вещества и характера задачи (см. ниже). Однако вид электронной плотности даже в изолированном атоме обычно не удается представить в простой аналитической форме. В результате приходится либо апеллировать к более или менее грубым приближенным методам, либо иметь дело с уравнением неизвестного вида. По этой причине представляется целесообразным вообще отказаться от полного вычисления энергетического спектра электронов в идеальной решетке, определяя его параметры из опыта. В полупроводниках для этой цели удобно использовать, например, явление циклотронного (диамагнитного) резонанса [2], [3] в металлах успех сулит использование гальваномагнитных данных [1] и исследование поглощения ультразвука в магнитном поле [4]. Динамическая теория при этом должна давать ответ на следующие вопросы [c.158]

При поглощении поток звуковой энергии переходит в тепловой поток, а при рассеянии остается звуковым, но уходит из направленно распространяющегося пучка. Поглощение звука обусловливается внутренним трением и теплопроводностью среды. Для одной и той же среды поглощение поперечных волн меньше, чем продольных, так как они не связаны с адиабатическими изменениями объема, при которых появляются потери на теплопроводность. Коэффициент поглощения в твердых телах пропорционален или / (стекло, металлы), или Р (резина). Поглощение является доминирующим фактором, обусловливающим затухание ультразвука в монокристаллах. [c.21]

Гамма-лучи из ампулы, находящейся в контейнере, или рентгеновские лучи от трубки проходят через деталь и попадают на фотопленку, помещенную в кассете (рис. 4-5). При прохождении через деталь из-за поглощения металлом интенсивность потока гамма-лучей уменьшается. Интенсивность потока, прошедшего через дефект, выше, чем на соседних участках. Пленка засвечивается прошедшими лучами. Дефекты на пленке получаются темными. Если сварной шов выполнен хорошо и в металле шва нет никаких дефектов, то после просвечивания рентгеновскими лучами и обработки пленки на тёмном фоне получается светлая полоса она соответствует металлу шва, так как толщина шва с усилением больше толщины стенок основного металла. Небольшие трещины и маленький непровар на снимке не обнаруживаются они лучше выявляются ультразвуком. Правила просвечивания сварных соединений изложены в ГОСТ 7512-69. [c.122]

Другой метод измерения интенсивности ультразвука в случае волн конечной амплитуды также представляет собой тепловой метод. Это метод измерения интенсивности с помощью термоэлектрических приемников. Принципиально этот метод аналогичен калориметрическому методу, о котором говорилось выше отличие сводится к тому, что измерение температуры производится термопарой. Термопара представляет собой металлическую проволочку, к обоим концам которой припаяны проволочки из другого металла. Если один из спаев нагревать, оставляя другой спай при постоянной температуре, то на свободных концах проволочки появится электродвижущая сила. Присоединив концы к гальванометру, можно увидеть, что в цепи течет ток. Не все разнородные металлы дают одинаковую термоэлектродвижущую силу. При измерении температур в пределах от О до 100° С очень часто применяются медь-константановые термопары. Такая термопара дает приблизительно 4-10 а при нагревании спая на 1 ° С. В калориметре (сосуде Дьюара) нагревалась жидкость. Можно было бы просто поместить термопару в жидкость и определять ее нагрев. Однако в обычных жидкостях с малым коэффициентом поглощения [c.391]

Ультразвуковая дефектоскопия металлов и сплавов. Способность ультразвуковых волн высоких частот распространяться в металлах на большие расстояния без значительного поглощения можно использовать для просвечивания ультразвуком образцов различного рода изделий в целях выяснения их качества. При отливке и последующей обработке металлов в них могут появиться раковины, трещины и различного рода неоднородности. Оставаясь незамеченными, эти дефекты при последующей работе изделия могут привести к тому, что деталь выйдет из строя. Для ответственных деталей машин и механизмов — коленчатых валов, шатунов, самолетных винтов и пр. — такие изъяны, разумеется, недопустимы. Дефектоскопия рентгеновскими лучами дает возможность просвечивать металлы лишь на небольшие глубины, ультразвуком же можно осуществить просвечивание металлов на глубину более 10 м. [c.495]

Затухание ультразвуковых колебаний в металле связано с рассеянием ультразвука на неоднородностях структуры и поглощением в процессе гистерезиса и теплопроводности. [c.206]

В твердых телах затухание ультразвуковых волн обусловлено главным образом рассеянием ультразвука и поглощением волны, которое сопровождается переходом энергии упругих колебаний в тепловую энергию. Как показывают теория и эксперимент, затухание ультразвуковых волн зависит от частоты колебаний f, причем с увеличением частоты возрастает и затухание [7]. На рис. 73 приведены кривые зависимости коэффициента затухания б для некоторых материалов от частоты ультразвука [52]. Из анализа кривых видно, что затухание ультразвуковых волн в пластмассах значительно сильнее, чем в металлах. Этот факт необходимо учитывать при выборе оптимального режима для ультразвукового метода контроля сварных соединений из пластмасс. [c.154]

Однако практически в сварных швах не всегда можно встретить однородную структуру во всех зонах шва. При различной структуре. металла поглощение ультразвука может быть различным в зависимости от структуры металла. На графиках рис. 3-131 указаны коэффициенты затухания ультразвука для различных типов сварных швов в различных зонах, а также в зависимости от частоты ультразвука (Л. 60]. [c.191]

Величина П. з. в твёрдом теле зависит от кристаллич. состояния вещества (в монокристаллах коэфф. П. з. обычно меньше, чем в поликристаллах), от наличия дефектов и примесей, от предварительной обработки, к-рой был подвергнут материал (для металлов— ковка, прокат, отжиг, закалка), п т. п. Внутреннее трение в кристаллах при комнатной темп-ре сильно зависит от наличия дислокаций, движение к-рых под действием звуковой волны приводит к диссипации энергии, а следовательно, и к П. з. Внутреннее трение в этом случае зависит от амплитуды волны (см. Дислокационное поглощение ультразвука) и соответственно наблюдается заметная амплитудная зависимость а. [c.260]

Кроме рассмотренной вязкости, называемой иногда сдвиговой, большинство жидкостей, включая жидкие металлы, обладают еще объемной вязкостью. Эта вязкость обнаруживается при сравнении экспериментальных коэффициентов поглощения ультразвука с расчетными значениями, полученными с учетом только сдвиговой вязкости и потерь энергии из-за теплопроводности среды. В отличие [c.176]

Для моделирующих частот около 100 кгц легче изготовить генерирующую и усиливающую широкополосную аппаратуру и создать более благоприятные условия для более мощного излучения и приема ультразвука в модели при помощи пьезодатчиков. Действительно, хорошо известно, что энергия излучения пьезодатчиков приблизительно линейно связана с объемом пьезокристалла и, следовательно, при линейном уменьшении размеров моделей и пьезодатчиков энергия излучения уменьшается пропорционально кубу размеров последних. Поэтому при частотах больше 100 кгц часто проявляется недостаток ультразвуковой энергии в модели, что усугубляется, как отмечалось, повышенным поглощением волн на более высоких частотах. И все-таки существует естественная тенденция перейти на моделирующие частоты около 1 Мгц Это связано с тем, что на частотах 100 кгц в ряде случаев получаются непомерно большие и тяжелые модели, достигающие десятков метров (табл. 1), особенно в моделях из металлов. При рабочих частотах около 1 Мгц размеры моделей в большинстве случаев становятся приемлемыми, особенно если применять модели второй группы, когда трансформируются прежде всего скоростные [c.75]

Наряду с проблемой поглощения и рассеяния звука в биологических организмах существует проблема наличия резких скачков акустического импеданса, связанных с присутствием различных газов в полостях тела. Это делает применение ультразвука в биологии отличным от применения при контроле металлов. Наличие газовых неоднородностей является непре- [c.110]

Существенно снижает циклическую прочность кислотное травление, применяемое в производстве как промежуточная или подготовительная операция и вызывающее коррозийное повреждение поверхностного слоя. Для предотвращения этого явления необходимо вводить в состав трави-телей ингибиторы коррозии и производить обработку с применением ультразвука, предупреждающего поглощение металлом водорода. [c.306]

Процесс затухания колебаний,обусловленный повторными отражениями от границ зерен металла, называется структурной реверберацией. Это явление может быть объяснено неодинаковостью упругих свойств зерен, вследствие чего при переходе из одного зерна в другое ультразвук подвергается изменениям на их границах — отражению, преломлению и постепенному рассеянию. Затухание колебаний зависит от свойств материала, характеризуемых коэффициентом затухания б, складывающимся из коэффициентов поглощения Sn и рассеяния бр б = бп 4 бр. [c.68]

В технике используются механические колебания в очень широком интервале частот — от нескольких герц до 200 МГц, или от инфразвука до ультразвука. Широкий интервал применяемых частот обусловлен тем, что характер их распространения и поглощения зависит от частоты. Ею определяются контролируемая зона, минимальная измеряемая толщина, степень поглощения и характер возбужденных волн. В ультразвуковой дефектоскопии используется целая гамма различных видов волн, которые отличаются друг от друга как направлениями распространения колебаний, так и характером колебаний. Механические колебания используются для выявления нарушения сплошности и измерения толщины. Свойство их поглощения при прохождении через контролируемую среду используется для нахождения мелких рассеянных инородных включений и пустот, оценки неоднородности зерна, структуры, определения плотности массы, внутренних напряжений, коэффициента вязкости, межкристаллитной коррозии, зоны поверхностного распространения. Большим достоинством методов и средств неразрушающего ультразвукового контроля является их универсальность — возможность применения как для металлов и сплавов, так и для керамики, полупроводников, пластических масс, бетона, фарфора, стекла, ферритов, твердых сплавов, т. е. таких синтетических материалов, которые находят все большее применение в технике. [c.548]

А. Галкин, Э. А. Канер, А. П Королюк, О новом типе осцилляций коэффициента поглощения ультразвука в металлах в магнитном поле, ДАН СССР 134, 74 (1960). [c.622]

Началу сварки (рассматривать процесс следует слева направо) соответствуют всплески на кривой ультразвука. Сварка начинается на приставной планке, поэтому в начале процесса это мало сказывается на амплитуде ультразвуковых колебаний. Как только сварочная дуга переместится с приставной планки на образец и начнет расплавлять прихватку, соединяющую половинки образца, происходит резкое уменьшение ультразвукового сигнала, поскольку поглощение ультразвука в расплавленном металле значительно больше, чем в твердом. Затем, по мере продвижения сварочной дуги и увеличения длины сварного шва, условия прохождения ультразвука улучшаются и амплитуда сигнала увеличивается. В следующий момент времени в ванночку расплавленного. металла погружается спай термопары (на осциллограмме это отмечено резким скачком температурной кривой вверх), что вновь вызывает уменьшение амплитуды про-.чодящего сигнала, вследствие увеличения рассеяния ультразвука при введении в металл инородного тела. Далее, после некоторого увеличения амплитуда сигнала вновь резко падает, теперь уже вследствие образования горячей трещины. В тех случаях, когда скорость деформации образца оказывалась недостаточной для возникновения трещины, уменьшения амплитуды сигнала не наблюдалось. [c.230]

Частоты ультразвука, к-рые можно реально генерж ровать в сверхпроводнике, не превышают 10 Гц, намного меньше пороговой частоты 10 Гц,, Поэтому при У —V О в поглощении ультразвука могу1, принимать участив лишь неспаренные электроны (чдсд ло к-рых экспоненциально мало) и в этом случав коаф< поглощения звука оказывается значительно меньше чем в нормальном металле. [c.440]

Возникает естественный вопрос где же находится верхняя граница ультразвуков, т. е. какова частота самых высоких ультразвуков Ответ на этот вопрос можно дать, если исходить из следующих соображений. При распространении звуковых волн часть их энергии поглощается средой, в которой они распространяются. Величина этой поглощенно] доли зависит от свойств среды. Как правило, больше всего энергии поглощается в газах, меньше в жидкостях и еще меньше в твердых телах, в частности в металлах, кристаллах кварца и т. д. При этом поглощение всегда возрастает с увеличением частоты колебаний, т. е. высоты звука. Хорошим примером, подтверждающим это положение, является звучание удаляющегося оркестра с увеличением расстояния сначала пропадают высокие звуки флейт и кларнетов, затем средние — корнетов и альтов, и, наконец, на значительных расстояниях слыншн только большой барабан. Самые низкие звуки распространяются на самые далекие расстояния. [c.10]

НЫХ участках своей орбиты. Возможен и другой случай (В), когда на аналогичных участках орбиты электрон движется против поля. В обоих случаях электроны испытывают сильное взаимодействие с приложенным полем. Если уменьшить магнитное поле вдвое, электронная орбита продеформируется таким образом, что на одном ее продольном отрезке электрон будет двигаться вдоль поля волны, а на другом — против поля. Эти два эффекта стремятся скомпенсировать друг друга, и в результате суммарное воздействие оказывается существенно ослабленным. Следовательно, когда мы меняем магнитное поле, звуковая волна последовательно чувствует то сильно, то слабо проводящую среду. Затухание волны непосредственно зависит от э( х))ективной проводимости среды оно оказывается наибольшим, когда среда, так сказать, ее податлива. Таким образом, осцилляция затухания ультразвука как функция магнитного поля дает нам непосредственную информацию о размерах важных электронных орбит в металле, или соответственно о важных сечениях ферми-поверхности. Используя метод стационарной фазы при вычислении коэффициента поглощения, можно убедиться, что эти сечения являются экстремальными. Если мы производим измерения при различных напряженностях магнитного поля, периодически меняя его направление, мы получаем последовательные сечения ферми-поверхности. Соответствующие результаты для ферми-поверхности алюминия приведены на фиг. 41. Несколько иной масштаб по сравнению с ферми-поверхностью для свободных электронов связан с геометрией эксперимента. Подобные эксперименты служат хорошим подтверждением правильности той картины, которую мы нарисовали. [c.139]

Естественно, при любой конечной температуре в сверхпроводнике имеются квазичастичные возбуждения, которые влияют на целый ряд свойств. Например, длинноволновая звуковая волна (Аю < 2Дд) не может привести к возбуждению основного состояния, но может быть рассеяна любыми имеющимися квазичастицами. Таким образом, электронный вклад в поглощение ультразвука экспоненциально стремится к нулю при низких температурах и приближается к значению, отвечающему нормальному металлу при приближении 7 к 7 . [c.577]

Рис. 1. Температурная зависимость электронного поглощения а ультразвука в сверхпроводящем металле 1—всверх-проводящем состоянии

В металлах и полупроводниках, кроме решёточного П. з., описанного выше, а также термоупругого и связанного с внутренним трением, имеется ещё специфич. поглощение, сбя-занное с взаимодействием ультразвука с электронами проводимости. В металлах эти эффекты становятся заметными при темп-рах ниже примерно 10 К. При переходе металла в сверхпроводящее состояние П. 3. уменьшается. При наложении магнитного поля, разрушающего сверхпроводимость, поглощение возрастает. Взаимодействие УЗ с носителями тока в полупроводнике при наличии внешнего электрич. поля может привести к появлению отрицательного П. з., т. е. к усилению ультразвука. [c.262]

Среди физич. механизмов, обусловливающих затухание звука в кристаллах, можно выделить следующие рассеяние звука на микродефектах, поглощение, обусловленное термоупругими и тепловыми эффектами, дислокационное поглощение, поглощение, вызванное взаимодействием упругой волны с тепловыми колебаниями кристаллич. решётки — фононами (см. Поглощение звука) , кроме того, в металлах и полупроводниках существует специфич. вид поглощения звука, обусловленный взаимодействием ультразвука с электронами проводимости, в ферромагнитных кристаллах дополнительное поглощение УЗ обусловлено движением доменных стенок и спин-фононным взаимодействием, в сегнетоэлектрич. кристаллах наблюдается специфич. возрастание поглощения вблизи точки фазового перехода (см. Сегнетоэлектр ичество). [c.296]

Осцилляционная зависимость магнитного момента и/или магнитной восприимчивости металла от магнитного поля — тонкий низкотемпературный эффект, характерный для тщательно подготовленных образцов металла. Это перечисление показывает, что, несмотря на всю его информативность и важность для спектроскопии металла, эффект дГвА в каком-то смысле представляет собой камерное явление. Если посмотреть, что конкретно исследуют специалисты по физике металлов, то выяснится, что эффектом дГвА занимается весьма малая часть из них. Но, во-первых, имеется много родственных осцилляционных эффектов, частично описанных в монографии (эффект Шубникова — де Гааза или гигантские квантовые осцилляции в поглощении ультразвука), а частично только упомянутых (магнитооптические осцилляции и др.). Все они родственны не только по существу, но и (в большой мере) по методам исследования (включая обработку экспериментальных данных). Поэтому изучение монографии Д. Шенберга, несомненно, будет полезно широкому кругу физиков, занятых низкотемпературными исследованиями металлов. Во-вторых (и это очень важно), книга Магнитные осцилляции в металлах учит, как ставить эксперимент, как из эксперимента извлекать надежные данные, учит самой сути деятельности физика-экспериментатора. Давно замечено, что лучше учить не логике, а геометрии. Обучающийся при этом учится мыслить логически. Лучший [c.6]

Трудно выделить непосредственное влияние ультразвука на процессы, происходящие в металлах, находящихся в твердом состоянии, и его косвенное влияние—нагоевание. Обычно поглощение энергии происходит на границах зерен, включениях и дефектах кристаллической решетки. В макроскопическом масштабе повышение температуры металлов вследствие поглощения ультразвуковой энергии невелико, но оно локально и может значительно влиять на протекание процесса. Тепловое действие ультразвука, т. е. повышение температуры, можно вычислить, но более точно его определяют экспериментально. Во многих исследованиях отмечено повышение температуры в обрабатываемых образцах. Так, например, у полуволновых обазцов [c.84]

Импульсным способом были измерены скорости и поглощения ультразвука с частотою 10 лтц в монокристаллах солей щелочных металлов [239]. На основании этих измерений были вычислены модули упругости LiF, Na l, KBr и KJ, приведённые в таблице 37. [c.245]

Большая величина поглощения звука в газах (по сравнению с теорией) объясняется наличием молекулярного поглощения (которое не учитывалось Стоксом) за счет перехода энергии звука в энергию внутримолекулярных движений. Это явление впервые обнаружено Н. Неклепаевым в области ультразвука [25, 26] и объяснено П. Н. Лебедевым [27]. Увеличенное поглощение звука в морской воде объясняется влиянием пузырьков газа, которые обусловливают как поглощение энергии, так и рассеяние ее в стороны. В металлах ослабление звука происходит в значительной мере за счет рассеяния на мелких кристаллических зернах чем крупней зерна кристаллов, тем больше рассеяние и тем сильней звук ослабевает при распространении. В монокристаллах поглощение звука очень мало. (Прим. ред.) [c.53]

Для сред с переменными параметрами могут изменяться величины Р и с. Например, при обработке ультразвуком расплавов в процессе их кристаллизации, вследствие изменения фазового состояния расплава и его температуры, изменяются величины поглощения и скорости распространения. Таким образом, в процессе обработки непрерывно изменяются Zbx и его составляющие. В качестве другого примера приведем технологическую ванну, в которой ведется процесс ультразвукового эмульгирования. По мере развития процесса и перехода большей части объемов компонентов в эмульсию, состав, а следовательно, и физические параметры среды изменяются. Следует, однако, учитывать, что изменение физических параметров среды в основном влияет на активную составляющую входного сопротивления, а следовательно, расстройка системы происходит в меньшей мере, чем нарушение величины оптимального значения нагрузочного сопротивления. Практически нарушение этой величины для большинства известных нам технологических жидких сред не очень существенно. Больше сказывается изменение габаритов объема, в котором помещена среда. При этом наибольшее влияние на режим оказывает изменение реактивной составляющей, обусловливающей расстройку всей системы. Приведем два примера. 11ри обработке ультразвуком металла в процессе его кристаллизации, в дуговых вакуумных печах с расходуемым электродом слиток непрерывно растет, т. е. изменяется его высота, а следовательно, и величина реактивной составляющей входного сопротивления. Аналогичное положение может иметь место при наложении ультразвуковых колебаний на заготовку, подвергающуюся пластической деформации. С изменением конфигурации и размеров заготовки изменяется реактивная составляющая сопротивления нагрузки, т. е. нарушаются резонансные условия. Таким образом, при обработке ультразвуковыми колебаниями объемов с переменными габаритами возникает задача эффективного ввода энергии колебаний в условиях переменного значения входного сопротивления нагрузки. [c.211]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...