2.7. Акустические свойства сред.

Скорости волн являются свойствами среды: для жидкостей и газов – продольных волн, а для твердых тел – продольных и поперечных.

Волновое сопротивление равно произведению скорости волны č на плотность среды  : z =  č.

Коэффициент затухания определяется способностью среды гасить акустические волны.

Скорость продольной волны пропорциональна поперечной - , где М – модуль нормальной упругости (для продольной волны или модуль сдвига для поперечной волны), а  – плотность среды. Таким образом, эти скорости возрастают с увеличением упругости среды и уменьшаются с увеличением плотности, т.е. колеблющейся массы.

Коэффициент затухания складывается из коэффициентов поглощения и рассеивания:

 = _п + _р.

При поглощении акустическая энергия переходит в тепловую, а при рассеянии энергия остаются звуковой, но уходит из направленно распространяющейся волны.

Для жидкостей и газов, не засоренных пылью, пузырьками и т.п. рассеяние отсутствует, а коэффициент поглощения пропорционален квадрату частоты:  = ’ f².

Для твердых материалов коэффициент поглощения _п чаще всего пропорционален частоте. Коэффициент _р = 0 для аморфных веществ (стекло, однородные пластмассы). Для поликристаллических веществ _р увеличивается с ростом упругой анизотропии материала (изменении скорости по разным направлениям в кристалле), среднего размера кристаллов D и частоты: _р ~ fⁿ (n изменяется от 2 до 4). В области  / D = 4 …10 величина _р ~ D f² , а при   10 D величина _р ~ D³ f⁴ .К примеру, в малоуглеродистой стали при   10 D для продольных и поперечных волн:

;

,

здесь D – в мм, f – в МГц,  - в Нп/м. Таким образом, коэффициент затухания возрастает с увеличение частоты (рис.2.10).

Способ измерения скорости с помощью универсального звукового дефектоскопа состоит в сравнении времени распространения импульса в объект контроля с временем распространения в каком либо образце с известной скоростью. В серийном дефектоскопе УД2-12 имеется шкала измерения времени, поэтому возможно прямое измерение скорости.

Способы измерения коэффициента затухания основаны на измерении амплитуд импульсов, прошедших разный путь в материале, например, при многократном отражении между поверхностями образца. При этом учитывают потери на дифракционное ослабление и неполное отражение от границ образца с преобразователем и другими средами.

В таблице 2.4 указаны приближенные значения коэффициентов затухания для различных твердых материалов и возможности их ультразвукового контроля на частоте 2 МГц.

Рис. 2.10. Коэффициент затухания в металлах (даны химический символ, тип волны, средний размер зерна в мм).

Таблица 2.4.

Коэффициент затухания продольных волн для различных материалов.

Коэффиц. затухания , дБ/м	Материал изделия	Максимальная толщина, доступ-ная контролю, м
0,1 – 10 (низкий)	Отливки из алюминия и магния чистые и слаболегированные. Штамповки (чистые и низколегированные): сталь, алюминий, магний, серебро, никель, вольфрам, титан. Неметаллы: стекло, фарфор.	1 - 10
10 – 100 (средний)	Отливки: алюминиевые и магниевые сплавы, низколегированная сталь, чугун со сфероидальным графитом. Штамповки: медь, латунь, бронза, металлокерамика.	0,1 - 1
Свыше 100 (высокий)	Пластики (оргстекло, резина, поливинилхлорид, синтетические смолы). Пластики с наполнителями и резиной, вулканизированная резина, дерево. Литье: высоколегированная сталь, серый чугун, медь, инк, латунь, бронза. Неметаллы: пористая керамика, горные породы.	0 – 0,1