Билет №2 Типы волн и скорость их распространения

В акустическом контроле используются различные типы волн, отличающихся направлением колебаний, распределением амплитуд колебаний и волн в среде, скоростью распространения волн. В акустике различные типы волн принято называть модами.

Если частицы среды колеблются в направлении, совпадающим с направлением распространения волны, то такие волны называются продольными (волны сжатия-растяжения), l .

C_l – скорость продольной волны

Если частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, то такие волны называются поперечными ( волны сдвига), t

Ct – скорость распространения поперечной волны.

Поперечная волна в которой частицы колеблются в плоскости падения, называется вертикально – поляризованной или SV – волной. Поперечные волны, широко применяемые в практике УЗК являются SV – волнами.

Если частицы при распространении поперечной волны колеблются перпендикулярно плоскости падения, то есть вдоль границы раздела двух сред, волна называется горизонтально – поляризованной или SH – волной.SH – волны могут быть возбуждены только с помощью специальных преобразователей (электромагнитно-акустических)

Продольные волны возникают в любых средах, поперечные – только в твердых телах.

Между скоростью продольной и поперечной волн, находящихся в одной среде существует соотношение:

C_t = 0,55C_l

Продольные и поперечные волны, получившие название объемные волны, широко применяются для узк.

Поверхностные волны (волны Рэлея) распространяются вдоль свободной поверхности твердого тела.

Поверхностная волна является комбинацией продольных и поперечных волн. Плоскость, в которой колеблются частицы среды перпендикулярна к поверхности. Поверхностные волны могут распространяться на большие расстояния, как по плоской так и по изогнутой поверхности изделия. Глубина их распространения не более одной длины волны.

Cs – скорость распространения поверхностных волн.

C_S = 0,93 C_t = 0,51 C_l

Применение этих волн эффективно для обнаружения дефектов на поверхности (риски, задиры, трещины)

Билет №3 Удельное акустическое сопротивление среды. Интенсивность ультразвука и затухание его в металлах.

Удельное акустическое сопротивление среды или акустический импеданс (z) –это произведение плотности среды на скорость распространения ультразвука в данной среде.

Ρ – плотность

Уедльные волновые сопротивления газов, жидкостей и металлов относятся между собой примерно как 1:3000:100000.

В ультразвуковой дефектоскопии используется отражение ультразвуковых волн от поверхностей дефектов в металле, которые можно рассматривать как границу раздела металл-воздух. Чем больше различаются акустические сопротивления дефектов от общей массы метала, тем проще их обнаружить, так как в этом случае большая часть ультразвуковой энергии будет отражаться от дефектов.

Интенсивность ультразвука и затухание его в материалах

Ультразвуковая волна в направлении своего движения несет определенную энергию, которую излучил источник.

Количество энергии, переносимое волной за 1 секунду через 1см² площадки, перпендикулярной к направлению распространения ультразвуковой волны называется интенсивностью ультразвука.

I – интенсивность Вт/м²

По мере распространения ультразвуковой волны интенсивность её падает. Это обусловлено расхождением и затуханием.

Снижение интенсивности ультразвука происходит по экспоненциальному закону:

Где I₀ – начальная интенсивность у источника ультразвука

S – пройденный путь уз волны

δ – коэффициент затухания

Затуханием ультразвуковых колебаний называется уменьшение амплитуды колебаний частиц в звуковой волне, вызванное процессами рассеяния и поглощения.

δп – коэффициент поглощения

δр – коэффициент рассеивания

При рассеянии энергия остается механической, но уходит из направленного распространения волны в результате отражений на границах зерен и неоднородностей. Рассеяние связано с тем, что среда не является строго гомогенной. Она содержит кристаллы, на границах которых акустическое сопротивление изменяется, так как кристаллы или отдельные составляющие вещества имеют различную плотность. Для некоторых материалов это связано с тем, что они представляют собой сплав зерен различных компонентов (феррита и графита). Для других материалов – с наличием пор и инородных включений.

При поглощении механическая энергия колебаний переходит в тепловую. Поглощение будет тем больше, чем меньше длина волны и соответственно чем больше частота.

Большое влияние на коэффициент затухания в металле оказывает отношение средней величины зерна и длины волны ультразвука.

D – средняя величина зерна

Длина ультразвуковой волны для УЗК должна быть λ≥ (20…100)D

Обе составляющие затухания создают определенные трудности при ультразвуковом контроле. Поглощение уменьшает амплитуду проходящих сигналов. А рассеяние не только уменьшает уровень сигналов, отраженных от дефектов, но и создает многочисленные шумовые импульсы на экране дефектоскопа, связанные с отражениями от граней кристаллов.

Акустические характеристики материала

Материал	Скорость волны, м/с		Плотность материала, кг/м3	Удельное акустическое сопротивление для волн 10-5 Па∙с/м		Коэф. затухания продольной волны на частоте 2,5 МГц, 102 м-1
	продольной	поперечной		продольных	поперечных
Алюминий	6260	3080	2,7	17	8,3	0,001-0,05
Бериллий	12500	8700	1,85	23	13,3	-
Вольфрам	5460	2870	19,1	104	55	-
Медь	4700	2260	8,9	41,8	20,5	0,018-0,044
Сталь углеродистая (Сталь 20)	5850	3230	7,8	45,5	25,2	0,01-0,08
Сталь коррозионно-стойкая 1Х18Н9Т	5660	3120	8,03	45,5	25	0,06-0,15
Вода	1490	-	1	1,5	-	0,00004
Воздух	330	-	0,0013	0,0004	-	-
Капролон	2640	1119	1,1	2,9	1,23	0,65
Плексиглас	2670	-	1,18	3,2	1,32	0,58
Резина	1480	-	0,9	1,4	-	2,5
Кварц	5930	3750	2,2	13	8,25	-
Цирконат-титанат свинца	5000	-	7,3	36,5	-	-