Вопрос №8. Физические основы уз дефектоскопии. Направленность уз волн.

Ультразвуковая дефектоскопия основана на явлениях, происходящих на границе раздела двух сред, имеющих разные акустические сопротивления.

В общем случае на границе раздела могут происходить три явления: отражение, преломление и трансформация волн.

Отражением называют изменение направления УЗ волны на границе раздела, при котором волна не переходит в другую среду.

Преломлением называют изменение направления УЗ волны на границе раздела, при котором волна переходит в другую среду.

Трансформацией называют преобразование волн одного типа в волны другого типа, происходящее на границе раздела двух сред.

Чем больше отличаются акустические сопротивления сред, тем большая часть энергии звуковой волны отразится от границы раздела двух сред. Этим условием определяется как возможность, так и эффективность выявления нарушений сплошности материала.

Направленность излучения звука зависит от соотношения между размерами излучателя и длиной волны. Чем меньше длина волны по сравнению с размерами излучателя, тем больше направленность излучения звука. С уменьшением длины волны, кроме того уменьшается также и роль дифракции в процессе распространения волн. Поэтому ультразвуковые волны, имеющие сравнительно малую длину волны, могут быть получены в виде узких направленных пучков. В воздухе ультразвуковые волны весьма сильно затухают. Вода по своим акустическим свойствам резко отличается от воздуха. Кинематическая вязкость воды значительно меньше, чем воздуха. Поэтому ультразвуковые волны в воде поглощаются примерно в 1000 раз слабее, чем в воздухе. Этим и объясняется то, что направленные пучки ультразвуковых волн находят широкое применение в гидроакустике для целей сигнализации и гидролокации под водой. Отметим, что использовать для этой же цели электромагнитные волны невозможно, так как их поглощение в воде очень велико. Таким образом, ультразвуковые волны являются, по существу, единственным видом волнового процесса, который может распространяться с относительно малым поглощением в водной среде.

Вопрос №9.

Ближняя и дальняя зоны излучателей УЗ.

Д анная формула показывает направленность УЗ-пучка в так называемой дальней зоне или зоне Фраунгофера.

В ближней зоне, называемой зоной Френеля, амплитуда поля изменяется как вдоль оси, так и по сечению пучка, а УЗ-волна при этом распространяется почти без расхождения.

П ротяжённость ближней зоны r₀ для цилиндрического излучателя:

Вопрос №10.

Отражение УЗ волн от несплошностей.

Э то свойство УЗ-волн служит основой для их использования в эхо-импульсном методе дефктоскопии материалов. При падении волы на поверхность раздела двух сред в общем случае часть энергии проходит во вторую среду, а часть отражается в первую. Если УЗ-волна перпендикулярнв к границе двух сред, то проходящая и отражённая волны будут такого же типа, что и падающая. Коэффициент отражения R как отношение интенсивностей отражённой и падающей волн зависит от соотношения удельных акустических сопротивления Z₁=₁C₁ и Z₂=₂C₂ первой и второй сред:

Из формулы видно, что R не зависит от направления УЗК (УЗ-колебания) через границу раздела сред Z₁ и Z₂.

Коэффициент прохождения волны D=1-R. Чем больше разница в акустических сопротивлениях, тем больше интенсивность отражённой волны.