Е. А. Богданов Основы технической
жүктеу/скачать 6.94 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 9.2. Затухание ультразвука
В зависимости от источника возбуждения могут возникать и другие виды волн: сферические, возбуждаемые точечным источником, размеры которого меньше длины волны, цилиндрические, которые возбуждаются цилиндрическим источником (стержнем), длина которого значительно больше поперечных размеров, и др. При проведении УЗД и УЗТ металла и сварных соединений используют в основном поперечные и продольные волны. 9.2. Затухание ультразвука Распространение ультразвуковой волны, вызванной колебательными движениями возбужденных частиц благодаря упругим силам между ними, сопровождается переносом энергии. Количество энергии, переносимое волной за 1 с через 1 см2 площади, перпендикулярной направлению распространения, называют интенсивностью ультразвука. Интенсивность ультразвуковых колебаний частиц обычно невелика (энергия волны не более 100 Вт/см2) и не выходит за пределы упругих деформаций, где напряжения и деформации связаны линейной зависимостью. Интенсивность ультразвука по мере прохождения в среде уменьшается за счет ее волнового сопротивления z. Величина этого сопротивления, часто называемого характеристическим импедансом, зависит от плотности среды , скорости распространения волн С и определяется выражением Размерность волнового сопротивления (характеристического импеданса) составит: . Заменив кг=Нс2/м (масса равна силе, деленной на ускорение). Отсюда размерность Интенсивность ультразвука пропорциональна квадрату амплитуды упругого смещения и квадрату частоты колебаний: Из последнего выражения следует, что чем большим акустическим сопротивлением обладает среда, тем бблыпая энергия требуется для возбуждения в ней волн заданной частоты и амплитуды. По мере прохождения волны от источника излучения амплитуда упругого смещения частиц уменьшается и интенсивность ультразвука падает. Затухание интенсивности происходит по двум основным причинам: поглощения и рассеяния. Коэффициент затухания а соответственно состоит из двух слагаемых где - коэффициент поглощения, определяемый вязкостью среды и частоты колебаний; - коэффициент рассеяния, зависящий от структуры, упорядоченности расположения и размеров зерен кристаллов. Поглощение — это процесс перехода энергии колебаний в тепловую, обусловленный трением колеблющихся частиц. Поглощение будет тем больше, чем больше частота колебаний. При рассеянии происходят преломление и трансформация ультразвуковых волн. Рассеяние обусловлено кристаллической структурой металлов и сплавов. При прохождении ультразвуковой волны через границы кристаллов волна частично отражается, преломляется и трансформируется. Рассеяние по этим причинам может быть значительным. Максимальное рассеяние имеет место при a - (1...4)Д где D — средний размер зерна. В углеродистых сталях зерна состоят из большого числа хаотично расположенных мелких пластинок перлита и цементита (Fе3С). Размеры их значительно меньше длины волны, и затухание ультразвука определяется в основном поглощением. В аустенитных сталях и особенно в сварных соединениях происходит упорядочение ориентации кристаллов, а их размеры становятся соизмеримы с длиной волны. Поэтому в связи с повышенным рассеянием проведение УЗД таких сталей часто затруднено или невозможно. Снижение интенсивности ультразвука вследствие его затухания в зависимости от пройденного в материале расстояния происходит по экспоненциальному закону: J=J0 · e-2аx где J(х) — интенсивность ультразвука на расстоянии х от источника излучения, интенсивность излучения которого J0; — коэффициент затухания. Чем больше коэффициент затухания, тем значительнее ослабление ультразвука, а следовательно, меньше глубина его проникновения. Поскольку амплитуда волны пропорциональна корню квадратному из интенсивности ультразвука, влияние затухания на амплитуду описывается формулой Ux=U0· e-ax Для оценки ослабления в большинстве случаев нет необходимости определять интенсивность J или амплитуду U в абсолютных единицах. Чаще бывает достаточно определить их величину относительно некоторого постоянного (опорного) уровня (J0; U0). В этом случае для выражения относительной величины J/J0 = U/U0 используют специальные единицы — децибелы. Число децибел N определяют по формулам N = 10 lg /J0; N = 20lg U/U0. В практике УЗД, когда контролируется соотношение амплитуд колебаний, для определения N обычно используют вторую формулу. Децибельная шкала очень удобна, поскольку амплитуды могут отличаться на 1...3 порядка, т. е. в 10, 100, 1000 раз. В единицах измерения это увеличение составит соответственно 20, 40, 60 дБ, т. е. это величины одного порядка. Кроме того, эти величины, согласно основным свойствам логарифмов, можно суммировать и вычитать. Например, если известно затухание (ослабление) ультразвука в децибелах при прохождении отдельных участков пути ультразвуковой волны, то результирующее затухание определится как сумма составляющих затухания на каждом участке. Для пересчета относительных единиц U/U0 в децибелы и обратно можно воспользоваться табл. 9.2. Таблица 9.2
жүктеу/скачать 6.94 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|