Теоретические основы УЗК | shearwave

Cлайды, которые теоретически могут помочь сдать общий экзамен на 1-2 уровень по ультразвуковому контролю.

Сокращения:
НК — неразрушающий контроль
ОК — объект контроля

Термины и определения:

Качество продукции — совокупность свойств продукции, обуславливающих ее способность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением
Контроль (технический контроль) — проверка соответствия объекта установленным техническим требованиям
Вид контроля — классификационная группировка контроля по определенному признаку
Метод контроля — правила применения определенных принципов и средств контроля
Метод неразрушающего контроля (НК) — метод контроля, при котором не должна быть нарушена пригодность объекта к применению
Система контроля — совокупность средств контроля, исполнителей и определенных объектов контроля, взаимодействующих по правилам, установленным соответствующей нормативной документацией

Средство контроля — техническое устройство, вещество и (или) материал для проведения контроля
Контролепригодность — свойство изделия, обеспечивающее возможность, удобство и надежность его контроля при изготовлении, испытаниях, техническом обслуживании и ремонте

Входной контроль — контроль продукции поставщика, поступившей к потребителю или заказчику, и предназначенный для использовании при изготовлении, ремонте или эксплуатации продукции
Операционный контроль — контроль продукции или процесса во время выполнения или после завершения технологической операции
Приемочный контроль — контроль продукции, по результатам которого принимается решение о ее пригодности к поставкам и (или) использованию

Дефект — каждое отдельное несоответствие объекта установленным требованиям (ГОСТ 15467-79)

Несплошность — нарушение однородности материала, вызывающее скачкообразное изменение одной или нескольких его физических характеристик (плотности, магнитной проницаемости, скорости звука, волнового сопротивления и проч.)
Дефектное изделие — изделие, имеющее хотя бы один дефект
Критический дефект — дефект, при наличии которого использование продукции по назначению практически невозможно или недопустимо
Значительный дефект — дефект, который существенно влияет на использование продукции по назначению и (или) на ее долговечность, но не является критическим
Малозначительный дефект — дефект, который существенно не влияет на использование продукции по назначению и ее долговечность

Достоверность контроля — характеристика (качественная или количественная) контроля, показывающая на основе предварительно установленных критериев близость к ситуации, исключающей как перебраковку, так и недобраковку

Перебраковка — отсутствие дефектов хотя бы в одном из забракованных по результатам контроля объектов
Недобраковка — наличие дефекта хотя бы в одном из объектов, признанных годными по результатам контроля

Как известно из ГОСТ 18353-79, существуют 9 видов НК:
1. Магнитный — вид НК, основанный на анализе взаимодействия магнитного поля с ОК)
2. Электрический— вид НК, основанный на регистрации параметров электрического поля, взаимодействующего с ОК или возникающего в ОК в результате внешнего воздействия
3. Вихретоковый — вид НК, основанный на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в ОК
4. Радиоволновой — вид НК, основанный на регистрации изменений параметров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействующих с ОК

5. Тепловой — вид НК, основанный на регистрации изменений тепловых или температурных полей ОК, вызванных дефектами
6. Оптический — вид НК, основанный на регистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с ОК
7. Радиационный — вид НК, основанный на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия с ОК
8. Акустический — вид неразрушающего контроля, основанный на регистрации параметров упругих волн, возбуждаемых и (или) возникающих в ОК
9. Проникающими веществами (капиллярный и течеисканием) — вид неразрушающего контроля, основанный на проникновении веществ в полости дефектов ОК

Методы каждого вида НК классифицируются по следующим признакам:
• характеру взаимодействия физических полей или вещества с ОК;
• первичным информативным параметрам;
• способам получения первичной информации.

Классификация методов в соответствии с ПБ 03-440-02 немного отличается.
«Правила аттестации персонала в области неразрушающего контроля» ПБ 03-440-02 устанавливают порядок аттестации персонала, выполняющего НК технических устройств, зданий и сооружений на опасных производственных объектах. Аттестация персонала в области НК проводится в целях подтверждения достаточности теоретической и практической подготовки, опыта, компетентности специалиста, т.е. его профессиональных знаний, навыков, мастерства и предоставления права на выполнение работ по одному или нескольким видам (методам) НК. Специалисты НК в зависимости от их подготовки и производственного опыта аттестуются по трем уровням профессиональной квалификации – I, II, III.
Аттестации подлежит персонал, проводящий контроль объектов с применением следующих видов (методов) НК:
1. Радиационный РК (RT)
1.1. Рентгенографический
1.2. Гаммаграфический
1.3. Радиоскопический
2. Ультразвуковой УК (UT)

2.1. Ультразвуковая дефектоскопия
2.2. Ультразвуковая толщинометрия
3. Акустико-эмиссионный АЭ (AT)
4. Магнитный МК (MT)
4.1. Магнитопорошковый
4.2. Магнитографический
4.3. Феррозондовый
4.4. Эффект Холла
4.5. Магнитной памяти металла
5. Вихретоковый ВК (ET)
6. Проникающими веществами
6.1. Капиллярный
6.2. Течеискание
7. Вибродиагностический ВД
8. Электрический ЭК
9. Тепловой ТК
10. Оптический ОК
11. Визуальный и измерительный ВИК (VT)
12. Контроль напряженно-деформированного состояния НДС
12.1. Радиационный
12.2. Ультразвуковой
12.3. Магнитный
12.4. Вихретоковый

Кандидат, претендующий на прохождение аттестации на один из трех уровней квалификации, аттестуется по конкретным методам НК. Областью аттестации каждого кандидата является сфера его деятельности по контролю конкретных объектов:
1. Объекты котлонадзора
2. Системы газоснабжения (газораспределения):
3. Подъемные сооружения

4. Объекты горнорудной промышленности
5. Объекты угольной промышленности
6. Оборудование нефтяной и газовой промышленности
7. Оборудование металлургической промышленности
8. Оборудование взрывопожароопасных и химически опасных производств
9. Объекты железнодорожного транспорта
10. Объекты хранения и переработки зерна
11. Здания и сооружения (строительные объекты)
12. Оборудование электроэнергетики

Теперь перейдем к определениям из раздела «Колебания и волны».
Колебание — движение вокруг некоторого среднего положения, обладающее повторяемостью во времени
Волна — колебательные движения, распространяющиеся в пространстве: колебания одной точки среды передаются соседней и так далее
В акустике рассматривают упругие колебания и волны, в других видах неразрушающего контроля используются электромагнитные колебания и волны.
Упругость — свойство точек среды возвращаться к первоначальному состоянию после прекращения воздействия силы

Колебания характеризуются частотой и амплитудой.
Частота — количество периодов (циклов) колебаний в единицу времени (обычно секунду)
Колебания от точки к точке среды передаются с определенной скоростью – скоростью распространения звука.
Длина волны — минимальное расстояние между двумя точками, колеблющимися в одной фазе

Скорость звука во многих металлах около 6000 м/с. При частоте 6 МГц длина волны равна 1 мм. При ультразвуковом контроле металлов обычно используют волны длиной от 0,06 до 12 мм.
Амплитуда — наибольшее отклонение от положения равновесия
В ультразвуковом контроле обычно измеряют ослабление амплитуды A’ относительно возбужденных в объекте контроля колебаний Aо. Для этого применяют логарифмические единицы – децибелы (дБ).

Т.к. A'<Ao, то децибелы будут отрицательными, однако в ультразвуковой дефектоскопии знак «-» принято опускать.

В акустике рассматриваются изотропные среды.
Изотропия — независимость физических свойств среды от направления в ней. Среды, в которых свойства зависят от направления, называют анизотропными.

Ультразвуковая волна — процесс распространения упругих колебаний ультразвуковой частоты в материальной среде
Луч — направление, в котором распространяется максимум энергии волнового процесса
Фронт — совокупность точек, колеблющихся в одной фазе, до которых в заданный момент дошел волновой процесс
Диапазон частот упругих колебаний

Объемные волны

Продольная волна существует а твердых телах, жидкостях и газах.
Колебательное движение отдельных частиц происходит в том же направлении, в котором распространяется волна.

Поперечные волны существуют только в твердом теле.
Отдельные частицы колеблются в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны.

Поперечные волны подразделяются на горизонтально поляризованные SH и вертикально поляризованные SV. При контроле наклонным ПЭП используется SV поляризованная поперечная волна.

Поверхностные волны
Поверхностная волна (Рэлея)
— комбинация продольных и поперечных волн

— распространяется вдоль свободной границы твердого тела
— частицы совершают колебания по эллипсам
— волна распространяется на большие расстояния
— быстро затухает с глубиной
Головная волна
— скорость практически равна скорости продольной волны
— при распространении вдоль поверхности в каждой точке порождает поперечную волну под углом к нормали
— волна быстро ослабляется

Волны в ограниченных твердых телах
1. Волны в пластине (волны Лэмба)
2. Волны в стержнях (волны Похгаммера)
Скорость распространения зависит от:
— частоты (явление дисперсии скорости)
— упругих свойств материала
— поперечных размеров пластины или стержня
Характерны две скорости распространения:
— фазовая — скорость изменения фазы в направлении распространения
— групповая — скорость распространения энергии при передаче импульса


Закон Снеллиуса (синусов)
Направление отраженных и преломленных, продольных и поперечных волн определяется законом синусов (законом Снеллиуса).
Для всех волн отношение синуса угла (между направлением волны и нормалью к поверхности раздела) к скорости волны будет постоянной величиной.

Критические углы

1-й критический угол
наименьший угол падения продольной волны, при котором преломленная продольная волна не будет проникать во вторую среду (возникновение головной волны)

2-й критический угол
наименьший угол падения продольной волны, при котором преломленная поперечная волна не будет проникать во вторую среду (появление поверхностной волны Рэлея)

3-й критический угол
наименьший угол падения поперечной волны, при котором еще отсутствует отраженная продольная волна

Ультразвуковое поле
Пьезопластину представляем состоящей из большого количества элементарных излучателей.
В непосредственной близости ультразвук распространяется в виде параллельного пучка лучей (прожекторная зона).
Расстояния от разных излучателей до некоторой точки B могут сильно отличаться. Соответственно, отличаются и фазы приходящих сигналов. При совпадении фазы амплитуда увеличивается, если фазы противоположны – амплитуда уменьшается.
Появляются максимумы и минимумы амплитуды. Энергия находится в пределах нерасходящегося пучка. Эта область называется ближней зоной, ближнем полем или зоной Френеля.
В ближней зоне сложно определить максимумы амплитуд эхосигналов от отражателей, вследствие чего можно ошибиться в оценке их размеров, количестве и координат.
Например, в середине ближней зоны поле имеет минимум на оси преобразователя, а в стороне – максимумы. При обнаружении одной несплошности можно решить, что найдено две, расположенные по сторонам от истинного положения несплошности.
В дальней зоне появление максимумов и минимумов под влиянием разности фаз приходящих волн происходит только когда точка находится в стороне от оси преобразователя.
Основная часть поля имеет вид расходящихся конусом лучей из центра преобразователя.
Максимум амплитуды соответствует оси преобразователя. С увеличением угла между направлением какого-либо луча и осью амплитуда уменьшается. За пределами некоторого угла (угла раскрытия) излучение почти не чувствуется. Угол раскрытия определяет направленность излучения.

a – радиус круглого пьезоэлемента;
α — угол ввода;
β — угол призмы;
λ – длина волны;
— угол раскрытия по уровню (-20) дБ
n – коэффициент, равный 0,45 для круглой и 0,38 для прямоугольной пьезопластины

Законы отражения и преломления ультразвуковых волн при ультразвуковой дефектоскопии. Первый и второй критический угол.

Падающая на границу двух сред акустическая волна частично проходит через границу, а частично отражается от нее. При этом может происходить трансформация типов волн. В общем случае на границе двух твердых сред (рис. 6) возникают по две (продольная и поперечная) отраженных и преломленных волны.

Рис. 6 Отражение и преломление волн на границе двух твердых тел

Направления отраженных и прошедших волн определяются из закона синусов:

(1)

где — скорости распространения продольных и поперечных волн в верхней и нижней средах.

Этот закон следует из равенства фазовых скоростей вдоль границы для всех волн.

Угол отражения продольной волны будет равен углу падения b (т.к. падает продольная волна и скорости падающей и отраженной продольных волн равны).

Т.к. скорость распространения поперечной волны меньше (»2 раза) чем , то поперечная волна отразится под углом , меньшим, чем .

Прошедшие продольные и поперечные волны также будут преломляться под разными углами, причем . При увеличении угла паденияb углы a и g будут увеличиваться и при некотором значении b_кр1 (первый критический угол) преломленные продольные волны будут распространяться по поверхности, не проникая вглубь среды, а преломленная поперечная волна будет уходить вглубь среды, что видно из рисунка 7, а.

При дальнейшем увеличении угла b до значения b_кр2 (второй критический угол) по поверхности пойдут поперечные (сдвиговые волны), как показано на рисунке 7, б.

Рис. 7

 

Наклонное падение ультразвуковой волны на границу раздела двух сред. Определение первого критического угла

При контроле сварных швов применяются, как правило, наклонные пьезоэлектрические преобразователи с вводом ультразвуковой волны под некоторым углом к нормали.

В общем случае, при падении продольной волны под углом β к границе раздела двух твердых сред, могут происходить три явления: отражение, преломление, трансформация (расщипление) этой волны.

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

Преломлениемназывают изменение направления ультразвуковой волны на границе раздела, при котором волна переходит в другую среду под углом, отличным от первоначального угла падения.

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

Оргстекло-сталь

C_l – падающая продольная волна

C_l1 – отраженная продольная волна

C_t1 – отраженная поперечная волна, образовавшаяся в результате трансформации волн

C_l2 – преломленная продольная волна

C_t2 – преломленная поперечная волна, образовавшаяся в результате трансформации волн

Углы β с соответствующими индексами означают углы падения и отражения(в дальнейшем- угол призмы), α с соответствующими индексами означают углы преломления (угол ввода).

Таким образом, возникает две преломленные и две отраженные волны. Углы преломления и отражения зависят от скоростей соответствующих волн в данных средах. Эту зависимость называют законом Снеллиуса:

Sin β / C_l = sinβ_t / C_t1 = sinβ_l / C_l1 = sinα_t / C_t2 = sinα_l/ C_l2

По мере увеличения угла падения β начиная с некоторого его значения, продольная волна C_l2 начинает «скользить» по границе раздела двух сред. Этот угол называется первым критическим углом β_кр1

Углы, при которых исчезают те или иные типы волн в процессе преломления или отражения называют критическими.

Первый критический угол наступает тогда, когда во второй среде остается поперечная волна

Sibβ_кр1 / C_l = sinα_l/C_l2

Sin β_кр1 = C_l / C_l2

Для границы раздела оргстекло-сталь βкр1≈ 27 ⁰

При дальнейшем увеличении угла β наступает момент, когда исчезает преломленная поперечная волна во второй среде, которая начинает скользить по границе раздела двух сред.

Этот угол называется вторым критическим углом β_кр2.

Его можно подсчитать из соотношения:

Sinβ_кр2 / C_l = sinα_t / C_t2

Sinβ_кр2 = C_l / C_t2

Для материалов оргстекло-сталь βкр = 58⁰

При углах падения меньше, чем второй критический угол во второй среде возникает только поперечная волна. Угол призмы наклонных ПЭП выбирают только в интервале между двумя найденными критическими значениями:

β_кр1 + 3⁰ ≤ β ≤ β_кр2 — 3⁰

Поправка 2⁰-5⁰ вводят для помехозащищенности контроля.

По ГОСТ 14782

β	300	400	500	540
α	390	500	650	700

Наклонное падение уз волн на границу раздела двух сред, закон Снеллиуса. Критические углы.

В случае наклонного падения, на границе раздела двух сред с различными скоростями ультразвуковых волн могут происходить три явления: отражение, преломление и трансформация волны. Отражением называют явление, при котором волна, упавшая на границу раздела двух сред изменяет свое направление распространения в той же среде. Преломление – это изменение направления распространения ультразвуковой волны при прохождении через границу раздела двух сред. Трансформацией называют преобразование волн одного типа в волны другого типа, происходящее на границе раздела сред. Трансформация может происходить как при отражении волны, так и при ее преломлении.

Из закона отражения и преломления следует, что угол отражения волны того же типа, что и падающая, всегда равен углу падения волны. При прохождении границы раздела сред, имеющих одинаковые скорости, так же угол преломления будет равен углу падения. Для других случаев углы преломления и отражения волн всегда будут тем больше, чем выше скорости распространения этих волн. Если угол падения  находится в пределах от 0º … 10º, то интенсивность преломленной поперечной волны (C_t2) незначительна, и таким образом, в контролируемое изделие можно ввести практически только продольную волну. Например, для ввода в изделие продольной волны под углом _l2 = 18º угол падения  = 8º, а в прямых раздельно-совмещенных преобразователях угол падения  составляет 0º … 4º. При увеличения угла падения  значения всех остальных углов также увеличиваются. Угол падения, при котором угол преломления или отражения какой-либо волны становится равным 90 называют критическим углом. Так при некотором его значении  = _КР1 угол преломления продольной волны _l2 приближается к 90⁰, и она начинает скользить по границе раздела сред. Наименьший угол падения продольной волны, при котором продольная волна не проникает во вторую среду называется первым критическим углом _КР1. Скорость ее распространения и характер смещения частиц аналогичны характеристикам продольной волны, но эта волна быстро затухает вследствие отщепления от нее поперечной волны под углом 34º. Совокупность распространяющихся в этом случае волн называют головной волной. При дальнейшем увеличении угла падения  наступает момент, когда угол преломления поперечной волны _t2 приближается к 90⁰ и она не проникает во вторую среду, а скользит вдоль поверхности раздела. Наименьший угол падения продольной волны, при котором поперечная волна не будет проникать во вторую среду называется вторым критическим углом _КР2. Значения первого и второго критических углов можно рассчитать по соответствующим выражениям: sin _КР1 = C_l1/C_l2, sin _КР2= C_l1/C_t2 .Так для границы раздела оргстекло–сталь _КР127º, _КР255º и незначительно отклоняется от этих значений в зависимости от марки стали и температуры окружающей среды. Таким образом, при углах падения продольной волны на границу раздела под углами _КР1   _КР2 в объем твердого тела будет входить только поперечная волна, а при углах падения _КР2 объемные волны во второй среде возбуждаться не будут. Для того чтобы возбудить в контролируемом изделии только поперечную волну – угол падения надо выбирать _КР1   _КР2.

Ультразвуковой контроль дефектоскопами с фазированными антенными решетками

По многочисленным просьбам слушателей в разделе Учебные материалы/ультразвуковой контроль выложено видео результатов моделирования. Показано распространение волны при падении под 1, 2 и 3 критическими углами.

22-24 октября 2019 года проходила 19-я Международная выставка оборудования для неразрушающего контроля.
Самое главное, по-моему, это новый OmniScan M3 компании Olympus, реализующий TFM (total focusing method)!

Рубрика: Без рубрики |

Вышла статья в журнале «В мире НК»
Н.В. Мелешко, Г.Г. Газизова, Д.Н. Абраменко, М.А. Марьин, Е.С. Коннова «Опыт применения дефектоскопа A1550 IntroVisor при контроле нестандартного сварного соединения», Том 22, №4 декабрь 2019, стр. 54-58
http://ndtworld.ru/index.php/ru/about-journal/journals/293-86.html

Закончилась XXIII Петербургская конференция «Ультразвуковая дефектоскопия металлов и перспективных материалов».
Проходила в Репино 28-31 мая 2019 года.
Презентации выложила в разделе Публикации.

Выложила в разделе Публикации лекцию «Опыт применения дефектоскоповс фазированными решеткамипри контролеаустенитных сварных соединений»
на «Территория NDT. Неразрушающий контроль. Испытания. Диагностика» 28.02.2018

Публикации

В рамках V Международного промышленного форума «Территория NDT. Неразрушающий контроль. Испытания. Диагностика» ООО «ИКБ «Градиент» совместно с АНО «УИЦ РОНКТД «Спектр» академика Клюева В.В.» организует лекции по актуальным вопросам неразрушающего контроля. Лекции пройдут на совместном стенде «Спектр решений в области НК» (D.09).
Моя лекция — 28.02.2018 в 11.00

Это не анекдот, это реальность 🙁
Экзамен по Электротехнике и электронике.
История 1. Студентка третьего курса плавает, ни на один вопрос толком ответить не может. Говорит, это вообще не мое. Спрашиваю — а что тогда делаешь в техническом ВУЗе? Она с плачем: «Родители здесь учились и меня заставилиииии!!!» Занавес.
История 2. Сидит товарищ, отвечает, иногда даже по теме, но сонный и поэтому соображает очень вяло, сопровождая свой ответ следующими комментариями «Я всю ночь не спал, делал курсовой по другому предмету». Я молчу, жду продолжения. Продолжение следует: «У меня дочка маленькая всю ночь не спала, плакала». Товарищу 18-19 лет.
История 3. Все там же, все та же группа. Отвечает очень слабо, хочу ставить неудовлетворительно. Тут открывается второе дыхание у студента, и он молвит: «А у моей мамы сегодня День рождения, давайте не будем ее расстраивать!» 🙂 Ну раз у мамы ДР, надо войти в положение человека, спрашиваю, а что из всего курса лучше всего знаешь? Говорит, выпрямители. К сожалению, не знает 🙁
История 4. На стандартный вопрос «Как зовут лектора?» ответ убил: «Не палите, пожалуйста!». Правда, описание учебника совпало с реальностью.
История 5. Спрашиваю, почему такие слабые знания, ответ стандартный — не мое. Но продолжение замечательное — у меня дедушка по этой теме академик. На вопрос, почему он Вам не может объяснить элементарные вещи, ответ — я пытался, к нему подходил, но он дал толстую книжку собственного сочинения и сказал прийти, когда прочитаю…

1 июня — 6 июня 2017 г. приняли участие в конференции «Неразрушающий контроль, техническая диагностика и безопасность эксплуатации композиционных материалов, изделий и конструкций из них».

Читать далее →

УРА! В нашем полку прибыло!
Теперь студенты кафедры ЭИ будут проводить лабораторные работы по ультразвуковому контролю не только на М380 MasterScan, УД2-70, Harfang X-32 и Harfang Veo, но и на А1550 IntroVisor!
Принимаем заявки на контроль и обучение 😉

По многочисленным просьбам трудящихся (дефектоскопистов), а также учащихся (студентов 4-ого курса), выложила лекцию про дефектоскопы, работающими с фазированными решетками 🙂

критический угол — это… Что такое критический угол?



критический угол

2.3.4 критический угол: Угол падения волны на границу раздела двух сред, при превышении которого объемная волна становится неоднородной и концентрируется вблизи границы раздела.

Примечание — Первый критический угол — это граничный угол падения продольной волны, за которым преломленная продольная волна становится неоднородной. Второй критический угол — угол, при превышении которого преломленная поперечная волна становится неоднородной. Третий критический угол — угол, при котором происходит оптимальное возбуждение поверхностных волн (волн Релея).

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

• критический ток нагрузки
• критический уровень безопасности гидротехнического сооружения

Смотреть что такое «критический угол» в других словарях:

• КРИТИЧЕСКИЙ УГОЛ — КРИТИЧЕСКИЙ УГОЛ, угол, при котором происходит заметный перелом в каком либо процессе. Например, в оптике это УГОЛ ПАДЕНИЯ в среде, в которой происходит полное внутренне ОТРАЖЕНИЕ. В телекоммуникациях это угол, под которым радиоволна перестает… …   Научно-технический энциклопедический словарь

• критический угол — Угол падения ультразвукового луча, превышение которого приводит к исчезновению объемной волны (отраженной или преломленной) определенного типа и превращению ее в неоднородную волну. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология… …   Справочник технического переводчика

• критический угол — kritinis kampas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. critical angle vok. kritischer Winkel, m rus. критический угол, m pranc. angle critique, m …   Fizikos terminų žodynas

• КРИТИЧЕСКИЙ УГОЛ АТАКИ — 1. Наибольший курсовой угол противника (цели), допускающий сближение подводной лодки с последним вплотную; используется подводными лодками для определения аргументов движения цели при торпедной атаке. 2. У крыла самолета тот угол атаки, при… …   Морской словарь

• критический угол атаки — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN stalling incidence …   Справочник технического переводчика

• критический угол падения (сейсм.) — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN critical angle of incidence …   Справочник технического переводчика

• критический угол полного отражения — — [Англо русский геммологический словарь. Красноярск, КрасБерри. 2007.] Тематики геммология и ювелирное производство EN angle of total reflection …   Справочник технического переводчика

• второй критический угол — Угол падения продольной волны, превышение которого приводит к превращению преломленной поперечной волны в неоднородную волну. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное… …   Справочник технического переводчика

• первый критический угол — Угол падения продольной волны, превышение которого приводит к превращению преломленной продольной волны в неоднородную волну. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное… …   Справочник технического переводчика

• третий критический угол — Угол падения распространяющейся в твердом теле поперечной волны на свободную границу этого тела, превышение которого приводит к превращению отраженной продольной волны в неоднородную. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология… …   Справочник технического переводчика

Книги

• Зомби-геополитик, Сергей Медведев. Зомби-геополитик видит в международных отношениях столкновение могущественных кланов, сеть интриг и извечное противостояние Запада и Востока. Этот взгляд на мир достиг пика своего могущества… Подробнее  Купить за 59 руб аудиокнига

Ответы по неразрушающему контролю

1. Неразрушающий контроль. Виды и типы дефектов.

Неразрушающий контроль – это сплошной контроль качества объектов, после которого они могут быть использованы по прямому назначению. Надежность контроля обеспечивается тремя основными факторами:

— организацией процесса контроля; техническими средствами; человеческим фактором.

При этом эффективные системы контроля должны обеспечиваться на каждом из этапов: изготовление – эксплуатация – ремонт. Высокую достоверность и надежность контроля можно обеспечить только путем его автоматизации, включая обработку информации с использованием вычислительной техники и выдачей документа с заключением о качестве объекта. На сегодняшний день идет активное обновление парка дефектоскопов.

Дефекты могут быть разного типа и определять его технологическую характеристику, например:

— несплошность, структурная неоднородность, отклонение размеров от номинальных и т.д.

Независимо от типа дефекты разделяют на три вида, который определяет его эксплуатационную характеристику: критический (недопустимый, остродефектный) – использовать продукцию невозможно, недопустимо или небезопасно; значительный – существенно влияющий на эксплуатационную характеристику объекта, но допустимый дефект; малозначительный.

2. Ультразвук. Типы узк волн. Характеристики узк волн

Ультразвук представляет собой процесс распространения механических колебаний частиц среды с частотой от 20 кГц до 1000 МГц, сопровождающийся переносом энергии и не сопровождающийся переносом вещества. Отдельные частицы вещества при этом совершают колебания с некоторой амплитудой А (максимальное отклонение от положения равновесия) около своих положений равновесия. Время, за которое совершается полный цикл колебаний называется периодом (Т). Колебательное движение отдельных частиц передается и вызывает ультразвуковые (акустические) волны, благодаря наличию упругих связей между соседними частицами. Упругость – свойство частиц среды возвращаться к первоначальному положению. Волну, в которой колебания отдельных частиц происходят в том же направлении, в котором распространяется волна, называют продольной. Продольная волна характеризуется тем, что в среде чередуются области сжатия и разрежения, повышенного и пониженного давления. Продольные волны могут распространяться в твердых телах, жидкостях и газах, то есть в любых средах. В жидкостях и газах могут распространяться только продольные волны. Волну, в которой колебания отдельных частиц происходят в направлении, перпендикулярном направлению распространения, называют поперечной или сдвиговой. Поперечные волны могут распространяться только в твердых средах. Основными характеристиками ультразвука являются скорость распространения (С), длина волны (), интенсивность (I), частота (f) и тип волны. Частота это величина обратная периоду (Т) и она показывает, сколько колебаний совершается в единицу времени (секунду). Скорость ультразвуковой волны зависит от физических свойств среды, в которой она распространяется и различна для разных типов волн. Для металлов скорость продольной ультразвуковой волны примерно в два раза больше скорости поперечной ультразвуковой волны.

Введение в ультразвуковую дефектоскопию

Тома Неллигана Из всех применений промышленного ультразвукового контроля дефектоскопия является самым старым и наиболее распространенным. С 1940-х годов законы физики, регулирующие распространение звуковых волн через твердые материалы, используются для обнаружения скрытых трещин, пустот, пористости и других внутренних неоднородностей в металлах, композитах, пластмассах и керамике. Высокочастотные звуковые волны предсказуемым образом отражаются от дефектов, создавая характерные эхосигналы, которые могут отображаться и записываться портативными инструментами.Ультразвуковой контроль является полностью неразрушающим и безопасным, и это хорошо зарекомендовавший себя метод испытаний во многих основных производственных, перерабатывающих и обслуживающих отраслях, особенно в областях, связанных со сварными швами и конструкционными металлами. Эта статья представляет собой краткое введение в теорию и практику ультразвуковой дефектоскопии. Он предназначен только для обзора темы. Дополнительную подробную информацию можно найти в ссылках, перечисленных в конце. 1. Основная теория: Звуковые волны — это просто организованные механические колебания, проходящие через среду, которая может быть твердым телом, жидкостью или газом.Эти волны будут проходить через данную среду с определенной скоростью или скоростью в предсказуемом направлении, и когда они встретят границу с другой средой, они будут отражаться или передаваться в соответствии с простыми правилами. Это принцип физики, лежащий в основе ультразвуковой дефектоскопии. Частота: Все звуковые волны колеблются с определенной частотой или числом колебаний или циклов в секунду, которые мы воспринимаем как высоту тона в знакомом диапазоне слышимого звука.Человеческий слух имеет максимальную частоту около 20 000 циклов в секунду (20 кГц), в то время как большинство приложений ультразвуковой дефектоскопии используют частоты от 500 000 до 10 000 000 циклов в секунду (от 500 кГц до 10 МГц). На частотах в мегагерцовом диапазоне звуковая энергия не распространяется эффективно через воздух или другие газы, но она свободно проходит через большинство жидкостей и обычные технические материалы. Скорость: Скорость звуковой волны варьируется в зависимости от среды, через которую она распространяется, и зависит от ее плотности и упругих свойств.Звуковые волны разных типов (см. «Режимы распространения» ниже) распространяются с разной скоростью. Длина волны: Любой тип волны будет иметь связанную длину волны, которая представляет собой расстояние между любыми двумя соответствующими точками в волновом цикле, когда она проходит через среду. Длина волны связана с частотой и скоростью простым уравнением λ = c / f , где λ = длина волны c = скорость звука f = частота Длина волны является ограничивающим фактором, который контролирует количество информации, которая может быть получена от поведения волны.При ультразвуковой дефектоскопии общепринятый нижний предел обнаружения мелких дефектов составляет половину длины волны. Все, что меньше этого, будет невидимым. В ультразвуковом толщиномере теоретическая минимальная измеряемая толщина на одну длину волны. Режимы распространения: Звуковые волны в твердых телах могут существовать в различных режимах распространения, которые определяются типом участвующего движения. Продольные волны и поперечные волны являются наиболее распространенными модами, используемыми в ультразвуковой дефектоскопии.Иногда также используются поверхностные и пластинчатые волны. — Продольная волна или волна сжатия характеризуется движением частицы в том же направлении, что и волна, как от поршневого источника. Слышимый звук существует в виде продольных волн. — Сдвиговая или поперечная волна характеризуется движением частицы перпендикулярно направлению распространения волны. — Поверхностная или рэлеевская волна имеет эллиптическое движение частиц и распространяется по поверхности материала, проникая на глубину примерно в одну длину волны. — Пластинчатая волна или волна Лэмба представляет собой сложную моду вибрации в тонких пластинах, где толщина материала меньше одной длины волны, и волна заполняет все поперечное сечение среды. Звуковые волны можно преобразовывать из одной формы в другую. Чаще всего поперечные волны генерируются в исследуемом материале путем введения продольных волн под выбранным углом. Это обсуждается далее в разделе Angle Beam Testing в Разделе 4. Переменные, ограничивающие передачу звуковых волн: Расстояние, на которое пройдет волна заданной частоты и уровня энергии, зависит от материала, через который она распространяется.Как правило, твердые и однородные материалы передают звуковые волны более эффективно, чем мягкие, неоднородные или зернистые. Три фактора определяют расстояние, на которое звуковая волна будет проходить в данной среде: распространение луча, затухание и рассеяние. По мере продвижения луча передний край становится шире, энергия, связанная с волной, распространяется по большей площади, и в конечном итоге энергия рассеивается. Затухание — это потеря энергии, связанная с передачей звука через среду, по существу степень поглощения энергии при движении фронта волны вперед.Рассеяние — это случайное отражение звуковой энергии от границ зерен и подобной микроструктуры. При понижении частоты расширение луча увеличивается, но эффекты ослабления и рассеяния уменьшаются. Для конкретного применения следует выбирать частоту преобразователя, чтобы оптимизировать эти переменные. Отражение на границе: Когда звуковая энергия, проходящая через материал, встречает границу с другим материалом, часть энергии будет отражаться обратно, а часть будет проходить через нее.Количество отраженной энергии или коэффициент отражения зависит от относительного акустического импеданса двух материалов. Акустический импеданс, в свою очередь, — это свойство материала, определяемое как плотность, умноженная на скорость звука в данном материале. Для любых двух материалов коэффициент отражения в процентах от падающего энергетического давления можно рассчитать по формуле Z 2 — Z 1 R = ———- Z 2 + Z 1 где R = коэффициент отражения (процент отраженной энергии) Z1 = акустический импеданс первого материала Z2 = акустический импеданс второго материала Обычно для границ металл / воздух Как видно в приложениях для ультразвуковой дефектоскопии, коэффициент отражения приближается к 100%.Практически вся звуковая энергия отражается от трещины или другого разрыва на пути волны. Это фундаментальный принцип, который делает возможным ультразвуковую дефектоскопию. Угол отражения и преломления: Звуковая энергия на ультразвуковых частотах сильно направлена, а звуковые лучи, используемые для обнаружения дефектов, четко определены. В ситуациях, когда звук отражается от границы, угол отражения равен углу падения. Звуковой луч, который падает на поверхность перпендикулярно, будет отражаться прямо назад.Звуковой луч, падающий на поверхность под углом, будет отражаться вперед под тем же углом. Звуковая энергия, которая передается от одного материала к другому, изгибается в соответствии с законом Снеллиуса преломления. Опять же, луч, который движется прямо, будет продолжать движение в прямом направлении, но луч, который касается границы под углом, будет изогнут в соответствии с формулой: Sin Ø 1 В 1 ——— знак равно —— Sin Ø 2 V 2 где Ø 1 = угол падения в первом материале Ø 2 = угол преломления во втором материале V 1 = скорость звука в первом материале V 2 = скорость звука во втором материале Это соотношение является важным фактором при испытании углового луча , которое обсуждается в разделе 4. 2. Ультразвуковые преобразователи В самом широком смысле преобразователь — это устройство, преобразующее энергию из одной формы в другую. Ультразвуковые преобразователи преобразуют электрическую энергию в высокочастотную звуковую энергию и наоборот. Поперечное сечение типичного контактного преобразователя В типовых преобразователях для ультразвуковой дефектоскопии используется активный элемент, изготовленный из пьезокерамики, композитного материала или полимера. Когда этот элемент возбуждается электрическим импульсом высокого напряжения, он колеблется в определенном спектре частот и генерирует всплеск звуковых волн.Когда он вибрирует входящей звуковой волной, он генерирует электрический импульс. Передняя поверхность элемента обычно покрыта изнашиваемой пластиной, которая защищает его от повреждений, а задняя поверхность приклеена к материалу подложки, который механически гасит вибрации после завершения процесса генерации звука. Поскольку звуковая энергия на ультразвуковых частотах не проходит эффективно через газы, между датчиком и испытательным образцом обычно используется тонкий слой связывающей жидкости или геля. Существует пять типов ультразвуковых преобразователей , обычно используемых в приложениях для обнаружения дефектов: – Контактные преобразователи — Как следует из названия, контактные преобразователи используются в непосредственном контакте с испытуемым образцом. Они вводят звуковую энергию перпендикулярно поверхности и обычно используются для обнаружения пустот, пористости и трещин или отслоений, параллельных внешней поверхности детали, а также для измерения толщины. — Преобразователи углового луча — Преобразователи углового луча используются в сочетании с пластиковыми или эпоксидными клиньями (угловыми балками) для введения поперечных или продольных волн в испытательный образец под заданным углом по отношению к поверхности.Они обычно используются при контроле сварных швов. – Преобразователи линии задержки — Преобразователи линии задержки включают короткий пластиковый волновод или линию задержки между активным элементом и тестируемым образцом. Они используются для улучшения разрешения вблизи поверхности, а также при высокотемпературных испытаниях, когда линия задержки защищает активный элемент от теплового повреждения. – Иммерсионные преобразователи — Погружные преобразователи предназначены для передачи звуковой энергии в испытуемый образец через столб воды или водяную баню.Они используются в приложениях автоматического сканирования, а также в ситуациях, когда требуется четко сфокусированный луч для улучшения разрешения дефектов. – Двухэлементные преобразователи — Двухэлементные преобразователи используют отдельные элементы передатчика и приемника в одной сборке. Они часто используются в областях, связанных с шероховатыми поверхностями, крупнозернистыми материалами, обнаружением точечной коррозии или пористости, а также обладают хорошей устойчивостью к высоким температурам. Более подробную информацию о преимуществах различных типов преобразователей, а также о диапазоне частот и предлагаемых диаметров можно найти в разделе «Преобразователи » нашего веб-сайта. 3. Ультразвуковые дефектоскопы Современные ультразвуковые дефектоскопы , такие как EPOCH серии , представляют собой небольшие портативные микропроцессорные приборы, подходящие как для использования в магазинах, так и в полевых условиях. Они генерируют и отображают ультразвуковую волну, которая интерпретируется обученным оператором, часто с помощью программного обеспечения для анализа, для обнаружения и классификации дефектов в испытательных образцах. Обычно они включают в себя ультразвуковой генератор / приемник, аппаратное и программное обеспечение для захвата и анализа сигналов, отображение формы сигнала и модуль регистрации данных.Хотя некоторые аналоговые дефектоскопы все еще производятся, в большинстве современных приборов используется цифровая обработка сигналов для повышения стабильности и точности. Секция генератора / приемника — это ультразвуковой передний конец дефектоскопа. Он обеспечивает импульс возбуждения для возбуждения преобразователя, а также усиление и фильтрацию отраженных эхо-сигналов. Амплитуду, форму и затухание импульса можно контролировать для оптимизации характеристик преобразователя, а усиление и полосу пропускания приемника можно регулировать для оптимизации отношения сигнал / шум. Современные дефектоскопы обычно регистрируют сигнал в цифровом виде, а затем выполняют на нем различные функции измерения и анализа. Часы или таймер будут использоваться для синхронизации импульсов датчика и калибровки расстояния. Обработка сигнала может быть такой же простой, как формирование дисплея формы сигнала, который показывает зависимость амплитуды сигнала от времени в калиброванном масштабе, или столь же сложной, как сложные алгоритмы цифровой обработки, которые включают коррекцию расстояния / амплитуды и тригонометрические вычисления для наклонных звуковых путей.Стробы аварийной сигнализации часто используются для отслеживания уровней сигнала в выбранных точках последовательности волн, чтобы отметить эхо-сигналы от дефектов. Дисплей может быть ЭЛТ, жидким кристаллом или электролюминесцентным дисплеем. Экран обычно калибруется в единицах глубины или расстояния. Многоцветные дисплеи могут использоваться для оказания помощи в переводе. Внутренние регистраторы данных могут использоваться для записи полной формы сигнала и информации о настройке, связанной с каждым тестом, если это требуется для целей документации, или выбранной информации, такой как амплитуда эхо-сигнала, показания глубины или расстояния, или наличие или отсутствие условий тревоги. 4. Процедура Ультразвуковая дефектоскопия — это в основном сравнительный метод. Используя соответствующие эталонные стандарты, а также знания о распространении звуковых волн и общепринятые процедуры тестирования, обученный оператор определяет конкретные шаблоны эхо-сигналов, соответствующие откликам эхо-сигналов от исправных деталей и типичных дефектов. Затем образец эхо-сигнала от испытательного образца можно сравнить с образцом из этих калибровочных стандартов, чтобы определить его состояние. — Испытания прямым пучком — Испытания прямым пучком с использованием контактных датчиков, датчиков с линией задержки, сдвоенных элементов или иммерсионных датчиков обычно используются для обнаружения трещин или отслоений, параллельных поверхности испытательного образца, а также пустот и пористости. Он использует основной принцип, согласно которому звуковая энергия, проходящая через среду, будет продолжать распространяться до тех пор, пока она не рассеется или не отразится от границы с другим материалом, например, воздухом, окружающим дальнюю стену, или находящимся внутри трещины. В этом типе теста оператор соединяет датчик с тестируемым образцом и определяет местонахождение эхо-сигнала, возвращающегося от дальней стенки тестируемого образца, а затем ищет любые эхо-сигналы, которые приходят перед этим эхо-сигналом от задней стенки, не принимая во внимание шум рассеяния зерна, если он присутствует.Акустически значимое эхо, которое предшествует эхо-сигналу задней стенки, подразумевает наличие ламинарной трещины или пустоты. Путем дальнейшего анализа можно определить глубину, размер и форму структуры, создающей отражение. Звуковая энергия будет распространяться на дальнюю сторону детали, но отражаться раньше, если имеется ламинарная трещина или аналогичный разрыв. В некоторых специализированных случаях тестирование выполняется в режиме сквозной передачи, когда звуковая энергия проходит между двумя преобразователями, расположенными на противоположных сторонах испытательного образца.Если на пути прохождения звука имеется большой дефект, луч будет заблокирован, и звуковой импульс не достигнет приемника. — Испытание угловым лучом — Трещины или другие неоднородности, перпендикулярные поверхности испытательного образца или наклоненные по отношению к этой поверхности, обычно невидимы при испытаниях прямым лучом из-за их ориентации по отношению к звуковому лучу. Такие дефекты могут возникать в сварных швах, в металлических деталях конструкций и во многих других важных компонентах. Для их обнаружения используются методы углового луча, в которых используются либо блоки преобразователей с обычным угловым лучом (клин), либо иммерсионные преобразователи, выровненные так, чтобы направлять звуковую энергию в образец для испытаний под выбранным углом.Испытание угловой балкой особенно распространено при контроле сварных швов. Типичные сборки угловых пучков используют преобразование мод и закон Снеллиуса для генерации поперечной волны под выбранным углом (чаще всего 30, 45, 60 или 70 градусов) в испытательном образце. По мере того, как угол падающей продольной волны по отношению к поверхности увеличивается, увеличивающаяся часть звуковой энергии преобразуется в поперечную волну во втором материале, и если угол достаточно велик, вся энергия во втором материале будет быть в виде поперечных волн.Есть два преимущества в проектировании балок с общим углом, чтобы воспользоваться преимуществом этого явления преобразования моды. Во-первых, передача энергии более эффективна при углах падения, которые создают поперечные волны в стали и подобных материалах. Во-вторых, разрешение минимального размера дефекта улучшается за счет использования поперечных волн, поскольку на данной частоте длина поперечной волны составляет примерно 60% длины волны сопоставимой продольной волны. Типичная угловая балка в сборе Угловой звуковой луч очень чувствителен к трещинам, перпендикулярным дальней поверхности испытательного образца (испытание первой ноги) или, после отражения от дальней стороны, к трещинам перпендикулярно поверхности сцепления (испытание второй ноги).Различные углы наклона луча и положения зонда используются для адаптации к деталям различной геометрии и типам дефектов, и они подробно описаны в соответствующих правилах и процедурах проверки, таких как ASTM E-164 и Правила сварки конструкций AWS. Полный список примечаний по применению дефектоскопа Olympus. Печать Американское общество неразрушающего контроля, Справочник по неразрушающему контролю, Том 7, Ультразвуковой контроль ASM International, Справочник по металлам , Том 17, Неразрушающая оценка и контроль качества

.

Основы ультразвуковой дефектоскопии

Метрология

Основы ультразвуковой дефектоскопии

Использовать этот ценный инструмент неразрушающего контроля проще, чем когда-либо

Опубликовано: 14 сентября 2015 г. — 00:00

Рекламный контент

Ультразвуковая дефектоскопия — это мощная технология неразрушающего контроля (NDT) и хорошо зарекомендовавший себя метод испытаний во многих отраслях промышленности. Однако это может показаться сложным для человека, который с ним не работал.

Современные ультразвуковые дефектоскопы — это небольшие портативные микропроцессорные приборы, подходящие как для использования в магазинах, так и в полевых условиях. Они генерируют и отображают ультразвуковую волну, которая интерпретируется обученным оператором, часто с помощью программного обеспечения для анализа, для обнаружения и классификации дефектов в испытательных образцах. Детектор обычно включает в себя ультразвуковой генератор / приемник, аппаратное и программное обеспечение для захвата и анализа сигналов, дисплей формы сигнала и модуль регистрации данных. Хотя некоторые аналоговые дефектоскопы все еще производятся, в большинстве современных приборов используется цифровая обработка сигналов для повышения стабильности и точности.

Войдите или создайте БЕСПЛАТНУЮ учетную запись, чтобы продолжить

Quality Digest не взимает плату с читателей за свое содержание. Мы считаем, что новости отрасли важны для вашей работы, и Quality Digest поддерживает предприятия любого типа.

Однако кто-то должен платить за этот контент. И именно здесь на помощь приходит реклама. Большинство людей считают рекламу неприятной, но она действительно выполняет полезную функцию, помимо того, что позволяет медиакомпаниям оставаться на плаву.Они информируют вас о новых продуктах и ​​услугах, относящихся к вашей отрасли. Все объявления в Quality Digest относятся непосредственно к продуктам и услугам, которые нужны большинству наших читателей. Вы не увидите рекламу автомобилей или пищевых добавок.

Наше ОБЕЩАНИЕ: Дайджест качества отображает только статические объявления, которые никогда не перекрывают и не скрывают содержание. Они никогда не встанут у вас на пути. Они там для того, чтобы вы их читали, или нет.

Поэтому, пожалуйста, отключите блокировку рекламы на нашем сайте.

Спасибо,
Дайджест качества

.

2.2 Генерация ультразвука (датчики) | Olympus IMS

Ультразвуковые волны, используемые для обнаружения дефектов, генерируются и принимаются небольшими датчиками, называемыми ультразвуковыми преобразователями, которые преобразуют электрические импульсы в звуковые волны и звуковые волны в электрическую энергию. Преобразователи для дефектоскопии бывают самых разных размеров, частот и стилей корпусов, но большинство из них имеют общую внутреннюю структуру.

Обычно активный элемент преобразователя представляет собой тонкий диск, квадрат или прямоугольник из пьезокерамики или пьезокомпозита, который выполняет преобразование электрической энергии в механическую (ультразвуковые колебания) и наоборот.Когда он возбужден электрическим импульсом, он генерирует звуковые волны, а когда он вибрирует, возвращая эхо, он генерирует напряжение. Активный элемент, который часто неофициально называют кристаллом, защищен от повреждений износостойкой пластиной или акустическая линза, поддерживаемая блоком демпфирующего материала, который успокаивает преобразователь после генерации звукового импульса. Этот ультразвуковой узел монтируется в корпусе с соответствующими электрическими соединениями. Все распространенные контактные, угловые, линейные и иммерсионные преобразователи используют эту базовую конструкцию.Двухэлементные преобразователи, обычно используемые в исследованиях коррозии, отличаются тем, что они имеют отдельные передающие и принимающие элементы, разделенные звуковым барьером, без поддержки, и встроенную линию задержки для управления и передачи звуковой энергии, а не износостойкую пластину или линзу.

Муфты

Ультразвуковые связующие используются практически во всех приложениях для тестирования контактов, чтобы облегчить передачу звуковой энергии между преобразователем и испытуемым образцом.Связующие вещества обычно представляют собой умеренно вязкие нетоксичные жидкости, гели или пасты. Их использование необходимо, потому что звуковая энергия на ультразвуковых частотах, обычно используемых для ультразвукового неразрушающего контроля, не передается эффективно через воздух. Даже очень тонкий воздушный зазор между датчиком и тестируемым образцом предотвратит эффективное звучание. передача энергии и сделать обычные испытания невозможными.

Ряд общих веществ, таких как вода, моторное масло, смазка и даже некоторые коммерческие продукты, такие как гель для волос, могут использоваться в качестве ультразвуковых связующих во многих областях.Специализированные связующие вещества используются для высокотемпературных испытаний и случаев, когда требуется особый химический состав, такой как низкое содержание галогенов.

.

2.5 Динамика волнового фронта | Olympus IMS

Формирование волнового фронта

В то время как одноэлементный преобразователь можно рассматривать как поршневой источник, отдельный диск или пластину, толкающие вперед тестовую среду, генерируемую им волну можно математически смоделировать как сумму волн от очень большого количества точечных источников. Это происходит из принципа Гюйгенса, впервые предложенного голландским физиком семнадцатого века Кристианом Гюйгенсом, который гласит, что каждую точку на продвигающемся волновом фронте можно рассматривать как точечный источник, который запускает новую сферическую волну, и что результирующий единый волновой фронт представляет собой сумму всех этих отдельных сферических волн.

Распространение луча

В принципе, звуковая волна, генерируемая преобразователем, будет двигаться по прямой линии, пока не встретит границу материала. Что происходит тогда, обсуждается ниже. Но если длина пути звука больше, чем расстояние в ближней зоне, луч также будет увеличиваться в диаметре, расходясь, как луч прожектора. Угол распространения луча несфокусированного преобразователя можно рассчитать следующим образом:

Из этого уравнения видно, что расхождение луча увеличивается с более низкими частотами и меньшими диаметрами.Поскольку большой угол распространения луча может привести к быстрому падению звуковой энергии на единицу площади с расстоянием, эффективно уменьшая чувствительность к небольшим отражателям, отклик на эхо в некоторых приложениях с длинными звуковыми путями можно улучшить за счет использования преобразователей с более высокой частотой и / или большим диаметром.

Затухание

По мере прохождения через среду организованный волновой фронт, генерируемый ультразвуковым преобразователем, начнет разрушаться из-за несовершенной передачи энергии через микроструктуру любого материала.Организованные механические колебания (звуковые волны) переходят в случайные механические колебания (тепло) до тех пор, пока фронт волны не становится более заметным. Этот процесс известен как затухание звука.

Математическая теория ослабления и рассеяния сложна. Потеря амплитуды из-за затухания на заданном пути прохождения звука будет суммой эффектов поглощения, которые линейно увеличиваются с частотой, и эффектов рассеяния, которые изменяются в трех зонах в зависимости от отношения размера границ зерен или других рассеивателей к длине волны. .Во всех случаях эффекты рассеяния усиливаются с увеличением частоты. Для данного материала при данной температуре, испытанного с данной частотой, будет — удельный коэффициент затухания, обычно выражаемый в Неперсах на сантиметр (Нп / см). Как только этот коэффициент затухания известен, потери на заданном пути звука могут быть рассчитаны в соответствии с уравнением

На практике в приложениях ультразвукового неразрушающего контроля коэффициенты затухания обычно измеряются, а не вычисляются.Более высокие частоты будут ослабляться быстрее, чем более низкие частоты в любой среде, поэтому низкие испытательные частоты обычно используются в материалах с высокими коэффициентами затухания, таких как пластмассы с низкой плотностью и резина.

Отражение и передача на перпендикулярной плоскости границы

Когда звуковая волна, проходящая через среду, встречает границу с другой средой, которая лежит перпендикулярно направлению волны, часть энергии волны будет отражаться прямо назад, а часть продолжится прямо вперед.Процент отражения по сравнению с пропусканием связан с относительными акустическими сопротивлениями двух материалов, причем акустический импеданс, в свою очередь, определяется как плотность материала, умноженная на скорость звука. Коэффициент отражения при a плоская граница, процент звуковой энергии, которая отражается обратно к источнику, может быть рассчитана следующим образом:

Из этого уравнения видно, что по мере того, как акустические импедансы двух материалов становятся более похожими, коэффициент отражения уменьшается, а по мере того, как акустические импедансы становятся менее похожими, коэффициент отражения увеличивается.Теоретически отражение от границы между двумя материалами с одинаковым акустическим импедансом равно нулю, в то время как в случае материалов с очень разными акустическими импедансами, как на границе между сталью и воздухом, коэффициент отражения приближается к 100%.

Преломление и преобразование мод на неперпендикулярных границах

Когда звуковая волна, проходящая через материал, встречает границу с другим материалом под углом, отличным от нуля градусов, часть энергии волны будет отражаться вперед под углом, равным углу падения.В то же время часть волновой энергии, которая передается во второй материал, будет преломляться в соответствии с законом Снеллиуса, который был независимо получен по крайней мере двумя математиками семнадцатого века. Закон Снеллиуса относился к синусам угла падения и преломления к скорости волны в каждом материале, как показано на диаграмме ниже.

Если скорость звука во второй среде выше, чем в первой, то при превышении определенных углов этот изгиб будет сопровождаться преобразованием режима, чаще всего из режима продольных волн в режим поперечных волн.Это основа широко используемых методов контроля углового луча. По мере увеличения угла падения в первой (более медленной) среде, такой как клин или вода, увеличивается угол преломленной продольной волны во втором (более быстром) материале, таком как металл. Как преломленный угол продольной волны приближается к 90 градусам, все большая часть энергии волны будет преобразована в поперечную волну с более низкой скоростью, которая будет преломляться под углом, предсказываемым законом Снеллиуса. При более высоких углах падения, чем тот, при котором могла бы возникнуть продольная волна, преломленная на 90 градусов, преломленная волна существует полностью в режиме сдвига.Еще больший угол падения приведет к ситуации, когда поперечная волна теоретически преломляется под углом 90 градусов, в этой точке поверхностная волна генерируется во втором материале. На приведенной ниже диаграмме показан этот эффект для типичной угловой балки, соединенной со сталью.

.