ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Отражение и преломление волн на границах сред из "Неразрушающий контроль Т3" Подобными формулами определяются также коэффициенты отражения и прозрачности по энергии. Вместо амплитуд в формулы входят значения энергий или интенсивностей волн. [c.40] Именно этот коэффициент прозрачности важен для УЗ-контроля. Он же -коэффициент прозрачности по энергии. [c.40] Заметим, что К - коэффициент отражения по энергии и в соответствии с законом сохранения энергии В +Ь = . [c.41] Чем больше разница (или отношение) волновых сопротивлений сред, тем меньше доля прошедшей энергии и больше отраженной. Например, при нормальном падении продольной волны на границу сталь - воздух (или воздух - сталь) проходит только 0,002 % энергии, через границу вода - сталь 12 % энергии, а через границу оргстекло - сталь проходит 25 % (отражается 75 %). Эго объясняется тем, что волновое сопротивление воды больше, чем воздуха, а у оргстекла еще больше. Они последовательно приближаются к волновому сопротивлению стали. [c.41] Величины коэффициентов отражения и прозрачности при наклонном падении выражаются более сложными формулами, чем при нормальном. Для границ оргстекло - сталь графики коэффициентов прозрачности приведены на рис. 1.17, а вода -сталь-нарис. 1.18. [c.41] Графики изменения углов преломления и коэффициентов прозрачности в зависимости от угла падения для границ оргстекло - сталь и вода - сталь показаны на рис. 1.17 и 1.18. В табл. 1.5 применительно к некоторым парам сред приведены углы Р, 3 и Р,. (в градусах), максимальные значения коэффициентов прозрачности (по энергии) при образовании продольных д тах И ПОПеречНЫХ волн, углы Р/, п,ах (в грздусах), при которых достигается максимальная величина коэффициента прозрачности для поперечных волн. [c.44] Колебания частиц в поперечных волнах, возникающих в результате трансформации из продольной волны, происходят в той же плоскости, что и в продольной волне, - в плоскости падения, т.е. в плоскости, показанной на рис. 1.16. Как отмечалось, такую поперечную волну называют волной с вертикальной поляризацией. [c.44] Поперечную волну с горизонтальной поляризацией можно возбудить преобразователями специального типа, например ЭМА. [c.45] Граница твердого тела. Когда распространяющаяся в твердом теле продольная или поперечная вертикально поляризованная волна падает на его поверхность, возникают две отраженные волны продольная и поперечная. Рассчитанные значения углов и коэффициентов отражения (по амплитуде) для продольной волны в стали и алюминии показаны на рис. 1.19, а для вертикально поляризованной поперечной волны - на рис. 1.20. При падении на поверхность поперечной волны существует третий критический угол. При нем продольная отраженная волна сливается с поверхностью (становится неоднородной) и отражается одна поперечная волна. Для стали этот угол р = ф =33°, для дуралюмина-29,5°. [c.45] соответствующий наибольшей трансформации (точнее, минимальному коэффициенту отражения без трансформации), называется квазиобменньш. При нем большая часть энергии волны трансформируется в волну другого типа. Термин обменный угол (без квази ) используется, если трансформация мод происходит полностью. Для стали при падении продольной волны квазиобменньш угол р/ = 68°. При нем амплитуда отраженной продольной волны минимальна. [c.45] При отражении горизонтально поляризованной поперечной волны трансформация не возникает, если отражающая плоскость совпадает с плоскостью поляризации, т.е. горизонтальна. Если отражающая плоскость не совпадает с плоскостью поляризации горизонтально поляризованной волны или она не перпендикулярна к плоскости поляризации поперечной волны, то в отраженной волне будут как вертикальная, так и горизонтальная составляющие, причем каждая составляющая отражается по присущим ей законам [350]. Подобная ситуация иногда возникает при контроле способом тандем-дуэт (см. разд. 2.2.5.1). [c.46] В результате двойного отражения не-трансформированный эхосигнал возвращается к излучающему преобразователю (угловой эффект). На практике двойное отражение часто встречается для поперечных волн. При углах р, в интервале между ф и (90° - ф ) (для стали 33. .. 57°, для дуралюмина 29,5. .. 60,5°) такая волна отражается без трансформации, поскольку для обеих граней углы падения больше третьего критического. [c.46] Для продольных волн такой случай отражения сравнительно редок. Если продольная волна распространяется вдоль свободной поверхности, она является головной, порождает поперечную волну и быстро ослабляется. Поэтому при р = О и 90° коэффициент отражения Л = 1, как показано на рис. 1.21, а, только тогда, когда грань угла, вблизи которой распространяется продольная волна, имеет криволинейную форму (рис. 1.21, 6). Такая ситуация возникает при контроле объектов с цилиндрической внутренней поверхностью, например толстостенной трубы или вала с центральным каналом. [c.46] На рис. 1.22, а для поперечной волны в стали в декартовых координатах показаны модуль коэффициента отражения поперечной волны и коэффициент двойного отражения от прямого двугранного угла (повторно), а на рис. 1.22, 6 - изменение фазы отраженной волны при однократном и двойном отражении. Как видно, вблизи третьего критического угла ф (больше его) фаза отраженной волны изменяется на значительную величину, не кратную л. [c.46] Это вызывает явление незеркального отражения-, происходит смещение отраженных лучей вдоль поверхности (рис. 1.23, а). Точка отражения луча не совпадает с точкой падения. Это тем заметнее, чем угол падения ф = р ближе к ф и чем ниже частота. Оно подробнее будет рассмотрено ниже. На рис. 1.23, б показано, что лучи, которые по законам геометрического отражения не должны были отразиться от дефекта О, в результате незеркального отражения испытают отражение от него. [c.46] При ф ф величина смещения Д возрастает до бесконечности. Это соответствует возникновению головной волны. Явления нарушения геометрических законов отражения и преломления наблюдаются не только на свободной поверхности, но и на границе двух протяженных сред при углах падения, близких к критическим. [c.47] Граница сред, разделенных тонким слоем. Если волны проходят из одной протяженной твердой среды в другую через зазор, заполненный воздухом, то прохождение очень плохое, потому что волновое сопротивление газа в тысячи раз меньше, чем твердых тел. Это способствует хорошему обнаружению очень тонких несплошностей (дефектов) в твердом теле УЗ-волны от них практически полностью отражаются. Но это же затрудняет передачу УЗ-волны от преобразователя в ОК, поэтому промежуток между ними заполняют контактной жидкостью. [c.47] Очень тонкий промежуточный слой контактной жидкости слабо влияет на коэффициенты отражения и прозрачности. [c.47] Строго говоря, приведенное соотношение справедливо для гармонических колебаний, причем значение В - достигается, если просветляющий слой не имеет потерь. Уменьшение числа периодов УЗ-импульса и увеличение потерь в слое ухудшают согласование (уменьшают значение В), однако и в этом случае наблюдается максимум прозрачности слоя. [c.48] В табл. 1.6 сведены рассчитанные по формулам (1.12) и (1.14) значения для слоев в стали, частота 2,5 МГц. Таблица показывает практически полное отражение от тончайшего воздушного зазора (0,00001 мм), имитирующего дефект. Заполнение зазора жидкостью резко улучшает прохождение. [c.48] Вернуться к основной статье