ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет эхосигналов из "Неразрушающий контроль. Кн.2" Естественные дефекты могут иметь самую различную форму, ориентацию и акустические свойства, которые заранее неизвестны, поэтому при анализе эхометода формулы акустического тракта выводят для моделей дефектов в виде полых отражателей простой формы тонкого диска, сферы, цилиндра, тонкой полосы, плоскости и т. д. Физическая реализация некоторых моделей дефектов представляет большие технологические трудности (например, трудно выполнить тонкий диск, не нарушая целостности окружающего твердого материала), поэтому при экспериментах и производственном контроле модели дефектов заменяют искусственными отражателями (рис. 2.10) д,тк — плоскодонным отверстием, сферу — отверстием со сферическим дном и т. д. Амплитуды эхосигналов от моделей дефектов и искусственных отражателей мало отличаются, когда их размеры больше длины волны ультразвука. В противном случае амплитуды эхосигналов могут не совпадать. [c.107] Протяженная плоскость соответствует донному сигналу, по которому удобно выполнять настройку. Кроме того, она имитирует протяженные расслоения. Цилиндрическую вогнутую поверхность используют в стандартных образцах для получения максимального эхосигнала и определения точки ввода преобразователя (см. ниже). [c.108] Вопросы дифракции плоской акустической волны на некоторых отражателях рассмотрены в 1.4. Здесь будет показано, как использовать результаты дифракционной теории для расчета акустического тракта, т. е. как учесть особенности полей излучения и приема преобразователя. Кроме того, в этом разделе изложены приближенные и (более простые) способы расчета отражения, пригодные, когда размеры отражателя больше длины волны энергетическое приближение, основанное на представлениях лучевой акустики, и метод Кирхгофа. Согласно последнему каждую точку освещенной поверхности плоского отражателя рассматривают как вторичный излучатель волн, а поле отраженной волны вне отражателя считают равным нулю. В приводимом далее выводе формул акустического тракта не учтено затухание ультразвука. Чтобы учесть этот эффект, следует ввести во все формулы для контактных прямых преобразователей множитель e где г — расстояние от преобразователя до отражателя, а для преобразователей с акустической задержкой — множитель в котором Га и гв — средние пути ультразвука в задержке и изделии, а бл и бв — затухание ультразвука в этих средах. [c.108] Если излучатель и приемник совпадают, то р = В)а8в. [c.109] Если размер дефекта меньше длины волны ультразвука, то приближение Кирхгофа, использованное для расчета, неверно. На рис. 1.18 была показана зависимость коэффициента Ац от Ь/Х (2Ь — диаметр диска), следующая из формулы (2.5) и полученная с помощью строгого решения дифракционной задачи об отражении от полого диска в твердом теле (см. п. 1.2.1). Часто говорят, что дефекты размером меньше длины волны не выявляются ультразвуком. В действительности отражение от дефекта при некоторых значениях слабее, чем следует из приближения Кирхгофа. Например, при ЬД 0,1 Лд (Ь/Х) и значительно меньше, чем Лд (Ь/Х) (как в кирхгофовском приближении), однако отражение от дефекта наблюдают во всех случаях. [c.109] Как показывают экспериментальные данные, при ЬсХ сигнал от плоскодонного отверстия изменяется по закону Лд = лb Д. Это объясняется тем, что дифракционная теория учитывает вклад обратной стороны диска, с которой взаимодействуют обогнувшие диск волны. У плоскодонного отверстия обратной стороны нет, а боковые стенки практически не дают вклада в отраженный сигнал. [c.109] Коэффициент отражения по модулю приблизительно равен единице. При отражении от дна ОК изменением зависимости коэффициента отражения от угла падения лучей при а/г 0,4 можно пренебречь. При отражении от полупрозрачного протяженного дефекта / 1. [c.112] В дальней зоне, считая 1=За/ Хг), получим Я,/Яо= I R I 5,/(2Хг). [c.112] Отражение от полуплоскости (рис. 2.14, а) имитирует важный для практики случай изменение эхосигнала при перемещении преобразователя вблизи края протяженного дефекта типа расслоения. Эта задача— частный случай рассмотренной в 1.4 задачи о дифракции на краю полуплоскости — ребре. Особенность ее в том, что ось преобразователя перпендикулярна полуплоскости, поэтому удобно выполнять расчет методом Кирхгофа. [c.112] Если полуплоскость находится в ближней зоне (кривая г/гб = = 0,8, рис. 2.14, б), при введении ее в поле преобразователя происходит быстрый (в интервале а/2) рост амплитуды и монотонный переход к максимуму эхосигнала. Если полуплоскость в дальней зоне, кривая более пологая, имеется максимум при р/а = — (0,5... [c.113] Если г=0,Ъй, то согласно (2.15) величина Р 1Ро обращается к бесконечность. Однако с учетом дифракционных эффектов ультразвук фокусируется не в точку, а в пределах кружка Эри (см. п. [c.115] На практике рассматриваемый случай реализуется, когда образец имеет вид полусферы, в центре которой располагается излучатель - приемник. [c.115] Тогда вся излученная энергия возвращается обратно к преобразователю (за исключением потерь на затухание), поэтому Р /Ро=. Такой образец, изготовленный из материала с небольшим затуханием ультразвука, представляется удобным для определения максимальной амплитуды сигнала, однако изготовление его технологически довольно сложно. [c.115] 4 рассмотрено точное решение задачи о дифракции на цилиндре. Из него следует, что для дифракции продольной волны можно пользоваться формулой (2.17) при о /Х, 0,2. При меньших значениях диаметра Вц в функции от d/X резко уменьшается. Для вертикально поляризованной поперечной волны формулой (2.17) можно пользоваться при d/X 2, а при меньших значениях диаметра следует использовать экспериментальное значение Вц (см. кривую 5 на рис. 1.19). [c.116] Все рассмотренные выше типы искусственных отражателей делят на три группы точечные или непротяженные (сфера, небольшой диск и короткий цилиндр), протяженные в одном направлении (бесконечный цилиндр и полоса) и протяженные в дву.х направлениях (бесконечная плоскость). Протяженность от-рая теля считают малой, если изменение функции /1 на площади дефекта невелико (не более 20%). Протяженным считают отражатель, пересекающий всю зону эффективного действия акустического поля преобразователя. Если отражатель находится в ближней зоне преобразователя, то условие протяженности размер дефекта больше диаметра преобразователя. [c.117] Здесь коэффициент А характеризует отражательную способность модели дефекта и может принимать различные значения в зависимости от его формы и соотношения размера отражателя и длины волны ультразвука /1= / 2шах соответствует максимальному значению / на заданном расстоянии г/гб от преобразователя. Максимум взят потому, что при выявлении дефекта, перемещая преобразователь, стремятся получить максимальную амплитуду сигнала. Функция /] зависит от формы преобразователя и отношения г/гв. В приложении на рис. П.11 показана функция / 2 для круглого преобразователя, а на рис. П.12, а функция 1. [c.117] Здесь В — коэффициент, характеризующий отражательную способность модели протяженного дефекта. Для полосы шириной В=Ьь/Х, а для длинного цилиндра В=0,51/ / -или его берут из рис. 1.19. Величина Ьа — размер преобразователя в направлении, перпендикулярном оси протяженного отражателя. Для круглого преобразователя она равна диаметру, а для прямоугольного —соответствующей стороне. [c.117] Сводка формул и способов расчета максимальной амплитуды эхосигнала приведена в приложении табл. П.6. [c.118] При контроле наклонным преобразователем используют искусственные отражатели, лодобные применяемым при контроле прямым преобразователем. При этом плоские отражатели располагаются так, чтобы плоскость была ориентирована перпендикулярно акустической оси. Помимо этого используют также отражатели, дающие большие эхосигналы благодаря угловому эффекту, т. е. двукратному отражению акустических волн от поверхности отражателя и перпендикулярно расположенной к нему поверхности ОК. К таким отражателям относят двугранный угол, зарубку, угловое цилиндрическое отверстие. [c.118] Рассмотренный упрощенный подход требует корректировки с учетом двух явлений. Первое связано с тем, что помимо зеркально отраженных лучей вносит вклад дифракционное рассеяние, а второе— с явлением незеркального отражения, описанным в 1.3. Согласно законам зеркального отражения некоторый луч должен пройти мимо зарубки, не отражаясь от нее. Однако, когда угол а близок к а , в результате незеркального отражения луч пройдет путь вдоль поверхности ОК и даст вклад в отраженный сигнал. Чем меньше глубина зарубки, тем заметнее вклад обоих эффектов. [c.119] Вернуться к основной статье