ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Возбуждение и распространение УЗК в телах, ограниченных плоскими поверхностями из "Ультразвуковая дефектоскопия" Колеблющийся излучатель создает на плоской поверхности возмущение, которое передается в глубь среды, образуя звуковое поле. [c.69] Если пренебречь искажениями, вызываемыми неравномерным распределением пьезосвойств по объему излучателя из-за анизотропии материала и наличием промежуточной контактной жидкости между излучателем и средой, то получим картину звукового поля (рис. 30), которая хорошо знакома, так как ее часто приводят в качестве иллюстрации распространения продольных волн в однородной среде. Здесь волны распространяются по оси Z пучком лучей, расходящихся правильным конусом. [c.69] Рассматриваемая картина является идеальной и в практике ультразвукового контроля не встречается. [c.69] Даже если прозвучиваемая среда имеет размеры в направлении 2, во много раз превосходящие длину волны, то звуковое поле будет более сложным, чем изображенное на рис. 30. [c.69] Конкретные детали, подвергаемые ультразвуковому контролю, имеют ограниченные размеры, поэтому представляет интерес рассмотреть звуковое поле ограниченной среды. Здесь возможны несколько случаев. [c.70] Отраженные от нижней поверхности волны образуют свое звуковое поле в виде расходящихся конусом лучей продольных и сдвиговых УЗК, распространяющихся в среде с разными скоростями в направлении к верхней поверхности. Можно считать, что это поле создано мнимым излучателем, расположенном на нижней поверхности среды диаметром, равным диаметру фокального пятна Оо. Отраженные волны распространяются от каждой точки фокального пятна двумя расходящимися лучами с углами расхождения продольных волн от 3 = 0° до р = В°, и сдвиговых — от 7 = 0° до 7 = °. Здесь ш — максимальный угол отклонения отраженного луча сдвиговых волн (ш- 0). Лучи продольных и сдвиговых волн, достигнув верхней поверхности, вновь отразятся от нее с расщеплением и т. д. Наибольшая интенсивность волн в среде наблюдается на участке падения центрального и близлежащих к нему лучей, которые распространяются в среде под малыми углами и, отражаясь, почти полностью воспринимаются излучателем. Периферийные лучи, падая на поверхность под большими углами, при отражении не попадают на излучатель и, многократно отражаясь с расщеплением от противоположных поверхностей, распространяются вдоль слоя в разные стороны от излучателя. [c.71] Таким образом, колеблющийся дисковый излучатель, расположенный на плоской поверхности твердой среды, не ограниченной или ограниченной в направлении Ъ, возбуждает в ней направленные, распространяющиеся в направлении прозвучивания и ненаправленные, распространяющиеся в разные стороны от излучателя волны. [c.72] Нетрудно видеть, что в данном случае из-за большего расхождения лучей и потерь энергии при переходе волны из одной среды в другую интенсивность УЗК в среде II будет меньше, чем в случае облучения среды излучателем, расположенным на ее поверхности. [c.73] Если расстояние Ь между граничными плоскостями будет большим по сравнению с диаметром излучателя изл, т. е. 1 изл, то звуковое поле не отличается от звукового поля, показанного на рис. 30. [c.73] В плоскости УОЕ звуковое поле ничем не ограничено, поэтому здесь лучи УЗК расходятся правильным конусом, симметричным относительно излучателя. [c.74] В этом случае продольные УЗК от излучателя распространяются сначала цилиндрическим, затем коническим пучком лучей с углом расхождения 2 0. На некотором расстоянии от поверхности боковые лучи конуса встречаются с граничными плоскостями на участках, ограниченных линиями их пересечения (рис. 33,6). При этом продольные волны отражаются от всех четырех плоскостей с расщеплением на продольную и сдвиговую составляющие, которые, многократно отражаясь от противоположных поверхностей, распространяются в направлении прозвучивания. Вследствие косого падения лучей на граничные поверхности в них возникают также и поверхностные волны, распространяющиеся в том же направлении. [c.75] равном площади излучателя (рис. 34, а). При этом, как известно, в среду II входит около 10—12 % излучаемой энергии, которая расходуется в основном на формирование в ней продольных волн, распространяющихся сначала параллельным, а затем конусным пучком лучей с углом расхождения 2 0. Любое сечение пучка плоскостью, перпендикулярной центральному лучу, является окружностью. [c.79] При наклоне излучателя (а 0) ультразвуковая энергия вводится в среду II на участке поверхности, равном площади проекции излучателя на поверхность раздела. Эта площадь больше площади Го ввода при а—О и с увеличением угла а увеличивается. Лучи УЗК на границе сред трансформируются, в результате чего в среде II возникают 2 пучка продольных и сдвиговых волн, распространяющихся под углами р и 7 соответственно. При малых углах пучок сдвиговых волн как бы зарождается в пучке продольных. Так, например, при а=5 почти весь пучок сдвиговых волн находится в пучке продольных (рис. 34, б). Интенсивность сдвиговых волн в этот момент мала, так как падающая волна вызывает незначительные сдвиги в среде // поэтому большая часть прошедшей энергии приходится на продольную волну. С увеличением угла а происходит перераспределение введенной энергии интенсивность сдвиговых волн увеличивается, а продольных уменьшается. При а 2А° введенная энергия распределяется между продольными и сдвиговыми волнами приблизительно поровну. При увеличении угла до акр/ большая часть энергии преобразуется в сдвиговые, а меньшая — в продольные волны. [c.80] Следует отметить, что плотность звуковой энергии при падении УЗК под углом на поверхность раздела двух сред будет меньше, чем при нормальном падении пучка (а=0). Это объясняется увеличением площади, через которую УЗК вводят в среду II, потерями на затухание в первой среде, расщеплением пучка УЗК на границе с образованием двух пучков, суммарная площадь облучения которых больше первоначальной (рис. 34, б—г). [c.80] С увеличением угла а пучки постепенно расходятся, однако почти до а=20° они существуют совместно, создавая в среде (вблизи поверхности ввода) неоднородное звуковое поле с зонами совместного распространения продольных и сдвиговых волн и зонами, в которых распространяются чисто продольные и чисто сдвиговые УЗК. Кроме того, с ростом угла а возрастают углы р и 7, благодаря чему преломленные волны облучают нижний правый сектор, перемещаясь от оси 2 к оси X, причем пучок продольных.волн пробегает этот путь быстрее пучка сдвиговых. [c.80] Рассматривая геометрию звукового поля в среде II, можно заметить, что пучки преломленных волн при увеличении углов деформируются (сжимаются). Деформан ция пучка продольных УЗК начинается примерно с а 15°, когда пучок из круглого конуса превращается в эллипсовидный конус, и продолжается до акрь когда пучок становится почти плоским и распространяется вдоль границы в поверхностном слое среды II в виде поверхностной волны. Деформация пучка обусловлена геометрией излучателя и звукового поля при переходе лучей из одной среды в другую под различными углами. Деформация пучка сдвиговых УЗК начинается примерно с кр и продолжается до крп, когда сжатый плоский пучок сдвиговых волн распространяется в поверхностном слое среды II также в виде поверхностной волны (рис. 34, к). [c.81] Несмотря на то что доля звуковой энергии, приходящейся на продольную и сдвиговую волны к моменту выхода их на поверхность, существенно снижается, интенсивность волн остается высокой, так как благодаря сжатию пучков вся энергия локализуется в тонком поверхностном слое и облучаемая ими площадь существенно уменьшается. [c.81] Вернуться к основной статье