(3)
Учитывая,
что для большинства металлов и сплавов можно
принять
. Кроме поперечных и продольных волн на
свободной поверхности твердых тел могут возникать поверхностные волны Рэлея,
которые представляют собой комбинацию продольных и поперечных волн. Глубина
распространения поверхностных волн примерно равна длине волны, а их скорость
(4)
Удельное волновое сопротивление (акустический импеданс) z= ρс является важнейшей акустической характеристикой материала.
Удельные волновые сопротивления газов, жидкостей и металлов соотносятся примерно 1:3000:10000. Как будет показано ниже, такое соотношение является весьма удачным для акустической дефектоскопии.
При распространении упругих волн в материале затухание колебаний происходит по экспоненциальному закону:
,
(5)
где - начальная
амплитуда колебаний (амплитуда зондирующего импульса);
δ - коэффициент затухания; x - расстояние,
пройденное упругой волной.
Коэффициенты затухания
различны для различных материалов и складываются
из коэффициентов поглощения и рассеяния
, т.е.
В
поликристаллических металлах и сплавах, характеризующихся значительным
различием скоростей упругих колебаний вдоль различных осей кристаллитов,
затухание определяется, главным образом, рассеянием энергии колебаний на
границах зерен. Коэффициент затухания обычно выражают в неперах на метр (Нп/м).
Коэффициент затухания 1 Нп/м показывает, что на расстоянии 1 м амплитуда
колебаний уменьшается в е = 2,718 раз (е - основание натурального логарифма,
или число Непера). Коэффициент затухания в металлах зависит от соотношения
среднего размера зерна и длины λ волны
упругих колебаний, а также от частоты f
колебаний.
Чтобы затухание
упругих колебаний на структурных составляющих и границах зерен не снижало
результаты дефектоскопии, необходимо иметь . Тогда
коэффициент затухания
(6)
где - постоянная
материала.
С учетом рекомендуемого
соотношения и
из
формулы (1) получаем выражение для расчета частоты упругих колебаний в
зависимости от параметра структуры
(7)
Отливки с крупнозернистой структурой необходимо контролировать (прозвучивать) на более низких частотах (0,5-2,0 МГц), так как коэффициент затухания будет меньше, что обеспечит возможность контроля массивных толстостенных отливок. Коэффициенты затухания ультразвуковых волн, частота которых равна 2,5 МГц. для сплавов в литом состоянии следующие, НП/м: 0-2 для углеродистой стали, 2-100 для аустенитной стали, 1-6 для титановых сплавов, 1-8 для алюминиевых сплавов. 5-100 для бронз, 15-60 для чугунов.
Зависимость
коэффициента затухания от величины зерна используют для измерения размера
зерна, при этом . Коэффициент затухания в этом случае пропорционален произведению
.
Акустические свойства некоторых материалов представлены таблице1.
Таблица 1- Акустические характеристики некоторых материалов
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.