Ультразвуковая дефектоскопия отливок: Методические указания к выполнению практических занятий по курсу «Метрология, стандартизация и сертификация», страница 2

                          (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