1. Definicja badań - zakres częstotliwości, rodzaje materiałów

2. Wady i zalety tych badań

3. Metody badań: echa, przepuszczania, rezonansu

4. Rodzaje fal: podłużne, poprzeczna,gietna

Ad 1.

W badaniach ultradźwiękowych wykorzystuje się wpływ własności sprężystych i jednorodności struktury materiału na rozchodzenie się fal ultradźwiękowych. Badanie tego wpływu opiera się na obserwacji natężenia i zmian kierunku fal (20 kHz do 15 MHz) ultradźwiękowych w badanym materiale oraz na pomiarach czasu przejścia fal przez materiał. Można badać wszelkiego rodzaju materiały: metale, ciecze i gazy. Metoda znajduje zastosowanie między innymi do badania:

złączy spawanych, materiałów hutniczych, części maszyn, pomiarów grubości.

Ad 2.

Zalety badań ultradźwiękowych:

• Największą zaletą badań ultradźwiękowych jest ich cena, która jest 2÷3

• krotnie niższa w porównaniu do badań radiograficznych .

• Dalszą zaletą ultradźwięków jest możliwość badania bardzo grubych lub długich elementów, gdyż w większości metali pochłanianie jest małe. Maksymalna długość, przez którą możemy przepuścić ultradźwięki, maleje ze wzrostem częstotliwości i pochłaniania i wynosi ona ponad 10 m .

• duża uniwersalność i skuteczność metody, szybkość badania i bezpośredniość wyników,możliwość dokładnej lokalizacji wad wewnętrznych i zewnętrznych, przenośna i lekka aparatura.

Wady badań ultradźwiękowych:

Badania ultradźwiękowe są najtrudniejszą metodą badań nieniszczących, dlatego wymagają od operatora dużej wiedzy i doświadczenia. Personel wykonujący badania nieniszczące musi posiadać kwalifikacje odpowiedniego stopnia

Ad 3.

Metoda echa

W metodzie tej wykorzystuje się zjawisko odbicia fali padającej na wadę materiałową (pęknięcie, pęcherze powietrza, wtrącenie niemetaliczne itp.) Odbicie następuje od granicy utworzonej przez ośrodek oraz wadę. Jeżeli zatem stwierdzamy, że w badanym ośrodku występuje zjawisko odbicia fal, możemy stąd wnioskować o występowaniu nieciągłości. Ponadto, jeśli potrafimy zmierzyć czas, jaki upływa od chwili wysłania fali w badany ośrodek do chwili powrotu fali odbitej od nieciągłości, to znając prędkość rozchodzenia się fali możemy znaleźć drogę przebytą przez falę. W ten sposób jesteśmy w stanie wykryć i zlokalizować wadę materiałową występującą w ośrodku ciągłym.

Szczególną zaletą metody echa jest to, że wystarcza jednostronny dostęp do badanego materiału, czyli oprócz jednej powierzchni potrzebnej do sprzęgnięcia głowicy, inne mogą być zabudowane. Wykrywalność wad w metodzie echa jest dużo większa niż w metodzie cienia, gdyż nie występuje tutaj zmniejszenie wykrywalności wskutek napięcia w długich elementach.

Metoda cienia (przepuszczania)

W metodzie tej posługujemy się dwoma przetwornikami, jednym jako źródłem ultradźwięków z jednej  strony badanego materiału, a drugim jako odbiornikiem  z  drugiej strony. Każda nieciągłość na drodze fal ultradźwiękowych odbija je tworząc za sobą jak gdyby cień, co powoduje osłabienie natężenia fal przechodzących przez obszar z wadą. Metoda cienia nadaje się szczególnie do badania cienkich ciał, takich jak blachy, rurki, druty o grubości do 50 mm. Wadą tej metody jest niemożność stwierdzenia głębokości, na jakiej znajduje się wada.

Metoda rezonansu

Metoda rezonansu oparta jest podobnie jak metoda echa na zjawisku odbicia fal ultradźwiękowych od nieciągłości (wady) jednak, podczas gdy w impulsowej metodzie echa odbicie od wady obserwuje się oddzielnie od obrazu fal wysyłanych, to w metodzie rezonansowej obserwujemy nałożenie się na siebie fal padających i odbitych.

Naprężenia wywołane falami ultradźwiękowymi biegnącymi z różnych kierunków i spotykającymi się w danym miejscu ośrodka, dodają się do siebie. Jeżeli ciąg sinusoid naprężeń odbitych opóźniony jest względem ciągu sinusoid padających tak, że maksima tych naprężeń wypadają jednocześnie, mamy do czynienia z tzw. rezonansem amplitudy i obserwujemy największą amplitudę naprężenia w badanym materiale. Odbicie fal ultradźwiękowych między płaszczyznami równoległymi może zachodzić wielokrotnie i możemy otrzymywać wielokrotne zwiększenie amplitudy w stosunku do amplitudy fal padających.

W defektoskopii ultradźwiękowej stosujemy dwie podstawowe odmiany metody rezonansowej: rezonans fali ciągłej i rezonans impulsowy.

 

Ad 4.

Fala podłużna - Fale podłużne to takie fale, w których kierunek rozchodzenia się zgadza się z kierunkiem drgań, co oznacza, że fala dźwiękowa jest falą zagęszczeń. To założenie jest słuszne dla gazów i cieczy, ponieważ są one w stanie przenosić tylko napięcia normalne. Podczas powstawania tej fali zachodzi odkształcenie objętości ośrodka, które może występować w płynach nielepkich, takich jak woda, miękkie tkanki itp.

Fala poprzeczna - W przypadku, gdy kierunek emitowanej fali ultradźwiękowej będzie prostopadły do ruchu powierzchni źródła, otrzymamy wtedy falę poprzeczną. Zjawisko to występuje wtedy, gdy w ośrodku można wywołać odkształcenie postaci, co jest możliwe w ciałach stałych  lub bardzo lepkich płynach, np. stal, kości

Fala giętna - ruch cząstek wynika ze zginania i ma charakter giętny. Pojawia się w elementach belkowych, płytowych i powłokowych i charakteryzuje się zmianą prędkości fali w zależności od jej częstotliwości.