Bez nazwyr

138

zależy od akustycznej oporności falowej rozpatrywanych ośrodków i jest szczególnie duży przy przejściu fali z ośrodka stałego lub cieczy do gazu lub na odwrót. Na

Rys. 13.2. Odbicie i przenikanie fali na granicy ośrodków

granicy ciat stałych i powietrza praktycznie cala energia fali padającej zostanie przekazana fali odbitej.

W rzeczywistych ośrodkach wprowadzona energia stale ulega zmniejszeniu. Zmniejszanie się natężenia fali jest funkcją jej drogi. Wpływ na straty energii mają dwa czynniki: pochłanianie i rozpraszanie. Pochłanianie energii polega na jej zamianie w energię cieplną na skutek tarcia wewnętrznego cząstek. Przyczyną rozpraszania fali (nieukierunkowa-nego odbicia) jest odbicie fali ultradźwiękowej od poszczególnych granic w materiale niejednorodnym.

13.1.2. Metody defektoskopowych badań ultradźwiękowych

Fale ultradźwiękowe wytwarza się w przetwornikach przetwarzających drgania elektryczne na mechaniczne. Elementy drgające przetworników wytwarza się z materiałów piezoelektrycznych lub piezomagnetycznych. Efekt piezoelektryczny polega na zmianie wymiarów przetwornika pod wpływem zmiennego pola elektrycznego. Zjawisko to jest odwracalne, tzn. w materiale piezoelektrycznym powstają ładunki elektryczne pod wpływem naprężeń. Przetwornik piezoelektryczny może służyć do wytwarzania i odbioru fal. Zjawisko piezomagnetyczne polega na pobudzaniu ośrodka do drgań pod wpływem zmiany pola magnetycznego. Zetknięcie przetwornika z badanym materiałem powoduje przekazanie drgań przetwornika cząsteczkom tego materiału. W celu zapewnienia tzw. sprzężenia akustycznego pomiędzy głowicą a badanym materiałem konieczne jest zastosowanie substancji sprzęgającej, jaką może być olej lub smar.

Aparatura do wykrywania wad nazywa się defektoskopem ultradźwiękowym. Nadajnik defektoskopu wytwarza impulsy, które za pośrednictwem głowicy nadawczej przenoszą się w głąb ośrodka w postaci fal. Impuls składa się z kilku drgań o określonej częstotliwości i trwa od kilku do kilkunastu sekund. Część fali ultradźwiękowej wytworzonej w badanym materiale ulega odbiciu od wad lub powierzchni ograniczających i powraca do przetwornika, który zamienia ją w sygnał elektryczny. Mierząc czas t od momentu wysłania fali ultradźwiękowej do chwili dotarcia fali do głowicy odbiorczej, można wyznaczyć drogę / przebytą przez falę

/ =c-t.

Prędkość c rozchodzenia się fali wyznacza się na wzorcu o znanych wymiarach.

Metoda echa (rys. 13.3) polega na wytworzeniu i wprowadzeniu do badanego materiału impulsu fal ultradźwiękowych i ich odbiorze po odbiciu od nieciągłości (wady, powierzchni ograniczającej). Wada materiałowa ma zazwyczaj inną oporność akustyczną niż badany materiał. Pojawienie się fali odbitej wcześniej niż odbicie od powierzchni ograniczającej przedmiot świadczy o występowaniu wady. W metodzie echa stosuje się zazwyczaj jedna głowicę nadawczo-odbiorczą. Wadą pojedynczej głowicy jest tzw. strefa martwa, która utrudnia badanie cienkich przedmiotów. Do zalet metody echa należą: czułość, czyli możliwość wykrywania bardzo małych wad w dużych obiektach, oraz możliwość badania przedmiotów, do których istnieje tylko jednostronny dostęp. Ponadto umożliwia ona pomiar głę-

Rys. 13.3. Zastosowanie metody echa do wykrywania wad i określania grubości przedmiotu: 1 - głowica nadawczo-odbiorcza. 2 - wada, 3 - fala padająca. 4 - faia odbita

bokości, na jakiej znajduje się wada, i ocenę jej rozmiaru. Metodę echa wykorzystuje się także do pomiaru grubości przedmiotów o jednostronnym dostępie.

i	\ /
	--■■■ —ff?---	\
	~ i --

Rys. 13.4. Schemat badania metodą cienia: I - głowica nadawcza. 2 - wada. 3 - cień. 4 - głowica odbiorcza

Metoda cienia, zwana metodą przepuszczania, polega na wprowadzeniu fal ultradźwiękowych z jednej strony badanego przedmiotu i odebraniu ich po przejściu przez ten przedmiot po drugiej jego stronie (rys. 13.4). Jeśli na odcinku pomiędzy głowicą nadawczą a odbiorczą znajduje się wada, to za nią tworzy się cień powodujący nieproporcjonalnie duże zmniejszenie natężenia fali. Metodę cienia można stosować do badania bardzo cienkich przedmiotów lub materiałów silnie tłumiących (ultradźwięki przebiegają próbkę jednokrotnie), a także materiałów gruboziarnistych lub o nierównej powierzchni. Wadami metody są konieczność zapewnienia dostępu do obu stron badanego materiału, trudności w wykrywaniu małych wad w dużych przedmiotach. Metoda przepuszczania nie pozwala na ocenę odległości wady od głowicy.

Do innych metod stosowanych w defektoskopii ultradźwiękowej należą: metoda rezonansu, metoda impedancji oraz metoda emisji akustycznej.