5. Вывод

__________________________________________________________ __________________________________________________________.

Лабораторная работа № 4

Совершенствование знаний в изучении свойств ультразвуковых колебаний

Цель: изучить свойства ультразвуковых колебаний.

Наглядные пособия: плакаты.

Порядок выполнения:

1. Затухание ультразвуковых колебаний;

2. Отражение ультразвуковых колебаний;

3. Преломление и трансформация ультразвуковых колебаний;

4. Вывод.

1. Затухание ультразвуковых колебаний

По мере удаления от излучателя амплитуда колебаний частиц пос­тепенно убывает. Это обусловлено геометри­ческим расхождением лучей, что приводит к ______________________________________, а также поте­рями в сре­де, приводящими к постепенному затуханию колебании при их распространении.

Затухание ультразвуковых колебаний происходит по экспонен­циаль­ному закону:

А = А_о · е^δr,

где r - расстояние, пройденное волной, м;

δ - коэффициент затухания, 1/м.

Коэффициент затухания определяется выражением:

δ = δ_п + δ_р,

где δ_п – коэффициент поглощения

δ_р – коэффициент рассеяния.

Они выражают степень затухания колебаний соответст­вен­но в результате _______________________________________________ _________________________________________________________.

В рельсовой стали затухание колебаний с частотой 2,5 МГц невели­ко. Колебания могут распространяться на рас­стояние до ______ м, значительно интенсивнее затухание в других средах. Так, для про­дольной волны на частоте 2,5 МГц коэффициент δ, 1/м:

1. для воды – 0,004;

2. для алюминия – 0,01…5;

3. для стали (Ст 20) – 1…8;

4. для органического стекла (плексиглас) – 58;

5. для воздуха – 280.

Величина, обратная коэффициенту затухания, показывает, на каком пути амплитуда колебаний уменьшается в е раз.

е = 2,73 – число Непера.

1/м = 1 Нп/м = 8,686 дБ/м.

Коэффициент затухания ультразвуковых колебаний уве­личивается с _____________________ их частоты.

2. Отражение ультразвуковых колебаний

Если на пути распространения ультразвуковой волны при нормаль­ном падении встречается другая среда, то одна часть энергии про­хо­дит во вторую среду, а другая часть – ________________________.

Коэффициент отражения R = J_отр / J_пад.

Коэффициент прохождения D = 1 – R

D = J_{прошедш} / J_пад

Коэффициент отражения от трещин и пор близок к единице, если величина раскрытия больше _______ мм. Коэффициент отражения по амплитуде от шлаковых включений составляет ______ – ______.

3. Преломление и трансформация ультразвуковых колебаний

При наклонном падении продольной волны из твёрдой среды 1 в твёрдую среду 2 на границе этих двух сред про­исходит:

1. отражение;

2. преломление;

3. трансформация (расщепление) волны.

На практике для обеспечения падения продольных волн под углом между пьезоэлементом и контролируемой де­талью располагают призму из ___________________________.

Законы отражения и преломления упругих волн формули­руются так:

1. отражённые и преломлённые лучи лежат в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к поверхности раздела сред, про­ведённой в точке падения;

2. угол отражения продольной волны равен углу падения;

3. углы падения, отражения и преломления связаны соотношением, называемым законом Снелиуса:

sin β/c_l1 = sin α/c_t2 = sin β_t/c_t1 = sin β_t/c_l1 = sin α₁/c_l2,

где c_l1, c_l2, c_t1, c_t2 – скорости распространения продоль­ных и сдвиговых волн в 1 и 2 среде соответственно.

Рис. 6. Иллюстрация критических углов

Свойства упругих волн используют при контролировании наклонных преобразователей для проверки изделий _________________________ ____________________________________. В таких преобразова­телях ультразвуковые колебания преломляются с помощью клинообразной призмы, изготовленной из ___________________________________ и играющей роль среды 1, а средой 2 является контролируемое изделие.

Если пьзопластину разместить на призме из органического стекла с углом β в пределах 30º–55º, то в стальном изделии будет распрост­раняться только ______________________. Все типовые наклонные преобразователи, используемые для контроля головки и шейки рельса, имеют углы призмы в интервале между первым и вторым критическими углами (___________________) и излучают попереч­ную волну. Этим достигается возможность обнаружения дефектов меньших размеров в связи __________________________________.

Зная скорость распространения ультразвуковых колебаний в призме и контролируемом изделии, можно рассчитать значения углов рас­пространения продольных и попереч­ных волн в зависимости от угла β по формуле:

.

При контроле рельсов (c_t2 =3260 м/с) с помощью наклон­ного пьезообразователя с углом призмы β = 40º из органи­ческого стекла (c_l1 = 2670 м/с) угол ввода луча

α = _____________________________________________.

Всё сказанное выше относилось к отражению для гладких поверх­нос­тей. При отражении от шероховатых поверх­нос­тей, имеющих неровности высотой более 0,05λ0,1λ, происходит диффузное отра­жение, сопровождающееся рас­сеянием части энергии в разные сто­роны.