Интенсивность ультразвука и затухание его в материалах
Ультразвуковая волна в направлении своего движения несет определенную энергию, которую излучил источник.
Количество энергии, переносимое волной за 1 секунду через 1см2 площадки, перпендикулярной к направлению распространения ультразвуковой волны называется интенсивностью ультразвука.
I – интенсивность Вт/м2
По мере распространения ультразвуковой волны интенсивность её падает. Это обусловлено расхождением и затуханием.
Снижение интенсивности ультразвука происходит по экспоненциальному закону:
Где I0 – начальная интенсивность у источника ультразвука
S – пройденный путь уз волны
δ – коэффициент затухания
Затуханием ультразвуковых колебаний называется уменьшение амплитуды колебаний частиц в звуковой волне, вызванное процессами рассеяния и поглощения.
δп – коэффициент поглощения
δр – коэффициент рассеивания
При рассеянии энергия остается механической, но уходит из направленного распространения волны в результате отражений на границах зерен и неоднородностей. Рассеяние связано с тем, что среда не является строго гомогенной. Она содержит кристаллы, на границах которых акустическое сопротивление изменяется, так как кристаллы или отдельные составляющие вещества имеют различную плотность. Для некоторых материалов это связано с тем, что они представляют собой сплав зерен различных компонентов (феррита и графита). Для других материалов – с наличием пор и инородных включений.
При поглощении механическая энергия колебаний переходит в тепловую. Поглощение будет тем больше, чем меньше длина волны и соответственно чем больше частота.
Большое влияние на коэффициент затухания в металле оказывает отношение средней величины зерна и длины волны ультразвука.
D – средняя величина зерна
Длина ультразвуковой волны для УЗК должна быть λ≥ (20…100)D
Обе составляющие затухания создают определенные трудности при ультразвуковом контроле. Поглощение уменьшает амплитуду проходящих сигналов. А рассеяние не только уменьшает уровень сигналов, отраженных от дефектов, но и создает многочисленные шумовые импульсы на экране дефектоскопа, связанные с отражениями от граней кристаллов.
Акустические характеристики материала
| Материал | Скорость волны, м/с | Плотность материала, кг/м3 | Удельное акустическое сопротивление для волн 10-5 Па∙с/м | Коэф. затухания продольной волны на частоте 2,5 МГц, 102 м-1 | ||
| продольной | поперечной | продольных | поперечных | |||
| Алюминий | 2,7 | 8,3 | 0,001-0,05 | |||
| Бериллий | 1,85 | 13,3 | - | |||
| Вольфрам | 19,1 | - | ||||
| Медь | 8,9 | 41,8 | 20,5 | 0,018-0,044 | ||
| Сталь углеродистая (Сталь 20) | 7,8 | 45,5 | 25,2 | 0,01-0,08 | ||
| Сталь коррозионно-стойкая 1Х18Н9Т | 8,03 | 45,5 | 0,06-0,15 | |||
| Вода | - | 1,5 | - | 0,00004 | ||
| Воздух | - | 0,0013 | 0,0004 | - | - | |
| Капролон | 1,1 | 2,9 | 1,23 | 0,65 | ||
| Плексиглас | - | 1,18 | 3,2 | 1,32 | 0,58 | |
| Резина | - | 0,9 | 1,4 | - | 2,5 | |
| Кварц | 2,2 | 8,25 | - | |||
| Цирконат-титанат свинца | - | 7,3 | 36,5 | - | - |