Наклонное падение ультразвуковой волны на границу раздела двух сред
При контроле сварных швов применяются, как правило, наклонные пьезоэлектрические преобразователи с вводом ультразвуковой волны под некоторым углом к нормали.
В общем случае, при падении продольной волны под углом β к границе раздела двух твердых сред, могут происходить три явления: отражение, преломление, трансформация(расщипление) этой волны.
Отражением называют изменение направления ультразвуковой волны на границе раздела, при котором волна не переходит в другую среду.
Преломлениемназывают изменение направления ультразвуковой волны на границе раздела, при котором волна переходит в другую среду под углом, отличным от первоначального угла падения.
Трансформацией называют преобразование волн одного типа в волны другого типа, происходящее на границе раздела двух сред.
Оргстекло-сталь
Cl – падающая продольная волна
Cl1 – отраженная продольная волна
Ct1 – отраженная поперечная волна, образовавшаяся в результате трансформации волн
Cl2 – преломленная продольная волна
Ct2 – преломленная поперечная волна, образовавшаяся в результате трансформации волн
Углы β с соответствующими индексами означают углы падения и отражения(в дальнейшем- угол призмы), α с соответствующими индексами означают углы преломления (угол ввода).
Таким образом, возникает две преломленные и две отраженные волны. Углы преломления и отражения зависят от скоростей соответствующих волн в данных средах. Эту зависимость называют законом Снеллиуса:
Sin β / Cl = sinβt / Ct1 = sinβl / Cl1 = sinαt / Ct2 = sinαl/ Cl2
По мере увеличения угла падения β начиная с некоторого его значения, продольная волна Cl2 начинает «скользить» по границе раздела двух сред. Этот угол называется первым критическим углом βкр1
Углы, при которых исчезают те или иные типы волн в процессе преломления или отражения называют критическими.
Первый критический угол наступает тогда, когда во второй среде остается поперечная волна
Sibβкр1 / Cl = sinαl/Cl2
Sin βкр1 = Cl / Cl2
Для границы раздела оргстекло-сталь βкр1≈ 27 0
При дальнейшем увеличении угла β наступает момент, когда исчезает преломленная поперечная волна во второй среде, которая начинает скользить по границе раздела двух сред.
Этот угол называется вторым критическим углом βкр2.
Его можно подсчитать из соотношения:
Sinβкр2 / Cl = sinαt / Ct2
Sinβкр2 = Cl / Ct2
Для материалов оргстекло-сталь βкр = 580
При углах падения меньше, чем второй критический угол во второй среде возникает только поперечная волна. Угол призмы наклонных ПЭП выбирают только в интервале между двумя найденными критическими значениями:
βкр1 + 30 ≤ β ≤ βкр2 - 30
Поправка 20-50 вводят для помехозащищенности контроля.
По ГОСТ 14782
| β | 300 | 400 | 500 | 540 |
| α | 390 | 500 | 650 | 700 |
Тема 3.2 Излучение и прием ультразвуковых колебаний