Нормальное падение УЗ волн на границу раздела сред. Коэффициенты отражения и прозрачности. Затухание ультразвука
При нормальном падении ультразвуковой волны на границу раздела двух сред часть энергии волны отражается от поверхности раздела, а другая часть проходит сквозь нее. Распределение энергии отраженной и прошедшей волн зависят от механических характеристик граничащих материалов: скоростей волны и плотностей сред.
 | |||||
 | |||||
 | |||||
Сталь Сталь Медь
Воздух Вода Сталь
Интенсивность отраженной волны Iотр определяется коэффициентом отражения R: R=Iотр /Iпад, или Iотр =R Iпад , где Iпад– интенсивность падающей волны. Коэффициент отражения зависит от характеристик сред:
R=(r1С1–r2С2 / r1С1+r2С2)2 .
Аналогично, интенсивность прошедшей волны Iпрош тоже является долей интенсивности падающей волны и величину этой доли можно определить с помощью коэффициента D – коэффициента прозрачности (прохождения).
D =Iпрош /Iпад или Iпрош = D Iпад . При этом R+ D=1или R+ D=100% .
Как видно из формулы, чем больше разница между акустическими сопротивлениями сред, тем больше коэффициент отражения R и меньше, соответственно, коэффициент прозрачности D.
Например, граница сталь-воздух имеет большую разницу удельных акустических сопротивлений и, как следствие, коэффициент отражения R практически равен 1 (отражается 100% энергии волны), а коэффициент прозрачности соответственно будет равен нулю: D » 0. Поэтому при падении ультразвуковой волны из стали или другого материала на границу с воздухом волна не сможет пройти сквозь нее, а будет полностью отражаться. Для прохождения ультразвуковых колебаний из пьезопреобразователя в контролируемое изделие и обратно необходимо между ними обязательно вводить жидкостную прослойку, которая вытесняет воздух и т. о. исчезает граница воздух-материал.
С другой стороны, свойство ультразвуковых волн отражаться от границ сред с различными акустическими характеристиками используется для обнаружения дефектов типа нарушение сплошности: поры, трещины, заполненные газом (R = 1) или шлаковые и другие включения (0 < R < 1). Таким образом, пора, заполненная воздухом, будет давать больший эхо-сигнал, чем пора, заполненная шлаком.
По мере распространения волны, даже в строго определенном направлении без какого-либо расхождения, интенсивность ее падает. Уменьшение интенсивности волны называется затуханиемультразвука и характеризуют коэффициентом затухания d .
Затухание ультразвуковых колебаний обусловлено двумя физическими процессами: поглощением и рассеянием. Поэтому коэффициент затухания можно записать: d = dпогл. + dрасс .
При поглощении механическая энергия колебаний частиц переходит в тепловую.
Рассеяние ультразвука может быть вызвано наличием в материале зерен различных компонентов (например, феррит, графит), различной ориентацией кристаллических зерен, а также наличием пор или инородных включений.
Дата добавления: 2015-04-01; просмотров: 3167;