7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Контроль физико-механических свой­ств материалов - одно из важных направ­лений неразрушающего контроля качества материалов, деталей, изделий и конструк­ций. Неразрушающий контроль позволяет перейти от выборочной проверки этих свойств на специально изготовленных образцах к их стопроцентному контролю на готовых изделиях без их разрушения или повреждения. Это повышает досто­верность оценки качества продукции и сокращает расходы. Контроль акустиче­скими методами основан на установлении взаимосвязи физико-механических, техно­логических, структурных характеристик материалов и изделий с акустическими характеристиками.

К основным физико-механическим свойствам материалов, определяемым акустическими методами, относят: упру­гие (модуль нормальной упругости, мо­дуль сдвига, коэффициент Пуассона); прочностные (прочность при растяжении, сжатии, изгибе, кручении, срезе и др.); технологические (плотность, пластич­ность, влажность, содержание отдельных компонентов, гранулометрический состав и др.); структурные (анизотропия мате­риала, кристалличность или аморфность, размеры кристаллов, упорядоченность кристаллической решетки); размеры, фор­ма и содержание включений, например графитных включений в чугуне; глубина поверхностной закалки и ряд других.

Акустические методы позволяют оценивать только те свойства материала, которые влияют на условия возбуждения, прохождения, отражения и преломления упругих волн или на режимы колебаний ОК. Это скорости распространения волн различных типов, волновые сопротивле­ния материалов, коэффициенты поглоще­ния и рассеяния упругих волн, собствен­ные частоты конструкций, их доброт­ность, механический импеданс, уровень обратного рассеяния, эффективность ЭМА-преобразования, нелинейные иска­жения волн.

Контроль физико-механических свой­ств акустическими методами основан на аналитических или корреляционных свя­зях измеренных акустических параметров с оцениваемыми свойствами материала. Если контролируемое свойство имеет с измеряемым акустическим параметром четкую аналитическую связь, оно может быть определено с высокой точностью. Так, все три упругих постоянных материа­ла (модуль Юнга Е, модуль сдвига G и коэффициент Пуассона v) однозначно оп­ределяются по измеренным значениям скоростей распространения продольной и поперечной волн. Точность такой оценки зависит от точности измерения указанных скоростей и может быть очень высокой.

Однако большинство физико-механи­ческих свойств (включая прочность) свя­заны с акустическими параметрами лишь корреляционными зависимостями, теснота которых определяется выбором измеряе­мого параметра (иногда нескольких), обеспечивающего наилучшую корреля­цию с оцениваемой характеристикой ма­териала. В этом случае пользуются тари- ровочными графиками, построенными на основе статистической обработки большо­го количества экспериментальных данных. При этом достоверность и точность оцен­ки характеристик материалов ниже, чем при использовании аналитических зави­симостей.

Тем не менее, контроль свойств ма­териалов на основе их корреляционных связей с акустическими параметрами ши­роко применяется на практике. Например, стандартизованы ультразвуковой метод контроля бетона, основанный на корреля­ции прочности со скоростью распростра­нения упругих волн, и метод контроля качества абразивных инструментов по их собственным частотам.

Далее будут рассмотрены различные методы и средства контроля физико­механических свойств материалов и свя­занные с ними акустические параметры.