В табл. 1 и 2 приведены некоторые рекомендации по выбору МНК - В табл. 1 по вертикали перечислены основ­ные виды дефектов металла и изделий, а по горизонта­ли — методы НК, с помощью которых эти дефекты мож­но выявить. В табл. 2 показана применимость МНК для контроля качества материалов и изделий в зависимости от рассмотренных факторов.

Как видно, МНК не равноценны по своим возмож­ностям и в зависимости от чувствительности и специфи­ческих особенностей обладают большими или меньшими возможностями.

Так, например, магнитные методы могут быть приме­нены только для контроля изделий, изготовленных из ферромагнитных материалов, на наличие поверхностных и подповерхностных дефектов. Капиллярные — для кон­троля изделий, изготовленных из любых материалов на наличие только поверхностных дефектов. Радиационные методы позволяют решать комплекс задач; контролиро­вать сварные соединения, обнаруживать внутренние де­фекты в любых материалах и давать информацию о пра­вильности монтажа в закрытых конструкциях.

Наибольшими возможностями из всех МНК облада-

ют акустические методы, которые имеют высокую чувст­вительность, надежны и просты в применении. Контроль с их помощью является более производительным по срав­нению с другими МНК.

Учитывая критерии на отбраковку, чувствительность и специфику методов (табл. 1 и 2), выбирают методы и средства НК для применения. При равной чувствительно­сти предпочтение отдается методу, более простому по применению и обладающему большей достоверностью ре­зультатов контроля, производительностью и доступно­стью.

В СССР и за рубежом широко проводят работы по совершенствованию существующих и созданию новых акустических приборов ультразвукового и звукового ди­апазонов и методик контроля для нужд промышленно­сти. Это способствует более широкому их внедрению в практику контроля качества полуфабрикатов и готовых изделий, позволяет увеличить номенклатуру контролируе­мых объектов, повысить производительность за счет ме­ханизации и автоматизации процессов контроля.

Несмотря на достигнутые успехи в развитии акусти­ческих методов контроля, можно с уверенностью утвер­ждать, что их возможности не исчерпаны. Совсем недав­но считали, что ультразвуковой эхо-метод может быть применен только для контроля крупногабаритных изде­лий простой формы на наличие внутренних (глубинных) дефектов. Проведенные автором исследования позволи­ли расширить области применимости ультразвукового контроля. Они показали, что этот метод может быть с ус­пехом применен для выявления внутренних и поверхно­стных дефектов в деталях небольших размеров, сложной конфигурации, имеющих защитные покрытия и располо­женных в труднодоступных местах.

В настоящее время особенно актуален контроль ма­териалов и полуфабрикатов в условиях производства и готовых изделий в условиях эксплуатации. Это вызвано Необходимостью существенного повышения надежности элементов высоконагруженных машин. Одним из наибо­лее подходящих для этой цели является эхо-метод.

На основе отечественных и зарубежных литературных Материалов и исследований автора здесь рассмотрены физические основы, методики контроля и области при­менения ультразвуковой дефектоскопии.

Г л а в a II

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ [6]

Пространство, в котором распространяются упругие волны, назы­вается звуковым или акустическим полем.

Упругие волны характеризуются параметрами: длиной Я, часто­той f и скоростью распространения с, которые связаны зависимостью

Я = c/f. (1)

Геометрическое место точек среды, в которых в рассматриваемый момент времени фаза волны имеет одно и то же значение, называют волновой поверхностью или фронтом волны. Различным значениям фазы соответствует семейство волновых поверхностей. Если в среде распространяется кратковременное возмущение (импульс), то фрон­том волны называют границу между возмущенной и невозмущенной областями среды. Волновые поверхности непрерывно перемещаются в среде и при этом деформируются. В однородной и изотропной сре­де скорость каждой точки волновой поверхности направлена по нор­мали к поверхности и численно равна скорости с, называемой фазовой скоростью волны ‘.

В теории и практике ультразвуковой дефектоскопии важное место занимают гармонические волны, в которых все изменения состояния среды происходят по синусоидальному закону. Реальные акустические волны не являются гармоническими. Однако их можно представить [7]

в виде совокупности гармонических волн, называемой группой волн или волновым пакетом.

В среде, обладающей дисперсией (рассеянием), происходит иска­жение формы группы волн при ее распространении, обусловленное различием фазовых скоростей отдельных компонент группы. В этом случае скорость переноса энергии группой волн называют групповой скоростью. При отсутствии дисперсии групповая скорость совпадает с фазовой скоростью волны.

В неограниченной однородной изотропной среде распространение упругих волн имеет пространственный характер и в зависимости от формы фронта волны могут быть плоскими, сферическими и цилинд­рическими.

Плоские волны возбуждаются колеблющейся пластиной, если ее поперечные размеры значительно превосходят длину волны. Волно­вые поверхности плоской волны имеют вид параллельных плоскостей.

Сферические волны возбуждаются точечным источником волн или колеблющимся шаровым телом, размеры которого малы. Волновые поверхности сферической волны имеют вид концентрических сфер. По направлению любого радиуса сферы колебания происходят и рас­пространяются совершенно одинаково.

Цилиндрические волны возбуждаются цилиндрическим телом (стержнем, цилиндром и т. п.), длина которого значительно больше его поперечных размеров. Волновые поверхности в данном случае имеют вид концентрических цилиндров. На очень больших расстоя­ниях от источника сферические и цилиндрические волновые поверх­ности становятся практически плоскими.

В зависимости от упругих свойств среды в ней могут возникать; упругие волны различных видов, отличающиеся направлением сме­щения колеблющихся частиц. В связи с этим различают продольные, сдвиговые, поверхностные, нормальные и другие волны.

Если колебания частиц среды совпадают с направлением распро­странения волны, то волна называется продольной. Такая волна мо­жет быть возбуждена в твердом теле, жидкой и газообразной средах. Если колебания частиц среды перпендикулярны направлению рас­пространения волны, то волна называется сдвиговой (поперечной). Она может быть возбуждена только в твердом теле, которое спо­собно упруго сопротивляться деформации сдвига.

Продольные и сдвиговые волны могут возникать в чистом виде только в неограниченной среде или в теле, размеры которого во всех направлениях значительно превышают длину волны.

На свободной поверхности твердого тела можно возбудить по­верхностные волны или волны Рэлея, частицы в которых движутся по эллипсам. Амплитуда колебаний частиц по мере удаления от сво­бодной поверхности убывает по экспоненте, поэтому волна локали­зована в тонком поверхностном слое толщиной в 1—1,5 Л.

В сравнительно тонких плоских телах и телах с постоянной тол­щиной (листах, пластинах, проволоке) можно возбудить нормальные волны или волны Лэмба, связанные с волноводным механизмом рас­пространения УЗК. В тонких листах толщиной t при постоянной час­тоте f можно возбудить определенное число симметричных и анти­симметричных нормальных волн, отличающихся фазовыми и груп­повыми скоростями, смещениями и напряжениями по толщине листа. При этом характер смещений частиц и напряжений обусловливает деформацию листа. На рис. 22 схематично изображена деформация листа в направлении распространения в ием симметричных s и ан­тисимметричных а волн.

$ — симметричных; а — антисимметричных

Таблица 3. Формулы для определении скорости
распространения упругих волн, удельного акустического
сопротивления и упругих постоянных

Примечание. Для большинства металлов значение коэффициента Пуассона р лежит в пределах 0,25—0,35, а величина модуля сдвига в состав­ляет 0,38—0,40£.

отношения величины удельных акустических сопротивлений позволя­ют использовать их для ультразвуковой дефектоскопии. Чем больше отличаются акустические сопротивления дефектов от общей массы металла, тем проще их обнаружить, так как в этом случае большая часть ультразвуковой энергии будет отражаться от дефектов в на­правлении к приемнику ультразвука.

В табл. 3 приведены формулы для определения скорости распро­странения упругих волн, удельного акустического сопротивления и упругих постоянных, а в табл. 4 показаны их значення для некоторых материалов.