хвилями. Лінію, що вказує напрям поширення хвилі, називають променем, а межу розділу вагається частинок від неколеблющіхся - фронтом хвилі.
Акустичні коливання характеризуються частотою, інтенсивністю і видом. Види коливань в основному визначаються властивостями пружного середовища і способом їх створення. У рідинах і газах, що володіють пружністю об'єму, акустичні коливання поширюються з однаковою швидкістю у всіх напрямках. У твердих тілах, якi характеризуються крім пружності обсягу ще й пружністю форми (сдвиговой пружністю) і неоднаковістю деформацій розтягнення-стиснення за різними напрямками (для анізотропних тіл), закономірності поширення акустичних хвиль значно складніше.
Коливання з частотою до 16 ... 20 Гц називають інфразвуковими. Коливання з частотою від 16 ... 20 до (15 ... 20) 103 Гц складають діапазон чутності, що сприймається людським вухом. При збільшенні частоти коливань звуку більше 20 кГц він переходить в ультразвук; при цьому здатність його розповсюдження змінюється: в повітрі здатність поширення зменшується, у твердих і рідких середовищах - збільшується. При неруйнівному контролі металевих матеріалів використовуються частоти ультразвукового діапазону 0,5 ... 25 МГц.
Поширення акустичної ультразвукової хвилі в матеріалі відбувається з певною постійною швидкістю С, обумовленою властивостями середовища (слід відрізняти швидкість ультразвукової хвилі С від швидкості коливання пружних частинок v, яка залежить від фази коливань). Поширення хвилі супроводжується утворенням в матеріалі зон, в яких частинки знаходяться в однаковому коливальному стані (фазі). Мінімальна відстань між такими зонами називають довжиною хвилі. Величина пов'язана зі швидкістю поширення С і частотою коливань виразом
Змінити довжину ультразвукової хвилі в конкретному матеріалі можна тільки шляхом зміни частоти порушуваних коливань.
Напрям коливань частинки в твердих тілах може бути різним по відношенню до напрямку поширення хвилі. За характером зміщення частинок і поширенню коливань хвилі бувають декількох типів.
Для пояснення характеру деформації твердого тіла при поширенні в ньому
Поздовжніми називають хвилі, коли частинки пружного середовища коливаються в напрямку поширення хвилі, піддаючись при цьому по черзі деформацій розтягу-стиску. Швидкість Сl, поздовжньої хвилі визначають за формулою
Якщо частки середовища коливаються перпендикулярно напрямку поширення, випробовуючи деформації зсуву, такі хвилі називають поперечними або зсувне. Поперечні хвилі можуть виникати тільки у твердих середовищах, що володіють сдвиговой пружністю. Швидкість поперечної хвилі Сt ~ 0,55 Сl.
На поверхні твердого тіла можуть поширюватися поверхневі хвилі (хвилі Релея). Вони складаються з комбінації поздовжніх і поперечних хвиль і мають швидкість поширення CS=0,93Сt. Коливання частинок відбуваються по еліптичній траєкторії, при цьому велика вісь еліпса перпендикулярна поверхні. У металах поверхневі хвилі практично затухають на глибині, що перевищує 1,5. Разом з тим поверхневі хвилі поширюються на великі відстані, слідуючи вигинів поверхні. Якщо середу обмежена двома поверхнями, відстань між якими порівнянно з довжиною хвилі, то в такій тонкій пластині поширюються нормальні пластинчасті хвилі (їх називають також хвилями Лемба). Характеристики основних типів хвиль наведені в табл.1.
Таблиця 1. Характеристика основних типів хвиль
Залежно від джерела збудження можуть виникати і інші види хвиль: сферичні, порушувані точковим джерелом, розміри якого менше довжини хвилі, циліндричні, які порушуються циліндричним джерелом (стрижнем), довжина якого значно більше поперечних розмірів, і ін.
При проведенні УЗД і УЗТ металу і зварних з'єднань використовують в основному поперечні і поздовжні хвилі [2].
. 2 Загасання ультразвуку
Поширення ультразвукової хвилі, викликаної коливальними рухами збуджених частинок завдяки пружним силам між ними, супроводжується перенесенням енергії. Кількість енергії, переносний хвилею за 1 с через 1 см 2 площі, перпендикулярної напрямку розповсюдження, називають інтенсивністю ультразвуку. Інтенсивність ультразвукових коливань частинок зазвичай невелика (енергія хвилі не більше 100 Вт/см 2) і не виходить за межі пружних деформацій, де напруження і деформації зв'язані лінійною залежністю.
Інтенсивність ультразвуку у міру проходження в середовищі зменшується за рахунок її хвильового опору z- Величина цього опору, часто званого характеристичним імпедансом, залежить від щільності середовища, швидкості поширення хвиль С і визначається виразом
Розмірність хвильового опору (характеристичного імпедансу) складе: [z] =. Замінимо (маса дорівнює силі, поділеній на прискорення). ...
