Звідси розмірність [z] =. Інтенсивність ультразвуку J пропорційна квадрату амплітуди пружного зсуву і квадрату частоти коливань:
,
де U - амплітуда пружного зсуву частинок середовища; f-частота коливань.
З останнього виразу випливає, що чим більшим акустичним опором володіє середу, тим більша енергія потрібна для порушення в ній хвиль заданої частоти і амплітуди. У міру проходження хвилі від джерела випромінювання амплітуда пружного зсуву частинок зменшується і інтенсивність ультразвуку падає. Загасання інтенсивності відбувається з двох основних причин: поглинання і розсіяння. Коефіцієнт загасання а відповідно складається з двох доданків:
,
де - коефіцієнт поглинання, який визначається в'язкістю середовища і частоти коливань;
- коефіцієнт розсіювання, що залежить від структури, упорядкованості розташування та розміру зерен кристалів.
Поглинання - це процес переходу енергії коливань в теплову, обумовлений тертям вагається частинок. Поглинання буде тим більше, чим більше частота коливань. При розсіянні відбуваються переломлення і трансформація ультразвукових хвиль. Розсіювання обумовлено кристалічною структурою металів і сплавів. При проходженні ультразвукової хвилі через кордони кристалів хвиля частково відбивається, заломлюється і трансформується. Розсіювання з цих причин може бути значним. Максимальне розсіювання має місце при ~ (1 ... 4), де - середній розмір зерна.
У вуглецевих сталях зерна складаються з великого числа хаотично розташованих дрібних пластинок перліту і цементиту (Fe3C). Розміри їх значно менше довжини хвилі, і затухання ультразвуку визначається в основному поглинанням. У аустенітних сталях і особливо в зварних з'єднаннях відбувається упорядкування орієнтації кристалів, а їх розміри стають сумірні з довжиною хвилі. Тому у зв'язку з підвищеним розсіюванням проведення УЗД таких сталей часто ускладнене або неможливе.
Зниження інтенсивності ультразвуку внаслідок його загасання в залежності від пройденого в матеріалі відстані відбувається за експоненціальним законом:
,
де - інтенсивність ультразвуку на відстані х від джерела випромінювання, інтенсивність випромінювання якого J0,
- коефіцієнт загасання.
Чим більше коефіцієнт загасання, тим значніше ослаблення ультразвуку, а отже, менше глибина його проникнення. Оскільки амплітуда хвилі пропорційна кореню квадратному з інтенсивності ультразвуку, вплив загасання на амплітуду описується формулою
Для оцінки ослаблення в більшості випадків немає необхідності визначати інтенсивність J або амплітуду U в абсолютних одиницях. Частіше буває досить визначити їх величину щодо деякого постійного (опорного) рівня (J0; Uo). У цьому випадку для вираження відносної величини J/J0=U/Uo використовують спеціальні одиниці - децибели. Число децибел N визначають за формулами
У практиці УЗД, коли контролюється співвідношення амплітуд коливань, для визначення N зазвичай використовують другу формулу.
децибельних шкала дуже зручна, оскільки амплітуди можуть відрізнятися на 1 ... 3 порядку, т. е. в 10, 100, 1000 разів. В одиницях виміру це збільшення складе відповідно 20, 40, 60 дБ, т. Е. Це величини одного порядку. Крім того, ці величини, згідно основних властивостей логарифмів, можна підсумувати і віднімати. Наприклад, якщо відомо загасання (ослаблення) ультразвуку в децибелах при проходженні окремих ділянок шляху ультразвукової хвилі, то результуюче загасання визначиться як сума складових загасання на кожній дільниці.
Для перерахунку відносних одиниць U/UQ в децибели і назад можна скористатися табл. 2. [2].
Таблиця 2. Перерахунок децибелів у відносні одиниці
3.3 Способи отримання і введення ультразвукових коливань. Конструкція п'єзоперетворювачів
Існує ряд способів збудження ультразвукових коливань, у тому числі механічний, радіаційний, лазерний, магнітний та ін. У практиці діагностування в польових умовах для отримання та введення ультразвукових коливань застосовують спеціальні пристрої - перетворювачі, засновані на використанні електромагнітно-акустіческого (ЕМА) і п'єзоелектричного ефектів. Важливою перевагою ЕМА-перетворювачів є можливість контролю безконтактним методом через шар ізоляції. Разом з тим такі перетворювачі, в силу їх конструктивних особливостей і низького коефіцієнта перетворення, використовуються для прозвучування поперечними і поздовжніми хвилями по нормалі до поверхні об'єкта контролю і застосовуються в основному для товщинометрії металоконструкцій.
Найбільш поширеним є спосіб, заснований на явищі п'єзоелектричного ефекту. Фізична сутність цього ефекту полягає в тому, що при механічному розтягуванні або стисненні на поверхні пластин деяких твердих матеріалів з'являються електричні заряди протил...
