Уздовж вільної поверхні твердого тіла можуть розповсюджуватися поверхневі хвилі (хвилі Релея). Вони є комбінацією поперечних і подовжніх хвиль.

а – подовжня хвиля; б – поперечна хвиля; в – поверхнева хвиля.

Рисунок 5.5 – Схематичне зображення типів хвиль.

Таблиця 5.1 – Швидкість розповсюдження ультразвукових хвиль в сталі.

Середовище розповсюдження | Швидкість розповсюдження хвиль, м/с

Подовжніх | Поперечних | Поверхневих

Сталь (СтЗ) | 5860 | 3230 | 3000

На (рис. 5.6) представлена принципова схема ультразвукового контролю ехоімпульсним методом з суміщеною схемою включення. Для виявлення дефекту ультразвукові коливання створюються шукачем 4, який сприймає імпульси струму від генератора 1. При зустрічі з дефектом 5 хвилі відображаються від нього і знову потрапляють на пластинку шукача у момент перерви між черговими імпульсами і перетворяться в електричні коливання, що поступають на підсилювач 2. Останні після посилення подаються на електропроменеву трубку 3, яка служить індикатором одержаних сигналів. По вигляду відхилення променя на екрані електронної трубки судять про характер дефектів.

Ультразвукові дефектоскопи мають електронний глибиномір, який показує глибину залягання дефекту. Дія глибиноміра заснована на вимірюванні часу проходження звукової хвилі від шукача до дефекту і назад з урахуванням встановленого кута нахилу.

1 – генератор; 2 – підсилювач; 3 – електропроменева трубка;

4 – шукач; 5 – дефект.

Рисунок 5.6 – Схема ультразвукової дефектоскопії зварного з'єднання.

В процесі контролю зварного з'єднання шукач переміщається по основному металу уздовж шва, зигзагоподібно. Шви завтовшки більше 200мм контролюють прямим променем з установкою шукачів з двох сторін шва. Зварні з'єднання в конструкціях з товщиною стінки від 20 до 200мм контролюють з одного боку прямим променем і один раз відображеним. Кут введення променя вибирають таким, щоб його вісь перетнула вісь симетрії шва на глибині, рівної половині товщини металу.

а - рух щупа вздовж шва; б - прозвучування швів завтовшки більше 200мм;

в - прозвучування швів завтовшки 20-200мм; г - прозвучування швів завтовшки 8-20мм; д - прозвучування швів завтовшки менше 8мм.

Рисунок 5.7 - Схеми ультразвукової дефектоскопії зварних швів.

При товщині основного металу 8-20мм зварні з'єднання контролюють шукачем з кутом введення променя 65-70°. В цьому випадку нижню частину шва прозвучують двічі відображеним променем, а верхню - один раз відображеним променем. Зварні з'єднання завтовшки менше 8мм контролюють багато разів відображеним променем.

При роботі шукачем з прямим променем зона контрольованого перетину стикового шва обмежена. Під час зсуву точки введення променя від осі шва промінь йде від кореня шва на зворотну площину основного металу. В цьому випадку для перевірки всього перетину шва від кореня до посилення доцільно користуватися одноразово і багато разів відображеним променем.

В ультразвукових дефектоскопах як випромінювач (щупа) застосовують п'єзоелектричні пластинки з титанату барію. Випромінювач ультразвукових коливань встановлюють на поверхню вироби, добиваючись хорошого акустичного контакту. Переміщаючи випромінювач по поверхні виробу, можна встановити місце розташування повітряних включень або інших дефектів. Відомо три основні методи застосування ультразвуку для виявлення внутрішніх дефектів: тіньовий метод, ехо-метод, резонансний метод.

Тіньовий метод заснований на отриманні звукової тіні в місцях порушення суцільності матеріалу. На установці УЗД-3 одержують осцилограми просвічування. Ультразвукові коливання, що посилаються п'єзоелектричним випромінювачем в матеріал виробу 3 (рис. 5.8), уловлюються приймальною п'єзоелектричною головкою 2, посилюються і передаються на електронно-променевий індикатор, на екрані якого з'являється зображення електричних коливань. За наявності дефекту ультразвукові коливання відбиваються від його межі, утворюючи за ним ультразвукову тінь.

Цей метод дозволяє визначати розміри, а іноді і конфігурацію дефектів. Його недоліки в тому, що неможливо визначати глибину залягання дефектів; необхідний двосторонній доступ до конструкції, що перевіряється; необхідний надійний акустичний контакт випромінювача і приймача з поверхнею контрольованого матеріалу в імерсійному середовищі (воді). Розміри іммерсійної ванни і конфігурація виробу визначають можливість застосування тіньового методу.

1 - вимірник; 2 - приймач (головка); 3 - виріб; 4 - імерсійна ванна.

Рисунок 5.8 - Схема ультразвукового контролю по тіньовому методу.

Ехо-метод заснований на віддзеркаленні ультразвукових коливань від межі розділу двох середовищ з різними акустичними властивостями. Метод можна застосовувати при односторонньому доступі до виробу. Імпульс ультразвукових коливань відбивається від протилежної поверхні виробу («дна») і під час паузи в роботі генератора приймається на ту ж п'єзопластинку пошукової головки. Якщо на шляху ультразвукової хвилі зустрічається який-небудь дефект, то частина ультразвукової енергії відіб'ється від межі дефекту і буде прийнята раніше, ніж «донний» сигнал.

Ультразвукові коливання, перетворені в електричні, відмічаються на екрані електроннопроменевої трубки у вигляді початкового «зондуючого» імпульсу і відбитого від кінця виробу «донного» імпульсу. За наявності дефекту між першими двома імпульсами з'являється імпульс, відбитий від межі дефекту. Цим методом можна контролювати вироби з пластиків тільки завтовшки не більше 50мм. Крім того, область застосування цього методу обмежує також і те, що в межах 10-15мм від поверхні виробу дефекти не виявляються. Це так звана мертва зона. Спеціальний імпульсний відлуння-дефектоскоп ДУК-12 дає можливість вводити ультразвукові коливання в матеріал під деяким кутом, що зменшує величину мертвої зони до 1мм. Для решти випадків придатний відлуння-дефектоскоп типу УДМ-1.

Резонансний метод заснований на збудженні в товщі за матеріалу безперервних ультразвукових коливань, частота яких періодично міняється. Плавно змінюючи частоту, одержують ефект резонансу ультразвукових коливань, який фіксується у вигляді імпульсів на екрані електроннопроменевої трубки.

а) схема контролю; б) зображення на екрані електронно-променевої трубки:

1 –