Ультразвуковая толщинометрия - Учебное пособие

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образованияУчебное пособие подготовлено на основе программы для технических университетов, осуществляющих подготовку специалистов второй образовательной ступени (специалист, магистр-специалист) в сфере неразрушающего контроля и технической диагностики по дисциплине "Физические методы контроля и диагностики". Основная его цель - дать базовые знания будущим специалистам по неразрушающему контролю (НК), технической диагностике (ТД) и управлению качеством (УК) по теоретическим основам ультразвуковой толщинометрии, ознакомить с технологией ее проведения. Ультразвуковая толщинометрия имеет в настоящее время большое значение для получения информации о размерах объекта контроля - измерении толщины стенок труб, сосудов, резервуаров, корпусов морских и речных судов и других изделий, доступ к которым имеется только с одной стороны, а также принятии заключений об остаточном ресурсе эксплуатации изделий и управляющих решений по обеспечению качества продукции. Автор надеется, что настоящее учебное пособие окажется полезным не только для студентов, изучающих акустические методы неразрушающего контроля, но также для преподавателей ВУЗОВ, сотрудников научноисследовательских и заводских лабораторий, специалистов в сфере неразрушающего контроля и лиц других специальностей Наиболее часто используемые приборы - ультразвуковые толщиномеры, которые измеряют время прохождения ультразвукового импульса от излучателя до противоположной поверхности объекта контроля и обратно к преобразователю.В зависимости от направления колебаний частиц по отношению к направлению распространения волны различают: продольные, поперечные, поверхностные и нормальные волны (волны в пластинах). В продольной волне частицы колеблются вдоль направления распространения волны. Продольные и поперечные волны могут распространяться в чистом виде только в неограниченной среде (? или ?/2) или в теле, размеры которого в направлениях, не совпадающих с направлением распространения волны, значительно превышают длину последней Амплитуда колебание по мере удаления от поверхности вглубь убывает по экспоненте, поэтому волна локализована в тонком поверхностном слое толщиной в одну - полторы длины волны и следует изгибам поверхности рис. При распространении волны в плоских телах с постоянной толщиной (листах, тонких пластинках, проволоке) могут возникать нормальные волны или Волны Лэмба.Ослабление амплитуды плоской гармонической волны в результате взаимодействия ее со средой происходит по закону e-d x , где х - путь в среде, а d - коэффициент затухания. Величина, обратная коэффициенту затухания, показывает, на каком пути амплитуда волны уменьшается в е раз, где е - число Непера, поэтому размерность коэффициента затухания м-1 В литературе иногда эту единицу записывают непер/м (Нп/м), однако ГОСТОМ такая единица не предусмотрена. При поглощении звуковая энергия переходит в тепловую, а при рассеянии энергия остается звуковой, но уходит из направленно распространяющейся волны. Рассеяние происходит изза наличия в среде неоднородностей (с отличным от среды волновым сопротивлением), размеры которых соизмеримы с длиной волны. Такими неоднородностями могут быть, например, капли воды в газе, взвешенные частицы или пузырьки воздуха в воде. газах и жидкостях, не засоренных инородными частицами, рассеяние отсутствует и затухание определяется поглощением.Падающая на границу двух сред акустическая волна частично проходит через границу, а частично отражается от нее. При этом может происходить трансформация типов волн. Этот закон следует из равенства фазовых скоростей вдоль границы для всех волн. При увеличении угла падения b углы a и g будут увеличиваться и при некотором значении bkp1 (первый критический угол) преломленные продольные волны будут распространяться по поверхности, не проникая вглубь среды, а преломленная поперечная волна будет уходить вглубь среды, что видно из рис. Это положение важно для дефектоскопии, поскольку при введении акустических в объект контроля через какую-либо промежуточную среду волна обычно проходит через границу в двух направлениях; оно сохраняется для границ любых сред.Предположим, что существует волна, бегущая вдоль границы твердого тела и состоящая из линейной комбинации продольной и поперечной волн (рис. Одним из решений волнового уравнения для поля U вблизи границы твердого тела является также волна, представляющая собой линейную комбинацию поверхностной и объемной волн. Эти волны распространяются со скоростью ют с глубиной на расстоянии спада l "K-2 ? К , C "Ct , (1.35) где Kt - волновое число t - волны; K эм - коэффициент электромеханической связи, характеризующей "силу" пьезоэффекта. Кроме волн, существующих на границе твердого тела с вакуумом, существуют волны на границе двух сред. К ним относятся волны с вертикальной поляризацией, распространяющейся вдоль границы твердого тела с жидкостью или волны Стоунли.

Содержание

Предисловие

Глава 1. Акустические волны и их распространение

1.1 Понятие об акустических колебаниях и волнах

1.2 Акустические свойства сред

1.3 Отражение и преломление акустических волн

1.4 Другие типы волн

Глава 2. Преобразователи ультразвуковой толщинометрии

2.1 Физические эффекты для получения акустических колебаний

2.2 Основные уравнения прямого и обратного пьезоэффекта

2.3 Акустическое поле преобразователя

2.4 Преобразователи для ультразвуковой толщинометрии

Глава 3. Методы ультразвуковой толщинометрии

3.1 Общие сведения

3.2 Аппаратурная реализация УЗ толщинометрии

Глава 4. Методология ультразвуковой толщинометрии

4.1 Условия применимости УЗ толщинометрии

4.2 Средства ультразвуковой толщинометрии

4.3 Подготовка к измерению толщины

4.4 Проведение измерений

4.5 Некоторые сведения об ошибках измерений

Приложение 1

Приложение 2

Список литературы