Метод ультразвуковой дефектоскопии использует особенности высокочастотных механических колебаний – ультразвука, чья частота превышает 20 кГц. Эти волны способны передаваться через твердые тела, жидкости и газы. Проходя сквозь материал, ультразвук взаимодействует с его внутренней структурой, отражаясь от границ между разными средами или внутренних дефектов.
Различают следующие типы волн:
- Продольные волны — волны, где частицы колеблются вдоль направления их распространения. Поперечные волны, в свою очередь, подразумевают колебания частиц, происходящие перпендикулярно этому направлению.
- Поверхностные волны, известные также как волны Рэлея, движутся по поверхности объекта.
- Пластиночные или волны Лэмба, характерны для тонких пластиночных структур.
Когда УЗ-волна достигает несовершенства или границы раздела сред, к примеру, области с изменением сырья, происходит отражение и преломление. Часть энергии волны возвращается к источнику, а остальная часть продолжает движение, проникая в новую среду. Благодаря этому свойству можно исследовать внутреннее строение материала, обнаруживая дефекты: трещины, поры или посторонние включения, а также выявляя границы между слоями или отдельными элементами объекта.
Акустическое сопротивление материала играет основную роль в этом процессе. Оно определяется произведением плотности материала на скорость распространения звука в нем (Z = ρ × c, где Z — акустическое сопротивление, ρ — плотность, c — скорость звука). Различия в акустическом сопротивлении между двумя средами, например, между металлом и воздухом или между материалом и дефектом, вызывают отражение ультразвуковых волн. Чем больше разница в акустическом сопротивлении, тем сильнее отражение, что делает возможным обнаружение даже мелких неоднородностей.
Затухание звука — еще один важный фактор, влияющий на эффективность ультразвуковой дефектоскопии. Ультразвук теряет интенсивность при прохождении через материал из-за поглощения энергии (преобразования в тепло) и рассеяния на неоднородностях, таких как зерна материала или микродефекты. Степень затухания зависит от свойств материала, его структуры и частоты ультразвука. При настройке оборудования необходимо учитывать затухание, чтобы правильно выбрать частоту волн и чувствительность датчика, обеспечивая точное обнаружение дефектов на заданной глубине.
Эти физические явления — отражение, преломление, акустическое сопротивление и затухание — лежат в основе работы ультразвуковой дефектоскопии, позволяя эффективно анализировать внутренние характеристики изделий и выявлять скрытые несовершенства.