Спосіб виявлення площинних відбивачів,орієнтованих в напрямі, близькому до напряму поширення поздовжніх ультразвукових хвиль. 2. Теоретичне обгрунтування та експериментальне підтвердження отриманих результатів
Виявлення площинних дефектів, орієнтованих у напрямі нормалі до поверхні вводу поздовжніх ультразвукових хвиль, було досить складною задачею, рішення якої до останнього часу не вдавалося знайти у багатьох випадках, наприклад, при контролі зварних з’єднань багатошарових посудин. Результати проведених...
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Назва видання: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102201 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Спосіб виявлення площинних відбивачів,орієнтованих в напрямі, близькому до напряму поширення поздовжніх ультразвукових хвиль. 2. Теоретичне обгрунтування та експериментальне підтвердження отриманих результатів / І.Б. Колбін, Ю.О. Волков // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 1. — С. 28-32. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-102201 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1022012016-06-12T03:02:28Z Спосіб виявлення площинних відбивачів,орієнтованих в напрямі, близькому до напряму поширення поздовжніх ультразвукових хвиль. 2. Теоретичне обгрунтування та експериментальне підтвердження отриманих результатів Колбін, І.Б. Волков, Ю.О. Научно-технический раздел Виявлення площинних дефектів, орієнтованих у напрямі нормалі до поверхні вводу поздовжніх ультразвукових хвиль, було досить складною задачею, рішення якої до останнього часу не вдавалося знайти у багатьох випадках, наприклад, при контролі зварних з’єднань багатошарових посудин. Результати проведених експериментів дозволяють стверджувати, що дана проблема вирішується, якщо при умові наявності на контрольованій ділянці площинного відбивача використовувати ефект появи серії періодичних сигналів, час поширення яких перевищує час поширення донного сигналу. Detection of plane defects oriented in the direction of the normal to the surface of application of longitudinal ultrasonic waves was a rather complicated problem. Until recently, it was not possible to solve it in many cases, for instance in monitoring welded joints in multilayered vessels. Results of the conducted experiments allow stating that this problem is solved, if under the conditions of the presence of a plane reflector in the monitored region, the effect of appearance of a series of periodical signals with the propagation time not greater than the propagation time of back-wall reflection signal is used. 2011 Article Спосіб виявлення площинних відбивачів,орієнтованих в напрямі, близькому до напряму поширення поздовжніх ультразвукових хвиль. 2. Теоретичне обгрунтування та експериментальне підтвердження отриманих результатів / І.Б. Колбін, Ю.О. Волков // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 1. — С. 28-32. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102201 621.19.30 uk Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Колбін, І.Б. Волков, Ю.О. Спосіб виявлення площинних відбивачів,орієнтованих в напрямі, близькому до напряму поширення поздовжніх ультразвукових хвиль. 2. Теоретичне обгрунтування та експериментальне підтвердження отриманих результатів Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description |
Виявлення площинних дефектів, орієнтованих у напрямі нормалі до поверхні вводу поздовжніх ультразвукових хвиль, було досить складною задачею, рішення якої до останнього часу не вдавалося знайти у багатьох випадках, наприклад, при контролі зварних з’єднань багатошарових посудин. Результати проведених експериментів дозволяють стверджувати, що дана проблема вирішується, якщо при умові наявності на контрольованій ділянці площинного відбивача використовувати ефект появи серії періодичних сигналів, час поширення яких перевищує час поширення донного сигналу. |
| format |
Article |
| author |
Колбін, І.Б. Волков, Ю.О. |
| author_facet |
Колбін, І.Б. Волков, Ю.О. |
| author_sort |
Колбін, І.Б. |
| title |
Спосіб виявлення площинних відбивачів,орієнтованих в напрямі, близькому до напряму поширення поздовжніх ультразвукових хвиль. 2. Теоретичне обгрунтування та експериментальне підтвердження отриманих результатів |
| title_short |
Спосіб виявлення площинних відбивачів,орієнтованих в напрямі, близькому до напряму поширення поздовжніх ультразвукових хвиль. 2. Теоретичне обгрунтування та експериментальне підтвердження отриманих результатів |
| title_full |
Спосіб виявлення площинних відбивачів,орієнтованих в напрямі, близькому до напряму поширення поздовжніх ультразвукових хвиль. 2. Теоретичне обгрунтування та експериментальне підтвердження отриманих результатів |
| title_fullStr |
Спосіб виявлення площинних відбивачів,орієнтованих в напрямі, близькому до напряму поширення поздовжніх ультразвукових хвиль. 2. Теоретичне обгрунтування та експериментальне підтвердження отриманих результатів |
| title_full_unstemmed |
Спосіб виявлення площинних відбивачів,орієнтованих в напрямі, близькому до напряму поширення поздовжніх ультразвукових хвиль. 2. Теоретичне обгрунтування та експериментальне підтвердження отриманих результатів |
| title_sort |
спосіб виявлення площинних відбивачів,орієнтованих в напрямі, близькому до напряму поширення поздовжніх ультразвукових хвиль. 2. теоретичне обгрунтування та експериментальне підтвердження отриманих результатів |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102201 |
| citation_txt |
Спосіб виявлення площинних відбивачів,орієнтованих в напрямі, близькому до напряму поширення поздовжніх ультразвукових хвиль. 2. Теоретичне обгрунтування та експериментальне підтвердження отриманих результатів / І.Б. Колбін, Ю.О. Волков // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 1. — С. 28-32. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
| series |
Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| work_keys_str_mv |
AT kolbíníb sposíbviâvlennâploŝinnihvídbivačívoríêntovanihvnaprâmíblizʹkomudonaprâmupoširennâpozdovžníhulʹtrazvukovihhvilʹ2teoretičneobgruntuvannâtaeksperimentalʹnepídtverdžennâotrimanihrezulʹtatív AT volkovûo sposíbviâvlennâploŝinnihvídbivačívoríêntovanihvnaprâmíblizʹkomudonaprâmupoširennâpozdovžníhulʹtrazvukovihhvilʹ2teoretičneobgruntuvannâtaeksperimentalʹnepídtverdžennâotrimanihrezulʹtatív |
| first_indexed |
2025-07-07T11:59:03Z |
| last_indexed |
2025-07-07T11:59:03Z |
| _version_ |
1836989331106955264 |
| fulltext |
УДК 621.19.30
СПОСІБ ВИЯВЛЕННЯ ПЛОЩИННИХ ВІДБИВАЧІВ,
ОРІЄНТОВАНИХ В НАПРЯМІ, БЛИЗЬКОМУ ДО НАПРЯМУ
ПОШИРЕННЯ ПОЗДОВЖНІХ УЛЬТРАЗВУКОВИХ ХВИЛЬ
2. Теоретичне обгрунтування та експериментальне
підтвердження отриманих результатів
І. Б. КОЛБІН, Ю. О. ВОЛКОВ (УкрНДІгаз, м. Харків)
Виявлення площинних дефектів, орієнтованих у напрямі нормалі до поверхні вводу поздовжніх ультразвукових хвиль,
було досить складною задачею, рішення якої до останнього часу не вдавалося знайти у багатьох випадках, наприклад,
при контролі зварних з’єднань багатошарових посудин. Результати проведених експериментів дозволяють стверджувати,
що дана проблема вирішується, якщо при умові наявності на контрольованій ділянці площинного відбивача використо-
вувати ефект появи серії періодичних сигналів, час поширення яких перевищує час поширення донного сигналу.
Detection of plane defects oriented in the direction of the normal to the surface of application of longitudinal ultrasonic waves
was a rather complicated problem. Until recently, it was not possible to solve it in many cases, for instance in monitoring welded
joints in multilayered vessels. Results of the conducted experiments allow stating that this problem is solved, if under the conditions
of the presence of a plane reflector in the monitored region, the effect of appearance of a series of periodical signals with the
propagation time not greater than the propagation time of back-wall reflection signal is used.
Механізм поширення ультразвукових хвиль в твер-
дих тілах з площинним відбивачем описано в ро-
боті [1]. У цьому випадку енергія падаючих хвиль
перерозподіляється на утворення відбитих хвиль
(геометро-оптичне поле); крайових хвиль (що ви-
никають на гострих кутах або зломах поверхні
відбивача) та хвиль, що поширюються по поверхні
відбивача (розрізняють поверхневі хвилі Релея та
поверхнево-поздовжні).
В приведених в роботі [2] експериментах ви-
користовувалися площинні відбивачі, відбиваючі
площини яких відхилені на порівняно незначні ку-
ти (6°) відносно напряму поширення хвиль. В пер-
шу чергу необхідно розглянути геометричну мо-
дель відбиття хвиль від поверхні таких відбивачів
та донної поверхні еталона для випадків:
– площина відбивача повернута відносно акус-
тичної осі перетворювача проти годинникової
стрілки [2, рис. 2, а];
– площина відбивача повернута за годиннико-
вою стрілкою [2, рис. 2, б].
Розрахуємо шлях, який проходять хвилі від
поверхні вводу, відбиваючись від відбивача та
дна і знову попадаючи на ту ж поверхню для
випадку, зображеного на рис. 2, а [2] (це допо-
може встановити можливість розрізнення цього
та донного сигналів).
Шлях Sh поширення променя, що виходить з цен-
тру перетворювача, буде складатися з відрізків:
S1 = h, S2 = (Н - h)/cos2α, S3 = Н/cos2α,
Sh = S1 + S2 + S3 = h + (H- h)/cos2α + Н/cos2α. (1)
Довжина відрізку L розраховується за формулою:
L = (Н - h)/tg2α + Нtg2α = (2Н - h)tg2α. (2)
Променеву роздільну здатність Δlр застосова-
ного в експериментах дефектоскопа УД 2-70 з
різними перетворювачами можна визначити шля-
хом вимірювання тривалості зондуючого сигналу
разом з ревербераційними шумами Tзр. Дані щодо
Tзр та розрахованої з її застосуванням величини
Δlр (Δlр = Cl Tзр/2) наведені в таблиці. Там же на-
ведені експериментальні дані значень променевої
роздільної здатності Δlе, отримані із застосуван-
ням спеціального стального еталона.
Підставивши у вирази (1) та (2) фактичні зна-
чення параметрів еталона: H = 100 мм, a = 6°,
h = 87,5 мм (або 22,5 мм), отримаємо:
S87,5 = 202,5 мм, L87,5 = 23,9 мм; S22,5 = 204 мм,
L22,5 = 37,7 мм.
Тобто, для впевненої фіксації цього відбивача
тим же перетворювачем розмір 2r останнього по-
винен бути не меншим за 24 мм у першому ви-
падку та 38 мм у другому.
Розглядати другий випадок (L22,5 = 37,7 мм) не
має сенсу — в практиці проведення ультразвуко-
вого контролю перетворювачі з такими великими
розмірами не застосовують. Значення L87,5=
= 23,9 мм практично співпадає з розмірами перет-
ворювача П111-1,25-К20. Але S87,5 = 202,5 мм
(тобто всього на 2,5 мм відрізняється від шляху
поширення донного сигналу (2Н = 200 мм)).
Оскільки Δlр > 7 мм (таблиця), то корисний і дон-
ний сигнали не будуть розрізнятися.
Розглядаючи другий випадок [2, рис. 2, б] мож-
на стверджувати, що максимум відбитого сигналу© Колбін І. Б., Волков Ю. О., 2011
28 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2011
буде реєструватися тоді, коли центр перетворю-
вача зміщено вправо відносно проекції центру
відбивача на робочу поверхню еталона. Викорис-
тавши позначення та геометричні дані з цього ри-
сунку, визначимо шлях S, по якому поширюється
центральний промінь, та відрізок L1, у кінцеву
точку якого попаде цей промінь після відбиття
від центру площини відбивача та дна:
S = S1 + S2 + S3 = (x2 + h2)1/2 +
+ (H-h)/cos (α2 – 2α1) + H/cos (α2 – 2α1) =
= (x2 + h2)1/2 + (2H – h)/cos (α2 – 2α1),
(3)
L1 = (H – h)tg(α2 – 2α1) + Htg(α2 – 2α1) =
= (2H – h) tg(α2 – 2α1).
(4)
Провели практичну перевірку можливості
реєстрації сигналу, що поширюється по траєкторії
S1-S2-S3. Отримана на екрані дефектоскопа кар-
тина зображена на рис. 1: сигнали знаходяться за
межами розрізнення (фронти донного сигналу та
сигналу, пов’язаного з дзеркальним відбиванням,
зливаються). Експериментально визначили, що в
положенні найбільш суттєвого розрізнення сиг-
налів значення x становило 14 мм (при h = 43 мм,
Н = 100 мм і розрахованому значенні α2 = 18°).
Згідно з виразами (3) та (4) провели розрахунки
і отримали: S = 202,5 мм; L1 = 16,5 мм. Теоретично
отримані дані підтверджують експериментальні:
незважаючи на оптимальне значення L1 різниця
шляхів донного та дзеркально відбитого від відби-
вача сигналу становить 2,5 мм, що знаходиться
за межами розрізнення сучасних серійних перет-
ворювачів, не дозволяючи реєструвати їх окремо.
Виходячи з викладеного вище, залишається
прийняти, що зафіксовані сигнали мають диф-
ракційне походження. Відомо [1, 4], що при
падінні хвиль на площинні або об’ємні відбивачі
виникають крайові хвилі, або хвилі обігання-
зісковзування, або поверхнево-поздовжні та по-
верхневі хвилі (Релея) або ж сукупність різних
хвиль. При проведенні ультразвукового контролю
у більшості випадків реєструють сигнали, які
відповідають геометро-оптичному відбиттю, а
сигнали, спричинені хвилями дифракції, не
реєструють, або сприймають як хибні, бо вони ма-
ють порівняно низький рівень.
Тепер необхідно розглянути всі можливі диф-
ракційні моделі утворення зафіксованих сигналів.
При падінні поздовжніх хвиль на гостру грань
відбивача утворюються крайові дифракційні хвилі
(як поздовжні, так і поперечні [1]). Якщо відбивач
має форму витягнутої полоси певної ширини з
двома гострими краями, яка перекривається пуч-
ком падаючих хвиль, поряд з дзеркально відбитим
полем біля кожного гострого краю тріщини ут-
ворюється дифракційне поле, а на приймач над-
ходить сумарний сигнал від обох країв. Почина-
ючи з деякого кута між віссю відбивача та віссю
перетворювача, складова сигналу, спричиненого
крайовими хвилями, може перевищувати складо-
ву, спричинену дзеркальним відбиттям від його
поверхні. В нашому випадку площина штучного
відбивача була повернута відносно акустичної осі
на 6°, що сприяє виникненню дифракційного сиг-
налу з часом розповсюдження, близьким до часу
розповсюдження сигналу від уявного відбивача з
горизонтальною відбиваючою поверхнею, що
розміщена на глибині залягання реального відби-
вача. Але завдяки конфігурації бокової поверхні
останнього, дифракційний сигнал поглинається
значно більшим за амплітудою дзеркально відби-
тим від бокової поверхні сигналом [2, рис. 3]. Таке
ж екранування відбувається і при розповсюдженні
утвореного дифракційного сигналу в напрямі дна
Тривалість зондуючих сигналів та величина променевої роздільної здатності прямих перетворювачів
Тип
перетворювача
Робоча частота
F, МГц
Тривалість зондуючого сигналу
та ревербераційних шумів
Tзр, мкс
Розрахована величина
променевої роздільної здатності
Δlр, мм
Виміряна величина променевої
роздільної здатності
Δlв, мм
П111-1,25-К20-002 1,25 2,5 7,4 –
П111-2,5-КН 2,5 1,0 3,0 4
П111-5-КН 5 0,7 2,1 3
П111-5,0-К6-003 5 0,7 2,1 3
Рис. 1. Картина на екрані дефектоскопа при дзеркальному
відбиванні сигналу від площини відбивача, нахиленої віднос-
но акустичної осі під кутом +6°: 1д — індикація першого
донного сигналу; 2 — індикація дзеркально вібитого від по-
верхні відбивача сигналу; частота ПЕП — 5 МГц; кут введен-
ня — 0°; H — 105,1 мм; режим вимірювання товщини —
0…1; підсилення — 49 дБ; діапазон — 56 мм; затримка —
63 мм; швидкість ультразвука — 5940 м/c
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2011 29
з наступним відбиванням від нього в напрямі пе-
ретворювача (але в цьому випадку за рахунок дон-
ного сигналу). Можна зробити висновок: зафіксо-
вані періодичні сигнали не можна пов’язати з ут-
воренням дифракційного поля на гострих краях
відбивачів.
Залишається розглянути два можливих ме-
ханізми виникнення періодичних сигналів: за ра-
хунок хвиль Релея або за рахунок поверхнево-поз-
довжніх хвиль. Для зручності проведення аналізу
необхідно пов’язати теоретичний розгляд з прак-
тично отриманими результатами.
Хвилі Релея, на відміну від поверхнево-поздов-
жніх хвиль, можуть поширюватися вздовж повер-
хні навіть у випадку, якщо вона викривлена (або
має зломи). Згідно з [1], у розглянутому випадку
на кутах імітаторах дефектів, виготовлених за да-
ними [3], тільки незначна частина енергії утво-
рених поверхневих хвиль витрачається на зворот-
ну трансформацію у поздовжні. Незважаючи на
це, провели розрахунки, позначивши товщину ви-
робу H, ширину площини відбивача b.
Час поширення донного сигналу:
τ = 2H/Cl. (5)
Скористались співвідношеннями, наведеними
у [1]: Ct = 0,55 Cl та CR = 0,93, Ct = 0,93(0,55Cl) =
= 0,51Cl. Для спрощення розрахунків зробили ок-
руглення: CR ≈ 0,5 Cl.
Час поширення сигналу по шляху: перетворю-
вач–поверхня відбивача–дно–перетворювач при
умові трансформації на площині вертикального
відбивача поздовжніх хвиль у поверхневі та їх зво-
ротної трансформації буде складатися з часу по-
ширення поздовжніх хвиль у тілі еталона по шля-
ху 2H – b та часу поширення хвиль Релея в межах
відрізку b:
τ1 = (2H-b)/Cl + b/CR = (2H–b)/Cl + 2b/Cl =
= 2H/Cl + b/Cl.
(6)
Затримка сигналу, який пройшов подвійну
трансформацію на площині дефекту відносно дон-
ного сигналу, становить:
τ1 – τ = b/Cl. (7)
Раніше було показано, що періодичні сигнали
можуть формуватися лише завдяки багатократно-
му відбиванню та наступному «зриву» диф-
ракційних хвиль на краях відбивача. Тобто, нас-
тупний за описаним вище дифракційним сигналом
може виникати після трьохкратного проходження
цих хвиль вздовж поверхні відбивача та їх нас-
тупного «зриву» у напрямі донної поверхні. Ча-
сова затримка цього сигналу відносно попереднь-
ого буде становити:
t2 = [(2H – b)/Cl + 3b/CR] – [(2H – b)/Cl + b/CR] =
= 2b/CR = 4b/Cl.
(8)
Порівнюючи (7) та (8) можна зробити висно-
вок: теоретично отримані значення τ1 та τ2 значно
відрізняються, що суперечить експериментально
зафіксованим одинаковим інтервалам часової зат-
римки. Це свідчить, що зареєстровані періодичні
сигнали не виникають завдяки хвилям Релея, які
у порівнянні з поздовжніми мають у два рази мен-
шу швидкість.
Залишається розглянути модель утворення
періодичних сигналів за рахунок виникнення по-
верхнево-поздовжніх хвиль (рис. 2).
Згідно [4] при падінні поздовжніх хвиль на гра-
ницю розподілу «сталь–повітря» енергія перероз-
поділяється так, що звуковий тиск у відбитому
пучку хвиль становить тільки певну частку від
тиску в падаючому і залежить від кута падіння.
Якщо застосовується еталон, виготовлений згідно
[3], то промені падають на площину відбивачів
під кутом 84° і звуковий тиск пучка відбитих
хвиль буде становити 60 % від тиску в падаючих,
тобто значна частина енергії падаючих хвиль вит-
рачається на утворення дифракційних хвиль (і се-
ред них — поверхнево-поздовжніх [1]). Ці хвилі
поширюються вздовж поверхні відбивача і їх
швидкість не відрізняється від швидкості падаю-
чих поздовжніх.
На відміну від хвиль Релея, поверхнево-поз-
довжні хвилі не тільки «зриваються» в об’єм ме-
талу на ребрах двогранних кутів площинного
відбивача в еталоні, але і відбиваються від них,
поширюючись у зворотному напрямі. Завдяки
інтерференції з падаючими хвилями вони можуть
Рис. 2. Схема формування сигналу, який виникає внаслідок
трансформації на площинному відбивачі поздовжніх хвиль у
поверхнево-поздовжні: h — глибина розміщення краю відби-
вача від поверхні вводу еталона; H — товщина еталона; r —
радіус перетворювача; L — відрізок, що з’єднує центр перет-
ворювача з точкою, у яку попадає центральний промінь після
подвійної трансформації падаючих поздовжніх хвиль на пло-
щині відбивача та відбивання від донної поверхні; S1–S4 —
відрізки шляху, пройденого хвилями, вздовж центрального
променя; Sпр, Sзв — відрізки шляху променів, які формують
донний сигнал; α — кут нахилу площини відбивача відносно
нормалі до поверхні вводу
30 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2011
посилюватись або послаблюватись (в залежності
від співвідношення їх фаз).
В проведених експериментах зафіксовано змен-
шення значень амплітуд донних сигналів в поло-
женнях перетворювача над відбивачем відносно їх
значень на вільній ділянці [2, див. таблицю]. Це по-
годжується з даними робіт [1, 4] щодо зменшення
амплітуди донного сигналу у випадку, коли пло-
щина відбивача та акустична вісь паралельні.
Розрахуємо шлях S (рис. 2), який проходять
хвилі починаючи з поверхні вводу до краю відби-
вача, поширюючись далі в трансформованому
вигляді вздовж його поверхні, «зриваючись» з
протилежного краю і знову попадаючи на повер-
хню вводу після відбивання від дна (тобто суму
відрізків: ОN = S1, NМ = S2, МР = S3 та РК = S4)
S1 = h, S2 = l, S3 = (Н – h – lcosα)/cosα, S4 = H/cosα,
S = S1 + S2 + S3 + S4 =
= h + l + (Н – h – lcosα)/cosα + Н/cosα =
= h + l + (2Н – h – lcosα)/cosα.
(9)
Далі визначимо відстань вздовж поверхні вво-
ду від точки 0 до точки K:
L = lsinα + (Н – h – lcosα)tgα + Нtgα =
= lsinα + (2Н – h – lcosα)tgα. (10)
Підставивши у (9), (10) параметри застосова-
ного в експериментах еталона (Н = 100 мм; hб =
= 20 мм; hд = 85 мм; α = 6°), отримали: S20 =
= 201,1 мм, L20 = 18,9 мм, S85 = 200,7 мм, L85 =
= 12,1 мм (індекси біля символів S та L відповіда-
ють глибині залягання верхнього краю відбивача
відносно поверхні вводу). Тобто, такі значення S
не дозволяють зареєструвати сигнали, що вини-
кають внаслідок послідовної прямої та зворотної
трансформації поздовжніх хвиль на відбивачі, бо
відмінність між ними та значенням шляху донного
сигналу (2Н) не перевищує величину променевої
роздільної здатності Δl для будь-якого з серійно
виготовлених перетворювачів (див. таблицю).
Тепер розглянемо випадок зворотної трансфор-
мації поверхнево-поздовжніх хвиль після їх бага-
тократних відбивань від країв відбивача (два рази
або більше). Трансформація на ближньому (відносно
перетворювача) краю відбивача, що виникає після
їх однократного відбивання від дальнього краю,
приводить до появи сигналу, який відображає інди-
кація 5 [2, рис. 3, а] (наступні індикації 6—10 відоб-
ражають серію послідовних сигналів, що виникли
внаслідок «зривів» хвиль від цього ж краю на нас-
тупних етапах багатократного проходження хвиль
вздовж його поверхні). Аналогічно до цього — «зри-
ви» хвиль від дальнього краю відбивача після двок-
ратного, чотирьохкратного і т. д. відбивання, приво-
дить до формування сигналів, які мають часову зат-
римку, достатню для розрізнення відносно донного
сигналу. Така модель формування сигналів підтвер-
джується картиною, зображеною на рис. 3, б в ро-
боті [2]: зафіксоване значення відстані між будь-яки-
ми двома уявними відбивачами (або між першим
відбивачем та донною поверхнею) співпадає з
розміром реального відбивача, виміряного в напрямі
поширення хвиль. А це можливо лише при умові, коли
швидкість дифракційних хвиль постійна і дорівнює
швидкості поздовжніх об’ємних.
Порівняно високий рівень отриманих диф-
ракційних сигналів можна пояснити ефектом їх
підсилення за рахунок інтерференції поверхнево-
поздовжніх хвиль з поздовжніми в прилеглій до
поверхні відбивача зоні. Для цього необхідно, щоб
в процесі поширення корисного сигналу викону-
валась умова щодо тривалості цугів коливань [4].
Звичайно у виріб посилають короткі цуги — імпуль-
си, що містять декілька повних коливань, забезпе-
чуючи мінімальну променеву роздільну здатність.
Якщо «хвіст» після відбиття від ближнього відби-
вача не наздоганяється «головою» цугу, відбитого
від дальнього — забезпечується можливість про-
меневого розрізнення сигналів від поруч розміще-
них відбивачів (у нашому випадку це означає, що
виконується умова: відстань між гранями відби-
вача, на яких відбувається часткове відбивання
хвиль у протилежному напрямі, повинна переви-
щувати променеву роздільну здатність).
Висновки
При падінні поздовжніх хвиль, випромінюваних
прямим перетворювачем на поверхню площинно-
го відбивача, вертикально орієнтованого відносно
поверхні вводу (або близького до такої орієнтації),
утворюються дифракційні поверхнево-поздовжні
хвилі, поширення та зворотна трансформація яких
спричинює появу сигналів, які можуть бути за-
реєстровані тим же перетворювачем.
Сигнали, що реєструються, є періодичними
— це свідчить про наявність ефекту багатора-
зового відбивання та зворотного переходу цих
хвиль у об’ємні поздовжні на протилежних гра-
нях відбивача.
Значний рівень отриманих сигналів (у порів-
нянні з рівнем шумів) можна пояснити ефектом
їх підсилення за рахунок інтерференції поверхне-
во-поздовжніх хвиль з поздовжніми, яка відбу-
вається в прилеглій до поверхні відбивача зоні.
Фіксація послідовності таких сигналів при про-
веденні контролю об’єктів з паралельними граня-
ми (поверхнею вводу та донною поверхнею)
свідчить про наявність площинного дефекту,
орієнтованому в напрямі, близькому до напряму
поширення поздовжніх хвиль.
1. Методы акустического контроля металлов / Н. П. Але-
шин, В. Е. Белый, А. Х. Вопилкин и др. — М.: Машинос-
троение, 1989. — 456 с.
2. Колбін І. Б., Волков Ю. О. Спосіб виявлення площинних
відбивачів, орієнтованих в напрямі, близькому до напря-
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2011 31
му поширення поздовжніх ультразвукових хвиль. Ч. 1.
Експериментальне вивчення можливості виявлення пло-
щинних дефектів з орієнтацією, близькою до орієнтації
акустичної осі перетворювача // Техн. диагностика и не-
разруш. контроль. — 2010. — № 4. — С. 31–35.
3. Пат. 78345 України, МПК (2006) G01N 29/14. Спосіб ком-
плексного діагностування зварних з’єднань посудин та ета-
лон-імітатор зон відриву рулонних обичайок для ре-
алізації цього способу. — Дійсний з 15.03.2007, Бюл. №
3.
4. Крауткремер Й., Крауткремер Г. Ультразвуковой конт-
роль материалов / Справочник. — М.: Машиностроение,
1991. — 750 с.
Надійшла до редакції
29.11.2010
32 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2011
|