Возбуждение и прием колебаний. Для возбуждения ультразвуковых волн на поверхности исследуемого материала устанавливают преобразователи переменного электрического тока, создающие колебания. Чаще всего применяются преобразователи, действующие по принципу пьезоэф-фек/па. При этом для возбуждения колебаний используется так называемый «обратный», а в преобразователях для приема колебаний — «прямой» пьезо-эффекты.
Поскольку воздушные прослойки препятствуют передаче и приему ультразвуковых колебаний, между преобразователями и исследуемым материалом наносят контактирующую среду. Для металла применяют обычно минеральное масло, для бетона и других материалов с неровной поверхностью необходимы смазки более густой консистенции - солидол, технический вазелин, эпоксидные смолы и т.д.
Условия прохождения ультразвуковых волн. Ультразвуковые колебания могут быть введены в исследуемую среду узким направленным пучком — «лучом» с малым углом расхождения. Колебания частиц происходят при этом лишь в локализованном объеме материала, ограниченном контурами пучка, а исследуемый же элемент в целом остается неподвижным. Эта возможность прозвучивания материала в заданных направлениях является весьма существенной при проведении исследований.
Ультразвуковые волны, переходя из одной среды в другую, преломляются, а также отражаются от граней, разделяющих эти среды, что используется для определения их распространения при данном методе контроля. В воздушных прослойках ультразвуковые колебания затухают почти полностью, что позволяет выявлять и исследовать скрытые внутренние дефекты: трещины, расслоения, пустоты и т.д.
Различают продольные и поперечные волны. В первом случае частицы материала колеблются по направлению ультразвукового луча, а во втором - перпендикулярно к нему. Используют также поверхностные волны, как продольные, так и поперечные, распространяющиеся лишь в поверхностном слое материала и позволяющие, например в металле, обнаруживать самые мелкие поверхностные повреждения. Скорость распространения волн (своя для каждого из указанных видов материалов) является одним из основных показателей при оценке физико-механических характеристик и состояний бетона, древесины и других материалов с переменными плотностью и влажностью.
Способы прозвучивания. По направлению ультразвуковых волн различают два основных приема прозвучивания.
Сквозное - когда излучатель, возбуждающий колебания, к приемник, воспринимаю ищи их, расположены с противоположных сторон исследуемого объекта (рис.9.1., а, б). Направление ультразвукового луча по отношению к поверхности материала может при этом быть как нормальным, так и наклонным, а также с использованием отражения или «эхо-метода», когда излучатель и приемник располагаются на одной и той же стороне (рис.9.1., в), что особенно существенно при возможности лишь одностороннего доступа к объекту. Кроме того, эхо-метод удобен при использовании не двух, а одного прием опережающего преобразователя, который последовательно посылает упругие волны и сам же принимает их отражения.
Рис.9.1. Способы прозвучивания:
а - сквозное прозвучивание нормально к поверхности элемента; б - диагональное прозвучивание; в - эхо-метод; 1 - прозвучивасмый элемент; 2 - излучающая пьезоэлектрическая пластинка; 3 - пьезопиастинка, воспринимающая колебания; 4 - призма из оргстекла;
6 - направление прозвучивания; 6 - выявляемый дефект; 7 - теневая зона.
По Характеру излучения необходимо различать:
1) метод непрерывного излучения с подачей к излучателю колеба
ний переменного тока постоянной частоты; по такому принципу были раз
работаны первые дефектоскопы (С.Я. Соколов, 1928г.) для выявления де
фектов в материале по направлению звуковой тени (рис. 3.5, в);
2) импульсный метод, получивший сейчас самое широкое приме
нение как наиболее эффективный при исследованиях бетона, при дефекто
скопии сварных швов металлоконструкций и др. В этом случае к преобра
зователю через определенные достаточно малые промежутки времени, на
пример, 25 или 50 раз в 1 сек, подаются короткие серии («пакеты») колеба
ний высокой частоты.
Регистрация ультразвуковых колебании производится с помощью специальной аппаратуры. Наиболее распространенной является передача электрических колебаний от приемного преобразователя через усилитель на экран электроннолучевой трубки катодного осциллографа. С большой точностью при этом могут быть определены скорость прохождения ультразвуковых колебаний через исследуемый материал, интенсивность их затухания, а также другие показатели, используемые при оценке результатов измерений.