Указания к выполнению СР

1.

ПЭП – пьезоэлектрический преобразователь.
Конструкция и принцип маркировки
1

2.

По направлению акустической оси ПЭП делятся
Прямые (нормальные) ПЭП – вводят и (или) принимают колебания по нормали к
поверхности объекта контроля в точке ввода.
Наклонные ПЭП вводят и (или) принимают колебания в направлениях отличных от
нормали к поверхности объекта контроля.
Выбор ПЭП по углу ввода (прямой или наклонный) выбирают исходя из схемы
прозвучивания конкретного объекта. Схемы прозвучивания содержатся
в государственных и ведомственных стандартах, а так же технологических картах
контроля.
При наклонном падении продольной волны из твердой среды 1 в твердую
среду 2 на границе двух сред происходит
Отражение,
преломление
трансформация (расщепление) ультразвуковых волн

3.

Устройство ПЭП
1 - Пьезопластина;
2 – Демпфер;
3 – Протектор;
4 – Контактная жидкость;
5 – Объект контроля;
6 – Корпус преобразователя;
7 – Контактные провода;
8 – Призма преобразователя;
9 – Разделительный
электроакустический экран.
3

4.

Маркировка ПЭП
4

5.

Отражение – это изменение направления распространения волны, при котором
волна не переходит во вторую среду.
Преломление – это изменение направления распространения волны, при котором
волна не переходит во вторую среду, происходящее при отражении и
преломлении на границе раздела двух сред.
Трансформация – это преобразование (превращение) волны одного типа в другой.
Переходы исходного состояния волны в другие связаны энергетическими
соотношениями, определяемыми, главным образом, типом падающей волны,
углом ее падения и соотношением удельных акустических сопротивлений обеих
сред.
Падающая
продольная
волна
отраженная поперечная
волна
отраженная
продольная волна
проходящая продольная волна
αt2 – угол, обозначенный на
преобразователе.
проходящая поперечная
волна

6.

В общем случае, если волна падает на границу раздела двух твердых сред
под углом β из первой среды во вторую, то в обеих средах возникают
четыре волны : в каждой по две волны продольного и поперечного типа.
Причем при облучении продольной l-волной образуются отраженные
продольная l1 и поперечная t1, возникшая в результате явления
трансформации, и две преломленные волны l2 и t2, из которых последняя
также трансформированная .
При облучении поперечной волной образуются отраженные волны l1 и t1, но
трансформированная волна уже продольная, и две преломленные – l2 и t2,
где волна продольного типа l2 трансформированная
Отраженная 1
Отраженная 2
прошедшая 1
прошедшая 2

7.

Законы отражения и преломления
упругих волн
• Отраженные и преломленные лучи лежат в
одной плоскости с падающим лучом и
нормалью к поверхности раздела сред,
проведенной в точке падения.
• Для волны одного типа угол отражения равен
углу падения.
• Углы отражения и преломления волн тем
больше,
чем
выше
скорость
их
распространения.

8.

Углы отражения l1, t1 и преломления αl1, αt1 отсчитываются от
нормали к границе раздела в точке падения (ввода), они связаны
между собой углом падения β через соответствующие скорости
законом Снеллиуса (закон «синусов» в оптике):
sin β l sin γ l1 sin γ t 1 sin α l 2 sin α t 2
Cl
C l1
Ct1
Cl 2
Ct2
sin β t sin γ t 1 sin γ l1 sin α t 2 sin α l 2
,
Ct
Ct1
C l1
Ct2
Cl 2
где CĿ1, Ct1 – скорости продольной
поперечной волн в первой среде;
CĿ2, C t2 – то же, но во второй среде.
и

9.

l, t – продольная и поперечная волна

10.

39°
ПЭП 121-2,5-50
15°
sin β l sin γ l1 sin γ t1 sin α l 2 sin α t2
Cl
C l1
C t1
Cl 2
C t2
39°
оргстекло
Cl2
90°
сталь
l, t – продольная и
поперечная волна
50°
sin β t sin γ t1 sin γ l1 sin α t2 sin α l 2
,
Ct
C t1
C l1
C t2
Cl 2
Орг. Стекло
Сталь
Cl=2670 м\с
Ct=1121 м\с
Cl=5900 м\с
Ct=3260 м\с
sin βl sin α t2
sin t 2
sin 50 2670
Sin
Cl
0.627
39
Cl
C t2
ct 2
3260
sin
sin βl sin t1
0.627 1121
Ct1
0.263
t1 15
Cl
C t1
cl
2670
sinβl sin α l2
0.627 5900
Sin l 2
1.39
l 2 90
Cl
Cl2
2670
sin t1 sin l1
0.263 2670
sin l1
0.627
l1 39
Ct1
Cl1
1121

11.

При увеличении угла падения увеличивается и угол преломления.
При увеличении угла падения β продольной волны L углы аl2 и а также
β = β кр1 (первый критический угол)
увеличиваются , и при некотором значении
наименьший угол падения продольной волны, при котором преломленная
продольная волна не будет проникать во вторую среду (возникновение
головной волны).

12.

При выполнении условия сl < ct
может
возникнуть ситуация, когда при увеличении
угла падения с границей раздела сред сольется
преломленная поперечная волна.
2-й критический угол
наименьший угол падения продольной волны,
при котором преломленная поперечная волна
не будет проникать во вторую среду (появление
поверхностной волны Рэлея)

13.

Трет ий крит ический угол существует, если из твердого тела на
границу раздела сред падает поперечная волна со скоростью ct .
Поскольку ct < cl , то возможна ситуация, когда при определенном
значении угла падения отраженная продольная волна сольется с
поверхностью, превратившись в головную волну.
3-й критический угол
наименьший угол падения поперечной волны, при котором еще
отсутствует отраженная продольная волна

14.

• При углах падения меньших, чем второй критический угол
βкр2 , и больших, чем первый βкр1 , во второй среде
возникает лишь поперечная волна со скоростью Ct1
• Для системы оргстекло - сталь расчетные критические углы
составляют:
• первый критический угол βкр1 ~ 27°;
• второй критический угол βкр2 ~ 56°.
• Отмеченное свойство имеет большое практическое значение.
• При угле β < βкр1 = 27,5° в деталь вводится практически
только продольная волна.
• При угле βкр1 < β < βкр2 = 55° в стальном изделии
возбуждается только поперечная волна.
• Призмы с углом β > βкр2 могут быть применены для
возбуждения в стали поверхностной волны.
• Все типовые наклонные преобразователи, используемые для
контроля имеют углы призмы в интервале между первым и
вторым критическими углами (30°; 40°; 45° и 50°) и
излучают поперечную волну.