Борис Кудрявцев - О неслышимых звуках

Однако не всегда легко флюидизировать материал. Иногда вместо флюидизации весь слой материала на решетке первоначально поднимается под давлением воздуха вверх, подобно поршню, затем разламывается и падает кусками вниз на решетку. При этом не возникает равномерного слоя материала, который существовал до того. В «подушке» образуются каналы, свободно пропускающие воздушный поток, в то время как вся масса материала неподвижно лежит на решетке. Как показал опыт, и в этом случае можно добиться флюидизации, если пропустить через слой материала интенсивные звуковые колебания. Конечно, при этом не следует пользоваться быстро затухающими в воздухе ультразвуками. Вполне удовлетворительные результаты можно получить с помощью достаточно интенсивных звуков низкой частоты, скажем, с частотой от 50 до 500 колебаний в секунду.

При озвучивании удается флюидизировать даже такие материалы, как мелко измельченный гипс, частицы которого при обычных условиях невозможно заставить парить. Под действием звуковых колебаний ранее плотный слой гипса за несколько секунд расширяется и приобретает способность течь.

Можно быть уверенным, что ультразвуковое осаждение и улавливание мелко раздробленных частиц, так же как ультразвуковая обработка твердых материалов, облегчение флюидизации и интенсификация химических процессов, найдут широкое применение в различных отраслях техники.

Человек уже очень давно научился использовать звуки для контроля качества различных изделий. В магазине и сейчас продавец, прежде чем завернуть в бумагу купленный стакан, щелкает его слегка пальцем, чтобы по звуку определить, нет ли трещины.

Так же, постукивая легким молоточком по ободу колеса железнодорожного вагона, осмотрщик проверяет, цело ли оно. Звенящий звук металла становится глухим в том случае, если в колесе есть дефект.

Но эти методы контроля грубы, несовершенны.

По характеру звука можно установить наличие трещины, но сказать, сплошные ли стенки у стакана, нет ли в них вкрапленных пузырьков воздуха, нельзя.

Наиболее важные части машин обычно металлические. Размеры их бывают велики. При изготовлении таких деталей могут образоваться изъяны. При отливке иногда возникают пустоты, наполненные воздухом, так называемые раковины. Могут оказаться внутри металла куски шлака или камня, случайно попавшие в форму для отливки. При сборке или в процессе работы в отдельных деталях иногда появляются так называемые «усталостные» трещины и т. д.

Подобные дефекты сильно снижают прочность детали. В ответственных частях машин, таких, например, как паровозные оси, коленчатые валы, винты самолетов, наличие дефектов совершенно недопустимо. Понятно поэтому, как важно вовремя распознать скрытые дефекты, отделить доброкачественные детали от негодных.

Советский Союз является родиной одного из наиболее совершенных способов обнаружения изъянов в различных деталях — ультразвукового контроля качества изделий. Советские ученые первыми в мире применили для обнаружения дефектов неслышимые звуки.

Всевозможные методы отыскания дефектов объединяют общим названием — дефектоскопия (дефект — недостаток, скопео — смотрю).

В наше время применяют два способа ультразвукового контроля, а именно: способ «сквозного прозвучивания» и способ, в котором используются отраженные ультразвуковые сигналы.

Чтобы обнаружить дефекты, сравнительно давно уже пользуются просвечиванием исследуемой детали с помощью рентгеновских лучей или гамма-лучей, испускаемых радиоактивными веществами.

Чем же, собственно, вызвана необходимость применять для той же цели ультразвуки?

Рентгеновские лучи, даже наиболее мощные, проникают в толщу металла всего на 20–30 сантиметров. Поэтому ими можно исследовать лишь сравнительно небольшие детали.

Кроме того, рентгеновские или гамма-лучи обнаруживают лишь относительно большие дефекты. Например, если исследуемая деталь имеет толщину 20 сантиметров, то просвечивание позволяет найти трещины размером не меньше 4 миллиметров. А такие трещины очень редки. Трещины же меньших размеров, обычно встречающиеся в производстве, с помощью рентгеновского просвечивания обнаружить не удается.

Иначе обстоит дело с ультразвуком. Ультразвуковые волны, почти не ослабляясь, проходят значительные толщи металла.

Но если на пути луча попадается даже тонкая трещина, ультразвуковая волна сильно теряет в мощности, давая тем самым возможность обнаруживать самые незначительные дефекты.

Именно это свойство использовал талантливый советский ученый С. Я. Соколов в первых приборах, построенных им для целей ультразвукового контроля.

Проверяющий качество изделия рабочий прикладывает ультразвуковой излучатель к одной из поверхностей исследуемого образца, как изображено на рис. 48. К противоположной поверхности, как раз напротив излучателя, прижимается приемник.

Если в детали нет дефектов, ультразвуковая волна движется прямолинейно, пока не достигнет противоположной грани, приемник регистрирует приход ультразвуковых колебаний, и стрелка прибора отклоняется.

Какой-либо дефект, попавшийся на пути распространения ультразвука, например трещина в металле или наполненная воздухом раковина, явится препятствием для распространения луча, ультразвук не дойдет до приемника, и стрелка прибора отклоняться не будет.

С помощью такого прозвучивания можно обнаруживать дефекты в деталях размером в несколько метров, которые невозможно исследовать другими способами. Этим способом, например, проверялось качество соединений в мостовых фермах.

Однако сквозное прозвучивание имеет и ряд недостатков.

Ультразвуковая волна, посланная в металлическую деталь, движется прямолинейно, пока не достигнет ее противоположной грани, затем отражается и бежит обратно. На своем пути она встречает волну, идущую навстречу ей от излучателя, и складывается с нею. В результате возникает сложное волновое движение, которое сильно затрудняет наблюдение.

Влияние отраженных волн — главный недостаток подобных приборов. Кроме того, на приемник действует электромагнитная волна, излучаемая генератором ультразвука, которая может вызвать появление сигнала даже в тех случаях, когда на пути расположен дефект.

Недостатком этого способа является и то, что, обнаружив какой-либо изъян, мы не можем сказать, на какой глубине он находится.