Борис Кудрявцев - О неслышимых звуках

Часто при исследовании отдельных частей уже готовых машин имеется доступ только к одной грани проверяемой детали, в то время как для обнаружения дефекта необходимо прижать излучатель и приемник ультразвука одновременно к двум противоположным граням.

Все это привело к тому, что в настоящее время получил распространение еще и другой способ контроля, способ отражательной дефектоскопии.

В отражательном дефектоскопе, изобретенном также С. Я. Соколовым, используется тот же принцип, что и в ультразвуковых локаторах.

В исследуемую деталь, как показано на рис. 49, посылается очень короткий ультразвуковой сигнал, или, как говорят, импульс 1 . Импульс бежит внутри детали до противоположного конца, до ее «дна», и, отражаясь, возвращается в виде эхо-сигнала 3 к пославшей его кварцевой пластинке. С помощью осциллографа ультразвуковое эхо делается видимым, совершенно так же, как в ультразвуковых локаторах.

Когда на пути луча встречаются трещины или пустоты, рисунок эхо-сигнала меняется ( 2 ), и рабочий, испытывающий деталь, узнает таким образом, что она не годится.

На рис. III, а изображен вид эхо-сигнала на экране осциллографа при ультразвуковом исследовании одной из деталей. На этом рисунке зарегистрированы лишние (по сравнению с нормальной деталью) изгибы. После распиловки детали в ней был действительно обнаружен изъян (рис. III, б ).

Величина отраженного сигнала, пришедшего от дефекта, может дать представление о его размерах.

Расстояние между изгибами луча на экране осциллографа, соответствующими посылке сигнала и приходу сигнала, отраженного от дефекта, позволяет определить, на какой глубине находится последний.

Если в детали несколько трещин или раковин, расположенных одна за другой на пути ультразвукового луча, то на экране осциллографа появится несколько эхо-сигналов в той же последовательности, в которой соответствующие изъяны расположены в детали.

Сейчас советская промышленность производит несколько типов отражательных дефектоскопов, применяя которые заводы обеспечивают высокое качество выпускаемой продукции.

С помощью отражательного дефектоскопа можно исследовать и очень большие детали, размером около 10 метров.

Советские ученые применили для дефектоскопии очень короткие сигналы, продолжительность которых составляет десятимиллионные доли секунды. Это позволяет обнаруживать мельчайшие дефекты в металлических изделиях.

Надо иметь в виду, что ультразвуковое эхо будет возникать при наличии в детали не только явных изъянов, но также и различных неоднородностей: областей, где металл более рыхлый, или крупных кристаллов, возникших при затвердевании металла, и т. п. На рис. III, в видны большие, правильной формы отметки, соответствующие многократному возвращению эхо-сигнала от дна исследуемой детали. На том же рисунке хорошо видны неправильной формы сигналы, которые возникли благодаря нарушению однородности в структуре металла.

Свободный от всяких дефектов кусок металла состоит из отдельных маленьких кристалликов, крепко спаянных друг с другом, и ультразвуковой дефектоскоп дает возможность по величине «донного» сигнала, как называют сигнал, отраженный от грани, противоположной той, к которой приложен излучатель ультразвука, сделать заключение о размерах этих мельчайших кристалликов.

Такая особенность ультразвукового дефектоскопа очень важна, так как при изготовлении некоторых особенно ответственных деталей может иметь значение размер микрокристалликов, и даже при отсутствии трещин или раковин деталь, изготовленная из крупнозернистого металла, должна быть забракована.

Если размеры кристалликов близки к длине ультразвуковой волны, то деталь будет «не прозрачна» для ультразвука так же, как не прозрачен для света туман, состоящий из мельчайших капелек воды. В этом случае донный сигнал вообще отсутствует.

На рис. 50 изображена зависимость интенсивности прошедших через образец ультразвуковых сигналов от размеров кристаллов. Рядом даны микрофотографии образцов, соответствующих точкам б и в верхней кривой. Ясно видно, что с увеличением размера кристалликов интенсивность прошедших ультразвуковых импульсов уменьшается.

Импульсным дефектоскопом мы можем проверять качество деталей не только в процессе их изготовления, но и тогда, когда они уже являются частью собранной машины или какого-либо сооружения. Так, например, можно проверить качество важных деталей самолета, так называемых лонжеронов, которые представляют собою длинные балки из дюралюминия. Прижав излучатель к одному концу лонжерона, проверяющий конструкцию рабочий внимательно следит за отраженным сигналом. Если дефекты отсутствуют, появится только одно эхо от противоположного конца лонжерона; добавочные же отражения свидетельствуют о наличии брака. Советские исследователи применили этот способ контроля для обнаружения трещин, возникающих иногда в железнодорожных рельсах. Ультразвуковой дефектоскоп настолько точно обнаруживает изъян, что рельс заменяют без дальнейшего исследования. Такой метод ускоряет контроль в 5–6 раз. Им пользуются на железных дорогах Советского Союза.

Обнаружение дефектов с помощью эхо-сигналов имеет один существенный недостаток.

Мы не можем расслышать эхо, отраженное от предметов, расположенных очень близко к нам. Так, если отражающая поверхность, например стена большого дома, находится от нас на расстоянии около 100 метров, то, крикнув короткое слово, мы еще сможем услышать его повторение. Если же произнесем длинное слово, например «баррикада», то ясно услышим в виде эха только конец слова — «ада». Объясняется это тем, что эхо, соответствующее началу слова, вернется к нам еще до того, как мы кончим его произносить, и, смешавшись со звуком нашего голоса, не будет расслышано. Если же препятствие, отражающее звук, расположено еще ближе, мы не услышим четкого эха и конца слова.