Техника - молодёжи 1952-07, страница 13

миллионов колебаний в секунду (мегагерц). При этих частотах длина ультразвуковой волны, а следовательно, и минимальные размеры дефекта, который может быть обнаружен, равны 1—2 мм. Глубина же проникновения в толщу металлов ультразвуков таких частот измеряется несколькими метрами, что вполне достаточна при исследовании даже самых крупных деталей машин.

Большим преимуществом ультразвукового дефектоскопа является возможность проводить контроль, имея доступ только к одной стороне исследуемого изделия. Практически это очень важно. Ультразвуковым дефектоскопом можно исследовать длинные трубы, барабаны котлов и т. д. Другие методы дефектоскопии (рентген, гамма-лучи радия) требуют, чтобы обязательно имелся доступ к противоположной стороне изделия (с одной стороны помещается аппарат, создающий пучок лучей, а с противоположной — кассета с фотопленкой).

Однако у обычного ультразвукового дефектоскопа есть серьезный недостаток: приложить пьезоквар-цевый щуп возможно далеко не ко всем точкам изделия. Как, например, контролировать сварной шов, поверхность которого не позволяет создать плотного контакта между ней и пьезоэлектрическим щупом?

На первый взгляд кажется, что трудности обойти очень просто. Надо создать щуп, посылающий в металл ультразвуковую волну под углом к его поверхности. Тогда, устанавливая щуп на доступное место изделия, можно послать ультразвуковой луч в любом направлении, в том числе и в труднодоступное место. Заставить луч итти под косым углом нетрудно. Для этого достаточно между щупом и изделием поставить призму из вещества, преломляющего ультразвук.

Но первые попытки сделать так окончились полной неудачей. Дело в том, что при косом падении продольной ультразвуковой волны на поверхность изделия в толще металла возникают две волны.

Первая волна продольная. Она имеет большую скорость распространения и сильнее преломляется. Вторая же волна возникает за счет колебаний частичек металла в направлении, перпендикулярном распространению ультразвука,—это поперечная волна. Скорость ее распространения значительно меньше (для металлов почти вдвое), чем продольной. Наличие двух одновременно распространяющихся волн даст два эха, отражающихся от одного и того же дефекта, что затрудняет расшифровку картины на экране дефектоскопа. Кроме того, часть посланной продольной волны отразится от границы металла обратно в призму и, воздействуя на пьезоэлектрическую пластинку, будет мешать приему эха.

Выход был найден выбором определенного преломляющего угла призмы и созданием призмы специальной формы.

Преломляющий угол призмы был сделан таким, что продольная волна испытывает полное внутреннее отражение на границе металла и в толщу металла не входит. В металле распространяется только поперечная волна.

Отраженная же продольная волна попадает, как в ловушку, в верх

нюю часть призмы, где, испытав многократные отражения, затухает и уже не может помешать приему эха. Призматические щупы позволили с успехом исследовать изделия сложной формы, добираться пучком поперечных ультразвуковых волн до самых труднодоступных мест изделий.

Ультразвук — одно из острейших средств дефектоскопии. От зоркого глаза ультразвукового дефектоскопа не укроются даже тончайшие трещины и другие дефекты в ответственных деталях машин. Ультразвуки предупреждают о скрытой опасности и позволяют избегать аварий машин.

Советская техника успешно решает еще более сложную задачу.

Принцип действия ультразвукового микроскопа.

На экране ультразвукового дефектоскопа видны выбросы, вызываемые ультразвуковым эхом, отразивши мся от дефектов, а не сами дефекты. А нельзя ли заставить ультразвуки рисовать на экране дефектоскопа изображения различных неоднородностей дефектов и предметов, находящихся в непрозрачной среде?

Основные трудности при решении этой задачи заключаются не только в сложности получения ультразвукового изображения любых размеров. Ученые научились изготовлять ультразвуковую оптику, то-есть различные линзы, призмы и зеркала, которые можно использовать для получения ультразвуковых изображений так же, как это делается в обычной оптике.

Ультразвуковые линзы имеют несколько необычный вид. Для их изготовления нет необходимости применять прозрачные материалы. Так, например, хорошим материалом для таких линз является алюминий.

Обычно в материале линз скорость звука больше, чем в окружающей среде (например, в воде, масле, керосине и т. д.), поэтому собирательная ультразвуковая линза имеет вогнутую форму рассеивающей оптической линзы.

Самым трудным оказывается превратить ультразвуковое изображение в видимое.

Для рентгеновских лучей такая задача давно решена. На пути лу

чей ставят либо экран, покрытый веществом, светящимся в тех точках, до которых доходят лучи, либо фотопластинку. Веществ, которые заметно светятся под воздействием ультразвука, пока не найдено. Поэтому приходится искать обходной путь.

Наибольших успехов в решении этой задачи добился профессор С. Я. Соколов. Он сконструировал прибор для получения видимых изображений с помощью ультразвуковых колебаний — ультразвуковой микроскоп.

Посмотрим, как работает одна из конструкций ультразвукового микроскопа С. Я. Соколова.

Пьезоэлектрическая пластинка посылает в исследуемую среду ультразвуковые волны. Эти волны, наталкиваясь на неоднородности внутри среды, отражаются обратно. На приемной пьезоэлектрической пластинке возникает ультразвуковая «тень», повторяющая форму предмета. Под воздействием ультразвуковых колебаний на приемной пластинке появляются электрические заряды. Там же, где лежит «тень», зарядов на пластинке не возникает. Таким образом, приемная пластинка превращает «ультразвуковое изображение» в «электрическое».

««Электрическое изображение» превратить в видимое уже нетрудно. Это давно научились делать в телевидении. Так же как и в передающей телевизионной трубке (иконоскопе), электрические заряды с приемной пластинки снимаются электронным лучом, пробегающим последовательно все точки пластинки. В цепи прибора возникает переменный электрический ток. Он усиливается, а потом подается на трубку, подобную приемной трубке телевизора. В результате на экране приемной трубки возникает изображение того, что «увидел» ультразвук.

Мы описали простейший случай получения с помощью ультразвука видимого изображения исследуемого предмета. Конечно, можно вместо «тени» отбрасывать на кварцевую пластинку микроскопа изображение предмета, полученное с помощью ультразвуковых линз или зеркал. В этом случае удается добиться значительных увеличений предметов.

С помощью ультразвукового микроскопа можно видеть не только предметы в непрозрачной среде, но и, что тоже очень интересно, прозрачные предметы в прозрачной среде. Ультразвуковой микроскоп, например, позволяет проследить растворение или рост прозрачных кристаллов, которые не могут быть обнаружены обычными приборами.

С помощью ультразвукового микроскопа можно наблюдать процесс распространения горячей жидкости в такой же, но холодной. Ультразвуковые волны распространяются в таких жидкостях по-раз-ному, что дает возможность получить их изображение на экране микроскопа. Ультразвук позволяет «видеть» тепло!

Для получения видимых изображений дефектов в массивных металлических изделиях нужно еще много поработать над усовершенствованием конструкции ультразвукового микроскопа.

Нет никакого сомнения в том, что советская наука в ближайшее время решит эту задачу.

11