век электроники

(Окончание)

Академик А. И. БЕРГ Рис. А. ЛЕБЕДЕВА

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

\1/ивушая в Южной Америке ночная птица гвачаро имеет резкий голос, на что еще ISO лет тому назад обратил внимание Александр Гумбольдт. Недавно было установлено, что эта птица, живущая только в темных пещерах, пользуется своим криком на частоте 7 тыс. гц как звуколокатором для определения расстояния до препятствий.

Известно, что летучие мыши также обладают способностью маневрировать в полной темноте между натянутыми проволоками или другими препятствиями. Специальными опытами было установлено, что летучие мыши посылают кратковременные импульсы очень высоких, неслышимых человеком звуков и, ловя эхо, уверенно огибают невидимые препятствия. Таким образом, мы имеем, по крайней мере^ два примера применения импульсной звукометрии в животном мире.

На этом же принципе основано множество технических приборов, работающих в ультразвуковом диапазоне частот и широко применяемых в промышленности, физике и военном деле.

Ультразвуком называются механические колебания на частотах, лежащих за верхним пределом слышимости человеческого уха, то-есть более 20 тыс. гц.

В настоящее время технически возможно получать ультразвуковые колебания на значительно более высоких частотах, вплоть до 1 млрд. гц.

Разработка технического применения ультразвуковых колебаний началась во Франции. В области решения основных проблем по ультразвуку особенно велики заслуги французского академика коммуниста, друга Советского Союза Ланжевена, скончавшегося в 1946 году. Его первые успешные работы с ультразвуком относятся к 1915—1916 годам.

Одно из первых применений ультразвука относилось к области наблюдения, связи и сигнализации на погруженных подводных лодках. Объясняется это тем, что вода является хорошим проводником звуков, а применение неслышных для человеческого уха колебаний особенно важно для погруженных подводных лодок.

Ультразвуковые глубомеры (эхолоты), нашедшие самое широкое применение во всех флотах мира и открывшие новую эру в мореплавании и изучении морского дна, работают Посылками коротких направленных звуковых импульсов и измерением интервала времени между посылкой и обратным возвращением импульса.

В науке и на производстве находят широкое применение ультразвуковые дефектоскопы, предложенные и разработанные в 1928 году членом-корреспондентом Академии наук СССР С. Я. Соколовым, позволяющие контролировать качество промышленных изделий при помощи регистрирующих электронных приборов.

В настоящее время проводятся работы по применению ультразвуковых дефектоскопов для контроля качества бе-

ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВ

I. Эхограмма затонувшего парохода *Иу-

зитания».

II. Разрез слитков сплава алюминия с магнием: at—слиток, полученный при обычных условиях затвердевания; б — равномерная структура сплава, по лученная при воздействии ультразвука.

III. Схема действия ультразвукового паяльника: 1 — магнитострикционный вибратор; 2 — обмотка возбуждения вибратора (f-24—27 кгц); 3 — обмотка нагрева; 4 — жидкий припой; 5 — навигационные пузырьки; 6 — пленка окиси алюминия;

7 — алюминий.

IV. Осаждение дыма ультразвуковой сиреной: а — сирена включена, дым исчез; б — сирена выключена, ш дым снова появился.

тонных кладок, фарфоровых изоляторов, автомобильных покрышек и т. д.

Широкое внедрение в промышленности методов ультразвуковой дефектоскопии позволяет получить высокий экономический эффект, повышает качество продукции и удешевляет ее. Особенно важно отметить, что отпадает необходимость в выборочном контроле, связанном с порчей деталей.

Можно считать установленным, что уже сейчас благодаря применению ультразвуковых дефектоскопов во многих случаях были предупреждены ава

рии, обнаружен брак и сэкономлено много материалов.

Принципы ультразвукового эха с успехом применяются для измерений толщины и других размеров изделий. Импульсные методы используются для измерений скорости движения и поглощения ультразвуков в газах, жидкостях и твердых телах, причем эти измерения могут производиться в самых широких пределах температур, от самых низких до температур плавления металлов.

Большой интерес представляет воздействие ультразвуковых колебаний на вещество.

К сожалению, до сих пор нет удовлетворительной общей теории жидкого состояния вещества и многие вопросы структуры жидкостей еще далеко не выяснены. Теория твердого тела разработана значительно лучше, чем теория жидкости, однако и здесь еще остается очень много неясного. Методы ультразвуковой акустики открывают перспективы пополнения наших знаний в области теории жидкого и твердого состояния.

Весьма характерно воздействие ультразвука на процесс затвердевания слитка из сплава алюминия с магнием. При воздействии ультразвука получается совершенно равномерная структура материала, недостижимая в обычных условиях затвердевания.

Воздействие на твердое или газообразное вещество сводится в основном к возникновению вибрации его частиц с ультразвуковой частотой. В случае воздействия на жидкость основным эффектом является кавитация, представляющая собой быстрое образование в веществе разрывных «пустых» полостей, при так называемом «захлопывании» которых развиваются огромное {до 20 тыс. ат) давление и местное повышение температуры (до нескольких сот градусов). Это явление может быть использовано для улучшения структуры металлов, осаждения дымов и пыли, получения эмульсий, для стерилизации воды, молока и т. д.

Большое значение имеет ультразвуковое обезгаживение жидкостей, например расплавленных металлов и стекломасс.

В промышленности применяются ультразвуковая пайка и лужение алюминия и нержавеющей стали. Препятствием для пайки алюминия обычным способом является оксидная пленка, очень быстро появляющаяся на его поверхности при соприкосновении с атмосферой, обладающая механической прочностью и химической стойкостью. При ультразвуковом методе пайки паяльнику сообщаются ультразвуковые колебания, возбуждаемые магнито-стрикционным вибратором, непосредственно соприкасающимся с задней стороной паяльника. Вибратор состоит из ферромагнитного стержня и окружающей его обмотки, по которой течет ток ультразвуковой частоты.

Попадая в жидкий припой, ультразвуковые колебания создают кавитацион-ные пузырьки, которые при своем захлопывании срывают оксидную пленку. Лишенная доступа воздуха поверхность

16