Интенсивность ультразвука и затухание его в материалах

Ультразвуковая волна в направлении своего движения несет определенную энергию, которую излучил источник.

Количество энергии, переносимое волной за 1 секунду через 1см² площадки, перпендикулярной к направлению распространения ультразвуковой волны называется интенсивностью ультразвука.

I – интенсивность Вт/м²

По мере распространения ультразвуковой волны интенсивность её падает. Это обусловлено расхождением и затуханием.

Снижение интенсивности ультразвука происходит по экспоненциальному закону:

Где I₀ – начальная интенсивность у источника ультразвука

S – пройденный путь уз волны

δ – коэффициент затухания

Затуханием ультразвуковых колебаний называется уменьшение амплитуды колебаний частиц в звуковой волне, вызванное процессами рассеяния и поглощения.

δп – коэффициент поглощения

δр – коэффициент рассеивания

При рассеянии энергия остается механической, но уходит из направленного распространения волны в результате отражений на границах зерен и неоднородностей. Рассеяние связано с тем, что среда не является строго гомогенной. Она содержит кристаллы, на границах которых акустическое сопротивление изменяется, так как кристаллы или отдельные составляющие вещества имеют различную плотность. Для некоторых материалов это связано с тем, что они представляют собой сплав зерен различных компонентов (феррита и графита). Для других материалов – с наличием пор и инородных включений.

При поглощении механическая энергия колебаний переходит в тепловую. Поглощение будет тем больше, чем меньше длина волны и соответственно чем больше частота.

Большое влияние на коэффициент затухания в металле оказывает отношение средней величины зерна и длины волны ультразвука.

D – средняя величина зерна

Длина ультразвуковой волны для УЗК должна быть λ≥ (20…100)D

Обе составляющие затухания создают определенные трудности при ультразвуковом контроле. Поглощение уменьшает амплитуду проходящих сигналов. А рассеяние не только уменьшает уровень сигналов, отраженных от дефектов, но и создает многочисленные шумовые импульсы на экране дефектоскопа, связанные с отражениями от граней кристаллов.