О неслышимых звуках

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.

Метод сквозного прозвучивания

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.

Рис. 48. Метод сквозного прозвучивания

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.

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.

Отражательный дефектоскоп

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