О неслышимых звуках

Очень большое практическое значение имеет проверка доброкачественности сварных швов, которыми соединяются металлические листы или детали конструкций. В подобном шве всегда могут оказаться дефекты, однако обнаружить их трудно, потому что на практике поверхность сварного шва всегда бывает неровной, и нельзя осуществить хороший контакт между нею и излучателем ультразвуковых сигналов.

Один из способов ультразвуковой дефектоскопии шва изображен на рис. 52. Излучатель и приемник ультразвуковых сигналов располагаются на специальных призмах рядом со швом, там, где поверхность образца гладкая.

Рис. 52. Дефектоскопия сварного шва

Благодаря расположению излучателя на призме ультразвуковой сигнал входит в исследуемый образец наклонно к его поверхности. Достигнув противоположной поверхности, ультразвуковой сигнал отражается, и приемник регистрирует донный сигнал. Если дефект расположен горизонтально, приемник фиксирует добавочное эхо. Если дефект расположен вертикально, донный сигнал или ослабляется, или вовсе исчезает.

На рис. III, д приведен разрез сварного шва со шлаком, обнаруженным в нем ультразвуковым дефектоскопом. Так как в этом случае дефект расположен горизонтально, он был замечен по появлению эхо-сигнала, опережавшего донный сигнал.

В тех случаях, когда ультразвуковая волна падает наклонно к поверхности твердого тела, возникают осложнения. Дело в том, что волны могут быть двух родов: продольные и поперечные. В продольных волнах отдельные частицы вещества, смещаясь то вперед, то назад, колеблются в том же направлении, в котором распространяется волна. В поперечных волнах частицы колеблются в направлении, перпендикулярном распространению волны, так что если волна бежит в горизонтальном направлении, частицы колеблются в вертикальном направлении, двигаясь вверх и вниз.

Звуковые волны в газах и жидкостях — это продольные волны. Но в тех случаях, когда ультразвуковой луч входит в исследуемую деталь наклонно к ее поверхности, в металле возникает, кроме продольной волны, еще и поперечная, причем она распространяется со скоростью почти в два раза меньшей, чем продольная. Естественно, что распространение волн двух видов приводит к возникновению двух эхо-сигналов.

Если учесть все осложнения в результате многократного отражения волн и их взаимодействия друг с другом, станут понятными затруднения, возникающие в некоторых специальных случаях дефектоскопии, в частности при исследовании сварных швов.

Ученые преодолели эти затруднения. Помещая между излучателем и исследуемой деталью специальной формы промежуточную призму (рис. 53), они заставили продольную волну полностью отражаться от поверхности образца. Отраженная продольная волна гасится специальным приспособлением, и в толщу металла проникает только поперечная. Таким способом удается упростить ультразвуковое исследование многих важных деталей.

Рис. 53. Полное внутреннее отражение продольной волны

К наклонному падению ультразвукового луча приходится прибегать не только при исследовании сварных швов.

Чувствительность ультразвукового дефектоскопа позволяет определять глубину закаленного слоя металла.

Как известно, многие части машин подвергают закалке, чтобы придать им повышенную твердость. Для этого не обязательно закалять всю деталь целиком; достаточно закалить лишь ее внешний слой.

При определении глубины закаленного слоя, как и при исследовании сварных швов, ультразвуковой луч вводят наклонно к поверхности металла. Ультразвуковой сигнал отражается от границы закаленного и незакаленного слоев. По интенсивности эхо-сигнала можно составить представление о качестве закалки.

Ультразвук ставит диагноз

Методы ультразвуковой дефектоскопии можно применить в медицине. Обычно для этой цели успешно пользуются просвечиванием рентгеновскими лучами. Однако просвечивание головного мозга рентгеновскими лучами затруднительно. Лучи плохо проникают через черепную коробку.

Иначе обстоит дело с ультразвуком. Ультразвуковым колебаниям черепная коробка оказывает сравнительно небольшое сопротивление, и поэтому естественно было попытаться вместо рентгеновских лучей применить ультразвуки. Хотя в этом направлении сделаны только первые шаги, но и они заслуживают того, чтобы о них рассказать.

Поглощение ультразвуковых лучей различными частями мозга различно. Поэтому для изучения строения мозга попытались применить сквозное прозвучивание. В частности, таким методом удается исследовать строение мозговых желудочков. При исследовании мозга ученые пользуются ультразвуком очень малой мощности. Такой ультразвук совершенно безвреден, как безвреден обычный слышимый звук.