ПРОСВЕЧИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ УЛЬТРАЗВУКОМ

Выстрел, сигнал автомобиля, шум летящего самолета, голос собеседника — все, что слышит человек, мы объединяем одним словом — звук. Но не всякий звук можно услышать. Так называемый ультразвук мы услышать не можем. Что же такое ультразвук?

Звук — это колебательное движение материальной точки. Тот звук, который мы слышим, представляет собой колебательное движение воздуха. Число колебаний, возбуждающих звук, бывает различно. Так, например, человеческое ухо улавливает звук с числом колебаний от 16 колебаний до 20 тыс. в секунду, человеческая речь занимает промежуток между 200—3500 колебаниями в секунду. Звук с числом колебаний выше 20 тыс. в секунду человеческий слух уже не улавливает, и его обычно называют ультразвуком.

В Ленинградском электротехническом институте, в лаборатории проф. С. Я. Соколова было установлено, что ультразвуковые колебания порядка от 100 тыс. до нескольких миллионов в секунду очень хорошо проходят через твердые тела и в частности через металл толщиной до одного метра. При этом колебания сохраняют форму пучка, то есть не рассеиваются в стороны.

Одновременно было замечено, что такие лучи, созданные ультразвуковыми колебаниями, при попадании из одной среды в другую либо преломляются, либо полностью отражаются. В воздухе они весьма сильно затухают, а газовая среда является для них совершенно непроницаемой. Этими свойствами ультразвуковых колебаний и решили воспользоваться для определения пороков в металле.

Общий вид установки, которая позволяет определять пороки в металле с помощью ультразвука и громкоговорителя: 1 — генератор высокой частоты: 2 —  вибратор; 3 — щуп: 4 —  усилитель; 5 — громкоговоритель; 6 — выпрямитель для питания усилителя.

Действительно, если мы заставим ультразвуковые колебания проходить через испытываемый образец металла, то в тех местах, где в металле попадается раковина или какое-нибудь постороннее включение, колебания задерживаются, и это дает нам возможность судить о внутреннем пороке.

Вот как, например, можно осуществить такое «просвечивание». Прежде всего мы должны создать ультразвуковые колебания. Если подвести переменный ток к двум стальным пластинкам, между которыми зажата пластинка кварца, то вследствие так называемого пьезоэлектрического эффекта пластинка кварца начинает расширяться и сжиматься с частотой, равной частоте переменного тока. При частоте переменного тока в 40 тыс. колебаний в секунду и выше колебания кварцевой пластины становятся весьма мощными и излучают большую ультразвуковую энергию. Так, например, если мы такой кварцевый вибратор опустим в масляную ванну, то из расположенного над вибратором слоя масла будет выбрызгиваться небольшой фонтанчик. Частоту подводимого переменного тока можно по желанию регулировать.

Теперь полученные от кварцевого вибратора звуковые колебания можно использовать для определения пороков в металле.

Кварцевый вибратор помещается в масляную ванну, а над ним — испытуемый образец металла. При включении переменного тока высокой частоты от лампового генератора ультразвуковые колебания пройдут через масло в металл и через всю его толщу к наружной поверхности. На поверхность металла наливается небольшой слой масла. Ультразвуковые колебания, прошедшие через металл, заставят колебаться этот слой масла, налитый сверху. Но это произойдет только тогда, когда ультразвуковые колебания пройдут через металл. Если же по пути им попадется в металле какая-либо воздушная прослойка, раковина, трещина, то колебании либо отразятся, либо рассеются, и поверхностный слой масла в этом месте останется совершенно ровным.

Установка для просвечивания металлов ультразвуком: 1 — вибратор; 2 — испытуемая деталь; 3 — генератор высокой частоты; 4 — слой масла, налитый сверху испытуемой детали; 5 —  осветитель; 6 — экран.

Состояние поверхности масла хорошо видно, если эту поверхность осветить специальным осветителем и изображение спроектировать на экран. Тогда на экране мы ясно увидим место брака в виде белого пятна.

Место брака в металле появляется на экране в виде белого пятна.

Но далеко не всегда можно погрузить испытуемый предмет в масляную ванну и спроектировать поверхностную рябь на экран. Тогда прибегают к другому способу. Ультразвуковые колебания, излучаемые вибратором, воспринимаются специальным щупом, который тоже сделан из кварца и устроен точно так же, как и вибратор. Колебания, попадая на кварцевую пластинку щупа, заставляют ее вибрировать, и благодаря тому же пьезоэлектрическому эффекту в двух стальных обкладках появляется электрическая разность потенциалов, которая усиливается ламповым усилителем и подается на громкоговоритель.

Вибратор и щуп прикладываются к слегка омоченной маслом исследуемой детали. Если деталь не имеет дефектов, то громкоговоритель издает сильный рокочущий звук. Если же на пути ультразвуковых колебаний попадается дефект, то звук в громкоговорителе пропадает.

Вибратор (1) и щуп (2) прикладываются к исследуемой детали, которая предварительно смачивается маслом.

Вместо громкоговорителя можно присоединить перо записывающего аппарата. Тогда на бумажной ленте получится полная картина испытуемого тела: все дефекты будут обозначены пропусками в записи.

Изобретение проф. Соколова открывает новую яркую страницу в нашей науке. Оно позволяет заглядывать внутрь металла и легко и быстро определять его доброкачественность.

Инж. Е. ТУМАРКИН