книги / Применения ультразвука

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

19.11.2023

Размер:

30.77 Mб

Скачать

☆

1 / 571 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Радж Балдев, Раджендран В., Паланичами П.

Применения ультразвука Москва:

Техносфера, 2006. - 576 с. ISBN 5-94836-088-1

Книга посвящена современным применениям ультразвука в науке и технике и базируется на научных публикациях послед них лет. Издание ориентировано на широкий круг читателей (специалисты по материаловедению, машиностроению и прибо ростроению, студенты).

Наряду с кратким изложением теоретических основ детально рассматриваются вопросы излучения и приема ультразвука, методы определения параметров ультразвуковых волн, дается обзор применения ультразвука в различных отраслях промыш ленности для оперативного контроля хода процессов, свойств веществ и параметров изделий.

Даны основы инженерных расчетов, рассмотрены схемы и конструкции устройств, применяемых в неразрушающем кон троле, металлургии, материаловедении, медицине, подводной акустике, расходометрии. Существенное внимание уделено методам исследования жидкостей, а также контроля структуры и механических свойств материалов и готовых изделий.

S C IE N C E and

T E C H N O L O G Y

U L T R A S O N IC S

Baldev Raj

V Rajendran

P Palanichamy

ISBN 5-94836-088-1

ISBN 1-84265-066-1 (англ.)

СО ДЕРЖ АНИЕ
ГЛАВА 1 Введение...............................................................................................	^8
ГЛАВА 2 Основы ультраакустики......................................................................	24
2.1. Введение............................................................................................	24
2.2. Волны.................................................................................................	25
2.2.1. Уравнение бегущей волны........................................................	25
2.2.2. Передача энергии.......................................................................	26
2.2.3. Параметры и характеристики волны......................................	28
2.3. Классификация звуковых волн......................................................	30
2.4. Ультразвуковые волны.....................................................................	31
2.5. Различные виды ультразвуковых волн..........................................	33
2.5.1. Продольные, или волны сжатия............................................	33
2.5.2. Поперечные, или волны сдвига.............................................	35
2.5.3. Поверхностные, или волны Рэлея..........................................	37
2.5.4. Волны в пластинах, или волны Лэмба...................................	38
2.6. Характеристические свойства ультразвуковых волн................	40
2.6.1. Скорость....................................................................................	40
2.6.2. Волновое сопротивление.......................................................	41
2.6.3. Интенсивность звука и звуковое давление..........................	42
2.7. Поведение ультразвуковых волн..................................................	44
2.7.1. Отражение и преломление.....................................................	44
2.7.2. Волны на границах...................................................................	48
2.7.3. Волны при наклонном падении............................................	50
2.7.4. Конверсия волн........................................................................	52
2.7.5. Критический угол...................................................................	54
2.8. Фокусировка ультразвуковых волн.............................................	56
2.9. Стоячие волны и резонанс............................................................	58
2.9.1. Полуволновой резонанс........................................................	59
2.9.2. Четвертьволновой резонанс..................................................	60
2.9.3 Добротность резонанса...........................................................	60
2.10. Затухание......................................................................................	62
2.10.1. Рассеяние ультразвуковых волн......................................	63

2.10.2 Поглощение ультразвуковых волн........................................	65
2Л0.3. Дисперсия ультразвуковых волн...........................................	66
2.10.4. Потери при передаче из-за связывающей
среды и шероховатости поверхности....................................	66
2.11. Дифракция......................................................................................	68
2.12. Заключение.....................................................................................	70
Рекомендуемая литература...................................................................	70
ГЛАВА 3 Ультразвуковые преобразователи....................................................	72
3.1. Введение............................................................................................	72
3.2. Различные виды источников ультразвука...................................	73
3.2.1. Механический метод................................................................	73
3.2.2. Электростатический метод.......................................................	74
3.2.3. Электродинамический метод..................................................	75
3.2.4 Магнитострикционный метод................................................	76
3.2.5. Электромагнитный метод.........................................................	79
3.2.6. Пьезоэлектрический метод......................................................	81
3.2.7. Лазерный метод..........................................................................	83
3.2.8. Ультразвук очень высоких частот (> ГГц).............................	84
3.3. Пьезоэлектрический эффект..........................................................	85
3.3.1. Пьезоэлектрические кристаллы..............................................	85
3.3.2. Пьезоэлектрические коэффициенты.....................................	86
3.3.3. Преимущества и недостатки кварца.......................................	89
3.4. Преобразующие материалы............................................................	89
3.4.1. Пьезоэлектрические керамические
материалы...................................................................................	89
3.4.2 Полимерные материалы...........................................................	90
3.5. Материалы для приема и передачи...............................................	94
3.6. Выбор толщины пьезоэлектрического элемента.......................	98
3.7. Различные виды преобразователей...............................................	99
3.7.1. Эквивалентная цепь..................................................................	99
3.7.2. Прямолучевой преобразователь............................................	100
3.7.3. Двухкристальный преобразователь......................................	101
3.7.4. Преобразователь с наклоном луча........................................	103
3.7.5. Механическая фокусировка..................................................	105
3.7.6. Преобразователь с электронной фокусировкой
с использованием задержек (многоэлементный)	105
3.7.7. Преобразователь емкостного типа.......................................	107
3.8. Сравнение источников ультразвука............................................	108
3.9. Характеристики ультразвукового луча.......................................	108
3.9.1. Профиль луча или траектория...............................................	109
3.9.2. Область ближнего поля...........................................................	112
3.9.3. Расчет протяженности ближнего поля................................	113
3.9.4. Область дальнего поля, или дальняя зона...........................	114

3.9.5. Определение угла раствора луча............................................		115
3.9.6. Профилирование луча преобразователя..............................		116
3.10.	Заключение................................................................................	117
Рекомендуемая литература.................................................................		117
ГЛАВА 4 Методы измерения ультразвука......................................................		119
4.1. Введение.........................................................................................		119
4.2. Обнаружение ультразвуковых волн............................................		120
4.2.1. Механический метод..............................................................		120
4.2.2. Оптический метод...................................................................		121
4.2.3. Электрический метод..............................................................		122
4.3. Методы точного измерения..........................................................		125
4.3.1. Циклическое возбуждение.....................................................		126
4.3.2. Метод наложения импульсов................................................		127
4.3.3. Метод перекрывания эхо-импульсов..................................		128
4.3.4. Метод взаимной корреляции................................................		136
4.3.5. Метод наклона фазы...............................................................		141
4.3.6. Прямой метод...........................................................................		144
4.4. Автоматизированные компьютерные методы...........................		146
4.4.1. Метод незатухающей волны..................................................		146
4.4.2. Метод циклического возбуждения.......................................		149
4.4.3. Метод перекрывания эхо-импульсов (РЕО) .......................		152
4.4.4. Метод взаимной корреляции................................................		152
4.4.5. Метод пересечения нулевого уровня....................................		157
4.5. Резонансная ультразвуковая спектроскопия
и лазерная интерферометрия........................................................		158
4.5.1. Резонансная ультразвуковая спектроскопия......................		158
4.5.2. Лазерная интерферометрия....................................................		161
4.6. Методы измерения затухания......................................................		165
4.6.1. Метод сравнения.....................................................................		166
4.6.2. Традиционный метод..............................................................		167
4.6.3. Метод видимого затухания.....................................................		168
4.6.4. Метод, основанный на амплитудах первого
	эхо-сигнала от задней поверхности......................................	168
4.6.5. Метод поверхностной волны Рэлея......................................		169
4.6.6. Автоматизация и измерения частотной
	зависимости..............................................................................	169
4.7. Истинное затухание.......................................................................		170
4.8. Заключение.....................................................................................		170
Рекомендуемая литература.................................................................		171
ГЛАВА 5 Общие и прогрессивные способы применения
ультразвука.......................................................................................		173
5.1.	Введение......................................................................................	173

5.2. Классификация применений ультразвука..................................	174
5.3. Низкая частота — применение высокой
интенсивности.................................................................................	176
5.3.1. Сварка........................................................................................	176
5.3.2. Очистка......................................................................................	179
5.3.3. Расходомеры.............................................................................	184
5.3.4. Пищевая промышленность....................................................	188
5.3.5. Испытания бетона...................................................................	190
5.3.6. Датчик для замеров температуры и давления......................	194
5.3.7. Эхолот........................................................................................	196
5.3.8. Дальномер................................................................................	196
5.4. Высокая частота — применение низкой
интенсивности................................................................................	197
5.4.1. Индикатор уровня (уровнемер)............................................	197
5.4.2. Измерения толщины..............................................................	199
5.4.3. Ультразвуковая микроскопия.....................	201
5.4.4. Голография...............................................................................	205
5.4.5. Интеллектуальная обработка материалов..........................	209
5.4.6. Измерение остаточного напряжения...................................	213
5.5. Заключение.....................................................................................	217
Рекомендуемая литература.................................................................	218
ГЛАВА 6 Ультразвуковое исследование жидких смесей
и растворов.......................................................................................	222
6.1. Введение.........................................................................................	222
6.2. Виды молекулярного взаимодействия.......................................	222
6.3. Ультразвуковое исследование молекулярных
взаимодействий.............................................................................	223
6.4. Подготовка многокомпонентных жидких смесей....................	224
6.4.1. Мольная доля..........................................................................	225
6.4.2. Массовая доля.........................................................................	225
6.4.3. Объемная доля.........................................................................	225
6.5. Методы измерения........................................................................	226
6.5.1. Скорость ультразвука и коэффициент
поглощения.............................................................................	226
6.5.2. Плотность................................................................................	232
6.5.3. Вязкость....................................................................................	232
6.6. Поведение ультразвуковых волн
в чистых жидкостях, смесях и газах.............................................	233
6.6.1. Чистые жидкости и двухкомпонентные смеси..................	233
6.6.2. Газы...........................................................................................	237
6.7. Теории скорости ультразвука в смесях и растворах.................	238
6.7.1. Теория свободного пробега...................................................	238
6.7.2. Теория фактора столкновений..............................................	239

6.73. Соотношение Номото...........................................................	241
6.7.4. Идеальное соотношение смеси............................................	242
6.7.5. Соотношение Джанджи.........................................................	243
6.7.6. Теории термодинамики.........................................................	243
6.7.7. Статистическая теория Флори.............................................	246
6.7.8. Теория взвешенных частиц..................................................	249
6.7.9. Формулировка Хазэйра.........................................................	250
6.8. Акустические параметры, выведенные
из скорости и других данных......................................................	252
6.8.1. Адиабатная сжимаемость.....................................................	252
6.8.2. Акустический импеданс.......................................................	253
6.8.3. Длина межмолекулярного свободного пробега................	253
6.8.4. Молярный объем...................................................................	254
6.8.5. Свободный объем...................................................................	254
6.8.6. Внутреннее давление.............................................................	256
6.8.7. Избыточные величины.........................................................	256
6.8.8. Изоэнтропическая сжимаемость........................................	257
6.8.9. Анализ ошибок.......................................................................	257
6.8.10. Классическое поглощение................................................	258
6.8.11. Избыточная энтальпия.......................................................	258
6.8.12. Свободная энергия активации потока Гибба..................	258
6.8.13. Параметр взаимодействия.................................................	259
6.8.14. Параметры Грюнейзена......................................................	259
6.8.15. Кажущаяся (средняя) молярная сжимаемость...............	260
6.8.16. Кажущийся (средний) мольный объем............................	261
6.9. Обзор ультразвуковых исследований в жидких смесях,
электролитах и полимерных растворах......................................	262
6.9.1. Жидкие смеси........................................................................	262
6.9.2. Растворы электролита...........................................................	270
6.9.3. Полимерные растворы..........................................................	272
6.10. Заключение.................................................................................	274
Рекомендуемая литература...............................................................	274
ГЛАВА 7 Ультразвуковые неразрушающие испытания...........................	284
7.1. Введение........................................................................................	284
7.2. Классификация неразрушающих испытаний..........................	285
7.3. Ультразвуковое тестирование....................................................	286
7.4. Классификация ультразвукового тестирования.....................	289
7.4.1. Импульсный эхо-метод.......................................................	289
7.4.2. Контактный метод................................................................	290
7.4.3. Сквозное прозвучивание....................................................	291
7.4.4. Иммерсионный метод.........................................................	293
7.4.5. Поиск - захват, или тандем.................................................	293
7.4.6. Резонансный метод..............................................................	295

1АЛ. Поверхностные волны............................................................	295
7.5. Разновидности импульсного эхо-метода...................................	296
7.5.1. Контактный метод..................................................................	296
7.5.2. Контроль иммерсионным методом......................................	302
7.6. Дефектоскоп...................................................................................	304
7.6.1. Функции дефектоскопа..........................................................	305
7.6.2. Различные виды сканеров......................................................	310
7.7. Калибровка системы тестирования............................................	314
7.7.1. Наиболее распространенные
калибровочные блоки.............................................................	315
7.7.2. Проверка характеристик дефектоскопа..............................	322
7.7.3. Корректирующие кривые
«расстояние — амплитуда».....................................................	327
7.8. Применение дефектоскопов........................................................	329
7.8.1. Измерение толщины и выявление расслоений
с помощью прямых зондов.....................................................	330
7.8.2. Ультразвуковое обследование сварных
соединений с помощью наклонных зондов........................	336
7.8.3. Ультразвуковое обследование ковки...................................	345
7.8.4. Ультразвуковое обследование литья....................................	349

7.9.Достижения в ультразвуковых неразрушающих испытаниях 353

7.9.1.Метод фокусирования с помощью

синтезированной апертуры...................................................	353
7.9.2. Время пробега дифракционных в о л н .................................	358
7.9.3. Обследование труб в процессе эксплуатации.....................	360
7.9.4. Обнаружение дефектов в сварных соединениях
анизотропных материалов......................................................	367
7.9.5. Ультразвуковая неразрушающая оценка
(NDE) композиционных материалов...................................	373
7.9.6. Ультразвуковое тестирование
с использованием твердых прослоек...................................	375
7.10. Заключение...................................................................................	380
Рекомендуемая литература.................................................................	380
ГЛАВА 8 Определение характеристик материалов.....................................	383
8.1. Введение.........................................................................................	383
8.2. Классификация способов получения
характеристик материалов............................................................	384
8.3. Экспериментальные методы и теория.......................................	385
8.3.1. Подготовка образца................................................................	385
8.3.2. Измерения скорости и затухания.........................................	387
8*3.3. Измерения плотности............................................................	388
8.3.4. Постоянные упругости.......................................................	388

8.4. Использование постоянных упругости
материалов.....................................................................................	390
8.4.1. Изменение модулей упругости
в зависимости от пористости................................................	390
8.4.2. Конструкционные материалы..............................................	396
8.4.3. Стекла.....................................................................................	402
8.4.4. Стекла и стеклокерамика
с высокотемпературной сверхпроводимостью...................	410
8.4.5. Биоактивные стекла..............................................................	414
8.5. Микроструктурная характеристика...........................................	416
8.5.1. Измерения размера зерна ...................................................	416
8.5.2. Рекристаллизация.................................................................	427
8.5.3. Выпадение осадка..................................................................	429
8.6. Оценка механических свойств...................................................	447
8.6.1. Прочность при растяжении
и предел текучести.................................................................	448
8.6.2. Твердость................................................................................	449
8.6.3. Трещиностойкость................................................................	450
8.7. Заключение...................................................................................	451
Рекомендуемая литература................................................................	452
ГЛАВА 9 Ультразвук в медицине..................................................................	460
9.1. Введение........................................................................................	460
9.2. Ультразвук в тканях.....................................................................	462
9.3. Преобразователи для визуализации в медицине......................	464
9.3.1. Зонды с механическим сканированием..............................	466
9.3.2. Матрицы.................................................................................	467
9.3.3. Кольцевые матрицы...............................................................	467
9.3.4. Линейные и криволинейные многоэлементные
зонды........................................................................................	469
9.3.5. Фазированные многоэлементные зонды...........................	470
9.3.6. Гибридные линейно-секторные
трапецеидальные форматы сканирования........................	471
9.4. Инструментарий..........................................................................	472
9.4.1. Обработка сигнала и вывод на экран..................................	473
9.4.2. Обработка передаваемого сигнала......................................	473
9.4.3. Обработка принимаемого сигнала......................................	474
9.4.4. Формирование луча...............................................................	475
9.4.5. Выбор частоты........................................................................	475
9.4.6. Эхо-импульсная визуализация............................................	475
9.5. Различные виды сканеров...........................................................	476
9.5.1. ^-сканирование......................................................................	477
9.5.2. Д-сканирование.....................................................................	477
9.5.3. Сканирование местоположения во времени......................	480

9.5.4. Другие видысканирования.........................................	481
9.6. Применение различных сканеров вмедицине......................	482
9 .6 .1 . Д-сканирование............................................................	482
9.6.2. Сканирование местоположения во времени...................	487
9.7. Заключение.........................................................................	490
Рекомендуемаялитература........................................................	490
ГЛАВА 10 Подводная акустика............................................................	491
10.1. Введение...........................................................................	491
10.2. Основыподводной акустики..............................................	492
1 0 .2 .1 . Физические ихимические свойства.............................	492
10.2.2. Свойствазвука.............................................................	493
10.2.3. Границы.......................................................................	494
10.2.4. Биологические организмы...........................................	496
10.3. Методыисследования........................................................	497
10.4. Классификация инструментов...........................................	499
10.4.1 . Измерениятемпературы...............................................	500
10.4.2. Измерения солености, температуры
и глубины.....................................................................	501
10.4.3. Измерения параметров потока......................................	503
10.4.4. Измерения параметров волны и прилива......................	504
10.4.5. Скорость звука.............................................................	506
10.4.6. Акустическаясистемаизмерения глубины
иуровня моря...............................................................	507
10.4.7. Гидролокатор...............................................................	507
10.4.8. Интегрированная системасбора информации..............	511
10.4.9. Интегрированная системадля подводных
исследований...............................................................	513
10.5. Применение......................................................................	515
10.5.1. Глубинаморя...............................................................	515
10.5.2. Рыбный промысел........................................................	516
10.5.3. Акустическое исследование подводных
месторождений............................................................	517
10.6. Заключение.......................................................................	519
Рекомендуемаялитература........................................................	520
ГЛАВА11 Системыправил, стандарты, спецификации
и процедурыпроведения ультразвуковых
неразрушающихиспытаний.................................................	522
11.1. Введение...........................................................................	522
11.2. Системыправил................................................................	522
11.3. Стандарты.........................................................................	523
11.4. Спецификации..................................................................	523
11.5. Процедуры........................................................................	524

1 / 571 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги