Ультразвуковой контроль (UT) использует высокую частоту звуковой энергии для проведения обследования и проведения измерений. Ультразвуковой контроль может быть использован для определения / оценки, проведения измерений, свойств материалов и многого другого. Для иллюстрации общего принципа контроля типичная используемая конфигурация эхо – импульсного метода показана ниже.

Типичная ультразвуковая система контроля состоит из нескольких функциональных блоков, таких как генератор / приемник, преобразователь и устройство отображения. Генератор / приемник представляет собой электронное устройство, которое может производить высоковольтные электрические импульсы. Под влиянием генератора, преобразователь генерирует высокую частоту ультразвуковой энергии. Звуковая энергия вводится и распространяется по материалам в виде волн. Когда есть разрыв – несплошность (например, трещины) на пути волны, часть энергии будет отражаться назад от поверхности дефектов. Отраженный акустический сигнал преобразуется в электрический сигнал в преобразователе и отображается на экране. В приложении ниже, зависимость силы отраженного сигнала от времени, от генерации сигнала, до времени когда эхо сигнал был получен. Время пролета сигнала может быть напрямую связано с расстоянием, которое сигнал преодолел. По сигналу иногда могут быть получена, информация о расположении отражателя, размере, ориентации и других особенностях.

Ультразвуковой контроль является очень полезным и универсальным методом неразрушающего контроля. Некоторые из преимуществ ультразвукового контроля, которые часто приводят, включают в себя:

Он чувствителен к поверхностных и подповерхностным несплошностям (разрывам)

• Глубина проникновения для дефектоскопии или измерения превосходит другие методы неразрушающего контроля.

• Только односторонний доступ нужен, когда эхо-метод используется.

• Высокая точность определении позиции отражателя и оценки размера и формы.

• Требуется минимальная подготовка

• Электронное оборудование обеспечивает мгновенный результат.

• Детальные снимки могут быть получены с автоматизированными системами.

• Он имеет и другие назначения, такие как измерение толщины, в дополнение к дефектоскопии.

Как и все методы неразрушающего контроля, ультразвуковой контроль также имеет свои ограничения, к которым относятся:

• Поверхность должна быть доступной для передачи ультразвука.

• Мастерство и обучение более обширно, чем с некоторыми другими методами.

• Как правило, она требует связующую среду для передачи звуковой энергии в испытуемый образец.

• Материалы, которые являются грубыми, неправильной формы, очень мелкие, исключительно тонкие и не однородные, трудно проверить.

• Чугун и другие крупнозернистого материала трудно контролировать из-за низкой передачи звука и высокого шумового сигнала.

• Линейные(плоскостные) дефекты ориентированые параллельно звуковому лучу могут быть не обнаружены

• Соответствие стандартам необходимо для калибровки оборудования и характеристики дефектов.

• Распространение волны

Ультразвуковой контроль основан на изменяющихся во времени деформациях или колебаниях в материалах, которые обычно называют акустическими. Все материалы, вещества состоят из атомов, которые могут быть вынуждены совершать колебательное движение около своего положения равновесия. Много различных моделей колебательного движения существуют на атомном уровне, однако, большинство не имеют отношения к акустике и ультразвукового контроля. Акустика направлена ​​на частицы, которые содержат много атомов, которые движутся в унисон, чтобы производить механическую волну. Когда материал подвержен растяжении или сжатии за его пределом упругости, его отдельные частицы выполняют упругие колебания.  Когда частицы среды смещаются из своих положений равновесия, возникают внутренние (электростатические) силы восстановления. Именно эти упругие силы восстановления между частицами, в сочетании с инерцией частиц, приводят к колебательному движения среды.

В твердых телах звуковые волны могут распространяться в четырех основных режимах, которые основаны на способе колебания частицы. Звук может распространяться как продольные волны, поперечные волны, поверхностные волны, и в тонких материалах как волны в пластинах. Продольные и поперечные волны эти два режима распространения наиболее широко используемы в ультразвуковой дефектоскопии. Движения частиц ответственное за распространения продольных и поперечных волн показано на рисунке ниже.

В продольных волнах, колебания происходят в продольном направлении или в направлении распространения волны. Силы сжатия и растяжения принимают активное участие в этих волнах, их еще называют волны давления или волны сжатия. Они также иногда называют волнами плотности, так как их плотность частиц колеблется при движении. Волны сжатия могут быть получены в жидкости, а также в твердых веществах, так как энергия проходит через атомную структуру серией движений растяжения сжатия.

В поперечной или сдвиговой волны, частицы колеблются под прямым углом или поперек направления распространения. Сдвиговые волны требует акустически твердых материалов для эффективного распространения и, следовательно, плохо распространяються в таких материалах, как жидкости или газы. Сдвиговые волны относительно слабы по сравнению с продольными волнами. На самом деле, сдвиговые волны, как правило, генерируются в материалах, используя некоторую энергию продольных волн.

Типы распространения звуковых волн.

В воздухе звук рапространяется при разряжении - сжатии молекул воздуха в направлении движения. Тем не менее, в твердых телах, молекулы могут поддерживать колебания в других направлениях, следовательно, число различных типов звуковых волн возможно. Волны могут быть охарактеризованы в пространстве колебательными моделями, которые способны сохранять свою форму и распространяется в стабильной форме. Распространение волн часто описывается в терминах которые называются "типы волн".

Как упоминалось ранее, продольные и поперечные (сдвиговые) волны, наиболее часто используются в ультразвуковом контроле. Тем не менее, на поверхности и вблизи поверхности, различные виды эллиптических или сложных колебаний частиц делают возможными другие волны. Некоторые из этих типов волн, таких как волны Рэлея и Лэмба также полезны для ультразвукового контроля.

В таблице ниже приведены многие, но не все из возможных типов волн в твердых телах.

Типы волн в твердых телах	Колебания частиц
Продольный	Параллельно с направлением волны
Поперечных (сдвиговых)	Перпендикулярно к направлению волн
Поверхностные - Рэлея	Эллиптической орбиты - симметричный режим
Волны в тонких пластинах - Лэмба	Компонент перпендикулярно поверхности (экстенсиональной волна)
Волны в тонких пластинах - Лава	Параллельно плоскости слоя перпендикулярно направлению волны
Стоунели (Дырявый волны Рэлея)	Волны распространяются под поверхностью
Sezawa	Антисимметричный режим

Продольные и поперечные волны были рассмотрены на предыдущей странице, так что давайте касаться поверхностных и пластинных волн здесь. Поверхностные (или Рэлеевские) волны распространяются на поверхности относительно толстого твердого материала и проникают на глубину до одной длины волны. Поверхностные волны совмещают продольное и поперечное движение для создания эллиптического движения орбиты, как показано на изображении ниже и в анимации. Большая ось эллипса перпендикулярна к поверхности твердого тела. При увеличении глубины отдельного атома от поверхности , уменьшается ширина эллиптических движений. Поверхностные волны образуются, когда продольная волна пересекает поверхность вблизи второго критического угла, и они распространяются со скоростью от 0,87 и 0,95 от сдвиговой волны. Волны Рэлея полезны, так как они очень чувствительны к поверхностным дефектам (и к другим особенностям поверхности), и они следуют за изгибами поверхности. В связи с этим, волна Рэлея могут быть использованы для проверки областей, в которые другие волны проникают с трудом.

Волны в пластинах похожи на поверхностные волны, кроме того что они могут быть созданы только в материалах толщиной в несколько длин волн. Волны Лэмба наиболее часто используемые волны в пластинах в НК. Волны Лэмба сложные колебательные волны, распространяющиеся параллельно контролируемой поверхности по всей толщине материала. Распространение волн Лэмба зависит от плотности и упругих свойств материала компонента. На них также большое влияние оказывает частота излучения и толщина материала. Волны Лэмба генерируются при угле падения, при котором продольная составляющая скорости волны в источнике (преобразователе) равна скорости волны в испытуемом материале. Волны Лэмба распространяются на несколько метров в стали и поэтому полезны для сканирования пластин, проволоки и труб.

В волнах Лэмба возможны неск типов колебания частиц, но два наиболее распространенных симметричные и асимметричные. Сложное движение частиц похож на эллиптические орбиты для поверхностных волн. Симметричный волны Лэмба двигаются симметричным образом по отношению к средней плоскости пластины. Это иногда называют экстенсиональный тип, поскольку волна "растяжения и сжатия" пластины в направлении движения волны. Волновые движения симметричного типа наиболее эффективно возникающего при возбуждающей силы параллельно пластине. Асимметричный тип волны Лэмба, часто называют "изгибный тип", потому что большая часть движения движется в направлении нормали к пластине, а меньшая часть движение происходит в направлении, параллельном пластине. В этом типе, тело пластины изгибается как две поверхности двигаются в одном направлении.

Генерация волн с использованием как пьезоэлектрических преобразователей и электромагнитных преобразователей акустических (ЭМА), рассматриваются в следующих разделах.