О неслышимых звуках - [30]
Надо иметь в виду, что ультразвуковое эхо будет возникать при наличии в детали не только явных изъянов, но также и различных неоднородностей: областей, где металл более рыхлый, или крупных кристаллов, возникших при затвердевании металла, и т. п. На рис. III, в видны большие, правильной формы отметки, соответствующие многократному возвращению эхо-сигнала от дна исследуемой детали. На том же рисунке хорошо видны неправильной формы сигналы, которые возникли благодаря нарушению однородности в структуре металла.
Свободный от всяких дефектов кусок металла состоит из отдельных маленьких кристалликов, крепко спаянных друг с другом, и ультразвуковой дефектоскоп дает возможность по величине «донного» сигнала, как называют сигнал, отраженный от грани, противоположной той, к которой приложен излучатель ультразвука, сделать заключение о размерах этих мельчайших кристалликов.
Такая особенность ультразвукового дефектоскопа очень важна, так как при изготовлении некоторых особенно ответственных деталей может иметь значение размер микрокристалликов, и даже при отсутствии трещин или раковин деталь, изготовленная из крупнозернистого металла, должна быть забракована.
Если размеры кристалликов близки к длине ультразвуковой волны, то деталь будет «не прозрачна» для ультразвука так же, как не прозрачен для света туман, состоящий из мельчайших капелек воды. В этом случае донный сигнал вообще отсутствует.
На рис. 50 изображена зависимость интенсивности прошедших через образец ультразвуковых сигналов от размеров кристаллов. Рядом даны микрофотографии образцов, соответствующих точкам б и в верхней кривой. Ясно видно, что с увеличением размера кристалликов интенсивность прошедших ультразвуковых импульсов уменьшается.
Импульсным дефектоскопом мы можем проверять качество деталей не только в процессе их изготовления, но и тогда, когда они уже являются частью собранной машины или какого-либо сооружения. Так, например, можно проверить качество важных деталей самолета, так называемых лонжеронов, которые представляют собою длинные балки из дюралюминия. Прижав излучатель к одному концу лонжерона, проверяющий конструкцию рабочий внимательно следит за отраженным сигналом. Если дефекты отсутствуют, появится только одно эхо от противоположного конца лонжерона; добавочные же отражения свидетельствуют о наличии брака. Советские исследователи применили этот способ контроля для обнаружения трещин, возникающих иногда в железнодорожных рельсах. Ультразвуковой дефектоскоп настолько точно обнаруживает изъян, что рельс заменяют без дальнейшего исследования. Такой метод ускоряет контроль в 5–6 раз. Им пользуются на железных дорогах Советского Союза.
Обнаружение дефектов с помощью эхо-сигналов имеет один существенный недостаток.
Мы не можем расслышать эхо, отраженное от предметов, расположенных очень близко к нам. Так, если отражающая поверхность, например стена большого дома, находится от нас на расстоянии около 100 метров, то, крикнув короткое слово, мы еще сможем услышать его повторение. Если же произнесем длинное слово, например «баррикада», то ясно услышим в виде эха только конец слова — «ада». Объясняется это тем, что эхо, соответствующее началу слова, вернется к нам еще до того, как мы кончим его произносить, и, смешавшись со звуком нашего голоса, не будет расслышано. Если же препятствие, отражающее звук, расположено еще ближе, мы не услышим четкого эха и конца слова.
Сходные явления наблюдаются и при ультразвуковой дефектоскопии: бывает трудно обнаружить изъяны в каком-либо массивном образце, если они расположены почти у самой поверхности. Промежуток времени, отделяющий посланный и отраженный импульсы, в этом случае очень мал, и отраженный сигнал может прийти до того, как закончился посылаемый. На экране осциллографа изгибы, соответствующие посланному и отраженному сигналам, сольются в этом случае в один общий изгиб. Для преодоления этого затруднения прибегают к устройству так называемой механической задержки.
Механическая задержка, или, что то же самое, механическая линия задержки (рис. 51), представляет собой стержень, помещаемый между излучателем и исследуемой деталью. Таким способом удается увеличить расстояние между излучателем и дефектом, а следовательно, и промежуток времени между посылкой сигнала и приходом эха. С помощью механической задержки можно обнаружить изъяны, расположенные всего в 6 миллиметрах от поверхности.
Механические линии задержки имеют и другое очень интересное применение: они составляют одну из важных частей замечательных счетных машин, построенных в последнее время, машин, быстро выполняющих различные сложные математические вычисления.
В процессе вычисления нам часто приходится «держать в уме» какие-то числа, для того чтобы ввести их в действие, когда это будет необходимо. Нечто подобное должна уметь делать и счетная машина, в которой математические вычисления выполняются в результате последовательных электрических сигналов. Чтобы машина что-либо «держала в уме», необходимо задержать соответствующий электрический сигнал, пока другие сигналы не выполнят необходимых вычислений. Это удается сделать, превратив с помощью кварцевой пластинки электрический сигнал в ультразвук и направив этот последний в линию задержки, представляющую собой в простейшем случае обычную трубочку, наполненную ртутью. На противоположном конце линии задержки ультразвук с помощью второй кварцевой пластинки вновь превращается в электрический сигнал.
