В данной работе рассматривается ультразвуковой неразрушающий контроль. Но перед этим необходимо рассматреть природу ультразвуковых волн.

Любые отклонения от положения равновесия, совершаемые материальной точкой под действием какой-либо силы, называют колебаниями. Если при этом движущая сила увеличивается пропорционально отклонению, то такую силу называют упругой, а колебания – упругими или гармоническими.

Гармонический колебательный процесс (рисунок 2) может быть описан выражением , где отклонение ξ, равное расстоянию колеблющейся точки от положения равновесия в произвольный момент времени t, называют смещением или амплитудой, ξ₀ –максимальная амплитуда ее смещения, величину ωt + φ₀, являющуюся аргументом косинуса, называют фазой, а параметр φ₀ – начальной фазой колебания. Совместно с амплитудой ξ₀ начальная фаза φ₀ определяет положение, и скорость колеблющейся точки в начальный момент времени. Параметр  называют круговой частотой (рад/с), в отличие от частоты f, равной числу полных колебаний в одну секунду ( Гц=1/с).

Упругие колебания могут возникать в любой материальной среде. Наличие упругих межмолекулярных связей в среде между частицами позволяет передавать энергию колеблющихся частиц соседним и приводит к тому, что их смещения передаются от одного слоя частиц к другому в различных направлениях.

Процесс распространения колебаний в упругой среде иллюстрируется упрощенной пространственной моделью. Здесь отдельные частицы, из которых, по нашим представлениям, состоит твердое тело, прикреплены к своим местам упругими силами. Если одновременно привести в движение все частицы, расположенные по линии АВ, то сожмут пружины и передадут движение частицам по линии CD. Те в свою очередь передадут движение частицам по линии EF и т.д. Частицы по линии АВ, достигнув максимального смещения вправо, силами упругости (пружинами) будут возвращены в положение равновесия, по инерции пройдут его, достигнув максимального смещения влево, после чего возвратятся обратно. Таким образом, каждый слой материальных частиц будет совершать колебательное движение. Если бы частицы были соединены друг с другом жестко, то все они пришли бы в движение одновременно и находились бы постоянно в одинаковом состоянии движения, т.е. оставались бы в одинаковой фазе. В упругих средах дело обстоит иначе. Для передачи движения нужно некоторое время, и слои, к которым движение дошло позже, отстают по фазе от передних. В то время как частицы какого-либо слоя проходят через положение равновесия при колебаниях справа налево, частицы, расположенные в плоскостях правее, только начинают свой путь направо. Они запаздывают как раз на 1/2 периода колебания. Частицы претерпевают в каждом слое полный цикл колебания, передают свои смещения от слоя к слою слева направо с определенной скоростью возбуждения, так как имеет место запаздывание. Так возникает волна как процесс распространения упругих колебаний в материальной среде. И направление, по которому распространяется максимум энергии волнового движения, обозначают лучом.

В ультразвуковой дефектоскопии различают три типа волн:

Продольные волны ( l – волны), называемые волнами растяжения-сжатия, в которых направление смещения частиц параллельно направлению распространения волны; в этих аволнах существуют зоны повышенного и пониженного давления, обозначенные на рис 2 а, зонами разной густоты частиц;

Поперечные волны ( t- волны), в которых смещение частиц ортогонально направлению распространения волны (рис. 2 б).

Продольные волны могут существовать в любых средах (твердых, жидких, газообразных), в то время как поперечные волны – только в твердых средах, обладающих объемной упругостью.

Рисунок 2 - Типы ультразвуковых волн: а – продольная волна; б – поперечная волна; в – поверхностная волна; - поверхностные волны Рэлея

Поверхностные волны (s – волны) – упругие волны, распространяющиеся вдоль поверхностной, слабо напряженной границы твердового тела; (рисунок 2, в). Разновидность поверхностной волны, которая распространяется на границе «твердая среда – газ», называют волной Релея («R» - волна). Она является комбинацией продольных и поперечных волн, ее частицы в приповерхностном слое совершают колебательные движения по эллиптическим траекториям (рисунок 2, г). Большая ось эллипса при этом перпендикулярна к границе и совпадает с плоским фронтом волны. Входящая в R-волну продольная волна затухает с глубиной быстрее, чем поперечная, и поэтому частицы, совершая колебания, движутся по эллипсам с все большей глубиной и более вытянутым. Полное затухание поверхностной волны происходит на глубине 1-1,5 λ.