Трансформация УЗ-волн

При контроле сварных швов применяют, как правило, наклонные преобразователи с вводом УЗ-волн под некоторым углом к вертикали. В общем случае при падении продольной волны наклонно под углом β к границе двух твердых сред происходит трансформация (расщепление) этой волны.

Возникают две преломленные волны (продольная C’_l и поперечная C’_t) и две отраженные C_l и C_t.

Углы преломления и отражения зависят от скоростей соответствующих волн в данных средах. Эту зависимость называют законом Снеллиуса.

Записанный только для преломления волн этот закон имеет вид:

Если скорость звука во второй среде выше, чем в первой, то после определенного значения угла отклонение будет сопровождаться трансформацией волны. Чаще всего продольная волна становится поперечной. Это основной принцип широко используемых методов контроля наклонным преобразователем. При увеличении угла падения в первой (медленной) среде, такой как призма или вода, угол преломленной продольной волны во второй (быстрой) среде, такой как металл, также увеличится. По мере того, как угол преломленной продольной волны приближается к 90 градусам, все большая часть энергии волны будет трансформироваться в более медленную поперечную волну, которая будет преломляться согласно закону Снеллиуса. При большем угле падения угол преломления будет 90 градусов, преломленная волна станет полностью поперечной. При еще большем угле падения поперечная волна теоретически будет преломляться под углом 90 градусов, и во второй среде возникнет поверхностная волна.

На изображении ниже показан данный эффект для обычного наклонного преобразователя на образце из стали.