Ультразвук представляет собой процесс распространения механических колебаний частиц среды с частотой от 20 кГц до 1000 МГц, сопровождающийся переносом энергии и не сопровождающийся переносом вещества. Отдельные частицы вещества при этом совершают колебания с некоторой амплитудой А (максимальное отклонение от положения равновесия) около своих положений равновесия. Время, за которое совершается полный цикл колебаний называется периодом (Т). Колебательное движение отдельных частиц передается и вызывает ультразвуковые (акустические) волны, благодаря наличию упругих связей между соседними частицами.
В общем случае колебания частиц среды около положения равновесия могут происходить вдоль направления распространения волны, перпендикулярно направлению распространению волны или более сложно.
Волну, в которой колебания отдельных частиц происходят в том же направлении, в котором распространяется волна, называют продольной.. Продольные волны могут распространяться в твердых телах, жидкостях и газах, то есть в любых средах.
Волну, в которой колебания отдельных частиц происходят в направлении, перпендикулярном направлению распространения, называют поперечной или сдвиговой. Поперечные волны могут распространяться только в твердых средах.
Продольные и поперечные волны носят общее название объемных, поскольку могут распространяться внутри (в объеме) вещества.
В твердом теле, кроме продольных и поперечных (объемных), существуют также специфические волны, которые могут распространяться вдоль поверхности – поверхностные волны (волны Рэлея).
Основными характеристиками ультразвука являются скорость распространения (С), длина волны ( l), интенсивность (I), частота (f) и тип волны. Частота это величина обратная периоду (Т) и она показывает, сколько колебаний совершается в единицу времени (секунду). Скорость ультразвуковой волны зависит от физических свойств среды, в которой она распространяется и различна для разных типов волн. Для металлов скорость продольной ультразвуковой волны примерно в два раза больше скорости поперечной ультразвуковой волны.
Длинаволны – это минимальное расстояние между областями, в которых частицы находятся в одинаковом колебательном состоянии (в одной фазе). Длина волны связана с частотойи скоростью соотношением: l = C/f = СТ. Таким образом, можно сказать, что длина волны это расстояние, которое волна проходит за один период.
От длины волны зависит минимальный размер обнаруживаемых дефектов. Основной способ обнаружения дефектов в ультразвуковой дефектоскопии основан на регистрации сигналов, отраженных от дефектов. Если размер дефекта меньше длины волны, то такой дефект волна огибает, отраженного сигнала не возникнет и дефект не обнаруживается. Так для частоты f =2,5 МГц (основная частота используемая в дефектоскопии) при скорости поперечной волны в стали С t=3260 м/с длина волны составит lt= С t/ f= 1,28 мм, а продольной ll =2,36 мм при скорости С l =5900 м/с.
Количество энергии, переносимое волной за единицу времени через единичную площадку перпендикулярную к направлению ее распространения, называют интенсивностью волны ( I). Интенсивность волны I пропорциональна квадрату амплитуды колебаний частиц (I ~ А 2).:
