V2500 IAE 航空機 エンジン のブレード根元に対する超音波探傷試験（UT）の例。 ステップ1 ：特殊な ボアスコープ ツール（ビデオプローブ）を使用して、検査対象のブレード の根元にUTプローブを配置します。ステップ2 ：機器の設定を入力します。ステップ3 ：プローブをブレード根元上でスキャンします。この場合、赤い線（またはゲート）を通る指示（データのピーク）はブレードが正常であることを示し、その範囲の左側の指示は亀裂があることを示します。超音波探傷の原理。左：プローブが試験材料に音波を送ります。プローブの最初のパルスによるものと、背面からのエコーによるものの2つの指示があります。右：欠陥があると3つ目の指示が発生し、同時に背面からの指示の振幅が減少します。欠陥の深さは、D / E p の 比率によって決定されます。 超音波探傷試験 （UT ）は、検査対象物または材料内における 超 音波の伝播を利用した非破壊検査 技術の総称です。一般的なUTの用途では、中心周波数が0.1～15MHz、場合によっては50MHzまでの非常に短い超音波パルス波を材料に送信し、内部欠陥を検出したり、材料の特性を評価したりします。一般的な例としては、超音波厚さ測定があり、これは例えば配管の腐食や浸食を監視するために、検査対象物の厚さを測定します。超音波 探傷 試験は、溶接部の欠陥検出にも広く用いられています。
超音波探傷検査は、鋼鉄やその他の金属 ・合金に対してよく行われますが、解像度は劣るものの、コンクリート、木材、複合材料にも使用できます。鉄鋼・アルミニウム建築、冶金、製造、 航空宇宙、 自動車 、その他の輸送 分野など、多くの産業で利用されています。
歴史 固体材料の欠陥を検出するために超音波検査を使用する最初の試みは、1930年代に行われました。[ 1 ] 1940年5月27日、ミシガン大学 の米国人研究者フロイド・ファイアストーン 博士は、最初の実用的な超音波検査方法について米国発明特許を申請しました。この特許は、1942年4月21日に米国特許第2,280,226号として「欠陥検出装置および測定機器」というタイトルで付与されました。このまったく新しい非破壊検査方法に関する特許の最初の2つの段落からの抜粋は、このような超音波検査の基本を簡潔に説明しています。 「私の発明は、材料中の密度または弾性の不均一性を検出するための装置に関するものです。例えば、鋳造品に穴や亀裂がある場合、欠陥が鋳造品内部に完全に存在し、表面に一切露出していなくても、私の装置を用いることで欠陥の存在とその位置を特定することができます。…私の装置の基本的な原理は、検査対象物に高周波振動を送り込み、対象物の表面上の1つまたは複数の地点における直接振動および反射振動の到達時間間隔を測定することにあります。」
当時カリフォルニア州エルセグンドにあったオートメーション・インダストリーズ社のジェームズ・F・マクナルティ（米国無線技師） は、この方法やその他の非破壊検査方法の多くの欠点や限界を早期に改善した人物であり、米国特許第3,260,105号（1962年12月21日出願、1966年7月12日特許付与、「超音波検査装置および方法」）において、超音波検査についてさらに詳細に説明している。「基本的に、超音波検査は、圧電結晶トランスデューサ に超音波周波数の周期的な電気パルスを印加することによって行われる。結晶は超音波周波数で振動し、検査対象物の表面に機械的に結合される。この結合は、トランスデューサと対象物の両方を液体に浸漬するか、油などの薄い液体膜を介して実際に接触させることによって影響を受ける可能性がある。超音波振動は対象物を通過し、遭遇する可能性のある不連続部によって反射される。反射されたエコーパルスは、同じトランスデューサまたは別のトランスデューサによって受信され、電気信号に変換される。」欠陥の存在を示す信号」疲労やクリープ損傷の初期段階における微細構造の特徴を評価するには、より高度な非線形超音波試験を用いる必要がある。これらの非線形手法は、材料中の微細な損傷に遭遇すると、強い超音波が歪むという事実に基づいている。[ 2 ] [ 3 ]
仕組み 建設現場で、技術者が超音波フェーズドアレイ装置を用いて パイプラインの 溶接部 の欠陥検査を行っている。磁気ホイールを備えたフレームからなるこのスキャナーは、バネによってプローブをパイプに接触させた状態に保つ。濡れた部分は超音波カプラントであり、音波がパイプ壁に伝わることを可能にする。 スイングシャフトの非破壊検査でスプラインの 亀裂を確認 超音波検査では、診断装置に接続された超音波トランスデューサを 検査対象物にかざします。通常、浸漬検査のように、トランスデューサはゲル、油、水などのカプラント[ 4 ]によって検査対象物から分離されます [ 1 ] 。ただし、電磁音響トランスデューサ（EMAT） を使用して超音波検査を行う場合は、カプラントの使用は不要です。
超音波波形を受信する方法は、反射と減衰の 2種類があります。反射（またはパルスエコー）モードでは、トランスデューサがパルス波の送信と受信の両方を行い、「音」がデバイスに反射して戻ってきます。反射超音波は、物体の背面壁などの界面、または物体内部の欠陥から発生します。診断装置は、反射の強度を表す振幅と、反射の 到達時間 を表す距離の信号として、これらの結果を表示します。減衰（または透過）モードでは、送信機が超音波を一方の面を通して送信し、別の受信機が媒体を通過してもう一方の面に到達した量を検出します。送信機と受信機の間の空間にある欠陥やその他の条件は、送信される音の量を減少させ、それによってそれらの存在を明らかにします。カプラントを使用すると、表面間の分離による超音波エネルギーの損失が低減されるため、プロセスの効率が向上します。
例 出典: [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
超音波を用いて材料特性を証明する例の一つとして、特定の材料の粒径測定が挙げられます。破壊測定とは異なり、超音波は非破壊的な方法で粒径を測定することを可能にし、検出効率もさらに向上させます。超音波を用いた粒径測定は、超音波速度、減衰、および後方散乱特性を評価することによって実現できます。散乱減衰モデルの理論的基礎は、Stanke、Kino、およびWeaverによって開発されました。
周波数が一定の場合、散乱減衰係数は主に粒径に依存します。Zeng らは、純粋なニオブでは、減衰は粒界散乱を介して粒径と線形相関があることを発見しました。[ 6 ]
特徴
利点 高い浸透力により、部品の奥深くにある欠陥を検出できます。[ 1 ] 高感度で、極めて小さな欠陥も検出できる。[ 1 ] 内部欠陥の深さや平行面を持つ部品の厚さを測定する際の精度が、他の非破壊検査方法よりも高い。 欠陥の大きさ、向き、形状、性質を推定する能力。 音響特性の異なる部品の合金構造を推定する能力。 作業や近隣の作業員にとって無害であり、周辺の設備や資材にも影響を与えません。 携帯型、高度自動化型、または遠隔操作が可能。 結果は即座に得られるため、その場で意思決定を行うことができる。[ 1 ] 検査対象製品の片面のみにアクセスすればよい。[ 1 ]
デメリット 手動操作には、熟練した技術者による細心の注意が必要です。トランスデューサーは、一部の材料の正常な構造、他の試料の許容範囲内の異常（どちらも「ノイズ」と呼ばれます）、および試料の完全性を損なうほど深刻な欠陥の両方を警告します。これらの信号は熟練した技術者によって識別される必要があり、場合によっては他の非破壊検査方法によるフォローアップが必要になります。[ 8 ] 検査手順の開発には、広範な技術的知識が必要である。[ 1 ] 表面仕上げが粗い、形状が不規則、部品が小さい、厚みが薄い、または材料組成が不均一であるといった要因は、試験を困難にする可能性がある。 表面は、洗浄して剥がれかけたスケールや塗料などを除去して準備する必要がありますが、表面に適切に密着している塗料は除去する必要がない場合もあります。 非接触技術を使用しない限り、超音波エネルギーをトランスデューサと検査対象部品の間で効果的に伝達するには、カプラントが必要です[ 1 ] EMAT ）が含まれます。 機器は高価になることがある。[ 1 ] 基準標準と校正が必要です。[ 1 ]
基準 国際標準化機構 （ISO）ISO 2400：非破壊検査－超音波検査－校正ブロック仕様書第1号 （2012年） ISO 7963：非破壊検査－超音波検査－校正ブロックの仕様書第2号 （2006年） ISO 10863：溶接部の非破壊検査 ― 超音波探傷 ― 飛行時間回折法（TOFD）の使用 （2011） ISO 11666：溶接部の非破壊検査－超音波探傷－合格水準 （2010年） ISO 16809：非破壊検査－超音波厚さ測定 （2012年） ISO 16831：非破壊検査－超音波検査－超音波厚さ測定装置の特性評価及び検証 （2012年） ISO 17640：溶接部の非破壊検査－超音波探傷－技術、検査レベル及び評価 （2010年） ISO 22825、溶接部の非破壊検査－超音波探傷－オーステナイト鋼及びニッケル基合金の溶接部の検査 （2012年） ISO 5577：非破壊検査－超音波探傷－用語 （2000年） 欧州標準化委員会 （CEN）EN 583、非破壊検査 - 超音波検査 EN 1330-4、非破壊検査－用語－第4部：超音波検査で使用される用語 EN 12668-1、非破壊検査－超音波探傷装置の特性評価及び検証－第1部：計測機器 EN 12668-2、非破壊検査－超音波探傷装置の特性評価及び検証－第2部：プローブ EN 12668-3、非破壊検査－超音波探傷装置の特性評価及び検証－第3部：複合装置 EN 12680、基礎 - 超音波検査 EN 14127、非破壊検査 - 超音波厚さ測定 （注：CEN規格の一部は、ドイツではDIN ENとして、チェコ共和国ではCSN ENとして採用されています。）
参考文献 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 金属部品の非破壊欠陥検出 Quality誌 2015年8月号 31-32ページ ダン・デブリーズ著↑ Matlack, KH; Kim, J.-Y.; Jacobs, LJ; Qu, J. (2015-03-01). "金属の材料状態判定のための第二高調波発生測定技術のレビュー" (PDF) . Journal of Nondestructive Evaluation 34 (1): 273. doi : 10.1007/s10921-014-0273-5 . hdl : 20.500.11850/103909 . ISSN 0195-9298 . S2CID 39932362 . ↑ Mostavi, Amir; Kamali, Negar; Tehrani, Niloofar; Chi, Sheng-Wei; Ozevin, Didem; Indacochea, J. Ernesto (2017). "アルミニウムの塑性ひずみの評価における超音波信号のウェーブレットベース高調波分解" . Measurement . 106 : 66– 78. Bibcode : 2017Meas..106...66M . doi : 10.1016/j.measurement.2017.04.013 . ↑ https://www.nde-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/EquipmentTrans/Couplant.htmクープラント アイオワ州立大学 - 非破壊検査センター 2021年8月1日取得 ↑ Liu, Yu; Tian, Qiang; Guan, Xuefei (2021年9月). 「フェーズドアレイ超音波減衰を用いた粒度推定」. NDT & E International . 122 102479. doi : 10.1016/j.ndteint.2021.102479 . ISSN 0963-8695 . 1 2 Zeng, Fei; Agnew, Sean R.; Raeisinia, Babak; Myneni, Ganapati R. (2010-03-31). "純ニオブにおける粒界散乱による超音波減衰". Journal of Nondestructive Evaluation . 29 (2): 93– 103. doi : 10.1007/s10921-010-0068-2 . ISSN 0195-9298 . ↑ Stanke, Fred E.; Kino, GS (1984-03-01). "多結晶材料における弾性波伝播の統一理論". The Journal of the Acoustical Society of America . 75 (3): 665– 681. Bibcode : 1984ASAJ...75..665S . doi : 10.1121/1.390577 . ISSN 0001-4966 . ↑ ジェームズ・F・マクナルティによる超音波試験装置および方法に関する米国特許第3,260,105号、第1欄の37～48行目および60～72行目、ならびに第2欄の1～4行目。
さらに読む アルバート・S・バークス、ロバート・E・グリーン・ジュニア（技術編集者）、ポール・マッキンタイア（編集者）。『超音波探傷試験 』第2版。オハイオ州コロンバス ：米国非破壊検査協会 、1991年。ISBN 0-931403-04-9 。 ヨゼフ・クラウトクレーマー、ヘルベルト・クラウトクレーマー。『材料の超音波検査』 第4版、全面改訂版。ベルリン、ニューヨーク：シュプリンガー・フェルラーク、1990年。ISBN 3-540-51231-4 。 JC Drury著『技術者のための超音波探傷法』 第3版、英国：Silverwing Ltd.、2004年。（第1章はWayback Machine オンライン（PDF、61KB）に2006年10月17日にアーカイブされています）を参照）。 非破壊検査ハンドブック、第3版：第7巻、超音波検査。オハイオ州コロンバス：米国非破壊検査協会。 走査型超音波顕微鏡とウェーブレット変換測定による電子機器の欠陥の検出と位置特定、第31巻、第2号、2002年3月、77～91ページ、L. Angrisani、L. Bechou、D. Dallet、P. Daponte、Y. Ousten チャールズ・ヘリアー（2003）。「第7章 - 超音波探傷」。『非破壊検査ハンドブック』 。マグロウヒル。ISBN 978-0-07-028121-9 。
