超音波探傷に使用するプローブの分類、機能、選択原理
1. 超音波プローブの分類:
超音波探傷では、被検査物の形状や材質、探傷目的、探傷条件などにより、さまざまなプローブが必要となります。 超音波プローブは誘導方法によって分類でき、一般的には次の種類があります。
1) 検出されたワークに発生する波の種類により、縦波プローブ、横波プローブ、板波（ラム波）プローブ、クリーピング波プローブ、表面波プローブに分けることができます。
2) 入射音ビームの方向により、直線プローブと斜めプローブに分けることができます。
3) プローブと試験対象物の表面の結合モードに応じて、コンタクトプローブと液浸プローブに分けることができます。
4) プローブの圧電ウエハーの材質に応じて、通常の圧電ウエハープローブと複合圧電ウエハープローブに分けることができます。
5) プローブ内の圧電ウエハーの数に応じて、単結晶プローブ、二重結晶プローブ、多結晶プローブに分けることができます。
6) 超音波ビームが集束できるかどうかに応じて、集束プローブと非集束プローブに分けられます。
7) 超音波周波数スペクトルによると、広帯域プローブと狭帯域プローブに分けることができます。
8) 一致する検出ワークの曲率に応じて、フラットプローブとカーブプローブに分けることができます。
9) 特別なプローブ。 一般的なプローブの他に、特殊な条件下で特殊な用途に使用されるプローブもあります。
2. 一般的な代表的なプローブの役割
1) 縦波プローブは通常ストレートプローブと呼ばれ、主に板、鋳造、鍛造などの検出面に平行な欠陥を検出するために使用されます。
2) せん断波傾斜プローブは、せん断波検出を使用します。 入射角は第 1 臨界角と第 2 臨界角の間にあり、屈折波は純粋な横波です。 これは主に、検出面に対して垂直または特定の角度で欠陥を検出するために使用されます。 溶接、パイプ、鍛造品の検査に使用されます。
３）縦波斜めプローブは、入射角が第１臨界角より小さいプローブである。 目的は、欠陥検査に小角度の縦波を使用するか、横波の減衰が大きすぎる場合、強い縦波の透過特性を使用して縦波の斜め入射検査を行うことです。 使用する際は、試料内の横波干渉の存在に注意してください。
4) クリーピング波プローブ。 クリーピング波の角度は、検査対象ワークの厚み方向に対してほぼ垂直な75°～83°であり、ワークの縦割れに対しては90°に近いため、縦割れの検出感度が良いワークの検出感度が良好です。 表面粗さの要件は高くなく、表面および表面付近の亀裂の検出に適しています。
5) 表面波 (レイリー波) プローブの入射角は、レイリー波が発生する臨界角に近い必要があり、通常は第 2 臨界角よりもわずかに大きくなければなりません。 表面波のエネルギーは表面から2波長以内に集中するため、表面クラックの検査感度は非常に高く、表面または表面近傍の欠陥を主に検査します。
6) デュアル クリスタル プローブ。 デュアル クリスタル プローブは、2 つの圧電ウエハーを備えており、1 つは超音波の送信に使用され、もう 1 つは超音波の受信に使用されます。 入射角αLの違いにより、縦波デュアルクリスタルストレートプローブと横波デュアルクリスタル斜めプローブに分けられます。 デュアル クリスタル プローブには、次のような利点があります。高感度、クラッタが少なく、ブラインド エリアが小さく、ワークピース内の近接場の長さが短く、検出範囲が調整可能です。 デュアル クリスタル プローブは、主に表面近傍の欠陥を検出するために使用されます。
3. 超音波探傷におけるプローブの選択原理
超音波プローブには、性能の異なる多くのタイプがあります。 したがって、超音波探傷対象物の形状、超音波減衰および技術的要件に応じて、プローブを適切に選択することが、正確で信頼性の高い探傷結果を保証するための基礎となります。 超音波プローブの選択は、主にプローブの種類、プローブの周波数、プローブ チップのサイズ、プローブの角度などに反映されます。
3.1 プローブの種類
一般的に、探触子の形状は、ワークの形状や発生する欠陥の位置や方向に応じて選択し、超音波ビーム軸が欠陥に対して垂直になるようにします。 詳細は、上記一般的な代表プローブの機能編をご覧ください。
3.2 プローブ頻度
超音波探傷周波数は0.5～15MHzで、選択範囲は比較的広い。 一般に、周波数を選択する際には、次の要素を考慮する必要があります。
1) 超音波の回折により、超音波探傷の感度は波長の半分程度です。 同じ材質でも超音波の速度は一定なので、周波数を上げると超音波の波長が短くなり、検出感度が向上し、より小さな欠陥を見つけるのに役立ちます。
2) 周波数が高く、パルス幅が小さく、解像度が高いため、隣接する欠陥を識別し、解像度を向上させるのに役立ちます。
3) 拡散式から、周波数が高い場合、超音波長が短く、半拡散角が小さく、音波ビームの指向性がよく、超音波エネルギーが集中し、高い定量精度で欠陥を特定します。
4) ニアフィールドゾーンの長さの式から、高周波、超音波の長さ、およびニアフィールドゾーンの長さが探傷に不利であることがわかります。
5) 減衰と吸収の式から、超音波の減衰は、超音波周波数と中程度の粒子サイズの増加とともに急激に増加することがわかります。
以上の分析により、超音波探傷では周波数の影響が大きく、周波数が高く、探傷感度と分解能が高く、ビーム指向性が良好で、探傷に有利であることがわかります。 ただし、高周波、長い近接場領域、および大きな媒体減衰は、探傷には適していません。 したがって、プローブ頻度を選択するときは、さまざまな要因の包括的な分析と合理的な選択を総合的に考慮する必要があります。 一般に、探傷感度の要求を満たすことを前提として、できるだけ周波数の低いプローブを選択する必要があります。 より細かい粒子の鍛造品、圧延部品、溶接部品の場合、通常は 2.5 ～ 5.0 MHz のより高い周波数のプローブが選択されます。 粒子の粗い鋳物、オーステナイト鋼、その他のワークピースには、通常 0.5 ~ 2.5MHz の柔らかい低周波プローブを使用する必要があります。
3.3 プローブチップサイズ
プローブウエハーの形状は、一般的には円形および正方形である。 プローブのチップサイズは、超音波探傷の結果に一定の影響を及ぼします。 選択する際には、次の要素を考慮する必要があります。
1) 半拡散角。 拡散角の公式から、ウェーハサイズの増加、半拡散角の減少、良好なビーム指向性、および超音波エネルギーの集中が探傷に有利であることがわかります。
2) 近接場領域の欠陥検出。 ニアフィールドゾーンの長さの式から、ウェーハのサイズの増加とニアフィールドゾーンの長さの増加は探傷に適さないことがわかります。
3) チップサイズが大きく、放射される超音波エネルギーが強く、プローブGG #39;の非拡散領域の走査範囲が大きく、長距離欠陥の発見能力が向上します。
探傷面積が大きいワークの場合、探傷効率を上げるためには大型のチッププローブを使用する必要があります。 厚いワークを検出する場合は、長距離の欠陥を効果的に見つけるために大きなチッププローブを使用する必要があります。 小さなワークピースの場合、欠陥の位置を改善するために 定量精度のために、小さなチッププローブを使用する必要があります。 表面が凸凹で曲率が大きいワークの場合は、結合損失を減らすために小さなチップ プローブを使用する必要があります。
3.4 角度
検査では、超音波ビーム軸が欠陥に対してできるだけ垂直になるようにします。 したがって、角度の選択は、検査対象物に存在する可能性のある欠陥の種類と位置、およびワークの許容される検出条件に基づいて行われるべきです。 反射と屈折の法則、および関連する幾何学的知識を使用して、適切な角度を選択します。 調査。 たとえば、横波検出におけるプローブの K 値を考えると、屈折角は検出感度、音響ビーム軸の方向、一次波の音道 (入射点からの距離) に大きな影響を与えます。下の反射点まで）。 プレキシガラス傾斜プローブによる鋼ワークの検出では、β=40°(K=0.84)のとき、音圧往復透過率が最も高く、つまり検出感度が最も高くなります。 K値が大きく、β値が大きく、一次波の音道が大きくなっていることが分かります。 したがって、実際の検出においては、ワークの厚みが薄い場合には、K値を大きくして一次波の音道を長くし、近距離領域での検出を避ける必要があります。 ワークの厚みが大きい場合は、過度な音の経路による減衰を減らすために小さな K 値を選択する必要があり、深いところの欠陥を見つけるのに便利です。 溶接検査では、主音響ビームが溶接部全体をスキャンできることも必要です。 溶け込みのない片面溶接ルートの場合、端角反射の問題を考慮する必要があります。 K=0.7～1.5、K<0.7またはk>1.5であるため、端面角度反射率が非常に低く、検査ミスを起こしやすい。
