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非破壊検査技術とその応用(1)

ビュー: 0     著者: サイト編集者 公開時間: 2019-09-20 起源: サイト

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音波は人間の耳で感じることができる縦波の一種です。周波数範囲は16Hz〜2KHzです。音波の周波数が16Hzより低い場合を超低周波といい、2kHzより高い場合を超音波といいます。一般に、音波は2kHzから25MHzの範囲の周波数を持ち、超音波と呼ばれます。弾性媒体内の機械的振動源によって励起される機械的振動波です。その本質は、振動エネルギーを応力波の形で伝達することです。必要な条件は、振動源と機械的振動を伝達できる弾性媒体(実際にはほとんどすべての気体、液体、固体を含む)が物体の内部に浸透し、物体を通過できることです。のさまざまな伝播特性を使用して、 物体内の圧電セラミックトランスデューサは 、反射と屈折、回折と散乱、減衰、共振、音速など、多くの物体のサイズ、表面や内部の欠陥、組織の変化などを検出することが可能であり、アプリケーションです。最も広範囲かつ重要な非破壊検査技術は超音波検査技術です。例えば、医療用超音波診断(B超音波など)、海洋ソナー、魚探、海底地形、海洋測深、地質構造検出、工業用材料や製品の欠陥検出、硬度測定、厚さ測定、微細構造評価、コンクリート成分検査、圧電セラミックスの水分測定、気体媒体の物性分析、密度測定など。
 
超音波には次のような特徴があります。
固体と固溶体。
2) 超音波は非常に強いエネルギーを伝達します。
3) 超音波は反射、干渉、重ね合わせ、共鳴を引き起こします。 4) 超音波が液体媒体中を伝播するとき、一定レベルの音響パワーに達すると、液体中の物体の界面に強い衝撃が生じる可能性があります (「キャビテーション現象」に基づく)。これにより、「パワー超音波応用」技術が生まれます。たとえば、「超音波洗浄」、「超音波穴あけ」、「超音波バリ取り」(総称して「超音波」と呼びます)また、高出力の超音波の振動によるプラスチックなどの材料の「超音波溶着」にも使用できます。
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産業用非破壊検査技術に応用される超音波検査(UT)は、NDT技術の中で最も急速に成長し、最も広く使用されている非破壊検査技術であり、非常に重要な役割を果たしています。超音波探傷技術において、主に結晶の圧電効果を利用した超音波の発生と受信に用いられる方式。 圧電セラミックス円板 結晶(水晶、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電セラミックスなど)。作用により変形が生じると、電気現象、つまり電荷分布が変化します(正の圧電効果)。逆に、圧電結晶に電荷が加えられると、圧電セラミック結晶は歪み、つまり弾性変形します。 (逆圧電効果)。このため、圧電性結晶を用いて超音波振動子(プローブ)を作製し、高周波電気パルスを入力すると、同じ周波数の超音波を発生して検査対象物に照射し、超音波を受信する際には同じ周波数を発生する。高周波電気信号はディスプレイの検出に使用されます。圧電効果の使用に加えて、場合によっては、磁歪効果 (磁化中に強力な磁性材料が変形する現象。振動源またはひずみ測定に使用できます) や電気力学的方法 (たとえば、この章で後述する電磁音響法や渦音法など) が使用されます。


超音波が弾性媒質中を伝播する場合、媒質の支点の振動パターンと超音波の伝播方向との関係により、超音波は以下の種類に分類されます。


(1) 縦波(L波、粗密波、疎波とも呼ばれます) ・縦波の特徴は、音媒質の粒子の振動方向が超音波の伝播方向と同じであることです(右図参照)。


(2)せん断波(S波ともいう、横波ともいう、T波ともいう、せん断波またはせん断波ともいう) ・横波の特徴は音媒質の粒子の振動方向と超音波の伝播方向である。像点の振動面と超音波の伝播方向との関係は、さらに垂直偏波横波(産業用超音波検査で最も一般的に使用される横波であるSV波)と水平偏波(ラブ波、リボとも呼ばれるSH波は、実際には地震波の振動モード)に分けられます。


縦波プローブのセンサーロッドの一端は質量の大きな剛体で固定され、もう一端にはダイヤモンドが埋め込まれています。圧子が試験片に接触していない場合(左a)、圧子は自由な状態になります。縦振動が形成された後、センサーロッドの固定端が振動の波の節となり、先端が最大振幅により振動の腹となるため、ロッドの長さは振動波長の1/4に等しく、周波数はセンサーが自由状態での共振周波数となります。センサー先端が試験片と大質量剛体で完全にクランプされたとき、センサーロッドの両端が振動波の節となり、ロッドの長さは振動波長の1/2に等しく、このときの共振周波数は圧子先端が自由状態の初期周波数の2倍となるのが理想的です。


とき 圧電セラミックス を試験片に押し付ける場合、通常は上記の間にあります。一定荷重下において、同じ弾性率の試験片の場合、試験片の硬度が低いほど、圧子とその表面との接触面積が大きくなり、センサロッドの圧子端のクランプ度合いが大きくなり、端の振動振幅が小さくなり、対応する振動の腹点がロッドの固定端側に移動します。したがって、振動波長が短いほどロッドの共振周波数は高くなります。センサーロッドの共振周波数の変化を測定することで試験片の硬さを知ることができます。試験片の弾性率は接触面積、つまりセンサーバーの共振周波数の変化にも影響します。したがって、超音波硬さ試験法は比較測定法であり、同一の弾性率を有する試験片を校正用試験片として使用し、その影響を排除する必要がある。プローブ内には磁歪効果を備えたセンサーロッドがあり、一端は鋼製シリンダーに溶接されています。シリンダーはセンサーよりもはるかに大きく、もう一端には136個のダイヤモンドピラミッド圧子が取り付けられています。励起コイルはセンサーロッドの周りにあり、圧電結晶片はセンサーロッドとシリンダーの接合部近くに固定されています。


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