非破壊検査技術とその応用（３）

超音波探傷器の高周波パルス回路は、超音波振動子（プローブ）内の圧電セラミック結晶に高周波パルス発振電流を発生させ、超音波を励振して検査対象物に伝達し、超音波が検査対象物内を伝播する際、音響経路（伝播経路）上に欠陥（異質）が発生した場合に発生します。 （超音波の経路）、界面で反射が発生し、その反射エコーがプローブで受信され、探傷器の受信アンプに入力される高周波パルス電気信号になります。その後、探傷器の表示画面にはエコー音圧に比例したエコー波形（グラフィック）が表示されます。のサイズ 線形圧電管は 、表示されたエコーの振幅に応じて推定でき、表示画面上の水平線は媒体内の超音波の伝播時間（距離）に比例するように調整でき（一般に「キャリブレーション」として知られています）、表示画面の水平走査線上のエコーの位置に基づいてワークピース内の欠陥の位置を決定できます。水平走査線上のワークピースの底部エコーの位置を使用して、ワークピースの厚さを決定することもできます。超音波が占める空間は超音波場と呼ばれ、これには近距離場（N は近距離場の長さ）と遠距離場が含まれます。ニアフィールド領域の音圧分布は均一ではなく、ファーフィールド領域の音圧は距離が増すにつれて単調に変化する。近接場領域の長さは、トランスデューサウェハの直径と超音波の波長に関係し、近接場領域の超音波ビームは、近接場領域の端、すなわち、近接場領域から遠方場領域への移行点で収束する。ビーム径は最も小さくなります（したがって、この点は自然焦点とも呼ばれます）。ファーフィールドに入ると、ビームは特定の角度で発散します。

 ビームエッジの傾きは半拡散角で表され、ビームの半拡散角は同じです。それはウェーハ直径に関係します。 圧電セラミックディスク水晶 振動子と超音波の波長。したがって、超音波検出では、エコーの振幅に応じて欠陥サイズを評価するために、検査対象のワークピースのサイズが小さく、近接場領域の範囲にある場合、通常、比較評価用の基準比較試験ブロックを使用する必要があり、基準試験ブロックの材料、音響特性は試験対象と同一または類似である必要があり、既知のサイズの特定の人工反射体（平底穴、横穴、柱穴、溝など）を含む必要があります。その過程（超音波伝播経路）の反射体エコーの振幅を比較し、人工反射体の大きさで表される欠陥相当の大きさを求めます。

 遠方界検出では、ワークが大きいため、事前に対応するサイズの試験片を用意することが難しく、持ち運びや使用が不便です。遠方界の音圧は距離の増加とともに単調に変化するという事実を考慮すると、さまざまな人工反射体のエコー音圧変化は規則的に規定されているため、距離-振幅曲線は計算または事前測定によって計算できます。 （AVG 法または DGS 法と呼ばれます）検出感度を決定し、欠陥の等価サイズを評価します。超音波検査で評価される欠陥のサイズが等しいとは、欠陥のエコー振幅が特定のサイズの人工反射体のエコー振幅と同じであることを意味しますが、欠陥の実際のサイズは標準の人工反射体のサイズと同じではないことに注意する必要があります。欠陥のエコーの振幅は、検査対象のワークの材質や欠陥自体の性質、大きさ、形状、向き、表面状態などのさまざまな要因に影響され、超音波の自己特性にも関係するため、「等価」が導入されます。かなりの量という概念は、欠陥のサイズの測定として使用されます。例えば、超音波検査で、ある位置に直径Φ2mmの平底穴の欠陥があったとします。これは、その欠陥のエコー振幅は、ワークの同じ位置にある直径Φ2mmの平底穴であることを意味します（平底穴の底面はエコービーム軸が垂直であり、同軸エコー振幅は同じですが、欠陥の実際の面積サイズは、直径Φ2mmの平底穴の底表面積よりも大きいことがよくあります）。さらに、超音波検査の結果によると、欠陥の性質を判断するための（定性的）問題は十分に解決されておらず、現在は主に検査者の実際の経験、技術レベル、検査対象のワークの材料特性、加工特性、条件などに依存しています。攻撃を検出するための超音波パルス反射法の一般的な手順を理解してください。

(1) 超音波検出面の選択 ・超音波ビームをワークの欠陥の延びる方向に対して垂直、または欠陥面に対して垂直に照射すると最も良好な反射が得られ、欠陥検出率が最も高くなります。したがって、検査対象のワークにおいて、欠陥が存在すると考えられる方向に対して超音波ビームができるだけ垂直になるようなワークの表面が検出面として選択される。右図は一般的なワークの超音波検査面を示しています。

表面要件の検出方法

接触式縦波検出 ≦3.2μm
水浸による縦波検出 ≦6.3μm
接触式横波検出 ≦3.2μm
接触式ファーリー波（表面波）検出 ≦0.8μm
接触式フランジ波（板波）検出 ≦1.6μm

試験片の表面が試験要件を満たしていない場合は、特別な表面処理を実行するか、特別な修復措置（特別な結合方法や感度補正など）を講じる必要があります。

結合方法の決定 ・超音波プローブと検査対象物の間に空気があると、超音波が反射して検査対象物に入射できなくなります。したがって、両者の間にはカップリング媒体が必要であり、カップリング方法により、超音波プローブをワーク検出面に直接接触させる接触方式と、カップリング剤として油、変圧器油、グリース、グリセリン、水ガラス（ケイ酸ナトリウムNa2SiO3）や工業用接着剤、化学ペーストなどが使用されたり、市販されている場合があります。超音波検査用の特殊カップリング剤です。水浸法 - ある程度の厚みがある 圧電セラミックスがリングされています。 超音波プローブとワーク検出面の間には水の層の厚さはワークの厚さ、材料の音速、検査要件によって異なりますが、水質は泡や不純物が含まれていない清浄な状態でなければならず、それらはワークを濡らす性質があります。 

温度は検査対象のワークピースと同じである必要があります。そうでない場合、超音波検査への干渉が大きくなります。超音波検査で使用される主な結合方法は、接触方式と水浸方式の 2 つです。また、ウォーターギャップ方式、ウォータージェットカラム方式、オーバーフロー方式、カーペット方式、ローラー方式などの特殊な接続方式もございます。 (4) 適切な超音波探傷器、超音波プローブ、基準標準試験ブロック（または計算方法や距離振幅曲線、AVG または DGS 曲線などを使用した計算プログラム、および試験校正（時間ベースライン補正、初期感度設定など）前の機器の選択）、試験条件の準備 (5) 検査スキャン - 検査対象のワークの検査面上で超音波プローブをスキャンし、超音波ビームが検査対象のすべての領域をカバーしていることを確認します。 (6) 欠陥評価 - 検出された欠陥 (ワークピース内の欠陥の深さと水平位置)、定量的 (欠陥のサイズ、面積、長さ) をマークし、必要に応じて欠陥の性質または種類を決定します。 (7) 記録と判定 - 試験結果を記録し、技術的条件と合格基準に従って試験が適格であるかどうかを判断し、試験結果を導き出します。上記は、超音波パルス反射検出の最も基本的な手順であり、実際の製品検査では、特定の検査仕様または試験手順の要件に従って検査を実行する必要があり、工業用超音波厚さ計だけでなく、厚さ測定、魚探、水中ソナーなどの他の分野でも超音波検査で最も広く使用されています。超音波の反射特性は測深、海底地形・地質の構造検出、医療用超音波診断などに幅広く利用されています。