フェーズドアレイ超音波検査

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フェーズド アレイ超音波検査 (PAUT) は、2000 年代初頭に導入されて以来、着実に従来の超音波検査に取って代わり続けています。 PAUT は、データ収集とデータ分析の両方の点で、従来の UT に比べて大きな利点を提供します。 さらに、PAUT ハードウェアの進歩により、欠陥のサイジングと特性評価を改善するフル マトリックス キャプチャ/トータル フォーカシング法 (FMC/TFM) など、より高度なイメージング技術の開発が行われました。 この記事では、PAUT テクノロジーの概要を示し、従来の UT と比較したその利点を詳しく説明し、その後、次世代の PAUT 検査テクノロジーである FMC/TFM について簡単に説明します。

超音波検査 (UT) は、高周波の機械波を使用して工業用コンポーネントの欠陥を検出します。 欠陥は、超音波が試験片中を伝播するときに反射する材料特性 (剛性および/または密度) の突然の変化として現れます。 UT は放射線写真検査 (RT) の代わりによく使用されます。これは、UT が放射線写真材料の取り扱いを必要とせず、亀裂や融着の欠如などの一般的な溶接欠陥に対してより敏感であるためです。

特別な圧電センサーまたは「プローブ」を使用して、短い超音波パルスが試験片に発射されます。多くの場合、屈折「ウェッジ」を使用してビームを対象領域に向けます。図 1 (上) を参照してください。 入射ビームが傷と相互作用すると、その結果生じる反射は同じ経路に沿ってプローブに戻り、一般に A スキャンと呼ばれる信号を記録します - 図 1 (下)。 A スキャンは、プローブによって検出された反射の強度 (振幅) を、プローブによってパルスが送信されてからの経過時間の関数としてマッピングします。これは、作品内の反射の位置に関連付けることができます。

A スキャンで検出できる反射を引き起こすには、傷がピースを通過する経路上のどこかで超音波ビームと交差する必要があります。 欠陥は検査ボリューム内のどこにでも発生する可能性があるため、ビーム経路が対象領域全体をカバーするように、プローブ/ウェッジを前方 (または後方) に割り出す必要があります。図 2 の正面図を参照してください。このプローブの溶接方向の割り出しは、図 2 (上面図) に示すように、コンポーネントの全長に沿って繰り返す必要があります。 従来の UT 検査は通常手動で行われ、技術者はプローブ/ウェッジが定義されたスキャン パターンに従っていることを確認しながら、同時に UT 機器の A スキャン ディスプレイで傷の反射を監視する必要がありました。 このプロセスは、ピース内に超音波を伝達できるようにカップリングジェルまたはオイルの層を何度も塗布し、再度塗布する必要があるため、さらに複雑になります。 これらの課題が重なると、技術者が重大な欠陥を特定できなくなり、検査の結果が個々の検査担当者の勤勉さに大きく依存する可能性があります。 プローブは手動で操作され、A スキャンはその場で分析されるため、検査データを記録する方法も必要もありません。 したがって、結果として得られる検査記録は、検査中に検出された欠陥の位置を詳細に記したレポートにすぎません。

従来の UT テスト手法は、エンコードされたスキャンを実行することでより堅牢にすることができます。これにより、A スキャンがデジタル化され、各スキャン位置で記録されます。取得後に UT データを分析できるため、検査官は検査員に検査を行わずに結果を適切に精査する時間が与えられます。プローブの操作を心配する必要はありません。 従来の UT プローブ ウェッジを使用してエンコードされたスキャン データを取得するには、対象領域をカバーするためにプローブに物理的にインデックスを付けることができるロボット スキャン システムが必要です。このアプローチは自動 UT または AUT と呼ばれます。 ロボットスキャンシステムは高価であり、現場の状況に適応するのが困難です。 したがって、AUT は伝統的に、新しいパイプライン溶接部の検査や大型船舶の腐食調査など、検査量によってシステムのコストが正当化される生産環境に導入されてきました。