検査工程では、超音波探傷器のほかに、超音波を発信・受信するプローブも重要な役割を果たします。したがって、プローブの性能と探傷プロセス中のプローブの適切な選択は、探傷結果の精度に直接影響します。 。以下では、圧電超音波プローブの分類、機能、選択原理に焦点を当てます。
超音波探傷プローブの分類
9) 特殊プローブ: 一般的なプローブの他に、特殊な条件下や特殊な目的で使用されるプローブもあります。機械式走査スイッチングプローブ、電子走査アレイプローブ、高温プローブ、可変角度プローブ(0〜90°まで調整可能)、磁器ボトル探傷フラットプローブ(縦波)、S型プローブ(横波)など、など
一般的な超音波プローブの共通機能
1) 縦波プローブ: 縦波プローブは通常ストレートプローブと呼ばれ、主に鍛造品、鋳物、棒、板、シャフトなどの検出面に平行な欠陥(気孔、膨れ、介在物、折り目など)を検出するために使用されます。その他の欠陥)の検出等。
2) せん断波斜めプローブ: せん断波斜めプローブは、せん断波検出を使用します。入射角が第一臨界角と第二臨界角の間にあるプローブであり、屈折波は純粋なせん断波です。主に検出面に対して垂直またはある角度から検出する場合に使用されます。これは、溶接部 (溶融の欠如や不完全な溶け込みなど)、パイプ、鍛造品の欠陥 (亀裂、介在物など) を検出するために使用されます。
4) 上昇波プローブ: 上昇波プローブは、上昇波検出を使用するトランスデューサーです。上昇波プローブの角度は75°から83°の間であり、測定対象のワークの厚さ方向に対してほぼ垂直であり、ワークの垂直亀裂に対しては90°に近いため、垂直亀裂の検出感度が良好です。表面粗さの影響を受けにくく、速度が速く、エネルギーが大きく、波長が長い。検出深さは表面波よりも深いです。ワークの表面仕上げ要求は表面粗さよりも緩やかです。表面および表面近くの亀裂の検出に適しています。超音波検査で使用される主なエネルギーは縦波です。
5) 表面波プローブ: 表面波 (レイリー波) プローブは、斜めプローブの特殊なケースです。入射角が特定の角度まで増加し、ワークピース内の横波の屈折角が90°になると、ワークピース内に表面波が生成される可能性があります。ストレートプローブが液体中でワークピースに斜めに入射すると、表面波が発生する場合もあります。表面波のエネルギーは表面下の 2 波長以内に集中するため、表面亀裂の検査感度は高くなります。主に、薄板の探傷、薄肉チューブ、薄肉容器、表面近傍の小さな欠陥の検出など、表面または表面近傍の欠陥の検査に使用されます。待ってください。
6) デュアル エレメント プローブ: デュアル エレメント プローブには、1 つのプローブに 2 つの独立したエレメントが含まれており、スプリット プローブまたは結合デュアル プローブとも呼ばれます。 2 つの圧電チップがプローブ ホルダーに取り付けられています。 1 つのチップが超音波信号を発信し、もう 1 つのチップが超音波信号を受信します。特定のチップを送信するように設計することも、任意のチップに送信するように設計することもできます。
二素子プローブは、入射角αLに応じて、縦波二素子直線プローブと横波二素子斜めプローブに分けられます。デュアルエレメントプローブには、高感度、クラッタが少なく死角領域が小さい、ワークピース内の近接場領域の長さが短い、および調整可能な検出範囲という利点があります。一方で発光し、もう一方で受信するデュアルエレメントプローブの設計は、センサー位置に非常に近い欠陥を検出するのに特に適しています。デュアルエレメントプローブの送信部と受信部の両方に遅延ブロックが装備されているため、この設計により表面付近の欠陥が大幅に排除されます。死角領域は、表面欠陥の検出に非常に役立ちます。二要素プローブは、極薄部品の探傷や超音波厚さ測定において非常に重要な用途を持っています。
超音波探傷プローブの選定のポイント
超音波プローブには性能の異なる多くの種類があります。したがって、超音波探傷対象物の形状、超音波の減衰、技術的要件に応じて、プローブを合理的に選択することが、正しい探傷結果を確保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、プローブ周波数、プローブチップのサイズ、プローブ角度などに反映されます。
一般的には、ワークの形状や欠陥の位置や方向に応じてプローブの形状を選択し、超音波のビーム軸はできる限り欠陥に対して垂直になるようにします。詳細については、上記の一般的な代表的なプローブ機能のセクションを参照してください。
3.2 超音波探傷器のプローブ周波数の選定
超音波探傷の周波数は0.5~15MHzであり、選択範囲が広い。一般に、周波数を選択するときは、次の要素を考慮する必要があります。
1) 超音波探傷の感度は超音波の回折により波長の約 1/2 となります。同じ材質内では超音波の速度は一定であるため、周波数を上げると超音波の波長が短くなり、探傷の感度が高まり、より小さな欠陥を発見するのに役立ちます。
3) 拡散式から、周波数が高く、超音波の波長が短い場合、拡散半値角が小さく、音波ビームの指向性が良く、超音波エネルギーが集中するため有利であることがわかります。欠陥の発見と位置特定が可能であり、定量的精度も高い。
上記の分析から、超音波プローブの周波数が超音波探傷に大きな影響を与えることがわかります。高周波、高い探傷感度と分解能、良好なビーム指向性は探傷に有利です。しかし、周波数が高く、近接場領域が長く、媒質の減衰が大きいため、探傷には不利です。したがって、超音波プローブの周波数を選択する際には、総合的に考慮し、すべての要素を分析し、合理的な選択を行う必要があります。一般的に、探傷感度の要求を前提として、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。鍛造品、圧延品、溶接品など粒子が細かい場合には、より高い周波数のプローブが一般的に使用され、2.5~5.0MHzが一般的に使用されます。 。比較的粒子の粗い鋳物やオーステナイト鋼などのワークピースの場合は、柔らかい低周波プローブ (通常は 0.5 ~ 2.5MHz) を使用する必要があります。そうしないと、周波数が高すぎると、超音波エネルギーが大幅に減衰します。
3.3 超音波探傷プローブのチップサイズの選定
傷面積が大きいワークを検出する場合、探傷効率を高め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。傷の厚さが大きいワークピースを検出する場合、長距離の欠陥を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、欠陥を正確に特定して定量化するには、大きなチッププローブを使用する必要があります。小さな要素プローブを選択します。凹凸のある表面や大きな曲率を持つワークの場合、結合損失を減らすために、小さな素子のプローブを選択する必要があります。
3.4 超音波探傷器のプローブ角度の選定
検査中、超音波ビームの軸は可能な限り欠陥に対して垂直である必要があります。したがって、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探傷条件に基づいて角度を選択する必要があります。適切な角度を選択するには、反射と屈折の法則、および関連する幾何学的知識を使用する必要があります。調査。せん断波検出におけるプローブのK値を例にとると、屈折角は検出感度、音のビーム軸の方向、一次波の音の経路(入射点からの距離)に大きく影響します。下部の反射点まで)。
0.7 または K
1.5、端角の反射率が非常に低いため、検査漏れが発生しやすくなります。
1) Due to the diffraction of ultrasonic waves, the sensitivity of ultrasonic flaw detection is about one-half wavelength. The speed of ultrasonic waves is constant within the same material, so increasing the frequency will shorten the ultrasonic wavelength and increase the sensitivity of flaw detection, which is beneficial to finding smaller defects.
2) High frequency, small pulse width, and high resolution are helpful for distinguishing adjacent defects and improving resolution.
3) From the diffusion formula, it can be seen that if the frequency is high and the ultrasonic wavelength is short, the half-diffusion angle is small, the sound beam directivity is good, and the ultrasonic energy is concentrated, which is beneficial to finding and locating defects, and the quantitative accuracy is high.
4) It can be seen from the formula of the length of the near field area that the frequency is high, the ultrasonic wavelength is short, and the length of the near field area is large, which is detrimental to flaw detection.
5) From the attenuation and absorption formulas, it can be seen that the attenuation of ultrasonic waves increases sharply with the increase of ultrasonic frequency and medium grain size.
From the above analysis, it can be seen that the frequency of the ultrasonic probe has a greater impact on ultrasonic flaw detection. High frequency, high flaw detection sensitivity and resolution, and good beam directivity are beneficial to flaw detection. However, the frequency is high, the near field area is long, and the medium attenuation is large, which is unfavorable for flaw detection. Therefore, when selecting the frequency of the ultrasonic probe, comprehensive considerations should be taken, all factors should be analyzed, and a reasonable selection should be made. Generally speaking, under the premise of flaw detection sensitivity requirements, a probe with a lower frequency should be selected as much as possible; for forgings, rolled parts and welded parts with fine grains, a probe with a higher frequency is generally used, and 2.5-5.0MHz is commonly used. . For workpieces such as castings and austenitic steels with relatively coarse grains, a soft and low-frequency probe should be used, usually 0.5-2.5MHz. Otherwise, if the frequency is too high, the ultrasonic energy will be severely attenuated.
3.3 Selection of ultrasonic flaw detector probe chip size
The shapes of ultrasonic probe chips are generally round and square. The chip size of the probe has a certain impact on the results of ultrasonic flaw detection. The following factors should be mainly considered when selecting
1) Half diffusion angle: According to the diffusion angle formula, as the chip size increases, the half diffusion angle decreases, the beam directivity is good, and the ultrasonic energy is concentrated, which is beneficial to flaw detection.
2) Flaw detection near field area: It can be seen from the near field area length formula that as the chip size increases, the length of the near field area increases, which is detrimental to flaw detection.
3) Large chip size: The radiated ultrasonic energy is strong, the scanning range of the undiffused area of the probe is large, and the ability to detect long-distance defects is enhanced.
When detecting workpieces with a large flaw area, a large chip probe should be used for flaw detection efficiency; when detecting workpieces with a large flaw thickness, a large chip probe should be used in order to find long-distance defects; for small workpieces, in order to locate and quantify defects accurately, a large chip probe should be used. Select a small element probe; for workpieces with uneven surfaces and large curvatures, in order to reduce coupling losses, a small element probe should be selected.
3.4 Selection of ultrasonic flaw detector probe angle
During inspection, the axis of the ultrasonic sound beam should be perpendicular to the defect as much as possible. Therefore, the angle selection should be based on the type and location of defects that may exist in the inspection object and the allowable flaw detection conditions of the workpiece. The law of reflection and refraction and related geometric knowledge should be used to select the appropriate angle. Probe. Taking the K value of the probe in shear wave detection as an example, the refraction angle has a great influence on the detection sensitivity, the direction of the sound beam axis, and the sound path of the primary wave (the distance from the incident point to the bottom reflection point).
For detecting steel workpieces with organic glass angle probes, when β=40° (K=0.84), the sound pressure reciprocating transmittance is high, that is, the detection sensitivity is high. It can be seen from this that when the K value is large, the β value is large, and the sound path of the primary wave is large. Therefore, in actual detection, when the thickness of the workpiece is small, a larger K value should be selected in order to increase the sound path of the primary wave and avoid detection in the near field area. When the thickness of the workpiece is large, a smaller K value should be selected to reduce the attenuation caused by the excessive sound path and facilitate the discovery of defects at greater depths. In weld inspection, it is also necessary to ensure that the main sound beam can scan the entire weld cross section. For single-sided welding roots that are not penetrated, the problem of end-angle reflection must also be considered, and K=0.7~1.5. Because K<0.7 or K1.5, the end-angle reflectivity is very low, which can easily lead to missed inspections.
超音波探傷プローブの分類
- 超音波探傷器で探傷を行う場合、検査対象のワークの形状、材質、大きさ、表面状態、探傷目的、探傷条件の違いにより、異なる形状の超音波プローブを使用する必要があります。超音波プローブは、さまざまな誘導方法に応じてさまざまに分類できます。一般的には次のようなものがあります。
9) 特殊プローブ: 一般的なプローブの他に、特殊な条件下や特殊な目的で使用されるプローブもあります。機械式走査スイッチングプローブ、電子走査アレイプローブ、高温プローブ、可変角度プローブ(0〜90°まで調整可能)、磁器ボトル探傷フラットプローブ(縦波)、S型プローブ(横波)など、など
一般的な超音波プローブの共通機能
1) 縦波プローブ: 縦波プローブは通常ストレートプローブと呼ばれ、主に鍛造品、鋳物、棒、板、シャフトなどの検出面に平行な欠陥(気孔、膨れ、介在物、折り目など)を検出するために使用されます。その他の欠陥)の検出等。
2) せん断波斜めプローブ: せん断波斜めプローブは、せん断波検出を使用します。入射角が第一臨界角と第二臨界角の間にあるプローブであり、屈折波は純粋なせん断波です。主に検出面に対して垂直またはある角度から検出する場合に使用されます。これは、溶接部 (溶融の欠如や不完全な溶け込みなど)、パイプ、鍛造品の欠陥 (亀裂、介在物など) を検出するために使用されます。
4) 上昇波プローブ: 上昇波プローブは、上昇波検出を使用するトランスデューサーです。上昇波プローブの角度は75°から83°の間であり、測定対象のワークの厚さ方向に対してほぼ垂直であり、ワークの垂直亀裂に対しては90°に近いため、垂直亀裂の検出感度が良好です。表面粗さの影響を受けにくく、速度が速く、エネルギーが大きく、波長が長い。検出深さは表面波よりも深いです。ワークの表面仕上げ要求は表面粗さよりも緩やかです。表面および表面近くの亀裂の検出に適しています。超音波検査で使用される主なエネルギーは縦波です。
5) 表面波プローブ: 表面波 (レイリー波) プローブは、斜めプローブの特殊なケースです。入射角が特定の角度まで増加し、ワークピース内の横波の屈折角が90°になると、ワークピース内に表面波が生成される可能性があります。ストレートプローブが液体中でワークピースに斜めに入射すると、表面波が発生する場合もあります。表面波のエネルギーは表面下の 2 波長以内に集中するため、表面亀裂の検査感度は高くなります。主に、薄板の探傷、薄肉チューブ、薄肉容器、表面近傍の小さな欠陥の検出など、表面または表面近傍の欠陥の検査に使用されます。待ってください。
6) デュアル エレメント プローブ: デュアル エレメント プローブには、1 つのプローブに 2 つの独立したエレメントが含まれており、スプリット プローブまたは結合デュアル プローブとも呼ばれます。 2 つの圧電チップがプローブ ホルダーに取り付けられています。 1 つのチップが超音波信号を発信し、もう 1 つのチップが超音波信号を受信します。特定のチップを送信するように設計することも、任意のチップに送信するように設計することもできます。
二素子プローブは、入射角αLに応じて、縦波二素子直線プローブと横波二素子斜めプローブに分けられます。デュアルエレメントプローブには、高感度、クラッタが少なく死角領域が小さい、ワークピース内の近接場領域の長さが短い、および調整可能な検出範囲という利点があります。一方で発光し、もう一方で受信するデュアルエレメントプローブの設計は、センサー位置に非常に近い欠陥を検出するのに特に適しています。デュアルエレメントプローブの送信部と受信部の両方に遅延ブロックが装備されているため、この設計により表面付近の欠陥が大幅に排除されます。死角領域は、表面欠陥の検出に非常に役立ちます。二要素プローブは、極薄部品の探傷や超音波厚さ測定において非常に重要な用途を持っています。
超音波探傷プローブの選定のポイント
超音波プローブには性能の異なる多くの種類があります。したがって、超音波探傷対象物の形状、超音波の減衰、技術的要件に応じて、プローブを合理的に選択することが、正しい探傷結果を確保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、プローブ周波数、プローブチップのサイズ、プローブ角度などに反映されます。
- 3.1 超音波探傷プローブの種類
一般的には、ワークの形状や欠陥の位置や方向に応じてプローブの形状を選択し、超音波のビーム軸はできる限り欠陥に対して垂直になるようにします。詳細については、上記の一般的な代表的なプローブ機能のセクションを参照してください。
3.2 超音波探傷器のプローブ周波数の選定
超音波探傷の周波数は0.5~15MHzであり、選択範囲が広い。一般に、周波数を選択するときは、次の要素を考慮する必要があります。
1) 超音波探傷の感度は超音波の回折により波長の約 1/2 となります。同じ材質内では超音波の速度は一定であるため、周波数を上げると超音波の波長が短くなり、探傷の感度が高まり、より小さな欠陥を発見するのに役立ちます。
3) 拡散式から、周波数が高く、超音波の波長が短い場合、拡散半値角が小さく、音波ビームの指向性が良く、超音波エネルギーが集中するため有利であることがわかります。欠陥の発見と位置特定が可能であり、定量的精度も高い。
上記の分析から、超音波プローブの周波数が超音波探傷に大きな影響を与えることがわかります。高周波、高い探傷感度と分解能、良好なビーム指向性は探傷に有利です。しかし、周波数が高く、近接場領域が長く、媒質の減衰が大きいため、探傷には不利です。したがって、超音波プローブの周波数を選択する際には、総合的に考慮し、すべての要素を分析し、合理的な選択を行う必要があります。一般的に、探傷感度の要求を前提として、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。鍛造品、圧延品、溶接品など粒子が細かい場合には、より高い周波数のプローブが一般的に使用され、2.5~5.0MHzが一般的に使用されます。 。比較的粒子の粗い鋳物やオーステナイト鋼などのワークピースの場合は、柔らかい低周波プローブ (通常は 0.5 ~ 2.5MHz) を使用する必要があります。そうしないと、周波数が高すぎると、超音波エネルギーが大幅に減衰します。
3.3 超音波探傷プローブのチップサイズの選定
- 超音波プローブチップの形状は、円形や四角形が一般的です。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与えます。選択する際には主に次の要素を考慮する必要があります
傷面積が大きいワークを検出する場合、探傷効率を高め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。傷の厚さが大きいワークピースを検出する場合、長距離の欠陥を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、欠陥を正確に特定して定量化するには、大きなチッププローブを使用する必要があります。小さな要素プローブを選択します。凹凸のある表面や大きな曲率を持つワークの場合、結合損失を減らすために、小さな素子のプローブを選択する必要があります。
3.4 超音波探傷器のプローブ角度の選定
検査中、超音波ビームの軸は可能な限り欠陥に対して垂直である必要があります。したがって、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探傷条件に基づいて角度を選択する必要があります。適切な角度を選択するには、反射と屈折の法則、および関連する幾何学的知識を使用する必要があります。調査。せん断波検出におけるプローブのK値を例にとると、屈折角は検出感度、音のビーム軸の方向、一次波の音の経路(入射点からの距離)に大きく影響します。下部の反射点まで)。
0.7 または K
1.5、端角の反射率が非常に低いため、検査漏れが発生しやすくなります。
1) Due to the diffraction of ultrasonic waves, the sensitivity of ultrasonic flaw detection is about one-half wavelength. The speed of ultrasonic waves is constant within the same material, so increasing the frequency will shorten the ultrasonic wavelength and increase the sensitivity of flaw detection, which is beneficial to finding smaller defects.
2) High frequency, small pulse width, and high resolution are helpful for distinguishing adjacent defects and improving resolution.
3) From the diffusion formula, it can be seen that if the frequency is high and the ultrasonic wavelength is short, the half-diffusion angle is small, the sound beam directivity is good, and the ultrasonic energy is concentrated, which is beneficial to finding and locating defects, and the quantitative accuracy is high.
4) It can be seen from the formula of the length of the near field area that the frequency is high, the ultrasonic wavelength is short, and the length of the near field area is large, which is detrimental to flaw detection.
5) From the attenuation and absorption formulas, it can be seen that the attenuation of ultrasonic waves increases sharply with the increase of ultrasonic frequency and medium grain size.
From the above analysis, it can be seen that the frequency of the ultrasonic probe has a greater impact on ultrasonic flaw detection. High frequency, high flaw detection sensitivity and resolution, and good beam directivity are beneficial to flaw detection. However, the frequency is high, the near field area is long, and the medium attenuation is large, which is unfavorable for flaw detection. Therefore, when selecting the frequency of the ultrasonic probe, comprehensive considerations should be taken, all factors should be analyzed, and a reasonable selection should be made. Generally speaking, under the premise of flaw detection sensitivity requirements, a probe with a lower frequency should be selected as much as possible; for forgings, rolled parts and welded parts with fine grains, a probe with a higher frequency is generally used, and 2.5-5.0MHz is commonly used. . For workpieces such as castings and austenitic steels with relatively coarse grains, a soft and low-frequency probe should be used, usually 0.5-2.5MHz. Otherwise, if the frequency is too high, the ultrasonic energy will be severely attenuated.
3.3 Selection of ultrasonic flaw detector probe chip size
The shapes of ultrasonic probe chips are generally round and square. The chip size of the probe has a certain impact on the results of ultrasonic flaw detection. The following factors should be mainly considered when selecting
1) Half diffusion angle: According to the diffusion angle formula, as the chip size increases, the half diffusion angle decreases, the beam directivity is good, and the ultrasonic energy is concentrated, which is beneficial to flaw detection.
2) Flaw detection near field area: It can be seen from the near field area length formula that as the chip size increases, the length of the near field area increases, which is detrimental to flaw detection.
3) Large chip size: The radiated ultrasonic energy is strong, the scanning range of the undiffused area of the probe is large, and the ability to detect long-distance defects is enhanced.
When detecting workpieces with a large flaw area, a large chip probe should be used for flaw detection efficiency; when detecting workpieces with a large flaw thickness, a large chip probe should be used in order to find long-distance defects; for small workpieces, in order to locate and quantify defects accurately, a large chip probe should be used. Select a small element probe; for workpieces with uneven surfaces and large curvatures, in order to reduce coupling losses, a small element probe should be selected.
3.4 Selection of ultrasonic flaw detector probe angle
During inspection, the axis of the ultrasonic sound beam should be perpendicular to the defect as much as possible. Therefore, the angle selection should be based on the type and location of defects that may exist in the inspection object and the allowable flaw detection conditions of the workpiece. The law of reflection and refraction and related geometric knowledge should be used to select the appropriate angle. Probe. Taking the K value of the probe in shear wave detection as an example, the refraction angle has a great influence on the detection sensitivity, the direction of the sound beam axis, and the sound path of the primary wave (the distance from the incident point to the bottom reflection point).
For detecting steel workpieces with organic glass angle probes, when β=40° (K=0.84), the sound pressure reciprocating transmittance is high, that is, the detection sensitivity is high. It can be seen from this that when the K value is large, the β value is large, and the sound path of the primary wave is large. Therefore, in actual detection, when the thickness of the workpiece is small, a larger K value should be selected in order to increase the sound path of the primary wave and avoid detection in the near field area. When the thickness of the workpiece is large, a smaller K value should be selected to reduce the attenuation caused by the excessive sound path and facilitate the discovery of defects at greater depths. In weld inspection, it is also necessary to ensure that the main sound beam can scan the entire weld cross section. For single-sided welding roots that are not penetrated, the problem of end-angle reflection must also be considered, and K=0.7~1.5. Because K<0.7 or K1.5, the end-angle reflectivity is very low, which can easily lead to missed inspections.