지속적인 신기술의 출현과 검사 장비의 지속적인 업데이트로 인해 초음파 검사 기술은 비파괴 검사의 5대 검사 기술 중 하나로 비파괴 검사에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다.
검사 과정에서는 초음파 탐상기 외에 초음파를 발신하고 수신하는 프로브도 중요한 역할을 합니다. 따라서 결함 탐지 프로세스 중 프로브의 성능과 프로브의 적절한 선택은 결함 탐지 결과의 정확성에 직접적인 영향을 미칩니다. . 다음은 압전 초음파 프로브의 분류, 기능 및 선택 원리에 중점을 둡니다.
초음파 탐상기 프로브의 분류
초음파 탐상기로 탐상을 할 때에는 피시험물의 모양, 재질, 크기, 표면 상태, 탐상 목적, 탐상 조건 등이 다르기 때문에 다양한 형태의 초음파 탐침을 사용해야 합니다. 초음파 프로브는 유도 방법에 따라 다르게 분류될 수 있으며 일반적으로 다음과 같습니다.
1) 파동형별 분류 : 피측정물에서 발생하는 파형에 따라 종파형 프로브, 횡파형 프로브, 판파(램파) 프로브, 상승파형 프로브, 표면파형 프로브로 나눌 수 있다.
2) 결합 방식에 따른 분류 : 프로브와 측정 대상 표면 사이의 결합 방식에 따라 직접 접촉 프로브와 액침 프로브로 나눌 수 있습니다.
3) 입사되는 사운드빔의 방향에 따른 분류 : 입사되는 사운드빔의 방향에 따라 직선형 프로브와 경사형 프로브로 나눌 수 있다.
4) 소자 수에 따른 분류 : 프로브에 포함된 압전 소자의 수에 따라 단결정 프로브, 이중 크리스탈 프로브, 다결정 프로브로 나눌 수 있습니다.
5) 칩 재질에 따른 분류 : 프로브에 포함된 압전 칩의 재질에 따라 일반 압전 칩 프로브와 복합 압전 칩 프로브로 나눌 수 있습니다.
6) 사운드빔 형태에 따른 분류 : 초음파 사운드빔의 집중 여부에 따라 집속형 프로브와 비집속형 프로브로 나눌 수 있다.
7) 스펙트럼에 따른 분류 : 초음파 스펙트럼에 따라 광대역 프로브와 협대역 프로브로 나눌 수 있다.
8) 측정 대상물의 곡률에 따른 분류 : 측정 대상물의 곡률에 따라 플랫 프로브와 곡면 프로브로 나눌 수 있습니다.
9) 특수 프로브 : 일반 프로브 외에 특수한 조건이나 특수 목적으로 사용되는 프로브도 있습니다. 기계식 스캐닝 스위칭 프로브, 전자 스캐닝 어레이 프로브, 고온 프로브, 가변 각도 프로브(0에서 90°0까지 조정 가능), 도자기병 흠집 탐지 평면 프로브(종파) 및 S형 프로브(횡파) 등 등
일반적인 초음파 프로브의 공통 기능
1) 종파 프로브 : 종파 프로브는 일반적으로 직선형 프로브라고하며 주로 단조품, 주조품, 막대, 판, 샤프트 (예 : 기공, 수포, 개재물, 접힘 등) 검출 표면에 평행 한 결함을 검출하는 데 사용됩니다. 및 기타 결함) 검출 등 .
2) 전단파 경사 프로브: 전단파 경사 프로브는 전단파 검출을 사용합니다. 입사각이 첫 번째 임계각과 두 번째 임계각 사이에 있고 굴절파가 순수한 전단파인 프로브입니다. 주로 검출면에 수직 또는 특정 각도에서 검출하는 데 사용됩니다. 용접부(융착부족, 용입부족 등), 파이프, 단조품(균열, 개재물 등)의 결함을 검출하는데 사용됩니다.
3) 종파 경사 프로브: 종파 경사 프로브는 입사각이 제1 임계각보다 작은 프로브이다. 결함 검사를 위해 작은 각도 종파를 사용하거나, 전단파의 감쇠가 너무 큰 경우 종파의 침투 능력이 강한 특성을 이용하여 종파의 경사 입사 검사를 수행하는 것이 목적입니다. 사용시에는 동시에 시료 내 전단파의 간섭에 주의하여야 한다.
4) 상승파 프로브: 상승파 프로브는 상승파 검출을 사용하는 변환기입니다. 클라이밍 웨이브 프로브의 각도는 75a ~ 83a 사이로 측정 대상 공작물의 두께 방향에 거의 수직이고 공작물의 수직 균열과 90a에 가깝기 때문에 수직 균열에 대한 우수한 감지 감도. 표면 거칠기에 민감하지 않고 속도가 빠르고 에너지가 크며 파장이 길다. 탐지 깊이는 표면파보다 깊습니다. 공작물의 표면 조도 요구 사항은 표면 거칠기보다 느슨합니다. 표면 및 표면 근처 균열 감지에 적합합니다. 초음파 검사에 사용되는 주요 에너지는 종파입니다.
5) 표면파 프로브: 표면파(레일리파) 프로브는 경사 프로브의 특별한 경우입니다. 입사각이 일정 각도까지 증가하여 가공물 내 횡파의 굴절각이 90°가 되면 가공물에 표면파가 생성될 수 있습니다. 직선형 프로브가 액체 속에서 공작물에 비스듬히 입사하면 표면파가 생성될 수도 있습니다. 표면파의 에너지가 표면 아래 2파장 내에 집중되어 있기 때문에 표면 균열 검사의 감도가 높습니다. 박판 결함 검출, 벽이 얇은 튜브, 벽이 얇은 용기, 작은 표면 근처 결함 검출과 같은 표면 또는 표면 근처 결함을 검사하는 데 주로 사용됩니다. 잠깐만요. 6) 이중 요소 프로브: 이중 요소 프로브는 하나의 프로브에 두 개의 독립 요소를 포함하며 분할 프로브 또는 결합 이중 프로브라고도 합니다. 두 개의 압전 칩이 프로브 홀더에 설치됩니다. 한 칩은 초음파 신호를 방출하고 다른 칩은 이를 수신합니다. 특정 칩을 전송하도록 설계할 수도 있고, 임의의 칩에 전송하도록 설계할 수도 있습니다.
이중 요소 프로브는 입사각 αL에 따라 종파 이중 요소 직선 프로브와 횡파 이중 요소 경사 프로브로 구분됩니다. 이중 요소 프로브에는 높은 감도, 덜 복잡하고 작은 사각지대, 공작물의 짧은 근거리 영역, 조정 가능한 감지 범위 등의 장점이 있습니다. 한쪽에서 방출하고 다른 쪽에서 받는 이중 요소 프로브의 설계는 센서 위치에 매우 가까운 결함을 감지하는 데 특히 적합합니다. 이중 요소 프로브의 송신 및 수신 부분 모두 지연 블록이 장착되어 있으므로 이 설계는 표면 근처 결함을 크게 제거합니다. 사각지대는 표면 결함을 감지하는 데 매우 유용합니다. 이중 요소 프로브는 초박형 부품 결함 탐지 및 초음파 두께 측정에 매우 중요한 용도로 사용됩니다.
초음파 탐상기 프로브 선정 원칙
성능이 다른 다양한 유형의 초음파 프로브가 있습니다. 따라서 초음파 탐상 물체의 형상, 초음파 감쇠 및 기술적 요구 사항에 따라 합리적인 탐침 선택이 올바른 탐상 결과를 보장하는 기초가 됩니다. 초음파 프로브의 선택은 주로 프로브 유형, 프로브 주파수, 프로브 칩 크기 및 프로브 각도 등에 반영됩니다.
3.1 초음파 탐상 탐침형
일반적으로 프로브의 형태는 가공물의 형상과 결함이 발생할 수 있는 위치와 방향을 고려하여 선택되며, 초음파 빔의 축은 결함과 최대한 직각을 이룬다. 자세한 내용은 위의 일반적인 프로브 기능 섹션을 참조하세요.
3.2 초음파 탐상기 프로브 주파수 선택
초음파 탐상 주파수는 0.5~15MHz이며 선택 범위가 넓습니다. 일반적으로 주파수 선택 시에는 다음과 같은 요소를 고려해야 합니다.
1) 초음파 탐상 감도는 초음파의 회절로 인해 파장의 약 1/2 정도가 됩니다. 초음파의 속도는 동일한 재료 내에서 일정하므로 주파수를 높이면 초음파 파장이 짧아지고 탐상 감도가 높아져 작은 결함을 찾는 데 유리합니다.
2) 고주파, 작은 펄스 폭, 높은 분해능은 인접한 결함을 구별하고 분해능을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
3) 확산식으로부터 주파수가 높고 초음파 파장이 짧을수록 반확산각이 작고, 음빔 지향성이 좋고, 초음파 에너지가 집중되어 유리하다는 것을 알 수 있다 결함을 찾아내는 데 사용되며 정량적 정확도가 높습니다.
4) 근거리 영역의 길이 공식을 보면 주파수는 높고, 초음파 파장은 짧으며, 근거리 영역의 길이가 길어 탐상에 해롭다는 것을 알 수 있다.
5) 감쇠 및 흡수식을 통해 초음파 주파수 및 중간 입자 크기가 증가함에 따라 초음파의 감쇠가 급격하게 증가함을 알 수 있다.
위의 분석에서 초음파 탐침의 주파수가 초음파 탐상에 더 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있습니다. 고주파수, 높은 결함 탐지 감도 및 해상도, 우수한 빔 지향성은 결함 탐지에 도움이 됩니다. 그러나 주파수가 높고 근거리 영역이 길며 중간 감쇠가 크기 때문에 결함 탐지에 적합하지 않습니다. 따라서 초음파 프로브의 주파수를 선택할 때는 포괄적인 고려가 필요하며, 모든 요소를 분석하여 합리적인 선택이 이루어져야 합니다. 일반적으로 결함 탐지 감도 요구 사항을 전제로 하여 가능한 한 낮은 주파수의 프로브를 선택해야 합니다. 단조품, 압연 부품, 미세한 입자가 있는 용접 부품의 경우 일반적으로 더 높은 주파수의 프로브가 사용되며 2.5-5.0MHz가 일반적으로 사용됩니다. . 상대적으로 거친 입자를 가진 주조 및 오스테나이트 강철과 같은 가공물의 경우 일반적으로 0.5-2.5MHz의 부드러운 저주파 프로브를 사용해야 합니다. 그렇지 않으면 주파수가 너무 높으면 초음파 에너지가 심하게 감쇠됩니다.
3.3 초음파 탐상 프로브 칩 크기 선택
초음파 프로브 칩의 모양은 일반적으로 원형과 사각형입니다. 프로브의 칩 크기는 초음파 결함 탐지 결과에 일정한 영향을 미칩니다. 선택 시 다음 요소를 주로 고려해야 합니다.
1) 반확산각 : 확산각 공식에 따르면, 칩 크기가 커질수록 반확산각은 감소하고, 빔 지향성이 좋고, 초음파 에너지가 집중되어 탐상에 유리하다.
2) 결함 검출 근거리 영역: 근거리 영역 길이 공식을 보면 칩 크기가 커질수록 근거리 영역의 길이가 늘어나 결함 검출에 해롭다는 것을 알 수 있습니다.
3) 큰 칩 크기: 방사되는 초음파 에너지가 강하고 프로브의 비확산 영역의 스캐닝 범위가 넓어 장거리 결함 검출 능력이 향상됩니다.
결함 면적이 넓은 공작물을 검출할 때는 결함 검출 효율을 위해 대형 칩 프로브를 사용해야 합니다. 결함 두께가 큰 공작물을 감지할 때 장거리 결함을 찾기 위해 대형 칩 프로브를 사용해야 합니다. 소형 공작물의 경우 결함을 정확하게 찾아 정량화하려면 대형 칩 프로브를 사용해야 합니다. 작은 요소 프로브를 선택하십시오. 표면이 고르지 않고 곡률이 큰 공작물의 경우 커플링 손실을 줄이기 위해 작은 요소 프로브를 선택해야 합니다.
3.4 초음파 탐상기 프로브 각도 선택
검사 시 초음파 사운드빔의 축은 결함 부위와 최대한 직각을 이루어야 합니다. 따라서 검사 대상물에 존재할 수 있는 결함의 종류와 위치, 측정물의 허용 결함 검출 조건을 고려하여 각도를 선택해야 합니다. 반사와 굴절의 법칙 및 관련 기하학적 지식을 활용하여 적절한 각도를 선택해야 합니다. 조사. 전단파 감지에서 프로브의 K 값을 예로 들면, 굴절각은 감지 감도, 사운드 빔 축의 방향, 1차 파동의 사운드 경로(입사점으로부터의 거리)에 큰 영향을 미칩니다. 하단 반사점까지).
