フェーズドアレイ超音波試験: チュートリアル

出典: ゲッティイメージズおよびバーリング臨死体験

医療分野では一般的に超音波と呼ばれるフェーズド アレイ (PA) は、産業用途向けに拡張され、従来の斜角超音波検査 (UT) に急速に取って代わりつつあります。 従来の超音波検査では、0⁰、45⁰、60⁰、70⁰などの固定ビーム角度を持つ単結晶プローブが使用されますが、フェーズドアレイでは、複数の結晶に時間遅延を適用することで、さまざまな角度にわたってビームを掃引します。 この機能により、複数の固定角度プローブではなく、単一のフェーズド アレイ プローブで完全なカバレッジと検査が可能になります。 個々の結晶に適用される時間遅延は、ビームの焦点を合わせて掃引するために数学的に計算されます。 これらは焦点法則と呼ばれます。 従来の複数のプローブの代わりに単一の PA プローブを使用することで、手動および機械式および自動の UT スキャナーを簡素化できます。 従来の超音波に対するフェーズド アレイ超音波検査のもう 1 つの利点は、従来の UT が時間ベースの A スキャン信号を表示するのに対し、フェーズド アレイ UT は検査対象部品の断面を表す扇形画像を表示することです。 扇形イメージは、コンポーネント図面上にプロットする必要がある A スキャン信号に比べて、理解および解釈がはるかに簡単です。 図 1 は、側面に 3 つのドリル穴とノッチを備えたスチール ブロック上に配置されたフェーズド アレイ プローブを示しています。 対応する画像は 3 つの穴を 1:1 の関係で示しており、技術者が理解しやすくなっています。 溶接部やその他の複雑な形状を検査するときにも、同様の表示が見られます。

PAUT は非破壊検査の一般的なアプローチになりつつありますが、ユーザーがこのテクノロジー、その限界、および適用方法を理解することが重要です。

フェーズド アレイの略語:アクティブな絞り、A - アクティブな要素の数 x 要素のサイズ。 要素サイズ - 結晶のサイズ。 F-焦点距離。 f - 周波数（MHz） λ - 波長。 v - 速度; 焦点サイズ = F λ/A

プローブの選択: PA プローブの選択はフェーズド アレイ テストにとって非常に重要です。 プローブ周波数とその有効開口はビームの焦点を定義し、それが画像解像度を定義します。 より高い周波数とより大きな有効開口を備えたプローブでは、より鮮明な焦点とより高い解像度の画像が得られます。 したがって、5 MHz 32 x 1.0 mm プローブは、5 MHz 32 x 0.6 mm または 2 MHz 32 x 1.0 mm プローブよりも高い分解能を持ちます。 また、5MHz 16 x 1.0 mm の焦点サイズは 5MHz 32 x 0.5 mm と同じになります。 どちらも同じ有効口径 16 mm を備えています。

楽器：フェーズドアレイ機器は、プローブの必要なすべての要素にパルスを供給する機能を備えている必要があります。 したがって、32 素子のプローブを完全に使用するには、機器は最小 32:128 である必要があります。 スキャナを使用する場合、機器はエンコーダからの位置情報とともに生データを保存する機能を備えている必要があります。

走査： PAUT 検査は手動モードで行うことも、スキャナーを使用することもできます。 スキャナーは手動式、プッシュプル式、または自動 UT で使用される電動式のいずれかです。 すべてのスキャナには、生データとともに位置情報を保存するためのエンコーダ出力が含まれています。

スキャン範囲:スキャンでは、検査対象のボリュームが 100% カバーされていることが示される必要があります。 カバレッジとは、単にボリュームを音で満たすことを意味するのではなく、音が確実にプローブに反射されることを意味します。 これは、融着の欠如などの平面反射体が予想される場合に重要です。 平面状の傷は鏡のように機能し、入射角に基づいてビームを反射します。

キャリブレーションブロック:コード検査を実施する場合、校正ブロックの曲率と厚さは該当するコードに従っている必要があります。 たとえば、ASME 配管検査を実施する場合、ASME V、第 4 条に規定されているように、直径 20 インチ未満の場合は、校正反射板を備えた湾曲した校正ブロックを使用する必要があります。

参考レベル:この値はゲイン設定を指します。 ゲイン設定は仕様の要求に応じてキャリブレーション反射板で確立され、通常は全画面高さ (FSH) の 80% が得られるように調整されます。 ASME 検査の場合、ゲインは 1 つの角度で 80% FSH を取得するだけでなく、掃引角度範囲と検査範囲全体のすべての角度で 80% FSH が得られるように設定する必要があります。 したがって、掃引角度範囲が 40⁰ ～ 65⁰ の場合、校正では各角度で 80% の FSH が保証され、反射板が音の経路全体をカバーすることが保証される必要があります。 このプロセスは、角度または焦点法則ごとにゲインを調整するキャリブレーション手順に従って行われます。 時間補正ゲイン (TCG) を適用して、サウンドパス範囲全体のゲインを調整します。