電力業界における超音波検査について理解する

非破壊検査 (NDT) とは、プロセス中にコンポーネントに損傷を与えることなく、材料の完全性と実用性を保証するための材料の検査を指します。 検査官が使用する非破壊検査方法にはさまざまなものがありますが、エネルギー業界で最も頻繁に使用される技術の 1 つは超音波検査です。

超音波検査 (UT) は、海軍のソナーと同じ原理を使用します。 「音声航法読み取り」の頭字語として生まれたソナーという用語は、水を通過して物体に当たると、音の一部が潜水艦に反射し、物体までの距離を測定します。

第二次世界大戦前、ソナーは初期の超音波検査官にこの概念を他の用途に適用する方法を模索させるきっかけを与えました。 1929 年には金属物体の検出に超音波を使用する研究が行われていました。 1940 年代までに、検査官は単一素子のアナログ パルス エコー プローブを使用する超音波技術を開発しました。

アナログ技術では、UT 検出器マシンからの電気インパルスを圧電的に機械的な音波に変換する単一素子の超音波トランスデューサー (プローブ) を使用して、音がコンポーネント部品に導入されます。 トランスデューサーは、音をブラウン管に表示できる電気インパルスに戻すことによって再変換します。 接触媒質と呼ばれる液体またはゲルは、部品に音を伝達するために使用されます。 工業用検査で使用される最も一般的なタイプの音波は、縦方向 (直線) ビーム波と横方向 (角度) ビーム波で、UT 周波数は 1 MHz ～ 10 MHz です。

ストレートビーム。検査員が直線ビーム (図 1) 波を使用すると、縦波が部品を通して送信されます。 距離があるため、音が内部の反射板に当たると、その音は部品の後壁から戻ってくる音よりも早くトランスデューサーに伝わります。

1. アナログストレートビーム技術。 提供: 米国非破壊検査協会 (ASNT)

アングルビーム。斜角検査では、同じタイプのトランスデューサが使用されますが、角度を付けたウェッジに取り付けられ、音響ビームを既知の角度で部品に送信します。 たとえば、斜角探触子とウェッジの組み合わせが溶接部に向かって前後に移動するため、音響ビームが溶接部を通過します。 直線ビームの場合と同様に、音響ビームに対してほぼ垂直に配置された反射板が音響をトランスデューサーに送り返します。 これは UT 検出器の画面に表示されます。

進歩する非破壊検査 (NDT) 業界では、ますますデジタル テクノロジーが台頭する傾向が見られます。

フェーズドアレイ。一般的なデジタル技術であるフェーズド アレイ超音波検査 (PAUT、図 2) では、個別に起動できる複数の要素を備えたトランスデューサーを使用して、検査員が音響ビームを操作できるようにします。 結果として得られるデータは、検査された部品の視覚的な画像を形成します。

2. 超音波検査 (UT) とフェーズドアレイ超音波検査 (PAUT) 技術の比較。 提供: ASNT

PAUT を使用すると、ビームはコンポーネントを適切な角度でマッピングできます。 このプロセスにより、複雑な形状の検査が簡素化されます。 トランスデューサの設置面積が小さく、プローブを移動させずにビームを掃引できるため、アクセスが制限されているコンポーネントの検査に役立ちます。 このタイプの部分スキャンは、溶接検査では一般的です。 単一のプローブを使用して複数の角度で溶接をテストできるため、探傷の可能性が高まります。

電子集束により、予想される欠陥位置でのビームの形状とサイズを最適化できます。 焦点を合わせると、粒子の粗い素材の信号対雑音比も向上します。 C スキャン画像を非常に迅速に生成できます。 この技術は通常の UT よりも効果的ですが、フェーズド アレイ システムは高価な機器であり、UT 担当者には追加のトレーニングと能力が必要です。

フル マトリックス キャプチャ (FMC)。 FMC は、PAUT トランスデューサのあらゆる送信と受信の組み合わせをキャプチャできるデータ収集戦略です。 PAUT システムは、特定の遅延則を使用して制御された方法でコンピューターによって励起される複数の要素 (通常は 16 ～ 128 個) を備えたプローブを使用します。 受信後、各要素の寄与が合計されてスキャンが生成されます。