アプリケーション: 金属またはセラミックなどの高インピーダンス材料の外層とプラスチック、複合材、ゴムなどの低インピーダンス材料の内層の間に接合があるかないかを超音波で識別する。この方法は多くの金属間接着部にも適用されます。

背景: 音響インピーダンス(密度に音速を掛けたもの)が類似の材料が相互に接合されている、例えば、金属が金属に溶接またはロウ付けされている、あるいはプラスチックがプラスチックに融着されている場合、接合の有無は、通常、境界からの最初の反射の振幅から判定できます。一般に、接合状態と剥離状態では反射信号の振幅に有意な違いがあります。ただし、金属とポリマー間の接続の場合のように、2つの材料の音響インピーダンスが大きく異なっていれば、その音響インピーダンスの不一致により、当該材料が機械的に接合されていても、境界から有意な反射があります。接合状態と剥離状態間でのエコー振幅の変化は、小さくて検知しにくい可能性があります。これは、探触子のカップリング状態が均一でない状況で特に見られます。この同じ状態は、金属がエポキシなどの低インピーダンス接着剤によって金属に接合されているケースでよく見られます。接着剤層が非常に薄い場合を除いて、これは良好な接合からでも有意な反射で低インピーダンス接合ラインを構成します。

低インピーダンス材料が外側にある場合、あるいは接合部の低インピーダンス側とのカップリングが部品形状で許容される場合、推奨手順は位相シフトテストになります。これに関しては、オリンパスNDTアプリケーションノート「接合品質判定のための位相テスト」に説明があります。

接合部の高インピーダンス側から試験を実行する必要がある場合は、このアプリケーションノートで説明するリングダウン方法が多くのケースで最良の方法になります。これは境界からの一連の多重反射を観察して、連続エコーの振幅つまりリングダウンエンベロープが接合状態と剥離状態の間で変化する率の違いを探すことです。音波は金属または高インピーダンス材料で反響するため、振幅変化はそれぞれの跳ね返りで増大します。したがって、例えば、最初のエコーにおいて接合状態と剥離状態の間での分かりにくい5%の振幅低下は、5番目のエコーでは25%の低下になり、10番目のエコーでは50%の低下になります。単一エコーでは変化が小さくても、一連の多重エコーにわたって変化がまとまると、はるかに大きくなり判別しやすくなります。一般的な接合部において、接合状態と剥離状態はそれぞれが独自に特有なリングダウンパターンを生成します。

機器: この試験は、EPOCH XT、EPOCH LTC、EPOCH 600、EPOCH 1000など、標準の超音波探傷器を用いて実行できます。超音波パルサーレシーバを使用することも可能です。探触子は、周波数範囲が2.25MHz～20MHzの一般の遅延材付き探触子で、通常はV207-RB、V206-RB、V202-RM、V208-RMなどです。特定の試験には、材料の厚さ、形状、および音響特性に基づいて特定の探触子を選択します。

手順: 他の超音波探傷手順と同様に、この試験のセットアップには、検知する状態を表す参照基準が必要です。このケースでは、既知の良好な接合と不良な接合を持つ問題となる特定の材料および形状のサンプルを参照基準にします。

このタイプの試験には、遅延材付き(または水浸型)探触子が一般に使用されます。前面板が密接にターゲットにマッチする直接接触型探触子に比べ、それらの探触子では高インピーダンス試験片からより多くの多重エコーが一般に生成されるからです。 望ましくは外側材料の底面の接合ラインから、少なくとも5つの多重底面エコーを生成する遅延材付き探触子を選択します。少なくとも5つの多重エコーを画面に表示するのに十分な範囲に測定器の時間基準を設定します。非接合材料を表す参照基準に探触子を接合し、最もクリーンで鋭いピークを生成するために必要に応じて減衰、フィルタ、および整流を調整します。

最初の底面エコーがフルスクリーンの高さになるようにゲインを設定します。下の波形では、最初のピークは遅延材境界エコーで、以降のピークは0.1インチ(2.5mm)の非接合スチール基準からの多重エコーです。金属はエアーバック(air-backed)式であるため、多重エコーは比較的に低速に減少します。

非接合金属からの低速リングダウンパターン:



次に、接合した参照基準に探触子を接合し、ピークの高さの減少率の変化を観察します。下の波形は、0.1インチ(2.5mm)の接合スチール基準(スチールがポリマーライナーに接合されている)を表します。ピークの減少率は最初の波形の場合に比べ高速です。

接合金属からの高速リングダウンパターン:



多重エコーの振幅が画面右に向かって急速に減少していることに注意してください。スチール底面の接合ポリマーは、機械的な減衰メカニズムとして働き、多重エコーを発生させてより急速な減衰を引き起こします。接合状態と非接合状態でのリングダウンパターンの正確な違いは、2つの材料の相対的な音響インピーダンスと減衰係数によって決まりますが、原理上、この試験は、高インピーダンス材料が低インピーダンスの1つに接合されているすべての状況に応用されます。参照基準で観察された2つの特性パターンを記録して両者を試験片からの波形と比較することにより、試験片における接合の有無を判定できます。

Distance Amplitude Correction(DAC)ソフトウェアを組み入れた機器の使用時には、DAC機能を使用して、適切に接合された部品のリングダウンプロファイルを画面に描くと便利です。次に、そのDAC曲線を使用して接合の有無を迅速に判別できます。下に示したように、接合はラインの上に出る一連のピークによって示されます。加えて、疑わしい接合状態をさらに判別するために、曲線の上に出るエコーをトリガーとして機器アラームを設定できます。

良好な接合のリングダウンプロファイルを示すDAC曲線と、不良接合からの波形:



このタイプの試験では、接合の有無のみを判定し、接合の強度は判定しません。また、材料は音響的に接着剤または類似の結合剤により接合されている必要があります。圧力だけで十分な音響接合が得られることは稀です。