セラミック製ディーゼル微粒子フィルターの亀裂検出

アプリケーション：
セラミック製ディーゼル微粒子フィルター内部の亀裂を超音波検査で検出します。

背景：
セラミック製ディーゼル微粒子フィルターの使用は、環境を破壊するすすなどの微粒子をディーゼルエンジンの排気ガス、特にトラックおよびバスで使用されるディーゼルエンジンから除去する方法として定着しています。こうしたフィルターは直径約100mm～300mm(4インチ～12インチ)、高さ150mm～350mm(6インチ～14インチ)の大きな円筒形をしています。その多くは、コーディエライト、炭化ケイ素、またはセラミックによる、微細なハニカムパターンで作られています。高温の排気ガスが多孔質フィルターを高圧で強制的に通過すると、すす粒子がハニカムチャンネルの表面で収集され、そこで熱によって分解または酸化します。

この複雑なセラミック構造は製造時、取り扱い時、または使用中に破損しやすく、性能の低下や機能不全が発生し、結果的に環境とエンジンの両方に被害を与える可能性があります。超音波試験では、新品および使用済みセラミックフィルターの内部破損を、手軽に、非破壊で検出することができます。通常、この検査は円筒の一方の端から探傷するだけで実行できます。

装置：
この検査は、従来型の超音波探傷器と超音波フェーズドアレイ探傷器のどちらでも実行できます。超音波探傷器のEPOCHシリーズ(EPOCH LTC, EPOCH 600, EPOCH 650またはEPOCH 1000)のいずれかと、A601S-RB、V601-RB(500KHz)などの低周波表面保護付き探触子を組み合わせて使用します。超音波フェーズドアレイ探傷器のOmniScan SXも上記の探触子と組み合わせて使用することができます。探触子表面の軟らかいメンブレン(高分子ポリマー)を使用して音響エネルギーをフィルターに伝達するため、除去の困難な液体の接触媒質(カプラント)が不要です。先進のフィルターオプション(EPOCH 1000では標準装備)は、機器の低周波応答を向上させ、大型フィルターの試験時のSN比改善に役立ちます。超音波フェーズドアレイ試験は、OmniscanまたはEPOCH 1000i、および1.5L16-A4などの1.5MHzプローブで実行できます。

手順：
探触子をフィルターにしっかりと押し付けると、探触子が端面に密着します。高周波音響エネルギーが板波となってセラミックハニカム内部を通過し、不連続部分がなければ遠端(底面)で反射して戻ります。端面と平行な亀裂があった場合は、フィルターの遠端を表す表示ポイントの手前で亀裂部からのエコーを受信します。端面に対して傾いた亀裂があった場合は、直接的な反射波はありませんが、遠端からのエコーがなくなります。
 

下記の例は、探傷器とA601S-SB探触子の構成を示しています。左の画面イメージは、破損のないフィルターからの一般的なエコーパターンを表しています。赤いゲートの左側のエコーは送信された音波パルスの反響を表し、ゲート右側のエコーは遠端から反射された底面エコーを表しています。ゲートでマークした中間ゾーンには大きなエコーはなく、欠陥の無いことが分かります。一方、右の画面イメージは、中間点を少し超えたところに亀裂があるフィルターからのエコーパターンを表しています。ゲート上の大きな反射エコーが亀裂を示しており、ゲート右側に現れるはずの底面からのエコーは音響エネルギーが反射されずに消えています。さらに、探触子をフィルター表面上の他の位置に移動させて、他の場所の亀裂をチェックすることができます。

既知の良好な標準試験片を使用して、フィルターのタイプごとに機器設定を確立し、それを使用して遠端(底面)からのエコーを最適化する必要があります。良品フィルターからのエコーパターンを確認し、変化を観測すると、熟練したオペレーターであれば内部破損によるエコーの変化を迅速かつ確実に確認することができます。

超音波フェーズドアレイ検査：

超音波フェーズドアレイでは、セクターまたはリニアスキャンのどちらでもフィルターの断面イメージを得ることができます。そうすることで、オペレーターが欠陥を視覚的に確認できるようになります。より大きなフェーズドアレイプローブと専用フィクスチャーを使用すると、自動試験も実現できます。