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デュアル・マトリックス・アレイ(DMA)プローブによる、音の通りにくい材質の溶接部検査


背景

従来手法の送受信分割縦波(TRL: Transmit-Receive Longitudinal)プローブは、異種金属溶接部および音の通りにくい材料の検査に有用です。デュアル・マトリックス・アレイ(DMA)プローブは、TRLプローブの利点と超音波フェーズドアレイ技術の利点を兼ね備えており、超音波ビームの電子制御によるステアリング走査、スキューイング(首振り走査)、およびフォーカス調節を可能にします。

課題

異種金属およびオーステナイト系の溶接部を超音波で検査するのは非常に困難です。特に検査を片側だけから実行する必要がある場合は、溶接材の異方性により超音波ビームが散乱するため難しくなります。

TRLプローブは基本的には、送信用振動子(エミッター)と受信用振動子(レシーバー)が音響隔離壁によって分離される二振動子型探触子です。斜角およびフォーカスの加工により、一点に絞って擬似的にフォーカスを合わせます。このプローブはウエッジの表面エコーに起因するデッド・ゾーンがなく、散乱によるノイズ信号を低減し、高い感度での使用を可能にします。

しかし、TRLプローブでは屈折角や擬似フォーカスが固定されているので、検査現場では多様な対象物に対応するために、複数のプローブが必要になる場合があります。

解決策

デュアル・マトリックス・アレイ(DMA)プローブは、このテクノロジーを論理的に進化させたものです。2個のマトリックス・アレイで構成されており、ビームは通常30°~70°(縦波LWまたは横波SW)でスイープでき、また任意の深さで擬似フォーカス調整が可能です。任意の開口部サイズを選択することによってビームのサイズを変更でき、さらにビームの水平方向走査(プローブのスキューイングと同様の効果)で斜めの欠陥を探傷することができます。デュアル・マトリックス・アレイは、超音波フェーズドアレイ探傷器のOmniScan MX/MX2とそのイメージング機能で、電子的に任意構成適応ができるため、TRLプローブよりも柔軟性が高くなります。

機器

検査に使用する機器は、以下の構成です。

超音波フェーズドアレイ探傷器 x 1:
OmniScan MXまたはMX2 32/128 PRモジュール
デュアル・マトリックス・アレイ(DMA)プローブ x 1:
1.5DM7X4-19X12-A17-P-2.5-OM-DUAL28
フラット・ウエッジ x 1:
SA17-DN55L0-IHC

ウエッジを装着したデュアル・マトリックス・アレイ(DMA)プローブ

デュアル・マトリックス・アレイの概略図

このデュアル・マトリックス・アレイ(DMA)プローブは、ウエッジに搭載された1.5DM7X4-19X12-A17-P-2.5-OM-DUAL28です。19mm x 12mm(各マトリックス)の全表面がアクティブな28個の振動素子で構成されており、振動素子はそれぞれ送信および受信が可能です。

OmniScan MX 32:128 PRは、-15°、0°、15°の異なるスキュー角(首振り角)を持つ3種類のセクターにプログラムされ、それぞれ30°~70°縦波のビーム・ステアリングとなっています。すべてのビームは管の底面(内径側)にフォーカスするように設定されています。

結果

下の写真は、管と管のステンレス鋼溶接部の結果を示しています。デュアル・マトリックス・アレイは、30°~70°縦波とスキュー0°のセクター・スキャンでプログラムされています。1.1インチ(長さ) x 0.3インチ(高さ)の底面クラックが明確に検出されています。

下の写真は、管と管のステンレス鋼溶接部の結果を示しています。デュアル・マトリックス・アレイは、3種類のスキュー角(左から:-15、0、15度)による30°~70°縦波のセクタースキャンがプログラムされています。このケースでは、1.5インチ(長さ) x 0.4インチ(高さ)の底面クラックは、-15度のスキュー角でより適切に検出されます。この構成では、クラックの先端さえも見えます。

結論

デュアル・マトリックス・アレイ(DMA)プローブは、ノイズの多い材料の検査時に有効です。OmniScanのようなポータブルタイプの超音波フェーズドアレイ探傷器で使用する場合、DMAプローブのほうが従来手法のTRLプローブよりも柔軟性が高くなります。

Olympus IMS
この用途に使用される製品

OmniPCソフトウェアは、OmniScanのデータ解析やレポート作成が可能なソフトウェア・オプションです。OmniScan探傷器と同じインターフェースを持つ、PCベースのソフトウェアです。
TomoViewは、探傷データの収集と画像化を行うための、PCベースのソフトウェアです。
モジュール方式を採用したOmniScan MX2は、超音波フェーズドアレイ検査(PA)と従来型の超音波検査(UT)に対応します。大型のタッチスクリーンモニターを搭載し、迅速なセットアップから探傷・データ収集、レポート作成までスムーズで優れた性能を発揮します。TOFD溶接検査も可能で、PAではマルチグループに対応しており、高精度な検査を実現するフラッグシップモデルです。
高度な超音波フェーズドアレイ技術を採用した、パワフルでフレキシブルなデータ収集装置のFOCUS PXとソフトウェアのFocusPCは、オートおよびセミオートの検査システムへ容易に組み込むことができます。SN比と検査速度を大幅に改良し、オプションのソフトウェア開発キット(SDK)のFocusControlとFocusDataも取り揃えています。
フェーズドアレイプローブは、用途別にさまざまな形状とサイズで設計されており、周波数は1MHz~17MHzの範囲で、10~128の振動素子を持つものを取り揃えています。斜角、ウエッジ一体型、水浸型プローブのほか、用途に合わせてカスタム設計することも可能です。
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