ライス。1.ステンレス鋼溶接製造検査方法：TRLモードでのダブル2Dマトリックスアセンブリ。

オーステナイト系溶接部の検査において、RT（超音波探傷法）の代わりにフェーズドアレイ超音波探傷法（PAUT）が適用できるよう、規格、基準、手法が進化してきました。デュアル（2D）アレイセンサーアセンブリは、約15年前に原子力発電所で初めて広く使用され始めましたが、その後、高減衰オーステナイト系溶接部の迅速、確実、かつ安全な検査が求められる石油・ガス業界などの様々な業界にも普及しています。
最新のポータブル フェーズド アレイ デバイスには、強力な組み込みソフトウェアが搭載されており、外部計算機やリモート コントロール システムで作成されたフォーカス ロー ファイルをインポートすることなく、2D マトリックス アレイ スキャンを迅速かつ効率的にセットアップ、展開、解釈できます。PC 用ソフトウェア。
今日、2Dアレイトランスデューサをベースとした検査技術は、ステンレス鋼および異種金属溶接部の周方向および軸方向の欠陥検出において優れた能力を発揮します。標準化された2Dデュアルマトリックス構成は、ステンレス鋼溶接部の検査範囲を効果的にカバーし、平面欠陥およびバルク欠陥を検出できます。
超音波検査では、通常、検査対象部品の外径と一致する輪郭を持つ交換可能なくさび形部品上に、2次元マトリックスのデュアルアレイを配置します。異種金属溶接部やその他の減衰を低減する材料には1.5MHz、均一な鍛造ステンレス鋼基板および溶接部には2MHz～3.5MHzの低周波数を使用します。
デュアル T/R 構成 (送信/受信) には、地表付近の「デッド ゾーン」がないこと、ウェッジの内部反射によって発生する「ファントム エコー」が除去されること、そして最終的には T ビームと R ビームの畳み込みにより感度と信号対雑音比 (信号/雑音比) が向上することなどの利点があります。
オーステナイト系ステンレス鋼の溶接部の製造を制御する PA UT 法を見てみましょう。
生産管理を行う場合は、RTではなく、溶接部全体と熱影響部の全肉厚を制御範囲とする必要があります。ほとんどの場合、はんだキャップが装着されています。炭素鋼溶接部では、制御範囲の両側を横波で超音波処理することが推奨されます。また、最後の半波は通常、溶接ベベルの欠陥からの鏡面反射を得るために使用されます。
低周波数域では、同様の横波法を用いてステンレス鋼溶接部の近位ベベル部を検査できますが、オーステナイト系溶接材料を貫通する検査には信頼性が低くなります。また、いわゆるCRA溶接部では、炭素鋼管の内径に耐食合金コーティングが施されているため、クロスビームのワイヤージャンパーの後半部を有効に活用できません。
図 1 に示すように、ポータブル UT 機器とソフトウェアを使用したサンプル検出方法を見てみましょう。
30～85度のP波屈折ビームを生成するデュアル2Dアレイトランスデューサーは、全体積カバレッジに使用できます。壁厚が15～50mmの場合、基板の減衰率に応じて1.5～2.25MHzの周波数が適しています。
ウェッジ角とアレイプローブ素子の構成を最適化することで、サイドローブを発生することなく、広範囲の屈折角スキャンを効率的に生成できます（図2）。入射面におけるウェッジノードの占有面積は最小限に抑えられ、ビーム出射点を溶接部に可能な限り近づけることができます。
標準的な2.25MHz 10×3デュアルアレイのTRLモードにおける性能を、肉厚25mmのSUS304ステンレス鋼板の溶接部で評価しました。試験片は典型的なV字型の傾斜と「溶接まま」の表面状態を備えており、溶接部に平行な実際の溶接欠陥（十分に記録された）が含まれていました。
ライス。3. 304ステンレス鋼板溶接部の標準 2.25 MHz 10 x 3 デュアルアレイ (TRL) アレイの複合フェーズドアレイデータ。
図3は、溶接部全長にわたる全ての屈折角（LW30°～85°）におけるPARデータの合成画像を示しています。データ取得は、反射率の高い欠陥の飽和を避けるため、低ゲインレベルで実施しました。16ビットのデータ分解能により、様々な種類の欠陥に対して適切なソフトゲイン設定が可能です。投影シャッターを適切に配置することで、データの解釈が容易になります。
同じマージされたデータセットを使用して作成された単一の欠陥の画像を図 4 に示します。結果を確認します。
検査前にプラグを取り外したくない場合は、別の検査方法を使用してパイプ溶接部の軸方向（横方向）の亀裂を検出できます。単一アレイ プローブをパルス エコー モードで使用して、溶接プラグを「傾ける」ことができます。下からの音波ビームにより、音波は主に基板内で伝播するため、横波により溶接部の近側にある欠陥を確実に検出できます。
理想的には、溶接部は4方向のビームで検査する必要があり（図5）、2つの対称ウェッジを時計回りと反時計回りの反対方向から検査する必要があります。アレイの個々の要素の周波数とサイズに応じて、ウェッジアセンブリを最適化し、スキャン軸方向に対して40°～65°の屈折角を得ることができます。各サーチセルには50本以上の光線が入射します。計算機を内蔵した高度な米国PA機器は、図6に示すように、異なるスキューを持つ集束則のセットを簡単に定義できます。
通常、検査対象範囲を完全にカバーするために、2本の走査線による検査シーケンスが使用されます。2本の走査線の軸方向位置は、パイプの厚さと溶接先端の幅に基づいて決定されます。最初の走査線は溶接端に可能な限り接近し、溶接ルート部に存在する欠陥を明らかにします。2本目の走査線はHAZのカバレッジを完了します。プローブノードのベース領域は、ビームの出射点がウェッジ内で大きな内部反射を生じさせることなく、クラウンの先端部に可能な限り近づくように最適化されます。
この検査方法は、誤った方向にある軸方向の欠陥の検出に非常に効果的であることが分かっています。図7は、ステンレス鋼溶接部の軸方向の亀裂を撮影したフェーズドアレイ画像です。様々な傾斜角度で欠陥が検出され、高いSNRが観察されました。
図 7: ステンレス鋼溶接の軸方向亀裂の複合フェーズドアレイデータ (さまざまな SW 角度と傾斜): 従来の投影 (左) と極投影 (右)。
放射線検査に代わる高度なPA UTの利点は、石油・ガス、発電、製造業など、オーステナイト系溶接部の信頼性の高い検査を必要とする業界でますます注目を集めています。同様に、完全に統合されたPA UT装置、強力なファームウェア、そして2Dアレイプローブは、これらの検査の費用対効果と効率性をさらに高めています。
ガイ・マーズは、ゼテック社のUT営業部長です。高度な超音波検査法の開発・導入、コンピテンシー評価、ソフトウェア開発において25年以上の経験を有しています。詳細については、(425) 974-2700までお電話いただくか、www.zetec.comをご覧ください。
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