위상 배열 초음파 테스트: 튜토리얼

Jul 23, 2023

출처: Getty Images 및 Birring NDE

의료 분야에서 일반적으로 초음파라고 불리는 위상 배열(PA)은 산업 응용 분야로 확장되었으며 기존 앵글 빔 초음파 검사(UT)를 빠르게 대체하고 있습니다. 기존의 초음파 테스트에서는 0⁰, 45⁰, 60⁰ 및 70⁰와 같은 고정된 빔 각도를 가진 단결정 프로브를 사용하는 반면, 여러 결정에 시간 지연을 적용하여 위상 배열은 다양한 각도에 걸쳐 빔을 스윕합니다. 이 기능을 사용하면 여러 개의 고정 각도 프로브 대신 단일 위상 배열 프로브를 사용하여 전체 범위와 검사를 수행할 수 있습니다. 개별 결정에 적용되는 시간 지연은 빔의 초점을 맞추고 스위프하기 위해 수학적으로 계산됩니다. 이것을 초점법칙이라고 합니다. 여러 개의 기존 프로브 대신 단일 PA 프로브를 사용하면 수동은 물론 기계 및 자동 UT 스캐너도 단순화할 수 있습니다. 기존 초음파에 비해 위상 배열 초음파 테스트의 또 다른 장점은 기존 UT가 시간 기반 A 스캔 신호를 표시하는 반면 위상 배열 UT는 테스트 부품의 단면을 나타내는 부채꼴 이미지를 표시한다는 것입니다. 섹터별 이미지는 구성요소 도면에 플로팅이 필요한 A-스캔 신호 대신 이해하고 해석하기가 훨씬 쉽습니다. 그림 1은 3개의 측면에 구멍이 뚫려 있고 노치가 있는 강철 블록에 배치된 위상 배열 프로브를 보여줍니다. 해당 이미지는 기술자가 더 쉽게 이해하고 해석할 수 있도록 3개의 구멍을 보여주는 1:1 관계를 보여줍니다. 용접 및 기타 복잡한 형상을 검사할 때 유사한 디스플레이를 볼 수 있습니다.

PAUT는 비파괴 검사에 대한 인기 있는 접근 방식이 되고 있지만 사용자가 이 기술과 그 한계 및 적용 방법을 이해하는 것이 중요합니다.

위상 배열 약어: 활성 조리개, A - 활성 요소 수 x 요소 크기; 요소 크기 - 결정의 크기; F- 초점 거리; f - 주파수(MHz); λ - 파장; v - 속도; 초점 크기 = F λ/A

프로브 선택: PA 프로브 선택은 위상 배열 테스트에 매우 중요합니다. 프로브 주파수와 활성 조리개는 빔의 초점을 정의하고, 이는 결국 이미지 해상도를 정의합니다. 더 높은 주파수와 더 큰 활성 조리개를 가진 프로브는 더 선명한 초점과 더 높은 해상도의 이미지를 갖게 됩니다. 따라서 5MHz 32 x 1.0mm 프로브는 5MHz 32 x 0.6mm 또는 2MHz 32 x 1.0mm 프로브보다 분해능이 더 좋습니다. 그리고 5MHz 16 x 1.0mm는 5MHz 32 x 0.5mm와 동일한 초점 크기를 갖습니다. 둘 다 16mm의 동일한 활성 조리개를 갖습니다.

기구: 위상 배열 장비는 프로브에 필요한 모든 요소를 ​​펄스하는 기능이 있어야 합니다. 따라서 32요소 프로브를 완전히 사용하려면 기기가 최소 32:128이어야 합니다. 스캐너를 사용할 때 장비에는 인코더의 위치 정보와 함께 원시 데이터를 저장할 수 있는 기능이 있어야 합니다.

스캐닝: PAUT 검사는 수동 모드에서 수행하거나 스캐너를 사용할 수 있습니다. 스캐너는 자동화된 UT에서 사용되는 것처럼 수동, 푸시풀 또는 전동식일 수 있습니다. 모든 스캐너에는 원시 데이터와 함께 위치 정보를 저장하는 인코더 출력이 포함되어 있습니다.

스캔 범위: 스캔 결과는 검사 대상 볼륨의 100% 범위를 보여야 합니다. 적용 범위는 볼륨을 소리로 가득 채우는 것을 의미할 뿐만 아니라 소리가 프로브로 다시 반사되도록 보장합니다. 이는 융합 부족과 같은 평면 반사경이 예상되는 경우 중요합니다. 평면 결함은 거울처럼 작용하며 입사각에 따라 빔을 반사합니다.

교정 블록: 코드 검사를 수행할 때 교정 블록의 곡률과 두께는 해당 코드에 따라야 합니다. 예를 들어, ASME 배관 검사를 수행할 때 ASME V, Art 4에 지정된 대로 교정 반사판이 있는 20인치 미만의 직경에 곡선 교정 블록을 사용해야 합니다.

참조 수준: 이 값은 게인 설정을 나타냅니다. 게인 설정은 사양에 따라 교정 반사경에 설정되며 일반적으로 80% 전체 화면 높이(FSH)를 얻도록 조정됩니다. ASME 검사의 경우 한 각도에서 80% FSH를 얻을 뿐만 아니라 스윕 각도 범위와 검사 범위 전체의 모든 각도에 대해 80% FSH를 얻도록 게인을 설정해야 합니다. 따라서 스윕 각도 범위가 40⁰ ~ 65⁰인 경우 교정은 각 각도에 대해 80% FSH를 보장해야 하며 반사경이 전체 사운드 경로를 포괄하도록 해야 합니다. 이 프로세스는 각 각도 또는 초점 법칙에 대한 게인을 조정하는 교정 단계를 수행하여 수행됩니다. 사운드 경로 범위에 걸쳐 게인을 조정하기 위해 TCG(시간 보정 게인)가 적용됩니다.