非線形超音波CTによる構造材料内部劣化及び損傷評価

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450045
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 川嶋 紘一郎 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (50023239)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西村 尚哉 名古屋工業大学, 工学研究科, 助手 (60335099) ; 林 高弘 名古屋工業大学, 工学研究科, 助手 (30324479) ; 伊藤 智啓 名古屋工業大学, 工学研究科, 助教授 (20203151)
• Keywords: 非線形超音波 / 超音波CT / 高調波 / 内部損傷 / 内部微細空隙 / 閉口き裂 / 接合面 / 焼結金属

Research Abstract

本研究では,内部に劣化・損傷部を有する構造部材に各方向から一定周波数の大振幅の超音波を入射し、レーザー超音波検出器を用いて透過波をデジタル収録し,それに含まれる高調波(入射周波数の整数倍の周波数の波)成分を検出し、X線CTで開発された再構成アルゴリズムを非線形超音波用に拡張し,劣化・損傷部の3次元分布を明らかにすることを目的とする.
研究の3年目である本年度の研究で得られた主な成果を以下に示す.
1.高調波振幅超音波CTを開発する基礎として,水浸法で正方形厚板内部に高減衰領域を含む鋼サンプルと内部に高減衰領域を含まない対比試験片の透過波振幅比の対数値を数百本のビームパスについて測定し,昨年度開発した超音波透過波減衰を用いるCT再構成アルゴリズムを用い,減衰係数分布の再構成を行い,5%以内の誤差で減衰係数分布を再現できることを明らかにした.
2.上記手法を正方形厚板内のドリル孔に適用したところ,孔表面での散乱減衰が材料内部微視構造による散乱減衰に比べて過大であるので,適当なペナルティ値を測定値に乗ずることにより,入射波波長の2倍程度の直径を持つ孔の位置及び直径を再構成できた.
3.水浸法により,2次高調波だけを抽出するアナログフィルターを用いて,通常の超音波欠陥画像と同様に,特別な波形処理装置を使用せず高調波振幅の画像化ができ,通常の超音波反射画像では検出できない不完全接合部を画像化できることを実証した.
4.上記1と3を組み合わせることにより,2次高調波CTの再構成が可能となる.通常の固体の基本波振幅に対する2次高調波振幅比は0.1%以下であるので,内部微視き裂集団を含み,顕著な接触型音響非線形性が発現する損傷材料に適用すれば非線形超音波CTが実現できる.

Research Products

• [Publications] 杉本洋, 伊藤智啓, 川嶋紘一郎: "減衰超音波CTによる材料内部評価"第11回超音波による非破壊評価シンポジウム. 63-64 (2004)
• [Publications] 小原良和, 川嶋紘一郎: "水浸非線形超音波共鳴法を用いた微視欠陥検出"第11回超音波による非破壊評価シンポジウム. 61-62 (2004)
• [Publications] Y.Ohara, K.Kawashima, R.Yamada, H.Horio: "Evaluation of amorphous diffusion bonding by nonlinear ultrasonic method"Review of Progress in Quantitative Nondesimetive Evaluation. 23(印刷中). (2004)