研究課題
基盤研究(B)
溶融金属のオンラインモニタリングの実現を目的とし、高温・高速・高分解能計測が可能な新規な超音波アレイセンサーの開発に関する研究を行った。主な結果は以下のとおりである。(1)室温環境で用いられている超音波2次元アレイセンサーの基本性能を調べ、その溶融金属計測への適用の可能性について検討した。8×8または16×16の2次元アレイセンサーを用いて、水中での3次元イメージングに関する系統的な基礎実験(空間分解能、形状認識、時間分解能の調査)を行った。2.25MHz〜10MHzの周波数において1mm程度の空間分解能が得られることを確認したが、現状の手法では空間分解能、形状認識、イメージング処理時間の点で問題があり、それを溶融金属に適用すること難しいことが明らかになった。(2)上の結果を踏まえて、超音波バッファーロッド法を用いたアレイセンサーの開発に向けた検討を行った。チタン製のテーパ型バファーロッドを用いた高温超音波センサーを試作し、これをアルミニウム合金の凝固ならびに溶解プロセスのモニタリングに適用し、その有効性を実証した。さらに、溶湯中での同センサー周辺の温度分布について検討するためにFEM解析法を適用し、その有効性を確認した。また、アルミニウム溶湯の計測に適した金属製(Ti、Nb、Mo、等)バッファーロッドセンサーを設計、製作し、溶湯中でのその性能を評価した。(3)溶融金属用アレイセンサーの構築を想定し、長尺ロッドセンサーを設計・試作し、その有用性を実験により確認した。また、粗面境界からの超音波の反射・散乱についても理論的・実験的に検討し、バッファーロッド法による凝固界面形態の定量的評価の可能性を見出した。本研究で得られた知見は超音波2次元アレイセンサーの開発に直接繋がるものであり、現在、その試作に着手している。
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