Characteristics of High Frequency Ultrasonic Transducer Employing Polyvinylidene Fluoride and Detectability of Flaw in Cr-Ni Steel

PVDF 수침용 고주파수 초음파 탐촉자의 검출장과 Cr-Ni 강에서의 결함 검출능 측정

Recently high frequency ultrasonic transducers to employ polyvinylidene fluoride(PVDF) or polyvinylidene fluoride trifluoroethylene P(VDF-TrFE) have been used to detect small flaws in immersion testing. The detection field depending on the water path between the transducer and a specimen and the path in a tested specimen was measured using a PVDF transducer with nominal frequency 80MHz. Also, C-scan and B-scan were performed for the specimens made of Cr-Ni steel with the artificial flaws, the flat-bottom holes with diameter ranging from $50{\mu}m$ to $560{\mu}m$ at 12mm depth. As the result, the flaws with diameter larger than $280{\mu}m$ were detected, but the flaws with the ratio of diameter to wavelength smaller than about 0.48 were not detected. That the smaller flaws could not be detected was attributed to the attenuation of high frequency components in the steel specimens.

최근 시료 내부의 미세 결함의 측정을 위하여 초음파의 발생 소자로 polyvinylidene fluoride(PVDF)나 polyvinylidene fluoride trifluoroethylene P(VDF-TrFE) 압전 재료를 사용한 광대역 고주파수 초음파 탐촉자가 이용되고 있다. 중심 주파수 80MHz의 PVDF 수침용 집속형 초음파 탐촉자의 특성과 물과 시료에서의 초음파의 검출장을 측정하였으며 강재 시편에서의 결함 검출능을 측정하였다. 물과 강재 시험편에서 고주파수 초음파의 감쇠가 결함 검출능을 좌우하는 주요 변수이었다. 작은 결정립을 지닌 크롬-니켈강 재료를 사용하여 12mm 깊이에 직경 $50{\mu}m$에서 $560{\mu}m$ 범위의 flat-bottom hole들을 가공한 시편을 준비하였고 C-scan과 B-scan을 수행하였다. 직경 $280{\mu}m$ 이상의 flat-bottom hole들은 검출되었고 파장에 대한 결함 크기의 비가 약 0.48 이하의 결함은 검출되지 않았다. 시편에 초음파의 고주파수 성분이 입사되었으나 약 25MHz 이상의 고주파수 성분이 시편내의 초음파의 전파 경로에서 모두 감쇠되어 더 작은 결함에 대한 검출장이 형성되지 못했다.