Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing (비파괴검사학회지)

The Korean Society for Nondestructive Testing (한국비파괴검사학회)
권호 표지

Evaluation of Micro Crack Using Nonlinear Acoustic Effect

초음파의 비선형 특성을 이용한 미세균열 평가

  • Published : 2008.08.30
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Abstract

The detection of micro cracks in materials at the early stage of fracture is important in many structural safety assurance problems. The nonlinear ultrasonic technique (NUT) has been considered as a positive method for this, since it is more sensitive to micro crack than conventional linear ultrasonic methods. The basic principle is that the waveform is distorted by nonlinear stress-displacement relationship on the crack interface when the ultrasonic wave transmits through, and resultantly higher order harmonics are generated. This phenomenon is called the contact acoustic nonlinearity (CAN). The purpose of this paper is to prove the applicability of CAN experimentally by detection of micro fatigue crack artificailly initiated in Aluminum specimen. For this, we prepared fatigue specimens of Al6061 material with V-notch to initiate the crack, and the amplitude of second order harmonic was measured by scanning along the crack direction. From the results, we could see that the harmonic amplitude had good correlation with COD and it can be used to detect the crack depth in more accurately than the common 6 dB drop echo method.

구조물의 안전 보장 문제에 있어 재료의 파손 이전에 미세균열을 검출하는 것은 매우 중요하다. 비선형 초음파 기법은 일반적인 초음파 기법보다 미세결함에 민감하기 때문에 이를 이용하여 비파괴적으로 구조물이나 재료의 건전성을 진단하는 방법이 주목받고 있다. 계면접촉에 의한 비선형 초음파 효과는 초음파가 내부의 미세 균열에 입사될 때 미세균열면에서 응력과 변위가 비선형 관계를 가지고, 이에 의해 파가 왜곡되어 그 결과 고조파 성분이 발생하는 현상이다. 본 연구에서는 이러한 비선형 초음파 기법의 적용가능성을 알루미늄 시편에 인위적으로 발생시킨 피로균열을 대상으로 실험적으로 검증하고자 하였다. 이를 위해 V-노치를 갖는 A16061의 피로균열 시험편을 준비하고, 균열방향으로 2차 고조파 성분의 크기를 측정하였다. 실험결과 미세균열에서 고조파 성분이 크게 발생하며 이 기법에 의한 균열깊이 측정이 일반적인 반사파의 6 dB drop법보다 정확함을 확인하였다.

Keywords

References

  1. Y. H. Choi, H. M. Kim, K. Y. Jhang and I. K. Park, 'Application of non-linear acoustic effect for evaluation of degradation of 2.25Cr-1Mo steel,' J. KSNT, Vol. 22, No. 2, pp. 170-176, (2002)
  2. J. Y. Kim, L. J. Jacobs, J. Qu and J. W. Littles, 'Experimental characterization of fatigue damage in a nickel-base superalloy using nonlinear ultrasonic waves,' J. Acoust. Soc. Am., Vol. 120, pp. 1266-1273, (2006) https://doi.org/10.1121/1.2221557
  3. J. Ha, K. Y. Jhang, K. Sasaki and H. Tanaka, 'Precise estimation of nonlinear parameter in pulse-like ultrasonic signal,' J. KSNT, Vol. 26, No. 2, pp. 77-83, (2006)
  4. S. Hirata and T. Sugiura, 'Detection of a closed crack by nonlinear acoustic using ultrasonic transducers,' Rev. Prog. Quant. NDE, Vol. 25, pp. 277-282, (2006)
  5. Y. Ohara, K. Kawashima, M. Murase, and N. Hirose, 'Identification of sintered irons with ultrasonic nonlinearity,' Rev. Prog. Quant. NDE., Vol. 22, pp. 1257-1264, (2003)
  6. J. Y. Kim, and J. S. Lee, 'A micromechanical model for nonlinear acoustic properties of interfaces between solids,' J. Appl. Phys., 101, 043501, (2007) https://doi.org/10.1063/1.2434939
  7. S. Biwa, S. Hiraiwaa and E. Matsumotoa, 'Experimental and theoretical study of harmonic generation at contacting interface,' Ultrasonics, Vol. 44, pp. e1319-e1322, (2006) https://doi.org/10.1016/j.ultras.2006.05.010
  8. N. Y. Kim and S. Y. Yang, 'Nonlinear displacement discontinuity model for generalized rayleigh wave in contact interface,' J. KSNT, Vol. 27, No. 6, pp. 582-590, (2007)
  9. I. H. Lee, D. S. Son, I. H. Choi, T. H. Lee and K. Y. Jhang, 'Development of pressure control system of contact transducer for measurement of ultrasonic nonlinear parameter,' J. KSNT, Vol. 27, No. 6, pp. 576-581, (2007)