초음파 비선형 파라미터 측정에서 표면 조도의 영향

Abstract

초음파 비선형 파라미터는 재료를 전파하면서 발생된 고조파 진폭의 크기를 측정하여 구할 수 있다. 하지만 그 결과는 재료와 관계없이 측정 시스템의 영향을 받을 수 있다. 특히 접촉식 탐촉자를 사용하는 경우 탐촉자와 재료 사이의 접촉상태는 중요한 고려대상인데, 본 연구에서는 이와 관련하여 표면 조도의 영향을 실험적으로 분석하였다. 이를 위해 0.5, 1.5, 2.2, 2.7, 3.2µm의 5단계로 표면 조도를 달리한 Al6061-T6 시편을 대상으로 실험조건이 동일하게 유지된 상태에서 상대 및 절대 비선형 파라미터를 측정하였으며, 절대 비선형 파라미터는 압전형 수신기법을 통해 측정하였다. 그 결과 표면 조도가 거칠어짐에 따라 상대 비선형 파라미터는 증가하였으며, 이로부터 표면 조도가 접촉식 탐촉자를 이용한 초음파 비선형 파라미터 측정에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다. 반면, 절대 비선형 파라미터는 표면 조도는 2.7µm까지 일정하였는데, 이는 압전형 수신 기법을 이용한 절대 비선형 파라미터 측정이 캘리브레이션 과정을 통하여 표면 조도의 영향을 어느 정도 보상할 수 있음을 의미한다. Ultrasonic nonlinear parameters can be determined by measuring higher harmonic amplitudes generated by propagation of ultrasonic waves in a material. However, regardless of the material, the result may be influenced by the measuring system. The contact condition between the transducer and material should be considered, especially when a contact-type transducer is used; therefore, the effect of surface roughness was experimentally investigated in this study. Al6061-T6 specimens were prepared with different surface roughness values of 0.5, 1.5, 2.2, 2.7 and 3.2µm. The relative and absolute ultrasonic nonlinear parameters were measured under identical experimental conditions and the absolute ultrasonic nonlinear parameter was obtained using the piezo-electric detection method. The experimental results showed that the relative ultrasonic nonlinear parameter increased according to the surface roughness, which confirms that surface roughness affects the measurement of the ultrasonic nonlinear parameter when a contact-type transducer is used. On the other hand, the absolute ultrasonic nonlinear parameter was stable up to the roughness of 2.7µm. This implies that the measurement of the absolute ultrasonic nonlinear parameter by using piezo-electric detection can compensate for the influence of surface roughness through the calibration process, within a limited range.