A Novel ultrasonic evaluation process for cavitation damage by combination of attenuation and higher harmonics

超音波の減衰特性と高調波に着目した新たなキャビテーション損傷評価手法

Wan, T.; 涌井 隆  ; 直江 崇   ; 二川 正敏  ; 前川 克寛*; Wan, T.*

Wan, T.; Wakui, Takashi; Naoe, Takashi; Futakawa, Masatoshi; Maekawa, Katsuhiro*; Wan, T.*

J-PARCの1MW中性子源として、物質・生命科学実験施設に、水銀ターゲット容器が設置されている。陽子ビームが水銀ターゲット容器に入射することにより、水銀ターゲット容器の内壁面にキャビテーション損傷が生じる。水銀ターゲット容器の構造健全性や寿命の評価の観点から、キャビテーション損傷を非破壊的に評価することは重要である。本研究では、非線形超音波法を用いて、キャビテーション損傷の評価を試みた。電磁衝撃力負荷装置を用いて、キャビテーション損傷を与えた試験片を作成し、非線形超音波画像法により損傷を評価した。損傷面とは逆の面から、超音波の送受信を行い、損傷面から反射した超音波波形における減衰率と高調波に着目し、波形に及ぼす損傷の影響を明らかにした。そして、その結果を基に、キャビテーション損傷を評価する新たな手順を考案した。本手法をキャビテーション損傷材に適用した結果、最小約25mの損傷を検知することができることが分かった。

The mercury target system is used for MW-scale neutron sources in the Japan Spallation Neutron Source. During this operation, cavitation damage is imposed on the mercury target vessel. It is very important to nondestructively evaluate the cavitation damage from the viewpoints of the structural integrity evaluation and lifetime estimation of the mercury target vessel. In this study, the cavitation damage was evaluated using a nonlinear ultrasonic method. First, the cavitation damage was imposed on plate specimens using an electro-Magnetic IMpact Testing Machine with 108 impact cycles. Nonlinear ultrasonic imaging was used to evaluate the damage. We found that the damping factor and higher harmonics of reflected waveforms from the damaged area can be used to evaluate the damage. An effective cavitation damage evaluation process has been developed based on our results. The evaluation process successfully detected minimal cavitation damage with peak-to-peak roughness of about 25 m.