JPS62165148A - 溶融体中の介在物の超音波検出装置および方法 - Google Patents
溶融体中の介在物の超音波検出装置および方法Info
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- JPS62165148A JPS62165148A JP61295069A JP29506986A JPS62165148A JP S62165148 A JPS62165148 A JP S62165148A JP 61295069 A JP61295069 A JP 61295069A JP 29506986 A JP29506986 A JP 29506986A JP S62165148 A JPS62165148 A JP S62165148A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、溶融金属、溶融ガラス等の溶融体中の介在物
の超音波検出装置および方法に関する。
の超音波検出装置および方法に関する。
溶融金属中の微粒介在物は金属の品質に対して有害な影
響を有することが多いので、近年そのような介在物を検
出する装置および方法の開発に多大の努力がはられれて
きた。溶融金属中の微粒介在物を検出するための従来技
術の装置としては、Ｙｏｕｌｌｇの米国特許第３．４４
４．７２６号、Ｍａｎｓｆ １ｅｌｄの米国特許第４，
２６１，１９７号および第４，２８７，７５５号に記載
されたものがある。しかし、これらの従来技術の装置に
はいずれも１つあるいはそれ以上の厳しい限定条件があ
って、そのために本来の目的についての汎用性が低い。
響を有することが多いので、近年そのような介在物を検
出する装置および方法の開発に多大の努力がはられれて
きた。溶融金属中の微粒介在物を検出するための従来技
術の装置としては、Ｙｏｕｌｌｇの米国特許第３．４４
４．７２６号、Ｍａｎｓｆ １ｅｌｄの米国特許第４，
２６１，１９７号および第４，２８７，７５５号に記載
されたものがある。しかし、これらの従来技術の装置に
はいずれも１つあるいはそれ以上の厳しい限定条件があ
って、そのために本来の目的についての汎用性が低い。
たとえば、チタン製プローブを使用する装置は、チタン
がアルミニウムに可溶なため、溶融アルミニウム中の介
在物の検出に用いた場合に作動寿命が短い。更に、通常
、固体チタンおよびその他の固体金属は、結晶粒界、気
孔、介在物等の不純物を含有しているため、これら含有
物によって超音波が：＄４哀する。
がアルミニウムに可溶なため、溶融アルミニウム中の介
在物の検出に用いた場合に作動寿命が短い。更に、通常
、固体チタンおよびその他の固体金属は、結晶粒界、気
孔、介在物等の不純物を含有しているため、これら含有
物によって超音波が：＄４哀する。
従来技術の装置のもう１つの欠点は、溶融金属による濡
れ性を有する（溶融金属によって濡らされ得る）表面被
覆をプローブの上に施す必要があることである。そのよ
うな被覆は超音波を減衰させるから粒子の解析の妨げと
なる。
れ性を有する（溶融金属によって濡らされ得る）表面被
覆をプローブの上に施す必要があることである。そのよ
うな被覆は超音波を減衰させるから粒子の解析の妨げと
なる。
従来技術の装置のもう１つの限定条件は、反射面上で集
束する必要があることである。生産現場においては、超
音波ビームを集束させることも、反射面をビームから一
定の距離に維持することも困難である。
束する必要があることである。生産現場においては、超
音波ビームを集束させることも、反射面をビームから一
定の距離に維持することも困難である。
以下余白
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の主目的の１つは、上記の従来技術の諸欠点を解
消することである。
消することである。
本発明のもう１つの目的は、溶融ガラス中の微粒介在物
の検出に適した装置と方法を提供することである。
の検出に適した装置と方法を提供することである。
本発明のプローブの利点の１つは、溶融アルミニウム中
の粒子の検出において、従来技術の装置によって検出さ
れるよりも小さい有効粒子寸法の粒子を検出するのに適
していることである。
の粒子の検出において、従来技術の装置によって検出さ
れるよりも小さい有効粒子寸法の粒子を検出するのに適
していることである。
もう１つの利点は、本発明の装置および方法が、超音波
ビームの集束を行なうあるいは行なわない用途のいずれ
にも適していることである。更に、反射面が必要ない。
ビームの集束を行なうあるいは行なわない用途のいずれ
にも適していることである。更に、反射面が必要ない。
更に、本発明の望ましいプローブの利点は、溶融アルミ
ニウムによる濡れ性を有する（溶融アルミニウムによっ
て濡らされ得る）サファイア製の窓を含むことである。
ニウムによる濡れ性を有する（溶融アルミニウムによっ
て濡らされ得る）サファイア製の窓を含むことである。
本発明のその他の利点は、以下の説明および図面から当
業者に明らかにされる。
業者に明らかにされる。
本発明によって、トランスジューサと、溶融金属あるい
は溶融合金あるいは溶融ガラスを含んで成る物体との間
の、超音波の伝送のための装置が提供される。該物体の
融点は約２５００℃以下である。該装置は、不活性な耐
火性のシェルを含んで成るプローブと、結合媒体と該物
体との間で超音波を伝送するために該シェルに支持され
た窓と、該トランスジューサと語意との間で超音波を伝
送するために該シェル中に収容された結合媒体とを含む
。
は溶融合金あるいは溶融ガラスを含んで成る物体との間
の、超音波の伝送のための装置が提供される。該物体の
融点は約２５００℃以下である。該装置は、不活性な耐
火性のシェルを含んで成るプローブと、結合媒体と該物
体との間で超音波を伝送するために該シェルに支持され
た窓と、該トランスジューサと語意との間で超音波を伝
送するために該シェル中に収容された結合媒体とを含む
。
窓は、結合媒体と接触している内側表面部と、溶融体（
溶融した該物体）による濡れ性を有する（溶融体によっ
て濡らされ得る）外側表面部とを含んで成る。トランス
ジューサと結合媒体との間の超音波の音響減衰係数は約
３ｄＢ未満である。結合媒体と内側表面部との間の超音
波の音響減衰係数は約６ｄＢ未満である。内側表面部と
外側表面部との間の超音波の音響減衰係数は約３ｄＢ未
満であることが望ましい。外側表面部と溶融体との間の
超音波の音響減衰係数は約８ｃｆＢ未満である。
溶融した該物体）による濡れ性を有する（溶融体によっ
て濡らされ得る）外側表面部とを含んで成る。トランス
ジューサと結合媒体との間の超音波の音響減衰係数は約
３ｄＢ未満である。結合媒体と内側表面部との間の超音
波の音響減衰係数は約６ｄＢ未満である。内側表面部と
外側表面部との間の超音波の音響減衰係数は約３ｄＢ未
満であることが望ましい。外側表面部と溶融体との間の
超音波の音響減衰係数は約８ｃｆＢ未満である。
音響減衰係数はいずれもできるだけ小さいことが最も望
ましい。
ましい。
アルミニウムあるいはアルミニウム合金の解析に用いら
れる望ましいプローブにおいては、結合媒体は液体カリ
ウムを含んで成る。結合媒体は、結合媒体、トランスジ
ューサ、窓の内側表面部の間の音響インピーダンスの差
を減少させるために少量の金属溶質をガリウム中に溶解
した状態で含んで成ることが望ましい。上記「少量」は
金属溶質が約５０ｕ＋ｔ％以下であるという意味である
。特に望ましいプローブにおいては、結合媒体は液体ガ
リウム中に溶解した約４．８ｗｔ％の銀を含んで成る。
れる望ましいプローブにおいては、結合媒体は液体カリ
ウムを含んで成る。結合媒体は、結合媒体、トランスジ
ューサ、窓の内側表面部の間の音響インピーダンスの差
を減少させるために少量の金属溶質をガリウム中に溶解
した状態で含んで成ることが望ましい。上記「少量」は
金属溶質が約５０ｕ＋ｔ％以下であるという意味である
。特に望ましいプローブにおいては、結合媒体は液体ガ
リウム中に溶解した約４．８ｗｔ％の銀を含んで成る。
液体ガリウムは、酸化物、固体介在物、および溶解して
いるガスを除去するために処理されることが望ましい。
いるガスを除去するために処理されることが望ましい。
そのような処理は、結合媒体中での音響波の反射を極力
低減するために望ましい。
低減するために望ましい。
液体ガリウムを収容したプローブは、固体金属プローブ
中に存在する結晶粒界、気孔、介在物等の不純物を含ま
ないという利点を有する。
中に存在する結晶粒界、気孔、介在物等の不純物を含ま
ないという利点を有する。
シェルは溶融体に対して不活性な耐火性の材料を含んで
成る。「耐火性」という語は、極めて高い温度に長期間
耐え得る材料を指すものであって、アルミナ、シリカ、
およびシリコンカーバイドのような従来の耐火物、およ
びタングステン、モリブデン、およびタンタルのような
耐火性金属を含む。アルミニウムおよびアルミニウム合
金の解析のための望ましいプローブにおいては、シェル
はタングステン製の中空円筒体である。
成る。「耐火性」という語は、極めて高い温度に長期間
耐え得る材料を指すものであって、アルミナ、シリカ、
およびシリコンカーバイドのような従来の耐火物、およ
びタングステン、モリブデン、およびタンタルのような
耐火性金属を含む。アルミニウムおよびアルミニウム合
金の解析のための望ましいプローブにおいては、シェル
はタングステン製の中空円筒体である。
特に望ましい窓は単結晶サファイアで作られている。窓
は多結晶サファイアあるいは非晶質シリカで゛作られて
いてもよい。
は多結晶サファイアあるいは非晶質シリカで゛作られて
いてもよい。
望ましい装置は、約８〜２５ＭＨ２の周波数を有する超
音波を発生することができる圧電トランスジューサを含
む。トランスジューサは、その有効な作動を維持するた
めに、窓から間隔を、望ましくは少なくとも１０ｃｍの
間隔をおいて配置される。
音波を発生することができる圧電トランスジューサを含
む。トランスジューサは、その有効な作動を維持するた
めに、窓から間隔を、望ましくは少なくとも１０ｃｍの
間隔をおいて配置される。
更に、望ましい装置は、トランスジューサとそれに近接
する液体ガリウムとを約１４９°Ｃ以下の温度に維持す
るための冷却手段を更に含んで成る。不活性な耐火性の
シェルを有するプローブは、溶融アルミニウムの腐食作
用に耐えることができ、且つ溶融アルミニウムに用いた
際の熱応力に対して十分な抵抗がある。
する液体ガリウムとを約１４９°Ｃ以下の温度に維持す
るための冷却手段を更に含んで成る。不活性な耐火性の
シェルを有するプローブは、溶融アルミニウムの腐食作
用に耐えることができ、且つ溶融アルミニウムに用いた
際の熱応力に対して十分な抵抗がある。
溶融鉄合金中の介在物を検出するためのプローブは、タ
ングステンのシェル、液体ガリウム錫合金の結合媒体、
およびサファイアの窓を含んで成る。主要成分く５０１
％以上）であるガリウムと少量成分（５０ｗｔ％以下）
である錫を含んで成る結合媒体が望ましい。特に望まし
い結合媒体は約５５−ｔ％のガリウムと約４５ｗｔ％の
錫とを含んで成る４溶融ガラス中の介在物を検出するた
めのプローブは、ガリウム錫合金を含んで成る結合媒体
を有する。シェルは、鋼、ニッケル、コバルト、クロム
、シリコン、あるいは炭素であってよく、鋼が特に望ま
しい。窓は、ニッケル、鋼、コバルト、クロム、あるい
は炭素であってよく、ニッケルが特に望ましい。
ングステンのシェル、液体ガリウム錫合金の結合媒体、
およびサファイアの窓を含んで成る。主要成分く５０１
％以上）であるガリウムと少量成分（５０ｗｔ％以下）
である錫を含んで成る結合媒体が望ましい。特に望まし
い結合媒体は約５５−ｔ％のガリウムと約４５ｗｔ％の
錫とを含んで成る４溶融ガラス中の介在物を検出するた
めのプローブは、ガリウム錫合金を含んで成る結合媒体
を有する。シェルは、鋼、ニッケル、コバルト、クロム
、シリコン、あるいは炭素であってよく、鋼が特に望ま
しい。窓は、ニッケル、鋼、コバルト、クロム、あるい
は炭素であってよく、ニッケルが特に望ましい。
１以下余白
〔実施例〕
第１図に示したプローブ１０は、溶融金属あるいは溶融
合金あるいは溶融ガラスを含んで成る物体１２の中の微
粒介在物を検出するために用いられる。ここで説明する
特定の装置および方法は溶融アルミニウムおよび溶融ア
ルミニウム合金の中の微粒介在物の検出を目的とするが
、本発明は単にアルミニウムだけに用途を限定するもの
ではなく、あるいは単に微粒介在物の検出だけに限定す
るものではない。本発明の装置および方法は、融点が約
１０００°Ｃ以下の他の金属および合金の超音波検査に
も適しているはずである。この金属および合金には、ビ
スマス、ガリウム、インジウム、鉛、リチウム、マグネ
シウム、水銀、カリウム、ナトリウム、錫、亜鉛および
これらの合金が含まれるばコバルト、銅、金、鉄、マン
ガン、ニッケル、銀、およびこれらの合金の超音波検査
にも適用できる。そのような金属は一般的に約２５００
°Ｃ以下、通常は約２０００℃以下の融点を有する。
合金あるいは溶融ガラスを含んで成る物体１２の中の微
粒介在物を検出するために用いられる。ここで説明する
特定の装置および方法は溶融アルミニウムおよび溶融ア
ルミニウム合金の中の微粒介在物の検出を目的とするが
、本発明は単にアルミニウムだけに用途を限定するもの
ではなく、あるいは単に微粒介在物の検出だけに限定す
るものではない。本発明の装置および方法は、融点が約
１０００°Ｃ以下の他の金属および合金の超音波検査に
も適しているはずである。この金属および合金には、ビ
スマス、ガリウム、インジウム、鉛、リチウム、マグネ
シウム、水銀、カリウム、ナトリウム、錫、亜鉛および
これらの合金が含まれるばコバルト、銅、金、鉄、マン
ガン、ニッケル、銀、およびこれらの合金の超音波検査
にも適用できる。そのような金属は一般的に約２５００
°Ｃ以下、通常は約２０００℃以下の融点を有する。
本発明は、シリカガラス、鉛シリカガラス、硼珪酸ガラ
ス、およびフリントガラスを含めて、溶融ガラスの超音
波検査にも適用できる。ガラス中の介在物検出に対する
要望が最も高いのは光学的特性ガラス製造の分野である
。
ス、およびフリントガラスを含めて、溶融ガラスの超音
波検査にも適用できる。ガラス中の介在物検出に対する
要望が最も高いのは光学的特性ガラス製造の分野である
。
次に第２図において、プローブ１０は、液体金属結合媒
体１６を収容する中空チューブ状タングステン製シェル
あるいはエンベロープ１４を含んで成る。シェル１４は
、異なる温度における結合媒体１６の膨張および収縮を
許容するなめに上向きに沖びな上昇管１８を具備する。
体１６を収容する中空チューブ状タングステン製シェル
あるいはエンベロープ１４を含んで成る。シェル１４は
、異なる温度における結合媒体１６の膨張および収縮を
許容するなめに上向きに沖びな上昇管１８を具備する。
シェル１４は高温において溶融体１２および結合媒体１
６のいずれに対しても化学的に不活性でなければならな
い。望ましいシェル１４はタングステンで作られている
。この材料は少なくとも８００℃までの高温において溶
融体１２の中のアルミニウム合金および結合媒体１６の
中の液体ガリウムに対して不活性である。シェル１４は
その他の不活性な耐火材料、たとえばアルミナ、シリカ
、シリコンカーバイド、およびムライト等で作られてい
てもよい。シェル１４は、タングステンで牛られている
場合には、熱伝達を遅らせ、それによって熱衝撃から保
護するために、外周アルミナフリットジャケット（図示
せず）を具備してもよい。
６のいずれに対しても化学的に不活性でなければならな
い。望ましいシェル１４はタングステンで作られている
。この材料は少なくとも８００℃までの高温において溶
融体１２の中のアルミニウム合金および結合媒体１６の
中の液体ガリウムに対して不活性である。シェル１４は
その他の不活性な耐火材料、たとえばアルミナ、シリカ
、シリコンカーバイド、およびムライト等で作られてい
てもよい。シェル１４は、タングステンで牛られている
場合には、熱伝達を遅らせ、それによって熱衝撃から保
護するために、外周アルミナフリットジャケット（図示
せず）を具備してもよい。
プローブ１０の上端に近接した圧電トランスジューサ２
０は、超音波を送り出し、結合媒体１６を貫通させ、ト
ランスジューサ２ｏがら下方に距離をおいた窓２２にま
で到達させる。図示した望ましいトランスジューサ２ｏ
は圧電トランスジューサである。このトランスジューサ
は、電気的刺激に応じて約８〜２５Ｍｔｌｚの周波数を
持つ超音波を発生する。特に望ましい作動周波数は約１
５Ｈｌｌｚである。
０は、超音波を送り出し、結合媒体１６を貫通させ、ト
ランスジューサ２ｏがら下方に距離をおいた窓２２にま
で到達させる。図示した望ましいトランスジューサ２ｏ
は圧電トランスジューサである。このトランスジューサ
は、電気的刺激に応じて約８〜２５Ｍｔｌｚの周波数を
持つ超音波を発生する。特に望ましい作動周波数は約１
５Ｈｌｌｚである。
トランスジューサ２０は、シェル１４の非晶質シリカ製
の上部壁あるいは上部窓２３に近接して配置されている
。トランスジューサ２ｏは、シリコーン取付材の薄い層
（図示せず）によって上部壁２３に取り付けられている
。この弾力性のあるシリコーン層は、結合媒体１６の膨
張と収縮とにょつて発生する、トランスジューサ２０と
上部壁２３との間の応力を緩和する。このように応力を
緩和することによって、脆いトランスジューサ２０の破
損が防止され、その発生する超音波の周波数の変化が最
小限にされる。
の上部壁あるいは上部窓２３に近接して配置されている
。トランスジューサ２ｏは、シリコーン取付材の薄い層
（図示せず）によって上部壁２３に取り付けられている
。この弾力性のあるシリコーン層は、結合媒体１６の膨
張と収縮とにょつて発生する、トランスジューサ２０と
上部壁２３との間の応力を緩和する。このように応力を
緩和することによって、脆いトランスジューサ２０の破
損が防止され、その発生する超音波の周波数の変化が最
小限にされる。
トランスジューサ２０は高温に敏感なので、プローブ１
０にはトランスジューサ２０とその近接する結合媒体１
６を約１４９℃以下に維持するための冷却手段あるいは
冷却ジャケット２４が設けられている。望ましいプロー
ブ１０は冷却手段２４の中の冷却媒体として水を使う。
０にはトランスジューサ２０とその近接する結合媒体１
６を約１４９℃以下に維持するための冷却手段あるいは
冷却ジャケット２４が設けられている。望ましいプロー
ブ１０は冷却手段２４の中の冷却媒体として水を使う。
ただし、この冷却手段は、ビスマス、リチウム、あるい
はこれらの合金のように融点の低い金属中の介在物の検
出のために装置が使用される場合、あるいは窓とトラン
スジューサ２０との間の距離がトランスジューサ２０と
一般的にそれよりも高温の溶融体１２とを絶縁するのに
十分大きく維持されている場合には、全く省略してもよ
い。アルミニウム合金溶融体１２の中の介在物を検出す
るなめに使用され且つ液体ガリウム結合媒体１６を有す
る望ましいプローブ１０においては、トランスジューサ
２０と窓２２との間は少なくともｌ０ＣＩＡの距離を隔
てられるべきである。この距離は、受容し得る熱的勾配
と矛盾しない限りできるだけ小さいことが望ましいが、
トランスジューサ２０の損傷を避けるなめに場合によっ
ては距離を増加させなければならない。本発明の特に望
ましいプローブ１０においては、トランスジューサ２０
と窓２２は約１５ｃｍの距離を隔てられている。
はこれらの合金のように融点の低い金属中の介在物の検
出のために装置が使用される場合、あるいは窓とトラン
スジューサ２０との間の距離がトランスジューサ２０と
一般的にそれよりも高温の溶融体１２とを絶縁するのに
十分大きく維持されている場合には、全く省略してもよ
い。アルミニウム合金溶融体１２の中の介在物を検出す
るなめに使用され且つ液体ガリウム結合媒体１６を有す
る望ましいプローブ１０においては、トランスジューサ
２０と窓２２との間は少なくともｌ０ＣＩＡの距離を隔
てられるべきである。この距離は、受容し得る熱的勾配
と矛盾しない限りできるだけ小さいことが望ましいが、
トランスジューサ２０の損傷を避けるなめに場合によっ
ては距離を増加させなければならない。本発明の特に望
ましいプローブ１０においては、トランスジューサ２０
と窓２２は約１５ｃｍの距離を隔てられている。
窓２２は、結合媒体１６と接触している内側表面部２２
ａと、溶融体１２による濡れ性を有する外側表面部２２
ｂとを含む。内側表面部２２ａと外側表面部２２ｂは一
般的には単一構造を構成するであろうが、複合構造もま
た本発明の範囲内である。単−ｉ造は、内側表面部２２
ａと外側表面部２２ｂとの間の音響減衰を最小化するた
めに望ましい。
ａと、溶融体１２による濡れ性を有する外側表面部２２
ｂとを含む。内側表面部２２ａと外側表面部２２ｂは一
般的には単一構造を構成するであろうが、複合構造もま
た本発明の範囲内である。単−ｉ造は、内側表面部２２
ａと外側表面部２２ｂとの間の音響減衰を最小化するた
めに望ましい。
特に望ましい窓２２は単結晶サファイアで作られており
、円筒状あるいは円板状の形状を有する。
、円筒状あるいは円板状の形状を有する。
サファイアは、溶融アルミニウムあるいは溶融アルミニ
ウム合金によって容易に濡らされ且つ高温で不活性であ
るという利点を有する。
ウム合金によって容易に濡らされ且つ高温で不活性であ
るという利点を有する。
結合媒体１６および窓２２の材質は、トランスジューサ
２０と結合媒体１６との間、結合媒体１６と窓２２との
間、および窓２２と溶融体１２との間の音！５減衰を減
少させるように選定される。
２０と結合媒体１６との間、結合媒体１６と窓２２との
間、および窓２２と溶融体１２との間の音！５減衰を減
少させるように選定される。
ここに用いた語「音響減衰係数」は下記の式で定義され
る。
る。
■！
ここで、Ｂはデシベルで表示した音響強度水準、ＩはＷ
／ ｍ ”で表示した音波の音響強度である。
／ ｍ ”で表示した音波の音響強度である。
超音波の音響減衰１系数は、トランスジューサ２０と結
合媒体１６との間、結合媒体１６と窓２２との間、およ
び窓２２と溶融体１２との間のいずれにおいてもできる
だけ小さく維持されるべきである。トランスジューサ２
０と結合媒体１６との間、および結合媒体１６と窓２２
との間の音響減衰を最小化するために、液体ガリウム中
に少量の金属溶質が溶解している。結合媒体１６は望ま
しくは液体ガリウム中に溶解した約２．５〜５ｗｔ％の
銀を含んで成る。結合媒体１６中の溶解銀の濃度は、音
波の伝送を妨害するかもしれない相の析出を回避するた
めに、一般的に約５ｗｔ％以下に維持されるべきである
。
合媒体１６との間、結合媒体１６と窓２２との間、およ
び窓２２と溶融体１２との間のいずれにおいてもできる
だけ小さく維持されるべきである。トランスジューサ２
０と結合媒体１６との間、および結合媒体１６と窓２２
との間の音響減衰を最小化するために、液体ガリウム中
に少量の金属溶質が溶解している。結合媒体１６は望ま
しくは液体ガリウム中に溶解した約２．５〜５ｗｔ％の
銀を含んで成る。結合媒体１６中の溶解銀の濃度は、音
波の伝送を妨害するかもしれない相の析出を回避するた
めに、一般的に約５ｗｔ％以下に維持されるべきである
。
トランスジューサ２０と窓２２との間を音波が効率的に
伝送されるように、ガリウムは、酸「ヒ物、固体介在物
、および溶解ガスを除去するために処理されるべきであ
る。
伝送されるように、ガリウムは、酸「ヒ物、固体介在物
、および溶解ガスを除去するために処理されるべきであ
る。
ガリウム中に約４．８ ｗｔ％の溶解銀を含有する望ま
しい結合媒体の音響インピーダンスは、窓の音響インピ
ーダンスに近く、トランスジューサ２０の音響インピー
ダンスにほぼ等しい。したがって、トランスジューサ２
０と結合媒体１６との界面における音響減衰は本質的に
Ｏであり、結合媒体１６と内側表面部２２ａとの間の音
響減衰は約４ｄＢに過ぎない。更に、窓２２がサファイ
アで作られている場きは、外側表面部２２ｂとアルミニ
ウム溶融体１２との間の音ｆ減衰は計算によれば約５．
８ｄＢに過ぎない。したがって、本発明のプローブは、
トランスジューサ２０を損傷することなく、トランスジ
ューサ２０と溶融体１２との間を超音波を高い効率で伝
送することができる。
しい結合媒体の音響インピーダンスは、窓の音響インピ
ーダンスに近く、トランスジューサ２０の音響インピー
ダンスにほぼ等しい。したがって、トランスジューサ２
０と結合媒体１６との界面における音響減衰は本質的に
Ｏであり、結合媒体１６と内側表面部２２ａとの間の音
響減衰は約４ｄＢに過ぎない。更に、窓２２がサファイ
アで作られている場きは、外側表面部２２ｂとアルミニ
ウム溶融体１２との間の音ｆ減衰は計算によれば約５．
８ｄＢに過ぎない。したがって、本発明のプローブは、
トランスジューサ２０を損傷することなく、トランスジ
ューサ２０と溶融体１２との間を超音波を高い効率で伝
送することができる。
結合媒体１６は、望ましくは、溶融体１２の温度におい
て低い蒸気圧を有する。高温での蒸気圧が高い液体は気
泡を発生し、この気泡が結合媒体中の超音波列の伝送を
妨害する。液体ガリウムの長所は沸点が２４０３℃であ
ることである。したがって、液体ガリウムを主要成分と
して含む結合媒体は、アルミニウム合金が通常維持され
る最高温度である約７３２℃（１３５０°Ｆ）に達する
温度においても低い蒸気圧分有する。
て低い蒸気圧を有する。高温での蒸気圧が高い液体は気
泡を発生し、この気泡が結合媒体中の超音波列の伝送を
妨害する。液体ガリウムの長所は沸点が２４０３℃であ
ることである。したがって、液体ガリウムを主要成分と
して含む結合媒体は、アルミニウム合金が通常維持され
る最高温度である約７３２℃（１３５０°Ｆ）に達する
温度においても低い蒸気圧分有する。
第２図において、装置は、電圧パルス発振器３０、超音
波周波数の交番電圧を発生する高周波発振器３２、およ
び電圧パルス発振器３０と高周波発振器３２とからの電
気パルスを受信する変調器３４を更に含んで成る。
波周波数の交番電圧を発生する高周波発振器３２、およ
び電圧パルス発振器３０と高周波発振器３２とからの電
気パルスを受信する変調器３４を更に含んで成る。
変調器３４は、電圧パルス発振器３０からのパルスを受
信している期間中にのみ、超音波周波数の電圧が通過す
ることによって約３００ボルトの電圧を有する直流電圧
列を発生する。この直流電圧列はトランスジューサ２０
を生かす。
信している期間中にのみ、超音波周波数の電圧が通過す
ることによって約３００ボルトの電圧を有する直流電圧
列を発生する。この直流電圧列はトランスジューサ２０
を生かす。
図示した望ましい装置においては、トランスジューサ２
０は、溶融体１２から窓２２と結合媒体１６とを通って
到達する波列を受信するための受信トランスジューサと
しても使用する。その後この受信トランスジューサ２０
は溶融体１２から受信した波列に応答して電圧列を発生
する。このようにして発生した電圧列は増幅器４ｏ、整
流器４２、そしてオシロスコープｔｉ ４へと送られる
。
０は、溶融体１２から窓２２と結合媒体１６とを通って
到達する波列を受信するための受信トランスジューサと
しても使用する。その後この受信トランスジューサ２０
は溶融体１２から受信した波列に応答して電圧列を発生
する。このようにして発生した電圧列は増幅器４ｏ、整
流器４２、そしてオシロスコープｔｉ ４へと送られる
。
オシロスコープ４４には、電圧パルス発振器３０と同期
化した直線掃引回路４６が接続されている。
化した直線掃引回路４６が接続されている。
オシロスコープ４４の輝点は掃引回路４６によって一つ
の方向に偏向させられており、受信トランスジューサ２
０からの電圧出力によって別の方向に偏向させられる。
の方向に偏向させられており、受信トランスジューサ２
０からの電圧出力によって別の方向に偏向させられる。
オシロスコープの表示内容はレコーダ５０の中に永久記
録として維持される。
録として維持される。
第１図において、電圧パルス発振器３０、高周波発振器
３２、および変調器３４を総体として「パルス発生部（
ｐｕｌｓｅｒ） Ｊと呼ぶ。同様に、増幅器４０、整流
器４２、オシロスコープ４４、および掃引回路４６を「
受信部（ｒｅｃｅｉｖｅｔ） Ｊと呼ぶ。
３２、および変調器３４を総体として「パルス発生部（
ｐｕｌｓｅｒ） Ｊと呼ぶ。同様に、増幅器４０、整流
器４２、オシロスコープ４４、および掃引回路４６を「
受信部（ｒｅｃｅｉｖｅｔ） Ｊと呼ぶ。
Ｆｉｒｅｓｔｏｎｅの米国特許第２，２８０，２２６号
には、トランスジューサ２０／＼のパルスの伝送および
トランスジューサ２０からのパルスの受信のための同様
なシステムの作用が記載されており、この特許は矛盾し
ない限り本発明の参考とした。
には、トランスジューサ２０／＼のパルスの伝送および
トランスジューサ２０からのパルスの受信のための同様
なシステムの作用が記載されており、この特許は矛盾し
ない限り本発明の参考とした。
第２図に示すように、トランスジューサ２０によって発
生した超音波は、結合媒体１６および窓２２を通ってア
ルミニウム溶融体１２の中にまで伝送される。この超音
波が懸濁粒子あるいは微粒介在物６０に衝突すると、別
個の振動波としてトランスジューサ２０へ返送されて、
そのような超音波列に応答して電圧列が発生する。その
後この電圧列はオシロスコープ４４上に表示される。
生した超音波は、結合媒体１６および窓２２を通ってア
ルミニウム溶融体１２の中にまで伝送される。この超音
波が懸濁粒子あるいは微粒介在物６０に衝突すると、別
個の振動波としてトランスジューサ２０へ返送されて、
そのような超音波列に応答して電圧列が発生する。その
後この電圧列はオシロスコープ４４上に表示される。
ここに説明したプローブ１０の利点は、特許請求の範囲
に記載した装置が従来技術の装置よりも小さい粒子６０
を検出するように効率的に超音波列を伝送することであ
る。プローブ１０は、有効直径が約４００ミクロン以下
の固体微粒介在物を常に検出し、溶融アルミニウム中の
粒子であれば約５０ミクロン以上の粒子を検出する。プ
ローブ１０は理論上は直径が約１〜１０ミクロンの範囲
内にある粒子を検出する能力がある。
に記載した装置が従来技術の装置よりも小さい粒子６０
を検出するように効率的に超音波列を伝送することであ
る。プローブ１０は、有効直径が約４００ミクロン以下
の固体微粒介在物を常に検出し、溶融アルミニウム中の
粒子であれば約５０ミクロン以上の粒子を検出する。プ
ローブ１０は理論上は直径が約１〜１０ミクロンの範囲
内にある粒子を検出する能力がある。
以上、本発明を望ましい実施態様について説明したが、
特許請求の範囲の趣旨から逸脱しない本発明の範囲内で
変更および応用を行なえることは当業者には明らかであ
る。
特許請求の範囲の趣旨から逸脱しない本発明の範囲内で
変更および応用を行なえることは当業者には明らかであ
る。
第１図は、本発明のプローブを含む、溶融アルミニウム
の超音波検出のための装置の模式図、および 第２図は、本発明の装置および方法の模式図である。 １０・・・プローブ、 １２・・・溶融体、１４・・
・シェル（エンベロープ）、 １６・・・結合媒体、 １８・・・上昇管、２０・・
・圧電トランスジューサ、 ２２・・・窓、 ２４・・・冷却ジャケット
、３０・・・電圧パルス発振器、 ３２・・・高周波発振器、 ３４・・・変調器、 ４０・・・増幅器、４２・・
・整流器、 ４４・・・オシロスコープ、４６・・
・直線掃引回路、 ５０・・・レコーダ、 ６０・・・粒子。
の超音波検出のための装置の模式図、および 第２図は、本発明の装置および方法の模式図である。 １０・・・プローブ、 １２・・・溶融体、１４・・
・シェル（エンベロープ）、 １６・・・結合媒体、 １８・・・上昇管、２０・・
・圧電トランスジューサ、 ２２・・・窓、 ２４・・・冷却ジャケット
、３０・・・電圧パルス発振器、 ３２・・・高周波発振器、 ３４・・・変調器、 ４０・・・増幅器、４２・・
・整流器、 ４４・・・オシロスコープ、４６・・
・直線掃引回路、 ５０・・・レコーダ、 ６０・・・粒子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、トランスジューサと、溶融金属あるいは溶融合金あ
るいは溶融ガラスを含んで成る物体との間を、超音波を
伝送するためのプローブであって、該物体の融点が約２
５００℃以下であり、該プローブが、 （ａ）該物体に対して不活性である耐火性のシェル、 （ｂ）トランスジューサと、該トランスジューサから間
隔をおいて配置された窓との間を超音波を伝送するため
の結合媒体であって、該結合媒体が該シェル内に収容さ
れた溶融金属を含んで成り、該トランスジューサと該結
合媒体との間の超音波に関する音響減衰係数が約３ｄＢ
未満である、結合媒体、および （ｃ）該結合媒体と該物体との間を超音波を伝送するた
めの窓であって、該窓が該シェルによって支持されてお
り、該窓が、 （１）該結合媒体と接触している内側表面 部であって、該結合媒体と該内側表面部との間の超音波
に関する音響減衰係数が約６ｄＢ未満である、内側表面
部、および （２）該物体によって濡らされ得る外側表 面部であって、該外側表面部と該物体との間の超音波に
関する音響減衰係数が約８ｄＢ未満である、外側表面部
、 の（１）および（２）を含んで成る窓、 の（ａ）〜（ｃ）を含んで成る、超音波を伝送するため
のプローブ。 ２、前記物体がアルミニウムまたはアルミニウム合金を
含んで成り且つ前記結合媒体が液体ガリウムを含んで成
る特許請求の範囲第１項記載のプローブ。 ３、前記結合媒体が前記液体ガリウム中に溶解した少量
の金属溶質を更に含んで成る特許請求の範囲第２項記載
のプローブ。 ４、前記液体ガリウム中に溶解した前記金属溶質が約２
．５〜５ｗｔ％の銀を含んで成る特許請求の範囲第３項
記載のプローブ。 ５、前記シェルがタングステンを含んで成る特許請求の
範囲第２項記載のプローブ。 ６、前記内側表面部と前記外側表面部との間の超音波に
関する音響減衰係数が約３ｄＢ未満である特許請求の範
囲第３項記載のプローブ。 ７、前記窓がサファイアを合んで成る特許請求の範囲第
２項記載のプローブ。 ８、前記物体が鉄あるいは鉄合金を含んで成り、且つ前
記結合媒体が液体ガリウム合金を含んで成る特許請求の
範囲第１項記載のプローブ。 ９、前記結合媒体がガリウム錫合金を含んで成る特許請
求の範囲第８項記載のプローブ。 １０、前記物体が溶融ガラスを含んで成り、且つ前記結
合媒体が液体ガリウム合金を含んで成る特許請求の範囲
第１項記載のプローブ。 １１、前記シェルが鋼あるいはニッケルを含んで成る特
許請求の範囲第１０項記載のプローブ。 １２、前記窓がニッケルあるいは鋼を含んで成る特許請
求の範囲第１０項記載のプローブ。 １３、溶融体中の固体介在物の存在あるいは不在を決定
するために、該溶融体中に超音波を伝送し、且つ該溶融
体内で反射された波を受信するための装置であって、下
記のプローブ、 トランスジューサと、溶融金属あるいは溶融合金あるい
は溶融ガラスを含んで成る物体との間を、超音波を伝送
するためのプローブであって、該物体の融点が約２５０
０℃以下であり、該プローブが、 （ａ）該物体に対して不活性である耐火性のシェル、 （ｂ）トランスジューサと、該トランスジューサから間
隔をおいて配置された窓との間を超音波を伝送するため
の結合媒体であって、該結合媒体が該シェル内に収容さ
れた溶融金属を含んで成り、該トランスジューサと該結
合媒体との間の超音波に関する音響減衰係数が約３ｄＢ
未満である、結合媒体、および （ｃ）該結合媒体と該物体との間を超音波を伝送するた
めの窓であって、該窓が該シェルによって支持されてお
り、該窓が、 （１）該結合媒体と接触している内側表面 部であって、該結合媒体と該内側表面部との間の超音波
に関する音響減衰係数が約６ｄＢ未満である、内側表面
部、および （２）該物体によって濡らされ得る外側表 面部であって、該外側表面部と該物体との間の超音波に
関する音響減衰係数が約８ｄＢ未満である、外側表面部
、 の（１）および（２）を含んで成る窓、 の（ａ）〜（ｃ）を含んで成る、超音波を伝送するため
のプローブと、 （ｄ）該物体である液体ガリウムに近接し且つ該窓から
間隔をおいて配置された圧電トランスジューサとを含ん
で成る装置。 １４、前記トランスジューサが前記窓から少なくとも１
０ｃｍの距離を隔てられている特許請求の範囲第１３項
記載の装置。 １５、（ｅ）前記圧電トランスジューサとこれに近接す
る前記液体ガリウムとを約１４９℃以下の温度に維持す
るための冷却手段、 を更に含んで成る特許請求の範囲第１３項記載の装置。 １６、（ｆ）電圧パルス発振器、 （ｇ）超音波周波数の交番電圧を発生する高周波発振器
、 （ｈ）該電圧パルス発振器と該高周波発振器とからの電
気衝撃を受信する変調器であって、該変調器が該電圧パ
ルス発振器からのパルスを受信している期間中にのみ、
超音波周波数の該電圧が通過することによって該変調器
は電圧列を発生し、該電圧列はトランスジューサを生か
す、変調器（ｉ）前記物体から受信した振動波列によっ
て起動させられて該振動波列に応答する電圧列を発生す
る受信トランスジューサ、 （ｊ）該電圧パルス発振器と同期化した掃引回路、およ
び、 （ｋ）輝点が該掃引回路によって一つの方向に偏向させ
られており、該受信トランスジューサからの電圧出力に
よって別の方向に偏向させられるオシロスコープ、の（
ｆ）〜（ｋ）を更に含んで成る特許請求の範囲第１５項
記載の装置。 １７、溶融金属あるいは溶融合金あるいは溶融ガラスを
含んで成る物体の超音波検査方法であって、該物体は約
２５００℃以下の融点を有しており、下記の工程、 （ａ）圧電トランスジューサで超音波を発生させる工程
、 （ｂ）該トランスジューサからの該超音波を、液体金属
を含んで成る結合媒体を通して、該トランスジューサと
間隔をおいた窓にまで伝送する工程であって、該トラン
スジューサと該結合媒体との間の超音波に関する音響減
衰係数が約３ｄＢ未満である工程、 （ｃ）該超音波を、窓を通して、溶融金属あるいは溶融
合金を含んで成る物体中に伝送する工程であって、該窓
が、 （１）該結合媒体と接触している内側表面 部であって、該結合媒体と該内側表面部との間の超音波
に関する音響減衰係数が約６ｄＢ未満である、内側表面
部、および （２）該物体によって濡らされた外側表面 部であって、該内側表面部と該外側表面部との間の超音
波に関する音響減衰係数が約３ｄＢ未満であり、且つ該
外側表面部と該物体との間の超音波に関する音響減衰係
数が約８ｄＢ未満である、外側表面部、 の（１）および（２）を含んで成る窓、 である工程、および、 （ｄ）該超音波の反射波が該物体から出現した後に、該
反射波の受信と解析とを行なう工程、の（ａ）〜（ｄ）
を含んで成る方法。 １８、前記物体が溶融アルミニウムあるいは溶融アルミ
ニウム合金を含んで成り、且つ前記結合媒体が液体ガリ
ウム中に溶解した銀を含んで成る特許請求の範囲第１７
項記載の方法。 １９、前記物体が鉄合金を含んで成り、且つ前記結合媒
体が液体ガリウム錫合金を含んで成る特許請求の範囲第
１７項記載の方法。 ２０、前記物体が溶融ガラスを含んで成り、且つ前記窓
がニッケルあるいは鋼を含んで成り、且つ前記シェルが
鋼あるいはニッケルを含んで成る特許請求の範囲第１７
項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US818257 | 1986-01-13 | ||
| US06/818,257 US4662215A (en) | 1984-08-20 | 1986-01-13 | Apparatus and method for ultrasonic detection of inclusions in a molten body |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62165148A true JPS62165148A (ja) | 1987-07-21 |
| JPH0641942B2 JPH0641942B2 (ja) | 1994-06-01 |
Family
ID=25225078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61295069A Expired - Lifetime JPH0641942B2 (ja) | 1986-01-13 | 1986-12-12 | 溶融体中の介在物の超音波検出装置および方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4662215A (ja) |
| EP (1) | EP0230880B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0641942B2 (ja) |
| AU (1) | AU571797B2 (ja) |
| CA (1) | CA1267211A (ja) |
| DE (1) | DE3768819D1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006528356A (ja) * | 2003-07-21 | 2006-12-14 | ホリバ インストルメンツ インク | 音響変換器 |
| JP2006528357A (ja) * | 2003-07-21 | 2006-12-14 | ホリバ インストルメンツ インク | 音響変換器 |
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- 1986-10-27 AU AU64406/86A patent/AU571797B2/en not_active Ceased
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1987
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