초음파에 대해서

초음파에 대해서

초음파는 우리 인간의 귀로는 들을 수 없는 높은 소리를 말합니다.

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인간은 보통 약 20Hz(헤르츠)~20KHz(킬로헤르츠)의 주파수를 들을 수 있습니다.

인간이 들을 수 없는 20KHz 이상의 음파를 총칭하여 초음파라고 부르고 있습니다.

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동물로는 돌고래와 박쥐 등이 20KHz 이상의 초음파를 이용하는 것으로 알려져 있습니다.

초음파 후도계·탐상기에서는 일반적으로 1MHz~20MHz의 초음파가 사용되고 있습니다.

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초음파는 이 밖에도 잠수함이나 선박의 탐지에 사용되는 소나 어군 탐지기, 의료 초음파 검사 등 다양한 기기에서 사용되고 있습니다.

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초음파 비파괴 검사에 대한 적용은 매우 오래되어 1930년경부터 시행되어 왔으며 기술적으로도 확립되어 매우 신뢰할 수 있는 검사 방법입니다

초음파의 특징

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초음파에는 크게 다음과 같은 두 가지 특징이 있습니다.

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물질과 물질의 경계에서 반사한다.

물질에 의해 소리가 전해지는 속도(음속)가 다르다.

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초음파의 경우 물질과 물질의 경계에서 반사되는 특징을 가지고 있는 것입니다.

그러나 초음파가 모두 반사하는 것이 아니라 일부 초음파는 통과합니다.

반사하는 초음파와 통과하는 초음파의 비율은 이웃하는 물질의 재질 조합에 의해 변화합니다.

예를 들어 철과 물의 경우 약 94%의 초음파는 경계에서 반사되고 나머지 6%가 통과합니다.

한편 아크릴 수지와 물의 경우는 34%의 초음파가 경계에서 반사되어 64%는 통과합니다.

초음파의 반사·통과 비율은 이웃하는 물질의 음향 임피던스에 의해 결정됩니다.

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초음파의 특징

다음으로 초음파의 전달 속도, 즉 음속은 물질에 따라 다르다는 특징이 있습니다.

예를 들어 같은 금속이라도 강철의 음속은 약 5,920m/s이지만 알루미늄 음속은 약 6,380m/s, 스테인리스 음속은 5,660m/s로 재질에 따라 음속이 다릅니다.

또한 같은 강철이라도 강철 종류가 다르면 약간의 음속은 다릅니다.

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초음파 두께 측정·탐상 시험에서는 정확한 검사를 위해 올바른 음속을 파악하는 것이 중요합니다.

측정물과 동일한 재질의 시험편을 사용하여 음속을 교정하는 것이 중요합니다.

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초음파 종류

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초음파 파도의 종류에는 종파와 횡파, 표면파, 판파 등이 있습니다.

초음파 두께 측정에서는 종파가, 초음파 탐상 시험에서는 주로 종파와 횡파가 사용되고 있습니다.

종파란 입자의 진동이 파도의 진행 방향과 같은 세로 방향으로 일어나는 파도를 말하며, 가장 전달이 빠른 파도입니다.

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횡파란 입자의 진동이 파도의 진행 방향과 직각의 옆 방향으로 일어나는 파도를 말합니다.

종파보다 전달이 느리고 약 절반의 전달속도가 됩니다.

고체 안으로만 전파되며 액체나 기체 안은 전달되지 않습니다.

사각 탐상시험에서 주로 사용됩니다.

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아래 표는 주요 재료의 종파와 가로파 음속입니다.

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