A complete ultrasonic measurement model is developed for dissimilar metal weld (DMW). This ultrasonic measurement model which includes one grain orientation model, one ray tracing model, two beam models, and two flaw (sided drilled hole and crack) scattering models. The grain orientation is developed by modifying the Ogilvy’s model, which describes the weld as a multi-layered media. In this model, each layer is homogeneous but anisotropic, and the material property of each layer is slight changing from its neighboring layer. The ray tracing model allows to trace the rays in the weld as well as to determine the time of flight. The linear phasing multi-Gaussian beam model introduces a phase term to expand the limitation to beam steering angles exceeding the paraxial approximation limits of about 20 degrees. We use this model to simulate the beam fields radiated from a phased array to the weld. Another beam model-Gaussian beam equivalent point source (GBEPS) which works accurate and relative faster compared to multi-Gaussian beam model is used to describe the skewing and splitting of the beam in DMW. Analytical solutions for the far-field scattering response of a side drilled hole (SDH)/ a crack based on the Kirchhoff approximation in anisotropic media are presented. The beam models and the SDH scattering model are validated by the experiment.Using this measurement model, we improve the inspection of DMW in the following aspects: determine the time delays for focusing and/or steering ultrasonic beams of phased array at desired position in the DMW; increase the focal efficiency in the DMW; predict the signal of a SDH in a pulse-echo setup of a single transducer/ the signal of a crack in a pitch-catch setup of a phased array transducer in DMW; find the optimal position of transducer to maximize the scattered signal.
이종금속용접부의 초음파탐상시험 모델을 개발하였다. 개발된 모델은 결정방위 모델, 파선추적 모델, 빔 모델과 산란음장 모델을 포함한다. 결정방위 모델은 용접부를 다층으로 모사하는 Ogilvy의 모델을 수정하였다. 이 모델에서, 각각의 층은 균질하지만 이방성이며 각 층의 물성치가 조금씩 변화하도록 묘사하였다. 파선추적 모델을 이용하여 파선추적뿐만 아니라 파의 비행시간(TOF)을 계산하였다. 빔 음장 계산은 선형위상 다중 가우시안 빔 모델(LPMGB)을 이용하여 축방향 근사 때문에 발생한 조향각의 한계를 극복하였다. 이 모델을 이용하여 용접부네에 형성된는 음장을 계산하였다. 또한 계산시간과 정확성에서 뛰어난 GBEPS(Gaussian beam equivalent point source) 모델을 이용하여 다중 가우시안 빔 모델과 비교하였다. 또한, 이방성 매질에서 Kirchhoff 근사를 이용한 SDH(side drilled hole) 와 결함의 산란음장을 계산하였다. SDH 산란음장은 실험을 통하여 검증하였다.초음파 측정모델을 이용하여 1) 초음파의 집속/조향을 위한 시간지연을 계산하고, 2) 이른기법으로 위상배열초음파빔을 DMW 내에 집속시키는 효율을 향상시키며, 3) 단일탐촉자를 이용한 펄스에코 셋업에서 SDH 신호 예측과 위상배열 탐촉자를 이용한 결함 신호 예측을 수행하고, 4) 산란신호를 최대화하기 위한 탐촉자의 최적위치를 선정하였다.