와전류검사 기술을 적용한 가압중수로 원전 압력관 비파괴검사

이희종,최성남,조찬희,유현주,문균영,Lee, Hee-Jong,Choi, Sung-Nam,Cho, Chan-Hee,Yoo, Hyun-Joo,Moon, Gyoon-Young 한국비파괴검사학회 2014 한국비파괴검사학회지 Vol.27 No.4

중수로 원자로는 한 개의 원자로용기로 구성된 경수로와는 달리 약 380여개의 연료채널(fuel channel)로 구성되어 있다. 연료채널을 구성하는 압력유지 기기인 압력관(pressure tube)은 지르코니움 합금(Zr-2.5wt% Nb) 재질로서 치수는 내경이 103.4 mm, 두께가 약 4.19 mm, 길이가 6.36 m인 튜브 형태의 관이다. 압력관은 내부에 핵연료 다발과 냉각재가 내장되며 압력관의 기능은 연료를 지지하고 열수송 유체인 중수($D_2O$)를 이송한다. 압력관의 단순한 기하학적인 형상으로 인하여 자동화 비파괴검사가 가능하고 접근성이 우수하다. 연료채널은 경수로형 원전과 동일하게 설치전과 운전중에 원자력안전위원회 법령 요건에 따라 주기적으로 엄격한 비파괴검사를 수행하여 건전성을 확인한다. 연료채널의 주기적 비파괴검사에는 초음파탐상 및 와전류탐상검사 기법을 적용한 체적 비파괴검사 기술이 적용된다. 이중에서 와전류탐상검사 기법은 초음파탐상검사에서 검출된 결함의 확인을 위한 보충검사기술로 적용되고 있지만 표면결함에 대한 검출능이 초음파탐상검사 기법보다 우수한 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 압력관 내부 표면 비파괴검사에 적용되고 있는 와전류탐상검사 기술의 압력관 내면에 발생할 수 있는 결함의 검출 및 깊이 측정 특성에 대한 연구결과를 기술하였다. 즉, 와전류검사 기술은 압력관 내면에 발생할 수 있는 아주 미세한 결함을 매우 우수한 분해능으로 검출할 수 있으므로 초음파탐상검사 결과 확인을 위한 보충기술로서 매우 유용하지만, 결함의 깊이 측정은 오차가 매우 크게 발생하므로 결함 깊이 측정에는 적합하지 않고 오직 표면결함 검출에만 적용하는 것이 바람직하다. A pressurized heavy water reactor (PHWR) core has 380 fuel channels contained and supported by a horizontal cylindrical vessel known as the calandria, whereas a pressurized water reactor (PWR) has only a single reactor vessel. The pressure tube, which is a pressure-retaining component, has a 103.4 mm inside diameter ${\times}$ 4.19 mm wall thickness, and is 6.36 m long, made of a zirconium alloy (Zr-2.5 wt% Nb). This provides support for the fuel while transporting the $D_2O$ heat-transfer fluid. The simple tubular geometry invites highly automated inspection, and good approach for all inspection. Similar to all nuclear heat-transfer pressure boundaries, the PHWR pressure tube requires a rigorous, periodic inspection to assess the reactor integrity in accordance with the Korea Nuclear Safety Committee law. Volumetric-based nondestructive evaluation (NDE) techniques utilizing ultrasonic and eddy current testing have been adopted for use in the periodic inspection of the fuel channel. The eddy current testing, as a supplemental NDE method to ultrasonic testing, is used to confirm the flaws primarily detected through ultrasonic testing, however, eddy current testing offers a significant advantage in that its ability to detect surface flaws is superior to that of ultrasonic testing. In this paper, effectiveness of flaw detection and the depth sizing capability by eddy current testing for the inside surface of a pressure tube, will be introduced. As a result of this examination, the ET technique is found to be useful only as a detection technique for defects because it can detect fine defects on the surface with high resolution. However, the ET technique is not recommended for use as a depth sizing method because it has a large degree of error for depth sizing.

와전류검사 기술을 적용한 가압중수로 원전 압력관 비파괴검사

이희종(Hee-Jong Lee),최성남(Sung-Nam Choi),조찬희(Chan-Hee Cho),유현주(Hyun-Joo Yoo),문균영(Gyoon-Young Moon) 한국비파괴검사학회 2014 한국비파괴검사학회지 Vol.34 No.3

중수로 원자로는 한 개의 원자로용기로 구성된 경수로와는 달리 약 380여개의 연료채널(fuel channel)로 구성되어 있다. 연료채널을 구성하는 압력유지 기기인 압력관(pressure tube)은 지르코니움 합금(Zr-2.5wt% Nb) 재질로서 치수는 내경이 103.4 mm, 두께가 약 4.19 mm, 길이가 6.36 m인 튜브 형태의 관이다. 압력관은 내부에 핵연료 다발과 냉각재가 내장되며 압력관의 기능은 연료를 지지하고 열수송 유체인 중수(D₂O)를 이송한다. 압력관의 단순한 기하학적인 형상으로 인하여 자동화 비파괴검사가 가능하고 접근성이 우수하다. 연료 채널은 경수로형 원전과 동일하게 설치전과 운전중에 원자력안전위원회 법령 요건에 따라 주기적으로 엄격한 비파괴검사를 수행하여 건전성을 확인한다. 연료채널의 주기적 비파괴검사에는 초음파탐상 및 와전류탐상검사 기법을 적용한 체적 비파괴검사 기술이 적용된다. 이중에서 와전류탐상검사 기법은 초음파탐상검사에서 검출된 결함의 확인을 위한 보충검사기술로 적용되고 있지만 표면결함에 대한 검출능이 초음파탐상검사 기법보다 우수한 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 압력관 내부 표면 비파괴검사에 적용되고 있는 와전류탐상검사 기술의 압력관 내면에 발생할 수 있는 결함의 검출 및 깊이 측정 특성에 대한 연구결과를 기술하였다. 즉, 와전류검사 기술은 압력관 내면에 발생할 수 있는 아주 미세한 결함을 매우 우수한 분해능으로 검출할 수 있으므로 초음파탐상검사 결과 확인을 위한 보충기술로서 매우 유용하지만, 결함의 깊이 측정은 오차가 매우 크게 발생하므로 결함 깊이 측정에는 적합하지 않고 오직 표면결함 검출에만 적용하는 것이 바람직하다. A pressurized heavy water reactor (PHWR) core has 380 fuel channels contained and supported by a horizontal cylindrical vessel known as the calandria, whereas a pressurized water reactor (PWR) has only a single reactor vessel. The pressure tube, which is a pressure-retaining component, has a 103.4 mm inside diameter × 4.19 mm wall thickness, and is 6.36 m long, made of a zirconium alloy (Zr-2.5 wt% Nb). This provides support for the fuel while transporting the D₂O heat-transfer fluid. The simple tubular geometry invites highly automated inspection, and good approach for all inspection. Similar to all nuclear heat-transfer pressure boundaries, the PHWR pressure tube requires a rigorous, periodic inspection to assess the reactor integrity in accordance with the Korea Nuclear Safety Committee law. Volumetric-based nondestructive evaluation (NDE) techniques utilizing ultrasonic and eddy current testing have been adopted for use in the periodic inspection of the fuel channel. The eddy current testing, as a supplemental NDE method to ultrasonic testing, is used to confirm the flaws primarily detected through ultrasonic testing, however, eddy current testing offers a significant advantage in that its ability to detect surface flaws is superior to that of ultrasonic testing. In this paper, effectiveness of flaw detection and the depth sizing capability by eddy current testing for the inside surface of a pressure tube, will be introduced. As a result of this examination, the ET technique is found to be useful only as a detection technique for defects because it can detect fine defects on the surface with high resolution. However, the ET technique is not recommended for use as a depth sizing method because it has a large degree of error for depth sizing.

Introduction to nondestructive testing

정용무 대한용접접합학회 1994 대한용접·접합학회지 Vol.12 No.4

이 글에서는 비파괴검사개론에 관하여 알아보았다. 1. 비파괴검사의 의의 1.1 비파괴검사의 역사 1.2 비파괴검사의 원리 1.3 비파괴검사의 목적과 역할 1.3.1 품질관리 1.3.2 생산원가의 절감 1.3.3 품질의 평가 1.3.4 점검 1.4 비파괴검사자의 역할 2. 비파괴검사자의 방법 2.1 방사선투과시험 2.1.1 직접촬영법 2.1.2 투시법 2.1.3 전자사진법 2.1.4 계기법 2.2 초음파탐상시험 2.2.1 음향검사와 초음파탐상 2.2.2 초음파의 성질과 종류 2.2.3 접촉매질 2.2.4 초음파 탐상 방법 2.2.5 초음파 탐촉자 2.3 자기탐상시험 2.3.1 자기탐상 원리 2.3.2 자기탐상 방법 1) 자장측정 탐상법 2) 자기기록 탐상법 3) 탐사 코일법 4) 자분탐상시험 2.3.3 자분탐상시험 2.4 침투탐상시험 2.4.1 침투탐상시험의 원리 2.4.2 침투탐상시험법의 기본 1) 침투탐상시험의 종류 2) 현상체의 종류 2.4.3 침투탐상시험의 장단점 2.5 전자유도시험 (와전류탐상법) 2.5.1 와전류의 발생과 탐지 2.5.2 와전류의 탐지 2.5.3 와전류 탐촉자 2.5.4 와전류 탐상시험의 적용과 장단점.

지상궤도전투장비의 비파괴검사 최적설계방안에 대한 연구

김병호(Byeong Ho Kim),서재현(Jae Hyun Seo),길현준(Hyeon Jun Gil),김선형(Seon Hyeong Kim),서상철(Sang Chul Seo) 한국비파괴검사학회 2015 한국비파괴검사학회지 Vol.35 No.5

본 논문에서는 자주포, 전차 및 장갑차 등 지상궤도전투장비에 적용되는 비파괴검사 방안 검토 및 설계방안에 대해서 연구하였다. 비파괴검사 방안 중에서 지상궤도전투장비 비파괴검사자의 기량검증 요건은 미군규격에서 최초로 언급 되었으며, 이후 국내 지상궤도전투장비 무기 개발시 국방규격에도 적용되었다. 그러나 민·군 규격통일화사업을 통해 방산용 비파괴검사자의 자격은 기존 항공분야에서 적용중이던 NAS410이 항공/방산 공용규격으로 통합화 되었다. 본 연구에 대한 설계방안의 검증은 자주포에 사용되는 Al 단조품에 대해 최적설계된 액체침투탐상검사 방법을 적용하여 제품의 신뢰성 및 건전성을 확인하였다. In this study, a nondestructive test (NDT) is performed to inspect the optimal design of a ground tracked combat vehicle for self-propelled artillery, tank, and armored vehicles. The minimum qualification required for personnel performing the NDT of a ground tracked combat vehicle was initially established in US military standards, and then applied to the Korean defense specifications to develop a ground tracked combat vehicle. However, the qualification standards of an NDT inspector have been integrated into NAS410 through the military and commercial specifications unification project that were applied in the existing aerospace/defense industry public standard. The design method for this study was verified by applying the optimal design to the liquid penetrant testing Al forging used in self-propelled artillery. This confirmed the reliability and soundness of the product.

비파괴검사 데이터의 머신러닝을 이용한 알루미늄 합금의 강도 추정

류성철,장경영 한국비파괴검사학회 2023 한국비파괴검사학회지 Vol.43 No.3

The increasing demand for lightweight aluminum alloys in advanced industrial products has necessitated the development of monitoring techniques for material strength using non-destructive testing (NDT) methods to ensure quality control. In this study, a machine learning model was developed to estimate the strength of aluminum alloys using NDT parameters known to be related to material strength, such as ultrasonic longitudinal/transverse velocity, attenuation coefficient, nonlinearity parameter, and eddy current electrical conductivity. The training data set consisted of NDT parameters obtained from more than 400 specimens with diverse strength distributions, along with tensile test data. A dedicated automated measurement system was employed to enhance the reliability of NDT parameter measurements. The estimated strength achieved more than 90% accuracy when a ±20 MPa interval accuracy was applied to the ground-truth strength. As data accumulation continues in the future, the performance of the proposed model is expected to improve further. Considering that destructive tensile tests possess an uncertainty of approximately 10%, the proposed technique offers an alternative to destructive testing, thereby establishing itself as a promising technology. 첨단 산업 제품의 경량화를 위한 알루미늄 합금의 수요가 늘어가면서 품질 관리를 위해 비파괴검사기법을 이용한 재료강도의 전수 모니터링 기술이 필요하게 되었다. 이를 위해서 본 연구에서는 재료의 강도와 관련이 있다고 알려진 비파괴검사 파라미터들인 초음파 종/횡파속도, 감쇠계수, 비선형 파라미터, 와전류전기전도도를 입력파라미터로 사용하여 알루미늄 합금의 강도를 추정할 수 있는 머신러닝 모델을 개발하였다. 학습을 위한 데이터셋은 다양한 강도분포를 갖도록 제작한 400여 개의 시편으로부터 얻은 비파괴검사 파라미터와 인장시험 데이터로 구성되었다. 특히 비파괴검사 파라미터의 측정에는 신뢰성을 높이기 위해 전용으로 개발된 자동화 측정시스템을 이용하였다. 학습결과 추정된 강도는 실제 강도와 ±20 MPa의 구간 정확도를 적용할 때 90% 이상의 정확도를 얻을 수 있었다. 향후 데이터의 축적이 지속되면 성능은 더욱 향상될 수 있을 것으로 기대되며, 이는 파괴 인장시험의 불확도가 10% 수준임을 감안할 때 제안하는 기술이 파괴시험을 대체할 수 있는 충분히 가능성이 높은 기술임을 입증한다.

방사성폐기물 드럼 비파괴 검사를 위한 X-ray 장비 평가

박종길,맹성준,이연의,황태원 한국방사성폐기물학회 2008 방사성폐기물학회지 Vol.6 No.3

원전 부지에 저장중인 방사성폐기물을 처분장에 인도하기 전에 폐기물의 물리·화학적 특성이 인수기준에 적합한지를 검사해야 한다. 검사하는 방법 중 비파괴 검사방법에 대해 조사하였는데, 조사결과 X-ray를 이용한 비파괴 방법을 적용하면 인수검사 항목 중‘드럼내 내용물 검사’,‘ 유리수 및 채움율 정량검사’를 할 수 있는 것으로 나타났다. 본 논문에서는 먼저 X-ray 장비의 원리와 시스템 선정 시 고려해야 할 사항들에 대해 간략하게 살펴 본 후 X-ray 장비를 이용하여 검사해야 할 드럼들의 특성을 분석하였다. 분석한 특성들은 드럼의 종류, 드럼의 규격, 드럼내 내용물의 종류 등이었고 이들 특성자료를 이용하여 검사에 필요한 X-ray 소요에너지를 계산하였다. 계산 결과 드럼 크기가 320 ℓ 이하인 드럼을 검사하기 위한 소요에너지는 3 MeV 이하로 나타났으며 경제성 및 실현가능성 측면에서 450 keV 장비와 3 MeV 장비를 조합하거나 단독으로 사용하는 것이 바람직하고 이 때 450 keV 장비를 이용하여 검사가 가능한 저밀도 드럼수는 2006년 12월 저장기준으로 42,327 드럼, 3 MeV 장비를 이용하여 검사가 가능한 드럼 수는 18,105 드럼으로 나타났다. 검사를 수행하는 주체, 장비 구매 방안 등에 따라 4가지 검사 시나리오를 수립하고 이에 대해 경제성 및 적용 가능성을 분석한 결과 최적의 검사시나리오는 인수기준, 처리 및 처분장 인도에 대한 폐기물 발생자의 정책 등에 영향을 받는 것으로 나타났다. 예를들어,‘ 유리수’,‘ 채움율’에 대한 정량분석과‘내용물 확인’을 모두 해야 할 경우에는 밀도가 상대적으로 낮은 폐기물이 담겨있는‘저밀도 드럼’의 검사를 위해 450 keV 이동형 장비 2대를 구입하여 자체 검사하고‘고밀도 드럼’은 외주로 검사하는 것이 바람직할 수 있다. 반면‘내용물 확인’만을 비파괴 검사항목으로 할 경우에는 450 keV 급 이동형 장비 1대면 연간 13,000 드럼을 검사할 수 있는 것으로 나타났다. The physical and chemical properties of radioactive waste drums, which have been temporarilystored on site, should be characterized before their shipment to a disposal facility in order to provethat the properties meet the acceptance guideline. The investigation of NDT(Nondestructive Test)method was figured out that the contents in drum, the quantitative analysis of free standing waterand void fraction can be examined with X-ray NDT techniques. This paper describes thecharacteristics of X-ray NDT such as its principles, the considerations for selection of X-ray system,etc. And then, the waste drum characteristics such as drum type and dimension, contents in drum,etc. were examined, which are necessary to estimate the optimal X-ray energy for NDT of a drum.The estimation results were that: ®Á the proper X-ray energy is under 3 MeV to test the drums of320 ߧ and less; ®Ë both X-ray systems of 450 keV and/or 3 MeV might be needed consideringthe economical efficiency and the realization. The number of drums that can be tested with 450keV and 3 MeV X-ray system was figured out as 42,327 and 18,105 drums (based on storage of2006. 12), respectively. Four testing scenarios were derived considering equipment procurementmethod, outsourcing or not, etc. The economical and feasibility assessment for the scenarios wasresulted in that an optimal scenario is dependent on the acceptance guide line, the wastegenerator's policy on the waste treatment and the delivery to a disposal facility, etc. For example, itmight be desirable that a waste generator purchases two 450 keV mobile system to examine thedrums containing low density waste, and that outsourcing examination for the high density drums,if all NDT items such as quantitative analysis for 'free standing water' and 'void fraction', andconfirmation of contents in drum have to be characterized. However, one 450 keV mobile system seems to be required to test only the contents in 13,000 drums per year.

도로시설물 적용 앵커볼트 결함 검출을 위한 비파괴(Ultrasonic) 검사기법 적용에 대한 연구

서동우(Dong-Woo Seo),김재환(Jaehwan Kim),이진혁(Jin-Hyuk Lee),조한민(Han-Min Cho),박상기(Sangki Park),김민수(Min-Soo Kim) 한국방재안전학회 2022 한국방재안전학회 논문집 Vol.15 No.4

국내의 앵커볼트 일반 비파괴 검사법은 육안검사와 타음검사를 적용하고 있으나, 육안검사는 기초에 포함된 부분이나 너트 및 베이스플레이트가 설치된 부분에서 앵커볼트의 부식이나 피로균열 등을 확인하는 것이 어렵다. 타음검사는 주변 환경과 개인차에 의한 영향을 받기 때문에 객관적인 조사가 어려운 것이 현실이므로 이러한 결함을 정량적으로 추정할 수 있는 비파괴 검사 기술개발이 필요하다. 국내 도로시설물 앵커볼트의 점검은 육안조사를 수행하고 있으며, 교량받침, 낙교방지시설 등의 앵커볼트 중요도가 높으므로 기존 점검방법과 함께 비파괴검사 기술을 개발하여 앵커볼트의 예방정비를 통해 교량 수명연장에 기여할 필요가 있다. 본 기술 개발을 통해 현재 수행하고 있지 않은 앵커볼트의 비파괴검사를 수행함으로 도로시설물 앵커볼트의 선제적/능동적 유지관리가 가능한 기술로 연구개발 및 실용화가 시급하다. 본 논문에서는 비파괴 검사 기법 중 초음파탐상법(Ultrasonic test)을 적용하여 부식, 균열 등 앵커볼트의 결함 검출 가능성 및 실뢰도를 실험적으로 검증하였다. 기술 개발이 완성되면 검사 신뢰성 향상 원천기술 확보로 앵커볼트에 대한 선제적/능동적 유지관리의 실현이 가능할 것으로 기대된다. The general non-destructive inspection method for anchor bolts in Korea applies visual inspection and hammering inspection, but it is difficult to check corrosion or fatigue cracks of anchor bolts in the part included in the foundation or in the part where the nut and base plate are installed. In reality, objective investigation is difficult because inspection is affected by the surrounding environment and individual differences, so it is necessary to develop non-destructive inspection technology that can quantitatively estimate these defects. Inspection of the anchor bolts of domestic road facilities is carried out by visual inspection, and since the importance of anchor bolts such as bridge bearings and fall prevention facilities is high, the life span of bridges is extended through preventive maintenance by developing non-destructive testing technology along with existing inspection methods. Through the development of this technology, non-destructive testing of anchor bolts is performed and as a technology capable of preemptive/active maintenance of anchor bolts for road facilities, practical use is urgently needed. In this paper, the possibility of detecting defects in anchor bolts such as corrosion and cracks and reliability were experimentally verified by applying the ultrasonic test among non-destructive inspection techniques. When the technology development is completed, it is expected that it will be possible to realize preemptive/active maintenance of anchor bolts by securing source technology for improving inspection reliability.

케이블 보행교(출렁다리) 케이블의 단면감소 비파괴검사 기술 소개

박광연 ( Park Kwang-yeun ),조창빈 ( Joh Changbin ),최지영 ( Choi Ji-young ),곽임종 ( Kwakh Imjong ),이주형 ( Lee Joo-hyung ) 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.26 No.2

본 연구는 케이블 보행교(출렁다리)의 케이블이 가진 자기특성을 이용해 단면감소를 비파괴검사하는 전자기기반 비파괴검사장비를 개발하는 연구를 소개한다. 케이블 도로교에 설치 된 케이블의 비파괴검사를 위해 개발중인 전자기센서를 소형화하고 보행교에 적합한 아이디어를 조합해 새로운 센서를 개발하는 연구이다. 이 센서는 케이블이 가진 자기특성을 이용해 단면감소를 비파괴검사한다. 전자석에 교류전기를 가해 센서 내부의 자기장을 빠르게 변화시키면 변화하는 자기장으로 인해 유도기전력이 발생한다. 이때 이 유도기전력의 크기는 센서 내부에 있는 금속의 단면적에 대한 함수임을 이용해 단면감소를 비파괴검사 한다.

케이블 보행교(출렁다리) 케이블의 단면감소 비파괴검사 기술 소개

박광연 ( Park Kwang-yeun ),조창빈 ( Joh Changbin ),최지영 ( Choi Ji-young ),곽임종 ( Kwakh Imjong ),이주형 ( Lee Joo-hyung ) 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.26 No.2

본 연구는 케이블 보행교(출렁다리)의 케이블이 가진 자기특성을 이용해 단면감소를 비파괴검사하는 전자기기반 비파괴검사장비를 개발하는 연구를 소개한다. 케이블 도로교에 설치 된 케이블의 비파괴검사를 위해 개발중인 전자기센서를 소형화하고 보행교에 적합한 아이디어를 조합해 새로운 센서를 개발하는 연구이다. 이 센서는 케이블이 가진 자기특성을 이용해 단면감소를 비파괴검사한다. 전자석에 교류전기를 가해 센서 내부의 자기장을 빠르게 변화시키면 변화하는 자기장으로 인해 유도기전력이 발생한다. 이때 이 유도기전력의 크기는 센서 내부에 있는 금속의 단면적에 대한 함수임을 이용해 단면감소를 비파괴검사 한다.

케이블 보행교(출렁다리) 케이블의 단면감소 비파괴검사 기술 소개

박광연 ( Park Kwang-yeun ),조창빈 ( Joh Changbin ),최지영 ( Choi Ji-young ),곽임종 ( Kwakh Imjong ),이주형 ( Lee Joo-hyung ) 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.26 No.2

본 연구는 케이블 보행교(출렁다리)의 케이블이 가진 자기특성을 이용해 단면감소를 비파괴검사하는 전자기기반 비파괴검사장비를 개발하는 연구를 소개한다. 케이블 도로교에 설치 된 케이블의 비파괴검사를 위해 개발중인 전자기센서를 소형화하고 보행교에 적합한 아이디어를 조합해 새로운 센서를 개발하는 연구이다. 이 센서는 케이블이 가진 자기특성을 이용해 단면감소를 비파괴검사한다. 전자석에 교류전기를 가해 센서 내부의 자기장을 빠르게 변화시키면 변화하는 자기장으로 인해 유도기전력이 발생한다. 이때 이 유도기전력의 크기는 센서 내부에 있는 금속의 단면적에 대한 함수임을 이용해 단면감소를 비파괴검사 한다.