EMAT의 유도초음파 비틀림 모드를 이용한 가압중수로 피더관의 균열 검출

정용무,김상수,이동훈,정현규 한국비파괴검사학회 2004 한국비파괴검사학회지 Vol.24 No.2

배관에서의 균열 탐지를 위해서 비틀림 모두 유도초음파 검사법을 적용하였다. 배관에서 비틀림 모드의 생성 및 수신을 위하여 배열형 전자기음향 탐촉자 (EMAT, electromagnetic acoustic transducer)를 설계, 제작하였다. 직경 2.5 인치의 배관에 대해 주파수 200kHz의 비틀림 모드 유도초음파를 적용하였으며 가진용으로 4개의 배열형 EMAT를 제작하였으며, 별도의 수신용 EMAT를 설계 제작하였다. 실제 중수로 피더관 mock-up에 대해 곡관부에 다양한 깊이의 인공 결함을 가공한 뒤 약 2m 거리에서 각각의 탐지능을 실험하였다. 결함 깊이가 관 두께 대비 5% 인 경우에도 결함 신호를 탐지할 수 있었으나 결함의 깊이와 신호 진폭과의 관계성은 나타나지 않았다. A torsional guided wave mode was applied to detect a crack in a pipe. An array of electromagnetic acoustic transducer (EMAT) that can generate and receive torsional guided ultrasound with the frequency of 200 kHz was designed and fabricated for testing a pipe of 2.5 inch diameter. Artificial notches with various depths were fabricated in a bent feeder pipe mock-up and the detectability was examined from the distance of 2 in of the specimen. The axial notches with the depth of 5% of wall thickness were successfully detected by a torsional mode (T(0,l)) generated by the EMAT. However, it was found that the depth of defects was not related to the signal amplitude.

중수로 주요 부품에 대한 특수 초음파평가기술

정용무,정현규,이동훈,김상수 한국비파괴검사학회 2003 최신 비파괴검사기술의 국내연구 동향에 관한 워크샵 Vol.2003 No.1

중수로 압력관에서 발생하는 수소화물 블리스터를 탐지하기 위한 초음파 속도비 방법과 피더관 균열을 원거리에서 탐지하기 위한 유도초음파 방법에 대해서 기술한다. 지르코늄 압력관과 수소화물 블리스터의 증파 속도 및 횡파 속도의 차이를 이용하여 종파-횡파 모드 변환된 저면 반사 신호와 종파 반사 신호의 비행시간을 측정하여 수소화물 블라스터를 탐지할 수 있는 방법을 개발하였다. 종래의 종파 비행시간 측정법보다 모드변환 초음파 속도비 방법이 수소화물 블리스터 탐지감도가 높음을 확인하였다. 또한 접근성과 고방사능으로 인하여 일반적인 배관 검사법을 적용하기 어려운 곡관부에 대해서 축방향 원거리 유도초음파 기법과 균열이 발견될 경우에 정밀 평가를 위한 원주방향 유도초음파 기법을 개발하였다. 방전가공 노치에 대한 실험 결과 곡관부 균열의 탐지가 가능함을 확인할 수 있었다.

원자로 용접부의 국부적 미세조직 변화에 따른 동적탄성계수 측정

정용무,김주학,홍준화,정현규 한국비파괴검사학회 2000 한국비파괴검사학회지 Vol.20 No.5

원자로 재료인 SA 508 Class 3 강용접부 및 열영향부 모사 시험편에 대해서 초음파공명분광법으로 동적탄성계수를 측정하였다. 등방성 탄성계수를 가정하여 초기 추정 탄성 계수, c11, c12 및 c44 로부터 장방형 시편의 공명 주파수를 계산하였으며 계산된 주파수와 초음파공명분광법으로 측정된 주파수를 비교, 반복 수렴 절차를 거쳐 정밀한 탄성계수를 구했다. 열처리 조건의 차이 및 미세 조직의 차이에 따라 영률 및 전단 계수의 차이가 확실하게 나타났다. 미세한 베이나이트 조직에서의 영률 및 전단 계수는 조대한 마르텐사이트 조직보다 높았으며 이러한 경향은 미세 경도 시험 등의 다른 실험 결과와도 일치하였다. The dynamic elastic constants of the simulated weld HAZ(heat-affected zone) of SA 508 Class 3 reactor pressure vessel (RPV) steel were investigated by resonant ultrasound spectroscopy (RUS). The resonance frequencies of rectangular parallelepiped samples were calculated from the initial estimates of elastic stiffness c11, c12 and c44 with an assumption of isotropic property, dimension and density. Through the comparison of calculated resonant frequencies with the measured resonant frequencies by RUS, very accurate elastic constants of SA 508 Class 3 steel were determined by iteration and convergence processes. Clear differences of Youngs modulus and shear modulus of shown from samples with different thermal cycles and microstructures. Youngs modulus and shear modulus of samples with fine-grained bainite were higher than those with coarse-grained tempered martensite. This tendency was confirmed from other results such as micro-hardness test.

EMAT의 유도초음파 비틀림 모드를 이용한 피더관의 균열 검출

정용무,김상수,이동훈,정현규 한국비파괴검사학회 2004 학술대회 논문집 Vol.- No.-

A torsional guided wave mode was applied to detect a crack in a pipe. An array of electromagnetic acoustic transducer (EMAT) that can generate and receive torsional guided ultrasound with the frequency of 200 kHz was designed and fabricated for testing a pipe of 2.5 inch diameter. Artificial notches with various depths were fabricated in a bent feeder pipe mock-up and the detectability was examined from the distance of 2 m of the specimen. The axial notches with the depth of 5% of wall thickness were successfully detected by a torsional mode (T(0,l)) generated by the EMAT. However, it was found that the depth of defects was not related to the signal amplitude.

산화막 피복 원전 연료봉에서 A₁원주파의 전파 특성 해석과 실험적 검증

정용무,정현규,이정권,주영상 韓國非破壞檢査學會 1999 한국비파괴검사학회지 Vol.19 No.3

산화막이 피복된 원전 연료봉의 원통형 쉘에 대한 공명산란 해석을 수행하고 원주파 전파 특성을 연구하였다. 피복 쉘에 대한 산란 음압의 정규 모우드 해를 구하였고 최근에 새롭게 제안된 고유 배경음압 계수를 이용하여 피복 쉘의 순수 공명 신호를 분리하였다. 12%의 상대 두께를 갖는 원통형 피복 셀에 대하여 산화막 두께 증가에 따른 공명 원주파의 전파 특성을 해석하였다. 산화막의 존재와 그 두께가 증가할 때 정규 모우드의 차수에 따라 원주파의 전파 특성이 크게 변화한다. 제1창 반대칭(A₁)원주파에서 특정 부문파의 위상속도는 산화막이 존재하고 그 두께가 증가함에도 불구하고 위상속도가 일정한 특성을 보인다. 공명신호를 분리하고 공명 모우드를 확인하는 실험을 수행하여 A₁원주파의 전파 특성을 확인하였다. A₁원주파의 위상속도 일정 특성을 이용함으로써 산화막의 두께를 상대적으로 측정할 수 있는 새로운 비파괴 평가 방법을 제안하였다. The resonance scattering of acoustic waves from the cylindrical shells of nuclear fuel rods coated with oxide layers has been theoretically modeled and numerically analyzed for the propagation characteristics of the circumferential waves. The normal mode solutions of the scattering pressure of the coated shells have been obtained. The pure resonance components have been isolated using the newly proposed inherent background coefficients. The propagation characteristics of resonant circumferential waves for the shells coated with oxide layers are affected by the presence and the thickness of an oxide layer. The characteristics have been experimentally confirmed through the method of isolation and identification of resonances. The change of the phase velocity of the A₁circumferential wave mode for the coated shell is negligible at the specified partial waves in spite of the presence of the oxide layer and the increase in coating thickness. Utilizing the invariability characteristics of the phase velocity of the A₁mode, the oxide layer thickness of the coated shells can be estimated. A new nondestructive technique for the relative measurement of the coating thickness of coated shells has been proposed.

중수로 피더관 균열의 비파괴검사 방안

정용무,이동훈,정현규 한국비파괴검사학회 2003 학술대회 논문집 Vol.- No.1

In order to develop a long-range nondestructive testing technology to detect a flaws in the PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor) feeder pipe, dispersion curves for the feeder pipe were calculated. After STFT (Short Time Fourier Transformation) of acquired signals, it was confirmed that the modes ultrasound were L(0,1) and L(0,2) modes. The circumferential notch with 20% of wall thickness was detectable with L(0,1) mode at the frequency of 500 ㎑. However, the axial notches were not able to resolve the signal. On the contrary, an axial notch in the bent region was detectable with same experimental condition. It seems that the initial L(0,1) mode are converted to another modes at the bent and the converted waves were sensitive to the axial notch at the bent. The rocking guided wave technique was attempted to evaluate the axial notch quantitatively. It was found that the wave generated by rocking guided wave was Rayleigh wave (surface wave) after review of acoutic velocity. This technique is relative simple and easy to implement at the field inspection, but it is expected heavy radiation exposure for the examiners and only possible to the accessible bent pipe. It is suggested that the long-range guided wave method be applied to general examination of feeder pipe and rocking guided wave method be useful for accurate location and size of the flaws.

원주 유도초음파의 분산 특성 해석 및 가압중수로 피더관 균열 탐지에의 응용

정용무,김상수,이동훈,정현규 한국비파괴검사학회 2004 한국비파괴검사학회지 Vol.24 No.4

배관의 축방향 균열 검사를 위하여 원주 방향으로 진행하는 유도초음파 모드를 적용하였다. 배관의 곡률을 변수로 원주 유도초음파의 분산선도를 계산하였으며 이를 배관 검사에 적용하기 위하여 중수로 피더관의 곡관부 축방향 균열을 탐지에 적용하였다. 상대적으로 낮은 주파수에서는 Lamb 파 특성을 따르나 주파수가 증가함에 따라 평판의 경우, 즉 곡률이 무한대인 경우 첫 번째 A_(0) 모드와 두 번째 S_(0) 모드가 합쳐져서 Rayleigh 모드 형태로 변화한다. 한편 곡률을 가진 배관의 경우는 주파수가 증가하더라도 첫 번째 모드와 두 번째 모드가 합쳐지지 않았다. 이러한 해석을 기초로 하여 배관의 일종인 중수로 피더관 곡관부 축방향 결함을 탐지하기 위하여 사각 탐촉자를 사용하여 Rocking 원주 유도초음파 기법을 적용하였다. 원주 방향으로 유도파를 진행시키면서 인공 결함으로부터의 수집된 신호를 분석하여 진동 모드를 확인하였으며 두께 대비 10% 깊이의 notch도 검출할 수 있음을 확인할 수 있었다. A circumferential guided wave method was developed to detect the axial crack on the bent feeder pipe. Dispersion curves of circumferential guided waves were calculated as a function of curvature of the pipe. In the case of thin plate, i.e. infinite curvature, as the frequency increases, the S_(0) and A_(0) mode coincide and eventually become Rayleigh wave mode. In the case of pipe, however, as the curvature increases, the lowest modes do not coincide even in the high frequencies. Based on the analysis, a rocking technique using angle beam transducer was applied to detect an axial defect in the bent region of PHWR feeder pipe. Based on the analysis of experimenal data for artificial notches, the vibration modes of each signal were identified. It was found that the notches with the depth of 10% of wall thickness can be detected with the method.

초음파 모드 변환 및 속도비 방법에 의한 지르코늄 압력관의 수소화물 블리스터 탐지

정용무,이동훈,김영석 한국비파괴검사학회 2003 한국비파괴검사학회지 Vol.23 No.4

중수로 압력관이 주위를 둘러싸고 있는 칼란드리아관과 접촉될 경우, 압력관의 내면고 외면의 온도 차로 인하여 수소(중수소)의 열확산이 발생하며 결과적으로 압력관 외면에 수소화물 블리스터가 형성된다. 수소화물 블리스터는 음향학적으로 지르코늄 매질과 연속성을 가지기 때문에 일반적인 초음파 검사법으로는 탐지하기가 어렵다. 지르코늄 압력관 외면에 발생한 작은 수소화물 블리스터를 압력관 내면에서 탐지하기 위하여 초음파 모드 변환 및 속도비 방법을 개발하였다. 정적인 열확산 실험 장치를 사용하여 압력관 외면에 수소화물 블리스터를 성장시켰다. 종파 에코의 비행시간과 모드 변환된 반사 횡파 에코의 비행시간을 측정하여 종파 대 횡파 속도비를 계산하였으며 이를 속도비를 수정된 등고선 표현 방식으로 나타냈다. 초음파 속도비 방법이 일반적인 종파 비행시간 방법보다 수소화물 블리스터 탐지 감도가 우수하며 블리스터 형상화 측면에서도 실제 형상과 유사하게 재현하고 있음을 알 수 있었다. 또한 중수로 압력관 초음파 검사사양과 동일하게 최적화 조건에서 수소화물 블리스터 탐지 한계는 보수적인 관점에서 압력관 외면에 나타나는 크기를 기준으로 약 500μm로 평가되었다. When the pressure tubes(PT) are in contact with the calandria tube(CT) in the pressurized heavy water reactor(PHWR), the temperature difference between inner and outer wall of PT results in a thermal diffusion of hydrogen (deuterium) and hydride blisters are formed on the outer surface of PT. Because the hydride blisters and zirconium matrix are acoustically continuous, it is not easy to distinguish the blisters from the matrix with conventional ultrasonic method. An ultrasonic velocity ratio method was developed to detect small hydride blisters on the zirconium pressure tube. Hydride blisters were grown in the PT specimen using a steady state thermal diffusion device. The flight times of longitudinal echo and reflected shear echo from the outer surface were measured accurately. The velocity ratio of the longitudinal wave to the shear wave was calculated and displayed using contour plot. Compared to the conventional flight time method of longitudinal wave, the velocity ratio method shows superior sensitivity to detect smaller blisters as well as better images for the blister shapes. Detectable limit of the outer shape of the hydride blisters was conservatively estimated as 500 μm, with the same specifications of ultrasonic transducer used in the actual PHWR pressure tube inspection.

원주유도파의 분산특성 해석 및 배관 축방향 균열 검출

정용무,김상수,이동훈,정현규 한국비파괴검사학회 2004 학술대회 논문집 Vol.- No.-

A circumferential guided wave method was developed to detect the axial crack on the bent feeder pipe. Dispersion m e s of circumferential guided waves were calculated as a function of curvature of the pipe. In the case of thin plate, i. e. infinite curvature, as the frequency increases, the So and A0 become to be coincided and eventually Rayleigh wave mode. In the case of pipe, however, as the curvature increases, the lowest modes do not coincide even in the high frequencies. Based on the analysis, a rocking technique using angle beam transducer was applied to detect axial defect in the bent region of PHWR feeder pipe. After review of the experimenal data on the artificial notches, the vibration modes of each signal were identified. It was found that the notches with the depth of 10% of wall thickness be detected with the method.

뇌자도 측정을 위한 저잡음 Nb SQUID 센서의 설계 및 제작

이용호,권혁찬,김진목,이상길,임청무,박용기,박종철 경북대학교 센서기술연구소 1998 센서技術學術大會論文集 Vol.9 No.1

We report on the design, fabrication and performances of a low-noise Nb SQUID sensor for neuromagnetic measurements. The main features of the developed sensor are i) large flux-to-voltage transfer, making the SQUID readout electronics simple, and ii) use of the integrated planar pickup coil to eliminate the environmental magnetic field noises. The magnetic field noise of the developed SQUID sensor is below 5 fT/√Hz at 100 Hz, which is low enough to be used in neuromagnetic measurements.