KR60 레일의 결함 탐상을 위한 위상배열 초음파 변환기 개발 (Ⅰ)

김건우(Geonwoo Kim),서무경(Mu-Kyung Seo),최남경(Namkyoung Choi),김기복(Ki-Bok Kim),권세곤(Segon Kwon),김영철(Young-cheol Kim) 한국비파괴검사학회 2017 한국비파괴검사학회지 Vol.37 No.6

현재 우리나라 철도 레일의 초음파 탐상은 복수의 단일 초음파 변환기를 이용한 탐상이다. 단일 초음파 탐상의 한계를 극복하기 위해, 본 연구에서는 CIVA 시뮬레이션을 이용하여 KR60 레일의 결함 탐상을 위한 최적 위상배열 초음파 변환기를 설계하고, 그 탐상 결과를 분석하였다. 상용 위상배열 초음파 변환기를 KR60 레일의 비파괴 탐상에 이용할 경우 레일의 기하학적 특성에 따라 검출 가능한 결함의 종류가 제한되었다. 따라서, KR60 레일의 구조적 특징과 결함의 위치와 형상에 따라 위상배열 초음파 변환기의 제원(중심주파수, 대역폭, 집속 깊이, 소자 길이, 너비, 높이 등)을 도출하였으며, 도출된 위상배열 초음파 변환기의 음장과 다양한 인공결함에 대한 S-scan 이미지를 비교·분석하였다. Ultrasonic testing for the KR60 railway in Korea has been conducted by single element ultrasonic testing. In this study, to overcome the limits of single element ultrasonic testing, phased array ultrasonic transducers for detecting defects on the KR60 rail were designed and analyzed based on the inspection results obtained by CIVA software simulation. It was difficult to detect various defects using commercial phased array ultrasonic transducers because of geometric features of KR60 railroad. Therefore, according to the geometric characteristics of the KR60 railroad, the specifications of phased array ultrasonic transducers for the KR60 rail were determined such as nominal frequency, bandwidth, focusing length, width, height, length of piezo-electric material, etc. The acoustic field of the phased array ultrasonic transducers and their S-scan images of artificial defects on the KR60 rail were compared and analyzed.

TFM Direct 모드 영상을 이용한 결함 기울기 및 깊이 측정 연구

안형근(Houng Kun Ann),강동찬(Dongchan Kang),김성민(Seong Min Kim),박익근(Ik keun Park) 한국비파괴검사학회 2022 한국비파괴검사학회지 Vol.42 No.1

위상배열초음파탐상검사(Phased Array Ultrasonic Testing;PAUT)의 새로운 기법인 FMC(Full Matrix Capture)/TFM(Total Focusing Method)기법은 후처리를 통해 결함에 따라 다양한 모드를 적용해 영상화가 가능하다는 장점을 가지고 있다. 하지만 결함의 기울기와 깊이에 따라 영상화 결과가 상이하여 조건 선정에 어려움이 있으며, 종파와 횡파의 속도 차이로 인해 무관련 지시가 나타나 건전부와 결함을 오인하는 문제가 발생한다. 따라서, 횡파 및 종파 웨지를 사용하여 TFM 다중모드 영상화 결과를 분석하여 결함의 기울기와 위치를 명확하게 검출할 수 있는 모드를 선별하고 무관련 지시의 신호 특성을 파악하는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 결함의 기울기와 깊이가 TFM 영상에 미치는 영향을 파악하기 위해 탄소강에 70°부터 110°까지 10°간격의 기울기를 가지는, 1, 3, 5, 7, 9 mm의 다양한 깊이의 인공 결함을 방전 가공하여 제작하였다. 해당 시험편을 대상으로 횡파 및 종파 웨지를 이용한 TFM Direct 모드 적용 결과 실제 실험 결과와 시뮬레이션 결과를 비교 분석하였으며, 결함의 기울기에 따른 깊이 분석에 TFM Direct 모드의 유용성을 검증하였다. The full matrix capture (FMC) technique used in phased array ultrasonic testing (PAUT) collects all the transmitted and received information generated at the phased array transducer elements in the form of A-scan data without using the typical focal law. The total focusing method (TFM) is proposed here as a means to detect defects through a combination of various modes by post-processing and imaging the data acquired via FMC with improved clarity and resolution at the virtual region of interest (ROI), which is equivalent to PAUT. The combination of longitudinal and transverse modes allows the imaging of defects with varying slopes and depths, depending on the mode used. In this study, test samples with different defect slopes and lengths were prepared using longitudinal and transverse wave wedges, and the usability of the proposed method was verified by comparing the TFM direct mode test results and CIVA simulation results.

용접부 비파괴 검사의 신뢰성 비교

최창덕(Chang Deok Choi),임익성(Ik Sung Lim) 한국신뢰성학회 2018 신뢰성응용연구 Vol.18 No.3

Purpose: The purpose of this research is to find which technique, between the PAUT (Phased array ultrasonic test) that has been used widely in practice and RT (Radiographic test) that was used widely in the past, has the higher reliability as a non-destructive testing of welding points in water wall tubes. Methods: To evaluated the reliability of non-destructive testing, eleven test pieces that were fabricated intentionally, which have the most frequently occurred defect types in water wall tubes and then both the PAUT and RT were performed on those eleven test pieces to compare their reliability. Results: The differences of type of defect, length are occurred due to the characteristics of nondestructive testing. The RT could not detect the lack of fusion defect type in specimen #4 and #8 while PAUT could not detect the lateral crack and 1 mm size small porosity in specimen #11. Conclusion: It is concluded that applying both the RT and PAUT result the best reliability rather than applying only one test method, if it is possible, in nondestructive testing of weld water wall tube in thermal power plant boiler case.

결함검출 레일 UT 및 RT 검사 비교를 통한 위상배열 탐상 적용성 분석

이민수 ( Lee¸ Min-soo ),김영기 ( Kim¸ Young-gi ) 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.27 No.2

레일내부 손상 검출에 대한 정확성을 높이기 위하여, UT 및 RT 검사 비교를 통해 위상배열 탐상에 대한 적용성을 분석 하였다. 운행선 구간에 UT검사를 통해 결함이 검출된 레일시험표본을 채취하고, RT검사를 진행하여 정량적인 결함길이 및 깊이를 파악하였으며, PAUT를 진행하여 결함크기를 비교하였다. 그 결과, 다수의 UT검사시 결함크기 오차가 1mm 이상으로 산정되는 경향을 보였으며, 위상배열 초음파탐상은 반복적인 측정에도 결함크기 산정 오차가 0.3mm로 작업자의 개인차에 따른 오차를 현저히 줄일 수 있을 것으로 판단된다.

위상배열 초음파탐상검사(PAUT)를 사용한 프로펠러 블레이드 균열 검출

김민생,박종운,이두열,백세일 한국비파괴검사학회 2020 한국비파괴검사학회지 Vol.40 No.5

2017년 미 해병대 KC-130T 추락사고의 원인은 프로펠러 블레이드 테이퍼 구멍(Taper bore) 내부에서 발생한 부식이 입계균열로 성장하고 다시 피로 균열로 전환되면서 블레이드가 파단된 것으로 밝혀졌다. 사고 이후 미군은 잠재적 위험이 되는 균열을 탐지하기 위해서 와전류탐상검사 절차를 적용하고, 유사 기종을 운영 중인 한국 공군에게도 내용을 알려왔다. 하지만, 미군에서 제안한 와전류탐상검사 방법은 테이퍼 구멍에 위치한 부싱으로 인해 피로 균열 탐지가 제한되는 것을 인지하게 되었다. 잠재적 위험을 완화시키기 위하여, 한국 공군은 부싱 하부에 발생할 수 있는 피로 균열을 사전에 검출할 수 있는 위상배열 초음파탐상검사(PAUT) 적용연구를 수행하였다. 이를 위해 블레이드 형상에 맞는 대비시험편을 제작하여 피로 균열 발생부위에 전기방전가공 노치를 만들고 블레이드의 PAUT 검출특성을 확인하여 검사절차를 수립하였다. 그리고, 실제 운영 수송기에 검사를 적용하여 안전성을 향상하였다. The USMC KC-130T crash in 2017 was determined to be a result of broken propeller blades, caused by corrosion inside the taper bore of the propeller blade expanding into an intergranular crack and changing into a fatigue crack. After the investigation of this accident, the US military applied eddy current testing (ECT) to detect potential hazard cracks and also informed the Republic of Korea Air Force (ROKAF) regarding the operation of similar aircraft. However, the ECT proposed by the US military was limited to detecting fatigue cracks in the aluminum–bronze bushing located in the taper bore. The ROKAF has investigated phased array ultrasonic testing (PAUT), which facilitates the detection of fatigue cracks on the underside of the blade taper bushing. An electric discharge machining notch was fabricated at the site of the fatigue crack in the reference block to replicate the blade shape. The PAUT detection characteristics of the blade were confirmed using this reference block, and test procedures were setup for application in the field. Consequently, PAUT was applied to the transport aircraft of the ROKAF to improve flight safety.

Selection of PAUT probes for submarine pressure hull integrity assessment

Jung, Min-jae,Park, Byeong-cheol,Lim, Chae-og,Lee, Jae-chul,Shin, Sung-chul The Society of Naval Architects of Korea 2020 International Journal of Naval Architecture and Oc Vol.12 No.1

Submarine pressure hulls must withstand high hydraulic pressure and be free of defects. To improve the precision of defect detection, we herein examined different probes for optimal defect assessment by applying the Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT) method. Two sets of probe design parameters were selected by considering pressure hull characteristics and analyzed through modeling. PAUT probes were applied, and defect assessment results were compared based on ultrasonic signals of various simulated defects in specimens designed to be the same as actual pressure hulls. The final selected design parameters for the submarine probe, which were designed to minimize the grating lobe of wave interference effect and improve the ultrasonic resolution of pressure hull welds, were identified through the experiment. The improvement in the probe's ability to detect defects in a pressure hull was verified. Furthermore, the accuracy of defect length measurement was improved, enhancing the applicability of the technique.

Selection of PAUT probes for submarine pressure hull integrity assessment

Jung, Min-jae,Park, Byeong-cheol,Lim, Chae-og,Lee, Jae-chul,Shin, Sung-chul The Society of Naval Architects of Korea 2020 International Journal of Naval Architecture and Oc Vol.12 No.-

Submarine pressure hulls must withstand high hydraulic pressure and be free of defects. To improve the precision of defect detection, we herein examined different probes for optimal defect assessment by applying the Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT) method. Two sets of probe design parameters were selected by considering pressure hull characteristics and analyzed through modeling. PAUT probes were applied, and defect assessment results were compared based on ultrasonic signals of various simulated defects in specimens designed to be the same as actual pressure hulls. The final selected design parameters for the submarine probe, which were designed to minimize the grating lobe of wave interference effect and improve the ultrasonic resolution of pressure hull welds, were identified through the experiment. The improvement in the probe's ability to detect defects in a pressure hull was verified. Furthermore, the accuracy of defect length measurement was improved, enhancing the applicability of the technique.

CFRP를 이용한 탄소강 평판 보수시 위상배열초음파검사(PAUT) 기법에 관한 연구

김정빈(Jung Bin Kim),정광운(Kwang Woon Jung),최동철(Dong chul Choi),김창훈(Chang Hun Kim),김영만(Youngman Kim) 한국비파괴검사학회 2021 한국비파괴검사학회지 Vol.41 No.2

본 연구는 복합소재(CFRP/GFRP)가 적층된 탄소강평판 내부의 인공 감육 부위에 대해 위상배열 초음파탐상검사(PAUT) 기법을 이용한 검사기술을 개발하기 위하여 수행되었다. 실험은 복합소재와 탄소강 모재계면의 Debonding 시편과 탄소강 모재부 감육시편을 제작한 후 PAUT 장비를 이용하여 시편의 결함부를 검출하고 분석하였다. 그 결과, 복합소재부와 탄소강 모재부에 대한 초음파 속도가 매우 상이함에도 불구하고 다양한 깊이와 직경의 감육부 결함이 정량적으로 평가되었으며 PAUT 기법의 적용가능성을 확인하였다. This study was performed to develop an NDE inspection method using the PAUT technique for artificially thinned parts existing on carbon steel plates, where composite materials (CFRP/GFRP) were bonded/laminated. Experiments were performed to detect and analyze the thinned carbon steel plate specimens and the debonded specimens between composite materials and carbon steel plates. Consequently, despite the difference in ultrasonic speeds between the composite materials and carbon steel base materials, the defects of the thinned parts with various depths and diameters were evaluated quantitatively using the PAUT technique. The applicability of the PAUT technique was validated thoroughly.

가압기 노즐 이종금속 용접부의 구조적 오버레이 용접부에 대한 위상배열 초음파기법의 현장 적용

김진회(Jin-Hoi Kim),김용식(Yongsik Kim) 한국비파괴검사학회 2015 한국비파괴검사학회지 Vol.35 No.4

용접 오버레이법은 1980년 초반에 배관 용접부 결함의 임시 보수방법으로 미국발전소에 처음 사용되었다. 원자력발전소의 배관 오버레이 용접부는 초음파검사 기술을 이용하여 주기적으로 검사되어야 한다. 최근 위상배열 초음파 기술 발달로 휴대하기 좋은 소형 장비를 이용할 수 있게 되었다. 현재, 완화기법 및 또는 복잡한 형상의 검사체의 표면검사 조건을 개선하기 위한 선제적인 용접 오버레이 기법 적용이 일반적으로 사용되고 있다. 복합적인 형상(용접 오버레이, 기존 용접부 및 모재)의 적당한 검사를 위해서는 여러 개의 일반 초음파검사용 초점 탐촉자들이 필요하게 된다. 대안으로 위상배열 초음파 탐촉자는 일반 초음파검사탐촉자와 비교하여 더 좋고 빠른 커버리지를 제공하기 위해 다양한 초점거리에서 여러 검사 각도를 동시에 발생시킬 수 있다. 그래서, 이 기술은 검사 속도 증가, 비용 절감, 방사선 피폭을 줄일 수 있다. 이 논문에서는 현장검사에서 검출된 PAUT 신호에 대한 신호 분석 결과를 설명하였다. Weld overlay was first used in power plants in the US in the early 1980s as an interim method of repairing the welds of flawed piping joints. Weld overlaid piping joints in nuclear power plants must be examined periodically using ultrasonic examination technology. Portable phased array ultrasonic technology has recently become available. Currently, the application of preemptive weld overlays as a mitigation technique and/as a method to improve the examination surface condition for more complex configurations is becoming more common. These complex geometries may require several focused conventional transducers for adequate inspection of the overlay, the original weld, and the base material. Alternatively, Phased array ultrasonic probes can be used to generate several inspection angles simultaneously at various focal depths to provide better and faster coverage than that possible by conventional methods. Thus, this technology can increase the speed of examinations, save costs, and reduce radiation exposure. In this paper, we explain the general sequence of the inspection of weld overlay and the results of signal analysis for some PAUT (phased array ultrasonic testing) signals detected in on-site inspections.

다중 모드 Total Focusing Method를 이용한 균열형 결함 영상화

이태훈(Tae-Hun Lee),김용식(Yong-Sik Kim),이정석(Jeong-Seok Lee) 한국비파괴검사학회 2018 한국비파괴검사학회지 Vol.38 No.3

Full matrix capture (FMC)는 위상배열 초음파 탐촉자에서 가능한 모든 송수신 조합으로 radio frequency (RF) 형태의 A-scan 데이터 전체를 수집하는 신호 수집 방법이다. 수집된 FMC 데이터의 후처리를 통해 기존 위상배열 초음파와 동등한 영상 뿐만 아니라 기존 위상배열 초음파에서 구현하지 못하는 다양한 영상을 구현할 수 있다. 특히, corner trap echo 신호를 이용하는 다중 모드 Total focusing method (TFM)은 균열형 결함을 영상화 할 수 있다. 본 논문에서는, 기울어진 균열형 결함을 영상화하기 위한 다중 모드 total focusing method (TFM)에 대한 기본 알고리즘을 기술하고, 초음파 시뮬레이션과 실험에 의해 수집된 FMC 데이터로 구성된 다중모드 TFM 영상을 비교하였다. Full matrix capture (FMC) is a data acquisition process that collects a complete matrix of radio frequency (RF) A-scan data from every possible independent transmit-receive combination in a phased array ultrasonic transducer. Through post-processing of the FMC data, it is possible to create not only the images equivalent to a conventional phased array image but also various images that cannot be performed from conventional phased array data. Especially, the multi-mode total focusing method (TFM), which uses a corner trap echo signal, can image a crack-type flaw. This paper describes the basic algorithm of the multi-mode TFM, which is able to image angled crack type flaws. In addition, the multi-mode TFM images reconstructed from the FMC dataset obtained from the ultrasonic simulation and the experiments are compared.