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회절초음파를 이용한 노치 피로균열의 균열깊이 평가
Depth Sizing of Notch Fatigue Crack Using Diffracted Ultrasonic Wave 원문보기

비파괴검사학회지 = Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, v.29 no.5, 2009년, pp.405 - 414  

김미령 (한양대학교 대학원 자동차공학과) ,  이태훈 (한양대학교 대학원 자동차공학과) ,  박병준 (한양대학교 대학원 자동차공학과) ,  장경영 (한양대학교 기계공학부)

초록
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이 논문에서는 표면으로부터 내부로 진전된 CT피로시험편의 노치 피로균열을 대상으로 회절초음파를 이용하여 균열깊이를 평가하기 위한 방법을 제안하고 그 타당성을 실험에 의해 검증하였다. 특히 균열선단 이외에 노치와 같은 또 다른 회절파 발생요소가 존재하는 상황에서 회절파 성분들을 정확하게 규명하기 위해 탐촉자 스캔에 의한 영상화 및 전파경로 분석을 실시하였다. 실험은 균열이 없는 시험편과 균열이 있는 시험편에 적용하였다. 실험 및 분석의 결과 주파수가 클수록 그리고 탐촉자의 굴절각이 클수록 정확한 측정이 가능했고, 4MHz의 $60^{\circ}-60^{\circ}$ 탐촉자 조합의 경우 오차 0.38 mm 이내로 균열깊이가 측정되었다. 제안 기법은 균열 선단부가 미세하여 회절파 세기가 미약하더라도 적용이 가능하다는 특징을 가지므로 미세 균열의 검사 및 깊이 평가에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposed a methodology based on ultrasonic diffraction technique to inspect the depth of a crack initiated from a notch of CT specimen by fatigue test, and its usefulness was verified by experiments. Especially, in order to identify accurately the diffractive waves from the crack tip in t...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 여기서는 균열시편에서 노치에 의한 회절거동을 이해하기 위해 균열이 없는 순수 노치시편에 대하여 앞에서와 동일한 방법으로 실험을 진행하고 시뮬레이션을 통하여 분석결과를 검증하였다. 또한 앞에서 제안한 균열깊이 측정원리를 노치에 적용하여 제안 기법의 유효성을 재검증하고자 하였다. 시편의 형상은 앞의 균열시편과 동일하다.
  • 본 연구에 사용된 시편은 AL6061-T6로서 피로균열의 깊이가 다른 두 시편에 대해서 제시한 기법을 적용하여 그 성능을 검증하고자 하였다. 시편의 세부사양은 Table 1과 같다.
  • 본 연구에서는 이와 같은 원리로부터 회절신호가 가장 크게 수신될 때의 탐촉자 간 거리 2S를 측정함으로써 균열깊이 d를 구하고자 하였다. 이 방법은 회절파의 세기가 가장 강한 송수신 위치를 이용하는 것으로 균열 선단부가 미세하여 회절파 세기가 미약하더라도 적용이 가능하다.
  • 본 연구에서는 초음파의 회절특성을 이용하여 노치 피로균열의 균열깊이를 평가하는 방법에 대해 검토하였으며, 알루미늄 CT피로시험편에 적용하여 그 타당성을 분석하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 여기서는 이런 2S 측정의 오차가 균열 깊이 측정 결과에 미치는 영향을 알아보기 위해 민감도를 분석하였다. 이를 위해 식 ⑴의 2S에 ΔS만큼의 변동이 있을 때 d에 나타나는 변동의 크기를 Δd라고 하고, Δd와 ΔS의 관계를 구해보면 다음 식 (4)와 같이 된다.
  • 이 연구에서는 CT 피로시험편의 노치 피로균열에서 회절 초음파를 이용한 균열깊이 평가의 가능성을 검증하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현재 고정밀도 결함깊이 탐상기술에는 무엇을 사용하고 있는가? 부품이나 재료의 수명예측 및 건전성평가에 있어서 균열 깊이에 대한 정보는 매우 중요하며, 정확하고도 신속한 검출기술이 요구되고 있다. 현재 고정밀도 결함깊이 탐상기술로 사용되고 있는 방법 중에 팁에코법(tip echo method), TOFD(time of flight diffraction)법, phased array method 등이 있는데 단독으로 또는 병용하여 사용되고 있다[1].
노치 피로균열의 특징은 무엇인가? 노치 피로균열의 경우 외부로 열린 균열이기 때문에 고전적인 TOFD법에서와 같이 내재한 균열 양 끝 단에서의 회절을 이용하는 방법과 다르게 한쪽 끝 단에서의 회절만을 이용해야 한다. 그리고 피로균열의 경우 선단부가 미세하여 회절파 성분이 매우 미약할 것으로 예상되고, 또 균열선단 이외에 노치와 같은 또 다른 회절파 발생요소가 존재하는 상황이어서 회절 성분을 고감도로 수신하기 위한 방안과 균열 선단에서의 회절성분을 판정하기 위한 기술적 검토가 필요하다.
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참고문헌 (6)

  1. H. D. K. Tanaka, "Detection and measurement of cracks by UT techniques," JSNDI, Vol. 57, No. 3, pp. 119-123 (2008) 

  2. W. B. Kim, Y. H. Lee, Y. X. Moon and C. S. Kim, 'Reactor vessel head penetration J-groove welds inspection by TOFD technique,' Proceedings of the KWS Conference, June 23, pp. 185-187 (2005) 

  3. H. D. K. Chikuri, M. R. H. R. Fukushima, N. R. Y. K. Nagahama, Y. K. Nishiaki and T. D. S. Ishigaki, 'Industrial applied techniques of ultrasonic time of flight diffraction (TOFD) for various field targets,' R&D Kobe Steel Engineering Reports, Vol. 57, No. 3, pp. 38-42 (2007) 

  4. H. S. Back, C. H. Jung, C. X. Kang, Y. H. Lee, B. X. Yon and Y. X. Kim, 'A study on flaw detection for thick weldment using phased array TOFD technique,' Proceedings of the KWS Conference, Oct 19, PP. 286-288 (2006) 

  5. C. J. Kim, J. G. Jeon and J. T. Kim, 'Comparison of TOFD and radiographic testing for a mock-up specimen,' Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, Vol. 28, No. 1, pp. 64-69 (2008) 

  6. B. S. Yoon, Y. S. Kim, H. J. Lee and Y. H. Lee, 'A study on TOFD inspection using phased array ultrasonic technique,' Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, Vol. 25, No. 4, pp. 304-310 (2005) 

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