[논문]집중유도 교류 전위차법을 이용한 철도차량 차륜의 표면과 내부 결함 평가

이동형; 권석진

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Railway wheels in service are regularly checked by ultrasonic testing, acoustic emission and eddy current testing method and so on. However, ultrasonic testing is sometimes inadequate for sensitively detecting the cracks in railway wheel which is mainly because of the fact of crack closure. Recently...

Railway wheels in service are regularly checked by ultrasonic testing, acoustic emission and eddy current testing method and so on. However, ultrasonic testing is sometimes inadequate for sensitively detecting the cracks in railway wheel which is mainly because of the fact of crack closure. Recently, many researchers have actively fried to improve precision for defect detection of railway wheel. The development of a nondestructive measurement tool for wheel defects and its use for the maintenance of railway wheels would be useful to prevent wheel failure. The induced current focusing potential drop(ICFPD) technique is a new non-destructive tasting technique that can detect defects in railway wheels by applying on electro-magnetic field and potential drops variation. In the present paper, the ICFPD technique is applied to the detection of surface and internal defects for railway wheels. To defect the defects for railway wheels, the sensor for ICFPD is optimized and the tests are carried out with respect to 4 surface defects and 6 internal defects each other. The results show that the surface crack depth of 0.5 mm and internal crack depth of 0.7 mm in wheel tread could be detected by using this method. The ICFPB method is useful to detect the defect that initiated in the tread of railway wheels

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 연구에서는 집중유도 교류 전위차법을 이용, 차륜에서 발생하고 있는 표면 결함과 표면직하의 내부결함 검출 정도에 관한 연구를 수행하였다.
차륜답면에 밀착될 수 있도록 EMAT의 각도를 조정할 수 있게 하여 표면에 존재하는 결함을 보다 정도 높게 검출할 수 있도록 연구를 실시하였다.
탐촉자 간격에 의한 결함탐상 정도의 영향에 대하여 살펴보았다. Fig.

제안 방법

결함 측정시 차륜결함에 대하여 탐촉자 핀은 직각으로 위치하며 차륜결함으로부터 원주방향으로 2.5mm 간격으로 전위차의 변화를 측정하였다.
Table 1 에 시험조건을 요약하였다. 공급전류는 2A로서 일정하게 유지하였으며 최적의 결함정보를 얻기 위하여 주파수와 게인을 변화시켜가면서 결함탐상을 실시하였다. 센서는 탐촉자간의 간격을 5mm와 10mm로 변화시켜가면서 영향인 자를 실험하였다.
방전 가공으로 표면결함과 내부결함을 시험편에 삽입하여 결함 탐상시험을 실시하였으며 결함 형상은 반타원 균열로 가공하였다. 표면결함은 Fig.
보다 신뢰성 있는 차륜답면의 결함 검출을 위하여 Fig. 3 과 같이 집중유도 교류 전위차법을 이용한 결함검지 시스템을 구축하였다.
공급전류는 2A로서 일정하게 유지하였으며 최적의 결함정보를 얻기 위하여 주파수와 게인을 변화시켜가면서 결함탐상을 실시하였다. 센서는 탐촉자간의 간격을 5mm와 10mm로 변화시켜가면서 영향인 자를 실험하였다.
시험편의 표면과 내부결함에 대하여 결함 폭, 탐촉자의 간격의 영향인자를 고려하여 실험을 실시하였다. Fig- 5~ Fig.
집중유도 교류전위차법을 이용한 본 연구의 결함 검지 시스템은 시험편 이동이 자유로운 자동이송 지그, 시험편과의 접촉압력을 일정하게 유지하기 위한 타이머가 부착되어 있는 결함검지용 센서와 전위차의 변화를 측정할 수 있는 장치로 구성되어 있다.
차륜답면에 발생하는 표면 결함과 내부결함을 기존 방법인 UT보다 정도 높게 검출하기 위하여 집중유도 교류 전위차법을 적용하여 연구를 실시하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.

이론/모형

본 시스템의 구성에서 전위차의 측정장치는 Matelect사의 CGM-5R type을 사용하였다. 또한 접촉압력의 조절은 수동 및 자동으로 제어가 가능하며 센서형상에 따라 지 그 설계가 가능하도록 설계되어 있다.

성능/효과

1) 집중유도 교류전위차법을 이용한 차륜시편의 결함 탐상 결과, 탐촉자 간격 5mm일 경우 시험편의 표면결함은 결함 깊이 0.5mm까지 결함검출이 가능하며 0.5mm 이상의 표면결함에 대해서는 정도 높게 검출될 수 있다.
2) 결함부근의 전위차의 변화는 결함이 없는 부분과 비교하여 볼 때, 결함 끝단의 전류 흐름이 모서리 효과(edge effect) 에 의하여 변화한다. 이러한 전위차 분포로부터 결함주위의전위차는 결함의 존재에 의하여 변화하고 그 깊이에 따라 전위차의 차이를 보이고 있다.
3) 집중유도 교류 전위차법에 있어 탐촉자의 간격이 좁을수록 좀 더 정도 높은 결함 탐상을 계측할 수 있으며 이러한 이유는 탐촉자의 간격이 좁을수록 결함표면을 따라 유도된 전류를 보다 집중적으로 탐상할 수 있기 때문이다.
4) 기존 UT 탐상에서 검출하기 어려운 내면결함에 대하여 본 연구의 집중유도 교류전위차법은 차륜 답면표면에서 1.0mm 떨어진 위치에서 결함크기 0.7mm의 내면결함을 탐상할 수 있다.
탐상할 수 있기 때문이다. 따라서, 집중유도 교류 전위차 법에 있어 탐촉자의 간격이 좁을수록 좀 더 정도 높은 결함을 계측할 수 있음을 알 수 있다.
5mm 이상의 결함 깊이에 대하여 정도 높게 검출될 수 있음을 나타내며 결함검출 정도에 따라 검사 주기가 연장될 수 있어 검사비용을 절감할 수 있음을 의미하기도 한다. 또한 0.5mm~2.0mm에 이르는 결함깊이에 따라서 전위차의 변화가 각각 다르게 나타남을 그래프에서 볼 수 있으며 이는 집중유도 교류전위차법에 의하여 표면결함의 깊이도 충분히 정량화될 수 있음을 나타낸다. 즉 미지의 표면결함 치수를 집중유도 교류전위차법에 의해 계측할 수 있음을 의미한다.

참고문헌 (10)

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상세보기
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상세보기
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木川武彦, '鐵道車輪のフラットの生成ならびに剝離に？する？究', 1995.9, RTRI論文集
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