열화 정도를 예측하기 위한 비파괴기법으로 초음파기법이 널리 적용되고 있다. 초음파 속도와 감쇠 특성은 일반적으로 금속재료의 물성 변화에 따라 변화하기 때문에 초음파 속도와 감쇠 특성을 이용하여 금속재료의 열화 정도를 간접적으로 예측할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 반복하중으로 인하여 피로파괴 발생 가능성이 높은 볼트, 리벳 접합의 구조용재 및 선박 차량에 사용되고 있는 Al6061-T6을 피로수명의 0%, 55%, 70%, 85%인 시험편을 제작하였고, 가공된 시험편의 감쇠 특성을 이용하여 측정된 열화 이미지로 Al6061-T6의 건전부와 열화부를 판단하였으며, 건전부와 열화부의 감쇠 특성 차이를 계산하여 Al6061-T6의 열화 진행 정도를 평가하였다.
열화 정도를 예측하기 위한 비파괴기법으로 초음파기법이 널리 적용되고 있다. 초음파 속도와 감쇠 특성은 일반적으로 금속재료의 물성 변화에 따라 변화하기 때문에 초음파 속도와 감쇠 특성을 이용하여 금속재료의 열화 정도를 간접적으로 예측할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 반복하중으로 인하여 피로파괴 발생 가능성이 높은 볼트, 리벳 접합의 구조용재 및 선박 차량에 사용되고 있는 Al6061-T6을 피로수명의 0%, 55%, 70%, 85%인 시험편을 제작하였고, 가공된 시험편의 감쇠 특성을 이용하여 측정된 열화 이미지로 Al6061-T6의 건전부와 열화부를 판단하였으며, 건전부와 열화부의 감쇠 특성 차이를 계산하여 Al6061-T6의 열화 진행 정도를 평가하였다.
Ultrasonic methods are widely used to degradation assessment. Remaining-life cycle of metal can be estimated by ultrasonic parameters because ultrasonic velocity and attenuation are affected by change of material properties with accumulated fatigue in the metal. Therefore, in this study, we will est...
Ultrasonic methods are widely used to degradation assessment. Remaining-life cycle of metal can be estimated by ultrasonic parameters because ultrasonic velocity and attenuation are affected by change of material properties with accumulated fatigue in the metal. Therefore, in this study, we will estimate overall change of material properties by 2D C-scan image. Fatigued aluminum alloy 6061-T6 samples from 0 to 85% were prepared for evaluating fatigue life cycle. Also, degraded image of materials using attenuation is proposed to estimate degree of material degradation for determining degraded area of fatigued samples. Finally, we will predicts process pf degradation with measured attenuation of fatigued aluminum alloy 6061-T6 samples.
Ultrasonic methods are widely used to degradation assessment. Remaining-life cycle of metal can be estimated by ultrasonic parameters because ultrasonic velocity and attenuation are affected by change of material properties with accumulated fatigue in the metal. Therefore, in this study, we will estimate overall change of material properties by 2D C-scan image. Fatigued aluminum alloy 6061-T6 samples from 0 to 85% were prepared for evaluating fatigue life cycle. Also, degraded image of materials using attenuation is proposed to estimate degree of material degradation for determining degraded area of fatigued samples. Finally, we will predicts process pf degradation with measured attenuation of fatigued aluminum alloy 6061-T6 samples.
따라서 본 연구에서는 초음파 감쇠 특성을 이용하여 Al6061-T6의 피로 정도를 확인할 수 있는 열화 영상화기법을 제시하였으며, 제안된 영상화 기법을 이용하여 Al6061-T6의 열화부와 건전부를 판단하고, 건전부와 열화부의 감쇠 특성 차이를 계산하여 Al6061-T6의 열화 진행 정도를 평가하였다.
제안 방법
본 연구에서 초음파 감쇠 특성을 확인하기 위해서 C-scan시스템을 이용하였으며, C-scan을 사용함으로써 실제 재료열화에 따른 초음파 인자 데이터들을 수천 개의 데이터를 취합함으로써 초음파 인자값의 신뢰성을 확보하였다. Fig.
선정된 재료는 Fig. 2와 같이 시험편을 제작하였으며, 시험재료를 가공하기 위해 사용된 장비는 Fig. 3의 100 MPa급 Instron 8081 만능시험기를 사용하였다.
대상 데이터
열화 정도를 평가하기 위해서, 다른 금속에 비해 경량이며, 고강도인 알루미늄 6061-T6을 본 연구에서 사용하였으며, 알루미늄 6061-T6은 내식성이 강하며 세계적으로 항공기나 선박, 철도 등의 수송수단의 구조물에 많이 사용되고 있다.
데이터처리
5 mm 간격으로 초음파신호를 취득하였으며, 취득된 신호를 이용하여 image data 및 피로시험편의 감쇠 특성을 측정하였다. 이때 측정된 신호는 데이터의 신뢰성을 위하여 각 검사 포인트마다 여러 번의 실험값을 산술 평균하였으며, 샘플링 주파수를 125 MHz로 설정하였다.
피로시험편은 C-scan을 이용하여 시험편의 x, y축으로 0.5 mm 간격으로 초음파신호를 취득하였으며, 취득된 신호를 이용하여 image data 및 피로시험편의 감쇠 특성을 측정하였다. 이때 측정된 신호는 데이터의 신뢰성을 위하여 각 검사 포인트마다 여러 번의 실험값을 산술 평균하였으며, 샘플링 주파수를 125 MHz로 설정하였다.
성능/효과
C-scan을 이용하여 시험편 전 영역에 걸쳐 감쇠 특성을 측정할 수 있었으며, 측정된 감쇠 특성을 이용하여 피로수명에 따른 열화 이미지를 나타낼 수 있었다. 열화 이미지에서 열화부와 건전부를 판단할 수 있으며, 열화부의 경우 피로 사이클이 증가함에 따라 생성된 공공에 의해 재료 내에서 초음파 빔의 산란 및 회절이 증가하기 때문에 감쇠계수가 증가하는 경향을 보인다.
C-scan을 이용하여 시험편 전 영역에 걸쳐 감쇠 특성을 측정할 수 있었으며, 측정된 감쇠 특성을 이용하여 피로수명에 따른 열화 이미지를 나타낼 수 있었다. 열화 이미지에서 열화부와 건전부를 판단할 수 있으며, 열화부의 경우 피로 사이클이 증가함에 따라 생성된 공공에 의해 재료 내에서 초음파 빔의 산란 및 회절이 증가하기 때문에 감쇠계수가 증가하는 경향을 보인다. 따라서 초음파 감쇠 특성을 이용하여 제안된 식(3), (4)를 이용하여 재료의 열화부를 판단할 수 있으며, 감쇠 정도 및 분포에 따라 피로사이클에 따른 재료의 수명 예측의 가능성을 타진할 수 있다.
8의 C-scan 저면반사 신호 이미지의 건전부와 열화부의 감쇠 차이를 식(2)를 이용하여 평가하였으며, 사이클 수가 32000일 때의 건전부와 열화 의심부의 감쇠계수 차이는 약 2~4 Np/m 정도 차이가 났으며, 사이클 수가 50000일 때는 건전부와 열화 의심부의 감쇠 계수의 차이가 약 8~12 Np/m 발생하였다. 이 결과를 이용하여 사이클 수가 증가함에 따라 건전부와 감쇠계수 차이도 증가하며, 실제 피로실험 시 재료는 부분적으로 열화가 진행됨을 예측할 수 있다.
후속연구
따라서 초음파 감쇠 특성을 이용하여 제안된 식(3), (4)를 이용하여 재료의 열화부를 판단할 수 있으며, 감쇠 정도 및 분포에 따라 피로사이클에 따른 재료의 수명 예측의 가능성을 타진할 수 있다. 따라서 본 연구를 바탕으로 향후 보다 다양한 종류의 시편과 피로에 대해 열화평가지수를 활용하여 피로를 정량화하는 연구가 필요하며, 슬립띠와, 공공 분포와의 감쇠계수 차이에 명확한 판단을 위하여 SEM을 이용하여 상관관계를 도출하는 연구가 진행되어야 할 것 이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
열화 평가기법에는 어떤 것들이 있는가?
피로파괴를 예측하기 위하여 여러 가지 열화 평가기법들이 제안되었으며, 제안된 열화 평가기법은 파괴기법, 비파괴기법이 있으며, 비파괴기법 중에서는 초음파기법이 주로 적용되고 있다. 국내의 경우 열화 정도를 예측하기 위하여 파괴적인 방법이 주로 적용되고 있으며 [1,2], 비파괴기법을 이용한 열화 평가기법으로는 초음파,음향방출시험 등이 적용되고 있으나 [3,4] 해외연구와 비교하여 연구실 적이 미비한 편이다.
Al6061-T6재료의 장단점은?
볼트, 리벳 접합의 구조용재, 선박, 차량, 육상구조물 등에 사용되고 있는 Al6061-T6재료는 열처리 합금으로 내식성, 용접성이 뛰어나 널리 사용되고 있으나, 반복하중으로 인하여 피로파괴 발생의 위험성이 잔존하기 때문에 반복 응력으로 인하여 발생되는 피로파괴를 방지하기 위해서 구조물의 건전성을 확보할 필요성이 있다.
피로파괴를 예측하기 위한 국내 실정은?
피로파괴를 예측하기 위하여 여러 가지 열화 평가기법들이 제안되었으며, 제안된 열화 평가기법은 파괴기법, 비파괴기법이 있으며, 비파괴기법 중에서는 초음파기법이 주로 적용되고 있다. 국내의 경우 열화 정도를 예측하기 위하여 파괴적인 방법이 주로 적용되고 있으며 [1,2], 비파괴기법을 이용한 열화 평가기법으로는 초음파,음향방출시험 등이 적용되고 있으나 [3,4] 해외연구와 비교하여 연구실 적이 미비한 편이다. 해외의 경우 비선형 초음파, 초음파 감쇠 특성, 음향방출시험, 와전류탐상시험 등 많은 비파괴기법을 이용하여 피로에 따른 열화 분포 및 열화의 진척 정도를 판단하는 기법들이 제안되어 있으나, 아직까지 피로 한도에 따른 열화를 영상화하는 기법에 관한 연구보고는 미흡하며, 영상화된 열화 이미지를 이용하여 열화 분포 및 열화의 진행 정도를 평가하는 기법은 학계에 보고된 적이 없다.
참고문헌 (6)
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