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가설 설정
- 특히, Fig. 11(a)에서는 화살표방향에서 종파 초음파가 발진하게 하였으며 밑부분은 피스톤로드로 가정하였다.
- 입사초음파는 등방성재료에 투과하는 것을 (1-cos(2πft/3)cos (2πft) (t≤3.0/f)로 가정하여 구현 하였다.
제안 방법
- (1) 피스톤로드를 제작하여 표면초음파를 시험편표면에 발생시키 위하여 실험과 시뮬레이션을 통하여 최적의 시험조건을 구현하였다.
- (2) 고주파열처리 후 피스톤 로드의 로크웰경도 정도여부를 평가하기 위해 케이스 깊이를 0.1 mm 간격으로 1.0 mm까지 측정하였다. 이때 0.
- Fig. 7(a)는 피스톤로드의 단면사진을 나타냈으며 경도측정방향은 화살표방향으로 0.1 mm간격으로 측정을 하였다. Fig.
- 따라서 본 연구에서는 피스톤로드의 일방향 피치-캐치방법인 표면초음파(Surface ultrasonic wave)용 실험장치를 제작하였다. 이를 이용해 피스톤로드의 표면 열처리 경도 값을 비교 및 평가하였으며 또한 안전설계와 초음파 거동측면에서 표면초음파(Surface ultrasonic wave)가 정량적인 빔프로파일(Beam profile) 시뮬레이션을 검토하여 초음파특성 평가 기법을 구현하였다.
- 6(b)를 보년 피스톤로드위에 플락시글라스(Plexigls)를 사용을 했기 때문에 초음파 감쇄나 빔퍼짐 등을 최소화 하였다. 또한 감쇄 등이 크게 발생 하지 않도록 탐촉자가 수신가능한 범위를 찾았으며 초음파신호 측정 시에 노이즈 등이 많이 포함하고 있으므로 100번 평균하여 획득하여 평가하였다.
- 기존 초음파 탐촉자를 직접 피스톤로드에 접촉을 하여 측정을 하면 파형의 진폭이나 불안정성으로 인해 어려움이 있다. 먼저 피스톤로드가 원형으로 이루어져 있기 때문에 원통표면에 맞는 플락시글라시(Plexglass)를 사용하여 교정렌즈(Corrected lens)용으로 정밀가공하였다. 이는 초음파 감쇄가 현저히 줄어들기 때문이다.
- 본 FEM패키지를 이용하여 완전 등방성 재료 가정하여 피스톤 로드 표면에 표면초음파 거동을 구현하기 위해 초음파 탐촉자를 5 MHz를 이용하여 일방향에서 피치캐치 방법으로 모델링을 하였다. Fig.
- 본 비파괴시험인 초음파 실험 시에 피스톤로드를 제작하여 시험편표면에 초음파 탐촉자를 이용해 일방향에서 피치-캐치 모드를 적용하였다.
- 본 연구에서 표면초음파 탐촉자의 주파수를 2.25 MHz와 5.0 MHz 2가지를 사용을 하였으며 로크웰경도값이 다른 피스톤로드를 4가지종류를 사용하였다. Fig.
- 실험 방법은 직접 접촉식인 평면형 트랜스듀서를 이용하였으며, 파나메트릭스사의 5073PR인 스파이크 전압펄서/리시버를 이용하여 초음파를 발생시켰다. 시험편에 의한 RF파형을 Oscilloscope (Wave Surfer (42Xs-A))에서 획득하고 컴퓨터에서 저장하였다. 오실로스코프에서 2개의 펄서 에코우파는 독립적으로 이동이 가능하며 스크린상에서 에코우파를 저장 및 비교하여 측정하는데 매우 편리하다.
- 3은 실험장치를 나타냈다. 실험 방법은 직접 접촉식인 평면형 트랜스듀서를 이용하였으며, 파나메트릭스사의 5073PR인 스파이크 전압펄서/리시버를 이용하여 초음파를 발생시켰다. 시험편에 의한 RF파형을 Oscilloscope (Wave Surfer (42Xs-A))에서 획득하고 컴퓨터에서 저장하였다.
- 따라서 본 연구에서는 피스톤로드의 일방향 피치-캐치방법인 표면초음파(Surface ultrasonic wave)용 실험장치를 제작하였다. 이를 이용해 피스톤로드의 표면 열처리 경도 값을 비교 및 평가하였으며 또한 안전설계와 초음파 거동측면에서 표면초음파(Surface ultrasonic wave)가 정량적인 빔프로파일(Beam profile) 시뮬레이션을 검토하여 초음파특성 평가 기법을 구현하였다.
- 또한 댐퍼의 감쇠력을 조절하는 피스톤을 구속하는 기능을 하고 있으며 최근에는 쇼크업소버의 성능 향상 및 연비 향상 등을 위한 경량화가 필요할 뿐 만 아니라 피스톤로드와 유사한 제조 공법으로 적용되어진 드라이브샤프트 및 프로펠러 샤프트는 일부 제품에서 절손되어지는 결함 및 런아웃 불량의 발생되어지고 있어, 자동차 메이커에서는 중공 피스톤로드의 열처리의 품질을 보증할 수 있는 제조 기술과 비파괴 진단기술을 절실히 요구되어 지고 있다. 특히, 피스톤로드의 표면 경화처리를 위해 고주파열처리 실시한다. 피스톤로드의 표면으로부터 깊이가 1 mm정도까지 경도를 증가시킬 수 있다.
- 이 피스톤로드의 크기는 지름이 18 mm이고 길이는 390 mm이다. 특히, 피스톤로드의 표면 열처리를 하기위해 고주파 열처리(High frequency treatment)을 통해 표면에서 대략 1.0 mm 전후(고주파 유도가열)까지 표면 열처리를 수행하는 부품으로, 고주파 유도 가열 및 냉각의 불균형에 따른 열처리 취성(입계) 파면 과다에 의한 크랙 발생을 해소할 수 있는 열처리 조건 및 가열 코일의 최적화에 의한 고주파 열처리 기술을 적용하였다. Fig.
대상 데이터
- 0/f)로 가정하여 구현 하였다. 모델형상은 임의의 크기를 갖는 종파 전파를 이용하였다. 메시는 # (λ: 파장) 기준으로 설정하였으며 FEM 모델링과 사각형 메시를 생성하기 위해# 로 하여 노이즈 수준을 낮추었다.
- 01 mm 이상의 정밀도가 있어야 하고 또한 내구력측면에서는 피스톤로드의 표면이 열처리가 요구된다. 이 피스톤로드의 크기는 지름이 18 mm이고 길이는 390 mm이다. 특히, 피스톤로드의 표면 열처리를 하기위해 고주파 열처리(High frequency treatment)을 통해 표면에서 대략 1.
데이터처리
- 7%정도 감소한 것으로 나타났다. 각각 테이터를 100번 평균하여 측정한 후 표면초음파속도값에 표준편차를 적용해 나타냈다. Fig.
성능/효과
- (4) 초음파가 진행할 때 2.25 MHz 초음파탐촉자의 경우는 파장 길이가 대략 1.23 mm 이기 때문에 피스톤로드의 고주파열처리부분과 비열처리부분과 같이 동시에 진행하여 대략 1.0% 정도로 차이가 나타났지만 5.0 MHz 초음파탐촉자를 사용하면 순수 열처리영역이내에서 표면초음파가 진행하기 때문에 2배 정도인 1.7%차이가 발생했다.
- (5) 초음파 거동측면에서 피스톤로드의 표면초음파(Surface ultrasonic wave)가 정량적인 진행 빔프로파일(Beam profile) 시뮬레이션을 검토하여 초음파활용이 가능하였다.
- 94 mm/μs정도 나타났다. 2.25 MHz 초음파 탐촉자를 이용한 것 보다 2배정도인 1.7%정도 크게 감소한 것으로 나타났다. 이는 피스톤로드의 표면에 고주파열처리 과정중에 입자들이 확대와 스틸의 열적특성상 표면 초음파속도에 영향을 미쳤다고 사료된다.
- Fig. 9은 5.0 MHz 주파수를 갖는 초음파탐촉자를 이용해 표면초음파속도와 로크웰경도와의 상관관계를 나타냈으며 고주파열처리가 되지 않은 피스톤로드의 표면초음파속도는 대략 2.97 mm/μs정도 나타났으며 로크웰경도값이 제일 높은 피스톤로드는 2.94 mm/μs정도 나타났다.
- 고주파열처리가 되지 않은 피스톤로드의 표면초음파속도는 대략 2.98 mm/μs정도 나타났으며 로크웰경도값이 제일 높은 피스톤로드는 2.94 mm/μs정도 나타났다.
- 이는 피스톤로드의 표면에 고주파열처리 과정중에 입자들이 확대와 스틸의 열적특성상 표면 초음파속도에 영향을 미쳤다고 사료된다. 또한 2.25 MHz 초음파탐 촉자를 사용하는 것보다 5.0 MHz 초음파탐촉자를 사용하는 경우가 표면초음파속도의 감소폭이 크게 나타났다.
- 본 연구에서는 차량용 피스톤로드표면에 표면초음파를 발생시키기 위해서는 초음파탐촉자의 최적입사각을 찾아 조절하면 가능하다. 이때 표면초음파 거동을 평가하기위해서 초음파 전파는 FEM (Finite Element Method)를 이용하면 시뮬레이션을 할 수 있다.
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