[논문]비접촉 Lamb-EMAT를 이용한 두께감육 평가에 관한 연구

김태형; 박익근; 이철구; 김용권; 김현묵; 조용상

[국내논문] 비접촉 Lamb-EMAT를 이용한 두께감육 평가에 관한 연구
Non-contact Ultrasonic Technique for the Thin Defect Evaluation by the Lamb-EMAT 원문보기

김태형 (서울 산업대학교 기계공학과 산업대학원) , 박익근 (서울 산업대학교 기계공학과) , 이철구 (서울 산업대학교 기계공학과) , 김용권 (서울 산업대학교 에너지시스템대학원) , 김현묵 (한양대학교 대학원) , 조용상 (한국전력 전력연구원)

Ultrasonic guided waves are gaining increasing attention for the inspection of platelike and rodlike structures. At the same time, inspection methods that do not require contact with the test piece are being developed for advanced applications. This paper capitalizes on recent advances in the areas of guided wave ultrasonics and noncontact ultrasonics to demonstrate a superior method for the nondestructive detection of thinning defects simulating hidden corrosion in thin aluminum plates. The proposed approach uses EMAT(electro-magnetic acoustic transducer) for the noncontact generation and detection of guided plate waves. Interesting features in the dispersive behavior of selected guided modes are used for the detection of plate thinning. It is shown that mode cutoff measurements provide a qualitative detection of thinning defects. Measurement of the mode group velocity can be also used to quantify of thinning depth.

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문제 정의

둘째, 발생이 어려운 다양한 초음파의 모드를 발생할 수 있다.[4] 본 연구에서는 비접촉 EMAT의 새로운 적용분야를 개발하고자, 모의 부식된 알루미늄 판의 두께 감육을 효과적으로 검출하기 위한 비접촉 유도초음파 검사기법 을 개발하고자 한다.
본 연구에서는 건전부에 대한 군속도 측정 원리로 송신용 탐촉자로부터의 전파시간을 얻었다. 여기서 수신용 EMAT의 거리를 각각 A와 B로 분리하여, 두 지점의 거리를 #라 하면, 결함이 없는 영역에서의 군속도는 다음과 같이 계산될 수 있다.

제안 방법

그림에서 머는 위상속도, 머는 군속도, [는 주파수, d는 판의 두께이다. 본 연구에서는, 이러한 전파모드의 특징으로 모드 컷오프, 군속도를 이용하여 두께 감육을 평가하게 된다.
쌍의 EMAT이 적용되었다. 이때 발생되는 모의 내부 부식결함으로 인한 유도초음파의 분산 특성이 두께 감육 평가에 이용되었다. 주파수와 위상속도의 조정을 통해 효과적인 전파모드를 선택하는 것이 가능하였다.

대상 데이터

유도초음파 송.수신을 위해 고출력 초음파 펄서/리시버(Ritec, RAM-1000) 사용되었다.
제작된 시험편은 알루미늄 박판으로 두께는 2mm이며, 크기는 1200rrtmx400mm이다. 결함의 면적은 50mmx50mm이며 각각 판 두께의 10%, 20%, 30%의 두께 감육비를 갖는다.

성능/효과

유도초음파의 분산 특성으로 모드 컷오프와 군속도 변화를 관찰하는 실험을 수행한 결과에서 모드 컷오프는 두께 감육을 검출할 수 있는 정성적인 파라미터로 사용될 수 있고, 군속도 변화는 두께 감육을 평가할 수 있는 정량적인 파라미터로 증명되었다.
이때 발생되는 모의 내부 부식결함으로 인한 유도초음파의 분산 특성이 두께 감육 평가에 이용되었다. 주파수와 위상속도의 조정을 통해 효과적인 전파모드를 선택하는 것이 가능하였다.

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