원주방향 유도초음파 기반 대구경 용수배관 결함 탐지를 위한 관외면 전자기 음향 트랜스듀서 개발 (Development of an Electromagnetic Acoustic Transducer Generating Circumferential Guided Waves for Defect Detection of Water Supply Pipes)

서지정보

· 발행기관 : 한국비파괴검사학회
· 수록지 정보 : 비파괴검사학회지 / 40권 / 3호 / 206 ~ 214페이지
· 저자명 : 박민수, 마평식, 하종문, 이중석, 승홍민

초록

본 연구에서는 대구경 용수배관 검사를 위해 배관 외면의 특정 지점에 설치하여 내부 결함의 위치를 효과적으로 파악할 수 있는 관외면 유도초음파 트랜스듀서를 개발하였다. 개발된 트랜스듀서는 배관의 원주방향을 따라 전파하는 최저차의 전단파 모드만을 발생 및 측정할 수 있게 설계되었다. 특히 배관 외면에 설치된 후 축 방향을 따라 이동하며 보다 넓은 영역을 탐상하기 위해 전자기 음향 트랜스듀서 기술을 이용하여 비접촉식으로 개발되었으며 축 방향 이동을 고려하여 트랜스듀서 외관을 고안하였다. 특정 주파수에 맞추어 전단파 측정 신호 크기를 향상시키기 위하여 수치해석을 이용해 원주방향 전단파의 분산 특성을 우선 파악한 후 이를 반영하여 트랜스듀서를 설계하였고 실제 용수배관 시편에 설치하여 원주방향 전단파를 측정하고 주파수 특성을 검증하였다. 아울러 트랜스듀서의 성능을 파악하는 실험들을 추가적으로 수행하였으며 여러 형상의 인공 결함들에 대해 결함 신호를 성공적으로 취득하였다. 특정 결함에 대해 축 방향으로 센서를 이동시키며 취득한 신호로 국부 영역에 대해 검사 영상을 얻음으로써 대구경 용수배관의 결함 탐지 가능성을 확보하였다. 추후 자동화된 시스템 형태로 구축 및 발전시켜 실제 외부에 설치된 대구경 용수배관에 적용하고자 한다.

영어초록

In this research, we developed a guided wave transducer system that can be installed on the outside of a large water supply pipe to detect defects. The transducer generates and measures the fundamental shear-horizontal wave mode (SH0 mode) propagating along the circumferential direction of the pipe. In particular, by moving the transducers along the axial direction, it can cover a relatively large area of the pipe efficiently. To this end, the transducer was designed to be a noncontact type using electromagnetic acoustic transducer (EMAT) technology. To enhance the transducer output at a target frequency, the dispersion characteristic of the circumferential SH waves was analyzed by numerical simulations, and the results were considered for the EMAT design process. The frequency characteristic was confirmed by experiments with a water supply pipe specimen. Afterward, we carried out several experiments to examine the EMAT performance, and successfully obtained the defect signals reflected from artificially machined defects. In addition, we obtained the inspection image of the target defect by moving the EMAT along the axial direction manually. In so doing, feasible defect detection in water supply pipes was achieved by the proposed method. In the future, further research on actual applications will be conducted.

참고자료

· 없음