박판 레이저 용접부 결함 탐상을 위한 유도초음파 집속 전자기음향 트랜스듀서 (Guided Wave Focusing Electromagnetic Acoustic Transducer for Flaw Detection of Laser Welding in Thin Metallic Sheets)

서지정보

· 발행기관 : 한국비파괴검사학회
· 수록지 정보 : 비파괴검사학회지 / 38권 / 3호 / 182 ~ 189페이지
· 저자명 : 박재하, 조승현, 지봉규

초록

유도초음파 탐상은 기존의 체적파를 이용한 비파괴검사 방법에 비해 정밀도가 떨어지는 것으로 알려져 있으나, 얇은 판재 또는 배관 구조물에서 기존 체적 초음파 기법의 한계로 인하여 유도초음파의 적용성이 확대 되어왔다. 하지만 판재 두께 전체에 대한 검사가 가능하다는 장점에도 불구하고, 기존의 접촉식 탐촉자를 이용한 유도초음파 탐상은 접근성과 접촉 문제 등으로 인하여 검사 결과의 신뢰성에 문제가 되어 왔다. 반면 비접촉식 전자기음향 트랜스듀서를 이용한 기술은 위의 문제를 극복할 수 있으나, 압전 소자에 비해 초음파 변환 성능이 저하된다는 점에서 적용성이 낮다. 따라서 본 연구에서는 박판 용접부와 같은 국부영역의 진단을 위해서 전자기음향 트랜스듀서를 이용한 유도초음파 집속 기술을 제안하였다. 코일의 형태와 패턴에 따른 집속 효과를 수치 해석적으로 확인하고, 철강 박판에서 전파하는 유도초음파의 면외 변위를 측정함으로써 집속 효과를 검증하였다. 제안한 기법의 타당성을 검증하기 위해 집속 유도초음파 전자기음향 트랜스듀서를 설계/제작하고, 유도초음파 탐상 시험을 통해 집속 영역에서 에너지 밀도가 높은 음장 분포를 확인하였다. 결과적으로, 레이저 용접부에서 결함을 검출함으로써 제안한 집속 유도초음파 전자기음향 트랜스듀서의 성능을 검증하였다.

영어초록

Guided wave testing(GWT) has lower accuracy than bulk wave testing; however, it has been adopted for thin plates and cylindrical structures owing to the limitations of conventional ultrasonic testing(UT) for these applications. Even though contact-probe-based GWT can inspect the full thickness of plate-like structures, it can introduce uncertainties in manual ultrasonic testing because of accessibility and contact issues between the probe and the specimen. The electromagnetic acoustic transducer (EMAT) GWT, which is a non-contact technique, can overcome such problems; however, its application for inspection can be difficult owing to its low transduction efficiency compared to contact probes such as those using piezoelectric elements. Therefore, this paper proposes guided wave focusing using EMAT for local damage inspection of welds in thin metallic sheets. The focusing effect of the coil shape and pattern was identified by numerical analysis results, and verified by detecting the out-of-plane displacement of the guided waves propagated in a thin steel plate. To verify the validity of proposed technique, a guided wave focusing EMAT was designed and fabricated, and the distribution of acoustic fields with high energy density in the focusing area was identified. Consequently, the performance of the proposed guided wave focusing EMAT was verified by detecting the machining defects on the laser welding area.

참고자료

· 없음