KR101636412B1 - 피검사체의 균열길이 측정방법 - Google Patents

Abstract

플러스포인트 코일에서 관찰된 균열신호에 대하여 균열 길이를 쉽고 정확하게 측정할 수 있는 방법을 제공하여 신호평가자의 측정 오차를 줄이기 위한 본 발명에 따른 피검사체의 균열길이 측정방법은 회전형 탐촉자의 플러스 포인트 코일 신호를 검출하여 피검사체에 대한 전체 펄스의 진폭이 기록되는 단계 및 상기 전체 펄스 중, 진폭이 가장 크게 검출된 최대펄스를 기준으로 상기 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지는 산출 기준펄스를 바탕으로 상기 피검사체의 균열 길이가 산출되는 단계를 포함하므로, 간편한 방법으로 피검사체의 균열길이에 대한 검사결과의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

피검사체의 균열길이 측정방법{DETERMINATION METHOD OF CRACK LENGTH OF AN OBJECT}

본 발명은 피검사체의 균열길이 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전형 탐촉자의 플러스 포인트 코일 신호를 검출하여 원전 증기발생기의 전열관과 같은 피검사체의 균열길이를 측정하는 피검사체의 균열길이 측정방법에 관한 것이다.

증기발생기는 원자력발전소의 중요기기의 하나로써, 증기를 생산하는 설비이다. 증기발생기 내부에 설치된 전열관은 원자로 1차계통의 압력경계를 이루는 중요한 부품으로, 원전 운영자는 증기발생기의 건전성 확보를 위해 전열관에 대한 주기적인 비파괴검사를 수행해야만 한다.

증기발생기는 발전소별 2~4대가 설치되며, 전열관은 각 증기발생기별로 4,000~ 10,000여개의 전열관이 설치된다. 전열관을 검사에는 비파괴검사 방법으로 와전류탐상검사(ECT ; Eddy Current Test)가 사용된다.

증기발생기 전열관 내, 외면에 나타나는 결함은, 크게 전열관 진동에 의한 마모 결함과 화학적 부식분위기와 해당영역에 국부적인 응력으로 발생되는 균열(crack)로 분류할 수 있다. 전열관의 균열의 깊이, 길이 측정에 대한 정량적 평가는 다음 주기 발전소 운전기간 동안 신규 균열의 발생가능성, 균열의 성장속도 예측 등 계속 운전여부를 결정하는 자료로서 대단히 중요시되고 있다.

이러한 전열관의 비파괴 검사방법으로는 회전형 탐촉자를 사용한 검사방법이 사용되고 있다. 회전형 탐촉자는 모터로 회전하면서 증기발생기 전열관 내부에 삽입되어 길이방향으로 일정한 속도로 이동하면서 신호를 얻는다. 회전형 탐촉자에 장착된 코일은 일반적으로 플러스 포인트 코일, 중간주파수 영역의 팬케익 코일, 고주파수 영역 팬케엌 코일로 구성되며 필요에 따라 단독 또는 조합되어 사용하고 있다.

회전형 탐촉자를 사용한 검사방법은 회전형 탐촉자의 코일이 회전하기 때문에 코일이 결함을 지나는 순간마다 즉, 한번 회전할 때마다 와전류 신호를 얻을 수 있으며, 회전형 탐촉자가 전열관의 길이 방향으로 이동하기 때문에 균열결함신호는 하나의 결함에 길이방향으로 여러개의 신호를 가지고 있다. 이때, 회전형 탐촉자의 코일이 한번 회전할때마다 얻어지는 신호와 신호의 간격을 펄스(pulse)라고 하며, 플러스 포인트 코일에서 균열 시작점의 신호 펄스와 종료점의 펄스의 간격을 측정하여 결함 길이 측정을 하고 있다.

회전형 탐촉자에 설치된 코일에서 발생하는 자장은 전열관에 와전류를 발생시키고 균열이 존재하는 경우, 균열에 의한 와전류의 변화를 탐지하여 컴퓨터에 신호로 나타나게 된다. 그러나 도 1에 도시된 바와 같이 대부분의 균열신호는 코일이 균열을 지나가기 전·후에 자장이 균열을 감지하여 나타나는 지시가 존재하는데, 이를 미리보기 신호(Look-ahead)와 뒤보기 (Look-behind)신호라고 불린다. 또한 도 2에 도시된 바와 같이 균열깊이가 아주 작은 경우에는 미리보기 신호와 뒤보기 신호가 나타나지 않는 경우도 있다.

이러한 신호특성 때문에 균열 길이 측정에서 신호평가자는 미리보기 신호와 뒤보기 신호를 고려하거나 혹은 고려하지 않고 평가하는 등 신호 평가자의 주관적 평가가 이루어져 측정오차를 유발한다.

균열균열의 길이 측정에 대한 정량적 평가는 ASME 코드 등 비파괴검사 관련 규격들에서도 아직까지 규정하고 있지 못하고 있으며 한국, 미국에서 사용하고 있는 미국전력연구소(EPRI ; Electric Power Research Institute) 의 파괴분석 등 실험적 결과로 제시하는 균열깊이 및 길이측정 지침 (ETSS : Examination Technique Specification Sheet) 에서도 깊이 측정에 대한 정량적인 평가방법은 자세히 기록되어 있으나 길이 측정에 대한 균열의 시작점 및 끝점에 대한 정량적인 평가 방법을 제시하고 못하고 있다.

대한민국 등록특허 제0447482호

본 발명은 플러스포인트 코일에서 관찰된 균열신호에 대하여 균열 길이를 쉽고 정확하게 측정할 수 있는 방법을 제공하여 신호평가자의 측정 오차를 줄이는데 목적이 있다.

본 발명에 따른 피검사체의 균열길이 측정방법은 회전형 탐촉자의 플러스 포인트 코일 신호를 검출하여 피검사체에 대한 전체 펄스의 진폭이 기록되는 단계 및 상기 전체 펄스 중, 진폭이 가장 크게 검출된 최대펄스를 기준으로 상기 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지는 산출 기준펄스를 바탕으로 상기 피검사체의 균열 길이가 산출되는 단계를 포함할 수 있다.

상기 산출 기준펄스가 상기 최대펄스의 전방에 최초로 위치하고 상기 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지는 제 1산출 기준펄스와, 상기 최대펄스의 후방에 최초로 위치하고 상기 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지는 제 2산출 기준펄스를 포함하며, 상기 피검사체의 균열길이는 상기 전체 펄스가 최초로 기록된 최초펄스로부터 상기 제 1산출 기준펄스까지 대응되는 길이와, 상기 최초펄스로부터 상기 제 2산출 기준펄스까지 대응되는 길이의 차이값으로 산출될 수 있다.

상기 산출 기준펄스는 상기 최대펄스의 후방에 최초로 위치하고 상기 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지며, 상기 피검사체의 균열길이는 상기 전체 펄스가 최초로 기록된 최초펄스로부터 상기 전체 펄스가 마지막으로 기록된 최후펄스까지 대응되는 길이와, 상기 최초펄스로부터 상기 산출 기준펄스까지 대응되는 길이의 차이값으로 산출될 수 있다.

상기 산출 기준펄스가 상기 최대펄스의 전방 및 후방에 존재하지 않는 경우, 상기 피검사체의 균열길이는 상기 전체 펄스가 최초로 기록된 최초펄스로부터 상기 전체 펄스가 마지막으로 기록된 최후펄스까지 대응되는 길이일 수 있다.

본 발명에 따른 피검사체의 균열길이 측정방법은 간편한 방법으로 피검사체의 균열길이에 대한 검사결과의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 피검사체에 70% 깊이의 균열 신호가 기록된 피검사체의 펄스의 진폭을 나타낸 그래프이다.
도 2은 피검사체에 20% 깊이의 균열 신호가 기록된 피검사체의 펄스의 진폭을 나타낸 그래프이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

먼저, 본 발명에 따른 피검사체의 균열길이 측정방법은 회전형 탐촉자의 플러스 포인트 코일 신호를 검출하여 피검사체에 대한 전체 펄스를 기록한다. 이때, 본 발명은 미리보기 및 뒤보기 신호의 존재와 상관없이 기록되는 모든 펄스별 진폭(Amplitude)을 기록하고, 진폭이 가장 크게 검출되는 최대펄스와, 최대펄스의 전방과 후방에 최초로 위치하는 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지는 산출 기준펄스를 바탕으로 피검사체의 균열길이를 산출한다.

이하, 본 발명에 따른 피검사체의 균열길이 측정방법의 실시예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

제 1실시예

하기의 표 1은 5mm의 균열길이와, 70%의 균열깊이를 가지는 노치(notch)에 대한 최초펄스로부터 최후펄스까지 기록한 결과이다.

표 1을 참조하면, 제 1실시예에 따른 피검사체의 균열길이 측정방법은 처음 펄스가 기록된 최초펄스로부터 마지막으로 펄스가 기록된 최후펄스까지 20개의 펄스가 기록된 것을 볼 수 있다. 전체 펄스는 실제 노치의 길이 5mm 보다 긴 14.2mm까지 기록되는 것을 볼 수 있다.

전체 펄스 중 진폭이 가장 크게 검출된 최대펄스는 11번째 펄스이다. 11번째 펄스는 1.32volts의 진폭을 가진다. 최대펄스의 후방에서 최대펄스의 50%미만의 진폭을 가지는 최초의 펄스는 7번째 펄스이다. 7번째 펄스는 0.58volts의 진폭을 가진다. 그리고 최대펄스의 전방에서 최대펄스의 50%미만의 진폭을 가지는 최초의 펄스는 14번째 펄스이다. 14번째 펄스는 0.25volts의 진폭을 가진다.

이때, 제 1실시예는 최대펄스와, 최대펄스의 전방에 최초로 위치하는 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지는 제 1산출 기준펄스와, 최대펄스의 전방에 최초로 위치하는 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지는 제 2산출 기준펄스를 이용하여 실제 노치의 균열길이를 산출할 수 있다.

즉, 전체 펄스가 최초로 기록된 최초펄스로부터 제 1산출 기준펄스까지 대응되는 길이인 9.7mm와, 최초펄스로부터 제 2산출 기준펄스까지 대응되는 길이인 4.6mm의 차이값을 산출하면, 노치의 실제 길이인 5mm와 거의 일치하는 5.1mm로 측정됨을 알 수 있다.

제 1실시예와 같이, 본 발명은 최대펄스와, 최대펄스의 전·후방에서 최초로 위치하는 최대펄스 50% 미만의 진폭을 가지는 제 1산출 기준펄스 및 제 2산출 기준펄스를 이용하여 피검사체의 균열길이를 간편하고 정확하게 측정할 수 있다.

제 2실시예

하기의 표 2는 2mm의 균열길이와, 50%의 균열깊이를 가지는 노치(notch)에 대한 최초펄스로부터 최후펄스까지 기록한 결과이다.

표 2을 참조하면, 제 2실시예에 따른 피검사체의 균열길이 측정방법은 처음 펄스가 기록된 최초펄스로부터 마지막으로 펄스가 기록된 최후펄스까지 6개의 펄스가 기록된 것을 볼 수 있다. 전체 펄스는 실제 노치의 길이 2mm 보다 긴 3.8mm까지 기록되는 것을 볼 수 있다.

전체 펄스 중 진폭이 가장 크게 검출된 최대펄스는 5번째 펄스이다. 5번째 펄스는 0.44volts의 진폭을 가진다. 최대펄스의 후방에서 최대펄스의 50%미만의 진폭을 가지는 최초의 펄스는 3번째 펄스이다. 하지만 최대펄스의 전방에는 최대펄스의 50%미만의 진폭을 가지는 펄스가 검출되지 않았다.

이때, 제 2실시예는 펄스가 마지막으로 기록된 최후펄스와, 최대펄스의 후방에 최초로 위치하고 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지는 산출 기준펄스를 이용하여 실제 노치의 균열길이를 산출할 수 있다.

즉, 전체 펄스가 최초로 기록된 최초펄스로부터 최후펄스까지 대응되는 길이인 3.8mm와, 최초펄스로부터 산출 기준펄스까지 대응되는 길이인 1.5mm의 차이값을 산출하면, 노치의 실제 길이인 2mm와 거의 일치하는2.3mm로 측정됨을 알 수 있다.

제 2실시예와 같이, 본 발명은 펄스가 마지막으로 기록된 최후펄스와, 최대펄스의 후방에 최초로 위치하고 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지는 산출 기준펄스를 이용하여 피검사체의 균열길이를 간편하고 정확하게 측정할 수 있다.

제 3실시예

하기의 표 3은 10mm의 균열길이와, 30%의 균열깊이를 가지는 노치(notch)에 대한 최초펄스로부터 최후펄스까지 기록한 결과이다.

표 3을 참조하면, 제 3실시예에 따른 피검사체의 균열길이 측정방법은 처음 펄스가 기록된 최초펄스로부터 마지막으로 펄스가 기록된 최후펄스까지 14개의 펄스가 기록된 것을 볼 수 있다. 전체 펄스는 실제 노치의 길이 10mm에 거의 유사한 9.9mm까지 기록되는 것을 볼 수 있다.

전체 펄스 중 진폭이 가장 크게 검출된 최대펄스는 7번째 펄스이다. 7번째 펄스는 0.17volts의 진폭을 가진다. 하지만, 제 1, 2실시예와는 달리, 제 3실시예에서는 최대펄스의 전·후방에서 최대펄스의 50%미만의 진폭을 가지는 펄스가 기록되지 않은 것을 볼 수 있다.

이때, 제 3실시예는 펄스가 마지막으로 기록된 최후펄스와, 펄스가 최초로 기록된 최초펄스를 이용하여 실제 노치의 균열길이를 산출할 수 있다.

즉, 전체 펄스가 최초로 기록된 최초펄스로부터 최후펄스까지 대응되는 길이인 9.9mm와, 최초펄스에 대응되는 길이인 0.0mm의 차이값을 산출하면, 노치의 실제 길이인 10mm와 거의 일치하는 9.9mm로 측정됨을 알 수 있다.

제 3실시예와 같이, 본 발명은 펄스가 마지막으로 기록된 최후펄스와, 펄스가 최초로 기록된 최초펄스를 이용하여 피검사체의 균열길이를 간편하고 정확하게 측정할 수 있다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따른 피검사체의 균열길이 측정방법은 회전형 탐촉자의 플러스 포인트 코일 신호를 검출하여 피검사체에 대한 전체 펄스의 진폭이 기록하고, 전체 펄스 중, 진폭이 가장 크게 검출된 최대펄스를 기준으로 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지는 산출 기준펄스를 바탕으로 피검사체의 균열 길이를 산출할 수 있다.

하기의 표 4 실제 원전 증기발생기 전열관에 발생한 균열에 대하여 국내5개 검사회사에서 균열길이를 측정한 결과와, 본 발명에 따른 피검사체의 균열길이를 측정한 결과를 나타낸 표이다.

표 4에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 피검사체의 균열길이 측정방법은 간편한 방법으로도 검사결과의 신뢰성을 확보할 수 있다는 것을 볼 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호 범위에 속하게 될 것이다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 회전형 탐촉자의 플러스 포인트 코일 신호를 검출하여 피검사체에 대한 전체 펄스의 진폭이 기록되는 단계;및
   상기 전체 펄스 중, 진폭이 가장 크게 검출된 최대펄스를 기준으로 상기 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지는 산출 기준펄스를 바탕으로 상기 피검사체의 균열 길이가 산출되는 단계;를 포함하되,
   상기 산출 기준펄스가
   상기 최대펄스의 전방에 최초로 위치하고 상기 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지는 제 1산출 기준펄스와, 상기 최대펄스의 후방에 최초로 위치하고 상기 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지는 제 2산출 기준펄스를 포함하며,
   상기 피검사체의 균열길이는
   상기 전체 펄스가 최초로 기록된 최초펄스로부터 상기 제 1산출 기준펄스까지 대응되는 길이와, 상기 최초펄스로부터 상기 제 2산출 기준펄스까지 대응되는 길이의 차이값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 피검사체의 균열길이 측정방법.
   
3. 회전형 탐촉자의 플러스 포인트 코일 신호를 검출하여 피검사체에 대한 전체 펄스의 진폭이 기록되는 단계;및
   상기 전체 펄스 중, 진폭이 가장 크게 검출된 최대펄스를 기준으로 상기 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지는 산출 기준펄스를 바탕으로 상기 피검사체의 균열 길이가 산출되는 단계;를 포함하되,
   상기 산출 기준펄스는 상기 최대펄스의 후방에 최초로 위치하고 상기 최대펄스의 50% 미만의 진폭을 가지며,
   상기 피검사체의 균열길이는
   상기 전체 펄스가 최초로 기록된 최초펄스로부터 상기 전체 펄스가 마지막으로 기록된 최후펄스까지 대응되는 길이와, 상기 최초펄스로부터 상기 산출 기준펄스까지 대응되는 길이의 차이값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 피검사체의 균열길이 측정방법.
   
4. 삭제

Images