KR101878273B1 - 초음파 탐침 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 공작물에 대한 커플링을 위해 안내 쐐기에 배치된 진동 부재의 로우 형상의 배열을 포함하는, 횡방향 결함을 위한, 금속 공작물 특히 파이프의 비파괴 검사를 위한 초음파 탐침에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 상기 쐐기는, 유체로 충전되어 있고 최대 24°의 쐐기 각도를 가진 쐐기형 공동으로서 디자인되어 있으며, 상기 쐐기는, 상기 공작물 내로의 초음파의 입사각이 최대 70°가 되도록, 상기 공작물에 배치되어 있다.

Description

초음파 탐침{ULTRASONIC PROBE}

본 발명은, 공작물에 대한 커플링을 위해 쐐기에 배치된 선형 어레이의 진동 부재를 포함하는, 금속 공작물 특히 파이프의 비파괴 검사를 위한 초음파 탐침에 관한 것이다.

일반적 초음파 탐침은 독일 실용실안 G 83 12 595.7로부터 공지되어 있다. 이러한 탐침은, 플렉시글라스(Plexiglass)로 이루어진 안내 쐐기에 배치된 선형 어레의 진동 부재로 구성된다. 안내 쐐기의 쐐기 각은 공작물 내의 음파의 필요한 전파 방향에 따라 선택된다.

그러한 탐침은, 예를 들면 횡방향 결함에 대해 파이프를 검사하는 데에 사용된다. 12시 위치에 있는 파이프의 횡방향 결함 검사는 표준 기술이며, 통상적으로 각각의 다른 탐침의 방향으로 음파를 방출하는 2개의 대향하는 탐침을 사용하여 실현된다.

탐침 쌍은, 바람직하게 물 커플링(water coupling)을 통해 음파를 파이프 내로 소정 각도로 커플링시키는 2각 탐침(two angled probes) 또는 직각 탐침(normal probes)을 포함한다.

파이프 표면은, 12시 위치에 고정 배치되는 검사 유닛 하에서, 예를 들면 나선형 패턴으로 파이프를 이동시킴으로써 완전히 검사될 수 있거나, 파이프는 회전되고, 검사 유닛은 파이프 표면을 가로질러 선형으로 이동된다.

예를 들면 신속한 100% 검사를 위해 결함 검사의 검사 능력을 증가시키기 위해, 추가적 탐침 쌍이 어떤 갭도 없이 공작물 표면의 검사를 가능하게 하기 위해 설치되고 배치되어야 한다.

추가적 탐침 쌍의 배치는 공간 절약 디자인과 관련하여 자주 제조 비용을 증가시키기 때문에, 상술한 실용신안으로부터 공지된 다중 진동 룰러(rulers)(MFS 룰러)는 매력적 대안을 제공한다.

MFS 룰러는, 선형 어레이 형태로 하우징 내에 가까이 이격되어 배치되는 복수의 초음파 진동기이며, 진동기의 사이즈는 수행될 검사의 형태에 의존한다.

소위 펄스 진동기는, 이러한 종류의 검사에서 본질적으로 피할 수 없는 검사에서의 갭을 방지하기 위해 개발되었다(독일특허 DE 19860127 C1).

횡방향 결함 검사를 위해서, 음파의 입사각은 최대 70°, 통상적으로 단지 45°이다. MFS 룰러는 통상적으로 직각 탐침이기 때문에, MFS 룰러는 검사될 공작물에 대해 소정 각도(입사각)에서의 입사를 위해 위치되어야 한다. 이러한 각도는, 특정 음속을 가지며 굴절 법칙으로부터 계산될 수 있는 매체에 의존한다.

예를 들면, 입사각은, 물과 같이 낮은 음속을 가진 매체에 대해서 작다.

물이 채워진 용기는, 이들 용기가 파이프 아래에 부착되면(6시 검사 위치), MFS 룰러를 사용하는 초음파 검사에 대해 문제 없이 사용될 수 있다.

커플링을 위한 물 용기는, 검사될 파이프에 대한 밀봉과 관련한 구조상의 복잡성으로 인해, 12시 검사 위치에서 휴대용 해결방안을 위해 적합하지 않다. 필요한 밀봉으로 인해, 물 용기와 검사 유닛을 6시 검사 위치에 배치하는 것이 상당히 용이하지만, 검사될 파이프가 롤러 테이블 상에서 이동되어야 하면, 디자인은 그러한 배열을 방해한다.

이들 응용에서, 완전히 플라스틱으로 이루어지는 종래의 안내 쐐기가 통상적으로 사용된다. 물에 비하여 플라스틱 재료의 높은 음속으로 인해(약 50 내지 100% 높음), 안내 쐐기의 쐐기 각도는 그에 대응하여 크다. 몇몇 상황에서 구조적 문제를 발생시킬 수 있는 더 높은 설치 높이에 더하여, 더 큰 쐐기 각도는 또한 상당히 기다란 음 전파 경로를 발생시킬 수 있고, 기다란 음 전파 경로는, 물에 비하여 플라스틱에서의 공지된 더 큰 감쇄를 위해 음 신호의 에코 진폭을 현저히 감소시켜, 신뢰성 있는 신호 검출을 더욱 어렵게 심지어는 불가능하게 한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 탐침의 작은 전체 높이를 동시에 실현하면서 12시 위치에서의 공작물의 간단하고 신뢰성 있는 초음파 검사를 가능하게 하는, 금속 공작물 특히 파이프의 횡방향 결함을 위한 비파괴 검사를 위한, 안내 쐐기 및 다중 진동기 룰러를 구비하는 초음파 탐침을 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 청구항 제1항의 특징에 따른 본 발명에 의해 얻어진다. 추가적 실시예는 종속항에 기술된다.

본 발명의 교시에 따라, 상기 쐐기는, 유체로 충전되어 있고 최대 24°의 쐐기 각도를 가진 쐐기형 공동으로서 형성되어 있으며, 상기 쐐기는, 상기 공작물 내로의 초음파의 입사각이 최대 70°가 되도록, 상기 공작물에 배치되어 있다.

바람직하게, 사용되는 유체는 물과 같이 가장 작은 가능한 음속 및 감쇄를 가진 매체이다.

본 발명에 따른 안내 쐐기를 사용하는 제안된 해결방안에 의해, 유체의 더욱 바람직한 음향 성질, 주로 음속 및 감쇄가 횡방향 결함을 위한 간단하고 신뢰성 있는 검사를 수행하기 위해 사용될 수 있다.

예를 들면 물의 바람직한 성질을 사용함으로써, 안내 쐐기의 작은 설치 높이가 상당히 작은 쐐기 각도를 가지고 실현될 수 있으며, 공작물은 또한, 매우 복잡한 밀봉을 필요로 하지 않으면서 12시 위치에서 검사될 수 있다.

이것은 다음의 예로부터 명백하게 될 것이다.

20℃에서 물 속에서의 음속: 1483m/s

플라스틱(예를 들면, Rexolite®) 내에서의 음속: 2311m/s

굴절 법칙에 따라, 중실 플라스틱으로 이루어지는 안내 쐐기의 쐐기 각도는 45°의 음파의 입사각을 위해 30.8°이지만, 물 충전 안내 쐐기에 대해 단지 18.8°의 쐐기 각도가 계산되어, 탐침의 현저히 작은 설치 높이를 가능하게 한다. 음파의 다른 입사각에 대한 안내 쐐기의 쐐기 각도는, 안내 쐐기를 충전하는 각각의 매체의 음속을 고려하여 스넬의 굴절 법칙으로부터 계산될 수 있다.

물 커플링에 의해 안내 쐐기는 검사 대상물의 표면과 직접 접촉되기 때문에, 안내 쐐기는 바람직하게 플라스틱 예를 들면 Rexolite®로 이루어진다. 이것은, 안내 쐐기가 공작물 표면을 손상시키지 않으면서 공작물 표면에 "갈아 들어 갈(grind in)" 수 있다는 이점을 가진다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 안내 쐐기의 측부 플레이트 및 덮개 플레이트의 내면들은 흡음 재료와 정렬된다. 이것은 바람직하게, 측부 플레이트 및 덮개 플레이트로부터 나오는 초음파 에코에 대한 간섭을 방지할 수 있다. 본 발명의 추가적 특징, 이점 및 상세사항은 다음의 설명으로부터 추리될 수 있다.

도 1은, 안내 쐐기로서 유체 충전 공동을 가지는 본 발명에 따른 초음파 탐침의 개략도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 안내 쐐기의 단면도이다.

도 1은, 안내 쐐기로서 유체 충전 공동을 가지는 본 발명에 따른 초음파 탐침의 개략도이다. 초음파 탐침(1)은 기본적으로, 다중 공진 룰러(2), 및 안내 쐐기로서의 쐐기형 물 충전 공동(7)을 포함한다. 다중 공진 룰러(2) 및 쐐기형 공동(7)은 중간 결합층에 의해 서로의 상부에 부착된다. 다중 공진 룰러(2)의 개별적 진동기는 케이블(4)을 통해 탐침/평가 유닛(3)과 연결된다. 초음파는 물 젖음에 의해 쐐기형 공동(7)의 커플링 표면(5)을 통해 공작물 내로 커플링된다.

도시된 초음파 탐침(1)은 소위 45° 각도 탐침이며, 즉, 음파의 입사각(β)(공작물 표면에 대한 법선과 음파 빔의 축 사이의 각도)은 45°이다(도 1).

쐐기형 공동(7)은 물로 충전되기 때문에, 쐐기 각도(α)는 단지 18.8°이다. 그러면, 탐침(1)은 매우 낮은 설치 높이로 제조될 수 있어, 파이프의 12시 위치에서의 검사를 위해 구조상의 디자인을 현저하게 단순하게 하는데, 그것은 밀봉으로 인해 구조상 매우 복잡한, 다르게는 필요할 수 있는 물 용기가 검사를 위해 더 이상 필요하지 않기 때문이다.

도 2는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 쐐기형 공동(7'), 및 쐐기형 공동(7') 내에서 유체와 직접 접촉되는 다중 진동 룰러(2)를 구비하는 탐침(1')의 단면도이다. 공동(7')은 덮개 플레이트(7.1, 7.2), 베이스 플레이트(7.3), 및 2개의 측부 플레이트(7.4)로 이루어진다. 본 발명에 따라, 개별적 플레이트(7.1, 7.2, 7.4)는, 초음파 에코에 대한 간섭을 억제하기 위한 음 흡수 성질을 가진 플라스틱으로 이루어진다. 적절한 재료는 예를 들면 Teflon®이다.

본 발명에 따라, 베이스 플레이트(7.3)는, 양호한 음 전달 성질 및 낮은 감쇄를 가진 재료, 예를 들면 Rexolite®로 구성된다. 또는, 플레이트(7.1, 7.2, 7.4)는 또한, 적절한 음 흡수 라이닝을 구비한 플렉시글라스로 구성될 수도 있다.

도시되지 않은 유체 매체 예를 들면 물은, 물 인도 경로를 실현하기 위한 플레이트에 의해 둘러싸이는 공동 내에 충전된다. 그러나, 낮은 음속 및 낮은 감쇄를 가진 다른 유체가 사용될 수도 있다.

도 1의 배치에 대한 대안으로서, 개구가 덮개 플레이트(7.2)에 구비될 수 있으며, 개구 내에 초음파 탐침(1')은 작은 놀이를 가지고 삽입되고, 다중 진동 룰러(2)는 물과 직접 접촉된다.

초음파 탐침(1')를 이러한 위치에 고정시키기 위해, 연결된 프레임(8)이 탐침에 구비되며, 프레임(8)은 (도시되지 않은) 밀봉부를 가지고 덮개 플레이트(7.2) 상에 놓여, 초음파 탐침(1')을 고정시키며, 발생되는 놀이에 의해 형성되는 갭을 의도하지 않은 물 누수에 대해 밀봉시킨다.

공작물(6)(도 1) 내로의 음의 고품질 커플링을 위해 필요한 물 젖음은, 예를 들면, 물의 지속적 흐름을 쐐기형 공동(7')으로 공급하고, 그 후에 물이 넘쳐 커플링 표면(5)으로 공급됨으로써 달성될 수 있다.

1, 1': 초음파 탐침
2: 다중 진동기 룰러
3: 평가 유닛
4: 케이블
5: 커플링 표면
6: 공작물
7, 7': 쐐기형 공동
7.1, 7.2: 덮개 플레이트
7.3: 베이스 플레이트
7.4: 측부 플레이트
8: 프레임

Claims (10)

1. 금속 공작물의 횡방향 결함에 대한 비파괴 검사를 위한 초음파 탐침으로서,
   상기 공작물에 연결하기 위한 쐐기 상에 선형 배치되어 있는 진동 부재들을 포함하며,
   상기 쐐기는, 유체로 충전되어 있고 최대 24°의 쐐기 각도를 가진 쐐기형 공동(7, 7')으로서 형성되어 있으며,
   상기 쐐기는, 상기 공작물 내로의 초음파의 입사각이 최대 70°가 되도록, 상기 공작물에 배치되고,
   상기 쐐기형 공동(7, 7')은 덮개 플레이트(7.1, 7.2), 베이스 플레이트(7.3), 및 2개의 측부 플레이트(7.4)를 포함하고,
   상기 공동(7, 7')의 덮개 플레이트(7.1, 7.2) 및 측부 플레이트(7.4)는 흡음 재료로 이루어져 있고, 상기 공작물(6)과 접촉되어 있는 상기 베이스 플레이트(7.3)는 음파 전달 재료로 이루어져 있는,
   초음파 탐침.
2. 제1항에 있어서,
   상기 초음파의 상기 입사각은 최대 50°인, 초음파 탐침.
3. 제2항에 있어서,
   상기 초음파의 상기 입사각은 45°인, 초음파 탐침.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 공동(7, 7')은 플라스틱으로 이루어져 있는, 초음파 탐침.
6. 제1항에 있어서,
   상기 공동(7, 7')의 덮개 플레이트(7.1, 7.2)의 내면 및/또는 측부 플레이트(7.4)의 내면에 흡음 재료가 구비되어 있는, 초음파 탐침.
7. 삭제
8. 제6항에 있어서,
   상기 덮개 플레이트(7.2)는, 프레임(8)과 연결되며 상기 진동 부재들을 수용하기 위한 개구를 가지고 있으며,
   상기 프레임은 밀봉 가능하게 상기 덮개 플레이트(7.2) 상에 놓여 정위치에 고정되는,
   초음파 탐침.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 쐐기형 공동(7, 7') 내의 유체는 물인, 초음파 탐침.

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