KR102192615B1 - 원주방향검사를 위한 위상배열 초음파검사용 프로브 장치 - Google Patents

원주방향검사를 위한 위상배열 초음파검사용 프로브 장치 Download PDF

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Abstract

원자력발전소의 원자로 냉각계통(RCS) 용접부 원주방향검사에 이용되는 위상배열 초음파검사용 프로브 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 위상배열 초음파검사용 프로브 장치는, 초음파 송신부; 불필요한 초음파의 간섭을 차단하기 위하여, 초음파 송신부와 물리적으로 분리되도록 마련되는 초음파 수신부; 및 초음파 송신부와 초음파 수신부가 상면의 일측과 타측에 각각 결합되고, 초음파 송신부로부터 전달되는 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 형성되는 몸체부;를 포함한다. 이에 의해, 테이퍼면을 투과하는 초음파가 내면과 수직으로 굴절되어 진행하므로 반사손실이 적어서 결함 검출율이 매우 우수하고, 초음파 빔이 테이퍼 기울기에 관계없이 내면과 수직방향으로 굴절되어 입사되므로 결함의 위치를 직관적으로 파악할 수 있다.

Description

원주방향검사를 위한 위상배열 초음파검사용 프로브 장치{Probe Device for Phased Array Ultrasonic Testing for Circumferential Inspection}
본 발명은 위상배열 초음파검사용 프로브 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자력발전소의 원자로 냉각계통(RCS) 용접부 원주방향검사에 이용되는 위상배열 초음파검사용 프로브 장치에 관한 것이다.
종래의 원자력발전소의 원자로 냉각계통(RCS)의 용접부 원주방향검사에 이용되는 초음파검사용 프로브 장치는, 좌우 대칭형으로 형성되어, 테이퍼가 있는 부품 또는 용접부에서 초음파가 테이퍼 각도만큼 검사영역을 벗어나게 되는 문제점이 존재한다.
이에 따라, 종래의 프로브 장치는, 초음파가 어떠한 변화 없이 내면에 도달하는 경우, 테이퍼 각도만큼 측면으로 반사되어 소멸하기 때문에 내면결함에 반사되는 초음파 에너지가 경감되고 결함 검출률이 크게 저하되는 문제가 발생하게 된다.
또한, 종래의 프로브 장치는, 결함의 깊이를 측정할 경우, 초음파 빔이 테이퍼 각도만큼 경사지게 입사되므로 프로브 장치의 위치에서의 수직 깊이를 정확하게 측정하기가 어렵게 되는 문제점이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 형성되어, 테이퍼면을 투과하는 초음파가 내면과 수직으로 굴절되어 진행하므로 반사손실이 적어서 결함 검출율이 매우 우수하고, 초음파 빔이 테이퍼 기울기에 관계없이 내면과 수직방향으로 굴절되어 입사되므로 결함의 위치를 직관적으로 파악할 수 있는 위상배열 초음파검사용 프로브 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 위상배열 초음파검사용 프로브 장치는, 초음파 송신부; 불필요한 초음파의 간섭을 차단하기 위하여, 초음파 송신부와 물리적으로 분리되도록 마련되는 초음파 수신부; 및 초음파 송신부와 초음파 수신부가 상면의 일측과 타측에 각각 결합되고, 초음파 송신부로부터 전달되는 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 형성되는 몸체부;를 포함한다.
그리고 몸체부는, 하측에 마련되어, 초음파 송신부로부터 전달되는 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 하는 테이퍼 컷 앵글(Taper Cut Angle)부;를 포함할 수 있다.
또한, 기설정된 각도는,
Figure 112020070179213-pat00001
이 제1 매질 입사각이고,
Figure 112020070179213-pat00002
가, 제2 매질 굴절각이며, V1이 제1 종파 음속이고, V2가, 제2 종파 음속인 경우, 하기 수식 1에 따라 산출될 수 있다.
(수식 1)
Figure 112020070179213-pat00003
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른, 위상배열 초음파검사용 프로브 장치는, 별도로 마련되는 볼트를 이용하여 초음파 송신부 및 초음파 수신부와 몸체부 간의 조립 시, 몸체부의 나사산 마모를 방지하기 위해, 몸체부의 상면에 삽입되는 헬리코일(Helicoil)부;을 더 포함할 수 있다.
그리고 테이퍼 컷 앵글(Taper Cut Angle)부는, 원자로 냉각계통(RCS)의 이종금속용접부의 외주면을 따라 원주방향검사를 효과적으로 수행하기 위해, 초음파 송신부로부터 전달되는 초음파가 피검사체 내면에 수직의 ±5˚ 이내로 굴절되도록 형성될 수 있다.
또한, 제1 매질 입사각(
Figure 112020070179213-pat00004
)은, 몸체부의 종파 음속이 2337㎧이고, 피검사체의 종파 음속이 5770㎧이며, 기설정된 각도가 20˚인 경우, 하기 수식 2에 따라 산출될 수 있다.
(수식 2)
Figure 112020070179213-pat00005
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른, 위상배열 초음파검사용 프로브 장치는, 몸체부의 일측과 타측 사이에 마련되어, 흡음 성질, 전기적 절연성 및 고탄력성 성질을 갖는 코르크(Cork) 재질로 제조되는 파티션부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 위상배열 초음파검사용 프로브 장치는, 몸체부의 일측에 결합 가능하게 형성되고, 표면에 몸체부의 제품 정보가 음각 색인되는 정보 색인부;를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 위상배열 초음파검사용 프로브 장치는, 초음파 송신부와 초음파 수신부가 상면의 일측과 타측에 각각 결합되는 몸체부;를 포함하고, 이때, 몸체부는, 초음파 송신부로부터 전달되는 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 형성된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 테이퍼면을 투과하는 초음파가 내면과 수직으로 굴절되어 진행하므로 반사손실이 적어서 결함 검출율이 매우 우수하고, 초음파 빔이 테이퍼 기울기에 관계없이 내면과 수직방향으로 굴절되어 입사되므로 결함의 위치를 직관적으로 파악할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 초음파가 테이퍼면에서 수직으로 입사되고 결함면에서 정반사되므로 평면에서의 검사와 동일하게 정확한 결함길이를 측정할 수 있으며, 균열의 Tip 신호에서 발생한 초음파를 수직으로 수신하게 되므로 초음파의 진행거리가 왜곡되지 않아 정확한 깊이측정이 가능하다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원주방향검사를 위한 위상배열 초음파검사용 프로브 장치의 설명에 제공된 도면,
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 원주방향검사를 위한 위상배열 초음파검사용 프로브 장치를 이용하여, 용접부를 검사하는 모습이 예시된 도면,
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 원주방향검사를 위한 위상배열 초음파검사용 프로브 장치를 이용하는 원주방향 검사의 설명에 제공된 도면
도 6은, 테이퍼 컷 앵글(Taper Cut Angle)부의 설명에 제공된 도면, 그리고
도 7은, 컷 앵글(Cut Angle)부의 설명에 제공된 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원주방향검사를 위한 위상배열 초음파검사용 프로브 장치(100)(이하에서는 '위상배열 초음파검사용 프로브 장치(100)'로 총칭하기로 함)의 설명에 제공된 도면이고, 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 초음파검사용 프로브 장치(100)를 이용하여, 용접부를 검사하는 모습이 예시된 도면이며, 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상배열 초음파검사용 프로브 장치(100)를 이용하는 원주방향 검사의 설명에 제공된 도면
본 실시예에 따른 위상배열 초음파검사용 프로브 장치(100)는, 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 형성되어, 테이퍼면을 투과하는 초음파가 내면과 수직으로 굴절되어 진행하므로 반사손실이 적어서 결함 검출율이 매우 우수하고, 초음파 빔이 테이퍼 기울기에 관계없이 내면과 수직방향으로 굴절되어 입사되므로 결함의 위치를 직관적으로 파악할 수 있다.
또한, 위상배열 초음파검사용 프로브 장치(100)는, 초음파가 테이퍼면에서 수직으로 입사되고 결함면에서 정반사되므로 평면에서의 검사와 동일하게 정확한 결함길이를 측정할 수 있으며, 균열의 Tip 신호에서 발생한 초음파를 수직으로 수신하게 되므로 초음파의 진행거리가 왜곡되지 않아 정확한 깊이측정이 가능하다.
그리고 위상배열 초음파검사용 프로브 장치(100)는, 테이퍼 검사면에 또 다른 기학적형상이 존재하여도 테이퍼면에서 초음파를 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절시켜 최대한도로 검사영역을 확보할 수 있다.
이를 위해, 본 위상배열 초음파검사용 프로브 장치(100)는, 몸체부(110), 초음파 송신부(120), 초음파 수신부(130), 파티션부(140), 헬리코일(Helicoil)부(150) 및 정보 색인부(160)를 포함할 수 있다.
몸체부(110)는, 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 할 수 있다.
구체적으로, 몸체부(110)는, 초음파 송신부(120)와 초음파 수신부(130)가 상면의 일측과 타측에 각각 결합되고, 초음파 송신부(120)로부터 전달되는 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 형성될 수 있다.
초음파 송신부(120)는, 피검사체 내면을 향해 초음파를 송신하고, 초음파 수신부(130)는, 피검사체 내면에 의해 반사된 초음파를 수신할 수 있다.
이때, 초음파 수신부(130)는, 불필요한 초음파의 간섭을 차단하기 위하여, 초음파 송신부(120)와 물리적으로 분리될 수 있다.
파티션부(140)는, 몸체부(110)의 일측과 타측 사이에 마련되어, 초음파 송신부(120)와 초음파 수신부(130) 간에 불필요한 초음파 간섭을 차단할 수 있다.
구체적으로, 파티션부(140)는, 흡음 성질, 전기적 절연성 및 고탄력성 성질을 갖는 코르크(Cork) 재질로 제조되었으며, 몸체부(110)의 일측과 타측 사이에 마련되어, 초음파 송신부(120)와 초음파 수신부(130) 간에 불필요한 초음파 간섭을 차단할 수 있다.
헬리코일(Helicoil)부(150)는 별도로 마련되는 볼트(미도시)를 이용하여 초음파 송신부(120) 및 초음파 수신부(130)와 몸체부(110) 간의 조립 시, 몸체부(110)의 나사산(암나사산) 마모를 방지하기 위해, 몸체부(110)의 상면에 삽입될 수 있다.
여기서, 몸체부(110)는, 상측에 볼트 체결홀이 마련되고, 볼트 체결홀에는 암나사산이 따라 헬리코일(Helicoil)부(150)가 삽입될 수 있다.
정보 색인부(160)는 몸체부(110)의 일측에 결합 가능하게 형성되고, 표면에 몸체부(110)의 제품 정보가 음각 색인될 수 있다.
도 6은, 테이퍼 컷 앵글(Taper Cut Angle)부(111)의 설명에 제공된 도면이다.
몸체부(110)는, 초음파 송신부(120)로부터 전달되는 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 하는 테이퍼 컷 앵글(Taper Cut Angle)부(111)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 테이퍼 컷 앵글(Taper Cut Angle)부(111)는, 몸체부(110)의 하측에 마련되되, 초음파 송신부(120)로부터 전달되는 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 형성될 수 있다.
이때, 기설정된 각도는,
Figure 112020070179213-pat00006
이 제1 매질 입사각이고,
Figure 112020070179213-pat00007
가, 제2 매질 굴절각이며, V1이 제1 종파 음속이고, V2가, 제2 종파 음속인 경우, 하기 수식 1에 따라 산출될 수 있다.
(수식 1)
Figure 112020070179213-pat00008
또한, 테이퍼 컷 앵글(Taper Cut Angle)부(111)는, 원자로 냉각계통(RCS)의 이종금속용접부의 외주면을 따라 원주방향검사를 효과적으로 수행하기 위해, 초음파 송신부(120)로부터 전달되는 초음파가 피검사체 내면에 수직의 ±5˚ 이내로 굴절되도록 형성되는 것이 바람직하다.
일 예를 들면, 제1 매질 입사각(
Figure 112020070179213-pat00009
)은, 몸체부(110)의 종파 음속이 2337㎧이고, 피검사체의 종파 음속이 5770㎧이며, 기설정된 각도가 20˚인 경우, 하기 수식 2에 따라 산출될 수 있다.
(수식 2)
Figure 112020070179213-pat00010
도 7은, 컷 앵글(Cut Angle)부(112)의 설명에 제공된 도면이다.
몸체부(110)는, 초음파의 진행방향으로 굴절이 일어나도록 하는 컷 앵글(Cut Angle)부(112)를 더 포함할 수 있다.
컷 앵글(Cut Angle)부(112)는, 몸체부(110)의 상측에 마련되되, 초음파 송신부(120)가 결합되는 몸체부(110)의 상면 일측에서 초음파 수신부(130)가 결합되는 몸체부(110)의 상면 타측으로 소정의 기울기를 갖도록 형성되어, 초음파의 진행방향으로 굴절이 일어나도록 할 수 있다.
이때, 초음파는, 초음파 송신부(120)가 결합되는 몸체부(110)의 상면 일측에서 초음파 수신부(130)가 결합되는 몸체부(110)의 상면 타측으로 진행된다.
이를 통해, 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 형성되어, 테이퍼면을 투과하는 초음파가 내면과 수직으로 굴절되어 진행하므로 반사손실이 적어서 결함 검출율이 매우 우수하고, 초음파 빔이 테이퍼 기울기에 관계없이 내면과 수직방향으로 굴절되어 입사되므로 결함의 위치를 직관적으로 파악할 수 있다.
또한, 초음파가 테이퍼면에서 수직으로 입사되고 결함면에서 정반사되므로 평면에서의 검사와 동일하게 정확한 결함길이를 측정할 수 있으며, 균열의 Tip 신호에서 발생한 초음파를 수직으로 수신하게 되므로 초음파의 진행거리가 왜곡되지 않아 정확한 깊이측정이 가능하게 하고, 테이퍼 검사면에 또 다른 기학적형상이 존재하여도 테이퍼면에서 초음파를 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절시켜 최대한도로 검사영역을 확보할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 프로브 장치
110 : 몸체부
111 : 테이퍼 컷 앵글(Taper Cut Angle)부
112 : 컷 앵글(Cut Angle)부
120 : 초음파 송신부
130 : 초음파 수신부
140 : 파티션부
150 : 헬리코일(Helicoil)부
160 : 정보 색인부

Claims (9)

  1. 초음파 송신부;
    불필요한 초음파의 간섭을 차단하기 위하여, 초음파 송신부와 물리적으로 분리되도록 마련되는 초음파 수신부; 및
    초음파 송신부와 초음파 수신부가 상면의 일측과 타측에 각각 결합되고, 초음파 송신부로부터 전달되는 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 형성되는 몸체부;를 포함하고,
    몸체부는,
    하측에 마련되어, 초음파 송신부로부터 전달되는 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 하는 테이퍼 컷 앵글(Taper Cut Angle)부;를 포함하며,
    기설정된 각도는,
    Figure 112020115123526-pat00023
    이 제1 매질 입사각이고,
    Figure 112020115123526-pat00024
    가, 제2 매질 굴절각이며, V1이 제1 종파 음속이고, V2가, 제2 종파 음속인 경우, 하기 수식 1에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 위상배열 초음파검사용 프로브 장치.
    (수식 1)
    Figure 112020115123526-pat00025

  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    별도로 마련되는 볼트를 이용하여 초음파 송신부 및 초음파 수신부와 몸체부 간의 조립 시, 몸체부의 나사산 마모를 방지하기 위해, 몸체부의 상면에 삽입되는 헬리코일(Helicoil)부;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상배열 초음파검사용 프로브 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    테이퍼 컷 앵글(Taper Cut Angle)부는,
    원자로 냉각계통(RCS)의 이종금속용접부의 외주면을 따라 원주방향검사를 효과적으로 수행하기 위해, 초음파 송신부로부터 전달되는 초음파가 피검사체 내면에 수직의 ±5˚ 이내로 굴절되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 위상배열 초음파검사용 프로브 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    제1 매질 입사각(
    Figure 112020070179213-pat00014
    )은,
    몸체부의 종파 음속이 2337㎧이고, 피검사체의 종파 음속이 5770㎧이며, 기설정된 각도가 20˚인 경우, 하기 수식 2에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 위상배열 초음파검사용 프로브 장치.
    (수식 2)
    Figure 112020070179213-pat00015

  7. 청구항 1에 있어서,
    몸체부의 일측과 타측 사이에 마련되어, 흡음 성질, 전기적 절연성 및 고탄력성 성질을 갖는 코르크(Cork) 재질로 제조되는 파티션부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상배열 초음파검사용 프로브 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    몸체부의 일측에 결합 가능하게 형성되고, 표면에 몸체부의 제품 정보가 음각 색인되는 정보 색인부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상배열 초음파검사용 프로브 장치.
  9. 초음파 송신부와 초음파 수신부가 상면의 일측과 타측에 각각 결합되는 몸체부;를 포함하고,
    몸체부는,
    초음파 송신부로부터 전달되는 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 형성되고,
    몸체부는,
    하측에 마련되어, 초음파 송신부로부터 전달되는 초음파가 피검사체 내면에 수직 또는 기설정된 각도로 굴절되도록 하는 테이퍼 컷 앵글(Taper Cut Angle)부;를 포함하고,
    기설정된 각도는,
    Figure 112020115123526-pat00026
    이 제1 매질 입사각이고,
    Figure 112020115123526-pat00027
    가, 제2 매질 굴절각이며, V1이 제1 종파 음속이고, V2가, 제2 종파 음속인 경우, 하기 수식 1에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 위상배열 초음파검사용 프로브 장치.
    (수식 1)
    Figure 112020115123526-pat00028
KR1020200083195A 2020-07-07 2020-07-07 원주방향검사를 위한 위상배열 초음파검사용 프로브 장치 KR102192615B1 (ko)

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