KR20130032566A

KR20130032566A - 배관 용접부의 결함 검출장치 및 방법

Info

Publication number: KR20130032566A
Application number: KR1020110096238A
Authority: KR
Inventors: 이진경
Original assignee: 동의대학교 산학협력단
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2013-04-02

Abstract

본 발명은 레이저 유도초음파 및 음방방출 센싱을 통하여 원전 설비의 배관 용접부의 미세한 결함까지 상시적으로 정확하게 감지하고 모니터링할 수 있도록 하는 배관 용접부의 결함 검출장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 배관 용접부의 결함 검출장치는, 배관의 용접부 이외의 부분에 부착되는 모드발생용 필름과; 상기 모드발생용 필름에 레이저를 조사하여 배관 내부에 유도 초음파를 발생시키는 레이저 발생기와; 상기 배관 중 상기 용접부를 기준으로 모드발생용 필름의 반대편에 설치되어 상기 배관 내에서 발생한 유도 초음파를 수신하는 음향방출센서와; 상기 음향방출센서와 전기적으로 연결되어 음향방출센서에서 수신한 음향을 분석하는 음향방출 측정기와; 상기 레이저 발생기 및 음향방출 측정기와 전기적으로 연결된 오실로스코프와; 상기 오실로스코프와 연결되어 상기 오실로스코프를 통해 전송되는 신호를 바탕으로 배관 용접부의 결함 여부를 판정하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배관 용접부의 결함 검출장치 및 방법{Apparatus and Method for Detecting Defect of Welded Portion on Pipe}

본 발명은 배관 용접부의 결함을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 유도초음파 및 음방방출 센싱을 통하여 배관 용접부의 결함을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

원자력 발전소에서는 원료의 이송이나 냉각제의 이송 또는 최종제품의 이송 등에 다양한 형태의 배관설비를 이용하고 있다. 이러한 배관설비는 그의 용도에 따라 그 규격이 정해지고 그 재질이 결정되어지며, 그 내부를 흐르는 유동체도 다양하다.

그러나, 이러한 배관설비에서 가장 공통적으로 요구되는 것은 그 원전 격납용기의 배관설비의 내부를 흐르는 유동체가 그 외부로 누설되어서는 안되고, 그 밀폐된 내부공간을 따라 목표 지점으로 손실없이 유동되어져야 한다는 점이다.

원전 격납용기의 배관설비의 내부를 흐르는 물질은 그 배관설비의 용도에 따라 달라질 수 있으나, 공기 및 가스와 같은 기체상의 유동체와, 물 및 기름과 같은 액체상의 유동체가 통상적으로 사용되고 있다. 이러한 유동체는 원전 격납용기의 배관설비 내부에서만 유동되어져야 하고 밖으로 누설되어서는 안된다.

현재 국내에서 가동중인 원전설비의 평균 가동연수가 12년 이상 증가함에 따라 배관, 전열관 및 세관 등 배관시스템은 열화현상에 의한 부식, 용접부 결함에 의한 냉각수 누설사고의 발생이 증가하고 있다. 특히, 배관의 경우 약 20000곳 이상의 용접이음부가 존재하기 때문에 냉각수 통로인 배관에서의 누설현상은 원전설계에서 가장 중요하게 고려되는 사항 중 하나이다.

그런데, 기존에는 배관 용접부에 대한 결함 검사가 일정한 기간을 두고 이루어져 왔기 때문에 안전성을 완전히 보장할 수 없는 문제가 있다. 특히, 고온, 고압 배관에서 용접 결함은 순간적으로 급격히 성장하여 배관이 파열되는 성질을 가지고 있기 때문에 미세한 결함까지도 상시적으로 감시할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 원전 설비와 같은 시설에서 배관 용접부의 미세한 결함까지 상시적으로 정확하게 감지할 수 있도록 함으로써 안전성을 향상시킬 수 있는 배관 용접부의 결함 검출장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배관의 용접부 이외의 부분에 부착되는 모드발생용 필름과; 상기 모드발생용 필름에 레이저를 조사하여 배관 내부에 유도 초음파를 발생시키는 레이저 발생기와; 상기 배관 중 상기 용접부를 기준으로 모드발생용 필름의 반대편에 설치되어 상기 배관 내에서 발생한 유도 초음파를 수신하는 음향방출센서와; 상기 음향방출센서와 전기적으로 연결되어 음향방출센서에서 수신한 음향을 분석하는 음향방출 측정기와; 상기 레이저 발생기 및 음향방출 측정기와 전기적으로 연결된 오실로스코프와; 상기 오실로스코프와 연결되어 상기 오실로스코프를 통해 전송되는 신호를 바탕으로 배관 용접부의 결함 여부를 판정하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 용접부의 결함 검출장치를 제공한다.

이와 더불어 본 발명은 배관에 부착된 모드발생용 필름에 레이저를 조사하여 배관에 유도 초음파를 발생시키는 단계와; 음향방출센서가 배관 내에서 발생된 초음파를 수신하는 단계와; 음향방출센서에 의해 수신된 신호를 음향방출 측정기로 전송하여 초음파의 속도 및 주파수, 에너지 중 적어도 어느 하나 이상을 측정 및 분석하는 단계와; 음향방출 측정기에 의해 측정 및 분석된 초음파 정보를 오실로스코프를 통해 컴퓨터로 전송하는 단계 및; 컴퓨터가 상기 오실로스코프를 통해 입력된 초음파 정보를 미리 입력된 데이터와 비교하여 용접부의 결함 유무를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 배관 용접부의 결함 검출장치를 이용한 결함 검출방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 배관에 주기적으로 레이저를 조사하여 배관 내에 유도 초음파를 발생시키고, 이 초음파를 음향방출센서로 수신하여 용접부의 결함 여부를 실시간으로 정확하게 검출할 수 있다. 따라서, 상시적인 배관 용접부의 결함 모니터링이 가능하게 되고, 배관 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배관 용접부의 결함 검출장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 배관 용접부 결함 검출장치를 이용한 본 발명의 배관 용접부 결함 검출방법의 일 실시예를 나타낸 순서도이다.
도 3은 배관 용접부에 형성된 결함의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 카본-스틸 재질로 이루어진 배관(1)의 용접부(2)에 결함이 없을 때와 홈 형태의 결함(3)의 깊이(depth) 및 너비(width) 변화에 따른 시간-주파수 분석을 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배관 용접부의 결함 검출장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배관 용접부의 결함 검출장치를 나타낸 것으로, 이 실시예의 배관 용접부 결합 검출장치는 크게 모드발생용 필름(10)과, 레이저 발생기(20), 음향방출센서(30), 음향방출 측정기(40)와, 오실로스코프(50), 컴퓨터(60) 등을 포함하여 구성된다.

상기 모드발생용 필름(10)은 배관(1)의 용접부(2) 이외의 부분에 부착되며 복수개의 홈(11)이 일정 간격으로 형성되어 있다. 상기 모드발생용 필름(10)은 원하는 초음파 모드를 발생시키는 작용을 한다.

상기 레이저 발생기(20)는 상기 오실로스코프(50)와 전기적으로 연결되며, 상기 모드발생용 필름(10)에 레이저를 조사하여 배관 내부에 유도 초음파를 발생시킨다. 상기 레이저 발생기(20)로서 Nd/YAG 레이저 발생기를 이용할 수 있다.

상기 음향방출센서(30)는 공지의 AE 센서(Acoustic Emission sensor)를 이용하여 구성될 수 있다. 상기 음향방출센서(30)는 배관(1) 중 상기 용접부(2)를 기준으로 모드발생용 필름(10)의 반대편에 설치되어 상기 배관(1) 내에서 발생한 유도 초음파를 수신한다.

한편, 상기 음향방출센서(30)가 수신하는 초음파 신호는 매우 약하기 때문에 상기 음향방출센서(30)와 음향방출 측정기(40) 사이에는 증폭기(35)가 구성됨이 바람직하다.

상기 음향방출 측정기(40)는 음향방출센서(30) 및 오실로스코프(50)와 전기적으로 연결되어 음향방출센서(30)에서 수신한 음향을 측정하고, 이를 오실로스코프(50)를 통해서 컴퓨터(60)로 전송한다.

상기 컴퓨터(60)는 상기 오실로스코프(50)와 연결되어 상기 오실로스코프(50)를 통해 전송되는 신호를 분석하여 배관 용접부(2)의 결함 여부를 판정한다.

이하, 도 1과 도 2를 참조하여 상기와 같이 구성된 본 발명의 배관 용접부 결함 검출장치를 이용하여 결함을 검출하는 방법에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 레이저 발생기(20)에서 방출된 레이저 빔은 모드발생용 필름(10)에 조사되고, 모드발생용 필름(10)을 통해서 배관(1)에 원하는 모드의 유도 초음파가 발생하게 된다(단계 S1).

발생된 유도 초음파는 배관(1)의 용접부(2)를 거쳐 음향방출센서(30)에 수신된다(단계 S2). 이 때, 도 3에 도시한 것과 같이 용접부(2)에 미세한 홈과 같은 결함(3)이 있으면 이 결함(3) 부분에 의해 초음파의 속도와 주파수, 에너지 등에 변화가 발생하게 된다.

상기 음향방출센서(30)에서 수신된 초음파는 증폭기(35)를 통해서 증폭된 후, 음향방출 측정기(40)로 입력된다. 상기 음향방출 측정기(40)는 입력된 신호를 측정하여 초음파의 속도 및/또는 주파수, 에너지 등을 분석한 후 오실로스코프(50)로 전송한다(단계 S3).

그리고, 컴퓨터(60)는 오실로스코프(50)에 의해 출력된 파형을 전송받아 상기 컴퓨터(60)에 데이터베이스화되어 있는 배관(1)의 재질과 용접에 따른 레이저 유도 초음파의 전파 속도, 및/또는 배관(1)의 재질과 용접에 따른 주파수 성분 변화 및 모드 변화, 에너지 변화 등의 데이터와 비교하여 결함 여부를 판단한다(단계 S4 및 S5).

도 4 및 도 5는 카본-스틸 재질로 이루어진 배관(1)의 용접부(2)에 결함이 없을 때와 홈 형태의 결함(3)의 깊이(depth)가 각각 1.2㎜, 2.4㎜, 3.6㎜ 인 경우, 그리고 결함(3)의 너비(width)가 각각 1.6㎜, 3.2㎜, 4.8mm 일 경우의 시간-주파수 분석을 나타낸 것이다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 배관(1)에 주기적으로 레이저를 조사하여 배관(1) 내에 유도 초음파를 발생시키고, 이 초음파를 음향방출센서(30)로 수신하여 용접부(2)의 결함 여부를 실시간으로 정확하게 검출할 수 있다. 따라서, 상시적인 배관 용접부의 결함 모니터링이 가능하게 되고, 배관 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있게 된다.

1 : 배관 2 : 용접부
3 : 결함 10 : 모드발생용 필름
20 : 레이저 발생기 30 : 음향방출센서
35 : 증폭기 40 : 음향방출 측정기
50 : 오실로스코프 60 : 컴퓨터

Claims

배관(1)의 용접부(2) 이외의 부분에 부착되는 모드발생용 필름(10)과;
상기 모드발생용 필름(10)에 레이저를 조사하여 배관 내부에 유도 초음파를 발생시키는 레이저 발생기(20)와;
상기 배관(1) 중 상기 용접부(2)를 기준으로 모드발생용 필름(10)의 반대편에 설치되어 상기 배관(1) 내에서 발생한 유도 초음파를 수신하는 음향방출센서(30)와;
상기 음향방출센서(30)와 전기적으로 연결되어 음향방출센서(30)에서 수신한 음향을 분석하는 음향방출 측정기(40)와;
상기 레이저 발생기(20) 및 음향방출 측정기(40)와 전기적으로 연결된 오실로스코프(50)와;
상기 오실로스코프(50)와 연결되어 상기 오실로스코프(50)를 통해 전송되는 신호를 바탕으로 배관 용접부(2)의 결함 여부를 판정하는 컴퓨터(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 용접부의 결함 검출장치.
제1항에 있어서, 상기 모드발생용 필름(10)에는 복수개의 홈(11)이 일정 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배관 용접부의 결함 검출장치.
제1항에 있어서, 상기 레이저 발생기(20)는 Nd/YAG 레이저 발생기인 것을 특징으로 하는 배관 용접부의 결함 검출장치.
제1항에 있어서, 상기 음향방출센서(30)와 음향방출 측정기(40) 사이에는 신호를 증폭시키는 증폭기(35)가 설치된 것을 특징으로 하는 배관 용접부의 결함 검출장치.
배관(1)에 부착된 모드발생용 필름(10)에 레이저를 조사하여 배관(1)에 유도 초음파를 발생시키는 단계(S1)와;
음향방출센서(30)가 배관(1) 내에서 발생된 초음파를 수신하는 단계(S2)와;
음향방출센서(30)에 의해 수신된 신호를 음향방출 측정기(40)로 전송하여 초음파의 속도 및 주파수, 에너지 중 적어도 어느 하나 이상을 측정 및 분석하는 단계(S3)와;
음향방출 측정기(40)에 의해 측정 및 분석된 초음파 정보를 오실로스코프를 통해 컴퓨터로 전송하는 단계 및;
컴퓨터가 상기 오실로스코프를 통해 입력된 초음파 정보를 미리 입력된 데이터와 비교하여 용접부의 결함 유무를 판정하는 단계(S4 및 S5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 배관 용접부의 결함 검출장치를 이용한 결함 검출방법.