원주 유도초음파의 분산 특성 해석 및 가압중수로 피더관 균열 탐지에의 응용

Analysis of Dispersion Characteristics of Circumferential Guided Waves and Application to feeder Cracking in Pressurized Heavy Water Reactor

  • 정용무 (한국원자력연구소 원자력재료기술개발부) ;
  • 김상수 (한국원자력연구소 원자력재료기술개발부) ;
  • 이동훈 (한국원자력연구소 원자력재료기술개발부) ;
  • 정현규 (한국원자력연구소 원자력재료기술개발부)
  • Cheong, Yong-Moo (Nuclear Materials Technology Division, Korea Atomic Energy Research Institute) ;
  • Kim, Sang-Soo (Nuclear Materials Technology Division, Korea Atomic Energy Research Institute) ;
  • Lee, Dong-Hoon (Nuclear Materials Technology Division, Korea Atomic Energy Research Institute) ;
  • Jung, Hyun-Kyu (Nuclear Materials Technology Division, Korea Atomic Energy Research Institute)
  • 발행 : 2004.08.30

초록

배관의 축방향 균열 검사를 위하여 원주 방향으로 진행하는 유도초음파 모드를 적용하였다. 배관의 곡률을 변수로 원주 유도초음파의 분산선도를 계산하였으며 이를 배관 검사에 적용하기 위하여 중수로 피더관의 곡관부 축방향 균열을 탐지에 적용하였다. 상대적으로 낮은 주파수에서는 Lamb 파 특성을 따르나 주파수가 증가함에 따라 평판의 경우, 즉 곡률이 무한대인 경우 첫 번째 $A_0$ 모드와 두 번째 $S_0$ 모드가 합쳐져서 Rayleigh 모드 형태로 변화한다. 한편 곡률을 가진 배관의 경우는 주파수가 증가하더라도 첫 번째 모드와 두 번째 모드가 합쳐지지 않았다. 이러한 해석을 기초로 하여 배관의 일종인 중수로 피더관 곡관부 축방향 결함을 탐지하기 위하여 사각 탐촉자를 사용하여 Rocking 원주 유도초음파 기법을 적용하였다. 원주 방향으로 유도파를 진행시키면서 인공 결함으로부터의 수집된 신호를 분석하여 진동 모드를 확인하였으며 두께 대비 10% 깊이의 notch도 검출할 수 있음을 확인할 수 있었다.

A circumferential guided wave method was developed to detect the axial crack on the bent feeder pipe. Dispersion curves of circumferential guided waves were calculated as a function of curvature of the pipe. In the case of thin plate, i.e. infinite curvature, as the frequency increases, the $S_0$ and $A_0$ mode coincide and eventually become Rayleigh wave mode. In the case of pipe, however, as the curvature increases, the lowest modes do not coincide even in the high frequencies. Based on the analysis, a rocking technique using angle beam transducer was applied to detect an axial defect in the bent region of PHWR feeder pipe. Based on the analysis of experimenal data for artificial notches, the vibration modes of each signal were identified. It was found that the notches with the depth of )0% of wall thickness can be detected with the method.

키워드

참고문헌

  1. 정용무, 이동훈, 정현규, '중수로 피더관 균열의 비파괴검사 방안', 비파괴검사학회 2003 춘계학술발표회 논문집, pp. 43-49, (2003)
  2. 정용무,이동훈, 정현규, '중수로 피더관 결함에 대한 초음파검사', 제 10회 원전기기건전성 심포지엄, 서귀포, (2003)
  3. Y. M. Cheong, D. H. Lee and H. K. Jung, 'Optimization of ultrasonic guided wave parameters for crack detection in feeder pipe of PHWR nuclear power plants,' Ultrasonic International '03, Granada, Spain, (2003)
  4. J. L. Rose, Ultrasonic Waves in Solid Media, pp. 96, Cambridge University Press (1999)
  5. D. C. Gazis, 'Three dimensional investigation of propagation of waves in hollow circular cylinders. I. Analytical foundation, ' J. Acoust. Soc. Am., Vol. 31, No.5, pp. 568-573, (1959) https://doi.org/10.1121/1.1907753
  6. J. J. Ditri and J. L. Rose, 'Excitation of guided elastic wave modes in hollow cylinders by applied surface tractions, ' J. Appl. Phys. Vol. 72, No.7, pp. 2589-2597 (1992)
  7. J. J. Ditri, 'Utilization of guided elastic waves for the characterization of circumferential cracks in hollow cylinders,' J. Acoust. Soc. Am., Vol. 96, pp. 3769-3755, (1994) https://doi.org/10.1121/1.410565
  8. J. L. Rose, J. J. Ditri, A. Pilarski, K. M. Rajana and F. Carr, 'A fuided wave inspection technoque for nuclear steam generator tubing' NDT & E Int., Vol. 27, No. 6, pp. 307-310, (1994) https://doi.org/10.1016/0963-8695(94)90211-9
  9. H. Kwun and K. A. Bartels, 'Experimental observation of elastic-wave dispersion in bounded solids of various configurations,' J. Acoust. Soc. Am., Vol. 99, No. 2 pp. 962-968, (1996) https://doi.org/10.1121/1.414624
  10. D. N. Alleyne and P. Cawley, 'The excitation of Lamb waves in pipes using dry-couped piezoelectric transducers,' J. NDE, Vol. 15, No.1, pp. 11-20, (1996)
  11. H. J. Shin and J. L. Rose, 'Guided wave tuning principles for defect detection in tubing,' J. NDE, Vol. 17, No.1, pp. 27-36, (1998)
  12. 신현재, J. L. Rose, 송성진, '유도초음파를 이용한 열교환기 튜브 탐상', 비파괴검사학회지, Vol. 20, No. 1, pp. 1-9, (2000)
  13. 송성진, 박준수, 신현재, '폴리에틸렌 코팅 가스 배관의 광범위탐상을 위한 유도초음파 모드 선정 및 결함 검출', 비파괴검사학회지, Vol. 22, No.4, pp. 406-414, (2001)
  14. Y. Cho and J. L. Rose, 'Guided wave in water loaded hollow cylinder, ' Nondestr. Test Eval. Vol. 12, pp. 323-339, (1996) https://doi.org/10.1080/10589759608952856
  15. J. Li and J. L. Rose, 'Excitation and propagation of non-axisymmetric guided waves in a hollow cylinder, ' J. Acoust. Soc. Am., Vol. 109, No.2, pp. 457-464, (2001) https://doi.org/10.1121/1.1315290
  16. J. Qu and L. J. Jacobs, 'Guided circumferential waves and their applications in characterizing cracks in annular components,' Mater. Eval. Vol. 61, No.1, pp. 85-93, (2003)