비파괴검사학회지 (Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing)

  • 제29권5호
  • /
  • Pages.427-435
  • /
  • 2009
  • /
  • 1225-7842(pISSN)
  • /
  • 2287-402X(eISSN)
한국비파괴검사학회 (The Korean Society for Nondestructive Testing)
권호 표지

원통형 구조물에서 비틀림 유도초음파 변환을 위한 모듈형 자기변형 트랜스듀서 개발

Development of a Modular Magnetostrictive Transducer for Torsional Guided Wave Transduction in a Cylindrical Structure

  • 조승현 (한국표준과학연구원 안전측정센터) ;
  • 박재하 (한국표준과학연구원 안전측정센터) ;
  • 권휴상 (한국표준과학연구원 유동음향센터) ;
  • 안봉영 (한국표준과학연구원 안전측정센터) ;
  • 이승석 (한국표준과학연구원 정책협력부)
  • 투고 : 2009.09.11
  • 심사 : 2009.10.15
  • 발행 : 2009.10.30
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

배관, 축 등과 같은 원통형 구조물은 산업설비에 널리 이용되고 그 중요성으로 인해 지속적인 건전성 평가를 요구하는 대상이 되는 경우가 많다. 최근, 이러한 원통형 구조물의 비파괴평가를 위해 자기변형 패치 트랜스듀서를 이용한 비틀림 유도초음파 검사가 활발히 연구되고 있다. 하지만, 기존의 자기변형 패치 트랜스듀서가 민감도 증가를 위해 자기변형 성능이 큰 강자성 패치를 구조물에 부착하여 사용하기 때문에, 시간과 비용의 소모를 비롯한, 많은 불편함을 초래한다는 한계를 지니고 있다. 이러한 기존 트랜스듀서의 단점을 극복하기 위해서 원통형 구조물에 적용이 가능한 비틀림파 변환용 모듈형 자기변형 트랜스듀서를 개발하였다. 제안한 트랜스듀서는 모든 구성요소가 모듈 내부에 집적되어 강자성 패치를 구조물에 따로 부착하는 대신, 전단 커플런트를 이용한 액상접촉이나 매개물을 사용하지 않는 건식접촉 방법으로 사용이 가능하므로, 비틀림 유도초음파 시험을 용이하고 효율적으로 수행할 수 있는 수단을 제공한다. 본 연구에서는, 상세한 구조와 구동원리를 기술하고 탄소강 시편을 대상으로 실험적 검증을 수행함으로써, 제안한 트랜스듀서의 성능 및 응용가능성을 확인하였다.

Cylindrical structures such as pipes and shafts are widely used in various industrial facilities. Recently, researches on magnetostrictive transduction of torsional waves have been actively reported for the nondestructive evaluation of those cylindrical structures. However, the existing magnetostrictive patch transducer has somewhat inconvenient and time.consuming process like patch bonding to a structure since it should employ a magnetostrictive patch having strong magnetostriction. To overcome these limitations of the existing transducer, in this work, we develop a novel modular magnetostrictive transducer to generate and measure torsional waves to inspect a cylindrical structure. The proposed transducer can be applied as viscous liquid coupling with shear couplant or dry coupling without coupling media instead of patch bonding to a structure. We describe a detailed structure of the modular transducer and conduct some experiments to verify its performance.

키워드

참고문헌

  1. P. Cawley and D. N. Alleyne, 'The use of Lamb waves for the long range inspection of large structures,' Ultrasonics, Vol. 34, pp. 287-290, (1996) https://doi.org/10.1016/0041-624X(96)00024-8
  2. J. L. Rose, 'A baseline and vision of ultrasonic guided wave inspection potential,' Journal of Pressure Vessel Technology, Vol. 124, No. 3, pp. 273-282, (2002) https://doi.org/10.1115/1.1491272
  3. P. Cawley, M. J. S. Lowe, D. N. Alleyne, B. Pavlakovic and P. Wilcox, 'Practical long range guided wave testing: applications to pipes and rail,' Materials Evaluation, Vol. 61, No. 1, pp. 66-74, (2003)
  4. N. Ryden and M. J. S. Lowe, 'Guided wave propagation in three-layer pavement structures,' Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 116, No. 5, pp. 2902-2913 (2004) https://doi.org/10.1121/1.1808223
  5. H. Reis, B. L. Ervin, D. A. Kuchma and J.T. Bernhard, 'Estimation of corrosion damage in steel reinforced mortar using guided waves,' Journal of Pressure Vessel Technology, Vol. 127, No. 3, pp. 255-261 (2005) https://doi.org/10.1115/1.1989352
  6. J. L. Rose, Ultrasonic Waves in Solid Media, Cambridge University Press (1999)
  7. J. D. Achenbach, Wave Propagation in Elastic Solids, Elsevier Science Publishers (1993)
  8. M. Hirao and H. Ogi, 'An SH-wave EMAT technique for gas pipeline inspection,' NDT & E international, Vol. 32, No. 3, pp.127-132 (1999) https://doi.org/10.1016/S0963-8695(98)00062-0
  9. S. H. Cho, J. S. Lee and Y. Y. Kim, 'Guided wave transduction experiment using a circular magnetostrictive patch and a figure-of-eight coil in nonferromagnetic plates,' Applied Physics Letters, Vol. 88, pp. 224101 (2006) https://doi.org/10.1063/1.2205724
  10. C. I. Park, S. H. Cho and Y. Y. Kim, 'Z-shaped magnetostrictive patch for efficient transduction of a torsional wave mode in a cylindrical waveguide,' Applied Physics Letters, Vol. 89, pp. 174103 (2006) https://doi.org/10.1063/1.2369538
  11. S. H. Cho, S. W. Han, C. I. Park and Y. Y. Kim, 'Noncontact torsional wave transduction in a rotating shaft using oblique magnetostrictive strips,' Journal of Applied Physics, Vol. 100, pp. 104903 (2006) https://doi.org/10.1063/1.2386942
  12. J. S. Lee, Y. Y. Kim and S. H. Cho, 'Bean-focused shear horizontal wave genera- tion in a plate by a circular magnetostrictive patch transducer employing a planar solenoid array,' Smart Materials and Structures, Vol. 18, pp. 015009 (2009) https://doi.org/10.1088/0964-1726/18/1/015009
  13. 정용무, '자기변형 스트립 탐촉자에 의한 유도초음파 모드변환에 대한 실험적 검증 및해석', 비파괴검사학회지, Vol. 29, No. 2, pp. 93-97 (2009)
  14. 조승현, 박재하, 권휴상, 안봉영, 이승석, '판형 구조물 유도초음파 검사를 위한 SH파 자 기변형 트랜스듀서 모듈 개발,' 비파괴검사학회지, Vol. 29, No. 2, pp. 122-129 (2009)
  15. R. M. Bozorth, Ferromagnetism, IEEE, New York, (1993)
  16. H. Kwun and C. M. Teller, 'Magnetostrictive generation and detection of longitudinal, torsional, and flexural waves in a steel rod,' Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 96, No. 2, pp. 1202-1204 (1994) https://doi.org/10.1121/1.411391
  17. R. B. Thompson, 'Generation of horizontally polarized shear waves in ferromagnetic meander-coil electromagnetic transducers,' Applied Physics Letters, Vol. 34, pp. 175-177 (1979) https://doi.org/10.1063/1.90719