유도초음파를 이용하면 배관 및 박판과 같은 파유도체에 대한 광범위한 비파괴탐상을 할 수 있게되어 시간과 경비를 절약할 수 있는 장점이 있다. 그래서 유도초음파를 이해하고 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 유도초음파가 기존의 체적 초음파와 크게 다른 점은 분산성있어 초음파의 전파속도가 진동수와 파유도체의 두께에 의존한다는 것과 전파 특성이 다른 무한개의 모드가 존재한다는 것이다. 본 논문에서는 박판과 배관에서의 유도초음파를 이해하고 비파괴탐상에 적용하기 위해 필요한 모드의 분산과 선택 그리고 확인에 대해 이론적인 결과와 및 실험적인 예를 제시하여 그 개념을 소개하였다.
원전 가동전/가동중검사 결과의 신뢰도(reliability)는 원전 배관기기의 건전성에 직결되는 것으로써 결함 발견 시 적용되는 파괴역학해석(FMA)은 비파괴검사 결과에 대한 100%의 신뢰를 전제하고 있다. 그러나 비파괴검사가 어느 정도 신뢰성을 가지고 있는지에 대한 평가가 국내에서는 거의 수행된 바가 없었다. 따라서, 본 연구에서는 원전의 비파괴검사 규제 요건의 기술적 근거를 확보하고, 원전 기기 건전성 평가 및 안전성 향상을 위한 합리적 규제지침을 수립하기 위하여 국내 원전 가동중검사(ISI)에 적용되거나 일반 산업계에 적용되고 있는 초음파탐상검사에 대하여 기량검증 Round Robin Test에 의한 통계적 신뢰도를 평가하고자 한다. 이를 위해 초음파검사 PD-RRT 결과의 통계적 신뢰도 평가 모델을 고찰하고, 결함검출성능 평가, 결함크기 측정 평가, 팀 오차 분석 등 초음파검사 PD-RRT 결과의 통계적 신뢰도를 평가하였다.
비파괴검사방법에는 여러가지가 있는데 과거에는 주로 방사건 유도시험이 주역을 이루어 왔다고 볼수 있다. 그런데 최근에는 초음파를 이용한 탐상장치의 성능이 향상하였고 초음파를 이용하지 않으면 검사할수 없는 대상물의 검사가 필요하게 되었다는 점에 의하여 초음파의 이용이 상당히 급속하게 확대되어 그 응용범위도 수도관에서 원자연료까지 이루게 되었다. 그러나 방사선 투과식 시험에서는 검출곤란한 균열을 검출할 수 있는 기술적 특성및 고가인 소모품이 필요치 않고 또한 검사속도도 빠르다는 경제성에 주목하여 방사투과시험이 가능한 대상물에 대해서도 이용하게끔 되었다. 초음파에 의한 비파괴시험을 이용목적에 따라 분류하면 탐상과 계측으로 대별할 수 있다. 이하 이들의 각종방법에 대하여 순차적으로 그 개요를 설명하겠다.
초음파탐상검사는 그 검사결과가 여타 비파괴검사법에 비해 검사자, 검사장비, 절차서 등 검사 시스템에의 의존도가 높으며, 이중에서도 특히 검사자의 능력과 숙련도에 크게 좌우된다. 따라서 검사결과의 신뢰도를 높이기 위해서는 무엇보다도 검사자에 대해 엄격한 자격인정(Qualification)이 필요하다. 초음파탐상검사는 원자력 발전소 기기의 가동전중검사시 가장 많이 적용하는 체적검사법으로써, 결함검출 및 평가의 신뢰도를 확보하기 위하여 최근 관련 기술기준에서는 검사자에 대해 보다 엄격한 자격인정을 요구함과 아울러 초음파탐상검사 시스템(검사자, 장비, 절차서)에 대한 기량검증(Performance Demonstration)까지를 요구하고 있다. 위의 두 가지 요건을 성공적으로 충족시킬 수 있다면, 초음파탐상기술의 신뢰도는 크게 향상될 것이다. 본고에서는 최근 보다 강화된 원전 가동전중검사 초음파탐상검사 요원의 자격인정요건에 대해 자세히 알아봄으로써 관련 국내 기술기준의 제정과 앞으로 국내 원전 초음파탐상 검사요원에 대한 본 자격인정요건의 적용에 대비코자 하였다. 한편, "초음파탐상검사 시스템에 대한 기량검증 요건"은 초음파탐상 검사요원의 자격인정 요건과 밀접한 관계가 있으므로 다음에 별도로 기술코자 한다.
원유 또는 가스 생산을 위해 해상에 설치되는 플랜트 해양설비는 크게 jacket과 module로 나눌 수 있다. Jacket은 module을 지지하기 위한 구조물로써 jacket 본체와 pile로 구성되어 있으며, 미국용접학회(AWS)의 규정에 의해 대부분의 맞대기 완전용접 이음부(full penetration butt welds)에 대해 100% 방사선투과검사를 실시하게 되어 있다. 그러나 지금까지 방사선투과검사를 실시해 온 경험으로 미루어 볼 때 방사성에 대한 안전성, 생산공정의 영향(검사지연) 등 방사선투과검사는 많은 문제점을 가지고 있었다. 이에 대한 문제점을 해소하고, 국내의 비파괴검사 기술 향상을 위해 자동 초음파탐상 system을 개발, 방사선투과검사를 자동 초음파탐상검사로 대체하여 적용한 사례를 간략하게 기술하였다. 또한, 적용 확대를 위해 개방중인 system을 소개하고 아울러 자동 초음파탐상기술에 대한 앞으로의 방향을 제시하였다.
가압경수로 원자로 압력용기 비파괴검사를 위해 지금까지 계속 사용하여 온 기존의 고정식 매니플레이터 방식의 원자로 자동초음파검사장비는 최근 급속도로 발전한 전자산업 및 컴퓨터 등으로 인해 기본 설계 개념부터 달리하는 소형.경량화된 수중 이동형 원자로 검사 장비 형태로 바뀌어 가고 있다. 따라서, 본 해설에서는 현재까지 국내외 알려진 각종 소형 원자로 압력용기 자동초음파검사장비 및 고정식 매니플레이터 방식의 원자로 압력용기 자동초음파검사장비를 분석하여 기술하였으며, 현재 국내 원자로 압력용기 용접부검사를 위해 개발중인 RYSIS 장비 및 검사 기술 수준을 진단해보고 앞으로의 방향을 제시하였다.
원자력발전소 배관 용접부에 대한 수동 초음파검사는 KPD(Korean Performance Demonstration)의 일반 절차서를 사용하여 기량 검증을 인정받고 있으나, 자동 초음파검사의 경우에는 일반 절차서가 없으며 해당 자동 검사 장비를 이용하여 절차서 기량 검증을 받아야 한다. 현재까지 국내에서 수행되고 있는 자동 초음파검사에 대한 절차서 기량검증은 대부분 펄스-반사기법을 적용한 절차서이나, 최근에 각광받고 있는 위상배열 초음파검사 기법을 이용한 절차서 기량검증은 국내에서 시행된 사례가 전무하다. 본 연구에서는 원자력발전소 가동중검사에 위상배열 초음파검사 기법을 적용하기 위하여 위상배열 초음파 신호취득 및 평가 소프트웨어를 개발하고 위상배열 초음파 탐촉자 및 웨지를 설계 하였다. 개발된 절차서에 대하여 결함 검출, 길이 및 크기 측정에 대한 기량검증을 수행하였으며, 검증된 위상배열 초음파탐상검사 절차서는 향후 원자력발전소 배관 용접부 검사에 적용할 예정이다.
이종재료 접합재의 연구개발(R&D)이나 품질보증(QA)분야에서 최적 접합조건의 신속한 결정과 사용중 접합재의 접합강도에 결정적으로 영향을 미치는 접합계면의 박리 미접합부등의 비파괴진단 평가기법에 적극 활용되고 있는 초음파비파괴평가(UNDE)기법의 주된 특징과 적용한계, 향후 연구되어야할 과제등을 최근의 특징적인 연구경향과 적용예를 중심으로 소개하고자 한다. 본고(本稿)에서 기술하는 초음파비파괴평가기법은 부분적으로는 기술의 안정화단계에 까지 상당히 접근하여, 현재 국내 반도체산업의 품질보증분야에서는 접합재료 접합계면의 비파괴적해석에 그 유용성이 어느정도 확인되고 있으나 정량적비파괴평가(QNDE)와 검사시스템의 꽃이라 불리는 전문가시스템화에의 접근에는 아직 해결되어야할 문제가 많다. 따라서, 저자들은 앞으로 접합재료 접합계면의 비파괴적해석에 관련한 연구사례와 결과를 정량적비파괴평가의 중요성과 방향성에 초점을 두고 본학회지를 통하여 계속 연재할 계획이다.
바이오와 나노 분야의 비파괴검사는 nm 급의 공간분해능을 요구한다. 바이오와 나노 물질의 내부구조의 비파괴 분석을 위한 공간분해능을 nm급으로 향상시키는Soft X-ray현미경 및 초음파현미경에 대한 기술을 소개한다. 세포생물(Biology)의 단백질구조분석, 수문학(Hydrology)연구, 나노입자거동 등의 연구를 위해서 중성자현미경기술개발 및 현황을 소개하고자 한다. 초음파현미경, Soft X-ray현미경 및 중성자현미경에 대하여 Hybrid 이용자 지원 체계를 구축하여 나노 및 Bio 물질 내부구조 분석기술을 확립하여 지원하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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