The objective of this research is to estimate the crack location and size of a carbon steel pipe by using a laser ultrasound guided wave for the wall thinning evaluation of an elbow. The wall thinning of the carbon steel pipe is one of the most serious problems in nuclear power plants, especially the wall thinning of the carbon steel elbow caused by Flow-Accelerated Corrosion (FAC). Therefore, a non-destructive inspection method of elbow is essential for the nuclear power plants to operate safely. The specimens used in this study were carbon steel elbows, which represented the main elements of real nuclear power plants. The shape of the wall thinning was an oval with a width of 120mm, a length of 80mm, and a depth of 5mm. The L(0,1) and L(0,2) modes variation of the ultrasound guided wave signal is obtained from the response of the laser generation/air-coupled detection ultrasonic hybrid system represent the characteristics of the defect. The trends of these characteristics and signal processing were used to estimate the size and location of wall thinning.
유도초음파의 현장적응에 있어 전파모드를 규명하는 것은 매우 어렵지만 중요한 과제이다. 본 연구에서는 분산성이 적은 단일모드를 발생시키고 검출할 수 있는 기법에 대해 다루고 있으며, 현장 적용성과 자동화를 위해 비접촉식의 기법을 적용하였다. 모드 선택성을 강화한 비접촉식의 유도초음파 기법으로는 선배열 슬릿을 이용한 레이저빔을 이용하였으며, 에어커플 변환기를 수신자로 사용하였다. 선배열의 레이저 조명은 파장과 일치하여 특정한 모드를 발생시킬 수 있다 또한, 에어커플 변환기는 공기 중으로 누설되는 유도초음파를 수신각도를 조절하여 선택적으로 모드를 수신할 수 있다. 1mm 두께의 알루미늄 판에 덕 기법을 적용한 실험결과로부터 제안하는 기법의 유용성을 검증하였고, 특히 단일한 $a_0$모드의 발생 및 수신에 효과적인 기법으로 나타났다.
One of the recent safety issues in the pressurized heavy water reactor (PHWR) is the cracking of the feeder pipe. Because of the limited accessibility to the cracked region and a high dose of radiation exposure, it is difficult to inspect all the pipes with the conventional ultrasonic method. In order to solve this problem, a long-range guided wave technique has been developed. A computer program to calculate the dispersion curves in the pipe was developed and the dispersion curves for the feeder pipes in PHWR plants were determined. Several longitudinal and/or flexural modes were selected from the review of the dispersion curves and an actual experiment has been carried out with the specific alignment of the piezoelectric ultrasonic transducers. They were confirmed as L(0,1)) and/or flexural modes(F(m,2)) by the short time Fourier transformation(STFT) and were sensitive to the circumferential cracks, but not to the axial cracks in the pipe. An electromagnetic acoustic transducers(EMAT) was designed and fabricated for the generation and reception of the torsional guided wave. The axial cracks were detected by a torsional mode(T(0,1)) generated by the EMAT.
Ultrasonic guided waves are gaining increasing attention for the inspection of platelike and rodlike structures. At the same time, inspection methods that do not require contact with the test piece are being developed for advanced applications. This paper capitalizes on recent advances in the areas of guided wave ultrasonics and noncontact ultrasonics to demonstrate a superior method for the nondestructive detection of thinning defects simulating hidden corrosion in thin aluminum plates. The proposed approach uses EMAT(electro-magnetic acoustic transducer) for the noncontact generation and detection of guided plate waves. Interesting features in the dispersive behavior of selected guided modes are used for the detection of plate thinning. It is shown that mode cutoff measurements provide a qualitative detection of thinning defects. Measurement of the mode group velocity can be also used to quantify of thinning depth.
Imperfectly jointed interface serves as mechanical waveguide for elastic waves and gives rise to two distinct kinds of guided wave propagating along the interface. Contact acoustic nonlinearity (CAN) is known to plays major role in the generation of these interface waves called generalized Rayleigh waves in non-welded interface. Closed crack is modeled as non-welded interface that has nonlinear discontinuity condition in displacement across its boundary. Mathematical analysis of boundary conditions and wave equation is conducted to investigate the dispersive characteristics of the interface waves. Existence of the generalized Rayleigh wave(interface wave) in nonlinear contact interface is verified in theory where the dispersion equation for the interface wave is formulated and analyzed. It reveals that the interface waves have two distinct modes and that the phase velocity of anti-symmetric wave mode is highly dependent on contact conditions represented by linear and nonlinear dimensionless specific stiffness.
This paper proposes a single-mode Lamb-wave generation and detection system using a pulsed laser as a generator and an air-coupled transducer combined with the wavelet transform analysis, as the detector. The laser source with arrayed linear slits was used to generate Lamb-wave which is able to control the wavelength of Lamb-wave to be generated by changing the slits separation. An ari-coupled transducer was used to receive Lamb-wave, which can selectably receive a single mode of leaky Lamb wave by changing the oblique angle of transducer, since the leaky Lamb-wave has unique leaky-angle according to the mode. Also, the received signal was processed by wavelet transform for the analysis in domain of time-frequency. The theoretical dipersion curve and the experimetal result was compared to show good agreement.
The objective of this investigation is to develop an efficient method to generate and measure torsional waves in non-ferromagnetic waveguides by using magnetostrictive transducers. In existing methods using a nickel strip that is attached circumferentially to the test specimen such as aluminum pipes, large current input to the magnetostrictive transducer often generates undesired wave modes in addition to desired torsional wave. However, we propose an improved method to generate the torsional waves without being accompanied by other undesirable wave modes regardless of the input current magnitude. The specific transducer configuration and its performance will be presented in the present investigation.
The objective of this investigation is to develop an efficient method to generate and measure torsional waves in non-ferromagnetic waveguides by using magnetostrictive transducers. In existing methods using a nickel strip that is attached circumferentially to the test specimen, large current input to the magnetostrictive transducer often generates undesired wave modes in addition to the desired torsional wave. However, we propose a new method to generate the torsional waves without being accompanied with other undesirable wane modes regardless of the input current magnitude. The specific transducer configuration is suggested and its performance is also checked through a series of experiments.
For efficient NDE of pipes, essential components of power plant facilities, ultrasonic guided waves were generated and received applying an air-coupled transducer and comb one as non-contact technology, Mode generation and selection were predicted based on theoretical dispersive curve and the element spaceof a comb transducer. In addition, a receiving angle of the air-coupled transducer was determined to acquire the predicted modes by theoretical phase velocity of each mode. Theoretical dispersive curve was compared with the results of the time-frequency spectroscopes based on the wavelet transform and 2D-FFT to identify the characteristics of the received mode. The received modes show a good agreement with the predicted ones.
록볼트는 지하구조물의 주지보재로 적용되고 있다. 록볼트 건전도 평가를 위한 비파괴 방법으로 유도초음파의 투과법을 이용한 기법이 우수한 결과를 보여주고 있다. 하지만 투과법은 철근의 양 끝단에 센서를 부착하기 때문에 암반에 이미 설치되어 있는 록볼트의 건전도 평가는 불가능하다. 본 연구의 목적은 록볼트 철근 두부에 가진센서와 수진센서를 나란히 설치하여 선단에서 반사되어 오는 파를 측정하는 반사법을 자유구속조건 및 지중관입조건에 적용하며, 이를 투과법과 비교하는데 있다. 유도초음파의 가진과 수진을 위해 피에조 디스크 엘리먼트와 AE 센서를 사용하였으며, 측정된 신호로부터 웨이브렛 변환을 통하여 에너지 속도를 산정하였다. 실험결과, 반사법의 결과가 투과법과 거의 일치하였으며, 결함비율이 증가함에 따라 에너지 속도가 증가하는 것으로 나타났다. 본 논문은 유도초음파의 반사법이 록볼트 건전도 평가에 있어 현장 적용 가능성 있는 방법이 될 수 있음을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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