가. 열화상 이미지 분석
본 논문에서는 초음파 서모그래피 기법과 할로겐램프의 열원을 적용한 실험을 수행하였고 그 열화상 이미지를 비교 분석한 결과이다. 초음파 가진기를 사용하여 실험을 수행한 결과 결함이 없는 정상부위에서는 온도 변화가 거의 없는 것을 확 인할 수 있었으며, 결함이 있는 부위에서는 휘도가 높은 밝은 영역으로 표현되는 것을 알 수 있었다. 할로겐램프를 열원으로 적용하였을 때 열전도에 의해 시험편 전체적으로 온도가 상승함으로 결함부위와 정상적인 부위가 모두 휘도가 높은 밝 은 영역으로 표현되지만 결함부위의 온도가 정상적인 부분의 온도보다 높으므로 정상적인 부위보다 더 밝게 표현되어 결함의 유무 판단은 가능하다. Fig. 4-13(a) 는 초음파 가진기를 적용한(초음파 서모그래피기법) 열화상 이미지를 보여주고 있 으며, (b)는 할로겐램프를 열원으로 적용한 열화상 이미지를 보여주고 있다.
(a)Image of the ultrasonic thermography test
(b)test image with the halogen lamp
Fig. 4-13 image of the ultrasonic thermography and halogen lamp test comparison
나. 온도 데이터 분석
본 논문에서는 T분류관, 곡관, 플랜지 3가지 유형의 탄소강관 배관용접부에 초 음파 서모그래피 기법과 할로겐램프를 열원으로 적용한 기법으로 실험을 수행하였 으며, 실험결과 온도데이터를 분석하였다. 초음파 서모그래피 기법을 적용한 실험 의 경우 35초 동안 시험편에 초음파 가진기를 이용하여 5초 간격으로 반복해서 초 음파가진 하는 실험을 수행하였다. 초음파를 가진 하는 동안 용접결함부위에서 온 도가 상승하는 것을 온도 데이터 분석 결과를 통해 할 수 있었다. 정상적인 용접 부에서는 실험수행 35초 동안 온도의 변화가 없었으며, 3가지 유형의 시험편에 초 음파 서모그래피 기법을 적용한 실험에서 모두 비슷한 온도데이터를 얻을 수 있었 고, 결함부위에서 온도가 상승하여 용접부의 정확한 결함 유무판단이 가능하였다.
Fig. 4-14 (a),(b),(c) 좌측의 온도결과 그래프를 통해 용접결함부위와 정상용접 부위의 온도 차이는 평균적으로 2℃ ~ 3℃차이가 나는 것을 알 수 있었다.
할로겐램프를 열원으로 적용한 기법의 경우에는 실험수행 35초 동안 할로겐램프 를 적용하여 시험편에 지속적으로 열원을 주어 용접결함부위와 정상용접부위 모두 지속적로 온도가 상승하는 것을 확인 하였으며, 용접결함부위에서는 정상용접부에 서 보다 높은 온도를 유지하며 상승하는 것을 확인하였다. Fig. 4-14 (a),(b),(c) 의 우측 그래프와 같이 3가지 유형의 시험편에서 비슷한 온도데이터가 확인 되었 으며, 용접결함부위와 정상용접부위에서 곡관과 플랜지의 경우 약 1℃ ~ 3℃, T분 류관의 경우에는 9℃ ~ 22℃의 온도 차이를 확인할 수 있었다. 실험결과 Hot spot 이 발생하는 부위가 용접결함부위임을 판단할 수 있었다.
초음파 서모그래피 기법과 할로겐램프를 열원으로 적용한 기법을 비교 분석한 결과 두 기법 모두 결함의 유무판단이 가능하였으며, 적외선 열화상 카메라 이미 지와 온도결과 그래프 모두를 종합적으로 비교 분석하였을 때, 초음파 서모그래피 기법을 사용하는 것이 배관용접부결함의 유무를 더 명확하게 판단할 수 있었으므 로 초음파 서모그래피 기법을 적용하였을 때 배관용접부의 건전성 평가에 있어 정 확한 진단이 이루어질 것으로 판단되므로 앞으로 초음파 서모그래피 기법을 현장 적용하기 위한 장비개발 및 비파괴 검사기법에서 위치, 거리, 각도 등 표준화 할 수 있는 다양한 후속연구 및 개발이 필요하다 판단된다. Fig. 4-14는 초음파 서모 그래피 기법과 할로겐램프를 열원으로 적용한 실험결과 온도데이터를 비교 분석한 것이다.
(a) T type duct
(b) Curved duct
(c) Flange
Fig. 4-14 ultrasonic thermography and halogen lamp temperature result graph comparison
제 5 장 결 론
원전 및 산업 전반에서 많이 쓰이는 T분류관, 곡관 플랜지 3가지 유형의 배관의 건전성 평가를 위해 적외선 열화상 기법의 적용성 및 신뢰성을 검증하고자 3가지 유형의 시험편을 제작하여 용접부의 결함에 대해 열화상 진단을 하였다. 탄소강관 용접부에 초음파 서모그래피 기법을 적용하는 방법과 할로겐램프를 열원으로 채택 한 방법으로 실험수행결과 결함을 검출하였으며, 이에 대한 결론은 다음과 같이 내릴 수 있었다.
1. 실험수행결과 용접결함부위에서 정상용접부위보다 온도가 높게 나타났다. 초음 파 서모그래피 기법에서는 2℃ ~ 3℃, 할로겐램프를 열원으로 적용했을 때는 곡관과 플랜지의 경우 약 1℃ ~ 3℃, T분류관의 경우에는 9℃ ~ 22℃의 온도차 가 발생하였으며, 결함부위에서 Hot spot을 확인 할 수 있었다.
2. 초음파 서모그래피 기법의 경우 초음파를 가진 하였을 때 짧은 시간 안에 결함 을 검출할 수 있었다. 배관의 결함 검출 실험수행에 동일한 조건으로 설정한 35초 보다 짧은 15~20초 안에 탄소강관 용접부의 결함검출이 가능할 것으로 판 단되며, 대형 배관의 경우 더 높은 출력의 초음파 가진기를 사용한다면 결함검 출이 가능할 것으로 판단된다.
3. 할로겐램프를 열원으로 적용한 기법의 경우에는 실험수행 35초 동안 할로겐램 프를 적용하여 시험편에 지속적으로 열원을 주어 용접결함부와 정상용접부 모 두 지속적인 온도 상승을 보여주었으며, 용접결함부에서는 정상용접부에서 보 다 높은 온도를 유지하며 상승하는 것을 확인하였다.
4. 초음파 서모그래피 기법과 할로겐램프를 열원으로 적용하여 실험 한 결과를 종 합적으로 비교 분석하였을 때, 초음파 서모그래피 기법을 사용하는 것이 배관 용접부결함의 유무를 더 명확하게 판단할 수 있었다. 앞으로 초음파 서모그래 피 기법을 현장 적용하기 위한 장비개발 및 비파괴 검사기법에서 위치, 거리, 각도 등 표준화 할 수 있는 다양한 후속연구 및 개발이 필요하다 판단된다.
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