Fig.2-17(a)의 거리특성은 Hydro hon과 탐촉자 사이의 거리를 로 설정하였는 데 수신된 초음파가 최대로 설정된 집속거리와 일치하고 있다. 집속근방 빔 직경 (-6dB)은 약 2 이며, 주파수 특성이 50 ~800 ±2 이내의 무지향 성(27)으로 사용하였으며, 다음 결과를 Fig.2-17(b)에 나타내었다.
(a) Point focus type probe (b) Beam diameter
Fig.2-17 Distance between point focus type probe and beam diameter
점집속탐촉자와 평면탐촉자의 음장을 계산한 결과를 Fig.2-18과 같이 나타내었 다. Fig.2-18(a)를 통해 집점 근방의 음압이 높고 빔이 잘 집속되고 있음을 알 수 있다. 점집속탐촉자는 축대칭을 위한 편측 정도를 보이고 있으며, 근거리에서는 빔 직경이 크고 집속근방에서 빔 직경은 약 2가 된다.
(a) Point focus type probe (b) Flat type probe Fig.2-18 Comparison of sound field between
point focus type probe and flat type probe
집속탐촉자의 집속점 근방 및 근거리에서의 음장 예(28)를 Fig.2-19에 나타내었다.
빔 직경에서 계산값과 실험값(Hydro hon에 따른 측정값)이 거의 일치하고 있다.
레일리 적분에 따라 진동자의 미소요소로부터 원통파면(29)이 출력되고 있어 음압을 모두 계산하였다.
Fig.2-19 Application of near sound field from focus type probe
(2-10)여기에서, : 각주파수, : 재료밀도, S: 진동자면, : 미소면적 ds와 관측위치 거리이다.
나. 비접촉 공중 초음파 탐상(NAUT) 의 일반 적용 실험
초음파 탐상을 수행하는데 있어서 투과법에 따라 점집속탐촉자(30)를 이용한 탐상 의 경우, 각 탐촉자 사이의 거리를 L=72~76 로 설정하여 송수신 탐촉자에 따 른 거리특성을 구한 후, 이에 대한 최대 투과파(31)를 얻을 수 있다. Fig.2-20에 투
있다. 사용된 탐촉자는 점집속탐촉자(0.4K 20NR38)와 평면 탐촉자(0.4K7✕10N)로 평면탐촉자는 진동자면적과 다른 것을 사용하였다. CFRP와 수신탐촉자의 거리는 3~4 로 설정하고 송‧수신 탐촉자 사이의 거리는 76 로 하였다. 여기에서 사용된 CFRP는 중앙부에 충격에 따른 층간박리가 존재하는 시험편으로 화상에 따 른 분해능 확인을 위해 원반과 성형수지(35)를 시험편의 표면 위에 올려놓은 상태에 서 화상스캔을 수행하였다.
(a) Focus type probe (b) Flat type probe Fig.2-20 Comparison of image between
point focus type probe and flat type probe
Fig.2-21에서는 두께 10 의 CFRP의 VaRTM재에 존재하는 결함 층간박리 부분 에 초음파를 투과시켜 화상탐상을 수행한 결과를 나타내었다. 초음파 투과율의 정 도가 양호하여 층간박리부의 선명한 화상이 취득되었다.
(a) VaRTM specimen (b) Image picture Fig.2-21 Image of CFRP VaRTM specimen
CFRP 시험편에 1 의 철이 고속으로 관통하는 경우에 관통혈 주변의 박판의 거동 여부를 확인하기 위해 넓은 범위에서 화상탐상을 수행한 결과로 층간박리의 존재여부의 관찰이 가능하였다. 이에 따른 결과를 Fig.2-22에 나타내었다.
(a) CFRP specimen (b) Image picture Fig.2-22 Image of CFRP specimen having through pierce hole
Fig.2-23(a)는 양품에 대한 IC칩 화상으로 초음파의 투과 정도는 양호함을 알 수 있다. Fig.2-23(b)는 박리를 가장하여 IC칩 위에 3 의 원판상 수지를 둔 경우 의 취득 화상을 나타내고 있는데 박리를 가장한 부분의 투과율이 낮아 청색 화상 이 취득되었다.
(a) Normal IC chip
(b) Poor condition of IC chip
Fig.2-23 Comparison of image between normal IC chip and poor condition of IC chip
제 3 장 비접촉 공중 초음파 탐상(NAUT) 적용
제 1 절 시험편
본 연구에 적용한 열전소자는 구조를 쉽게 파악 할 수 있는 일본 Z사 제조된 애 폭시 실링 없는 냉각용 열전소자 199모델 이며, 열전소자의 외관 사이즈는 44✕40
✕3.2 이며 구조는 일반 열전냉각소자와 같다. 각 부분의 재질은 Table 3-1과 같다.
Table 3-1 Materials of thermoelectric module
Composition Materials
Electrical Insulator Al2O3 Ceramic Electrical Conductor 99.9% Copper p,n-Type Semiconductor Bi2Te3 Alloy
시험편은 양품 시편A, B, 불량품 시편 C, 인공결함 있는 시편 D로 구분한다.
양품 A, B는 출하 검사 합격으로 판정된 199모델 제품이다. 탐상을 수행하기 위 해 Fig.3-1과 같이 조건에 맞추어 마스킹지에 부착하였다. 마스킹지를 부착하는 것은 비접촉 공중 초음파 탐상 시 입사된 초음파가 시험편의 표면을 따라서 초음 파가 방출되는 현상이 발생되어지며, 이는 투과율 손실이 발생되어 고출력 감도를 갖는 송신 부 초음파 프로브가 결함 신호를 검출할 수 없게 되어 진다(37).
따라서 열전소자 시험편의 표면을 따라 방출되어 지는 초음파 신호를 차단하기 위한 목적으로 마스킹지를 부착하고 시편의 주위와 경계부분을 클레이로 보강하였 다. 마스킹지를 부착함으로써 고감도의 초음파 투과신호를 측정하여 내부 결함 검 출을 용이할 수 있는 장점이 있는 것이다.
NAUT를 적용 가능여부를 검증 위한 양품 열전소자를 인공결함부를 만들어 불량 시편 C를 제작 하였다. 240℃고온 환경에서 양품 제품을 가동 시키고 약 200시간
경과 후 제품을 가동 하지 않았다. 이를 통해 열전소자 내부접합부분의 일부를 파 괴하였다. 단 내부의 일부를 파괴한 부분은 육안으로 불량판정하기 어렵다 (Fig.3-2).
시편D는 시편A와 같은 양품을 이용하여 내부 전도체와 세라믹의 접합부분에 들뜸 결함을 인공적인 만들었다. 결함의 위치는 전자 현미경로 관찰 하며 Fig.3-3과 같 이 보여 주고 있다.
(a) Specimen A (b) Specimen B Fig.3-1 Thermoelectric module specimen A, B
Fig.3-2 Thermoelectric module specimen C
]
(a) Photograph of specimen D
(b) Photograph of defect part by digital microscope Fig.3-3 Thermoelectric module specimen D and defect part