Signal Analysis of Eddy Current Array Probe According to Size Variation of FBH Defects

(1)

배열 와전류 프로브의 FBH 결함 크기 변화에 따른 신호 해석

Signal Analysis of Eddy Current Array Probe According to Size Variation of FBH Defects

김지호, 임건규, 이향범* ^✝

Ji-Ho Kim, Geon-Gyu Lim and Hyang-Beom Lee* ^✝

초 록 본 논문에서는 전자기 유한요소 해석을 통하여 원전 증기발생기(SG, steam generator) 세관의 결함 크기 변화에 따른 배열 와전류 프로브의 와전류탐상 특성을 해석하였다. 프로브의 전자기적 특성을 해석하기 위하여 맥스웰 방정식을 이용하여 지배방정식을 유도하였고, 이를 3차원 전자기 유한요소법을 이용하여 문제 를 해석하였다. 해석을 위해 선정한 결함은 평저공(FBH, flat bottomed hole) 결함을 선정하였다. FBH결함에 대해 결함의 위치를 관의 외부표면에 존재하게 하고 결함의 깊이는 세관 두께의 20%, 40%, 60%, 80%, 100%

로 하였다. 또한 결함의 크기변화 및 시험주파수를 100 kHz, 300 kHz, 400 kHz로 변화시켜 해석하였다. 해석 대상으로는 원자력발전소 증기발생기 세관으로 사용되고 있는 Inconel 600 도체관을 사용하였다. 본 논문을 통하여 결함형상, 깊이 및 크기, 시험주파수의 변화에 따른 탐상신호의 변화를 확인할 수 있었다. 본 논문의 결과는 배열 와전류 프로브의 와전류탐상 신호 평가시 도움이 될 것이다.

주요용어: 와전류탐상시험, 원전SG 세관, 결함, 배열 와전류 프로브, 유한요소법

Abstract In this paper, the signal analysis of eddy current array probe was performed to analyze the

electromagnetic characteristics with the variation of FBH(flat bottomed hole) defects size on steam generator tube in NPP(nuclear power plants) using the electromagnetic finite element method. To obtain the electromagnetic characteristic of probes, the governing equation was derived from Maxwell's equations, and the individual problem was analyzed by using the 3-dimensional finite element method. For the simulation FBH defects were used. The depth of FBH defects were 20%, 40%, 60%, 80% and 100% of steam generator(SG) tube thickness, and it was assumed that the defects were located on the tube outside. And the operation frequencies of 100 kHz, 300 kHz and 400 kHz were used. Material of specimen was Inconel 600 which is usually used for SG tubes in NPP. The signal difference could be observed according to the size variation of depth of FBH defects and operation frequencies.

The results in this paper can be helpful when the ECT(eddy current testing) signals from EC array probe are evaluated and analyzed.

Keywords: Eddy Current Testing (ECT), Steam Generator (SG) Tube, EC Array Probe, Finite Element Method [논 문] - 비파괴 검사학 회지

Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing Vol. 29, No. 2 (2009. 4)

[접수일: 2009. 3. 6, 수정일: 2009. 4. 6, 게재확정일: 2009. 4. 13] *숭실대학교 전기공학부, ✝Corresponding Author:

Department of Electrical Engineering, Soongsil University, Seoul 156-743, Korea (E-mail: [email protected])

1. 서 론

원자력발전소의 증기발생기(steam generator; SG) 세관은 원자로에서 발생된 열을 증기로 바꾸어주는 열교환 장치로서 원자로와 증기터빈 사이에서 열전

달뿐 아니라 1차 계통과 2차 계통을 분리하여 방사 능을 차단하는 역할을 하는 중요한 부분이다. 따라 서 원전 SG세관 검사의 건전성 유지는 원전의 안 전에 아주 중요하다.

SG세관은 여러 가지 비파괴검사 기법중 주로 와

(2)

전류탐상(ECT, eddy current testing) 방법이 적용 된다. ECT는 비접촉 방식으로서 고속화 및 자동화 가 가능하고 취득한 신호의 저장성이 우수하며 다 른 비파괴검사법에 비하여 상대적으로 비용이 저렴 한 장점이 있다. 그러나 신호를 발생시키는 요인과 결함의 종류가 다양하여 검사 결과의 분석이 복잡 하고 많은 경우 경험에 의존하므로, 검사 결과의 신뢰성 평가를 병행해야 한다.

현재 원전 SG 세관의 결함 검출을 위해 보빈프 로브(bobbin probe)와 PRC(rotating pancake coil) 프로브를 사용한 와전류탐상법이 널리 이용되고 있 다. 보빈프로브는 검사 속도가 빠르고 세관 전 영 역에 대한 검사가 가능하지만 결함의 검출이 축방 향 검출에 한정되어 원주 방향 결함검출이 곤란하 다는 단점이 있다. RPC 프로브는 축방향 및 원주 방향의 결함 검출 성능이 우수하지만 검사속도가 매우 느려 정해진 기간 내에 SG 세관을 검사하기 가 어렵다. 따라서 보빈프로브로 1차 검사 후 결함 의심부위에 대해서만 검사를 수행하고 있다[1]. 이 에 검사성능 및 검사시간의 단축을 위해 배열 와전 류 프로브가 개발되었다.

배열 와전류 프로브는 여러 개의 pancake 코일 로 구성되어 있다. 배열 와전류 프로브의 pancake 코일은 송신코일(transmit coil)과 수신코일(receive coil)로 나뉜다. 송신코일은 자장을 발생시켜 피 검 사체에 와전류를 유기시키는 역할을 하고, 수신코 일은 결함에 의해서 발생된 자장을 검출하여 결함 신호를 받아들인다. 배열 와전류 프로브는 보빈프 로브의 장점인 빠른 검사속도와 RPC 프로브의 장 점인 정밀검사를 한번에 수행할 수 있으며, 한정된 지역이 아닌 전 영역을 검사하는 것이 가능하다[2].

본 논문에서는 이러한 배열 와전류 프로브를 이 용하여 원전 SG세관의 평저공(FBH, flat bottomed hole) 결함에 대하여 3차원 유한요소 해석을 수행 하여 탐상신호를 획득하였다. FBH 결함의 크기를 세관 두께의 20%, 40%, 60%, 80%, 100%로 하였으 며, 시험주파수를 100 kHz, 300 kHz, 400 kHz로 변 화시켜 해석하였다. 해석 방법은 3차원 유한요소법 을 사용하였다.

2. 배열 와전류 프로브의 구조 및 원리

배열 와전류 프로브(EC Array Probe)는 송신코 일과 수신코일이 여러 개 배열된 형태로 구성되어

있다. 각 코일들이 축방향과 원주방향으로 배열되 어 있어 축방향 또는 원주방향 모두에 민감하게 반 응하며, 방향성이 없는 결함 즉 volumetric flaws, IGA(inter granular attack), 여러 방향으로 복잡하 게 형성된 크랙성 결함도 식별이 가능하다. 다시 말해 기존의 보빈프로브나 RPC 프로브에 비해 결 함 검출능력이 뛰어나고, U-bend나 튜브 시트에서 의 신호 대 노이즈(S/N) 비가 5～10배 정도 향상 되었다[3,4]. 배열 와전류 프로브의 원리는 Fig. 1에 나타나 있다. 송신코일 T1은 시변자계를 발생시키 고, 수신코일 R1, R2, R3는 결함 신호를 받아들이 는 역할을 하게 된다.

Fig. 1 Principle of ECT array probe

3. 지배방정식의 유도

와전류문제를 해석하기 위해 맥스웰 방정식 중 관련 수식을 정리하면 다음과 같다[5].

∇ ×      _    _ (1)

∇ ×       (2)

∇ ∙     (3)

  _    (4)

     (5)

여기서         는 각각 자계의 세기, 자속 밀도, 전계의 세기이며,   _    _ 는 각각 전원전류 밀도, 와 전류 밀도이다. 또한   는 각각 자기투자율, 전 기전도율이다.

와전류문제 분야에서 3차원 모델링의 경우 도체

내부에서 자기벡터 포텐셜(MVP; magnetic vector

potential)의 X, Y, Z 세 방향 성분 및 전기 스칼라

(3)

  ∇ ×   (6)

      ∇ (7)

∇× 

 ∇× 



  



 ∇



  



_ (8)

 ∇⋅



 ∇



   (9)

     _    _ (10)

∇ ×   _    _ (11)

∇ ×   _   (12)

  _  ∇ (13)

∇⋅∇  ∇⋅  _ (14)

∇ ×     (15)

   ∇ ⁽¹⁶⁾

∇⋅∇   (17)

포텐셜(ESP; electric scalar potential)을 미지수로 잡아야 하기 때문에 자유도(degree of freedom)가 4가 된다. 이 경우 암페르 법칙(Ampere's law)에서 유도되는 지배방정식만으로는 식이 부족하기 때문 에 전류 연속 조건을 추가하여 해석하게 된다. 공 간의 요소 분할에 따른 요소수 증가로 자유도 역시 증가하여 계산량이 아주 많아진다. 따라서 문제 해 석시 미지수를 줄이기 위하여 와전류가 흐르는 도 체를 제외한 영역에서는 자유도가 1인 자기 스칼라 포텐셜(MSP; magnetic scalar potential)을 적용하여 모델을 해석하였다[6].

문제를 해석하기 위해서 Fig. 2와 같이 영역을 3 부분으로 분할하였다.

첫 번째 영역은 도체가 존재하여 와전류(   _ _)가 유기되는 영역으로 변수는 MVP   _{와 ESP}  _{를 사} 용하였다. MVP   _{와 ESP}  는 식 (6, 7)로 표현할 수 있다.

두 번째 영역은 외부에 전류원 즉 전원전류(   _ ) 가 존재하는 영역으로 변수는 리듀스드 자기 스칼 라 포텐셜(RMSP; reduced magnetic scalar poten- tial) ^ 를 사용하여 지배방정식을 유도할 수 있다.

식 (1)로부터 자계의 세기   는 아래와 같이 정의 된다.

여기서   _ 는 공급되는 전류에 의한 자장의 세기 로서 그 값은 비오-사바르 법칙(Biot-Savart's law)

에 의하여 계산한다. 또한   _ 은 자화에 의한 자계 의 세기로 식 (13)과 같이 정의할 수 있다.

세 번째 영역은 전원전류(   _ )가 존재하지 않는 영역으로 식 (15)와 같이 표현할 수 있다.

식 (15)로부터 토탈 자기 스칼라 포텐셜(TMSP;

total magnetic scalar potential) ^ 은 식 (16)과 같 이 정의된다.

매질 경계조건은 세 영역이 모두 독립적이지 않 고 서로의 경계를 공유하면서 연결되어 있으므로 식 (18, 19)로 표현할 수 있다.

  _ ⋅  _    _ ⋅  _   (18)

  _ ×   _    _ ×   _   (19)

Fig. 2 Analysis region

(4)

Table 1 Specification of analysis model

관 및 결함

재 질 관 크기 mm (내경, 외경, 두께)

결함 크기 mm (폭, 높이, 깊이) Inconel 600 8.46×9.53×1.07 3.0×3.0×0.42672

코 일

시험 주파수 크 기 mm

(내경, 외경, 높이) 250 kHz 2.0×3.0×1.0

Table 2 Specification of FBH defect

종류 깊이 % 크기 mm

(Diameter)

FBH

20 4.8

40 4.8

60 2.8

80 2.0

100 1.3

Fig. 3 Analysis model

Fig. 4 Finite element mesh 4. 해석 모델

본 논문에서는 이미 검증된 3차원 유한요소해석 프로그램인 OPERA 3D를 이용하여 해석대상에 대 한 수치해석을 수행하였다. 수치해석을 위해 사용 된 도체관의 재질은 증기발생기 세관에 널리 사용 되는 Inconel 600 도체관으로 하였다[7]. 프로브는 배열 와전류 프로브를 사용하였으며, 해석대상인 도체관 및 프로브에 대한 제원은 Table 1에 나타내 었고, 그에 대한 해석 모델은 Fig. 3과 같다.

해석결함은 ASME 표준시험편의 FBH 결함에 대 해 3차원 유한요소 해석을 수행하여 탐상신호를 획 득하였다. 해석시 FBH 결함의 깊이는 세관 두께의 20%. 40%, 60%, 80%, 100%로 하였다. 또한 결함의 크기변화 및 시험주파수를 100 kHz, 300 kHz, 400 kHz로 변화시켜 해석하였다.

4.1. ASME 표준시험편의 결함 신호 비교

Fig. 4는 유한요소해석을 위해 전자기 유한요소 해석 프로그램으로 모델링 후 요소분할을 한 그림 이며, 이때 결함의 종류는 FBH, 결함의 크기는 4.8 mm, 결함의 깊이는 관의 외부 표면으로부터 40% 깊이일 때이다. 해석시 요소망은 사면체 요소 망을 사용하였으며 요소망을 구성하는 절점의 수는 835,197개이며, 사면체 요소수는 1,226,569개이다.

결함의 깊이에 따른 신호 해석을 위해 사용된 결 함은 ASME 표준시험편에 있는 결함이다. FBH 결 함의 깊이별 크기 및 사양은 Table 2와 같고, 주파 수는 300 kHz를 사용하였다.

Fig. 5에서부터 Fig. 9는 ASME 표준시험편에 있

는 결함을 전자기 유한요소해석을 이용하여 얻은

결함신호이다. 결함신호는 축방향 채널과 원주방향

채널을 각각 나타내었으며 결함부위에서 신호의 크

기가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 결함의 깊이

가 관두께의 20% 결함의 경우 ASME 표준시험편

에 90° 간격으로 결함이 4개가 존재하여 같은 크기

의 결함신호가 4개가 발생되는 것을 확인할 수 있

다. 또한 원주방향 채널의 경우 송신코일과 수신코

일이 축방향으로 같은 높이에 있지만 축방향 채널

의 경우 송신코일과 수신코일의 위치가 축방향으로

6.5 mm 위쪽에 위치하고 있어 결함신호 발생 위치

가 원주방향 채널보다 빠르게 발생하는 것을 확인

할 수 있다.

(5)

-20 -10

0 10

20 0 5 10 15 20 25 30 35

-20 -10

0 1020

EMF

Circumferential position from defect center [mm]

Axial position from defect center [mm]

0 5.000 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00

-20 -10

0 10

20 0 5 10 15 20 25 30 35

-20 -10

0 1020

EMF

Axial position from defect cen ter [mm]

0 5.000 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00

(a) (b)

Fig. 5 FBH defect signals, 20% depth, (a) axial channel, (b) circumferential channel

-20-10 0

10 20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

-20 -10

0 1020

EMF

Axial position from defe

ct center [mm]

0 11.25 22.50 33.75 45.00 56.25 67.50 78.75 90.00

-20 -10

0 10

20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

-20 -10

01020

EMF

Axial positio n from defect ce

nter [mm]

0 12.86 25.71 38.57 51.43 64.29 77.14 90.00

(a) (b)

Fig. 6 FBH defect signals, 40% depth, (a) axial channel, (b) circumferential channel

-20 -10

0 10

20 0 20 40 60 80 100 120

-20 -10

0 1020

EMF

0 15.00 30.00 45.00 60.00 75.00 90.00 105.0 120.0

-20 -10

0 10

20 0 20 40 60 80 100 120

-20 -10

0 1020

EMF

Axial position from

defect center [mm]

0 15.00 30.00 45.00 60.00 75.00 90.00 105.0 120.0

(a) (b)

Fig. 7 FBH defect signals, 60% depth, (a) axial channel, (b) circumferential channel

-20 -10

0 10

20 0 10 20 30 40 50 60 70 80

-20 -10

010 20

EMF

0 10.63 21.25 31.88 42.50 53.13 63.75 74.38 85.00

-20 -10

0 10

20 0 10 20 30 40 50 60 70 80

-20 -10

0 1020

EMF

Axial positio n from

defect center [mm]

0 10.63 21.25 31.88 42.50 53.13 63.75 74.38 85.00

(a) (b)

Fig. 8 FBH defect signals, 80% depth, (a) axial channel, (b) circumferential channel

-20 -10

0 10

20 0 10 20 30 40 50 60

-20 -10

010 20

EMF

0 7.625 15.25 22.88 30.50 38.13 45.75 53.38 61.00

-20 -10

0 10

20 0 10 20 30 40 50 60

-20 -10

0 1020

EMF

Axial position from

defect cen ter [mm]

0 7.500 15.00 22.50 30.00 37.50 45.00 52.50 60.00

(a) (b)

Fig. 9 FBH defect signals, 100% depth, (a) axial channel, (b) circumferential channel

전자기 수치해석을 통해 얻은 결과를 배열 와전 류 프로브와 탐상장비를 이용한 결함신호와 비교해 보았다. Fig. 10은 전자기 유한요소해석을 통해 얻 은 결함신호이며, Fig. 11은 실제 배열 와전류 프로 브를 이용하여 얻은 탐상신호이다. 두 가지 신호를 비교결과 실제 탐상신호와 유한요소 해석 결함신호 가 유사한 결과를 확인할 수 있었다.

20 40 60 80 100 -25-20-15-10

-50 510

1520

25 Depth of Defect[%] Circum

ferentia l positio

n from defect center [m

m]

AF300

20 40 60 80 100 -25-20-15-10

-50 510

1520 25

CF300

Depth of Defect[%] Circum

ferential positio n from defect cente

r [mm]

Fig. 10 Simulated ECT signals using FEM analysis

Fig. 11 Measured ECT signals using testing

equipment

(6)

Table 3 ECT signals according to depth variation

결함크기 1.3 mm

시험주파수 300 kHz

결함깊이 40% 60% 100%

축방향채널 9.83 19.90 60.61

원주방향채널 10.29 20.45 59.00

Table 4 ECT signals according to size variation

결함깊이 40 %

시험주파수 300 kHz

결함크기 1.2mm 2.4mm 4.8mm

축방향채널 8.52 31.04 90.39

원주방향채널 8.97 32.81 92.13

-20-10 0

10 20 0 10 20 30 40 50 60

-20 -10

0 1020

--- 40[%]

--- 60[%]

--- 100[%]

EMF

Circumfere ntial position

from defect center [mm]

Axial position from defect ce nter [mm]

-20-10 0

10 20 0 10 20 30 40 50 60

-20 -10

01020

EMF

--- 40[%]

--- 60[%]

--- 100[%]

(a) (b)

Fig. 12 ECT signals according to depth varia- tion,(a) axial channel, (b) circumferential channel

(a) (b)

Fig. 13 ECT signals according to size variation (2D C-scan), (a) axial channel, (b) cir- cumferential channel

-20 -10

0 10

20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

-20 -10

0 10

20 --- 1.2[mm]

--- 2.4[mm]

--- 4.8[mm]

EMF

Axial position from defe ct center [mm]

-20 -10

0 10

20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

-20 -10

0 10

20 --- 1.2[mm]

--- 2.4[mm]

--- 4.8[mm]

EMF

Axial p osition from defe

ct center [mm]

(a) (b)

Fig. 14 ECT signals according to size variation (a) axial channel, (b) circumferential channel 4.2. 결함의 깊이 변화시 탐상신호 비교

Fig. 12는 시험주파수를 300 kHz로 고정한 상태 에서 결함의 깊이를 40%, 60%, 100%로 변화시켜 신호의 변화를 비교한 그래프이다. 결함의 크기와 깊이가 변화하게 되면 센서의 이동에 따라 SG세관 에 발생되는 와전류의 위치 및 크기가 변화하게 되 고 결국 탐상 신호의 변화로 이어지게 된다. 해석 결과 시험주파수를 일정하게 유지시킨 상태에서 결 함의 깊이가 증가되면 신호의 크기가 증가하는 형 상을 나타내었다. 결함신호의 증가는 Table 3과 같 다. 결함깊이 40%일 때 결함신호의 최대값을 기준 으로 축방향 채널의 경우 결함신호는 결함의 깊이 를 40%에서 60%로 증가시 약 2.02배, 60%에서 100%로 증가시 약 3.05배, 40%에서 100%로 증가시 6.18배 신호가 증가하는 형상을 보였다. 원주방향 채널의 결함신호는 결함의 깊이를 40%에서 60%로 증가시 약 1.98배, 60%에서 100%로 증가시 약 2.94 배, 40%에서 100%로 증가시 5.82배 신호가 증가하 는 형상을 보였다.

4.3. 결함의 크기 변화시 탐상신호 비교

Fig. 13과 Fig. 14는 시험주파수를 300 kHz로 고 정한 상태에서 결함의 깊이를 1.2 mm, 2.4 mm, 4.8 mm로 증가시켜 신호의 변화를 비교한 결과이 다. 해석결과 시험주파수를 일정하게 유지시킨 상 태에서 결함의 크기가 증가되면 신호의 발생 위치 및 크기가 증가하는 형상을 나타내었다. Fig. 14는 결함신호를 2차원 C-scan으로 나타낸 그림이다. 그 림에서 보이는 것과 같이 결함의 크기가 증가할수 록 결함신호의 발생 넓이가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 결함 크기 증가에 따른 신호의 변화는 Table 4와 같다.

4.4. 시험주파수 변화시 탐상신호 비교

Fig. 15에서 Fig. 17은 결함 깊이를 일정하게 유

지한 상태에서 시험주파수를 100 kHz 및 400 kHz

두 종류로 변화시켜 해석한 결과이다. 시험주파수

의 변화시 침투깊이가 변화하게 되어 와전류 탐상

시 결함신호의 크기가 변화하게 된다. 시험주파수

변화에 따른 결함신호의 증가량은 결함의 깊이 및

크기에 따라 다르게 나타났다. Table 5에서 시험주

(7)

-20-10 0

10 20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-20 -100

1020 --- 100[kHz]

--- 400[kHz]

EMF

Circumferential position from defec

t center [mm]

Axial positio n from defect center [mm]

-20 -10

0 10

20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-20 -10

01020 --- 100[kHz]

--- 400[kHz]

EMF

t center [mm]

Axial positio n from defect center [mm]

(a) (b)

Fig. 15 ECT signals according to frequency variation (depth of defect : 40%, size of defect: 4.8 mm), (a) axial channel, (b) cir- cumferential channel

-20-10 0

10 20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

-20 -10

0 1020

--- 100[kHz]

--- 400[kHz]

EMF

t center [mm]

Axial position from defe ct center [mm]

-20-10 0

10 20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

-20 -10

01020 --- 100[kHz]

--- 400[kHz]

EMF

t center [mm]

Axial positio n from defe

ct center [mm]

(a) (b)

Fig. 16 ECT signals according to frequency variation (depth of defect : 60%, size of defect: 2.8 mm), (a) axial channel, (b) cir- cumferential channel

-20 -10

0 10

20 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80

-20 -10

010 20

--- 100[kHz]

--- 400[kHz]

EMF

Axial p osition from defect cen

ter [mm]

-20 -10

0 10

20 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80

-20 -10

010 20

--- 100[kHz]

--- 400[kHz]

EMF

Axial p osition from defec

t center [mm]

(a) (b)

Fig. 17 ECT signals according to frequency variation (depth of defect : 100%, size of defect : 1.3 mm), (a) axial channel, (b) cir- cumferential channel

Table 5 ECT signals according to frequency variation

결함깊이 40% 60% 100%

결함크기 4.8 mm 2.8 mm 1.3 mm

시험주파수

kHz 100 400 100 400 100 400 축방향

채널 33.1 104.7 49.7 147.2 20.2 82.9 원주방향

채널 35.9 103.1 61.1 154.5 21.3 81.2

파수가 100 kHz 에서 400 kHz로 변화할 때 결함의 깊이가 40%, 결함의 크기가 4.8 mm의 경우 축방향 채널의 결함신호는 크기가 약 3.16배 증가하였으며, 원주방향 채널의 결함신호는 약 2.87배 증가하였다.

결함의 깊이가 60%, 결함의 크기가 2.8 mm의 경우 축방향 채널의 결함신호는 크기가 약 2.96배 증가 하였으며, 원주방향 채널의 결함신호는 약 2.53배 증가하였다. 결함의 깊이가 100%, 결함의 크기가 1.3 mm일 때는 결함의 축방향 채널의 결함신호는 크기가 약 4.11배 증가하였으며, 원주방향 채널의 결함신호는 약 3.82배 증가하였다.

5. 결 론

본 논문에서는 원전 SG세관의 결함검출을 위한 배열 와전류 프로브의 와전류탐상 유한요소해석을 수행하여 탐상신호를 획득하고 분석하였다. 전자기 유한요소해석을 수행하기 위해 이미 검증된 3차원 유한요소 해석프로그램인 OPERA 3D를 이용하였 고, 해석대상으로는 원자력발전소 증기발생기 세관 으로 널리 사용되는 Inconel 600 도체관을 사용하 였다. 해석 모델인 FBH 결함에 대해 결함의 위치 를 외부 표면에 존재하게 하고 결함의 깊이는 세관 두께의 20%, 40%, 60%, 80%, 100%로 하였다. 또한 결함의 크기변화 및 시험주파수를 100 kHz, 300 kHz, 400 kHz로 변화시켜 해석한 결과 결함의 깊 이가 증가할수록, 시험주파수가 증가할수록, 결함의 크기가 증가할수록 신호의 크기가 증가하였다. 결 함의 크기 변화시 2차원 C-scan의 비교결과 결함의 크기 변화시 결함신호의 발생면적이 변화한다는 것 을 확인할 수 있었다. 본 논문에서의 연구결과는 현장에서의 배열 와전류 프로브를 사용함에 있어서 결함신호를 이해하고 예측하는데 필요한 자료가 될 것이며, 이는 증기발생기 세관의 건전성을 높여 궁 극적으로 원자력발전소 안정성 확보에 큰 도움이 될 것이라 사료된다.

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(8)

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[4] S. P. Sullivan, V. S. Cecco, L. S. Obrutsky, D.

Humphrey, S. P. Smith and K. A. Emde,

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receive probes for tube inspection," Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Vol. 17, pp. 283-289. Ed., D. O.

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[5] O. Biro and K. Preis, "Finite element alalysis of 3-D eddy currents," IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 26, No. 2, pp. 418-423, (1990) [6] 이향범, "3차원 와전류 문제의 유한요소해석에

Signal Analysis of Eddy Current Array Probe According to Size Variation of FBH Defects