KR100924504B1 - 비파괴 검사 장치 및 이를 이용한 수명 평가 방법 - Google Patents

비파괴 검사 장치 및 이를 이용한 수명 평가 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비파괴 검사 장치를 이용한 수명 평가 기법에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 초음파 탐지부를 피검사체의 표면으로 이송시켜 그 표면에 접촉 회전시키면서 피검사체 내부에 초음파를 투사하고, 그 반송파를 수신한 후에, 그 검출 신호에 따라 산화 스케일을 검출하고, 이를 영상 처리하여 디스플레이하며, 검출된 산화 스케일의 성장 분석을 수행한 후, 피검사체의 사용온도를 산출하여 수명 평가를 수행함으로써, 검출된 산화 스케일을 시각적으로 디스플레이할 수 있으며, 검출된 산화 스케일에 대응하는 수명 평가 정보를 실시간으로 획득할 수 있는 것이다.
비파괴 검사, 산화 스케일, 수명 평가

Description

비파괴 검사 장치 및 이를 이용한 수명 평가 방법{NON DESTRUCTIVE INSPECTION APPARATUS AND LIFE EVALUATION METHOD USING BY IT}
본 발명은 비파괴 검사 장치를 이용한 수명 평가 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보일러 튜브 내부면에 형성되는 산화 스케일(oxide scale)을 검출하고, 검출된 산화 스케일을 분석하여 보일러 튜브의 수명 평가를 수행하는데 적합한 비파괴 검사 장치 및 이를 이용한 수명 평가 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 구조물이나 제품을 파괴하지 않고 원형 그대로 결함, 안전도, 수명 등을 정확하게 진단하여 그 하자를 보수하거나 품질을 관리할 수 있도록 하는 기법을 비파괴 검사라고 한다.
특히, 발전소 내부에 증기 이송 통로로 이용되는 보일러 튜브의 경우 증기 이송에 따라 보일러 튜브 내부면에 예를 들면, Fe2O3층, Fe3O4층, 스피넬(spinel)층, 기공(void)층 등을 포함하는 산화 스케일(oxide scale)이 형성, 성장되고, 이러한 산화 스케일은 이송되는 증기의 높은 온도에 따라 변형(swelling or bulging), 박리(exfoliation)되어 그 부분에서 국부 과열, 튜브 파열 등의 문제가 발생하기 때 문에, 보일러 튜브 내부면에 형성된 산화 스케일을 검출하여 보일러 튜브의 수명을 관리하기 위해 다양한 비파괴 검사가 이용되고 있다.
이러한 비파괴 검사는 예를 들면, 방사선 투과 검사(radiograpic test), 초음파 탐상(ultrasonic test), 와전류 탐상(eddy current test) 등의 방식이 있다.
특히, 초음파 탐상 방식의 비파괴 검사는 고주파수의 초음파를 피검사체 내로 보내어 표면 및 내부 결함을 검출하는 방식으로, 금속의 조직 검사에 유용하고, 작업자의 안전 관리상의 문제가 발생하지 않으며, 피검사체의 결함 여부를 신속하게 판단할 수 있는 장점이 있다.
이러한 초음파 탐상 방식의 비파괴 검사는, 피검사체에 초음파 탐촉자를 위치시키고, 진동장에서 발생한 초음파 펄스를 피검사체 내부로 진행시킨다. 이때, 초음파 펄스의 진행 방향에 결함이나 피검사체와 다른 구성 물질이 있을 경우 에너지의 손실과 더불어 계면에서 반사되는데, 반사된 초음파를 초음파 탐촉자를 통해 수신 및 분석함으로써, 결함의 존재 여부 및 결함 위치를 검출할 수 있다.
예를 들면, 화력 발전소의 보일러 튜브의 경우 매우 높은 온도에서 운전되면서 증기, 철 등의 화학 작용으로 인해 보일러 튜브의 내부면에 산화 스케일이 발생되며, 누적된 산화 스케일은 메탈 온도를 상승시키고, 누적된 산화 스케일의 변형, 박리 등으로 인해 온도 상승을 가속화시켜 임계치가 되면 보일러 튜브를 파단시키기 때문에, 초음파 탐상 방식의 비파괴 검사를 통해 산화 스케일 발생을 검출 및 분석함으로써, 보일러 튜브의 내면에 발생하는 산화 스케일과 같은 결함을 검사할 수 있다.
상술한 바와 같은 종래의 초음파 탐상 방식의 비파괴 검사의 경우 결함 발생을 검출한 후에, 이에 대응하는 피검사체의 수명 및 교체 시기를 분석 및 결정해야만 하는데, 초음파를 투사시킨 피사체의 어느 한 부분만의 결함을 검출하게 되기 때문에, 피검사체 전체의 결함을 정확한 위치 정보에 따라 연속적으로 검출하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 이러한 피검사체의 결함 검출에 따라 피검사체가 사용되는 장치 운전 조건, 피검사체의 구성 물질 등을 고려하여 피검사체의 수명 및 교체 시기에 대한 분석을 각각 수행하게 되기 때문에, 그 분석 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.
이에 따라, 본 발명은 피검사체 내면의 결함을 전체적으로 검출하여 시각적으로 디스플레이함으로써, 피검사체 전체에 대한 결함 분포를 시각적으로 제공할 수 있는 비파괴 검사 장치 및 이를 이용한 피검사체 결함 디스플레이 방법과 피검사체 수명 결정 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 피검사체 전체에 대한 결함 검출을 통해 피검사체 수명을 실시간으로 결정함으로써, 그 잔여 수명 분석에 대한 소요 시간을 감소시킬 수 있는 비파괴 검사 장치 및 이를 이용한 피검사체 결함 디스플레이 방법과 피검사체 수명 결정 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 피검사체의 표면에 초음파를 투사하여 그 반송파를 수신하는 초음파 탐지부와, 상기 초음파 탐지부를 상기 피검사체의 표면으로 이동시켜 상기 피검사체의 표면에 접촉 회전시키는 이송부와, 상기 이송부를 통해 접촉 회전시켜 상기 초음파 탐지부로부터 전달되는 반송파의 검출 신호를 이용하여 상기 피검사체의 내부면에 형성된 산화 스케일을 검출하고, 상기 검출된 산화 스케일에 대한 성장 분석을 통해 상기 피검사체의 사용온도와 사용 응력을 산출하며, 상기 산출된 사용온도 및 사용 응력에 따라 상기 피검사체의 수명 평가를 수행하는 제어부와, 상기 피검사체의 장치 운전 조건 정보, 구성 물질 정보, 산화 스케일 정보, 수명 평가 정보를 저장하는 저장부를 포함하는 비파괴 검사 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 초음파 탐지부를 피검사체의 표면으로 이송시켜 그 표면에 접촉 회전시키면서 초음파를 투사하는 단계와, 상기 투사된 초음파에 대한 반송파를 검출하여 검출 신호를 추출하는 단계와, 상기 추출된 검출 신호를 통해 상기 피검사체의 내부면에 형성된 산화 스케일을 검출하는 단계와, 상기 검출된 산화 스케일의 성장 분석을 통해 상기 피검사체의 사용온도와 사용 응력을 산출하는 단계와, 상기 산출된 사용온도 및 사용 응력에 따라 상기 피검사체의 수명 평가를 수행하는 단계를 포함하는 비파괴 검사 장치를 이용한 수명 평가 방법이 제공된다.
본 발명은, 초음파 탐지부를 피검사체의 표면으로 이송시켜 그 표면에 접촉 회전시키면서 피검사체 내부에 초음파를 투사하고, 그 반송파를 수신한 후에, 그 검출 신호에 따라 산화 스케일을 검출하고, 이를 영상 처리하여 디스플레이하며, 검출된 산화 스케일의 성장 분석을 수행한 후, 피검사체의 사용온도를 산출하여 수명 평가를 수행함으로써, 검출된 산화 스케일을 시각적으로 디스플레이할 수 있으며, 검출된 산화 스케일에 대응하는 수명 평가 정보를 실시간으로 획득할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 피검사체의 내부면에 형성된 산화 스케일을 검출하고, 검출된 산화 스케일에 대한 성장 분석을 수행한 후에 사용온도 산출에 따른 수명 평가를 수행한다는 것이며, 이러한 기술적 수단을 통해 종래 기술에서의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하 나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 피검사체 내부면의 산화 스케일을 검출하여 피검사체 수명 평가를 수행하는데 적합한 비피괴 검사 장치의 블록 구성도로서, 제어부(102), 이송부(104), 초음파 탐지부(106), 저장부(108), 디스플레이부(110) 등을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 제어부(102)는 예를 들면, 마이크로 프로세서 등을 포함하여 피검사체의 초음파 탐지 제어, 산화 스케일 검출 및 피검사체의 수명 평가를 수행하는 것으로, 피검사체(예를 들면, 보일러 튜브 등)의 내부면에 형성된 산화 스케일 검출을 위해 초음파 탐지부(106)를 피검사체의 표면으로 이송시키기 위한 제어신호를 이송부(104)로 제공하고, 초음파 탐지부(106)가 피검사체의 표면에 접촉하면, 피검사체의 표면에 초음파를 투사하여 그에 대응하는 반송파를 수신하기 위한 제어신호를 초음파 탐지부(106)로 제공함과 동시에 초음파 탐지부(106)를 피검사체의 표면과 접촉한 상태에서 그 표면의 외부면을 원형 방식으로 회전되도록 회 전 제어신호를 이송부(104)로 제공한다.
그리고, 제어부(102)는 초음파 탐지부(106)로부터 초음파 투사에 대응하는 반송파의 수신에 따른 수신 신호 데이터를 지속적으로(즉, 피검사체의 표면을 따라 1회 회전할 때까지) 전달받아 피검사체와 산화 스케일의 경계면과 산화 스케일과 유체층의 경계면을 지속적으로 검출하고, 이에 따라 피검사체의 내부면에 형성된 산화 스케일(즉, 산화 스케일의 두께)을 검출하며, 검출된 산화 스케일을 피검사체의 내부면에 대응되도록 영상 처리한 후, 이를 디스플레이하기 위한 제어신호를 디스플레이부(110)로 전달한다. 이 때, 피검사체의 내부면에 대응하여 검출된 산화 스케일은 예를 들면, 검출 지점, 검출 시간, 수신 신호 데이터 등을 포함하는 산화 스케일 정보로서 저장부(108)에 저장될 수 있다.
다음에, 제어부(102)는 저장부(108)에 저장된 산화 스케일 분석 정보(예를 들면, 장치 운전 조건, 피검사체의 구성 물질 등)를 추출하고, 검출된 산화 스케일에 대한 성장 분석을 수행한 후에, 성장 분석에 따라 피검사체의 사용온도를 산출하고, 산출된 사용온도에 따라 피검사체의 수명 평가를 수행하며, 피검사체의 수명 평가 정보를 저장부(108)에 저장하고, 이러한 수명 평가 정보를 디스플레이하기 위한 제어신호를 디스플레이부(110)에 제공한다.
한편, 이송부(104)는 예를 들면, 구동 모터 등을 포함하여 초음파 탐지부(106)를 포함하는 비파괴 검사 장치를 이송하는 것으로, 제어부(102)로부터의 제어신호에 따라 초음파 탐지부(106)를 피검사체의 표면에 접촉하도록 이송하고, 피검사체의 표면에 접촉한 상태에서 피검사체의 표면 외부면을 따라 원형으로 초음파 탐지부(106)를 회전시킨다.
그리고, 초음파 탐지부(106)는 예를 들면, 초음파 발진기, 반송파 수신기, 탐촉자 등을 포함하여 피검사체에 초음파를 투사시켜 그 반송파를 수신하는 것으로, 제어부(102)로부터 제공되는 제어신호에 따라 피검사체의 표면에 접촉한 상태에서 그 표면의 외부면을 따라 회전하면서 피검사체의 내부로 초음파를 투사하고, 그 초음파의 반송파를 수신하여 그 수신 신호 데이터를 지속적으로 제어부(102)로 전달한다. 예를 들면, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 초음파 탐지기를 예시한 도면으로, 피검사체(A)의 표면에 접촉되어 있는 초음파 탐지기(B)를 나타낸다.
또한, 저장부(108)는 예를 들면, 메모리, 하드디스크 드라이브(HDD) 등을 의미하는 것으로, 예를 들면, 산화 스케일 분석 정보(예를 들어 장치 운전 조건 정보, 피검사체 구성 물질 정보 등), 산화 스케일 정보, 수명 평가 정보 등이 저장 관리되며, 이들은 필요에 따라 추출되어 제어부(102)로 제공된다. 여기에서, 장치 운전 조건 정보는 예를 들면, 사용시간, 사용압력, 피검사체 두께, 피검사체 내경, 피검사체 외경 등을 포함할 수 있다.
한편, 디스플레이부(110)는 예를 들면, LCD, OLED 등의 표시 장치를 의미하는 것으로, 제어부(102)로부터 전달되는 영상 처리된 산화 스케일 정보를 디스플레이하며, 산화 스케일 정보에 따른 수명 평가 정보를 디스플레이한다.
한편, 산화 스케일의 성장 분석에 대해 더욱 상세히 설명하면, 예를 들어, 2.25Cr강으로 구성된 피검사체의 내부면에 형성되는 산화 스케일의 성장은 시간과 온도의 함수로 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009022368059-pat00001
여기에서, X는 산화 스케일의 두께(mils)이고, T는 (deg.F+460)인 온도이며, t는 시간(hr)을 의미한다.
또한, 저합금강으로 구성된 피검사체의 내부면에 형성되는 산화 스케일의 성장은 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009022368059-pat00002
여기에서, X 0 는 소비된 금속 두께이고, W 0 는 산화 스케일의 두께이며, t는 산화 시간이고, T는 절대 온도(K)를 의미하며, A 0 와 K 0 는 상수로서, 예를 들면, 2.25Cr-1Mo강의 경우 11,720K와
Figure 112009022368059-pat00003
로 나타낼 수 있다.
상기한 바와 같은 수학식 1 또는 수학식 2를 이용하여 검출된 산화 스케일에 대응하는 피검사체의 구성 물질, 장치 운전 조건 등에 따라 검출된 산화 스케일에 대한 성장 분석을 수행할 수 있다.
예를 들면, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 피검사체의 내부면에 형성된 산화 스케일을 검출하는 것을 예시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 디스플레이된 산화 스케일 영상과 그에 대응하는 산화 스케일 성장 분석의 결과를 예시한 도면으로, 도 3에 도시한 바와 같이 피검사체(a, Fe-Cr alloy)의 내부면에 는 예를 들면, Cr2O3(b), Fe-Cr spinel(c), FeO(d), Fe3O4(e), Fe2O3(f) 등의 산화 스케일이 형성될 수 있고, 이에 대한 초음파 투사 및 반송파 수신에 따른 검출 신호는 피검사체와 산화 스케일의 경계면(C)과 산화 스케일과 유체층의 경계면(D)에 대응하여 검출될 수 있으며, 이에 따라 산화 스케일의 두께를 검출할 수 있다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이 피검사체의 내부면 전체에 형성된 산화 스케일을 검출하여 이의 영상 처리 후에, 피검사체의 단면에 따른 산화 스케일의 두께를 시각적으로 디스플레이할 수 있으며, 검출된 산화 스케일에 대한 산화 스케일 분석 정보를 이용하여 시간에 따른 산화 스케일 성장을 분석할 수 있다.
또한, 산화 스케일 성장 분석에 따른 수명 평가에 대해 더욱 상세히 설명하면, 산화 스케일 성장 분석에 따라 피검사체의 사용온도를 산출하고, 장치 운전 조건 정보 중 피검사체 두께, 사용압력, 피검사체 외경 등을 이용하여 피검사체의 두께 감소에 따른 사용 응력을 아래의 수학식 3에 따라 산출한다.
Figure 112009022368059-pat00004
여기에서, P는 사용압력을 의미하고, t k 는 피검사체 두께를 의미하며, D는 피검사체 외경을 의미한다.
그리고, 크리프 파단 실험 데이터를 추출하여 산출된 사용 응력에 대응하는 LMP(larson-miller parameter, 이하 'LMP'라 함)를 구성 물질의 종류에 따라 아래의 수학식 4에 따라 산출한다.
Figure 112009022368059-pat00005
여기에서, σ는 사용 응력을 의미한다.
다음에, 산출된 사용온도와 LMP를 이용하여 피검사체의 파단 수명을 산출한 후에, 산출된 파단 수명에 따라 피검사체의 수명 소비율을 아래의 수학식 5에 따라 산출함으로써, 피검사체의 잔여 수명을 획득할 수 있다.
Figure 112009022368059-pat00006
여기에서, ti는 사용온도와 사용 응력에 따른 사용시간을 의미하고, tr은 사용온도와 사용 응력에 따른 파단 시간을 의미하며, 이 때,
Figure 112009022368059-pat00007
의 조건을 만족하여야 한다.
여기에서, 피검사체의 사용온도를 포함하는 사용온도 이력 정보를 획득하는 과정에 대해 상세히 설명하면, 두 시점에서의 운전 시간, 산화 스케일 두께, 시간 구간 등의 초기 조건을 설정한 후, 그에 대응하는 온도 상승 계수와 초기 온도를 가정하여 시간 간격에 따라 산화 스케일 성장량과 산화 스케일에 따른 온도 증가량을 산출하고, 이러한 산출을 어느 한 시점에서 누적하여 초기온도-온도상승계수쌍을 결정하며, 다른 시점에서의 산화 스케일 성장량과 산화 스케일에 따른 온도 증가량을 산출 및 누적한 후, 이를 고려하여 보정된 초기온도-온도상승계수쌍을 획득함으로써, 피검사체의 사용온도를 포함하는 사용온도 이력 정보를 획득할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 비파괴 검사 장치에서 피검사체의 내부로 초음파를 투사하고, 그 반송파를 수신하여 산화 스케일을 검출한 후에, 검출된 산화 스케일을 시각적으로 디스플레이하며, 산화 스케일 성장을 분석한 후에, 그에 따라 피검사체의 수명 평가를 수행하는 과정에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 피검사체의 내부면에 형성된 산화 스케일을 검출하여 피검사체의 수명 평가를 수행하는 과정을 도시한 플로우차트이다.
도 5를 참조하면, 비파괴 검사 장치의 비파괴 검사 모드에서(단계502), 제어부(102)에서는 피검사체(예를 들면, 보일러 튜브 등)의 내부면에 형성된 산화 스케일 검출을 위해 초음파 탐지부(106)를 피검사체의 표면으로 이송시키기 위한 제어신호를 이송부(104)로 제공하고, 이에 따라 이송부(104)에서는 초음파 탐지부(106)를 피검사체의 표면으로 이송시킨다(단계504).
그리고, 제어부(102)에서는 초음파 탐지부(106)가 피검사체의 표면에 접촉하면, 피검사체의 표면에 초음파를 투사하여 그에 대응하는 반송파를 수신하기 위한 제어신호를 초음파 탐지부(106)로 제공함과 동시에 초음파 탐지부(106)를 피검사체의 표면과 접촉한 상태에서 그 표면의 외부면을 원형 방식으로 회전되도록 회전 제어신호를 이송부(104)로 제공하며, 이에 따라 이송부(104)에서는 초음파 탐지부(106)를 피검사체의 표면과 접촉 회전시키면서 초음파 탐지부(106)에서 초음파를 피검사체의 내부로 투사시키고, 그에 대응하는 반송파를 수신한다(단계506).
다음에, 초음파 탐지부(106)에서는 초음파 투사에 대응하는 반송파의 수신에 따른 수신 신호 데이터를 지속적으로(즉, 피검사체의 표면을 따라 1회 회전할 때까 지) 전달하고, 제어부(102)에서는 피검사체와 산화 스케일의 경계면과 산화 스케일과 유체층의 경계면을 지속적으로 검출한 후에, 피검사체의 내부면에 형성된 산화 스케일(즉, 산화 스케일의 두께)을 검출하며, 검출된 산화 스케일을 피검사체의 내부면에 대응되도록 영상 처리한 후, 이를 디스플레이하기 위한 제어신호를 디스플레이부(110)로 제공하고, 디스플레이부(110)에서는 영상 처리된 산화 스케일 영상을 디스플레이한다(단계508). 이 때, 피검사체의 내부면에 대응하여 검출된 산화 스케일은 예를 들면, 검출 지점, 검출 시간, 수신 신호 데이터 등을 포함하는 산화 스케일 정보로서 저장부(108)에 저장될 수 있다.
한편, 제어부(102)에서는 저장부(108)에 저장된 산화 스케일 분석 정보(예를 들면, 장치 운전 조건 정보, 피검사체의 구성 물질 정보 등)를 추출하고, 검출된 산화 스케일에 대한 성장 분석을 수행한다(단계510). 여기에서, 장치 운전 조건 정보는 예를 들면, 사용시간, 사용압력, 피검사체 두께, 피검사체 내경, 피검사체 외경 등을 포함할 수 있다.
또한, 제어부(102)에서는 추출된 산화 스케일 분석 정보에 따라 사용온도를 산출하고, 장치 운전 조건 정보를 고려하여 사용 응력을 산출하며, 저장부(108)에서 크리프 파단 실험 데이터를 추출하여 그에 따른 LMP와 파단 수명을 산출한 후에, 상기 수학식 5에 따라 피검사체의 수명 소비율을 산출하여 피검사체의 잔여 수명을 산출하는 등의 방식으로 검출된 산화 스케일 성장 분석에 대응하는 피검사체의 수명 평가를 수행한다(단계512).
이어서, 제어부(102)에서는 피검사체의 수명 평가에 따라 획득된 수명 평가 정보를 저장부(108)에 저장하며, 이러한 수명 평가 정보를 디스플레이하기 위한 제어신호를 디스플레이부(110)에 제공하고, 이에 따라 디스플레이부(110)에서는 피검사체의 수명 평가 정보를 디스플레이한다(단계514). 여기에서, 수명 평가 정보는, 예를 들면, 사용온도, 사용압력, 사용 응력, LMP, 파단 수명, 수명 소비율, 잔여 수명 등을 포함할 수 있다.
따라서, 피검사체의 표면과 접촉 회전시켜 초음파 투사 및 반송파 수신에 따라 내부면에 형성된 산화 스케일을 검출하여 디스플레이하고, 이러한 산화 스케일 성장을 분석한 후, 그 분석 결과에 따라 피검사체의 수명 평가를 수행함으로써, 산화 스케일을 시각적으로 쉽게 인식할 수 있고, 피검사체의 수명 평가 정보를 실시간으로 획득 및 디스플레이할 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같이 피검사체의 내부면에 형성되는 산화 스케일을 검출하고, 이에 따른 피검사체의 수명 평가 정보를 획득하는 과정 중에서 산화 스케일 성장 분석을 통해 피검사체의 사용온도를 산출하고, 그에 따른 사용 응력을 산출한 후에, 수명 소비율을 산출하여 산출된 수명 소비율에 따른 잔여 수명을 산출하는 과정에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 사용온도 이력 정보에 따라 피검사체의 잔여 수명을 산출하는 과정을 도시한 플로우차트이다.
도 6을 참조하면, 비파괴 검사 장치의 수명 평가 모드에서(단계602), 제어부(102)에서는 저장부(108)에 저장된 산화 스케일 분석 정보(예를 들면, 장치 운전 조건 정보, 피검사체의 구성 물질 정보 등)를 추출하고, 장치 운전 조건 정보 중 사용시간에 따른 산화 스케일 성장 분석을 수행한다(단계604). 여기에서, 장치 운전 조건 정보는 예를 들면, 사용시간, 사용압력, 피검사체 두께, 피검사체 내경, 피검사체 외경 등을 포함할 수 있다.
여기에서, 피검사체의 사용온도의 경우, 두 시점에서의 운전 시간, 산화 스케일 두께, 시간 구간 등의 초기 조건을 설정한 후, 그에 대응하는 온도 상승 계수와 초기 온도를 가정하여 시간 간격에 따라 산화 스케일 성장량과 산화 스케일에 따른 온도 증가량을 산출하고, 이러한 산출을 어느 한 시점에서 누적하여 초기온도-온도상승계수쌍을 결정하며, 다른 시점에서의 산화 스케일 성장량과 산화 스케일에 따른 온도 증가량을 산출 및 누적한 후, 이를 고려하여 보정된 초기온도-온도상승계수쌍을 획득함으로써, 피검사체의 사용온도를 포함하는 사용온도 이력 정보를 획득할 수 있다.
그리고, 제어부(102)에서는 산화 스케일 성장 분석을 통해 피검사체의 사용 온도를 산출한다(단계606). 이러한 피검사체의 사용 온도는 상기 수학식 1, 2 등을 이용하여 산출될 수 있다.
또한, 제어부(102)에서는 상기 수학식 3에 장치 운전 조건 정보 중 피검사체의 두께, 사용압력, 피검사체의 외경 등을 대입하여 피검사체의 두께 감소에 따른 사용 응력을 산출한다(단계608).
다음에, 제어부(102)에서는 저장부(108)로부터 크리프 파단 실험 데이터를 추출하고, 산출된 사용 응력에 대응하는 LMP를 상기 수학식 4에 따라 산출한 후에, 추출된 크리프 파단 실험 데이터와 LMP를 이용하여 피검사체의 파단 수명을 산출한 다(단계610).
그리고, 제어부(102)에서는 산출된 파단 수명에 대응하는 피검사체의 수명 소비율을 산출한다(단계612).
이어서, 제어부(102)에서는 산출된 수명 소비율을 이용하여 피검사체의 잔여 수명을 산출한 후, 이에 대응하는 수명 평가 정보를 저장부(108)에 저장한다(단계614). 여기에서, 수명 평가 정보는, 예를 들면, 사용온도, 사용압력, 사용 응력, LMP, 파단 수명, 수명 소비율, 잔여 수명 등을 포함할 수 있다.
따라서, 장치 운전 조건 정보를 추출하여 검출된 산화 스케일에 따른 열부하-초기온도쌍을 검출하고, 이에 따라 피검사체의 사용온도를 산출한 후에, 그에 따른 피검사체의 수명 소비율을 산출하고, 그에 대응하는 잔여 수명을 산출함으로써, 검출된 산화 스케일에 따른 피검사체의 수명 평가 정보를 효과적으로 획득할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 피검사체 내부면의 산화 스케일을 검출하여 피검사체 수명 평가를 수행하는데 적합한 비피괴 검사 장치의 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 초음파 탐지기를 예시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 피검사체의 내부면에 형성된 산화 스케일을 검출하는 것을 예시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 디스플레이된 산화 스케일 영상과 그에 대응하는 산화 스케일 성장 분석의 결과를 예시한 도면,
도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 피검사체의 내부면에 형성된 산화 스케일을 검출하여 피검사체의 수명 평가를 수행하는 과정을 도시한 플로우차트,
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 사용온도 이력 정보에 따라 피검사체의 잔여 수명을 산출하는 과정을 도시한 플로우차트.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
102 : 제어부 104 : 이송부
106 : 초음파 탐지부 108 : 저장부
110 : 디스플레이부

Claims (14)

  1. 피검사체의 표면에 초음파를 투사하여 그 반송파를 수신하는 초음파 탐지부와,
    상기 초음파 탐지부를 상기 피검사체의 표면으로 이동시켜 상기 피검사체의 표면에 접촉 회전시키는 이송부와,
    상기 이송부를 통해 접촉 회전시켜 상기 초음파 탐지부로부터 전달되는 반송파의 검출 신호를 이용하여 상기 피검사체의 내부면에 형성된 산화 스케일을 검출하고, 상기 검출된 산화 스케일에 대한 성장 분석을 통해 상기 피검사체의 사용온도와 사용 응력을 산출하며, 상기 산출된 사용온도 및 사용 응력에 따라 상기 피검사체의 수명 평가를 수행하는 제어부와,
    상기 피검사체의 장치 운전 조건 정보, 구성 물질 정보, 산화 스케일 정보, 수명 평가 정보를 저장하는 저장부
    를 포함하는 비파괴 검사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비파괴 검사 장치는,
    상기 검출된 산화 스케일을 영상 처리하여 디스플레이하며, 상기 수명 평가 정보를 디스플레이하는 디스플레이부
    를 더 포함하는 비파괴 검사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 장치 운전 조건 정보 중 사용시간에 따라 상기 검출된 산화 스케일에 대한 성장 분석을 수행하여 상기 사용온도를 산출하는 비파괴 검사 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 장치 운전 조건 정보 중 피검사체 두께, 사용압력 및 피검사체 외경을 이용하여 상기 피검사체의 두께 감소에 따른 상기 사용 응력을 산출하는 비파괴 검사 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 사용 응력과 크리프 파단 실험 데이터를 이용하여 LMP(larson-miller parameter)를 산출하고, 상기 피검사체의 파단 수명을 산출하는 비파괴 검사 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 산출된 파단 수명에 따른 상기 피검사체의 수명 소비율을 산출하고, 상기 산출된 수명 소비율에 대응하는 상기 피검사체의 잔여 수명을 산출하여 상기 수명 평가를 수행하는 비파괴 검사 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 장치 운전 정보는, 사용시간, 사용압력, 피검사체 두께 및 피검사체 외경을 포함하는 비파괴 검사 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 수명 평가 정보는, LMP, 파단 수명, 수명 소비율 및 잔여 수명을 포함하는 비파괴 검사 장치
  9. 초음파 탐지부를 피검사체의 표면으로 이송시켜 그 표면에 접촉 회전시키면서 초음파를 투사하는 단계와,
    상기 투사된 초음파에 대한 반송파를 검출하여 검출 신호를 추출하는 단계와,
    상기 추출된 검출 신호를 통해 상기 피검사체의 내부면에 형성된 산화 스케일을 검출하는 단계와,
    상기 검출된 산화 스케일의 성장 분석을 통해 상기 피검사체의 사용온도와 사용 응력을 산출하는 단계와,
    상기 산출된 사용온도 및 사용 응력에 따라 상기 피검사체의 수명 평가를 수행하는 단계
    를 포함하는 비파괴 검사 장치를 이용한 수명 평가 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 수명 평가 방법은,
    상기 산화 스케일을 검출하는 단계 이후에, 상기 검출된 산화 스케일을 영상 처리하여 디스플레이하는 단계
    를 더 포함하는 비파괴 검사 장치를 이용한 수명 평가 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 수명 평가 방법은,
    상기 수명 평가를 수행하는 단계 이후에, 상기 피검사체의 수명 평가 정보를 디스플레이하는 단계
    를 더 포함하는 비파괴 검사 장치를 이용한 수명 평가 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 피검사체의 사용온도와 사용 응력을 산출하는 단계는, 상기 피검사체의 장치 운전 조건 정보 중 사용시간에 따라 상기 산화 스케일에 대한 성장 분석을 수행하여 상기 사용온도를 산출하는 비파괴 검사 장치를 이용한 수명 평가 방법.
  13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 피검사체의 사용온도와 사용 응력을 산출하는 단계는, 상기 피검사체의 장치 운전 조건 정보 중 피검사체 두께, 사용압력 및 피검사체 외경을 이용하여 상기 피검사체의 두께 감소에 따른 상기 사용 응력을 산출하는 비파괴 검사 장치를 이용한 수명 평가 방법.
  14. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 피검사체의 수명 평가를 수행하는 단계는,
    상기 사용 응력과 크리프 파단 실험 데이터를 이용하여 LMP(larson-miller parameter)를 산출하여 상기 피검사체의 파단 수명을 산출하는 단계와,
    상기 산출된 파단 수명에 따른 상기 피검사체의 수명 소비율을 산출하는 단계와,
    상기 산출된 수명 소비율에 대응하는 상기 피검사체의 잔여 수명을 산출하여 상기 수명 평가를 수행하는 단계
    를 포함하는 비파괴 검사 장치를 이용한 수명 평가 방법.
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