KR101103899B1 - 소켓 용접부의 체적 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소켓 용접부의 체적 검사 장치에 관한 것으로서, 특히 상기 소켓 용접부에 결합되어 상기 소켓 용접부로 초음파를 조사하고, 반사되는 초음파를 수집하는 신호 수집부와; 상기 신호 수집부로 신호 케이블을 통해 초음파 생성에 필요한 고주파를 전달하고, 상기 신호 수집부에서 수집되어 고주파 신호로 변환된 초음파 신호를 상기 신호 케이블을 통해 분석하고, 문턱값을 넘는 고주파 신호가 수집되면 디스플레이된 가상 소켓 용접부에 결함 발생부를 맵핑시켜 결함 존재 유부를 확인시키도록 하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 초음파를 이용하여 소켓 용접부 내부에 존재하는 사용전 및 사용중 결함을 쉽게 검출할 수 있고, 검사에 소요되는 시간을 획기적으로 줄여 경비 절감 효과를 얻을 수 있으며, 고방사선 구역에서 작업수행시 작업자의 방사선 쪼임을 획기적으로 저감할 수 있고, 소켓 용접부의 손상 결함을 조기에 검출함으로써 발전소 안정성 향상에 기여할 수 있다.

용접, 배관, 소구경 소켓, 크랙, 손상, 검사, 초음파

Description

소켓 용접부의 체적 검사 장치{A VOLUME INSPECTION SYSTEM FOR SMALL BORE SOCKET WELD}

본 발명은 소켓 용접부의 체적 검사 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 소켓 용접부에 직접 지그를 설치하고, 지그에 설치된 초음파 탐촉자를 통해 소켓 용접부에 초음파를 조사한 후 반사되는 초음파를 통해 소켓 용접부의 검사를 수행하도록 하는 소켓 용접부의 체적 검사 장치에 관한 것이다.

발전소를 비롯한 산업설비에는 배수, 계측 등의 목적으로 2인치 이하의 소구경 배관들이 설치되어있다.

이들 소구경 배관의 용접은 특수한 경우를 제외하고는 소켓에 배관을 결합한 뒤 소켓과 배관 사이를 필렛 타입으로 용접하는 결합 방법을 사용하고 있다.

한편, 소구경배관에는 설비가 운전됨에 따라 회전체, 유체 등 다양한 원인에 의해 진동이 발생되고, 이들 운전 진동은 기기의 성능 저하에 영향을 주며 기기를 손상케 한다. 특히, 소켓 용접부 손상의 주요한 원인은 운전중에 발생되는 주기적인 하중의 변화가 용접부에 집중되어 용접부를 손상시키는 피로손상이다.

피로손상은 크게 소켓 용접부 내부에서 크랙이 생성되어 용접부 외면으로 성 장하는 루트크랙과 소켓 용접부와 배관의 경계에서 크랙이 생성되어 배관의 안쪽으로 성장하는 토우크랙으로 분류한다.

루트 크랙은 용접부 내부에 지시나 불연속부가 존재하고 저하중에서 주기적인 피로가 가해질 때 발생되며 손상단면은 연성파괴의 양상을 보인다. 토우크랙의 경우 응력집중이 발생되는 용접부와 배관의 형상 천이부에서 발생되는데 루트크랙에 비해 큰 하중이 가해질 때 발생되며 손상된 단면은 취성파괴의 양상을 보인다.

토우크랙은 손상의 시작이 표면이므로 표면검사를 통해 손상을 발견하는 것이 가능하다.

그러나, 루트크랙은 손상의 시작이 용접부 내부이기 때문에 표면검사를 통한 결함의 검출이 불가능하다. 따라서 루트크랙은 균열이 성장하여 용접부를 관통한 파손이 발생된 후에만 검출이 가능하다.

그리하여 소켓 용접부에 존재하는 루트크랙을 검출하기 위하여 방사선 투과 검사를 수행하고 있지만, 대부분 좁고 작은 공간에 설치되는 경향이 있기 때문에 방사선 투과검사를 수행하기에 필요한 공간이 확보되지 않는 경우가 있다.

또한 ,검사를 수행하는데 소요되는 시간이 최소 1시간으로 보건안전 측면에서도 불리한 측면이 있다.

더욱이 최근 연구결과 소켓 용접부에 존재하는 크랙을 방사선 투과검사를 이용하여 검출하는데 한계가 있음이 보고되었다. 주요한 이유는 방사선 투과검사가 가지는 결함검출 특성인 방향성과 분해능인 것으로 조사되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소켓 용접부에 직접 지그를 설치하고, 지그에 설치된 초음파 탐촉자를 통해 소켓 용접부에 초음파를 조사한 후 반사되는 초음파를 통해 소켓 용접부의 검사를 수행함으로써 간단하고, 신속하게 소켓 용접부의 결함 유무를 판단하도록 하는 소켓 용접부의 체적 검사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 소켓에 배관을 결합한 뒤 소켓과 배관 사이를 필렛 타입으로 용접한 소켓 용접부의 검사를 위해 상기 소켓 용접부에 결합되어 상기 소켓 용접부로 초음파를 조사하고, 반사되는 초음파를 수집하는 신호 수집부와; 상기 신호 수집부로 신호 케이블을 통해 초음파 생성에 필요한 고주파를 전달하고, 상기 신호 수집부에서 수집되어 고주파 신호로 변환된 초음파 신호를 확인하여 문턱값을 넘는 고주파 신호가 수집되면 디스플레이된 가상 소켓 용접부에 결함 발생부를 맵핑시켜 결함 존재 유부를 확인시키도록 하는 제어부;로 이루어지 소켓 용접부의 체적 검사 장치에 있어서, 상기 신호 수집부는, 상기 소켓 용접부에 결합되는 지그와, 상기 지그에 설치되고, 상기 제어부로부터 공급되는 고주파 신호에 의해 초음파 신호를 발생하여 상기 소켓 용접부로 초음파를 조사하고, 반사되는 초음파를 수집하여 고주파 신호로 변환후 상기 제어부로부터 출력하는 초음파 탐촉자로 이루어지고; 상기 제어부는, 각 구성부에 필요한 동작 전원을 공급하는 전원 공급기와, 고주파 신호를 발생하여 상기 초음파 탐촉자로 출력하는 고주파 발진기와, 상기 초음파 탐촉자로부터 출력되는 고주파 신호를 수신하는 펄스 수신기와, 상기 펄스 수신기에서 수신된 아날로그 고주파 신호를 디지털 고주파 신호로 변화하는 A/D 변환기와, 각종 정보가 디스플레이되는 영상 표시기와, 작업자로부터 입력값을 입력받는 키 입력기와, 상기 A/D 변환기로부터 출력되는 디지털 고주파 신호 및 작업자가 상기 키 입력기를 통해 입력한 각종 제어 변수를 기초로 하여 초음파 검사 프로그램을 구동하고, 문턱값을 넘는 초음파 신호가 수집되면 이를 결함으로 판단하고, 상기 영상 표시기에 디스플레이된 가상 소켓 용접부에 해당 위치에 결함 발생부의 위치를 맵핑시키는 컨트롤러를 포함하며; 상기 초음파 검사 프로그램은, 각종 제어 변수에 따른 기준 디지털 고주파 신호값이 각각 저장되어 있고, 입력되는 디지털 고주파 신호값과 비교하여 문턱값을 넘는 초음파 신호가 수집되면 문턱값의 해당 영역, 즉 결합이 발생된 영역의 각도를 확인하여 해당 영역을 가상 소켓 용접부 형상에 맵핑시키는 것을 특징으로 한다.

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여기에서 또, 상기 컨트롤러는 검사 수행전에 초기화를 수행하여 시작점의 위치가 0°가 되도록 셋팅한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 소켓 용접부의 체적 검사 장치에 따르면, 초음파를 이용하여 소켓 용접부 내부에 존재하는 사용전 및 사용중 결함을 쉽게 검 출할 수 있고, 검사에 소요되는 시간을 획기적으로 줄여 경비 절감 효과를 얻을 수 있으며, 고방사선 구역에서 작업수행시 작업자의 방사선 쪼임을 획기적으로 저감할 수 있고, 소켓 용접부의 손상 결함을 조기에 검출함으로써 발전소 안정성 향상에 기여할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 소켓 용접부의 체적 검사 장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 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.

도 1은 본 발명에 따른 소켓 용접부의 체적 검사 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 소켓 용접부의 체적 검사 장치중 지그의 구성을 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 소켓 용접부의 체적 검사 장치가 소켓 용접부에 결합된 모습을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 소켓 용접부의 체적 검사 장치를 통해 디스플레이된 화면을 나타낸 설명도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 소켓 용접부의 체적 검사 장치는, 신호 수집부(100)와, 제어부(200)로 구성된다.

먼저, 신호 수집부(100)는 지그(110)와, 초음파 탐촉자(120)로 구성된다.

지그(110)는 통상의 구조로 소켓 용접부(A)중 배관에 결합 고정되도록 형성된다.

초음파 탐촉자(120)는 지그(110)에서 설치되고, 하기에서 설명할 제어부(200)로부터 공급되는 초음파 신호를 소켓 용접부(A)로 초음파를 조사하고, 반사되는 초음파를 수집하여 제어부(200)로부터 출력한다. 여기에서, 초음파 탐촉자(120)는 송신하는 초음파의 세기가 크기에 직접적으로 비례하지만 이와 접촉하는 소켓 용접부(A) 영역이 매우 작기 때문에 결함 검출을 위해 최소로 필요한 초음파 강도를 얻기 위해서는 가로 2㎜×세로 5㎜인 직사각형태로 형성하는 것이 바람직하다. 여기에서 또한, 초음파 탐촉자(120)는 피로 결함의 성장 방향으로 고려하여 초음파를 소켓 용접부(A)에 대해 38~42°의 각도로 입사시킨다. 여기에서 또, 초음파 탐촉자(120)는 지그(110)에 설치시 소켓 용접부(A)와 일정한 접촉압력을 유지하도록 소켓 용접부(A)를 일정한 압력을 가하면서 자동으로 검사를 수행하는 구조를 적용하는 것이 바람직하다.

또한, 제어부(200)는 전원 공급기(210)와, 고주파 발진기(220)와, 펄스 수신기(230)와, A/D 변환기(240)와, 영상 표시기(250)와, 키 입력기(260)와, 컨트롤러(270)로 구성된다. 이때, 제어부(200)는 이동이 가능하도록 하드 케이스와 같은 함(미도시) 내에 설치되는 것이 바람직하다.

전원 공급기(210)는 상용전원(110V/220V)을 공급받아 각 구성부에 필요한 동작 전원을 공급한다. 여기에서, 전원 공급기(210)는 충전회로(미도시)를 구성하여 평소 내부 배터리(미도시)에 충전을 수행하도록 하고, 외부전원이 없을 경우 내부 배터리로부터 전원을 공급할 수 있도록 구성할 수도 있다.

고주파 발진기(220)는 하기에서 설명할 컨트롤러(270)의 제어에 따라 강도별로 초음파 신호를 발생하여 신호 케이블(280)을 통해 초음파 탐촉자(120)로 출력한다.

펄스 수신기(230)는 초음파 탐촉자(120)로부터 신호 케이블(280)을 통해 입력되는 초음파 신호를 수신한다.

A/D 변환기(240)는 펄스 수신기(230)에서 수신된 아날로그 초음파 신호를 디지털 고주파 신호로 변화하여 출력한다.

영상 표시기(250)는 FPD(Flat Panel Display) 모니터로서, 컨트롤러(270)로부터 제공되는 각종 정보가 디스플레이된다.

키 입력기(260)는 키보드 또는 터치 패드로서, 작업자로부터 각종 명령과 각종 제어 변수를 입력받아 컨트롤러(270)로 제공한다. 여기에서, 키 입력기(260)는 선택에 마우스 터치 패드 또는 마우스를 구비할 수 있다.

컨트롤러(270)는 A/D 변환기(240)로부터 출력되는 디지털 고주파 신호 및 작업자가 키 입력기(260)를 통해 입력한 각종 제어 변수(초음파 세기, 배관의 직경, 두께, 배관 및 소켓의 종류 등)를 기초로 하여 초음파 검사 프로그램을 구동하고, 문턱값을 넘는 초음파 신호가 수집되면 이를 결함으로 판단하고, 영상 표시기(250)에 디스플레이된 가상 소켓 용접부에 해당 위치에 결함 발생부의 위치를 맵핑(mapping)시킨다. 여기에서, 컨트롤러(270)는 검사 수행전에 초음파 검사 프로그 램을 초기화를 수행하여 시작점의 위치가 0°가 되도록 셋팅하고, 각종 정보 및 데이터를 저장하는 메모리(271)를 구비한다. 여기에서 또한, 초음파 검사 프로그램은 도 5에 도시된 바와 같이 각종 제어 변수를 입력할 수 있는 탭을 구비하고, 영상 표시기(250)를 통해 초음파 신호, 가상 소켓 용접부 형상, 소켓 용접부 단면 형상, 결합 정보 등을 디스플레이하고, 각종 데이터를 저장 및 편집할 수 있다. 여기에서 또, 초음파 검사 프로그램은 각종 제어 변수에 따른 기준 디지털 고주파 신호값이 각각 저장되어 있고, 입력되는 디지털 고주파 신호값과 비교하여 문턱값을 넘는 초음파 신호가 수집되면 문턱값의 해당 영역, 즉 결합이 발생된 영역의 각도를 확인하여 해당 영역을 가상 소켓 용접부 형상에 맵핑시킨다.

이하, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 소켓 용접부의 체적 검사 장치의 검사 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 지그(110)에 초음파 탐촉자(120)를 고정한 뒤 신호 케이블(280)을 제어부(200)의 고주파 발진기(220) 및 펄스 수신기(230)에 각각 연결한다.

그리고, 초음파 탐촉자(120)가 고정된 지그(110)를 검사 대상의 소켓 용접부(A)에 장착한다. 이때, 초음파 탐촉자(120)는 소켓 용접부(A)에 대해 38~42°의 각도로 초음파를 입사시키도록 경사지도록 고정된다.

그런 다음, 전원 공급기(210)의 전원 케이블(미도시)을 전원과 연결시킨 후 전원을 온시킨 다음 키 입력기(260)를 조작하여 초음파 검사 프로그램을 구동한다.

이러한 상태에서 작업자가 키 입력기(260)의 입력을 통해 각종 제어 변수를 입력한다.

그리고, 작업자는 키 입력기(260)를 조작하여 초기화 버튼을 누르는 데, 초기화 버튼이 입력되면 컨트롤러(270)는 해당 명령에 따라 초음파 검사 프로그램을 초기화를 수행하여 시작점의 위치가 0°가 되도록 셋팅한다.

이러한 상태에서, 작업자가 다시 키 입력기(260)를 조작하여 검사 시작 버튼을 누르면, 컨트롤러(270)는 고주파 발진기(220)를 통해 초음파 신호를 발생한다.

그러면, 고주파 발진기(220)에서 발생된 초음파 신호가 초음파 탐촉자(120)를 통해 소켓 용접부(A)에 입사되고, 다시 소켓 용접부(A)에서 반사되는 초음파 신호가 초음파 탐촉자(120)와 펄스 수신기(230)를 통해 A/D 변환기(240)로 입력되어 디지털 고주파 신호로 입력된다.

컨트롤러(270)는 입력된 디지털 고주파 신호를 초음파 검사 프로그램 상에 초음파 신호 파형을 디스플레이함과 동시에 입력되는 디지털 고주파 신호값과 기준 디지털 고주파 신호값을 비교하여 문턱값을 넘는 초음파 신호가 수집되면 문턱값의 해당 영역, 즉 결합이 발생된 영역의 각도를 확인하여 영상 표시기(250)를 통해 초음파 검사 프로그램 상에 해당 영역을 가상 소켓 용접부 형상이 디스플레이된 창에 맵핑시키고, 결합 정보 창에 결합 정보를 디스플레이한다.

이러한 상태에서 작업자가 키 입력기(260)를 조작하여 저장 명령을 입력하면 컨트롤러(270)는 해당 데이터를 메모리(271)에 저장한다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지 만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 소켓 용접부의 체적 검사 장치의 구성을 나타낸 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 소켓 용접부의 체적 검사 장치중 지그의 구성을 나타낸 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 소켓 용접부의 체적 검사 장치가 소켓 용접부에 결합된 모습을 나타낸 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 소켓 용접부의 체적 검사 장치를 통해 디스플레이된 화면을 나타낸 설명도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100 : 신호 수집부 110 : 지그

120 : 초음파 탐촉자 200 : 제어부

210 : 전원 공급기 220 : 고주파 발진기

230 : 펄스 수신기 240 : A/D 변환기

250 : 영상 표시기 260 : 키 입력기

270 : 컨트롤러

Claims (6)

1. 소켓에 배관을 결합한 뒤 소켓과 배관 사이를 필렛 타입으로 용접한 소켓 용접부의 검사를 위해 상기 소켓 용접부에 결합되어 상기 소켓 용접부로 초음파를 조사하고, 반사되는 초음파를 수집하는 신호 수집부와; 상기 신호 수집부로 신호 케이블을 통해 초음파 생성에 필요한 고주파를 전달하고, 상기 신호 수집부에서 수집되어 고주파 신호로 변환된 초음파 신호를 확인하여 문턱값을 넘는 고주파 신호가 수집되면 디스플레이된 가상 소켓 용접부에 결함 발생부를 맵핑시켜 결함 존재 유부를 확인시키도록 하는 제어부;로 이루어지 소켓 용접부의 체적 검사 장치에 있어서,

   상기 신호 수집부는, 상기 소켓 용접부에 결합되는 지그와, 상기 지그에 설치되고, 상기 제어부로부터 공급되는 고주파 신호에 의해 초음파 신호를 발생하여 상기 소켓 용접부로 초음파를 조사하고, 반사되는 초음파를 수집하여 고주파 신호로 변환후 상기 제어부로부터 출력하는 초음파 탐촉자로 이루어지고;

   상기 제어부는, 각 구성부에 필요한 동작 전원을 공급하는 전원 공급기와, 고주파 신호를 발생하여 상기 초음파 탐촉자로 출력하는 고주파 발진기와, 상기 초음파 탐촉자로부터 출력되는 고주파 신호를 수신하는 펄스 수신기와, 상기 펄스 수신기에서 수신된 아날로그 고주파 신호를 디지털 고주파 신호로 변화하는 A/D 변환기와, 각종 정보가 디스플레이되는 영상 표시기와, 작업자로부터 입력값을 입력받는 키 입력기와, 상기 A/D 변환기로부터 출력되는 디지털 고주파 신호 및 작업자가 상기 키 입력기를 통해 입력한 각종 제어 변수를 기초로 하여 초음파 검사 프로그램을 구동하고, 문턱값을 넘는 초음파 신호가 수집되면 이를 결함으로 판단하고, 상기 영상 표시기에 디스플레이된 가상 소켓 용접부에 해당 위치에 결함 발생부의 위치를 맵핑시키는 컨트롤러를 포함하며;

   상기 초음파 검사 프로그램은, 각종 제어 변수에 따른 기준 디지털 고주파 신호값이 각각 저장되어 있고, 입력되는 디지털 고주파 신호값과 비교하여 문턱값을 넘는 초음파 신호가 수집되면 문턱값의 해당 영역, 즉 결합이 발생된 영역의 각도를 확인하여 해당 영역을 가상 소켓 용접부 형상에 맵핑시키고;

   상기 컨트롤러는, 검사 수행전에 초기화를 수행하여 시작점의 위치가 0°가 되도록 셋팅하는 것을 특징으로 하는 소켓 용접부의 체적 검사 장치.
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