KR101693143B1 - 튜브 타입 구조물의 비파괴검사용 자기변형 장치 - Google Patents

튜브 타입 구조물의 비파괴검사용 자기변형 장치 Download PDF

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박영우
유은주
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Abstract

본 발명의 자기변형 장치는 자기변형을 이용하여 튜브 타입의 검사대상 구조물의 결함 상태를 비파괴로 검사하는 것으로, 상기 검사대상 구조물의 상부에 결합되고 강자성체로서 자기장을 걸어주어 자화되었을 때 탄성적 변형이 생기며 체적의 변화에 의해 초음파가 발생되게 하고 초음파에 의해 다시 구동되는 자기변형체와, 상기 자기변형체를 상기 검사대상 구조물에 밀착시켜 고정시키며 상기 자기변형체의 케이싱 역할을 하는 자기변형체홀더를 포함하여 구성된 초음파 구동부와; 상기 초음파 구동부의 상부에 접촉되어 상기 자기변형체에 가해지는 수직 항력 변화를 통한 예압을 조절하는 예압조절장치부와; 상기 검사대상 구조물의 축 방향과 수직방향으로 설치되며, 상기 자기변형체에 자기장을 인가하는 바이어스코일부와; 상기 바이어스코일부가 상기 자기변형체에 자기장을 인가하고 있는 상태에서 상기 자기변형체에 펄스 형태의 전류를 인가하여 상기 자기변형체의 체적을 변화시켜 초음파를 발생하게 하며, 되돌아 오는 초음파를 센싱하는 구동코일부와; 상기 검사대상 구조물이 내부로 통과하고 상기 좌방구동코일과 우방구동코일이 각각 설치되고 상기 좌방구동코일과 우방구동코일의 간격을 유지시켜주는 2개의 구동코일보빈과, 상기 구동코일보빈과 직각으로 설치되며 상기 전방바이어스코일과 후방바이어스코일이 각각 설치되고 상기 전방바이어스코일과 후방바이어스코일의 간격을 유지시켜주는 2개의 바이어스코일보빈으로 구성된 보빈부와; 상기 자기변형체, 자기변형체홀더, 예압조절장치, 구동코일, 바이어스코일 및 보빈부가 설치되어 고정되고 각각의 간격을 유지시켜주며 외부를 감싸는 하우징부을 포함하여 구성된다.
본 발명의 튜브 타입 구조물의 비파괴검사용 자기변형 장치에 따르면 자기변형체는 압전 소자에 비해 높은 퀴리 온도, 에너지 밀도, 변형률 등을 가지므로 적용 대상인 튜브 타입 구조물의 다양성과 무관하게 폭넓은 적용이 가능하며, 구조물의 외부에서 부식이나 깨짐과 같은 결함을 검출 할 수 있기 때문에 별도의 해체작업이 필요 없고, 튜브 타입 구조물 내의 고온·고압이나 다양한 잔여물의 존재 유무 등 검사 환경에 있어서 기존의 비파괴 검사 장치보다 자유롭다는 장점이 있다.

Description

튜브 타입 구조물의 비파괴검사용 자기변형 장치{Nondestructive Inspection Magnetostrictive Device for Tube Type Structure}
본 발명은 구조물의 비파괴검사 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기변형 원리를 이용하여 초음파를 발생시켜 부식이나 깨짐과 같은 튜브 타입 구조물 내의 결함을 검출할 수 있는 튜브 타입 구조물의 비파괴검사용 자기변형 장치에 관한 것이다.
현재 전력 사업은 전력의 추가적인 생산을 위한 발전소의 건설보다 기존에 준공된 발전소를 유지·보수하는 방향에 초점을 맞추고 있다.
이러한 현상은 발전 설비의 사용연수가 경과 함에 따라 노후화로 인한 피로, 부식 등으로 발전 설비의 위험도가 올라가게 될 뿐만 아니라 이로 인해 인적·경제적 손실을 초래할 수 있기 때문이다.
따라서 이러한 설비의 유지·보수를 위한 정기적 혹은 비정기적 검사를 수행해야만 한다.
특히 발전 설비 중 가장 큰 비중을 사용하는 튜브 타입 구조물의 검사 시, 분해 및 조립 과정이 필수적이기 때문에 요구 인력과 비용이 늘어나게 될 뿐만 아니라 튜브 타입 구조물의 다양한 크기 및 튜브 타입 구조물 주변의 설치 시설 등으로 그 과정 역시 쉽지 않다.
현재 이러한 튜브 타입 구조물의 검사를 위한 많은 연구가 이루어져 있으나 결과적으로는 대부분 튜브 타입 구조물의 일부를 분해해야하는 과정이 필요한 실정이다.
또한, 튜브 타입 구조물 내의 환경 자체가 고온·고압 또는 여러 잔여 물질의 존재 등으로 인해 검사 환경이 까다로우며 튜브 타입 구조물의 해체 작업으로 인한 발전 설비의 동작 정지 등 검사를 위한 제약 사항이 많아 자유로운 검사가 어려운 실정이다.
일반적으로, 원자력을 비롯한 각종 발전설비, 화학플랜트 등과 같은 대형 산업기반시설물은 매우 복잡한 구조물로서 사고 발생시 많은 인명피해를 유발하는 대형 사고를 초래하므로 높은 안전성과 신뢰성이 요구된다.
또한, 상기와 같은 구조물의 경우 시스템의 안전 유지를 위한 검사방법이 매우 복잡하고, 전체 시스템의 전반적인 검사가 어려운 점을 극복하기 위하여 효율적인 비파괴평가(NDE) 진단기술의 필요성이 요구되고 있다.
따라서, 대형기계구조물과 매우 복합한 기계시스템의 경우 적절한 유지보수에 필요한 시스템의 잔존수명 예측과 시스템의 안전 유지를 위해서는 시스템의 전반적인 이해와 그에 대한 적절한 진단기술이 필요하다.
종래의 비파괴 검사는 해체작업을 하지 않고, 사람이 직접 검사를 하기 어려운 열악한 환경에서의 검사를 목적으로 카메라를 부착한 로봇을 튜브 타입 구조물 내로 진입시켜 검사자가 튜브 타입 구조물 외부에서 튜브 타입 구조물 내의 로봇이 전송하는 영상을 보고 이를 바탕으로 튜브 타입 구조물 내부의 결함을 찾는 형태의 검사가 주로 이루어져 왔다.
하지만 이 역시 완벽하게 피검사체의 외부에서 검사를 수행하는 것이 아니기 때문에 최소 한 곳 이상의 해체작업이 필요하고, 그에 따라 발전소 등 튜브 타입 구조물 검사를 수행하는 부분에 해당하는 곳의 동작을 잠시 멈추어야 할 뿐만 아니라 검사 거리가 길어지게 되면 전선과 같은 부속품의 길이가 길어져 상당한 무게를 차지하게 되어 로봇 자체의 요구 사항이 올라가게 된다.
또한, 검사의 주체가 로봇이기 때문에 이를 제어하기 위한 cpu의 내부 프로그램 역시 요구 사항이 올라감에 따라 복잡해지기 때문에 구현이나 디버깅이 어렵게 된다.
현재, 대형구조물의 건전성을 주기적으로 확보하는데 그 유용성이 검증되어 현재 많이 사용되고 있는 NDE(비파괴진단) 기술 중에는 육안시험(VT), 침투탐상시험(PT), 자분탐상시험(MT), 방사선투과시험(RT), 초음파두께 측정 등 비교적 정량성이 높은 시험결과가 얻어지는 기법과 초음파탐상시험(UT), 와류탐상시험(ECT), 음향방출시험(AE) 등 아직까지는 정량성이 높지 않지만 많은 적용 가능성이 있는 기법들이 있다.
특히, 유도초음파(ultrasonic guided wave)법은 구조물의 기하학적인 구조를 따라 전파하는 파로서, 광범위 비파괴탐상을 효율적으로 수행할 수 있다는 점에서 대형 구조물의 건전성 평가분야에 적용될 수 있고, 기존의 종파나 횡파를 사용한 국부검사(point by point)법에 비해 탐촉자의 이동 없이 고정된 지점으로부터 대형 구조물 전체를 한 번에 탐상할 수 있을 뿐만 아니라 절연체나 코팅재의 제거 없이 구조물이 설치된 그대로 검사를 수행할 수 있어 기존의 비파괴기법에 비해 시간적, 경제적 효율이 뛰어나다.
또한, 보온재나 제한된 공간으로 인하여 검사자의 접근이 곤란하고 복잡하다든가, 다양한 피검사체의 형상을 따라 원거리 초음파탐상이 어려운 발전설비의 보수검사에 적극 활용되고 있다.
더불어, 더욱 효율적인 대형구조물의 건전성 평가를 위하여 선진국을 중심으로 자동화 검사시스템의 연구가 진행되고 있다. 이러한 자동화 검사시스템은 비접촉식 탐촉자를 이용하여 검사 및 평가하는 것이 가장 이상적이다. 현재 비접촉에 의한 NDE기법으로는 공중전파초음파탐촉자(air-coupled transducer)와 전자기 초음파 탐촉자(electro-magnetic acoustic transducer), 레이저 초음파(laser-based ultrasonics)에 의한 방법 등이 있다.
그러나, 레이저 초음파는 레이저 조사에 의한 재료의 손상 위험이 해결되지 않았고, 현재까지 기초연구단계의 수준에 머무르고 있어, 현장적용에는 해결되어야 할 문제가 많다.
또한, 공중전파 초음파탐촉자는 수십 mm 정도를 비접촉된 상태에서 검사할 수 있다는 완전한 비접촉 비파괴검사 기법으로 객관성 향상 및 온라인 Structural Health Monitoring(SHM) 검사에 적용범위가 급속히 확대되고 있지만, 제조공정이 정밀한 공중전파 초음파탐촉자를 개발하기 위해서는 많은 시설투자가 요구되기 때문에 탐촉자를 개발에 어려움이 있다.
반면에, 전자기초음파탐촉자의 설계제작은 다른 비접촉식 탐촉자에 비해 설계제작이 용이하고 현장 적용가능성이 우수하다. 그 이유는 전자기초음파탐촉자는 다양한 모드의 초음파(예를 들면, 종파, 횡파, 유도초음파 등)를 발생시키기 위해 자석과 코일의 기하학적인 형상을 시험체에 따라 적절히 배열하여 쉽게 발생시킬 수 있는데 이 자석과 코일의 제작이 용이하기 때문이고, 현장 적용가능성은 다음과 같은 선행연구에 의해서 가능성이 실험적으로 검증되었기 때문이다.
선행기술로는 현재 미국 SwRI(Southwest Research Institute)에서 자기변형재료를 사용하여 유도초음파를 발생시켜 피복관 전체를 검사할 수 있는 기술개발을 시도하고 있으며, 자기변형재료를 이용한 핵 연료봉의 검침 시스템으로 자기변형재료를 이용하여 웨이브 가이드(waveguide)를 통해 핵 연료봉에 초음파를 조사하고 반향 된 초음파를 검출하는 방식을 채택하고 있으며, 핵연료 봉을 클램프를 이용하여 웨이브가이드와 접촉시키는 구조로 되어 있고, 자기변형재료를 이용한 유도초음파 방식은 기존의 초음파 검침방식보다 개선된 것으로 알려져 있지만, 아직은 미 조사된 피복관(Fresh Cladding Tube)의 테스트 수준이며 핵연료다발의 상단 고정체를 분리해야만 하는 단점을 가지고 있으며, 핵연료 상단부를 클램핑하는 방식의 또 다른 문제점은 핵연료 집합체를 지지하기 위한 지지대와 핵 연료봉 사이의 간격이 좁기 때문에 검침 프로브의 접근이 제한되어 있다. 이러한 문제점 때문에 지지대 주위의 핵 연료봉은 현재 시스템으로는 검출 할 수 없으며, 검출 불가 연료봉은 전체 연료봉의 약 38%에 해당하는 수치이다. 따라서 핵 연료집합체의 상단부를 해체하는 방식과 그로인한 프로브의 접근성 문제가 해결해야할 과제로 남아있는 실정이다.
선행연구로는 서울산업대학교 산학협력중심대학 R&D연구개발과제(제목 : 비접촉 비파괴 상태진단 기술 개발과 표준화)를 수행하여 성공적으로 완료(연구기간; 2004. 9. 1. ~ 2006. 8. 30) 하였으며 이 선행 연구 결과로부터 전자기초음파탐촉자를 이용한 대형구조물의 건전성평가의 유용성을 실험적으로 검증하였으며 전자기초음파탐촉자에 대한 관련규격을 제안하여 비파괴진단분야에 폭넓게 활용되고 있다.
또한 기술혁신형기업 발굴육성을 위한 산학연 공동기술개발사업 국제산학협력과제(제목 : 비접촉 비파괴 상태 진단용 초음파 전파시뮬레이션 프로그램 개발)를 수행하여 성공적으로 완료(연구기간; 2006. 7. 1. ~ 2007. 6.30)하였으며 비파괴 상태진단을 현장에서 수행할 때 설비에서 발생하는 초음파의 특성과 거동을 검사자가 쉽게 이해할 수 있는 학습 프로그램을 개발하였다.
그러나, 기존의 전자기초음파탐촉자는 로렌츠 힘의 의한 초음파의 송수신 메커니즘을 이용하여 적용되고 있다.
대부분의 구조물은 자성체로 이루어져 있어 로렌츠 힘보다는 자왜 효과에 의해서 크게 영향을 받게 되어 정확한 측정이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 대형구조물은 다양한 형상으로 인하여 그 형상에 맞춰진 다양한 전자기초음파탐촉자가 요구되고 있으나 그 수요를 국외제품의 도입에 의존하는 실정이어서 사용범위 및 기술자립도가 저하되는 문제점이 있었다.
이로 인하여, 대형설비에 적합한 구조건전성평가(SHM:Structural Health Monitoring)용 자왜효과를 이용한 초음파탐촉자 및 초음파탐촉자를 이용한 초음파장치의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
1. 한국 등록특허공보 제 10-0476848 (등록일자 : 2005년03월07일) 강자성체로 된 판상 구조의 원거리 범위 검사 방법 및 장치 2. 한국 등록특허공보 제 10-0590667 (등록일자 : 2006년06월09일) 유도파 탐침을 사용하여 파이프 및 튜브를 검사하기 위한 장치 및 방법 3. 한국 공개특허공보 10-2009-0042500 (공개일자 : 2009년04월30일) 초음파 고온 튜브 검사 장치 4. 한국 등록특허공보 10-1430183 (등록일자 : 2014년 08월ㅍ07일) 파이프 검사용 착탈식 유도초음파 센서장치 5. 한국공개특허공보 10-2014-0063137 (공개일자 : 2014년 05월 27일) 자계를 이용하여 강자성체 표본의 내측 결함을 비파괴 탐상하는 방법 및 장치
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 튜브 타입 구조물 검사의 문제점을 해결하고자 튜브 타입 구조물의 추가적인 분해 과정 없이 설치된 튜브 타입 구조물의 외부에서 튜브 타입 구조물 표면에 초음파를 흘려보냄으로써 부식과 같은 결함을 검출하는 튜브 타입 구조물의 비파괴검사용 자기변형 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 자기변형 장치는 자기변형을 이용하여 튜브 타입의 검사대상 구조물의 결함 상태를 비파괴로 검사하는 것으로, 상기 검사대상 구조물의 상부에 결합되고 강자성체로서 자기장을 걸어주어 자화되었을 때 탄성적 변형이 생기며 체적의 변화에 의해 초음파가 발생되게 하고, 되돌아 온 초음파에 의해 다시 구동되는 자기변형체와, 상기 자기변형체가 하부에 결합되어 상기 자기변형체를 상기 검사대상 구조물에 밀착시켜 고정시키거나 밀착을 해제할 수 있게 상기 자기변형체의 케이싱 역할을 하는 자기변형체홀더를 포함하여 구성된 초음파 구동부와; 상기 초음파 구동부의 상부에 접촉되어 상기 자기변형체와 검사대상 구조물의 밀착 정도를 조절함으로써, 상기 자기변형체에 가해지는 수직 항력 변화를 통한 예압을 조절하는 예압조절장치부와; 전방바이어스코일과 후방바이어스코일로 구성되어 상기 초음파 구동부의 전후로 상기 검사대상 구조물의 축 방향과 수직방향으로 설치되며, 상기 자기변형체에 자기장을 인가하는 바이어스코일부와; 좌방구동코일과 우방구동코일로 구성되어 상기 초음파 구동부의 좌우로 상기 검사대상 구조물의 축 방향으로 설치되며, 상기 바이어스코일부가 상기 자기변형체에 자기장을 인가하고 있는 상태에서 상기 자기변형체에 펄스 형태의 전류를 인가하여 상기 자기변형체의 체적을 변화시켜 초음파를 발생하게 하며 상기 자기변형체 주변의 자기장 변화를 픽업하는 구동코일부와; 상기 검사대상 구조물이 내부로 통과하고 상기 좌방구동코일과 우방구동코일이 각각 설치되고 상기 좌방구동코일과 우방구동코일의 간격을 유지시켜주는 2개의 구동코일보빈과, 상기 구동코일보빈과 직각으로 설치되며 상기 전방바이어스코일과 후방바이어스코일이 각각 설치되고 상기 전방바이어스코일과 후방바이어스코일의 간격을 유지시켜주는 2개의 바이어스코일보빈으로 구성된 보빈부와; 상기 초음파 구동부, 예압조절장치, 구동코일부, 바이어스코일부 및 보빈부가 설치되어 고정되고 각각의 간격을 유지시켜주며 외부를 감싸는 하우징부을 포함하여 구성된다.
상기 초음파 구동부의 초음파 발생은 상기 바이어스코일부에 전류를 인가하여 자기장을 형성시켜 상기 자기변형체를 인장시켜 놓은 상태에서 상기 구동코일부에 펄스 형태의 전류를 인가하여 자기장에 의해 상기 자기변형체의 체적을 변화시킴으로써 발생한다.
상기 검사대상 구조물의 결함 검출 방법은 발생된 상기 초음파는 상기 검사대상 구조물의 표면을 따라 전파되면서 상기 검사대상 구조물에 발생된 결함이나 상기 검사대상 구조물의 양 말단에 부딪혀 다시 돌아오게 되며, 돌아온 상기 초음파로 인해 상기 자기변형체의 체적이 바뀌면서 발생하는 자기장의 변화는 다시 상기 구동코일부에 전달되는 것을 센싱하고 분석하는 방법으로 결함을 검출한다.
상기 하우징부는 상기 초음파 구동부, 예압조절장치, 구동코일부, 바이어스코일부 및 보빈부가 내부에 설치될 수 있도록 2개로 분리된다.
상기 하우징부의 측면에는 상기 구동코일보빈이 설치되는 2개의 구동코일보빈 설치홀과; 바이어스코일보빈이 설치되는 2개의 바이어스코일보빈 설치홀과; 상기 구동코일과 바이어스코일에 전원을 공급하고 전선과 자기변형량을 센싱하는 제어선이 인출입하는 다수 개의 배선홈과; 각각의 상기 구동코일보빈과 바이어스코일보빈을 상기 하우징부에 고정시키기 위해 각 면에 2개씩의 보빈고정홀이 형성된다.
상기 하우징부의 내부 중앙에는 상기 초음파 구동부가 설치되는 구동부설치홈이 형성되고, 상기 하우징부의 상부 중앙에는 상기 예압조절장치가 설치되며 암나사가 형성된 예압조절장치설치홀이 형성된다.
상기 하우징부의 상부 모서리 부분에는 상기 자기변형 장치를 고정하기 위한 옵티컬 테이블과의 결합을 위한 4개의 옵티컬테이블 고정나사홀이 형성된다.
상기 구동코일보빈과 바이어스코일보빈은 내부에 원통형의 중공을 가지며, 상기 하우징부의 측면과 결합되는 보빈플랜지부와; 상기 보빈플랜지부의 중앙에서 수직으로 일정 직경으로 형성되어 상기 구동코일부 또는 바이어스코일부의 코일이 감기는 코일설치부와; 상기 코일설치부의 말단에 형성되어 상기 구동코일부 또는 바이어스코일부의 코일이 상기 코일설치부에서 벗어나지 않도록 하며, 상기 하우징부의 내부로 인입되고, 말단의 외경이 상기 코일설치부측 외경보다 작게 경사진 경사면을 가진 돌출링부로 구성되며, 상기 보빈플랜지부에는 상기 하우징부과의 결합을 위한 하우징결합홀이 형성된다.
상기 자기변형체홀더는 자기장에 영향을 받지 않는 비자성체로 제작되며, 상기 예압조절장치의 말단에 접촉되는 원통부와; 상기 원통부의 하부에 형성되며 상기 원통부의 중심과 같은 중심을 가지고, 직육면체 형상을 가지며, 상기 자기변형체가 하부에 결합되는 반원통 형상의 반원통홈을 가지는 자기변형체결합부로 구성된다.
상기 자기변형체는 니켈로 제작되고, 상기 반원통홈에 반원구조로 패치 형태로 라이닝(Lining)되며, 상기 검사대상 구조물에 접착되지 않고 단순 접촉에 의해 초음파의 가진 및 측정이 이루어진다.
상기 예압조절장치는 상기 하우징부의 예압조절장치설치홀에 삽입될 수 있게 원통형이며, 상기 예압조절장치의 외주면에는 상기 예압조절장치설치홀과 나사 결합을 위한 수나사가 형성되며, 상기 예압조절장치의 상단에는 드라이버로 회전시켜 상기 자기변형체홀더를 눌러 상기 자기변형체와 검사대상 구조물의 밀착 정도인 수직항력을 조절할 수 있게 십자홈이 형성된다.
상술한 자기변형 장치로 본 발명의 해결하고자 하는 과제를 해결할 수 있다.
본 발명의 튜브 타입 구조물의 비파괴검사용 자기변형 장치에 따르면 자기변형체는 압전 소자에 비해 높은 퀴리 온도, 에너지 밀도, 변형률 등을 가지므로 적용 대상인 튜브 타입 구조물의 다양성과 무관하게 폭넓은 적용이 가능하며, 구조물의 외부에서 부식이나 깨짐과 같은 결함을 검출 할 수 있기 때문에 별도의 해체작업이 필요 없고, 튜브 타입 구조물 내의 고온·고압이나 다양한 잔여물의 존재 유무 등 검사 환경에 있어서 기존의 비파괴 검사 장치 보다 자유롭다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 전체 분해 사시도
도 2는 본 발명의 자기변형 장치에 따른 전체 조립 사시도
도 3은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 전체 제1단면도
도 4는 본 발명의 자기변형 장치에 따른 전체 제2단면도
도 5는 본 발명의 자기변형 장치에서 하우징부를 제외한 부분 사시도
도 6은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 전체 투영 사시도
도 7은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 초음파 구동부 사시도
도 8은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 자기변형체 개략도
도 9는 본 발명의 자기변형 장치에 따른 자기변형체홀더 개략도
도 10은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 자기변형체의 구동원리 및 표현식
도 11은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 자기변형체를 이용한 유도초음파의 발생 및 검출방법
도 12는 초음파의 분류 및 유도초음파의 종류
도 13은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 유도초음파를 이용한 결함 검출원리의 예
도 14는 본 발명의 자기변형 장치에 따른 인위적 결함을 포함한 핵연료 봉 샘플 제작 예
도 15는 본 발명의 자기변형 장치에 따른 보빈 개략도
도 16은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 하우징부 개략도
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "튜브 타입 구조물의 비파괴검사용 자기변형 장치"를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 "튜브 타입 구조물의 비파괴검사용 자기변형 장치"에 관한 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
다음의 실시 예는 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 전체 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 자기변형 장치에 따른 전체 조립 사시도이고, 도 3은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 전체 제1단면도이며, 도 4는 본 발명의 자기변형 장치에 따른 전체 제2단면도이고, 도 5는 본 발명의 자기변형 장치에서 하우징부를 제외한 부분 사시도이며, 도 6은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 전체 투영 사시도이고, 도 7은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 초음파 구동부 사시도이며, 도 8은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 자기변형체 개략도이고, 도 9는 본 발명의 자기변형 장치에 따른 자기변형체홀더 개략도이며, 도 10은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 자기변형체의 구동원리 및 표현식이며, 도 11은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 자기변형체를 이용한 유도초음파의 발생 및 검출방법이고, 도 12는 초음파의 분류 및 유도초음파의 종류이며, 도 13은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 유도초음파를 이용한 결함 검출원리의 예이고, 도 14는 본 발명의 자기변형 장치에 따른 인위적 결함을 포함한 핵연료 봉 샘플 제작 예이며, 도 15는 본 발명의 자기변형 장치에 따른 보빈 개략도이고, 도 16은 본 발명의 자기변형 장치에 따른 하우징부 개략도이다.
도 1 내지 도 4에 도시되어 있는 것 같이 본 발명의 자기변형 장치(A)는 자기변형을 이용하여 튜브 타입의 검사대상 구조물(B)의 결함 상태를 비파괴로 검사하는 역할을 하는 장치로서, 상기 검사대상 구조물(B)의 상부에 결합되고 강자성체로서 자기장을 걸어주어 자화되었을 때 탄성적 변형이 생기며 체적의 변화에 의해 초음파가 발생되게 하고, 되돌아 온 초음파에 의해 다시 구동되는 자기변형체(11)와, 상기 자기변형체(11)가 하부에 결합되어 상기 자기변형체(11)를 상기 검사대상 구조물(B)에 밀착시켜 고정시키거나 밀착을 해제할 수 있게 상기 자기변형체(11)의 케이싱 역할을 하는 자기변형체홀더(12)를 포함하여 구성된 초음파 구동부(1)와; 상기 초음파 구동부(1)의 상부에 접촉되어 상기 자기변형체(11)와 검사대상 구조물(B)의 밀착 정도를 조절함으로써, 상기 자기변형체(11)에 가해지는 수직 항력 변화를 통한 예압을 조절하는 예압조절장치부(2)와; 전방바이어스코일(31)과 후방바이어스코일(32)로 구성되어 상기 초음파 구동부(1)의 전후로 상기 검사대상 구조물(B)의 축 방향과 수직방향으로 설치되며, 상기 자기변형체(11)에 자기장을 인가하는 바이어스코일부(3)와; 좌방구동코일(41)과 우방구동코일(42)로 구성되어 상기 초음파 구동부(1)의 좌우로 상기 검사대상 구조물의 축 방향으로 설치되며, 상기 바이어스코일부가 상기 자기변형체에 자기장을 인가하고 있는 상태에서 상기 자기변형체(11)에 펄스 형태의 전류를 인가하여 상기 자기변형체(11)의 체적을 변화시켜 초음파를 발생하게 하고, 상기 자기변형체 주변의 자기장 변화를 픽업하는 구동코일부(4)와; 상기 검사대상 구조물(B)이 내부로 통과하고 상기 좌방구동코일(41)과 우방구동코일(42)이 각각 설치되고 상기 좌방구동코일(41)과 우방구동코일(42)의 간격을 유지시켜주는 2개의 구동코일보빈(51)과, 상기 구동코일보빈(51)과 직각으로 설치되며 상기 전방바이어스코일(31)과 후방바이어스코일(32)이 각각 설치되고 상기 전방바이어스코일(31)과 후방바이어스코일(32)의 간격을 유지시켜주는 2개의 바이어스코일보빈(52)으로 구성된 보빈부(5)와; 상기 초음파 구동부(1), 예압조절장치(2), 구동코일부(4), 바이어스코일부(3) 및 보빈부(5)가 설치되어 고정되고 각각의 간격을 유지시켜주며 외부를 감싸는 하우징부(6)을 포함하여 구성된다.
상기 예압조절장치(2)는 상기 하우징부(6)의 예압조절장치설치홀(66)에 삽입될 수 있게 원통형이며,
상기 예압조절장치(2)의 외주면에는 상기 예압조절장치설치홀(66)과 나사 결합을 위한 수나사가 형성된다.
상기 예압조절장치(2)의 상단에는 드라이버로 회전시켜 상기 자기변형체홀더(12)를 눌러 상기 자기변형체(11)와 검사대상 구조물(B)의 밀착 정도인 수직항력을 조절할 수 있게 십자홈(21)이 형성된다.
상기 초음파는 상기 바이어스코일부(3)에 전류를 인가하여 자기장을 형성시켜 상기 자기변형체(11)를 인장시켜 놓은 상태에서 상기 구동코일부(4)에 펄스 형태의 전류를 인가하여 자기장에 의해 상기 자기변형체(11)의 체적을 변화시킴으로써 발생한다.
상기 검사대상 구조물(B)의 결함 검출 방법은 발생된 상기 초음파는 상기 검사대상 구조물(B)의 표면을 따라 전파되면서 상기 검사대상 구조물(B)에 발생된 결함이나 상기 검사대상 구조물(B)의 양 말단에 부딪혀 다시 돌아오게 되며, 돌아온 상기 초음파로 인해 상기 자기변형체(11)의 체적이 바뀌면서 발생하는 자기장의 변화는 다시 상기 구동코일부(4)에 전달되는 것을 센싱하고 분석하는 방법으로 결함을 검출한다.
상기 자기변형 장치(A)는 픽업된 자기장의 변화나 초음파의 변화를 측정하는 DAQ 디바이스(Data Acquisition Device), 자기변형체(11)에 의한 구동신호를 증폭하는 파워 앰프(Power Amp.) 비파괴검사를 위한 구동회로와 프로그램이 내장된 PC를 포함한 제어부 등을 추가로 포함할 수 있다.
도 5와 도 6에 도시되어 있는 것 같이 상기 전방바이어스코일(31)과 후방바이어스코일(32)은 상기 바이어스코일보빈(52)에 각각 감겨 상기 하우징부(6)의 내부에 위치하며 상기 검사대상 구조물(B)의 축과 수직인 방향에 위치하여 양의 방향으로 체적변화를 하는 상기 자기변형체(11) 주변에 지속적으로 자기장을 걸어줌으로써 상기 자기변형체(11)에 가해지는 상기 구동코일부(4)에 의한 자기장 변화를 양의 방향뿐만 아니라 음의 방향까지 사용하도록 한다.
상기 좌방구동코일(41)과 우방구동코일(42)은 상기 구동코일보빈(51)에 각각 감겨 상기 하우징부의 내부에 위치하며, 상기 검사대상 구조물의 축 방향에 위치하여 상기 자기변형체(11) 주변에 펄스 형태의 전류를 인가하여 상기 자기변형체(11) 주변의 자기장을 변화시킴으로써 상기 자기변형체(11)의 체적변화를 야기하여 초음파가 발생되고, 상기 검사대상 구조물의 양 말단이나 내재하는 결함에 반사된 초음파가 다시 상기 자기변형체(11)에 돌아옴으로써 야기되는 상기 자기변형체(11)의 체적변화를 자기장으로 픽업하는 역할을 동시에 수행한다.
상기 초음파는 상기 바이어스코일부(3)에 전류를 인가하여 자기장을 형성시켜 상기 자기변형체(11)를 인장시켜 놓은 상태에서 상기 구동코일부(4)에 펄스 형태의 전류를 인가하여 자기장에 의해 상기 자기변형체(11)의 체적을 변화시킴으로써 발생한다.
상기 검사대상 구조물(B)의 결함 검출 방법은 발생된 상기 초음파는 상기 검사대상 구조물(B)의 표면을 따라 전파되면서 상기 검사대상 구조물(B)에 발생된 결함이나 상기 검사대상 구조물(B)의 양 말단에 부딪혀 다시 돌아오게 되며, 돌아온 상기 초음파로 인해 상기 자기변형체(11)의 체적이 바뀌면서 발생하는 자기장의 변화는 다시 상기 구동코일부(4)에 전달되고, 전달된 자기장의 변화를 센싱하고 분석하는 방법으로 결함을 검출한다.
상기 자기변형체(11)는 초음파을 발생할 수 있게 액추에이팅을 하는 액추에이터 역할과 상기 초음파로 인해 상기 자기변형체(11)의 체적이 바뀌면서 발생하는 자기장의 변화를 가져오는 반향파를 검출할 수 있게 센싱하는 센서 역할을 겸한다.
즉, 상기 자기변형체(11)는 핵 연료봉(검사대상 구조물(B))의 피복에 유도초음파을 발생시킬 수 있으며, 얻어지는 신호를 통해 핵 연료봉(검사대상 구조물(B))의 상태를 예측할 수 있는 신호처리 기술을 가진다.
도 7에 도시되어 있는 것 같이 상기 초음파 구동부(1)는 상기 검사대상 구조물(B)의 상부에 결합되고 강자성체로서 자기장을 걸어주어 자화되었을 때 탄성적 변형이 생기며 체적의 변화에 의해 초음파가 발생되게 하고, 되돌아 온 초음파에 의해 다시 구동되는 자기변형체(11)와, 상기 자기변형체(11)가 하부에 결합되어 상기 자기변형체(11)를 상기 검사대상 구조물(B)에 밀착시켜 고정시키거나 밀착을 해제할 수 있게 상기 자기변형체(11)의 케이싱 역할을 하는 자기변형체홀더(12)를 포함하여 구성된다.
도 8에 도시되어 있는 것 같이 상기 자기변형체(11)는 상기 검사대상 구조물(B)의 상부에 결합되고 강자성체로서 자기장을 걸어주어 자화되었을 때 탄성적 변형이 생기며 체적의 변화에 의해 초음파가 발생되게 하고, 되돌아 온 초음파에 의해 다시 구동된다.
상기 자기변형체(11)는 자기장의 변화를 픽업하여 자기에너지를 전기에너지로 변환시키거나, 전기에너지를 자기에너지 또는 기계에너지로 변환시키는 트랜스듀서(Transducer) 역할을 한다.
상기 자기변형체(11)는 니켈로 제작되고, 상기 반원통홈(1221)에 반원구조로 패치 형태로 라이닝(Lining)되며, 상기 검사대상 구조물(B)에 접착되지 않고 단순 접촉에 의해 초음파의 가진 및 측정이 이루어지게 한다.
도 9에 도시되어 있는 것 같이 자기변형체홀더(12)는 상기 자기변형체(11)가 하부에 결합되어 상기 자기변형체(11)를 상기 검사대상 구조물(B)에 밀착시켜 고정시키거나 밀착을 해제할 수 있게 상기 자기변형체(11)의 케이싱 역할을 한다.
상기 자기변형체홀더(12)는 자기장에 영향을 받지 않는 비자성체로 제작된다.
상기 자기변형체홀더(12)는 상기 예압조절장치(2)의 말단에 접촉되는 원통부(121)와; 상기 원통부(121)의 하부에 형성되며 상기 원통부(121)의 중심과 같은 중심을 가지고, 직육면체 형상을 가지며, 상기 자기변형체(11)가 하부에 결합되는 반원통 형상의 반원통홈(1221)을 가지는 자기변형체결합부(122)로 구성된다.
도 10에 도시되어 있는 것 같이 상기 자기변형체(11)의 구동원리 및 표현식은 아래와 같다.
도 10 (a)와 같이 구동코일을 이용하여 자기변형체(11)에 자기장이 인가되면, 자기장의 세기에 따라 자기변형체(11)의 형상이 변화하게 되며, 이러한 현상을 자기변형 효과(magnetostrictive effect) 혹은 줄 효과(Joule effect)라고 하고, 자기변형 효과는 주로 액추에이터에 사용된다.
반대로 외부의 힘에 의해 자기변형체(11)의 형상이 변화하면 자기변형체(11)의 내부에 자화도가 변화하게 되며, 이로 인해 구동코일 내부에 자기장의 세기가 변화하게 된다.
이러한 현상을 역자기 변형효과(inverse magnetostrictive effect) 혹은 빌라리 효과(Villari effect)라고 하고 주로 센서로 사용된다.
이와 같은 내용은 도 10 (b)에 표현이 되어 있다.
여기서 B는 자속밀도, d는 자기변형 상수, T는 응력, uT는 응력(T)에서 자기변형 재료의 상대 투자율, H는 자기장의 세기, S는 변형률, sH는 특정한 자기장의 세기(H)에서의 컴플라이언스를 나타낸다.
이러한 두 효과는 응력(T)과 자기장(H)이 서로 연관되어 선형적인 관계를 갖고 있다.
이러한 관계를 이용하여 자기변형체(11)의 액추에이터 특성과 센서의 특성을 분석하여 자기변형트랜스듀서의 모델로 활용할 수 있다.
도 11은 자기변형체(11)가 트랜스듀서(Transducer)와 센서(Sensor)를 동시에 수행할 수 있는 원리에 대한 설명을 나타내고 있다.
도 11의 (a)는 자기변형체(11)가 외부에 자기장이 인가되지 않은 상태(Demagnetized state)를 나타내고 있으며, 자기변형체(11)의 형상에는 변화가 없다. 하지만 도 11의 (b)와 같이 외부에 자기장을 인가하는 경우 자기변형체(11)는 외부에 인가되는 자기장의 세기(Magnetic field intensity)에 따라 그 형상이 변화하게 되며, 그에 따른 길이의 변화 이 발생하게 된다. 이러한 현상을 Joule effect라 부르며, 외부의 자기장을 코일을 이용하여 제어하여 웨이브(Wave)를 발생시킬 수 있는 트랜스듀서(Transducer)로서 이용할 수 있게 된다.
도 11의 (c)는 기계적인 진동, 혹은 응력을 측정할 수 있는 센서로서의 역할을 할 수 있는 방법을 표현하고 있다. 자기장이 인가되어 있는 상태에서 자기변형체(11)에 응력의 변화가 발생하면 응력에 의한 자기변형체의 길이 δL 이 발생하며 이러한 현상을 Villari effect라 한다.
외부 응력에 의해서 자기변형체(11)의 길이가 변화하면 자기변형체(11)의 내부에 자속밀도(flux density)의 변화가 발생하게 되고, 자기변형체(11) 주위를 감싼 센싱 코일로 이러한 자속밀도의 변화를 검출할 수 있게 된다
도 12에 도시되어 있는 것 같이 검사용으로 사용되는 초음파는 그 형태와 구현에 따라 크게 체적파, 표면파, 판파 3가지로 구분할 수 있으며, 그 중 판파가 유도초음파로 분류된다.
또한 도 12와 같이 도파체의 형상이 원통형일 경우 유도초음파의 형상은 종파, 비틀림파, 굽힘파 3가지의 모드를 갖게 되며 이는 초음파의 입사각 및 주파수, 도파체의 형상 및 재질에 따라 달라지며, 일반적으로 3가지 모드가 중첩되어 발생하게 된다. 그 중 비틀림파와 종파가 분산특성이 우수하여 결함의 해석이 용이하므로 결함검출은 주로 비틀림파 및 종파를 주로 이용한다.
따라서 핵 연료봉의 형상 및 특성을 분석하고, 트랜스듀서의 입력주파수, 입사각 등을 고려하여 이용 가능한 유도초음파 모드를 분석하고, 그에 따른 특성을 파악하여 트랜스듀서의 모델을 수립할 수 있다.
도 13는 파이프에서 유도초음파를 발생시켜 결함을 검출하는 원리를 나타내고 있다.
상기 자기변형체(11)에서 발생한 유도초음파는 파이프 벽을 타고 진행하며, 결함 발생 시 결함 경계면의 밀도차이로 인해 파동이 반사되어 이 파형을 트랜스듀서로 측정하여 결함을 검출하는 방법이다. 본 연구에서는 이러한 원리를 응용하여 핵 연료봉의 부분 검출이 아닌, 전체적인 결함을 상기 자기변형체(11)을 트랜스듀서를 이용하여 검출하고자 한다.
도 14에 도시되어 있는 것 같이 상기 자기변형체(11)의 트랜스듀서로서의 성능을 측정하고자 핵 연료봉 샘플에 인위적 결함을 제작하여 결함의 검출 거리와 범위를 판별 할 수 있도록 균일한 간격과 각도를 갖는 결함은 상기 자기변형체(11)의 트랜스듀서의 측정 거리와 범위를 측정할 수 있도록, 트랜스듀서에서 동일한 간격과 크기로 결함을 배치하며, 각 결함은 등각으로 배치되어 있어 측정 결과를 정량적으로 분석할 수 있다.
이와 같은 결함을 이용하여 자기변형체를 트랜스듀서로 이용하였을 경우 최대 간격을 측정 할 수 있으며, 트랜스듀서와 근접한 거리에 있는 결함을 검출할 수 없는 사각지대의 존재 유무 및 거리 등의 정보를 획득할 수 있다.
결함의 검출 분해능을 판별할 수 있도록 다양한 크기를 갖는 결함은 트랜스듀서의 결함측정 분해능을 측정하기 위하여 동일 선상에 다양한 크기의 결함을 생성한다. 결함의 종류는 피복을 관통한 형태, 반 관통 형태, 그리고 표면의 결함 등을 생성하여 결함의 형상에 따른 측정결과를 분석할 수 있으며, 트랜스듀서의 성능을 판별할 수 있는 다양한 크기와 불규칙한 형태의 결함을 생성하여 측정된 결함 데이터의 신뢰성 및 성능을 분석할 수 있다.
도 15에 도시되어 있는 것 같이 상기 보빈부(5)는 상기 검사대상 구조물(B)이 내부로 통과하고 상기 좌방구동코일(41)과 우방구동코일(42)이 각각 설치되고 상기 좌방구동코일(41)과 우방구동코일(42)의 간격을 유지시켜주는 2개의 구동코일보빈(51)과, 상기 구동코일보빈(51)과 직각으로 설치되며 상기 전방바이어스코일(31)과 후방바이어스코일(32)이 각각 설치되고 상기 전방바이어스코일(31)과 후방바이어스코일(32)의 간격을 유지시켜주는 2개의 바이어스코일보빈(52)으로 구성된다.
상기 구동코일보빈(51)과 바이어스코일보빈(52)은 내부에 원통형의 중공(514, 524)을 가지며, 상기 하우징부(6)의 측면과 결합되는 보빈플랜지부(511, 521)와; 상기 보빈플랜지부(511, 521)의 중앙에서 수직으로 일정 직경으로 형성되어 상기 구동코일부(4) 또는 바이어스코일부(3)의 코일이 감기는 코일설치부(512, 522)와; 상기 코일설치부(512, 522)의 말단에 형성되어 상기 구동코일부(4) 또는 바이어스코일부(3)의 코일이 상기 코일설치부(512, 522)에서 벗어나지 않도록 하며, 상기 하우징부(6)의 내부로 인입되고, 말단의 외경이 상기 코일설치부(512, 522) 측 외경보다 작게 경사진 경사면(5131, 5231)을 가진 돌출링부(513, 523)로 구성된다.
상기 보빈플랜지부(511, 521)에는 상기 하우징부(6)과의 결합을 위한 하우징결합홀(5111, 5211)이 형성된다.
도 16에 도시되어 있는 것 같이 상기 하우징(6)은 상기 초음파 구동부(1), 예압조절장치(2), 구동코일부(4), 바이어스코일부(3) 및 보빈부(5)가 설치되어 고정되고 각각의 간격을 유지시켜주며 외부를 감싸는 것이다.
상기 하우징부(6)는 상기 초음파 구동부(1), 예압조절장치(2), 구동코일부(4), 바이어스코일부(3) 및 보빈부(5)가 내부에 설치될 수 있도록 2개로 분리된다.
상기 하우징부(6)의 측면에는 상기 구동코일보빈(51)이 설치되는 2개의 구동코일보빈 설치홀(61)과; 상기 바이어스코일보빈(52)이 설치되는 2개의 바이어스코일보빈 설치홀(62)과; 상기 구동코일부(4)과 바이어스코일부(3)에 전원을 공급하고 전선과 자기변형량을 센싱하는 제어선이 인출입하는 다수 개의 배선홈(63)과; 각각의 상기 구동코일보빈(51)과 바이어스코일보빈(52)을 상기 하우징부(6)에 고정시키기 위해 각 면에 2개씩의 보빈고정홀(64)이 형성된다.
상기 하우징부(6)의 내부 중앙에는 상기 초음파 구동부(1)가 설치되는 구동부설치홈(65)이 형성된다.
상기 하우징부(6)의 상부 중앙에는 상기 예압조절장치(2)가 설치되며 암나사가 형성된 예압조절장치설치홀(66)이 형성된다.
상기 하우징부(6)의 상부 모서리 부분에는 상기 자기변형 장치(A)를 고정하기 위한 옵티컬 테이블과의 결합을 위한 4개의 옵티컬테이블 고정나사홀(67)이 형성된다.
본 발명의 튜브 타입 구조물의 비파괴검사용 자기변형 장치에 따르면 자기변형체는 압전 소자에 비해 높은 퀴리 온도, 에너지 밀도, 변형률 등을 가지므로 적용 대상인 튜브 타입 구조물의 다양성과 무관하게 폭넓은 적용이 가능하며, 구조물의 외부에서 부식이나 깨짐과 같은 결함을 검출 할 수 있기 때문에 별도의 해체작업이 필요 없고, 튜브 타입 구조물 내의 고온·고압이나 다양한 잔여물의 존재 유무 등 검사 환경에 있어서 기존의 비파괴 검사 장치 보다 자유롭다는 장점이 있다.
A : 자기변형 장치 B : 검사대상 구조물
1 : 초음파 구동부
11 : 자기변형체 12 : 자기변형체홀더
121 : 원통부 122 : 자기변형체결합부
1221 : 반원통홈
2 : 예압조절장치 21 : 십자홈
3 : 바이어스코일부
31 : 전방바이어스코일 32 : 후방바이어스코일
4 : 구동코일부
41 : 좌방구동코일 42 : 우방구동코일
5 : 보빈부 51 : 구동코일보빈
511 : 보빈플랜지부 5111 : 하우징결합홀
512 : 코일설치부 513 : 돌출링부
5131 : 경사면 514 : 중공
52 : 바이어스코일보빈 521 : 보빈플랜지부
5211 : 하우징결합홀 522 : 코일설치부
523 : 돌출링부 5231 : 경사면
524 : 중공
6 : 하우징부 61 : 구동코일보빈 설치홀
62 : 바이어스코일보빈 설치홀 63 : 배선홈
64 : 보빈고정홀 65 : 구동부설치홈
66 : 예압조절장치설치홀 67 : 옵티컬테이블 고정나사홀

Claims (5)

  1. 자기변형을 이용하여 튜브 타입의 검사대상 구조물(B)의 결함 상태를 비파괴로 검사하는 자기변형 장치(A)에 있어서,
    상기 자기변형 장치(A)는 상기 검사대상 구조물(B)의 상부에 결합되고 강자성체로서 자기장을 걸어주어 자화되었을 때 탄성적 변형이 생기며 체적의 변화에 의해 초음파가 발생되게 하고, 되돌아 온 초음파에 의해 다시 구동되는 자기변형체(11)와, 상기 자기변형체(11)가 하부에 결합되어 상기 자기변형체(11)를 상기 검사대상 구조물(B)에 밀착시켜 고정시키거나 밀착을 해제할 수 있게 상기 자기변형체(11)의 케이싱 역할을 하는 자기변형체홀더(12)를 포함하여 구성된 초음파 구동부(1)와;
    상기 초음파 구동부(1)의 상부에 접촉되어 상기 자기변형체(11)와 검사대상 구조물(B)의 밀착 정도를 조절함으로써, 상기 자기변형체(11)에 가해지는 수직 항력 변화를 통한 예압을 조절하는 예압조절장치부(2)와;
    전방바이어스코일(31)과 후방바이어스코일(32)로 구성되어 상기 초음파 구동부(1)의 전후로 상기 검사대상 구조물(B)의 축 방향과 수직방향으로 설치되며, 상기 자기변형체(11)에 자기장을 인가하는 바이어스코일부(3)와;
    좌방구동코일(41)과 우방구동코일(42)로 구성되어 상기 초음파 구동부(1)의 좌우로 상기 검사대상 구조물(B)의 축 방향으로 설치되며, 상기 바이어스코일부(3)가 상기 자기변형체(11)에 자기장을 인가하고 있는 상태에서 상기 자기변형체(11)에 펄스 형태의 전류를 인가하여 상기 자기변형체(11)의 체적을 변화시켜 초음파를 발생하게 하고, 상기 자기변형체(11) 주변의 자기장 변화를 픽업하는 구동코일부(4)와;
    상기 검사대상 구조물(B)이 내부로 통과하고 상기 좌방구동코일(41)과 우방구동코일(42)이 각각 설치되고 상기 좌방구동코일(41)과 우방구동코일(42)의 간격을 유지시켜주는 2개의 구동코일보빈(51)과, 상기 구동코일보빈(51)과 직각으로 설치되며 상기 전방바이어스코일(31)과 후방바이어스코일(32)이 각각 설치되고 상기 전방바이어스코일(31)과 후방바이어스코일(32)의 간격을 유지시켜주는 2개의 바이어스코일보빈(52)으로 구성된 보빈부(5)와;
    상기 초음파 구동부(1), 예압조절장치(2), 구동코일부(4), 바이어스코일부(3) 및 보빈부(5)가 설치되어 고정되고 각각의 간격을 유지시켜주며 외부를 감싸는 하우징부(6)을 포함하여 구성되며,
    상기 초음파는 상기 바이어스코일부(3)에 전류를 인가하여 자기장을 형성시켜 상기 자기변형체(11)를 인장시켜 놓은 상태에서 상기 구동코일부(4)에 펄스 형태의 전류를 인가하여 자기장에 의해 상기 자기변형체(11)의 체적을 변화시킴으로써 발생하고,
    상기 검사대상 구조물(B)의 결함 검출 방법은 발생된 상기 초음파는 상기 검사대상 구조물(B)의 표면을 따라 전파되면서 상기 검사대상 구조물(B)에 발생된 결함이나 상기 검사대상 구조물(B)의 양 말단에 부딪혀 다시 돌아오게 되며, 돌아온 상기 초음파로 인해 상기 자기변형체(11)의 체적이 바뀌면서 발생하는 자기장의 변화는 다시 상기 구동코일부(4)에 전달되는 것을 센싱하고 분석하는 방법으로 결함을 검출하며,
    상기 하우징부(6)는 상기 초음파 구동부(1), 예압조절장치(2), 구동코일부(4), 바이어스코일부(3) 및 보빈부(5)가 내부에 설치될 수 있도록 2개로 분리되며,
    상기 하우징부(6)의 측면에는 상기 구동코일보빈(51)이 설치되는 2개의 구동코일보빈 설치홀(61)과;
    상기 바이어스코일보빈(52)이 설치되는 2개의 바이어스코일보빈 설치홀(62)과;
    상기 구동코일부(4)과 바이어스코일부(3)에 전원을 공급하고 전선과 자기변형량을 센싱하는 제어선이 인출입하는 다수 개의 배선홈(63)과;
    각각의 상기 구동코일보빈(51)과 바이어스코일보빈(52)을 상기 하우징부(6)에 고정시키기 위해 각 면에 2개씩의 보빈고정홀(64)이 형성되며,
    상기 하우징부(6)의 내부 중앙에는 상기 초음파 구동부(1)가 설치되는 구동부설치홈(65)이 형성되고,
    상기 하우징부(6)의 상부 중앙에는 상기 예압조절장치(2)가 설치되고 암나사가 형성된 예압조절장치설치홀(66)이 형성되며,
    상기 하우징부(6)의 상부 모서리 부분에는 상기 자기변형 장치(A)를 고정하기 위한 옵티컬 테이블과의 결합을 위한 4개의 옵티컬테이블 고정나사홀(67)이 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브 타입 구조물의 비파괴검사용 자기변형 장치
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 구동코일보빈(51)과 바이어스코일보빈(52)은 내부에 원통형의 중공(514, 524)을 가지며, 상기 하우징부(6)의 측면과 결합되는 보빈플랜지부(511, 521)와;
    상기 보빈플랜지부(511, 521)의 중앙에서 수직으로 일정 직경으로 형성되어 상기 구동코일부(4) 또는 바이어스코일부(3)의 코일이 감기는 코일설치부(512, 522)와;
    상기 코일설치부(512, 522)의 말단에 형성되어 상기 구동코일부(4) 또는 바이어스코일부(3)의 코일이 상기 코일설치부(512, 522)에서 벗어나지 않도록 하며, 상기 하우징부(6)의 내부로 인입되고, 말단의 외경이 상기 코일설치부(512, 522) 측 외경보다 작게 경사진 경사면(5131, 5231)을 가진 돌출링부(513, 523)로 구성되고,
    상기 보빈플랜지부(511, 521)에는 상기 하우징부(6)과의 결합을 위한 하우징결합홀(5111, 5211)이 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브 타입 구조물의 비파괴검사용 자기변형 장치
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 자기변형체홀더(12)는 자기장에 영향을 받지 않는 비자성체로 제작되고,
    상기 자기변형체홀더(12)는 상기 예압조절장치(2)의 말단에 접촉되는 원통부(121)와;
    상기 원통부(121)의 하부에 형성되며 상기 원통부(121)의 중심과 같은 중심을 가지고, 직육면체 형상을 가지며, 상기 자기변형체(11)가 하부에 결합되는 반원통 형상의 반원통홈(1221)을 가지는 자기변형체결합부(122)로 구성되며,
    상기 예압조절장치(2)는 상기 하우징부(6)의 예압조절장치설치홀(66)에 삽입될 수 있게 원통형이며,
    상기 예압조절장치(2)의 외주면에는 상기 예압조절장치설치홀(66)과 나사 결합을 위한 수나사가 형성되고,
    상기 예압조절장치(2)의 상단에는 드라이버로 회전시켜 상기 자기변형체홀더(12)를 눌러 상기 자기변형체(11)와 검사대상 구조물(B)의 밀착 정도인 수직항력을 조절할 수 있게 십자홈(21)이 형성되는 튜브 타입 구조물의 비파괴검사용 자기변형 장치
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전방바이어스코일(31)과 후방바이어스코일(32)은 상기 바이어스코일보빈(52)에 각각 감겨 상기 하우징부(6)의 내부에 위치하며 상기 검사대상 구조물(B)의 축과 수직인 방향에 위치하여 양의 방향으로 체적변화를 하는 상기 자기변형체(11) 주변에 지속적으로 자기장을 걸어줌으로써 상기 자기변형체(11)에 가해지는 상기 구동코일부(4)에 의한 자기장 변화를 양의 방향뿐만 아니라 음의 방향까지 사용하도록 하고,
    상기 좌방구동코일(41)과 우방구동코일(42)은 상기 구동코일보빈(51)에 각각 감겨 상기 하우징부의 내부에 위치하며, 상기 검사대상 구조물의 축 방향에 위치하여 상기 자기변형체(11) 주변에 펄스 형태의 전류를 인가하여 상기 자기변형체(11) 주변의 자기장을 변화시킴으로써 상기 자기변형체(11)의 체적변화를 야기하여 초음파가 발생되게 하고, 상기 검사대상 구조물의 양 말단이나 내재하는 결함에 반사된 초음파가 다시 상기 자기변형체(11)에 돌아옴으로써 야기되는 상기 자기변형체(11)의 체적변화를 자기장으로 픽업하는 역할을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 튜브 타입 구조물의 비파괴검사용 자기변형 장치
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