KR102657400B1 - Residual stress measurement method using ultrasonic sensor - Google Patents
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Abstract
본 출원 발명은 기존에 LCR 방법을 이용하여 초음파 시간차를 측정하여 시편의 잔류응력을 측정하는 방법은 식(1)에의하면 
상기와 같은 구성에 의하여 시편의 표면 가까이에 집중되어 빠른 속도로 표면을 따라 이동하는 LCR 파의 속도를 측정하여 응력이 0일 때의 속도와 비교하여 속도변화로 인장응력, 압축응력 및 응력의 크기를 측정할 수 있는 효과가 있다.In the present application, the method of measuring the residual stress of a specimen by measuring the ultrasonic time difference using the existing L CR method is according to equation (1):
By measuring the speed of the L CR wave that is concentrated near the surface of the specimen and moving along the surface at high speed by the above configuration, the tensile stress, compressive stress, and stress are measured by the change in speed compared to the speed when the stress is 0. It has the effect of being able to measure size.
Description
본 출원 발명은 금속재료의 잔류응력 측정 방법에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 금속재료의 잔류응력을 초음파를 이용하여 측정하는 방법에 관한 것이다.The invention of this application relates to a method for measuring residual stress of metallic materials. More specifically, it relates to a method of measuring the residual stress of metallic materials using ultrasonic waves.
본 출원 발명 이전의 선행기술로 잔류응력 측정 시스템에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 기술에서는 시험편에 직접 접촉되어 초음파에 의해 시험편에 투과/반사되는 초음파의 시간값을 측정하는 초음파탐촉자를 갖는 휴대가 가능한 탐상기와; 상기 초음파탐촉자의 시간 값을 증폭하는 전송하는 초음파증폭기와; 잔류응력 계산식을 갖는 마이크로프로세서를 통해 상기 초음파증폭기로부터 수신 받은 시간값을 계산하여 시험편의 잔류응력값을 산출하여 디스플레이하는 단말기를 포함하고, 상기 탐상기는 상기 시험편에 하면이 접촉되며, 일 부분에 상기 초음파탐촉자가 착탈 가능하게 구비되는 하부 가로바와, 상기 하부 가로바의 상부에 이격되어 손잡이 역할을 수행하는 상부가로바와, 상기 상부 가로바 및 하부 가로바의 일단을 수직으로 이어 지지하는 수직 지지바가 일체로 이루어진 지그몸체와; 상기 하부 가로바에 착탈 가능하게 구비되어 상기 시험편에 초음파를 총출/수신하여 시간 값을 측정하는 초음파탐촉자와; 상기 초음파증폭기에 직결되어 상기 단말기로 상기 초음파증폭기의 시간 값을 단말기로 전송할 수 있도록 유선 연결하는 커넥터를 포함하는 기술이 개시되어 있다.Technology related to a residual stress measurement system has been disclosed as prior art prior to the invention of this application. In this technology, a portable flaw detector having an ultrasonic probe that is in direct contact with the test piece and measures the time value of ultrasonic waves transmitted/reflected by ultrasonic waves to the test piece; an ultrasonic amplifier that amplifies and transmits the time value of the ultrasonic transducer; It includes a terminal that calculates the residual stress value of the test piece by calculating the time value received from the ultrasonic amplifier through a microprocessor having a residual stress calculation formula, and displays the residual stress value of the test piece, wherein the flaw detector has a lower surface in contact with the test piece, and has a portion of the test piece. A lower horizontal bar on which an ultrasonic transducer is removably provided, an upper horizontal bar that is spaced apart from the upper part of the lower horizontal bar and serves as a handle, and a vertical support bar that vertically connects and supports one end of the upper horizontal bar and the lower horizontal bar are integrated. A jig body consisting of; an ultrasonic transducer that is detachably provided on the lower horizontal bar and measures time values by emitting/receiving ultrasonic waves to the test piece; A technology is disclosed that includes a connector that is directly connected to the ultrasonic amplifier and wired to transmit the time value of the ultrasonic amplifier to the terminal.
또 다른 선행기술로 피측정 재료 2의 1 표면부로 밀착시켜 둔 도파체 1을 통해, 상기 피측정 재료 2의 내부로 향해서 발진기 9보다 초음파를 발진하고, 피측정 재료 2로부터의 반사파를 수신기 10에서 수신 하고, 상기 초음파의 발진 위치를 조금씩 슬라이딩시켜, 수신 한 반사파가 최대치를 취하는 방향을 측정함으로써, 피측정 재료 2가 가지는 최대 주응력σ1의 방향을 특정하고, 이것과 직교하는 주 응력σ2의 방향과 아울러, 상기 최대 주응력σ1의 방향 및 이것으로 직교하는 주 응력σ2의 방향의 각각의 방향에 관해서, 초음파의 일차입반사파의 발진 각도θ에서 음속 V1, V2와, 동위치에서 발진 각도를 바꾸어, 복굴절 현상에 근거하는 2차입반사파의 발진 각도θ'에서 음속 V1',V2'를 측정하고, 음속차이(V1-V2) 및( V1'-V2')로 잔류 응력(σ1-σ2)을 산출하는 잔류 응력 측정 방법을 개시하고 있다.In another prior art, ultrasonic waves are oscillated by the oscillator 9 toward the inside of the material to be measured 2 through the waveguide 1 placed in close contact with the surface portion of the material to be measured 2, and the reflected wave from the material to be measured 2 is transmitted to the receiver 10. By receiving, sliding the oscillation position of the ultrasonic wave little by little, and measuring the direction in which the received reflected wave takes its maximum value, the direction of the maximum principal stress σ1 of the material to be measured 2 is specified, and the direction of the principal stress σ2 orthogonal to this is determined. In addition, with respect to the direction of the maximum principal stress σ1 and the direction of principal stress σ2 orthogonal thereto, the oscillation angle is changed at the same position as the sound speed V1 and V2 at the oscillation angle θ of the ultrasonic primary reflected wave, and birefringence occurs. Based on the phenomenon, the sound speed V1', V2' is measured at the oscillation angle θ' of the secondary reflected wave, and the residual stress (σ1-σ2) is calculated from the sound speed difference (V1-V2) and (V1'-V2'). A method for measuring stress is disclosed.
본 출원 발명은 기존에 LCR 방법을 이용하여 초음파 시간차를 측정하여 시편의 잔류응력을 측정하는 방법은 는 초기 밀도, 은 하중에 평행하게 전파하는 종파속도, 와 는 2차 탄성 상수, 과 은 3차 탄성 상수, 는 포아송 비, 은 단축 방향 인장시험으로 측정하는 LCR 파에 대한 무차원 음향탄성상수를 모두 알아야 계산할 수 있었다. 본 출원 발명은 이러한 문제점을 LCR 파만을 이용하여 잔류응력을 측정할 수 있는 식(2)를 포함하는 발명을 제공함으로써 간단한 계산만으로 잔류응력이 측정 가능한 방법을 제공하고자 한다.The invention of this application is a method of measuring the residual stress of a specimen by measuring the ultrasonic time difference using the existing L CR method. is the initial density, is the longitudinal velocity propagating parallel to the load, and is the second elastic constant, class is the third-order elastic constant, is Poisson's ratio, could be calculated by knowing all the dimensionless acoustoelastic constants for the L CR wave measured by the uniaxial tensile test. The present application aims to solve this problem by providing an invention that includes equation (2) that can measure residual stress using only L CR waves, thereby providing a method by which residual stress can be measured through simple calculations.
상기와 같은 과제를 해결하고자 다음의 과제해결 수단을 제공한다.In order to solve the above problems, the following problem solving means are provided.
초음파 센서를 이용한 잔류응력측정방법에 있어서,In the residual stress measurement method using an ultrasonic sensor,
1단계 : 응력이 없는 시편을 준비하는 단계 및Step 1: Preparing a stress-free specimen and
2단계 : 초음파 트랜스듀서와 탐촉자를 준비하는 단계 및Step 2: Preparing the ultrasonic transducer and probe and
3단계 : 제2단계에서 준비한 초음파 트랜스듀서와 탐촉자를 LCR파를 발생시키기 위한 쐐기에 고정하는 단계 및Step 3: Fixing the ultrasonic transducer and probe prepared in step 2 to the wedge for generating L CR waves, and
4단계 : 상기 제3단계의 쐐기 각도는 상기 제1단계에서 준비한 시편의 종파속도와 상기 쐐기의 종파속도를 스넬의 법칙을 이용하여 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자의 쐐기 각도를 계산하는 단계 및Step 4: The wedge angle of the third step is calculated by using the longitudinal velocity of the specimen prepared in the first step and the longitudinal velocity of the wedge using Snell's law to calculate the wedge angle of the ultrasonic transducer and the probe;
5단계 : 상기 시편에 응력이 0인 상태에서 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자가 구비된 쐐기를 이용하여 상기 초음파 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 상기 탐촉자가 신호를 받을 때까지의 시간 를 측정하는 단계 및Step 5: Time until the ultrasonic transducer generates a signal using a wedge equipped with the ultrasonic transducer and the probe in a state where the stress on the specimen is 0 and the probe receives the signal. Steps to measure and
제6단계 ; 상기 시편에 응력을 높이면서 응력의 변화에 따라 상기 초음파 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 상기 탐촉자가 신호를 받을 때까지의 시간 를 측정하는 단계 및Step 6; While increasing the stress on the specimen, a signal is generated from the ultrasonic transducer according to the change in stress, and the time until the transducer receives the signal Steps to measure and
제7단계 : 상기 6단계의 과정을 3개 이상의 응력에 따른 신호를 측정하는 반복측정단계 및Step 7: Repeated measurement step of measuring signals according to three or more stresses in the above six steps and
제8단계 : 제6단계에서 측정한 응력에 따른 측정시간(t) 대 응력(MPa) 그래프를 하기의 식(2)의 관계를 이용하여 얻는 단계 및Step 8: Obtaining a graph of measurement time (t) versus stress (MPa) according to the stress measured in step 6 using the relationship in equation (2) below, and
제9단계 : 상기 그래프로부터 측정시간(t) 대 응력(MPa) 관계식을 구하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파탐촉자를 이용한 잔류응력측정방법을 제공한다.Step 9: Provides a method of measuring residual stress using an ultrasonic probe, which includes the step of calculating the relationship between measurement time (t) and stress (MPa) from the above graph.
여기서,here,
또한, 초음파 센서를 이용한 잔류응력측정방법에 있어서,In addition, in the residual stress measurement method using an ultrasonic sensor,
1단계 : 초기응력을 모르는 시편을 준비하는 단계 및Step 1: Preparing a specimen with unknown initial stress and
2단계 : 초음파 트랜스듀서와 탐촉자를 준비하는 단계 및Step 2: Preparing the ultrasonic transducer and probe and
3단계 : 제2단계에서 준비한 초음파 트랜스듀서와 탐촉자를 LCR파를 발생시키기 위한 쐐기에 고정하는 단계 및Step 3: Fixing the ultrasonic transducer and probe prepared in step 2 to the wedge for generating L CR waves, and
4단계 : 상기 제3단계의 쐐기 각도는 상기 제1단계에서 준비한 시편의 종파속도와 상기 쐐기의 종파속도를 스넬의 법칙을 이용하여 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자의 쐐기 각도를 계산하는 단계 및Step 4: The wedge angle of the third step is calculated by using the longitudinal velocity of the specimen prepared in the first step and the longitudinal velocity of the wedge using Snell's law to calculate the wedge angle of the ultrasonic transducer and the probe;
5단계 : 상기 시편에 추가응력을 부가하지 않은 상태에서 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자가 구비된 쐐기를 이용하여 상기 초음파 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 상기 탐촉자가 신호를 받을 때까지의 시간 
제6단계 ; 상기 시편에 100MPa 씩 응력을 높이면서 응력의 변화에 따라 상기 초음파 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 상기 탐촉자가 신호를 받을 때까지의 시간
제7단계 : 상기 6단계의 과정을 반복하면서 응력에 따른 측정시간(t) 대 응력(MPa) 그래프를 하기 식(3)의 잔류응력과 LCR파 속도와의 관계를 이용하여 그리면서 3점 이상의 점이 일직선을 이룰 때 까지 측정을 반복하는 반복측정단계 및Step 7: Repeat the process of step 6 above and draw a graph of measurement time (t) vs. stress (MPa) according to stress using the relationship between residual stress and L CR wave speed in equation (3) below, scoring 3 points. Repeated measurement step of repeating the measurement until the above points form a straight line, and
제8단계 : 상기 그래프에서 3점 이상의 점이 일직선을 이루면 측정시간(t) 대 응력(MPa) 관계식을 구하고 상기 5단계에서 측정한 
또한, 상기 쐐기의 재질은 PMMA(poly-methyl-meta-acrylate)인 것을 특징으로 하는 초음파탐촉자를 이용한 잔류응력측정방법을 제공한다.In addition, a method of measuring residual stress using an ultrasonic probe is provided, wherein the material of the wedge is PMMA (poly-methyl-meta-acrylate).
또한, 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자는 2.25MHz인 것을 특징으로 하는 초음파탐촉자를 이용한 잔류응력측정방법을 제공한다.In addition, a method of measuring residual stress using an ultrasonic transducer and a probe is provided, characterized in that the ultrasonic transducer and probe are 2.25 MHz.
본 출원 발명은 상기와 같은 구성에 의하여 시료에 입사되는 초음파 종파가 제1 임계각(스네일의 법칙에서 파장의 전반사 조건)보다 크거나 같은 각으로 굴절하더라도, 완전히 사라지지 않고 표면 가까이에 집중되어 빠른 속도로 표면을 따라 이동하는 LCR 파의 속도를 측정하여 응력이 0일 때의 속도와 비교하여 속도변화로 인장응력, 압축응력 및 응력의 크기를 측정할 수 있는 효과가 있다. 동일한 재질의 시편이라면 실험실에서 시편의 응력에 따른 속도 변화를 측정하고, 현장에서 LCR 파의 속도를 측정하는 것만으로 사용자의 사용에 의한 응력축적을 측정할 수 있는 효과가 있다.According to the invention of the present application, even if the ultrasonic longitudinal wave incident on the sample is refracted at an angle greater than or equal to the first critical angle (the total reflection condition of the wavelength in Snail's law) due to the above configuration, it does not completely disappear and is concentrated near the surface, causing rapid By measuring the speed of the L CR wave moving along the surface at a speed, it is possible to measure the magnitude of tensile stress, compressive stress, and stress by changing the speed by comparing it to the speed when the stress is 0. If the specimen is made of the same material, it is possible to measure the stress accumulation due to the user's use simply by measuring the speed change according to the stress of the specimen in the laboratory and measuring the speed of the L CR wave in the field.
도 1은 본 출원 발명의 LCR 파의 속도를 측정 원리를 도시하고 있다.
도2는 본 출원 발명의 응력과 LCR 파의 속도와의 관계를 측정하기 위한 실험장치 구성 사진이다.
도 3은 본 출원 발명의 LCR 파의 속도를 측정하기위한 초음파측정 트랜스미터와 리시버 구성 사진이다.
도 4는 본 출원 발명의 실험장치로 LCR 파의 속도를 측정한 측정 결과이다.
도5는 본 출원 발명의 실험장치로 LCR 파의 속도를 응력에 따라 측정한 결과이다.Figure 1 shows the principle of measuring the speed of the L CR wave according to the invention of this application.
Figure 2 is a photograph of the configuration of an experimental device for measuring the relationship between stress and speed of L CR wave according to the invention of this application.
Figure 3 is a photograph of the ultrasonic measurement transmitter and receiver configuration for measuring the speed of the L CR wave according to the invention of this application.
Figure 4 shows the measurement results of measuring the speed of the L CR wave using the experimental device of the invention of this application.
Figure 5 shows the results of measuring the speed of the LCR wave according to stress using the experimental device of the invention of this application.
본 출원 발명은 재료의 잔류응력을 초음파 센서를 이용하여 측정하는 기술에 관한 것이다.The invention of this application relates to a technology for measuring the residual stress of a material using an ultrasonic sensor.
이를 위하여 LCR(Longitudinal Critically Refracted)파를 이용하였다. 도 1에 도시한 것과 같이 시료에 입사되는 초음파 종파가 제1 임계각보다 크거나 같은 각으로 굴절하더라도, 완전히 사라지지 않고 표면 가까이에 집중되어 빠른 속도로 표면을 따라 이동하는 파를 LCR 파라 한다.For this purpose, L CR (Longitudinal Critically Refracted) waves were used. As shown in Figure 1, even if the ultrasonic longitudinal wave incident on the sample is refracted at an angle greater than or equal to the first critical angle, the wave that does not completely disappear but is concentrated near the surface and moves along the surface at high speed is called L CR wave.
LCR 파는 표면파가 아니라 재료의 표면 바로 아래(sub-surface)로 전달되는 체적파(bulk wave)의 한 종류로서 재료의 표면뿐만 아니라 내부의 응력장(stress-field)에 따라 속도가 변화되며, 재료의 조직 상태에 따라 변화가 거의 없다.The L CR wave is not a surface wave, but a type of bulk wave that is transmitted just below the surface of the material. Its speed changes depending on not only the surface of the material but also the internal stress-field. There is little change depending on the state of the organization.
본 출원 발명에서는 이러한 LCR 파를 이용하여 재료 내부의 응력상태를 파악하였다.In the present invention, the stress state inside the material was identified using these L CR waves.
재료의 변형률에 따른 초음파 속도의 변화를 상대감도 (relative sensitivity)라고 하며, 하기 식 (1)과 같이 표시된다.The change in ultrasonic velocity according to the strain rate of the material is called relative sensitivity, and is expressed as equation (1) below.
식 (1)에서 In equation (1)
상기 식(1)은 초음파 전달시간의 변화(dt/t 0 ) 관점에서 하기 식(2)와 같이 응력변화의 식을 나타낼 수 있다. The above equation (1) can represent the stress change equation as shown in the following equation (2) in terms of the change in ultrasonic transmission time ( dt/t 0 ).
식 (2)에서In equation (2)
도1에서 수신 초음파 탐촉자의 거리가 고정될 경우, LCR 파의 전달시간은 압축 응력에서는 감소하고 인장 응력에서 증가하게 된다. 이때 음향탄성상수 
식(2)를 다시 정리하면, 
상기 식(3)에서 응력이 0 일때 초음파 전달시간의 변화(dt/t 0 )는 0 이며, 응력이 증가 또는 감소하게되면 LCR 파의 초음파 전달시간의 변화(dt/t 0 )가 선형으로 변화하게 되므로 이를 이용하여 시료의 잔류응력을 측정할 수 있다. 식(3)이 응력과 LCR 파의 속도와의 관계를 나타내는 식으로 이식을 응용하여 시편의 잔류응력을 LCR 파의 속도 측정만으로 측정할 수 있다. 기존의 바크하우젠 노이즈 등은 금속의 시편만을 측정할 수 있었으나, 이 측정 방법은 비금속의 잔류응력도 측정할 수 있는 효과가 있다.In equation (3), when the stress is 0, the change in ultrasonic transmission time ( dt/t 0 ) is 0, and when the stress increases or decreases, the change in ultrasonic transmission time ( dt/t 0 ) of the L CR wave is linear. Since it changes, the residual stress of the sample can be measured using this. Equation (3) represents the relationship between stress and the speed of the L CR wave. By applying grafting, the residual stress of the specimen can be measured only by measuring the speed of the L CR wave. Existing Barkhausen noise could only measure metal specimens, but this measurement method has the effect of measuring residual stress of non-metals as well.
(실시예 1)(Example 1)
식 (3)의 
도2와 같이 UTM을 이용하여 금속재료의 인장력 실험을 하였다. 상기 금속시편은 길이 150mm, 폭 25mm, 두께 3mm로 제작하였다. LCR 파 측정을 위하여 2.25 MHz의 초음파 트랜스듀서를 사용하였으며, 쇄기 각도는 약 28.11도로 설정하였으며, 탐촉자는 상기 초음파 트랜스듀서와 29.3mm 이격된 위치에 도 3과 같이 구성하였다.As shown in Figure 2, a tensile strength test of a metal material was conducted using UTM. The metal specimen was manufactured with a length of 150 mm, a width of 25 mm, and a thickness of 3 mm. To measure L CR waves, a 2.25 MHz ultrasonic transducer was used, the wedge angle was set to about 28.11 degrees, and the probe was configured as shown in Figure 3 at a distance of 29.3 mm from the ultrasonic transducer.
상기 쇄기 각도는 금속시편의 종파속도와 쇄기의 재료의 종파속도를 스넬의 법칙을 적용하여 계산하였다. The wedge angle was calculated by applying Snell's law to the longitudinal velocity of the metal specimen and the longitudinal velocity of the wedge material.
이렇게 구성한 실험 장치로 인장력이 0일 때 측정한 실험결과가 도4의 그래프 이다.The graph in Figure 4 shows the experimental results measured using the experimental device configured in this way when the tensile force is 0.
약 11.3us의 (t 0 )가 측정되었다.( t0 ) of approximately 11.3us was measured.
인장력을 높여가면서 실험한 결과가 도 5의 그래프이다. 인장력이 높아짐에 따라 LCR 파의 전달시간이 증가하는 것을 볼 수 있다. 실시예 1에서는 금속시편을 측정하기 위하여 초음파의 진동수를 2.25 MHz로 선택하였으나, 재료의 종류에 따라 상기 진동수를 변화하여 측정할 수 있음은 물론이다.The graph in Figure 5 shows the results of an experiment while increasing the tensile force. It can be seen that the propagation time of the L CR wave increases as the tensile force increases. In Example 1, the frequency of ultrasonic waves was selected as 2.25 MHz to measure the metal specimen, but of course, the frequency can be changed and measured depending on the type of material.
(실시예 2)(Example 2)
초음파를 이용한 잔류응력측정방법Residual stress measurement method using ultrasonic waves
1단계 : 응력이 없는 시편을 준비하는 단계Step 1: Preparing a stress-free specimen
2단계 : 초음파 트랜스듀서와 탐촉자를 준비하는 단계Step 2: Preparing the ultrasonic transducer and probe
3단계 : 제2단계에서 준비한 초음파 트랜스듀서와 탐촉자를 LCR 파를 발생시키기 위한 쐐기에 고정하는 단계Step 3: Fixing the ultrasonic transducer and probe prepared in Step 2 to the wedge to generate L CR waves.
4단계 : 상기 제3단계의 쐐기 각도는 상기 제1단계에서 준비한 시편의 종파속도와 상기 쐐기의 종파속도를 스넬의 법칙을 이용하여 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자의 쐐기 각도를 계산하는 단계Step 4: The wedge angle of the third step is calculated by using the longitudinal velocity of the specimen prepared in the first step and the longitudinal velocity of the wedge using Snell's law to calculate the wedge angle of the ultrasonic transducer and the probe.
5단계 : 상기 시편에 응력이 0인 상태에서 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자가 구비된 쐐기를 이용하여 상기 초음파 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 상기 탐촉자가 신호를 받을 때까지의 시간 
제6단계 ; 상기 시편에 응력을 높이면서 응력의 변화에 따라 상기 초음파 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 상기 탐촉자가 신호를 받을 때까지의 시간 
제7단계 : 상기 6단계의 과정을 3개 이상의 응력에 따른 신호를 측정하는 반복측정단계Step 7: Repeated measurement step of measuring signals according to three or more stresses through the above six steps
제8단계 : 제6단계에서 측정한 응력에 따른 측정시간(t) 대 응력(MPa) 그래프를 식(2)의 관계를 이용하여 얻는 단계Step 8: Obtaining a graph of measurement time (t) versus stress (MPa) according to the stress measured in step 6 using the relationship in equation (2).
제9단계 : 상기 그래프로부터 측정시간(t) 대 응력(MPa) 관계식을 구하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파탐촉자를 이용한 잔류응력측정방법을 제공한다.Step 9: Provides a method of measuring residual stress using an ultrasonic probe, which includes the step of calculating the relationship between measurement time (t) and stress (MPa) from the above graph.
(실시예 3)(Example 3)
초음파를 이용한 잔류응력측정방법Residual stress measurement method using ultrasonic waves
1단계 : 초기응력을 모르는 시편을 준비하는 단계Step 1: Preparing a specimen with unknown initial stress
2단계 : 초음파 트랜스듀서와 탐촉자를 준비하는 단계Step 2: Preparing the ultrasonic transducer and probe
3단계 : 제2단계에서 준비한 초음파 트랜스듀서와 탐촉자를 LCR 파를 발생시키기 위한 쐐기에 고정하는 단계Step 3: Fixing the ultrasonic transducer and probe prepared in Step 2 to the wedge to generate L CR waves.
4단계 : 상기 제3단계의 쐐기 각도는 상기 제1단계에서 준비한 시편의 종파속도와 상기 쐐기의 종파속도를 스넬의 법칙을 이용하여 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자의 쐐기 각도를 계산하는 단계Step 4: The wedge angle of the third step is calculated by using the longitudinal velocity of the specimen prepared in the first step and the longitudinal velocity of the wedge using Snell's law to calculate the wedge angle of the ultrasonic transducer and the probe.
5단계 : 상기 시편에 추가응력을 부가하지 않은 상태에서 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자가 구비된 쐐기를 이용하여 상기 초음파 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 상기 탐촉자가 신호를 받을 때까지의 시간 
제6단계 ; 상기 시편에 100MPa 씩 응력을 높이면서 응력의 변화에 따라 상기 초음파 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 상기 탐촉자가 신호를 받을 때까지의 시간 
제7단계 : 상기 6단계의 과정을 반복하면서 응력에 따른 측정시간(t) 대 응력(MPa) 그래프를 하기 식(3)의 잔류응력과 LCR파 속도와의 관계를 이용하여 그리면서 3점 이상의 점이 일직선을 이룰 때 까지 측정을 반복하는 반복측정단계Step 7: Repeat the process of step 6 above and draw a graph of measurement time (t) vs. stress (MPa) according to stress using the relationship between residual stress and L CR wave speed in equation (3) below, scoring 3 points. Repeated measurement step where measurements are repeated until the above points form a straight line
제8단계 : 상기 그래프에서 3점 이상의 점이 일직선을 이루면 측정시간(t) 대 응력(MPa) 관계식을 구하고 상기 5단계에서 측정한 
(실시예 4)(Example 4)
상기 쐐기의 재질은 PMMA(poly-methyl-meta-acrylate)를 사용한다.The material of the wedge is PMMA (poly-methyl-meta-acrylate).
(실시예 5)(Example 5)
상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자는 2.25MHz를 사용한다.The ultrasonic transducer and probe use 2.25MHz.
(실시예 6)(Example 6)
상기 시편의 종파속도(Vs)와 쐐기 재질의 종파속도(Vw)를 스네일의 전반사 법칙을 이용하여 상기 시편과 상기 쐐기의 경계면에서 전반사가 일어날 수 있는 각도를 만들어 줌으로써 상기 시편의 표면 바로 밑에서 LCR 파가 발생할 수 있도록 쐐기 각도는 arcsin(Vw/Vs) 식을 사용하여 계산한다.The longitudinal velocity (Vs) of the specimen and the longitudinal velocity (Vw) of the wedge material are adjusted to L just below the surface of the specimen by using Snail's law of total reflection to create an angle at which total reflection can occur at the interface between the specimen and the wedge. The wedge angle so that CR waves can be generated is calculated using the arcsin(Vw/Vs) equation.
상기와 같은 작용효과를 나타내기 위한 발명의 구성은 다음과 같다.The composition of the invention to achieve the above-mentioned effects is as follows.
초음파 센서를 이용한 잔류응력측정방법에 있어서,In the residual stress measurement method using an ultrasonic sensor,
1단계 : 응력이 없는 시편을 준비하는 단계 및Step 1: Preparing a stress-free specimen and
2단계 : 초음파 트랜스듀서와 탐촉자를 준비하는 단계 및Step 2: Preparing the ultrasonic transducer and probe and
3단계 : 제2단계에서 준비한 초음파 트랜스듀서와 탐촉자를 LCR파를 발생시키기 위한 쐐기에 고정하는 단계 및Step 3: Fixing the ultrasonic transducer and probe prepared in step 2 to the wedge for generating L CR waves, and
4단계 : 상기 제3단계의 쐐기 각도는 상기 제1단계에서 준비한 시편의 종파속도와 상기 쐐기의 종파속도를 스넬의 법칙을 이용하여 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자의 쐐기 각도를 계산하는 단계 및Step 4: The wedge angle of the third step is calculated by using the longitudinal velocity of the specimen prepared in the first step and the longitudinal velocity of the wedge using Snell's law to calculate the wedge angle of the ultrasonic transducer and the probe;
5단계 : 상기 시편에 응력이 0인 상태에서 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자가 구비된 쐐기를 이용하여 상기 초음파 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 상기 탐촉자가 신호를 받을 때까지의 시간 를 측정하는 단계 및Step 5: Time until the ultrasonic transducer generates a signal using a wedge equipped with the ultrasonic transducer and the probe in a state where the stress on the specimen is 0 and the probe receives the signal. Steps to measure and
제6단계 ; 상기 시편에 응력을 높이면서 응력의 변화에 따라 상기 초음파 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 상기 탐촉자가 신호를 받을 때까지의 시간 
제7단계 : 상기 6단계의 과정을 3개 이상의 응력에 따른 신호를 측정하는 반복측정단계 및Step 7: Repeated measurement step of measuring signals according to three or more stresses in the above six steps and
제8단계 : 제6단계에서 측정한 응력에 따른 측정시간(t) 대 응력(MPa) 그래프를 하기의 식(2)의 관계를 이용하여 얻는 단계 및Step 8: Obtaining a graph of measurement time (t) versus stress (MPa) according to the stress measured in step 6 using the relationship in equation (2) below, and
제9단계 : 상기 그래프로부터 측정시간(t) 대 응력(MPa) 관계식을 구하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파탐촉자를 이용한 잔류응력측정방법을 제공한다.Step 9: Provides a method of measuring residual stress using an ultrasonic probe, which includes the step of calculating the relationship between measurement time (t) and stress (MPa) from the above graph.
여기서,here,
또한, 초음파 센서를 이용한 잔류응력측정방법에 있어서,In addition, in the residual stress measurement method using an ultrasonic sensor,
1단계 : 초기응력을 모르는 시편을 준비하는 단계 및Step 1: Preparing a specimen with unknown initial stress and
2단계 : 초음파 트랜스듀서와 탐촉자를 준비하는 단계 및Step 2: Preparing the ultrasonic transducer and probe and
3단계 : 제2단계에서 준비한 초음파 트랜스듀서와 탐촉자를 LCR파를 발생시키기 위한 쐐기에 고정하는 단계 및Step 3: Fixing the ultrasonic transducer and probe prepared in step 2 to the wedge for generating LCR waves, and
4단계 : 상기 제3단계의 쐐기 각도는 상기 제1단계에서 준비한 시편의 종파속도와 상기 쐐기의 종파속도를 스넬의 법칙을 이용하여 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자의 쐐기 각도를 계산하는 단계 및Step 4: The wedge angle of the third step is calculated by using the longitudinal velocity of the specimen prepared in the first step and the longitudinal velocity of the wedge using Snell's law to calculate the wedge angle of the ultrasonic transducer and the probe;
5단계 : 상기 시편에 추가응력을 부가하지 않은 상태에서 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자가 구비된 쐐기를 이용하여 상기 초음파 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 상기 탐촉자가 신호를 받을 때까지의 시간 
제6단계 ; 상기 시편에 100MPa 씩 응력을 높이면서 응력의 변화에 따라 상기 초음파 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 상기 탐촉자가 신호를 받을 때까지의 시간 
제7단계 : 상기 6단계의 과정을 반복하면서 응력에 따른 측정시간(t) 대 응력(MPa) 그래프를 하기 식(3)의 잔류응력과 LCR파 속도와의 관계를 이용하여 그리면서 3점 이상의 점이 일직선을 이룰 때 까지 측정을 반복하는 반복측정단계 및Step 7: Repeat the process of step 6 above and draw a graph of measurement time (t) vs. stress (MPa) according to stress using the relationship between residual stress and LCR wave speed in equation (3) below, with a score of 3 or more. Repeated measurement step of repeating the measurement until the point forms a straight line, and
제8단계 : 상기 그래프에서 3점 이상의 점이 일직선을 이루면 측정시간(t) 대 응력(MPa) 관계식을 구하고 상기 5단계에서 측정한 
또한, 상기 쐐기의 재질은 PMMA(poly-methyl-meta-acrylate)인 것을 특징으로 하는 초음파탐촉자를 이용한 잔류응력측정방법을 제공한다.In addition, a method of measuring residual stress using an ultrasonic probe is provided, wherein the material of the wedge is PMMA (poly-methyl-meta-acrylate).
또한, 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자는 2.25MHz인 것을 특징으로 하는 초음파탐촉자를 이용한 잔류응력측정방법을 제공한다.In addition, a method of measuring residual stress using an ultrasonic transducer and a probe is provided, characterized in that the ultrasonic transducer and probe are 2.25 MHz.
Claims (4)
1단계 : 초기응력을 모르는 시편을 준비하는 단계 및
2단계 : 초음파 트랜스듀서와 탐촉자를 준비하는 단계 및
3단계 : 제2단계에서 준비한 초음파 트랜스듀서와 탐촉자를 LCR파를 발생시키기 위한 쐐기에 고정하는 단계 및
4단계 : 상기 제3단계의 쐐기 각도는 상기 제1단계에서 준비한 시편의 종파속도와 상기 쐐기의 종파속도를 스넬의 법칙을 이용하여 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자의 쐐기 각도를 계산하는 단계 및
5단계 : 상기 시편에 추가응력을 부가하지 않은 상태에서 상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자가 구비된 쐐기를 이용하여 상기 초음파 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 상기 탐촉자가 신호를 받을 때까지의 시간
제6단계 ; 상기 시편에 100MPa 씩 응력을 높이면서 응력의 변화에 따라 상기 초음파 트랜스듀서에서 신호를 발생하고 상기 탐촉자가 신호를 받을 때까지의 시간
제7단계 : 상기 6단계의 과정을 반복하면서 응력에 따른 측정시간(t) 대 응력(MPa) 그래프를 하기 식(3)의 잔류응력과 LCR파 속도와의 관계를 이용하여 그리면서 3점 이상의 점이 일직선을 이룰 때 까지 측정을 반복하는 반복측정단계 및
제8단계 : 상기 그래프에서 3점 이상의 점이 일직선을 이루면 측정시간(t) 대 응력(MPa) 관계식을 구하고 상기 5단계에서 측정한
식 (2)
여기서,
은 종파의 속도
은 속도변화
는 응력변화
는 탄성계수
은 단축 방향 인장시험으로 측정하는 LCR 파에 대한 무차원 음향탄성상수(acoustic-elastic constant)
잔류응력이 없을 때 초음파트랜스듀서와 설정거리만큼 이격된 상태에서 초음파 신호가 도달하는 시간
잔료응력이 있는 상태에서 초음파트랜스듀서와 설정거리만큼 이격된 상태에서 초음파 신호가 도달하는 시간과 와의 차이
Step 1: Preparing a specimen with unknown initial stress and
Step 2: Preparing the ultrasonic transducer and probe and
Step 3: Fixing the ultrasonic transducer and probe prepared in step 2 to the wedge for generating LCR waves, and
Step 4: The wedge angle of the third step is calculated by using the longitudinal velocity of the specimen prepared in the first step and the longitudinal velocity of the wedge using Snell's law to calculate the wedge angle of the ultrasonic transducer and the probe;
Step 5: Time from generating a signal from the ultrasonic transducer using a wedge equipped with the ultrasonic transducer and a probe without adding additional stress to the specimen and until the probe receives the signal.
Step 6; While increasing the stress on the specimen by 100 MPa, the ultrasonic transducer generates a signal according to the change in stress, and the time until the probe receives the signal
Step 7: Repeat the process of step 6 above and draw a graph of measurement time (t) vs. stress (MPa) according to stress using the relationship between residual stress and L CR wave speed in equation (3) below, scoring 3 points. Repeated measurement step of repeating the measurement until the above points form a straight line, and
Step 8: If 3 or more points in the graph form a straight line, obtain the relationship between measurement time (t) and stress (MPa) and calculate the
Equation (2)
here,
The velocity of the silver longitudinal wave
is the speed change
is the stress change
is the elastic modulus
is the dimensionless acoustic-elastic constant for the L CR wave measured by uniaxial tensile testing.
Time for the ultrasonic signal to arrive when there is no residual stress and the ultrasonic transducer is separated by the set distance.
The time for the ultrasonic signal to arrive when there is residual stress and the ultrasonic transducer is separated by the set distance. difference from
상기 쐐기의 재질은 PMMA(poly-methyl-meta-acrylate)인 것을 특징으로 하는 초음파탐촉자를 이용한 잔류응력측정방법.According to paragraph 2,
A method of measuring residual stress using an ultrasonic probe, characterized in that the material of the wedge is PMMA (poly-methyl-meta-acrylate).
상기 초음파 트랜스듀서와 탐촉자는 2.25MHz인 것을 특징으로 하는 초음파탐촉자를 이용한 잔류응력측정방법.According to paragraph 2,
A method of measuring residual stress using an ultrasonic probe, characterized in that the ultrasonic transducer and probe are 2.25 MHz.
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