KR19980040518U - 직각변곡부 균열 검출기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 압연롤과 같이 직각으로된 변곡부에서 발생하는 피로균열을 검출하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 피검물의 비파괴조건에서 균열의 존재와 형상을 정확하게 파악할 수 있는 전위차법에 의한 직각변곡부의 균열 검출기에 관한 것이다.

본 고안의 특징은 변곡부를 이루는 피검물의 제1,2면에 각각 면접촉하게 될 센서블록의 제1,2접촉면에는 각각 한쌍씩의 탐침핀을 스프링 장착하고, 이들 탐침핀의 바깥쪽으로는 센서블록의 굴림을 위한 롤러를 장착하고, 상기 센서블록의 제1,2접촉면의 바깥쪽 탐침핀들 사이에는 계측장치의 전위발생원을 연결하고 상기 제1,2접촉면의 안쪽 탐침핀들 사아에는 계측장치의 전류측정기를 연결하고, 상기 계측장치에 의해 검출되는 변곡부에서의 균열검출 데이터는 기록계에 기록저장되게 연결하여 구성하는 변곡부에서의 균열 검출장치로 특징 지울수 있다.

본 고안에 의하면 압연롤과 같이 제1면과 제2면에 의한 직각 변곡부에서의 피로현상에 따른 균열현상을 비파괴 방식으로 측정할 수 있는 효과가 나타나게 된다.

Description

직각변곡부 균열 검출기

본 고안은 압연롤과 같이 직각으로된 변곡부에서 발생하는 피로균열을 검출하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 피검물의 비파괴조건에서 균열의 존재와 형상을 정확하게 파악할 수 있는 전위차법에 의한 직각변곡부의 균열 검출장치에 관한 것이다.

일반적으로 반복하중을 받는 설비에서는 피로에 의한 균열이 필연적으로 발생하게 된다.

이러한 피로균열은 시간의 증가와 함께 점차 발달하여 최종적으로는 대형사고의 원인을 제공하게 된다.

이 때문에 피로균열을 조기에 발견하고 이에 상응하는 대책을 수립하는 것이 설비의 안정적인 운전과 대형사고의 방지라는 측면에서 매우 중요한 의미를 가진다.

특히 제철설비의 주류를 이루고 있는 압연롤에서 응력 집중효과를 가장 심하게 받는 부분에서 피로균열이 발생가능성이 높게 나타나게 된다.

도 1은 대표적으로 압연롤(10)에서의 변곡점(13)이 서로 직각을 이루고 있는 제1면(11)과 제2면(12)에 의해 이루어지고 있음을 보이고 있다.

이러한 직각 변곡부를 가지는 압연롤에서의 변곡점(13)은 피로도를 쉽게 받게 되기 때문에 여기에서 크랙(14)이 쉽게 나타나게 됨을 도 2에 나타내고 있다.

한편 균열검출을 위한 수많은 검사법들이 알려져 있지만, 대부분의 비파괴검사법들이 나름대로의 제한점을 가지고 있으며 검사결과가 검사자의 경험에 의존하게 되는 수가 많다.

그중에서 표면 결함을 검출하기 위해서 도 3과 같은 전위차법이 널리 이용되고 있다. 여기에서 나타나 있는 바와 같이 시료(10')의 일정구간내에 전압원(16')으로부터의 전류가 흐르도록하고 그들 전압원에 의한 전류 공급점 사이의 안쪽에 전류검출기(17')를 설치하여, 상기 전류검출기 사이에 크랙(14)이 존재하고 있는 경우에 측정되는 전위차와 그렇지 않은 곳에서의 전위차를 비교하는 것으로 크랙의 발생 여부 및 크랙 정도를 파악하고 있다.

그러나 기존의 전위차법에 의한 크랙의 검사방법은 단지 일반적인 철강재에 적용가능할 뿐 압연롤과 같이 직각 변곡부를 가지는 철강재에는 적용할 수가 없다는 문제점을 가지고 있다.

본 고안의 목적은 압연롤과 같이 직각으로된 변곡부에서 발생하는 피로균열을 검출할 때 피검물을 파괴하지 않고서도 균열의 존재와 형상을 정확하게 파악할 수 있는 전위차법을 이용한 직각변곡부의 균열 검출기를 제공하는데 있다.

본 고안의 특징은 변곡부를 이루는 피검물의 제1,2면에 각각 면접촉하게 될 센서블록의 제1,2접촉면에는 각각 한쌍씩의 탐침핀을 스프링 장착하고, 이들 탐침핀의 바깥쪽으로는 센서블록의 굴림을 위한 롤러를 장착하고, 상기 센서블록의 제1,2접촉면의 바깥쪽 탐침핀들 사이에는 계측장치의 전위발생원을 연결하고 상기 제1,2접촉면의 안쪽 탐침핀들 사이에는 계측장치의 전류측정기를 연결하고, 상기 계측장치에 의해 검출되는 변곡부에서의 균열검출 데이터는 기록계에 기록저장되게 연결하여 구성되는 직각변곡부 균열 검출장치에 있다.

도 1은 직각변곡부를 가지는 압연롤의 일측 외관도이다.

도 2는 도 1 구조의 압연롤에서 변곡점 균열상태를 설명하기 위한 단면 구조이다.

도 3은 일반적인 전위차법의 개념 설명도이다.

도 4는 본 고안 장치의 전체적인 전기적 배선도이다.

도 5는 본 고안 장치의 센서블록의 단면 구조도이다.

도 6은 본 고안 장치의 센서블록의 외관 사시도이다.

도 7은 본 고안 장치에 의한 변곡부에서의 균열검출 특성 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 압연롤13: 변곡부

14: 크랙15: 계측장치

16: 전위발생원17: 전류측정기

18: 기록계20: 센서블록

21,24: 탐침핀25: 스프링

26: 도선27: 롤러

28: 축핀

첨부한 도면을 참고로하여 본 고안을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 고안 장치의 전체적인 구조 및 전기적인 회로 배선 구조도이다. 여기에서 참고되는 바와 같이, 압연롤(10)의 제1면(11)과 제2면(12)이 이루는 변곡부에는 센서블록(20)을 설치하고 이 센서블록(20)에는 계측장치(15)로부터의 전위발생원(16)과 전류측정기(17)를 연결하고, 상기 계측장치(15)의 출력은 기록계에 연결한다.

상기 센서블록(10)은 압연롤(10)과 같이 직각변곡부를 이루는 제1면에 접할 평면부와 제2면 접할 곡면부를 갖는다.

도 5는 본 고안의 센서블록(20)의 단면 구조도로써, 압연롤의 제1면(11)에 접하게 될 평면부에는 전류공급용인 제1탐침핀(21)과 전류측정용인 제3탐침핀(23)이 마련되고, 이들 제1,3탐침핀(21,23)의 바깥쪽으로는 축핀(28)에 의해 고정되고 있는 한쌍의 롤러(27)를 설치하고 있다.

상기 제1,3탐침핀(21,23)은 각각 측정면과의 탄력접촉성을 위해 그 내부에 스프링(25)을 가지고 있게 되며, 또한 이들 탐침핀에는 외부롤의 인출을 위한 도선(26)이 접속되고 있다.

마찬가지로 압연롤의 제2면(12)에 접하게 될 곡면부에는 전류공급용인 제2탐침핀(22)과 전류측정용인 제4탐침핀(24)이 마련되고 있으며, 이들 제2,4탐침핀(22,24)의 바깥쪽으로는 축핀(28)에 의해 고정되고 있는 한쌍의 롤러(27)가 설치되고 있다.

상기 제2,4탐침핀(22,24)은 각각 측정면과의 탄력접촉성을 위해 그 내부에 스프링(25)을 가지고 있게 되며, 또한 이들 탐침핀에는 외부롤의 인출을 위한 도선(26)이 접속되고 있다.

도 6은 앞에서 설명한 센서블록의 구조를 구체적으로 나타내기 위해 압연롤의 제1측정면에 접하게 될 평면부측에서 바라본 사시구조를 보이고 있다.

이와 같은 구조를 가지는 본 고안 장치의 동작과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 기본적인 개념은 압연롤과 같이 직각변곡부를 가지는 설비재료가 전기적 저항체 라는데 있다. 즉 재료에 균열이 발생하면 단면적의 감소에 따른 저항값의 변화가 있게 되므로 외부에서 일정한 전류의 공급이 있다고할 때 균열의 발생정도 및 크기에 따라 저항값이 변하게되어 최종적으로 서로다른 값의 전위차가 나타나게 되는 것이다.

도 4 내지 도 6에서 참고되는 바와 같이, 본 고안의 센서블록(20)은 압연롤과 같은 직각변곡부를 이루는 제1면(11)과 제2면(12)에 밀착접촉 한다. 도 5의 단면 구조로에서 보이고 있는 것처럼 전도성의 피검물, 즉 압연롤(10)의 제1면(11)에 접하게 되는 센서블록의 평판면에 장착된 제1,3탐침핀(21,23)은 상기 제1면에 스프링(25)의 탄력을 가지고 전기적으로 접촉하면서 롤러(27)의 구름을 따라 제1면을 스캔하게 된다.

마찬가지로 압연롤(10)의 원통형 면을 이루는 제2면(12)에 접하게 되는 센서블록(20)의 곡면에 장착된 제2,4탐침핀(22,24)은 상기 제2면에 대해 스프링(25)의 탄력을 가지고 전기적으로 접촉하면서 롤러(27)의 구름을 따라 원통형인 제1면을 스캔하게 된다.

이렇게 각각의 제1-4탐침핀(21-24)에 의해 접속되고 있는 피검물의 전기적 접점위치에는 각각의 도선(26)을 따라 계측장치(17)의 전위 발생원(16)과 전류측정기(17)에 접속된다.

그래서 센서블록(20)의 제1,2탐침핀(21,22)에 접촉하고 있는 피검물 부위에는 전위 발생원(16)으로부터의 전류가 공급되게 되고, 제3,4탐침핀(23,24)에 접촉하고 있는 피검물 부위의 양단간 사이의 저항값에 비례하는 전류량은 전류측정기(17)에 인가되게 된다.

이때, 피검물의 변곡부위에서 크랙이 발생되고 있다면 전류측정기에 접속되고 있는 탐침핀 사이의 저항값이 증가할 것이고, 그 저항값의 크기는 크랙의 정도에 따라 달라지게 되는 것이다.

도 7은 본 고안 장치의 실험 데이터로써, 크랙의 깊이(mm)에 대한 전류측정용 탐침핀간 전위(μV)차를 그래프로 나타낸 것이다.

여기에서 횡축은 피로시험에 의해서 인공적으로 만들어진 철강재료의 표면에서부터 서로 다른 깊이를 가지는 균열의 크기를 나타내고 있다.

또한 종축은 탐침핀을 통하여 시료에 I(A)의 일정 전류를 흘렸을 때 크랙의 크기에 따라 전압값들이 직선적으로 변화하는 있는 것으로부터 그 전위차를 계산함으로써 역으로 크랙크기를 비파괴 방식으로 검출할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 고안은 압연롤과 같이 제1,2면이 직각을 이루고 있고 또한 제2면에 원통형상의 곡면을 이루고 있는 철강재의 변곡부위에서 크랙의 발생여부와 그 크기를 전류공급 및 전류측정용 탐침핀에 의한 간단한 구조의 센서블록을 이용하여 피검물을 파괴하지 않고서도 정확히 파악할 수가 있게되므로, 매우 경제적인 방식으로 안전사고에 철저히 대비할 수 있는 효과가 나타나게 된다.

Claims (3)

1. 상호 직각을 이루는 변곡부를 가지는 철강재에 있어서, 피검물의 제1,2면(11,12)에 각각 면접촉하게 될 센서블록(20)의 두 접촉면에는 각각 한쌍씩의 제1,3탐침핀(21,23)과 제2,4탐침핀(22,24)을 장착하고, 이들 탐침핀의 바깥쪽으로는 센서블록의 굴림을 위한 롤러(27)를 장착하고, 상기 센서블록(20)의 두 접촉면의 바깥쪽 탐침핀들인 제1,2탐침핀(21,22) 사이에는 계측장치(15)의 전위발생원(16)을 연결하고 안쪽 탐침핀들인 제3,4탐침핀(23,24)사이에는 상기 계측장치(15)의 전류측정기(17)를 연결하고, 상기 계측장치(15)에 의해 검출되는 변곡부에서의 균열검출 데이터는 기록계(18)에 기록저장되게 연결하여 구성하는 것을 특징으로 하는 직각변곡부 균열 검출기.
2. 제1항에 있어서, 센서블록(20)의 탐침핀들의 바깥쪽으로는 센서블록의 굴림을 위한 롤러(27)를 장착하는 것을 특징으로 하는 직각변곡부 균열검출기.
3. 제1항에 있어서, 상기 센서블록(20)의 내에 장착되는 제1-4탐침핀(21-24)의 내측에는 시료와의 전기적 접속을 보장하기 위한 스프링(25)이 장착된 것을 특징으로 하는 직각변곡부 균열 검출기.