KR200406096Y1 - 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편 - Google Patents

위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편 Download PDF

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KR200406096Y1
KR200406096Y1 KR2020050030672U KR20050030672U KR200406096Y1 KR 200406096 Y1 KR200406096 Y1 KR 200406096Y1 KR 2020050030672 U KR2020050030672 U KR 2020050030672U KR 20050030672 U KR20050030672 U KR 20050030672U KR 200406096 Y1 KR200406096 Y1 KR 200406096Y1
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김용식
양승한
조찬희
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한국전력공사
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Abstract

이 고안은 하나의 시험편에 다양한 형상과 다양한 반사체(홀 및 노치)를 가공하여 교정에 필요한 여러 가지 작업을 가능하도록 함으로써 위상배열 초음파검사 검사기법에 적합한 교정작업을 하나의 교정시험편으로 가능하도록 하며, 하나의 교정시험편을 이용하여 시간축 교정, 웨지 지연거리 측정,감도(sensitivity), 분해능(resolution), 굴절각, 조향능력 측정, 깊이에 따른 집속능력 평가등의 교정에 필요한 작업을 가능하도록 함으로써 위상배열 초음파검사의 교정작업에 필요한 시간을 최소화하고 검사자의 편리성을 향상시킨, 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편에 관한 것으로서,
직육면체의 교정시험편몸체(100)의 측면에 반경이 50mm인 원호기둥(101)과 반경이 25mm인 원호기둥(103)이 일체로 돌출 가공형성되어 있으며, 교정시험편몸체(100)의 측면 상부면에 형성된 반원 중심(104)으로부터 원주방향으로 일정한 거리로 각도를 증가시키면서 측면공(105)이 배열되어 있으며, 분해능 측정을 위하여 동일한 크기의 간격이 다른 5개의 측면공(108)이 교정시험편몸체(100)의 측면 하부에 형성되어 있으며, 다양한 결함 깊이에 대하여 초음파신호의 특성을 평가하기 위하여 교정시험편몸체(100)의 측면 일측에 동일한 크기의 측면공(107)을 수직으로 배열하며, 굴절각의 범위를 측정하기 위하여 교정시험편몸체(100)의 측면 일정한 깊이에 측면공(110)을 가공하며, 크기가 얼마정도의 결함을 검출할 수 있는가를 확인함으로써 감도를 측정하기 위하여 교정시험편몸체(100)의 측면 일정한 깊이에 크 기가 다른 측면공(106)을 가공하여 이루어진다.
교정시험편, 측면공, 분해능, 초음파, 비파괴 검사. 결함

Description

위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편{The Calibration Standard for Phased Array Ultrasonic Testing}
도 1은 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 사시 구성도이다.
도 2는 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 정면도 및 측면도이다.
도 3은 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 빔거리 측정 모습을 보여주는 정면도 및 측면도이다.
도 4는 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 조향능력 특성 평가 모습을 보여주는 정면도 및 측면도이다.
도 5는 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 분해능 측정 모습을 보여주는 정면도 및 측면도이다.
도 6은 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 동일한 크기의 결함 깊이에 따른 영향 평가 모습을 보여주는 정면도 및 측면도이다.
도 7은 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 굴절각 측정 모습을 보여주는 정면도 및 측면도이다.
도 8은 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 감도 측정 모습을 보여주는 정면도 및 측면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100- 교정시험편 몸체 101- 반경 50mm 원호기둥
102- 반경 50mm와 반경 25mm원의 중심 103- 반경 25mm 원호기둥
104- 반원의 중심 105 - 조향능력 측정을 위한 측면공
106- 감도 측정을 위한 측면공
107 - 깊이에 따른 빔의 특성평가를 위한 측면공
108 - 분해능 측정을 위한 측면공
109 - 탐촉자의 비틀림을 방지하기 위한 턱 200- 위상배열 초음파 탐촉자
이 고안은 비파괴 검사 분야에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 하나의 시험편에 다양한 형상과 다양한 반사체(홀 및 노치)를 가공하여 교정에 필요한 여러 가지 작업을 가능하도록 함으로써 위상배열 초음파검사 검사기법에 적합한 교정작업을 하나의 교정시험편으로 가능하도록 하며, 하나의 교정시험편을 이용하여 시간축 교정, 웨지 지연거리 측정,감도(sensitivity), 분해능(resolution), 굴절각, 조향능력 측정, 깊이에 따른 집속능력 평가등의 교정에 필요한 작업을 가능하도록 함으로써 위상배열 초음파검사의 교정작업에 필요한 시간을 최소화하고 검 사자의 편리성을 향상시킨, 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편에 관한 것이다.
비파괴검사는 시험대상물을 분리 해체하거나 파괴 또는 손상시키지 않고 외부에서 시험체에 물리적인 에너지를 가하여 내부구조 및 결함에 의한 물리적인 에너지 변화량을 측정하여 재료특성을 측정하고 채택여부를 판정하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라 시설물의 안전성 진단과 수명예측 등을 하는 검사로서, 초음파 비파괴검사, 방사선 비파괴검사, 침투 비파괴검사, 자기 비파괴검사, 와전류 비파괴검사, 누설 비파괴검사 등이 있다.
상기한 초음파 비파괴검사는 초음파를 시험체내로 보내어 시험체내에 존재하는 불연속을 검출하는 방법으로서, 시험체내의 불연속부로부터 반사되는 에너지량, 송신된 초음파가 시험체를 투과하여 불연속부로부터 반사되어 되돌아올 때까지의 진행시간, 초음파가 시험체를 투과할 때 감쇠되는 양의 차이를 적절한 표준자료(Standard data)와 비교하여 결함의 위치와 크기 등을 측정하게 되며, 다음과 같이 분류된다.
1. 초음파의 진행 원리에 의한 분류
초음파가 시험체내에서 진행할 때 불연속부와 같은 경계면에서는 투과 및 굴절 또는 반사를 한다. 이 때 불연속부에서 반사하는 초음파를 분석하여 검사하는 방법을 펄스반사법, 투과한 초음파를 분석하여 검사하는 방법을 투과법, 펄스반사법과 유사하지만 공진 현상을 이용한 공진법이 있다.
2. 탐촉자 접촉 방법에 의한 분류
탐촉자에서 발생시킨 초음파를 시험체에 전달하는 방식에 따라 분류하는 방법으로서, 탐촉자를 시험체에 직접 접촉시켜 초음파를 전달하는 방법을 직접접촉법이라하고, 시험체를 물과 같은 액체 접촉 매질속에 넣고 초음파의 진동을 액체를 통해 시험체에 전달하는 방법을 수침법이라 한다.
3. 파의 종류에 의한 분류
펄스 반사식 접촉법에 의한 파의 적용방식을 표현하면, 수직법, 사각법, 표면파법, 판파법 등으로 분류할 수 있다.
4. 표시 방법에 의한 분류
초음파 탐상검사에서 반사파에 대한 정보를 CRT화면 또는 다른 기록장치에 나타내는 표시방법에 따라A-Scan, B-Scan, C-Scan, MA-Scan등으로 분류한다.
5. 탐촉자수에 의한 분류
사용하는 탐촉자의 수에 따라 분리하는 방식으로 탐촉자를 1개 사용하여 검사하는 1탐촉자법, 2개를 사용하는 2탐촉자법, 또한 여러개를 동시에 사용하는 다탐촉자법등이 있다.
상기한 바와 같은 초음파 비파괴 검사는 대부분 국내의 KS 규격 또는 미국의 ASME 코드(Code)와 같은 기술기준에 기초하여 검사를 하게 된다.
이러한 기술기준에 있어서 공통적으로 검사에 대한 객관성을 확보하기 위하여 수행하고 있는 기준은, 검사 시작전과 검사 시작후에 일정한 교정작업을 수행함으로써 검사에 대한 일관성이 있음을 확인하기 위한 것이다.
상기한 교정작업은 여러개의 작업으로 구성되어 있는데, 사용하는 탐촉자의 굴절각을 측정하는 것에서부터 거리교정 및 감도, 분해능 확인등의 작업으로 이루어진다.
일반적인 초음파 비파괴 검사에서는 이러한 작업들을 각각의 용도에 적합한 시험편을 선정하여 시행하게 되므로, 일련의 작업들을 수행하기 위해서는 여러개의 시험편을 준비하고 시행하여야 한다.
그런데, 원자력발전소와 같이 방사능으로 오염된 부위의 검사를 수행할 경우 이와 같이 많은 시험편을 가지고서 검사를 수행하게 되면 검사자가 많은 부담을 가지게 되는 문제점이 있다.
이에따라 최근에는 새로운 검사기법으로서 위상배열을 이용한 초음파 비파괴검사기법(phased array ultrasonic testing)이 연구되고 있으나, 이 새로운 검사기법에 적합한 교정 시험편이 존재하지 않아 아직 사용되지 못하고 있는 실정이다.
본 고안의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하나의 시험편에 다양한 형상과 다양한 반사체(홀 및 노치)를 가공하여 교정에 필요한 여러 가지 작업을 가능하도록 함으로써 위상배열 초음파검사 검사기법에 적합한 교정작업을 하나의 교정시험편으로 가능하도록 하는, 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편을 제공하는 데 있다.
본 고안의 다른 목적은 하나의 교정시험편을 이용하여 시간축 교정, 웨지 지연거리 측정,감도(sensitivity), 분해능(resolution), 굴절각, 조향능력 측정, 깊이에 따른 집속능력 평가등의 교정에 필요한 작업을 가능하도록 함으로써 위상배열 초음파검사의 교정작업에 필요한 시간을 최소화하고 검사자의 편리성을 향상시킨 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편을 제공하는 데 있다.
이하, 이 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 고안을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 고안의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 고안의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 고안의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
도 1은 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 사시 구성도이고, 도 2는 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 정면도 및 측면도이다.
도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 구성은, 직육면체의 교정시험편몸체(100)의 측면에 반경이 50mm인 원호기둥(101)과 반경이 25mm인 원호기둥(103)이 일체로 돌출 가공형성되어 있으며, 교정시험편몸체(100)의 측면 상부면에 형성된 반원 중 심(104)으로부터 원주방향으로 일정한 거리로 각도를 증가시키면서 측면공(105)이 배열되어 있으며, 분해능 측정을 위하여 동일한 크기의 간격이 다른 5개의 측면공(108)이 교정시험편몸체(100)의 측면 하부에 형성되어 있으며, 다양한 결함 깊이에 대하여 초음파신호의 특성을 평가하기 위하여 교정시험편몸체(100)의 측면 일측에 동일한 크기의 측면공(107)을 수직으로 배열하며, 굴절각의 범위를 측정하기 위하여 교정시험편몸체(100)의 측면 일정한 깊이에 측면공(110)을 가공하며, 크기가 얼마정도의 결함을 검출할 수 있는가를 확인함으로써 감도를 측정하기 위하여 교정시험편몸체(100)의 측면 일정한 깊이에 크기가 다른 측면공(106)을 가공하여 이루어진다.
이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 구성은, 상기한 직육면체의 교정시험편몸체(100)의 상부면에 탐촉자의 비틀림을 방지하기 위한 턱(109)이 형성되도록 하면 바람직하다.
상기한 구성에 의한, 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 작용은 다음과 같다.
직육면체의 교정시험편몸체(100)의 측면에 반경이 50mm인 원호기둥(101)과 반경이 25mm인 원호기둥(103)이 일체로 돌출 가공형성되어 있는데, 상기한 반경 50mm 원호기둥(101)과 반경 25mm 원호기둥(103)의 목적은 위상배열 초음파 탐촉자(200)의 빔거리 조절을 위한 것으로서, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 위상배열 초음파 탐촉자(200)를 교정시험편몸체(100)의 상부면에 위치시켜 50mm와 25mm의 거리에 있는 원호면에서 돌아오는 빔의 거리를 이용하여 위상배열 초음파 탐촉자 (200)의 웨지로 인한 지연각 및 빔거리 설정에 이용된다. 도 3은 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 빔거리 측정 모습을 보여주는 도면이다.
한편, 직육면체의 교정시험편몸체(100)에는 각각의 교정 목적에 적합하도록 여러 가지 위치에 측면공(side drilled hole)과 노치가 가공된다.
이 고안의 위상배열 초음파검사 기법은 기존의 하나의 초음파센서를 사용하는 방법이 아니라 여러개의 센서를 배열하여 사용하는 검사기법으로서 초음파의 굴절각도를 원하는 각도 및 방향으로 조절이 가능한 검사기법이다. 따라서 위상배열 검사를 시행하기에 앞서 사용하고자 하는 위상배열 초음파 탐촉자(200)의 조향각(Steering angle)의 특성을 평가하여야 할 필요가 있다. 위상배열 초음파 탐촉자(200)에서 조향각은 사용하는 탐촉자의 크기와 내부 초음파센스의 크기 및 피치등에 영향을 받으므로 검사전 필히 확인하여야 한다. 도 4는 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 조향능력 특성 평가 모습을 보여주는 도면으로서, 교정하고자 하는 위상배열 탐촉자(200)의 조향능력을 확인하기 위한 것이다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 측면 상부면에 형성된 반원 중심(104)으로부터 원주방향으로 일정한 거리로 각도를 증가시키면서 배열된 측면공(105)의 중심(104)에 위상배열 초음파 탐촉자(200)를 위치시켜 검사장비에서 각도를 증가하면서 측면공이 적절하게 나타나며 각각의 신호가 구분되는지를 확인한다. 이를 이용하여 검사에 적절한 조향각도의 범위를 확인하고 검사에 적용함으로써 검사에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 초음파 비파괴 검사는 결함으로부터 반사된 신호를 이용하여 결함을 평가하는 검사기법이다. 만일 결함이 상호 인접되어 있을 경우 하나의 결함으로 표현된다면 적절하게 검사대상에 대한 평가가 이루어지지 않게 된다. 따라서 검사 전 인접한 결함으로부터 반사되어 돌아온 신호가 적절하게 분해되어 나타나는지를 확인할 필요가 있다. 이를 위하여 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 위상배열 초음파 탐촉자(200)를 교정시험편몸체(100)의 상부면에 위치시켜 동일한 크기의 간격이 다른 5개의 측면공(108)으로부터 신호를 관찰함으로써 검사장치의 분해능(resolution)을 측정할 수 있다. 도 5는 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 분해능 측정 모습을 보여주는 도면이다.
또한, 동일한 측면공을 깊이에 따라 배열하고 깊이에 따라 위상배열 초음파를 이용한 검사에서 동일한 반사원이 어떻게 나타나는지를 확인할 수 있다. 최근에 개발된 위상배열 초음파검사 장비는 DDF(Dynamic Depth Focusing)이라는 기능을 보유하고 있다. 이는 깊이방향으로 초음파의 집속을 동적으로 수행함으로써 다양한 깊이에 대하여 결함의 검출을 용이하게 되도록 한 기술이다. 따라서 다양한 결함 깊이에 대하여 초음파신호의 특성을 평가할 필요가 있다. 따라서 본 고안에서는 교정시험편몸체(100)의 측면에 동일한 크기의 측면공(107)을 수직으로 배열하고 도 6에 도시되어 있는 바와 같은 위치에서 수직으로 배열된 측면공(107)으로부터 반사된 신호를 평가하여 위상배열 초음파의 동적인 집속능을 교정하게 된다. 도 6은 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 동일한 크기의 결함 깊이에 따른 영향 평가 모습을 보여주는 도면이다.
일반적인 초음파 비파괴 검사에서 가장 중요한 교정작업은 굴절각의 측정이다. 굴절각을 정확하게 측정하여야만 검사장비의 화면에 나타난 신호의 특성화가 가능하기 때문이다. 마찬가지로 위상배열 초음파 비파괴 검사기법 또한 굴절각의 측정이 매우 중요한다. 위상배열검사기법중 선형주사(linear scan)는 일반적인 초음파와 동일하게 특정한 각도로만 초음파가 굴절되게 되는데 이때 굴절각의 측정이 중요하다. 굴절각의 측정은 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 위상배열 초음파 탐촉자(200)를 교정시험편몸체(100)의 하부면에 위치시켜 교정시험편몸체(100)의 일정한 깊이에 가공된 측면공(110)을 이용하여 측정하고자 하는 굴절각의 범위에 따라 측정을 한다. 도 7은 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 굴절각 측정 모습을 보여주는 도면이다.
도 8은 이 고안의 일실시예에 따른 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편의 감도(sensitivity) 측정 모습을 보여주는 도면이다. 초음파 비파괴 검사에서 감도는 얼마나 작은 결함까지 검출을 할 수 있는가에 대한 정도로서 교정시험편몸체(100)의 일정한 깊이에 크기가 다른 측면공(106)을 가공하고 크기가 얼마정도의 결함을 검출할 수 있는가를 확인함으로써 감도를 측정할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이 본 고안은 최근에 발전설비의 비파괴검사에 사용되기 시작한 새로운 검사기법인 위상배열 초음파검사 기법에 적합하도록 위상배열 초음파검사용 교정시험편을 고안을 하였으며 여러 가지 필요한 교정작업을 하나의 교정시험편으로 가능하도록 하였다. 따라서 위상배열초음파를 이용한 검사 시 본 교정시험편만을 이용하여 교정작업 및 검사가 가능하다.
이상의 실시예에서 살펴 본 바와 같이 이 고안은, 하나의 시험편에 다양한 형상과 다양한 반사체(홀 및 노치)를 가공하여 교정에 필요한 여러 가지 작업을 가능하도록 함으로써 위상배열 초음파검사 검사기법에 적합한 교정작업을 하나의 교정시험편으로 가능하도록 하며, 하나의 교정시험편을 이용하여 시간축 교정, 웨지 지연거리 측정, 감도(sensitivity), 분해능(resolution), 굴절각, 조향능력 측정, 깊이에 따른 집속능력 평가등의 교정에 필요한 작업을 가능하도록 함으로써 위상배열 초음파검사의 교정작업에 필요한 시간을 최소화하고 검사자의 편리성을 향상시킨, 효과를 갖는다.

Claims (4)

  1. 직육면체의 교정시험편몸체(100)의 측면에 반경이 서로 다른 원호기둥(101)(103)이 일체로 돌출 가공형성되어 있으며,
    교정시험편몸체(100)의 측면 상부면에 형성된 반원 중심(104)으로부터 원주방향으로 일정한 거리로 각도를 증가시키면서 측면공(105)이 배열되어 있으며,
    분해능 측정을 위하여 동일한 크기의 간격이 다른 5개의 측면공(108)이 교정시험편몸체(100)의 측면 하부에 형성되어 있으며,
    다양한 결함 깊이에 대하여 초음파신호의 특성을 평가하기 위하여 교정시험편몸체(100)의 측면 일측에 동일한 크기의 측면공(107)이 수직으로 배열되어 있으며,
    굴절각의 범위를 측정하기 위하여 교정시험편몸체(100)의 측면 일정한 깊이에 측면공(110)이 가공되어 있으며,
    크기가 얼마정도의 결함을 검출할 수 있는가를 확인함으로써 감도를 측정하기 위하여 교정시험편몸체(100)의 측면 일정한 깊이에 크기가 다른 측면공(106)이 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편.
  2. 제 1항에 있어서, 상기한 직육면체의 교정시험편몸체(100)의 측면에 가공형성된 원호기둥(101)의 반경은 50mm로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편.
  3. 제 1항에 있어서, 상기한 직육면체의 교정시험편몸체(100)의 측면에 가공형성된 원호기둥(103)의 반경은 25mm로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편.
  4. 제 1항에 있어서, 상기한 직육면체의 교정시험편몸체(100)의 상부면에 탐촉자의 비틀림을 방지하기 위한 턱(109)이 형성되는 것을 특징으로 하는 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편.
KR2020050030672U 2005-10-28 2005-10-28 위상배열 초음파 비파괴검사용 교정 시험편 KR200406096Y1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101104889B1 (ko) 2009-09-25 2012-01-12 한국수력원자력 주식회사 테이퍼와 곡률이 있는 초음파 보정 시험편
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KR101163549B1 (ko) 2008-10-23 2012-07-06 삼성중공업 주식회사 위상배열 초음파 탐상용 기본 보정시험편
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KR102642156B1 (ko) * 2023-08-16 2024-02-29 서울검사 주식회사 다용도 비파괴 검사용 시험편 및 이를 이용한 탐상감도 교정 방법

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