KR200411972Y1 - 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치에 관한 것이다.

본 고안은 이를 위해 길이 방향으로 길게 형성된 원통형의 탐촉관(10) 내부에 탐촉자(30)를 설치한 후 열교환기 튜브(2)의 내부에 삽입하여 전후로 이동하거나 회전하면서 크랙을 검출하는 초음파 탐상수단(1)이 구비된다.

상기와 같이 구성된 본 고안은 탐촉자를 아크릴봉 내면에 부착하여 스캔함으로 탐촉자를 튜브 곡률로 가공할 필요가 없고, 탐촉자 접촉면 마모방지로 수명을 연장하고, 초음파 입사 각도를 변화시킬 수 있어서 결과적으로 종래 와전류 탐상검사 방법(ECT)이나 초음파튜브 검사 시스템(IRIS)에서 검출하기 어려운 원주방향 크랙을 검출할 수 있도록 한 것이고, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시켜 작업자로 하여금 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 것이다.

초음파 탐상수단, 탐촉관, 탐촉자, 열교환기 튜브.

Description

열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치{ULTRASONIC INSPECTION EQUIPMENT FOR TUBE EXPANDING ZONE OF HEAT EXCHANGER}

도 1 은 본 고안에 적용된 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치

를 보인 분해 사시도.

도 2 는 본 고안에 적용된 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치

를 보인 결합상태 사시도.

도 3 은 본 고안에 적용된 탐촉관이 열교환 튜브에 삽입된 상태를 도시한 부

분 요부 확대 단면도.

도 4 는 본 고안에 적용된 각도기의 사시도.

도 5 는 본 고안 초음파 탐상수단에 의한 열교환기 튜브 결함위치의 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 초음파 탐상수단 2: 열교환기 튜브

10: 탐촉관 11: 요홈

20: 눈금자 30: 탐촉자

40: 공급튜브 50: 각도기

본 고안은 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탐촉자를 아크릴봉 내면에 부착하여 스캔함으로 탐촉자를 튜브 곡률로 가공할 필요가 없고, 탐촉자 접촉면 마모방지로 수명을 연장하고, 초음파 입사 각도를 변화시킬 수 있어서 결과적으로 종래 와전류 탐상검사 방법(ECT)이나 초음파튜브 검사 시스템(IRIS)에서 검출하기 어려운 원주방향 크랙을 검출할 수 있도록 한 것이고, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시켜 작업자로 하여금 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 것이다.

주지하다시피 초음파 탐상검사 방법(Ultrasonic Testing)은 초음파를 시험체내로 보내어 시험체 내에 존재하는 불연속을 검출하는 방법으로서 시험체 내의 불 연속부로부터 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 측정하는 방법이다.

상기 탐상검사에 사용되는 초음파를 발생시키는 방법에는 진동자를 이용하는 방식이 널리 사용되는데 진동자의 양면에 도금을 하여 전극으로 하고 양전극 사이에 전압을 가하면 전압의 크기와 전하 등에 따라 진동자가 신축하여 초음파가 발생 하게 된다. 이때 상기 진동자의 재질, 두께 및 진동자에 가해지는 전압 또는 전류의 발생방법 등에 따라 발생 되는 초음파의 성질이 다르게 나타난다.

그리고 상기 초음파탐상검사 방법에는 다음과 같은 종류가 있다.

- 초음파의 진행 원리에 의한 분류

초음파가 시험체내에서 진행할 때 불연속부와 같은 경계면에서는 투과 및 굴절 또는 반사를 한다. 이때 불연속부에서 반사하는 초음파를 분석하여 검사하는 방법을 펄스반사법, 투과한 초음파를 분석하여 검사하는 방법을 투과법, 펄스반사법과 유사하지만 공진 현상을 이용한 공진법이 있다.

- 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.

- 파의 종류에 의한 분류

펄스 반사식 접촉법에 의한 파의 적용방식을 표현하면, 수직법, 사각법, 표면파법, 판파법 등으로 분류 할 수 있다.

- 표시 방법에 의한 분류

초음파 탐상검사에서 반사파에 대한 정보를 CRT화면 또는 다른 기록장치에 나타내는 표시방법에 따라A-Scan, B-Scan, C-Scan, MA-Scan등으로 분류한다.

- 탐촉자수에 의한 분류

사용하는 탐촉자의 수에 따라 분리하는 방식으로 탐촉자를 1개 사용하여 검사하는 1탐촉자법, 2개를 사용하는 2탐촉자법, 또한 여러개를 동시에 사용하는 다탐촉자법등이 있다.

한편, 열교환기 튜브의 결함(부식, 피트(공식))을 검출하기 위한 종래의 장치로는 와전류 탐상검사 방법(ECT, Eddy Current Testing: 시험체에 흐르는 와전류의 변화를 검출함으로써 시험체에 존재하는 결함의 유무, 재질 등의 시험이 가능)이나 초음파튜브 검사 시스템(IRIS, Internal Rotary Inspection System: 초음파 튜브 검사장비를 사용하여 열교환기 튜브 내 외면의 상태 등을 파악하고 튜브에서 발생 될 수 있는 부식 및 침식 등 각종 결함을 화면상으로 파악하여 튜브의 상태와 잔여 수명을 판단함)에 의해 부식성 결함에 한하여 검출하였다.

그러나 상기한 종래 기술(ECT, IRIS)에 의해 튜브의 부식성 결함은 검출할 수 있으나, 원주방향의 크랙성 결함 및 확관부에 대하여는 검출하지 못하였다.

그리고 원주방향 크랙을 검출하기 위해서는 튜브 외면 또는 내면에서 사각 탐촉자를 이용한 축방향으로 초음파를 입사시켜야 하나 튜브 외면에 접촉하지 못하는 문제점과 아울러 수직 초음파 방법으로는 검출하기 어려운 문제점이 발생 되었다.

이를 보다 상세히 설명하면, 탐촉자가 커서 튜브 내부에 삽입하기 어렵다는 문제점이 있고, 설사 탐촉자를 작게 하여 튜브 내부로 삽입하여도 밑면이 평평해서 튜브 내주면과 접촉되지 못하는 문제점이 있었다. 그리고 또한 상기 탐촉자를 튜브 접촉면 곡률로 가공한다 하여도 가공하기 어렵다는 문제점이 있다.

더하여 종래에는 접촉매질을 탐촉자 접촉면 표면에 적당량 계속 공급해주어야 하나 이러한 기술적 구성이 없다는 커다란 문제점이 발생 됨은 물론 탐촉자 접촉면과 튜브 접촉면의 마찰로 인해 탐촉자가 쉽게 마모되는 문제점도 발생 되었다.

본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 길이 방향으로 길게 형성된 원통형의 탐촉관 내부에 탐촉자를 설치한 후 열교환기 튜브의 내부에 삽입하여 전후로 이동하거나 회전하면서 크랙을 검출하는 초음파 탐상수단이 구비됨을 제1목적으로 한 것이고, 제2목적은 탐촉자를 아크릴봉 내면에 탈부착식으로 설치하여 스캔함으로 탐촉자를 튜브 곡률로 가공할 필요가 없고, 제3목적은 탐촉자 접촉면 마모방지로 수명을 연장하고, 제4목적은 초음파 입사 각도를 변화시킬 수 있어서 결과적으로 종래 와전류 탐상검사 방법(ECT)이나 초음파튜브 검사 시스템(IRIS)에서 검출하기 어려운 원주방향 크랙을 검출할 수 있도록 한 것이고, 제5목적은 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시켜 작업자로 하여금 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치를 제공한다.

이러한 목적 달성을 위하여 본 고안은 초음파를 시험체 내로 보내어 시험체 내에 존재하는 불연속을 검출하는 초음파 탐상검사 장치에 있어서, 길이 방향으로 길게 형성된 원통형의 탐촉관 내부에 탐촉자를 설치한 후 열교환기 튜브의 내부에 삽입하여 전후로 이동하거나 회전하면서 크랙을 검출하는 초음파 탐상수단이 구비 됨을 특징으로 하는 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치를 제공한다.

이하에서는 이러한 목적 달성을 위한 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안에 적용된 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치는 도 1 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.

하기에서 본 고안을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 고안에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 고안에 적용된 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치는 종래 일반 초음파 탐상장치로는 튜브내에 접급할 수 없고, 탐촉자를 내면에 스캔할 수 없는 문제점을 일거에 해소시킨 것이다.

즉, 길이 방향으로 길게 형성된 원통형의 탐촉관(10) 내부에 탐촉자(30)를 설치한 후 열교환기 튜브(2)의 내부에 삽입하여 전후로 이동하거나 회전하면서 크랙을 검출하는 초음파 탐상수단(1)이 구비된다.

이를 보다 상세히 설명하면, 상기 탐촉관(10)의 내부에는 탐촉자(30)(여기에 서의 탐촉자는 내부에 진동자가 일정 각도로 내장된 일반적인 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다)를 탈부착시킬 수 있도록 한 요홈(11)이 형성되는 것으로, 본 고안에서는 설명의 편의상 하나의 요홈을 도시하였으나, 이에 국한하지 않고 필요에 따라 하나 이상의 요홈을 형성한 후 적정의 요홈에 탐촉자를 탈부착시켜 사용할 수 있음은 물론이다.

그리고 상기 탐촉관(10)은 열교환기 튜브(2)의 직경에 따라 다수개 제작됨이 바람직하고, 최소형 사각 탐촉자(30)는 가로세로 4mm×4mm와 열교환 튜브(2)의 두께에 따라 45°또는 70°가 사용되고, 또한 탐촉자(30)에 연결된 케이블(31)의 일단은 초음파 탐상검사 장비에 연결된다.

또한 본 고안은 도 1, 2 에 도시된 바와 같이 상기 탐촉관(10)의 외주면에 탐촉관이 열교환기 튜브(2) 내부로 어느 정도 삽입되었는지를 작업자가 확인하는 눈금자(20)가 구비된다.

본 고안은 또한 도 3 에 도시된 바와 같이 상기 탐촉관(10)에 탐촉자 접촉면 바로 앞에 접촉매질을 공급할 수 있도록 한 배출공(12)이 형성되되, 이 배출공에는 접촉매질을 공급하는 공급튜브(40)가 연결 설치된다. 이때 상기 배출공(12)과 연결되는 부위의 공급튜브(40)는 접촉매질이 용이하게 배출되도록 곡면부로 형성함이 바람직하다.

본 고안의 도면상에는 도시하지 않았으나, 상기 공급튜브(40)의 일단에는 접촉매질 저장통 및 접촉매질을 일정량 공급되도록 한 조절부가 구비됨을 물론이다.

더하여 본 고안은 도 4 에 도시된 바와 같이 상기 탐촉관(10)의 외주면에 열 교환기 튜브(2)의 어느 각도 위치에 크랙이 발생 되었는지를 쉽게 확인하도록 중앙에 구멍(51)과 이 구멍의 외측에 각도눈금(52)이 표시된 각도기(50)가 끼워져 설치된다.

한편 본 고안은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

그리고 본 고안은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 고안의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기와 같이 구성된 본 고안 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 1 은 탐촉자(30)가 탐촉관(10)에서 분리된 상태를 도시한 것으로, 이와 같은 상태에서 상기 탐촉자(30)를 탐촉관(10)의 내부 요홈(11)에 끼우게 되면 도 2 와 같이 상호 결합된다.

상기와 같이 본원고안은 탐촉자(30)를 탐촉관(10)에 부착시킬 수 있음은 물론 필요에 따라서는 분리할 수 있는 탈부착식이므로 상기 탐촉자(30)를 갈아 끼우게 되면 열교환기 튜브(2)의 두께에 따른 초음파 입사 각도를 변화시킬 수 있게 된다.

한편 본 고안은 열교환기 튜브(2)의 내면에 상기 탐촉자(30)가 결합된 탐촉 관(10)을 삽입한 후 안쪽으로 집어 넣거나 또는 바깥쪽은 빼는 동작을 반복하고 또한 정역으로 회전시켜 가면서 열교환기 튜브(2)의 원주방향 크랙을 스캔하여 검출하게 된다.

상기와 같은 작동 과정에서 본 고안은 탐촉자(30)를 탐촉관(10)의 요홈(11)에 탈부착식으로 고정할 수 있어 접촉면을 열교환 튜브(2) 접촉면 곡률로 가공할 필요가 없고, 또한 접촉자(30)의 접촉면 마모방지로 수명을 연장시키는 효과를 기대할 수 있게 된다.

그리고 본 고안은 접촉매질의 공급을 탐촉자(30)의 접촉면 바로 앞에 공급할 수 있게 탐촉관(10)에 각도를 가지고 구멍을 뚫어 여기에 접촉매질 공급튜브(40)를 연결하는 것으로, 도 3 에 도시된 바와 같이 공급튜브(40)를 통해 일정량 계속 공급되는 접촉매질은 화살표와 같이 곡면부에 의해 용이하게 배출공(12)을 통해 열교환기 튜브(2)의 내주면에 배출되어 접촉면을 형성하게 된다.

상기 접촉매질의 공급은 적당한 속도로 유지되어 하므로 접촉매질 저장용 탱크 및 조절부를 사용하게 됨은 물론이다.

상기와 같은 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치를 이용하여 펄스에코신호를 수집하여 일반 펄스에코타입 초음파장비로 판독하게 되면 도 5 에 도시된 바와 같은 그래프를 얻을 수 있게 되는 것으로, 하단부 좌우측은 건전부와 끝단부의 그래프를 나타낸 것이고, 이의 상단에는 각각 20%와 40%의 각도를 나타낸 결합위치와 결함포물선을 나타낸 그래프로, 작업자가 이 그래프를 보고 열교환기 튜브(2) 내외면의 상태 등을 파악하고 튜브에서 발생 될 수 있는 부식 및 침식 등 각종 결함을 그래프 상으로 파악하여 튜브의 상태와 잔여수명을 판단하게 된다.

상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 고안은 길이 방향으로 길게 형성된 원통형의 탐촉관 내부에 탐촉자를 설치한 후 열교환기 튜브의 내부에 삽입하여 전후로 이동하거나 회전하면서 크랙을 검출하는 초음파 탐상수단이 구비되도록 한 것으로, 특히 탐촉자를 아크릴봉 내면에 탈부착식으로 설치하여 스캔함으로 탐촉자를 튜브 곡률로 가공할 필요가 없고, 탐촉자 접촉면 마모방지로 수명을 연장하고, 초음파 입사 각도를 변화시킬 수 있어서 결과적으로 종래 와전류 탐상검사 방법(ECT)이나 초음파튜브 검사 시스템(IRIS)에서 검출하기 어려운 원주방향 크랙을 검출할 수 있도록 한 것이고, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시켜 작업자로 하여금 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 매우 유용한 고안인 것이다.

Claims (4)

1. 초음파를 시험체 내로 보내어 시험체 내에 존재하는 불연속을 검출하는 초음파 탐상검사 장치에 있어서,

   길이 방향으로 길게 형성된 원통형의 탐촉관(10) 내부에 탐촉자(30)를 설치한 후 열교환기 튜브(2)의 내부에 삽입하여 전후로 이동하거나 회전하면서 크랙을 검출하는 초음파 탐상수단(1)이 구비됨을 특징으로 하는 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치.
2. 제 1 청구항에 있어서,

   상기 탐촉관(10)의 내부에는 탐촉자를 탈부착시킬 수 있도록 적어도 하나 이상의 요홈(11)이 더 형성됨을 특징으로 하는 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치.
3. 제 1 청구항에 있어서,

   상기 탐촉관(10)의 외주면에는 탐촉관이 열교환기 튜브 내부로 어느 정도 삽입되었는지를 작업자가 확인하는 눈금자(20)가 더 구비됨을 특징으로 하는 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치.
4. 제 1 청구항에 있어서,

   상기 탐촉관(10)에는 탐촉자 접촉면 바로 앞에 접촉매질을 공급할 수 있도록 배출공(12)이 형성되되, 이 배출공에는 접촉매질을 공급하는 공급튜브(40)가 연결 설치됨을 특징으로 하는 열교환기 튜브의 확관부에 대한 초음파 탐상장치.

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