KR20130032566A - Apparatus and method for detecting defect of welded portion on pipe - Google Patents

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KR20130032566A KR1020110096238A KR20110096238A KR20130032566A KR 20130032566 A KR20130032566 A KR 20130032566A KR 1020110096238 A KR1020110096238 A KR 1020110096238A KR 20110096238 A KR20110096238 A KR 20110096238A KR 20130032566 A KR20130032566 A KR 20130032566A
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이진경
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Abstract

PURPOSE: A device for detecting defects in the welding part of a pipe and a method thereof are provided to accurately detect the existence of defects in the welding part of a pipe on a real time basis by receiving ultrasonic waves using a sound emission sensor, thereby continuously monitoring the defects in the welding part of the pipe and enhancing a piping system. CONSTITUTION: A device for detecting defects in the welding part(2) of a pipe(1) and a method thereof comprises a mode generation film(10), a laser generator(20), a sound emission sensor(30), an sound measuring device(40), an oscilloscope(50), and a computer(60). The mode generation film is attached to portions except the welding part of the pipe. The laser generator irradiates lasers to the mode generation film to generate inductive ultrasonic waves inside the pipe. The sound emission is installed in a side of the welding part which is opposite to the mode generation film and receives the inductive ultrasonic waves generated inside the pipe. The sound measuring device is electrically connected to the sound emission sensor and analyzes sounds received by the sound emission sensor. The oscilloscope is electrically connected to the laser generator and the sound measuring device. The computer is connected to the oscilloscope to determine the existence of defects in the welding part based on the signals transmitted through the oscilloscope.

Description

배관 용접부의 결함 검출장치 및 방법{Apparatus and Method for Detecting Defect of Welded Portion on Pipe}Apparatus and Method for Detecting Defect of Welded Portion on Pipe}

본 발명은 배관 용접부의 결함을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 유도초음파 및 음방방출 센싱을 통하여 배관 용접부의 결함을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and a method for detecting a defect in a pipe weld, and more particularly, to an apparatus and a method for detecting a defect in a pipe weld through laser induced ultrasonic wave and sound emission sensing.

원자력 발전소에서는 원료의 이송이나 냉각제의 이송 또는 최종제품의 이송 등에 다양한 형태의 배관설비를 이용하고 있다. 이러한 배관설비는 그의 용도에 따라 그 규격이 정해지고 그 재질이 결정되어지며, 그 내부를 흐르는 유동체도 다양하다.Nuclear power plants use various types of plumbing equipment for raw material transfer, coolant transfer, and final product transfer. Such piping equipment is determined according to its use and its material is determined, and there are various fluids flowing therein.

그러나, 이러한 배관설비에서 가장 공통적으로 요구되는 것은 그 원전 격납용기의 배관설비의 내부를 흐르는 유동체가 그 외부로 누설되어서는 안되고, 그 밀폐된 내부공간을 따라 목표 지점으로 손실없이 유동되어져야 한다는 점이다.However, the most common requirement for such piping equipment is that the fluid flowing inside the piping installation of the nuclear power plant containment vessel must not leak out of it, but must flow without loss to the target point along the closed interior space. to be.

원전 격납용기의 배관설비의 내부를 흐르는 물질은 그 배관설비의 용도에 따라 달라질 수 있으나, 공기 및 가스와 같은 기체상의 유동체와, 물 및 기름과 같은 액체상의 유동체가 통상적으로 사용되고 있다. 이러한 유동체는 원전 격납용기의 배관설비 내부에서만 유동되어져야 하고 밖으로 누설되어서는 안된다. The material flowing inside the piping installation of the nuclear power plant containment vessel may vary depending on the use of the piping installation, but gaseous fluids such as air and gas, and liquid fluids such as water and oil are commonly used. These fluids should only flow inside the piping installation of the nuclear containment vessel and should not leak out.

현재 국내에서 가동중인 원전설비의 평균 가동연수가 12년 이상 증가함에 따라 배관, 전열관 및 세관 등 배관시스템은 열화현상에 의한 부식, 용접부 결함에 의한 냉각수 누설사고의 발생이 증가하고 있다. 특히, 배관의 경우 약 20000곳 이상의 용접이음부가 존재하기 때문에 냉각수 통로인 배관에서의 누설현상은 원전설계에서 가장 중요하게 고려되는 사항 중 하나이다. As the average operating years of nuclear power plants currently operating in Korea have increased for more than 12 years, piping systems such as piping, heat pipes, and customs pipes have increased the occurrence of coolant leakage accidents due to corrosion due to deterioration and defects in welds. In particular, since there are more than 20,000 welded joints in the pipeline, leakage from the cooling water passage is one of the most important considerations in nuclear power plant design.

그런데, 기존에는 배관 용접부에 대한 결함 검사가 일정한 기간을 두고 이루어져 왔기 때문에 안전성을 완전히 보장할 수 없는 문제가 있다. 특히, 고온, 고압 배관에서 용접 결함은 순간적으로 급격히 성장하여 배관이 파열되는 성질을 가지고 있기 때문에 미세한 결함까지도 상시적으로 감시할 필요가 있다.
By the way, the defect inspection for the welded pipe has been made for a certain period of time, there is a problem that can not completely guarantee the safety. In particular, in high-temperature and high-pressure pipes, welding defects grow rapidly and the pipe ruptures, so it is necessary to constantly monitor even minute defects.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 원전 설비와 같은 시설에서 배관 용접부의 미세한 결함까지 상시적으로 정확하게 감지할 수 있도록 함으로써 안전성을 향상시킬 수 있는 배관 용접부의 결함 검출장치 및 방법을 제공함에 있다.
The present invention is to solve the conventional problems as described above, an object of the present invention is to provide a pipe welded part that can improve the safety by always accurately detecting the minute defects of the pipe welded in facilities such as nuclear power plants A defect detection apparatus and method are provided.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배관의 용접부 이외의 부분에 부착되는 모드발생용 필름과; 상기 모드발생용 필름에 레이저를 조사하여 배관 내부에 유도 초음파를 발생시키는 레이저 발생기와; 상기 배관 중 상기 용접부를 기준으로 모드발생용 필름의 반대편에 설치되어 상기 배관 내에서 발생한 유도 초음파를 수신하는 음향방출센서와; 상기 음향방출센서와 전기적으로 연결되어 음향방출센서에서 수신한 음향을 분석하는 음향방출 측정기와; 상기 레이저 발생기 및 음향방출 측정기와 전기적으로 연결된 오실로스코프와; 상기 오실로스코프와 연결되어 상기 오실로스코프를 통해 전송되는 신호를 바탕으로 배관 용접부의 결함 여부를 판정하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 용접부의 결함 검출장치를 제공한다.The present invention for achieving the above object, the mode generating film attached to a portion other than the welded portion of the pipe; A laser generator for generating guided ultrasonic waves inside the pipe by irradiating a laser to the mode generating film; An acoustic emission sensor installed on an opposite side of a mode generating film based on the welding part of the pipe to receive guided ultrasonic waves generated in the pipe; An acoustic emission measuring device electrically connected to the acoustic emission sensor and analyzing the sound received from the acoustic emission sensor; An oscilloscope electrically connected with the laser generator and the acoustic emission meter; And a computer connected to the oscilloscope to determine whether the pipe welded part is defective based on a signal transmitted through the oscilloscope.

이와 더불어 본 발명은 배관에 부착된 모드발생용 필름에 레이저를 조사하여 배관에 유도 초음파를 발생시키는 단계와; 음향방출센서가 배관 내에서 발생된 초음파를 수신하는 단계와; 음향방출센서에 의해 수신된 신호를 음향방출 측정기로 전송하여 초음파의 속도 및 주파수, 에너지 중 적어도 어느 하나 이상을 측정 및 분석하는 단계와; 음향방출 측정기에 의해 측정 및 분석된 초음파 정보를 오실로스코프를 통해 컴퓨터로 전송하는 단계 및; 컴퓨터가 상기 오실로스코프를 통해 입력된 초음파 정보를 미리 입력된 데이터와 비교하여 용접부의 결함 유무를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 배관 용접부의 결함 검출장치를 이용한 결함 검출방법을 제공한다.
In addition, the present invention comprises the steps of generating a guided ultrasonic wave to the pipe by irradiating a laser to the mode generating film attached to the pipe; Receiving, by the acoustic emission sensor, ultrasonic waves generated in the pipe; Measuring and analyzing at least one of the speed, frequency, and energy of the ultrasonic wave by transmitting the signal received by the acoustic emission sensor to the acoustic emission measuring instrument; Transmitting ultrasonic information measured and analyzed by an acoustic emission meter to a computer through an oscilloscope; Comprising a computer comparing the ultrasonic information input through the oscilloscope with the previously input data to determine the presence or absence of a weld defect provides a defect detection method using a defect detection device of a pipe welded part of the present invention. .

본 발명에 따르면, 배관에 주기적으로 레이저를 조사하여 배관 내에 유도 초음파를 발생시키고, 이 초음파를 음향방출센서로 수신하여 용접부의 결함 여부를 실시간으로 정확하게 검출할 수 있다. 따라서, 상시적인 배관 용접부의 결함 모니터링이 가능하게 되고, 배관 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있게 된다.
According to the present invention, by irradiating a laser to the pipe periodically to generate guided ultrasonic waves in the pipe, and receiving the ultrasonic wave by the acoustic emission sensor it is possible to accurately detect the defect in the weld in real time. Therefore, it becomes possible to monitor the defects of the pipe welds at all times and to improve the safety of the pipe system.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배관 용접부의 결함 검출장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 배관 용접부 결함 검출장치를 이용한 본 발명의 배관 용접부 결함 검출방법의 일 실시예를 나타낸 순서도이다.
도 3은 배관 용접부에 형성된 결함의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 카본-스틸 재질로 이루어진 배관(1)의 용접부(2)에 결함이 없을 때와 홈 형태의 결함(3)의 깊이(depth) 및 너비(width) 변화에 따른 시간-주파수 분석을 나타낸 것이다. 1 is a block diagram showing the configuration of a defect detection apparatus for a pipe welded part according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating an embodiment of a pipe weld defect detection method of the present invention using the pipe weld defect detection device of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view showing an example of a defect formed in a pipe welded portion.
4 and 5 show the time when there is no defect in the welded portion 2 of the pipe 1 made of carbon-steel material, and the change in depth and width of the groove-like defect 3- Frequency analysis is shown.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배관 용접부의 결함 검출장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the defect detection apparatus and method of a pipe weld according to the present invention.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배관 용접부의 결함 검출장치를 나타낸 것으로, 이 실시예의 배관 용접부 결합 검출장치는 크게 모드발생용 필름(10)과, 레이저 발생기(20), 음향방출센서(30), 음향방출 측정기(40)와, 오실로스코프(50), 컴퓨터(60) 등을 포함하여 구성된다. 1 is a view illustrating a defect detecting apparatus for a pipe welding unit according to a preferred embodiment of the present invention. The apparatus for detecting a welding joint between pipes according to this embodiment includes a mode generating film 10, a laser generator 20, and an acoustic emission sensor ( 30), the acoustic emission meter 40, the oscilloscope 50, the computer 60, etc. are comprised.

상기 모드발생용 필름(10)은 배관(1)의 용접부(2) 이외의 부분에 부착되며 복수개의 홈(11)이 일정 간격으로 형성되어 있다. 상기 모드발생용 필름(10)은 원하는 초음파 모드를 발생시키는 작용을 한다. The mode generating film 10 is attached to a portion other than the welded portion 2 of the pipe 1, and a plurality of grooves 11 are formed at regular intervals. The mode generating film 10 serves to generate a desired ultrasonic mode.

상기 레이저 발생기(20)는 상기 오실로스코프(50)와 전기적으로 연결되며, 상기 모드발생용 필름(10)에 레이저를 조사하여 배관 내부에 유도 초음파를 발생시킨다. 상기 레이저 발생기(20)로서 Nd/YAG 레이저 발생기를 이용할 수 있다. The laser generator 20 is electrically connected to the oscilloscope 50 and irradiates a laser to the mode generating film 10 to generate guided ultrasonic waves inside the pipe. As the laser generator 20, an Nd / YAG laser generator can be used.

상기 음향방출센서(30)는 공지의 AE 센서(Acoustic Emission sensor)를 이용하여 구성될 수 있다. 상기 음향방출센서(30)는 배관(1) 중 상기 용접부(2)를 기준으로 모드발생용 필름(10)의 반대편에 설치되어 상기 배관(1) 내에서 발생한 유도 초음파를 수신한다.The acoustic emission sensor 30 may be configured using a known AE sensor (Acoustic Emission sensor). The acoustic emission sensor 30 is installed on the opposite side of the mode generating film 10 on the basis of the welding part 2 of the pipe 1 to receive guided ultrasonic waves generated in the pipe 1.

한편, 상기 음향방출센서(30)가 수신하는 초음파 신호는 매우 약하기 때문에 상기 음향방출센서(30)와 음향방출 측정기(40) 사이에는 증폭기(35)가 구성됨이 바람직하다. On the other hand, since the ultrasonic signal received by the acoustic emission sensor 30 is very weak, it is preferable that the amplifier 35 is configured between the acoustic emission sensor 30 and the acoustic emission meter 40.

상기 음향방출 측정기(40)는 음향방출센서(30) 및 오실로스코프(50)와 전기적으로 연결되어 음향방출센서(30)에서 수신한 음향을 측정하고, 이를 오실로스코프(50)를 통해서 컴퓨터(60)로 전송한다. The sound emission measuring instrument 40 is electrically connected to the sound emission sensor 30 and the oscilloscope 50 to measure the sound received from the sound emission sensor 30, and to the computer 60 through the oscilloscope 50. send.

상기 컴퓨터(60)는 상기 오실로스코프(50)와 연결되어 상기 오실로스코프(50)를 통해 전송되는 신호를 분석하여 배관 용접부(2)의 결함 여부를 판정한다. The computer 60 is connected to the oscilloscope 50 and analyzes a signal transmitted through the oscilloscope 50 to determine whether the pipe weld 2 is defective.

이하, 도 1과 도 2를 참조하여 상기와 같이 구성된 본 발명의 배관 용접부 결함 검출장치를 이용하여 결함을 검출하는 방법에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a method of detecting a defect using a pipe welder defect detecting apparatus of the present invention configured as described above with reference to FIGS. 1 and 2 will be described in more detail.

상기 레이저 발생기(20)에서 방출된 레이저 빔은 모드발생용 필름(10)에 조사되고, 모드발생용 필름(10)을 통해서 배관(1)에 원하는 모드의 유도 초음파가 발생하게 된다(단계 S1). The laser beam emitted from the laser generator 20 is irradiated to the mode generating film 10, and the induced ultrasound of the desired mode is generated in the pipe 1 through the mode generating film 10 (step S1). .

발생된 유도 초음파는 배관(1)의 용접부(2)를 거쳐 음향방출센서(30)에 수신된다(단계 S2). 이 때, 도 3에 도시한 것과 같이 용접부(2)에 미세한 홈과 같은 결함(3)이 있으면 이 결함(3) 부분에 의해 초음파의 속도와 주파수, 에너지 등에 변화가 발생하게 된다. The generated guided ultrasonic waves are received by the acoustic emission sensor 30 via the welding part 2 of the pipe 1 (step S2). At this time, if there is a defect 3 such as a fine groove in the welded portion 2 as shown in Fig. 3, the defect 3 causes a change in the speed, frequency, energy, etc. of the ultrasonic wave.

상기 음향방출센서(30)에서 수신된 초음파는 증폭기(35)를 통해서 증폭된 후, 음향방출 측정기(40)로 입력된다. 상기 음향방출 측정기(40)는 입력된 신호를 측정하여 초음파의 속도 및/또는 주파수, 에너지 등을 분석한 후 오실로스코프(50)로 전송한다(단계 S3). The ultrasonic waves received by the acoustic emission sensor 30 are amplified through the amplifier 35 and then input to the acoustic emission measuring instrument 40. The acoustic emission meter 40 measures the input signal, analyzes the speed and / or frequency, energy, and the like of the ultrasonic wave, and transmits the signal to the oscilloscope 50 (step S3).

그리고, 컴퓨터(60)는 오실로스코프(50)에 의해 출력된 파형을 전송받아 상기 컴퓨터(60)에 데이터베이스화되어 있는 배관(1)의 재질과 용접에 따른 레이저 유도 초음파의 전파 속도, 및/또는 배관(1)의 재질과 용접에 따른 주파수 성분 변화 및 모드 변화, 에너지 변화 등의 데이터와 비교하여 결함 여부를 판단한다(단계 S4 및 S5). In addition, the computer 60 receives the waveform output by the oscilloscope 50, and the propagation speed of the laser-guided ultrasonic wave according to the material and welding of the pipe 1 which is databased on the computer 60, and / or the pipe The defects are judged by comparing the data of frequency component change, mode change, energy change, etc. according to the material and welding (1) (steps S4 and S5).

도 4 및 도 5는 카본-스틸 재질로 이루어진 배관(1)의 용접부(2)에 결함이 없을 때와 홈 형태의 결함(3)의 깊이(depth)가 각각 1.2㎜, 2.4㎜, 3.6㎜ 인 경우, 그리고 결함(3)의 너비(width)가 각각 1.6㎜, 3.2㎜, 4.8mm 일 경우의 시간-주파수 분석을 나타낸 것이다. 4 and 5 show that when there is no defect in the welded portion 2 of the pipe 1 made of carbon-steel material and the depth of the groove-shaped defect 3 is 1.2 mm, 2.4 mm, and 3.6 mm, respectively. And time-frequency analysis when the width of the defect 3 is 1.6 mm, 3.2 mm and 4.8 mm, respectively.

이와 같이 본 발명에 따르면, 배관(1)에 주기적으로 레이저를 조사하여 배관(1) 내에 유도 초음파를 발생시키고, 이 초음파를 음향방출센서(30)로 수신하여 용접부(2)의 결함 여부를 실시간으로 정확하게 검출할 수 있다. 따라서, 상시적인 배관 용접부의 결함 모니터링이 가능하게 되고, 배관 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있게 된다.
As described above, according to the present invention, a laser is periodically irradiated to the pipe 1 to generate guided ultrasound in the pipe 1, and the ultrasound is received by the acoustic emission sensor 30 to determine whether the weld 2 is defective in real time. Can be detected accurately. Therefore, it becomes possible to monitor the defects of the pipe welds at all times and to improve the safety of the pipe system.

1 : 배관 2 : 용접부
3 : 결함 10 : 모드발생용 필름
20 : 레이저 발생기 30 : 음향방출센서
35 : 증폭기 40 : 음향방출 측정기
50 : 오실로스코프 60 : 컴퓨터1 pipe 2 weld
3: defect 10: film for mode generation
20: laser generator 30: acoustic emission sensor
35 amplifier 40 acoustic emission meter
50: oscilloscope 60: computer

Claims (5)

배관(1)의 용접부(2) 이외의 부분에 부착되는 모드발생용 필름(10)과;
상기 모드발생용 필름(10)에 레이저를 조사하여 배관 내부에 유도 초음파를 발생시키는 레이저 발생기(20)와;
상기 배관(1) 중 상기 용접부(2)를 기준으로 모드발생용 필름(10)의 반대편에 설치되어 상기 배관(1) 내에서 발생한 유도 초음파를 수신하는 음향방출센서(30)와;
상기 음향방출센서(30)와 전기적으로 연결되어 음향방출센서(30)에서 수신한 음향을 분석하는 음향방출 측정기(40)와;
상기 레이저 발생기(20) 및 음향방출 측정기(40)와 전기적으로 연결된 오실로스코프(50)와;
상기 오실로스코프(50)와 연결되어 상기 오실로스코프(50)를 통해 전송되는 신호를 바탕으로 배관 용접부(2)의 결함 여부를 판정하는 컴퓨터(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 용접부의 결함 검출장치.A mode generating film 10 attached to a portion other than the welded portion 2 of the pipe 1;
A laser generator 20 for irradiating a laser to the mode generating film 10 to generate guided ultrasonic waves in a pipe;
An acoustic emission sensor (30) installed on the opposite side of the mode generating film (10) based on the welding part (2) of the pipe (1) to receive guided ultrasonic waves generated in the pipe (1);
An acoustic emission meter 40 electrically connected to the acoustic emission sensor 30 to analyze the sound received by the acoustic emission sensor 30;
An oscilloscope (50) electrically connected to the laser generator (20) and the acoustic emission meter (40);
And a computer (60) connected to the oscilloscope (50) to determine whether the pipe weld (2) is defective based on a signal transmitted through the oscilloscope (50). 제1항에 있어서, 상기 모드발생용 필름(10)에는 복수개의 홈(11)이 일정 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배관 용접부의 결함 검출장치.The defect detection apparatus according to claim 1, wherein a plurality of grooves (11) are formed in the mode generating film (10) at regular intervals. 제1항에 있어서, 상기 레이저 발생기(20)는 Nd/YAG 레이저 발생기인 것을 특징으로 하는 배관 용접부의 결함 검출장치.The apparatus of claim 1, wherein the laser generator (20) is an Nd / YAG laser generator. 제1항에 있어서, 상기 음향방출센서(30)와 음향방출 측정기(40) 사이에는 신호를 증폭시키는 증폭기(35)가 설치된 것을 특징으로 하는 배관 용접부의 결함 검출장치.2. The apparatus of claim 1, wherein an amplifier (35) for amplifying a signal is provided between the acoustic emission sensor (30) and the acoustic emission meter (40). 배관(1)에 부착된 모드발생용 필름(10)에 레이저를 조사하여 배관(1)에 유도 초음파를 발생시키는 단계(S1)와;
음향방출센서(30)가 배관(1) 내에서 발생된 초음파를 수신하는 단계(S2)와;
음향방출센서(30)에 의해 수신된 신호를 음향방출 측정기(40)로 전송하여 초음파의 속도 및 주파수, 에너지 중 적어도 어느 하나 이상을 측정 및 분석하는 단계(S3)와;
음향방출 측정기(40)에 의해 측정 및 분석된 초음파 정보를 오실로스코프를 통해 컴퓨터로 전송하는 단계 및;
컴퓨터가 상기 오실로스코프를 통해 입력된 초음파 정보를 미리 입력된 데이터와 비교하여 용접부의 결함 유무를 판정하는 단계(S4 및 S5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 배관 용접부의 결함 검출장치를 이용한 결함 검출방법.
Irradiating a laser to the mode generating film 10 attached to the pipe 1 to generate guided ultrasonic waves in the pipe 1 (S1);
Receiving the ultrasonic waves generated in the pipe 1 by the acoustic emission sensor 30 (S2);
Transmitting and receiving the signal received by the acoustic emission sensor 30 to the acoustic emission measuring instrument 40 to measure and analyze at least one of the speed, frequency, and energy of the ultrasonic wave (S3);
Transmitting ultrasonic information measured and analyzed by the acoustic emission meter 40 to a computer through an oscilloscope;
The pipe of any one of claims 1 to 4, wherein the computer compares the ultrasonic information input through the oscilloscope with the previously input data to determine whether there is a defect in the welded portion (S4 and S5). A defect detection method using a defect detection device of a welded part.
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