KR20140047559A

KR20140047559A - 보일러 튜브 저온측 크래킹을 결정하기 위한 방법 및 이를 달성하기 위한 물품

Info

Publication number: KR20140047559A
Application number: KR1020130121753A
Authority: KR
Inventors: 자케스 엘. 브리낙; 레리 디. 키드; 로버트 이. 루카스; 크리스토퍼 다니엘 컬
Original assignee: 알스톰 테크놀러지 리미티드
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2014-04-22
Also published as: JP2014081376A; JP2015163905A; CN103728372A; AU2013242841A1; EP2720037A1; US9995716B2; JP6114778B2; CN110057909A; US20140102201A1; CA2829983A1; AU2013242841B2

Abstract

튜브의 초음파 비파괴 검사를 수행하기 위한 스캐닝 디바이스로서, 도파관 조립체와 인코더 조립체를 수용하는 캐비티들에 의해 오목하게 만곡된 저부면을 가지는 하우징을 포함하며; 상기 도파관 조립체는 서로 통신하는 도파관과 프로브를 포함하고; 상기 도파관은 상기 튜브의 외부면에 일치하도록 구성된 적어도 하나의 표면을 가지며; 상기 도파관은 상기 튜브 내로 상기 프로브에 의해 발생된 초음파 신호의 전송을 가능하게 하며; 상기 인코더 조립체는 상기 튜브를 접촉하는 스프링 적재 휠을 포함하며; 상기 인코더 조립체는 상기 스캐닝 디바이스가 상기 튜브의 길이 방향 축선의 방향으로 이동함으로써 상기 튜브 상의 위치에 대한 프로브의 상대 위치를 지시하는 신호를 제공하는, 스캐닝 디바이스가 개시된다.

Description

보일러 튜브 저온측 크래킹을 결정하기 위한 방법 및 이를 달성하기 위한 물품{METHOD FOR DETERMINING BOILER TUBE COLD SIDE CRACKING AND ARTICLE FOR ACCOMPLISHING THE SAME}

본 발명은 보일러 튜브 크래킹을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 보일러 튜브 저온측(boiler tube cold side) 크래킹을 결정하기 위한 방법 및 이를 결정하기 위한 물품에 관한 것이다.

보일러 튜브 고장은 화석 연료 발전 플랜트에서 강제 조업 중단의 주요 원인이다. 열, 압력 및 시간 경과 마모와 같은 다양한 동작 조건의 결과로서, 보일러 튜브들은 궁극적으로 원주 방향 및 축방향 크랙을 전개하는 것에 의해 실패하기 시작할 뿐만 아니라 벽 박화(wall thinning)(부식 및 침식 모두를 통하여)를 겪는다. 보일러 튜브가 누설하기 시작할 때, 예를 들어, 누설을 통하여 빠져나가는 증기는 보일러 환경에 거부된다. 누설이 발견되어 수리되지 않으면, 튜브가 궁극적으로 파열할 때까지 계속 성장할 수 있으며, 이에 의해, 보일러를 동작시키는 공공설비에 보일러를 즉시 조업중단하도록 강요한다. 이러한 고장은 공공설비에 대해 아주 비싼값을 치뤄야 하는 것으로 판명되고, 그리하여, 초기에 보일러 튜브 누설 검출 방법이 매우 바람직하다.

보일러 시스템에서, 튜브들은 수벽(waterwall)을 형성하도록 용접재료에 의해 서로 연결될 수 있다. 수벽을 형성하는 튜브들의 건조의 결과로서, 상업적으로 이용 가능한 스캐너들은 튜브들의 원주 방향 스캔을 완성할 수 없다. 부가하여, 수벽 튜브들은 조업 중단 동안 튜브들의 고온측(hot side)으로부터 접근 가능하다. 튜브들의 고온측은 보일러에서 화염과 고온 가스와 직접 접촉하는 측부인 한편, 저온측은 고온측 반대편에 배치되고 단열과 접촉한다. 크래킹은 대체로, 단열되며 단열재 제거없이 용이하게 접근할 수 없는 튜브의 "저온측"에 있는 부착물 용접부에서 발생한다.

따라서, 보일러 튜브 검사와 같은 적용을 위한 개선된 스캐닝 디바이스가 필요하게 된다.

튜브의 초음파 비파괴 검사를 수행하기 위한 스캐닝 디바이스로서, 도파관 조립체와 인코더 조립체를 수용하는 캐비티들에 의해 오목하게 만곡된 저부면을 가지는 하우징을 포함하며; 상기 도파관 조립체는 서로 통신하는 도파관과 프로브를 포함하고; 상기 도파관은 상기 튜브의 외부면에 일치하도록 구성된 적어도 하나의 표면을 가지며; 상기 도파관은 상기 튜브 내로 상기 프로브에 의해 발생된 초음파 신호의 전송을 가능하게 하며; 상기 인코더 조립체는 상기 튜브를 접촉하는 스프링 적재 휠을 포함하며; 상기 인코더 조립체는 상기 스캐닝 디바이스가 상기 튜브의 길이 방향 축선의 방향으로 이동시킴으로써 상기 튜브 상의 위치에 대한 프로브의 상대 위치를 지시하는 신호를 제공하는, 스캐닝 디바이스가 개시된다.

도파관 조립체와 인코더 조립체를 수용하는 캐비티들에 의해 오목하게 만곡된 저부면을 가지는 하우징을 포함하며; 상기 도파관 조립체는 서로 통신하는 도파관과 프로브를 포함하고; 상기 도파관은 상기 튜브의 외부면에 일치하도록 구성된 적어도 하나의 표면을 가지며; 상기 도파관은 상기 튜브 내로 상기 프로브에 의해 발생된 초음파 신호의 전송을 가능하게 하며; 상기 인코더 조립체는 상기 튜브를 접촉하는 스프링 적재 휠을 포함하며; 상기 인코더 조립체는 상기 스캐닝 디바이스가 상기 튜브의 길이 방향 축선의 방향으로 이동시킴으로써 상기 튜브 상의 위치에 대한 프로브의 상대 위치를 지시하는 신호를 제공하는, 스캐닝 디바이스를 튜브 상에 배치하는 단계; 상기 튜브의 표면을 상기 도파관과 접촉시키는 단계; 벽 두께를 통해 원주 방향으로 진행하는 초음파 신호를, 프로브 중심선에 대해 20°내지 40°의 경사각으로 상기 튜브 내로 도입하는 단계; 초음파 신호가 상기 튜브에서의 크랙을 접촉할 때 상기 도파관을 통하여 초음파 신호를 검색하는 단계; 및 상기 튜브에서의 크랙의 위치를 결정하도록 초음파 신호를 분석하는 단계를 포함하는 방법이 역시 개시된다.

본 발명에 따라서, 보일러 튜브 검사와 같은 적용을 위한 개선된 스캐닝 디바이스가 제공된다.

도 1a는 예시적인 스캐닝 디바이스의 측면 사시도;
도 1b는 예시적인 스캐닝 디바이스의 저면 사시도;
도 2는 단지 자석 및 스크루 조립체와 도파관 조립체만이 예시적인 하우징 내에 배치되는 하우징의 저면도;
도 3a는 도 1a의 단면 A-A을 따라서 취한 단면도;
도 3b는 도 1a의 단면 B-B을 따라서 취한 단면도;
도 3c는 예시적인 스캐닝 디바이스의 단부도;
도 3d는 도 3c의 단면 C-C를 따라서 취한 단면도; 및
도 4는 튜브 벽을 통하여 진행하는 음파를 도시하는 단면도.

튜브들의 비파괴 검사를 위한 휴대용 스캐닝 디바이스가 본 명세서에 개시된다. 튜브들은 수벽의 부분이며 대체로 보일러 및 노에서 사용된다. 스캐닝 디바이스는 콤팩트하고, 상이한 지름을 가지는 튜브들과 함께 사용하는데 용이하게 적합하고, 증기 발생기(보일러)에 있는 수벽 튜브들을 스캐닝하는데 특히 유용하다. 한 실시예에서, 휴대용 스캐닝 디바이스는 수벽 튜브들의 저온측 상에 위치된 부착물 용접부들에서 발생하는 크랙들을 결정하도록 사용되며, 특히 이러한 크랙들은 일반적으로 단열되고 그러므로 단열재 제거없이 용이하게 접근할 수 없는 부착물 용접부들에서 발생한다.

본 명세서에서 정의된 바와 같이, 용어 "튜브"는 유체가 이를 통해 운반될 수 있는 봉입된 채널을 포함한다. 폐쇄된 채널은 임의의 필요한 기하학적 형상을 가질 수 있으며(도관의 축선 방향에 대해 직각으로 측정될 때), 원형, 타원형, 정사각형, 또는 직사각형 단면을 가질 수 있다. 축선 방향은 또한 본 명세서에서 길이 방향으로서 지칭되며, 도관의 길이 방향을 따라서 측정된다.

휴대용 스캐닝 디바이스가 수벽 배관의 "고온측"을 접촉할 때 수벽 배관의 "저온측" 상의 크랙 검출을 허용하는 방법이 역시 본 명세서에 개시된다. 한 실시예에서, 방법은 스캐닝 디바이스가 수벽 배관의 고온측을 접촉할 때 수벽 배관의 저온측 상의 축선 크랙 검출을 허용한다. 방법은 튜브 외측면의 일부를 접촉하도록 가공된 도파관 내로 음파를 도입하는 단계를 포함한다. 음파는 초음파 주파수 범위(이후에, "초음파 신호"로서 지칭됨)에 있다. 초음파 신호는 도파관 물질을 빠져나가, 스넬 법칙에 기초한 다중의 각도로 튜브 내로 굴절된다. 초음파 신호는 위상 배열(phased array) 신호이며, 튜브 벽의 어느 한 표면 상에서 개시된 부식 피로 및 크래킹의 검출을 가능하게 하는 방식으로 튜브 벽 내로 도입된다.

스캐닝 디바이스는 상이한 지름을 가지는 튜브들의 다중 검사가 신속하게 가능하게 되도록 프로브들 및 초음파(UT) 도파관(또한 때때로 쐐기(wedge)로서 지칭됨)으로부터 신속한 전환을 가능하게 하도록 구성된다. 스캐닝 디바이스의 구성은 추후에 기술되는 바와 같이 매끄러운 동작을 허용하며, 이에 의해 부딪히는 소리(chatter) 또는 비뚤어짐(skew)을 제거하거나 최소화한다.

휴대용 스캐닝 디바이스는 수벽 튜브로부터 초음파 신호를 전송하고 수신하기 위하여 도파관 조립체를 수용하는 하우징, 수벽 튜브에 대해 스캐닝 디바이스를 홀딩하기 위하여 자석 세기를 조정하기 위한 자석 및 스크루 조립체, 및 튜브를 따라서 횡단된(스캐닝 디바이스에 의해) 거리를 측정하고 임의의 검출된 크랙들과 이 거리를 상관시키기 위한 인코더 조립체를 포함한다. 도파관 조립체를 위한 관련 지지 및 동작 메커니즘, 자석 및 스크루 조립체 및 인코더 조립체가 또한 하우징에 수용된다.

도 1a 및 도 1b를 참조하여, 튜브들의 비파괴 검사를 수행하기 위한 휴대용 스캐닝 디바이스(100)가 지금 예시적이 실시예에 따라서 기술된다. 도 1a 및 도 1b는 예시적인 휴대용 스캐닝 디바이스(100)의 사시도이다. 도 1a는 측면 사시도인 반면에, 도 1b는 저면 사시도이다. 휴대용 스캐닝 디바이스(100)는 상부면(104)과 저부면(110)을 가지는 하우징(102)을 포함한다. 저부면(110)은 상부면(104)에 반대편에 있다. 휴대용 스캐닝 디바이스(100)는 또한 상부면의 2개의 가장자리로부터 아래로 연장하는 마주한 측벽(106 및 108)들을 가진다.

한 실시예에서, 하우징(102)은 사람이 스캐닝 디바이스를 홀딩하도록 허용하는 핸들을 가지지 않는다. 상부면(104)과 측벽(106, 108)들은 하우징(102)이 별개의 핸들을 가지지 않고 손으로 파지되고 조작될 수 있도록 디자인된다. 하우징(102)의 형상은 검사자가 크랙에 대해 검사될 튜브 상에서 스캐닝 디바이스(100)를 수동으로 가이드하는 것을 가능하게 한다. 손으로 운반되어 수동으로 조작될 수 있도록 하우징(102)이 경량인 것이 대체로 바람직하다. 약간 상승된 온도 환경에서 측정을 만드는 것이 바람직하다고 확실히 나타나면, 약 110℉까지 적절히 높은 온도에 견딜 수 있는 물질로 하우징이 제조되는 것이 또한 바람직하다. 하우징(102)은 금속, 세라믹, 또는 폴리머로 제조될 수 있다. 하우징(102)이 폴리머 또는 세라믹으로 제조될 때, 스캐닝 디바이스가 떨어지면 크래킹 또는 치핑(chipping)을 겪지 않도록 폴리머 또는 세라믹이 충격 강화되는 것이 바람직하다. 예시적인 실시예에서, 하우징(102)은 폴리머로 제조된다. 예시적인 폴리머들은 목재, 열가소성 폴리머 또는 열경화성 수지이다.

예시적인 열가소성 폴리머는 폴리아세탈, 폴리올레핀, 폴리아크릴, 폴리카보네이트, 폴리스테린, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리아릴설폰, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌 설파아드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리테트로플루오르에틸렌, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 폴리벤족사졸, 폴리페탈리드(polyphthalides), 폴리아세탈, 폴리아니드라이드, 폴리비닐에테르, 폴리비닐 치오에테르, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 케톤, 폴리비닐 할리드, 폴리비닐 니트릴, 폴리비닐 에스테르, 폴리설포네이트, 폴리설피드, 폴리치오에스테르, 폴리설폰, 폴리실록산, 폴리우레탄 등, 또는 상기의 열가소성 폴리머들 중 적어도 하나를 포함하는 조합이다.

예시적인 열경화성 폴리머는 폴리우레탄, 천연고무, 합성고무, 에폭시, 페놀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 실리콘 등, 또는 상기의 열경화성 수지들 중 적어도 하나를 포함하는 조합이다. 열경화성 수지의 혼합물 뿐만 아니라 열사소제와의 열가소성 수지의 혼합물이 이용될 수 있다.

도 2는 하우징(102)의 저부면(110)의 도시이다. 도 1a 및 도 1b로부터 알 수 있는 바와 같이, 저부면(110)은 수벽 튜브들의 외부면을 가로지르는 매끄러운 운동을 위하여 오목한 곡면이다. 저부면(110)의 곡률은 튜브 외부면의 볼록 곡면을 수용하도록 오목하다. 하우징(102)은 자석 및 스크루 조립체(120A, 120B 및 120C)를 수용하도록 그 저부면(110)에 있는 개구(115, 도 1b 및 도 2 참조), 도파관 조립체(140)을 수용하는 개구(171, 도 2 참조), 및 인코더 조립체(160)를 수용하는 개구(159, 도 1b 및 도 2 참조)를 가진다. 도 2에서 저부면의 도면(및 도 3d에서의 측단면도)은 3개의 자석 및 스크루 조립체(120A, 120B 및 120C)을 도시하며, 그 각각은 점선 타원으로 도시된다. 제 1 자석 및 스크루 조립체(120A)는 제 1 단부(114)에 근접하여 위치되는 한편, 제 2 자석 및 스크루 조립체(120B)는 제 1 단부(114)로부터 더욱 멀리 위치된다. 제 1 자석 및 스크루 조립체(120A) 및 제 2 자석 및 스크루 조립체(120B)들은 도파관 조립체(140)의 양측부 상에 위치된다. 제 3 자석 및 스크루 조립체(120C)는 하우징(102)의 제 2 단부(116)에 근접하여 놓인다. 인코더 조립체(160)를 수용하는 캐비티(159, 도 3d를 참조하여 추후에 상세히 기술됨)는 제 2 자석 및 스크루 조립체(120B)와 제 3 자석 및 스크루 조립체(120C) 사이에 위치된다.

각 자석 및 스크루 조립체는 원통형으로 형상화된 자석(122, 122A, 122B 및 122C는 조립체(120A, 120B 및 120C)들에 각각 대응한다), 스크루(124, 124A, 124B 및 124C는 조립체(120A, 120B 및 120C)들에 각각 대응한다)를 포함하고, 이는 하우징(102)에 있는 공간에 수용된 너트(132, 132A, 132B 및 132C는 조립체(120A, 120B 및 120C)들에 각각 대응한다)에 조정 가능하게 나사 결합된다. 너트를 위한 스페이서는 너트(132)의 외부면에 대응하는 기하학적 형상을 가진다. 그러므로, 너트(132)는 상기 공간에서 회전할 수 없으며, 적소에서 이를 홀딩한다. 각 자석(122)은 그 기하학적 중심에 스크루(124)가 관통하는 구멍을 가진다. 스크루(124)는 그런 다음 하우징을 통과하고 너트(132)에 의해 나사 결합된다. 너트(132A, 132B 및 132C)에서 스크루(124A, 124B 및 124C)들을 회전시키는 것에 의해, 하우징(102)의 저부면(110)에 대한 각각의 자석(122A, 122B 및 122C)의 위치는 조정될 수 있다. 그러므로 자석(122A, 122B 및/또는 122C)들은 방사상 방향으로 수벽의 튜브들에 근접하거나 또는 튜브들로부터 멀리 이동될 수 있다(방사상 거리는 튜브들의 중심으로 측정된다). 튜브들에 근접하거나 또는 튜브들로부터 멀리 자석들을 이동시킴으로써, 튜브 상에서 자석에 의해 발휘되는 흡인력은 튜브(200) 상에 스캐닝 디바이스(100)를 홀딩하는데 필요한 힘을 제공하도록 변경될 수 있는 동시에(도 3a 참조), 스캐닝 디바이스(100)가 튜브를 따라서 용이하게 슬라이딩하는 것을 허용한다. 자석들은 또한 인코더 위치 기준을 상실함이 없이 사용자가 재위치시키는 것을 허용하도록 사용자가 튜브에 부착된 프로브를 유지하는 것을 또한 허용한다.

도 1b, 도 2 및 도 3d를 참조하여, 액체(이후에, 접촉매질)를 흡수하고 방출할 수 있는, 부드러운(soft) 흡수재의 적어도 2개의 스트립(제 1 스트립(126A) 및 제 2 스트립(126B))들이 하우징(102)의 저부면(110) 상에 배치된다. 흡수재의 제 1 스트립(126A)과 흡수재의 제 2 스트립(126B)은 하우징(102)의 저부면(110)에 접착된다. 흡수재의 제 1 스트립(126A)과 흡수재의 제 2 스트립(126B)은 각각 제 1 자석(122A)과 제 2 자석(122B)을 적어도 부분적으로 덮는다. 흡수재(126A, 126B)의 각 층은 조정을 위하여 스크루(124A 및 124B)에 대한 접근을 허용하는 개구(127, 도 1b 참조)를 포함한다.

접촉매질의 흡수 및 방출에 부가하여, 흡수재의 제 1 스트립(126A)과 흡수재의 제 2 스트립(126B)은 또한 스캐닝 디바이스(100)가 튜브의 표면 위에서 이동되는 동안 제 1 스트립(126A)과 제 2 스트립(126B) 사이에서 접촉매질의 층을 포획하거나 또는 유지하도록 밀봉으로서 작용한다. 접촉매질의 막은 크랙에 대해 검사될 튜브와 도파관(142) 사이에 놓이고, 도파관(142)과 튜브 사이의 초음파 신호의 결합을 용이하게 한다. 접촉매질은 접촉매질 튜브(128, 도 1a 참조)을 통하여 그리고 접촉매질 매니폴드(130, 도 3b 참조)를 통하여 도파관(142)과 튜브 사이의 영역으로 공급된다. 접촉매질 매니폴드(130)는 하우징(102)에 수용되거나 또는 형성된 튜브(180, 182 및 184)들을 통하여 저부면에 있는 다수의 포트(186)들과 유체 연통한다. 포트(186)들은 저부면(110)에서 하우징(102)에 배치되고, 도파관 조립체(140)의 도파관(142)의 어느 한 측부에 놓인다. 도면이 포트(186)들의 2개의 열들을 도시하였지만, 하나의 열이 충분할 수 있다는 것을 유념하여야 한다.

접촉매질은 스캐닝 디바이스(100)가 동작될 때 하우징(102)의 저부면(110) 상에 있는 포트(186)들로부터 연속적으로 방출된다. 매니폴드(130)의 튜브(180, 182 및 184)들은 추가의 제조에 의해 하우징(102)의 제조 동안 하우징(102)의 부분으로서 몰딩되며, 이는 이후에 기술된다.

접촉매질 튜브(128)는 접촉매질 공급원(예를 들어 도면에 도시되지 않은 압축 컨테이너 또는 펌프)에 연결되는 제 1 단부와, 하우징(102)의 제 2 단부(116)에 배치된 접촉매질 매니폴드(130)에 연결되는 제 2 단부를 가진다. 접촉매질 튜브(128)는 공급원(도시되지 않음)으로부터 접촉매질을 수용하고 접촉매질 매니폴드(130)로 접촉매질을 전달하며(예를 들어, 미늘 피팅(barbed fitting)을 통하여), 매니폴드는 차례로 하우징(102)의 저부면(110)에 위치된 다수의 포트(186)들로 접촉매질을 직접 전달한다. 접촉매질은 도파관(142)과 검사될 튜브 사이에 그리고 흡수재의 제 1 스트립(126A)과 제 2 스트립(126B) 사이에 층(이후에 "막"으로서 지칭됨)을 형성한다. 초음파 신호는 이러한 접촉매질 막을 통하여 도파관(142)으로부터 튜브로 안내된다. 접촉매질 물질은 물, 유기물 용제 또는 겔일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 접촉매질은 물이다.

부드러운 흡수재는 액체를 흡수하거나 방출할 수 있는 섬유재 또는 다공성재를 포함할 수 있다. 섬유재는 폴리머를 포함하는 직조 또는 비직조 섬유 스트림(예를 들어, 펠트(felt))일 수 있다. 다공성재는 또한 폴리머 포옴재(polymeric foam)일 수 있다. 폴리머 포옴재는 1 내지 1,000 마이크로미터의 평균 기공 크기를 가진다. 예시적인 폴리머 포옴재는 셀룰로오스, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트 등을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 부드러운 흡수재는 펠트이다. 접착제는 하우징(102)의 저부면(110) 상에 부드러운 흡수재의 스트립(126A 및 126B)을 접착하도록 사용될 수 있다.

도파관 조립체(140) 및 인코더 조립체(160)의 상세는 도 1a로부터 취득된 단면도들인 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 지금 기술된다. 도 3a는 도 1a에 있는 A-A에서 취한 단면도를 도시하는 한편, 도 1b는 도 1a에 있는 B-B에서 취한 단면도이다. 도 3c는 도 3d에서 도시되는 단면 C-C를 도시하는 스캐닝 디바이스(100)의 단부도이다. 도 3d는 또 다른 예시적인 실시예의, 스캐닝 디바이스(100)의 하우징(102)에 조립되는 도파관 조립체(140) 및 인코더 조립체(160)와 함께 취해진 하우징(102)의 단부도이다.

도 3a는 단면 A-A(도 1a로부터)의 도시이며, 제 1 및 제 2 자석 및 스크루 조립체(120A 및 120B)들 사이에 배치된 도파관 조립체(140)를 보인다. 도파관 조립체(140)는 각각 수벽 튜브 내로 및 수벽 튜브로부터 초음파 신호의 전송 및 수신을 가능하게 한다. 도파관 조립체(140)는 프로브(150)와 접촉하는 도파관(142)을 포함한다. 프로브(150)는 초음파(이후에는 "신호"로서 지칭됨)의 위생 배열을 전송하고 수신하는 초음파 트랜스듀서이다. 한 실시예에서, 튜브를 접촉하는 도파관(142)의 표면(141)은 튜브의 볼록한 외부면을 접촉할 수 있도록 오목하다. 도파관(142)의 접촉면(141)은 가능한 밀접하게 튜브 표면을 접촉하도록 외형화되거나 또는 곡선화된다. 프로브(150)에 근접한 도파관(142)의 하측면(153)은 다시 프로브를 향하는 다시 초음파 신호의 반사를 최소화하고 초음파 신호의 간섭을 방지하도록 하우징(102)으로부터 멀리 테이퍼진다. 도파관(142)의 측면(153 및 155)들은 이러한 표면들로부터 다시 프로브(150)로 초음파 신호의 반사를 최소화하도록 질감화된다(textured). 한 실시예에서, 도파관(142)의 측면(153 및 155)들은 프로브(150)로부 다시 초음파 신호의 반사를 초소화하도록 깔쭉깔축하게 된다(예를 들어, 톱니 형상을 가진다).

도파관(142)의 원호 길이는 프로브의 단면적의 측부보다 훨씬 크다. 도파관(142)의 이러한 증가된 원호 길이는 하우징(102)에 있는 도파관 조립체(140)에 대한 강도 및 안정성을 제공한다. 접촉매질은 초음파 신호가 튜브(200) 내로 도입될 수 있고 튜브(200)로부터 수신될 수 있도록 도파관(142)의 오목면과 튜브(200의 외부 볼록면 사이의 접촉을 용이하게 한다.

도파관 조립체(140)(도파관(142), 프로브(150), 및 케이블(152)을 포함하는)는 하우징(102)에 위치된 슬라이딩 가능한 홀더(131)를 제거하는 것에 의해 도파관의 상부면을 통해 제거될 수 있다. 슬라이딩 가능한 홀더(131)는 폴리머로 제조되고 스크루(144)를 수용하는 그루브(191)를 수용한다. 스크루는 그 저부에 스프링 적재 볼(145)을 가진다. 스프링 적재 볼(145)은 도파관(142)의 상부면(튜브(200)을 접촉하는 표면(141)의 반대편 표면)에 형성된 노치 내로 스냅 끼워맞춤된다. 스크루(144)는 너트(146)에 조정 가능하게 나사 결합되고, 하우징(102)에서 도파관(142)을 방사상으로 이동시키는 것을 용이하게 한다. 도파관(142)은 너트(146)를 회전시키는 것에 의해 튜브(200, 즉 검사되는)로 근접하거나 또는 튜브로부터 멀리 이동될 수 있다.

슬라이딩 가능한 홀더(131)는 그루브(187 및 189)들에 의해 하우징(102)에 삽입되거나(슬라이딩에 의해) 또는 하우징으로부터 제거될 수 있다. 적소에 있을 때, 슬라이딩 가능한 홀더(131)는 하우징(102)의 일체부인 블록(157)에 의해 지지된다.

하우징(102) 내로 도파관(142)을 삽입하기 위하여, 슬라이딩 가능한 홀더(131)는 먼저 그루브(187 및 189)를 따라서 하우징으로부터 이를 슬라이딩시키는 것에 의해 제거된다. 도파관(142), 프로브(150) 및 케이블(152)을 포함하는 도파관 조립체(140)는 그런 다음 상부면(104)에 있는 캐비티를 통해 하우징(102) 내로 삽입된다. 슬라이딩 가능한 홀더(131)는 그런 다음 다시 하우징(102) 내로 슬라이딩되고, 스프링 적재 볼(145)은 도파관(142)에 있는 슬롯 내로 스냅 끼워맞춤되고, 그러므로 적소에서 도파관 조립체(140)를 홀딩한다.

하우징(102)으로부터 도파관 조립체(140)를 제거하는 것이 필요할 때, 도파관(140)은 슬라이딩 가능한 홀더(131)로부터 멀리 도파관(140)을 당기는 것에 의해 스프링 적재 볼(145)로부터 추출된다. 슬라이딩 가능한 홀더(131)는 그런 다음 그루브(187 및 189)를 통하여 하우징으로부터 슬라이딩된다. 도파관 조립체(142)는 그런 다음 하우징(102)의 상부면에 있는 개구를 통해 하우징(102)으로부터 제거된다.

도파관(142)은 광학적으로 투명한 플라스틱 부분으로 구성된다. 광학적으로 투명한 플라스틱 부분은 폴리에스테르, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 가교된 스티렌 공중합체, 폴리에테르이미드 등 또는 이전의 플라스틱 부분의 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함한다. 한 실시예에서, 도파관은 REXOLITE^®(가교된 스티렌 공중합체)로부터 또는 LUCITE^®(폴리메틸메타크릴레이트)로부터 가공되며, 이것들은 적절한 음향학적 상태량을 가진다.

도파관은 프로브(150)를 수용하는 슬롯(151)을 가진다. 한 실시예에서, 프로브(150)와 튜브(200) 사이의 도파관(142)의 부분은 튜브를 향하여 초음파 신호를 안내한다.

상기된 바와 같이, 그 오목면이 수벽 튜브(200)의 외부 볼록면에 일치하도록 외형의 도파관(142)을 사용하는 것이 바람직하다. 그러므로, 그 반경이 이전의 튜브 세트의 반경과 다른 또 다른 세트의 튜브들을 위한 또 다른 도파관으로 한 세트의 튜브들을 위해 사용된 도파관(142)을 교체하는 것이 바람직할 수 있다. 그러므로, 도파관은 스프링 적재 볼(145)로부터 이를 제거하고 스프링 적재 볼(145)을 사용하여 그 적소에 있는 위치로 새로운 도파관(상이한 외형의 표면을 가지는)을 스냅 끼워맞추는 것에 의해 용이하게 교체될 수 있다. 기존의 도파관(142)을 새로운 도파관(142)으로 교체하는 동안, 프로브(150)는 먼저 기존의 도파관(142)으로부터 제거된다. 접촉매질은 새로운 도파관(142) 내로 프로브(150)를 가압 끼워맞추기 전에 새로운 도파관(142)의 슬롯(151)에 부가된다. 새로운 도파관(142)은 그런 다음 하우징(102)에 있는 위치로 스냅 끼워맞춤된다(스프링 적재 볼(145)을 사용하여).

유익하게, 도파관(142)의 표면(147)은 튜브(200)의 외부 원주에 대해 외형화되거나 또는 곡선화되며, 그러므로, 튜브(200) 원주의 일부가 스캐닝되는 것을 허용한다. 예를 들어, 튜브(200)가 2.5 인치 지름을 가지면, 스캐닝 디바이스(100)와 함께 사용하기 위해 선택된 도파관(142)은 약 1.25 인치 외형의 반경을 가질 것이다. 이러한 것은 튜브(200)가 도 2a에 도시된 바와 같이 수벽의 부분인 경우에 특히 유익하다. 수벽에서, 튜브(200)들은 용접된 웨브(멤브레인)(202)에 의해 나란한 형태로 결합된다. 한 실시예에서, 도파관(142)의 외형은 프로브(150)가 튜브(200)의 일측부 상의 웨브(202)로부터 튜브(200)의 다른 측부 상의 웨브(202)까지 실질적으로 튜브(200)의 전체 부분을 스캐닝하는 것을 허용한다.

프로브(150)는 도파관(142)과 동작 통신한다. 도파관(142)의 상부면에 있는 슬롯(151)은 프로브(150)를 수용하고, 튜브(200)의 외부면에 대하여 공지된 고정 배향 및 경사각으로 프로브를 홀딩한다. 슬롯(151)은 도파관(142)의 제조 동안 몰딩될 수 있거나, 또는 대안적으로 도파관(142)으로 가공될 수 있다. 프로브(150)는 도파관(142)으로부터 부착되고 분리될 수 있다. 상기된 바와 같이, 프로브는 도파관(142) 내로 가압 끼워맞춤된다. 일부 접촉매질은 프로브(150)와 도파관(142) 사이에서 적절한 신호 전송을 용이하게 하도록 슬롯(151)에서 사용될 수 있다.

프로브(150)의 분리성은 검사 하에 있는 다양한 크기의 튜브들을 위해 요구될 수 있는 다양한 도파관(142) 크기로부터 신속한 교환을 제공한다. 프로브(150)는 도파관(142)을 통해 튜브(200)로 초음파 주파수 범위로 음파를 전송한다. 전송된 음파는 다양한 각도로 초음파 신호를 전송하는 위상 배열 신호이다.

프로브(150)는 대체로 정사각형 단면적을 가지지만, 마찬가지로 다른 기하학적 단면적(예를 들어, 원형, 삼각형, 다각형 등)을 가질 수 있다. 도파관(142)에서 프로브(150)의 위치는 초음파 신호가 튜브 벽의 고온측으로 도입되고 튜브 벽의 저온측에서 원주방향으로 진행할 수 있도록 사전 결정된 배향 및 각도로 고정된다. 도 3a에서 알 수 있는 바와 같이, 프로브(150)는 2개의 선(프로브(150)의 단면적의 중심을 통과하는 제 1 선과, (검사될) 튜브(200)의 중심을 통과하는 선)들과 초음파 신호가 튜브(200)의 표면을 접촉하는 지점에 대하여 20°내지 40°의 경사각으로 위치된다. 제 1 선과 제 2 선 사이의 이러한 각도는 경사각으로 지칭된다. 20°내지 40°사이에서 경사각을 조정하는 것에 의해, 음파는 스넬의 법칙에 따르며, 도 4에 도시된 바와 같이 튜브(200) 내로 굴절되어 원주 방향으로 진행한다. 프로브(150)는 가능한 수벽의 멤브레인(202)에 근접하여 신호를 취하도록 도파관(142)에서 중심으로부터 벗어나 배치된다(도 3a 참조).

프로브(150)는 이로부터 연장하는 케이블(152)을 포함한다(도 1a 참조). 케이블(152)은 프로브(150) 및 초음파 펄서 및 수신기(도시되지 않음) 및 프로브(150)로부터 수신된 전기 신호를 기록하도록 메모리를 가지는 컴퓨팅 디바이스(또한 도시되지 않음, 예를 들어 범용 컴퓨터, 신호 프로세서 또는 분석기) 사이에서 전기 신호를 전송하도록 동작한다. 컴퓨팅 디바이스는 수신된 정보를 처리하고, 작업자가 프로브(150)로부터 수신된 전기 신호의 시각적 표시를 보는 것을 허용하도록 디스플레이 스크린을 가진다. 다양한 애플리케이션을 사용하여, 검사로부터 취득되고 기록된 데이터는 컴퓨팅 디바이스에 의해 그래픽 형태로 변환되어 디스플레이될 수 있다. 데이터의 그래픽 형태는 초음파 프로브(150)를 통한 검사의 질적 및 양적 결과를 예시할 수 있다. 예를 들어, 상기 결과는 검사 하에 있는 튜브에서의 결함 뿐만 아니라 결함의 범위(크기, 범위 및 깊이와 같은)를 포함할 수 있다. 도 2c에서의 스캐닝 디바이스는 각각의 튜브(200)에 용접된 멤브레인(202)에 의해 서로 홀딩되는 다수의 튜브(200)들을 포함하는 수벽 튜브 위에 배치된 것을 도시한다.

한 실시예에서, 프로브(150)는 초음파 전송기 및 센서들의 위상 배열을 포함한다. 위상 배열은 순서적으로 연속하여 펄싱된 초음파 트랜스듀서의 선형 또는 2차원 배열을 이용한다. 개별적인 잔물결(wavelet)의 중첩을 통하여, 위상 배열은 빔의 각도를 조종하는 능력을 제공한다. 그러므로, 빔 각도는 개별적인 펄스의 타이밍을 조정하는 것에 의해 설정될 수 있다. 다중의 각도를 통하여 스윕하는(sweep) 능력을 가지는 것에 의해, 검출성에서의 증가가 실현될 수 있다.

스캐닝 디바이스(100)는 또한 인코더 조립체(160) 뿐만 아니라, 진행중인 검사에 대하여 프로브(150)로부터의 응답을 추적하고 기록하기 위한 수단을 포함하며, 인코더 조립체는 하우징(102)의 캐비티(159)에 수용되고(도 2 참조) 검사가 개시되는 파이프(200) 상의 물리적 위치를 위한 기준점을 제공하도록 동작한다. 인코더 조립체(160)는 스캐닝 디바이스(100)의 저부면(110) 상에서 임의의 배치로 위치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 인코더 조립체(160)는 도파관 조립체(140)을 대면하는 측부의 반대편에 있는 제 2 자석 및 스크루 조립체(120B)의 측부 상에 위치된다.

도 3d에서, 인코더 조립체(160)는, 튜브(200) 상에 탑재되고 스캐닝 디바이스(100)가 튜브(200)에 대해 이동되는 휠(162)과 통신하는 인코더(163)를 포함한다. 인코더 조립체(160)는 하우징(102)의 부분인 브래킷(167)에 의해 홀딩된다. 휠(162)과 인코더(163)는 브래킷(167) 상에 수용된 샤프트(165) 상에서 선회하는 외팔보 빔(166)의 반대편 단부에서 현수된 샤프트(도시되지 않음) 상에 장착된다. 휠(162)은 튜브(200)의 표면을 접촉하도록 튜브를 향하여 휠(162)을 강요하는 스프링(164)에 의해 스프링 적재된다. 스프링(164)은, 한쪽 단부가 브래킷(167)을 접촉하는 반면에, 다른 쪽 단부가 휠(162)이 장착되는 샤프트를 접촉하는 외팔보 스프링일 수있다. 다른 형태의 스프링(예를 들어, 판 스프링, 코일 스프링 등)들이 또한 사용될 수 있다. 스프링(164)은 회전되는 휠(162)없이 스캐닝 디바이스(100)가 튜브(200) 위에서 이동하는 것을 방지하고, 그러므로 움직임을 기록하지 않는다. 인코더(163) 내에 있는 센서는 휠의 회전을 검출하고, 이는 프로브가 튜브(200)를 따라 이동함으로써 프로브(150)의 상대 위치를 나타낸다. 인코더(163)는 케이블(166)을 통해 컴퓨터 디바이스로 이러한 위치를 나타내는 전기 신호를 제공하고, 그러므로 컴퓨터 디바이스가 튜브(200) 상의 특정 위치와 프로브(150) 판독치를 상관시키는 것을 허용한다.

스캐닝 디바이스(100)는 또한 다수의 도파관에 대한 손상을 방지하도록 스캐닝 디바이스의 제 1 단부와 제 2 단부에 인접하여 저부면(110) 상에 배치되는 다수의 표면 경화 핀(190, 도 1a 및 도 2 참조)들을 포함한다. 표면 경화 핀(190)들은 탄화물로 제조될 수 있다. 한 실시예에서, 적어도 한 쌍의 탄화물 피복 핀들은 제 1 단부(114)에서 저부면(110) 상에 배치되며, 다른 쌍의 탄화물 피복 핀들은 제 2 단부(116)에서 저부면(110) 상에 배치된다.

스캐닝 디바이스(100)의 동작 동안, 도파관(142)은 이후에 기술되는 바와 같이 접촉매질을 통하여 튜브(200)를 접촉한다. 예시적인 실시예에서, 도파관(142)은 대체로 튜브(200)의 길이 방향 축선에 평행한 방향으로 스캐닝하도록 배열될 수 있다. 튜브(200)의 길이 방향 축선은 도 3a에서 지면의 평면에 대해 직각이다. 스캐닝 디바이스(100)는 튜브의 길이 방향 축선을 따라서 튜브(200)의 표면(수벽의 고온측 상의)을 따라서 이동한다. 스캐닝 디바이스(100)는 멤브레인의 반대편 측부 상이지만 스캔이 수행되는 측부와 동이한 측부 상에 놓인 튜브의 적어도 사분면(90°)의 스캔을 얻도록 멤브레인(202, 도 3a 참조)에 대해 가능한 근접하여 튜브(200)의 표면을 따라서 이동한다. 도 4를 참조하여, 초음파 신호는 튜브의 기하학적 구조 및 특징들, 즉 반경, 재료, 벽 두께 등에 의해 결정되는 사전 결정된 각도로 튜브(200)의 벽 내로 도입된다.

초음파 신호(210)는 도파관(142)을 통해 굴절되어, 원주 방향으로 멤브레인(202)을 지나서 튜브 벽을 통해 진행한다. 스넬 법칙에 기인하여, 신호의 각도는 벽을 통과할 때 추가적으로 약 10°굴절할 수 있다. 초음파 신호(210)는 도 4에 도시되고 도면부호 220에 의해 지시된 바와 같은 원주 방향으로 튜브 벽을 통해 진행한다. 빔의 전자적 스위핑(electronic sweeping)은 멤브레인을 지난 음파를 취하는 것을 돕고 크래킹과 더욱 수직으로 상호 작용하는 것에 의해 개선된 방향을 허용한다. 튜브(200)의 섹션이 크랙을 가지지 않을 때, 빔은 튜브 벽을 통해 진행하고 컴퓨터 스크린 상에서 배경 스펙트럼(어떠한 피크도 포함하지 않는)을 만든다. 신호가 튜브 벽에 있는 크랙을 만날 때, 음파는 진행하는 경로를 따라서 다시 반사되고 도파관(142) 및 프로브(150)에 의해 수신되며, 케이블(152)을 통해 컴퓨터에 제공된다. 컴퓨터 스크린은 보다 높은 진폭 피크(배경 스펙트럼과 구별될 수 있는)를 포함하는 스펙트럼을 디스플레이하고, 이로부터 크랙의 위치 및 개산 크기(approximate size)가 검출될 수 있다. 크랙들은 이러한 방법에 의해 검출될 수 있다. 한 실시예에서, 크랙에 대하여 튜브(200)의 저온측을 완전히 스캐닝하기 위하여, 스캐닝 디바이스(100)는 180°회전되고, 그런 다음 튜브(200)의 다른 측부 상에서 이전에 횡단한 방향으로부터 반대 방향으로 튜브(200, 다시 고온측 상에서)를 따라서 횡단한다. 초음파 신호 또는 보다 큰 세기를 가지는 신호를 사용하는 것에 의해, 튜브(200)의 전체 저온측이 튜브(200)의 한 측부를 따르는 단일 스캐닝으로 크랙에 대해 스캐닝될 수 있다는 것을 유념하여야 한다.

튜브(200)에서 크랙 위치를 결정하기 위한 방법은 도 3a를 참조하여 상세하게 기술된다. 튜브(200)의 사분면(500)에서 크랙 위치를 결정하기 위하여, 스캐닝 디바이스는 튜브의 사분면(300)을 따라서 이동한다. 초음파 신호들(신호들)은 튜브(200)의 멤브레인(202)을 지나서 반시계 방향으로 횡단하고, 어떠한 크랙도 사분면(500)에 존재하면, 신호들은 뒤로 굴절되고 컴퓨터 스크린 상에 디스플레이된다. 동일한 튜브(200)의 사분면(600)에서 크랙 위치를 결정하기 위하여, 스캐닝 디바이스는 튜브의 사분면(400)을 따라서 이동한다. 초음파 신호는 튜브(200)의 멤브레인(202)을 지나서 시계 방향으로 횡단하고, 어떠한 크랙도 사분면(600)에 존재하면, 신호들은 뒤로 굴절되고 컴퓨터 스크린 상에 디스플레이된다. 튜브의 스캐닝된 부분의 2차원 또는 3차원 장면이 컴퓨터 스크린 상에 디스플레이될 수 있다.

한 실시예에서, 스캐닝 디바이스(100)를 제조하는 하나의 방법에서, 하우징(102)은 추가의 제조를 포함하는 방법에 의해 먼저 프린트된다. 추가의 제조는 또한 3-D 제조로 지칭된다. 하우징(102)은 자석 및 스크루 조립체(120A, 120B 및 120C)들을 수용하기 위한 캐비티를 포함하도록 제조된다. 하우징(102)은 또한 도파관 조립체(140) 및 인코더 조립체(160)를 수용하는 캐비티들을 포함한다. 접촉매질을 운반하기 위한 튜브(180, 182 및 184)들은 또한 하우징(102)에 일체로 포함된다. 즉, 튜브(180, 182 및 184)들은 하우징에서 형성되고, 하우징 내로 별개로 삽입되지 않는다.

자석 및 스크루 조립체(120A, 120B 및 120C)들은 그런 다음 하우징(102)에 부착된다. 부드러운 흡수재(예를 들어, 펠트)의 스트립(126A 및 126B)들이 그런 다음 하우징(102)에 접착된다. 도파관 조립체(140)와 인코더 조립체(160)는 그런 다음 하우징(102)에 부착된다. 탄화물 피복 핀들은 그런 다음 제 3 자석 및 스크루 조립체(120C)와 하우징(102)의 곡선의 저부면에 각각 배치된다. 자석 및 스크루 조립체들 및 도파관 조립체의 위치는 각각의 이러한 조립체들을 위한 스크루 상의 너트를 회전시키는 것에 의해 조정될 수 있다. 도관들과 전기 공급부는 그런 다음 상기된 각각의 위치에서 하우징(102)에 연결된다.

본 명세서에 개시된 스캐닝 디바이스와 방법은 다수의 이점을 가진다. 스캐닝 디바이스는 추가의 제조 기술(또한 3차원 프린팅 또는 급속 프로토타이핑(prototyping)으로서 공지된)을 사용하여 프린트되고, 이는 이를 가볍고, 콤팩트하며, 인체공학적이고 편안하게 만든다. 스캐닝 디바이스는 수벽 튜브의 외경에 일치하는 특정 곡률로 프린트된다. 스캐닝 디바이스는 인코더를 가지며, 인코더는 수벽 튜브의 외부면을 따라서 배치되는 동안 미끄러짐을 방지하도록 스프링 적재 휠을 가지며, 그러므로 튜브 상의 정확한 축선 위치를 결정하는 것을 가능하게 한다. 스캐닝 디바이스는 프로브에 대한 접촉매질 전달을 위한 자체 포함된 수로 및 통로를 가진다. 스캐닝 디바이스는 접촉매질의 튜브 습윤 및 함유를 돕는 펠트 인서트를 가진다. 스캐닝 디바이스는 또한 프로브 도파관 마모를 제한하는 탄화물 피복 핀들을 가진다.

비록 용어 "제 1", "제 2", "제 3" 등이 다양한 요소, 부품, 영역, 층 및/또는 섹션들을 기술하도록 사용될 수 있을지라도, 이러한 요소, 부품, 영역, 층 및/또는 섹션들은 이러한 용어들에 의해 한정되지 않아야 한다. 이러한 용어들은 단지 요소, 부품, 영역, 층 또는 섹션들을 다른 요소, 부품, 영역, 층 또는 섹션들과 구별하도록 사용된다. 그러므로, 다음에 기술되는 "제 1 요소", "부품", "영역", "층", 또는 "섹션"은 본 발명의 교시로부터 벗어남이 없이 제 2 요소, 부품, 영역, 층 또는 섹션들로 지칭될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어들은 단지 특정 실시예를 기술하는 목적을 위한 것이며, 제한이도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 단수 표현은 달리 명확히 지시되지 않으면 마찬가지로 다수 형태를 포함하도록 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때 용어 "포함한다" 및/또는 "포함하는", 또는 "구비한다" 및/또는 "구비하는"은 언급된 특징부들, 영역들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 부품들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징부들, 영역들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 부품들 및/또는 그 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

또한, "하부" 또는 "저부" 및 "상부" 또는 "정상부"와 같은 상대적 용어들은 도면에 도시된 바와 같은 다른 요소들에 대한 하나의 요소의 관계를 기술하도록 본 명세서에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들이 도면에 도시된 배향에 추가하여 디바이스의 다른 배향들을 포용하도록 의도되는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 도면들 중 하나에 있는 디바이스가 뒤집어지면, 다른 요소들의 "하부"측 상에 있는 것으로 기술된 요소들은 다른 요소들의 "상부"측 상에 배향될 수 있다. 그러므로, 예시적인 용어 "하부"는 도면의 특정 배향에 따라서 "하부" 및 "상부"의 배향을 포용할 수 있다. 유사하게, 도면들 중 하나에 있는 디바이스가 뒤집히면, 다른 요소 "밑에" 또는 "아래에" 로서 기술된 요소들은 다른 요소 "위에" 배향될 것이다. 그러므로, 예시적인 용어 "밑에" 또는 "아래에"는 위 및 밑의 배향을 모두 포용한다.

달리 정의되지 않으면, 본 명세서에서 사용된 모든 용어(기술 및 과학 용어를 포함하는)들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전류에서 정의된 바와 같은 용어들이 관련 기술 및 본 발명의 문맥에서의 그 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로서 해석되어야 하는 것이 이해될 것이며, 본 명세서에서 그렇게 정의되지 않으면 최적화되거나 또는 너무 공식적인 의미로 해석되지 않을 것이다.

예시적인 실시예들은 최적화된 실시예들의 개략적인 예시인 단면 예시를 참조하여 본 명세서에 기술된다. 그리하여, 예를 들어, 제조 기술 및/또는 허용 오차의 결과로서 예시의 형상으로부터의 변형은 예상된다. 그러므로, 본 명세서에 기술된 실시예들은 본 명세서에 예시된 바와 같은 영역들의 특정 형상으로 제한되는 것으로서 해석되지 않아야 하고, 예를 들어 제조로부터 따르는 형상에서의 일탈을 포함하는 것이다. 예를 들어, 평탄한 것으로서 예시되거나 또는 기술된 영역은 전형적으로 고르지 않고 및/또는 비선형의 특징부들을 가질 수 있다. 또한, 도시된 예리한 각도는 둥글게 될 수 있다. 그러므로, 도면들에 도시된 영역들은 사실상 개략도이며, 그 형상은 영역의 정밀한 형상을 예시하도록 의도되지 않고, 청구항들의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.

용어 "및/또는"은 "및" 뿐만 아니라 "또는" 모두를 의미하도록 본 명세서에 사용된다. 예를 들어, "A 및/또는 B"은 A, B 또는 A 및 B를 의미하도록 해석된다.

전환 용어 "포함하는"은 전환 용어 "본질적으로 이루어진" 및 "이루어진"을 포함하고, "구성되는"과 교체될 수 있다.

본 발명이 예시적인 실시예들을 기술하였지만, 개시된 실시예들의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변형들이 만들어지고 등가물이 그 요소들을 대체할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 부가하여, 많은 변경들이 그 본질적인 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명의 교시에 대해 특정 상황 또는 자료에 적합하도록 만들어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려된 최상의 모드로서 개시된 특정 실시예로 제한되지 않는다.

100 : 스캐닝 디바이스 102 : 하우징
104 : 상부면 106, 108 : 측벽
110 : 저부면
120, 120A, 120B, 120C : 자석 및 스크루 조립체
122, 122A, 122B, 122C : 자석
124, 124A, 124B, 124C : 스크루 128 : 접촉매질 튜브
130 : 접촉매질 매니폴드 131 : 홀더
132, 132A, 132B, 132C : 너트
126A : 제 1 스트립 126B : 제 2 스트립
140 : 도파관 조립체 142 : 도파관
145 : 스프링 적재 볼
160 : 인코더 조립체 162 : 휠
163 : 인코더 164 : 센서
200 : 튜브

Claims

튜브의 초음파 비파괴 검사를 수행하기 위한 스캐닝 디바이스로서,
도파관 조립체와 인코더 조립체를 수용하는 캐비티들에 의해 오목하게 만곡된 저부면을 가지는 하우징을 포함하며;
상기 도파관 조립체는 서로 통신하는 도파관과 프로브를 포함하고; 상기 도파관은 상기 튜브의 외부면에 일치하도록 구성된 적어도 하나의 표면을 가지며; 상기 도파관은 상기 튜브 내로 상기 프로브에 의해 발생된 초음파 신호의 전송을 가능하게 하며;
상기 인코더 조립체는 상기 튜브를 접촉하는 스프링 적재 휠을 포함하며; 상기 인코더 조립체는 상기 스캐닝 디바이스가 상기 튜브의 길이 방향 축선의 방향으로 이동함으로써 상기 튜브 상의 위치에 대한 프로브의 상대 위치를 지시하는 신호를 제공하며; 상기 스캐닝 디바이스는 수벽의 일측부 상의 크랙을 검출하도록 동작하면서, 수벽의 반대편 측부 상에 위치되는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 스캐닝 디바이스는 스크루를 통해 상기 하우징에 부착되는 자석 및 스크루 조립체를 추가로 포함하며; 상기 자석 및 스크루 조립체의 자석은 원통형 자석이며, 상기 스캐닝 디바이스와 특성이 측정되는 튜브 사이의 접촉을 용이하게 하도록 동작하는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 열가소성 폴리머, 열경화성 폴리머 또는 그 조합을 포함하는, 스캐닝 디바이스.
제 2 항에 있어서, 상기 하우징은 적어도 2개의 자석 및 스크루 조립체들을 포함하고, 상기 적어도 2개의 자석 및 스크루 조립체들은 상기 도파관 조립체의 양측부들에 배치되는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 적어도 3개의 자석 및 스크루 조립체들을 포함하고, 상기 적어도 2개의 자석 및 스크루 조립체들은 상기 도파관 조립체의 대향 측부들에 직접 배치되는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 도파관 조립체의 대향 측부들에 배치된 상기 하우징을 접촉하는 부드러운 흡수재의 2개의 스트립들을 추가로 포함하며, 상기 부드러운 흡수재는 도파관과 상기 튜브 사이에 접촉매질의 막을 제공하도록 동작하며; 상기 접촉매질은 상기 도파관으로부터 상기 튜브로 초음파 빔을 전달하도록 동작하는, 스캐닝 디바이스.
제 6 항에 있어서, 상기 부드러운 흡수재는 펠트인, 스캐닝 디바이스.
제 6 항에 있어서, 상기 부드러운 흡수재와 유체 연통하는 접촉매질 튜브를 추가로 포함하는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 스프링 적재 휠은 상기 튜브의 길이 방향 축선의 방향으로의 상기 스캐닝 디바이스의 이동을 측정하도록 동작하는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 스프링 적재 휠은 외팔보 아암의 단부에 장착되는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 스프링 적재 휠은 상기 튜브 상의 그 위치에 대하여 스캐너의 위치를 측정하는 인코더와 통신하는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 프로브는 위상 배열 프로브인, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 도파관은 상기 프로브로부터 원주 방향으로 상기 튜브의 벽 내로 초음파를 안내하도록 동작하는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 자석 및 스크루 조립체 상에서 스크루를 회전시킴으로써, 상기 튜브로를 향해 또는 튜브로부터 멀리 상기 자석을 이동시키는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 프로브는 프로브 중심선에 대하여 20°내지 40°의 경사각으로 상기 도파관과 접촉하는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 도파관은 광학적으로 투명한 재료로 구성되는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 상기 쐐기 조립체의 적어도 일측부 상에 배치된 포트들을 포함하며; 상기 포트들은 접촉매질을 방출하도록 동작하는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 스프링 적재 볼을 구비한 스크루가 상기 하우징에 상기 도파관 조립체를 위치시키도록 사용되는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 슬라이딩 가능한 홀더가 상기 스프링 적재 볼을 구비한 스크루를 수용하는, 스캐닝 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 슬라이딩 가능한 홀더는 상기 하우징으로부터 슬라이딩시킴으로써 상기 하우징으로부터 제거 가능한, 스캐닝 디바이스.
스캐닝 디바이스를 튜브 상에 배치하는 단계로서, 상기 스캐닝 디바이스는:
도파관 조립체와 인코더 조립체를 수용하는 캐비티들에 의해 오목하게 만곡된 저부면을 가지는 하우징을 포함하며; 상기 도파관 조립체는 서로 통신하는 도파관과 프로브를 포함하고; 상기 도파관은 상기 튜브의 외부면에 일치하도록 구성된 적어도 하나의 표면을 가지며; 상기 도파관은 상기 튜브 내로 상기 프로브에 의해 발생된 초음파 신호의 전송을 가능하게 하며; 상기 인코더 조립체는 상기 튜브를 접촉하는 스프링 적재 휠을 포함하며; 상기 인코더 조립체는 상기 스캐닝 디바이스가 상기 튜브의 길이 방향 축선의 방향으로 이동함으로써 상기 튜브 상의 위치에 대한 프로브의 상대 위치를 지시하는 신호를 제공하는, 상기 스캐닝 디바이스를 튜브 상에 배치하는 단계;
상기 튜브의 표면을 상기 도파관과 접촉시키는 단계;
벽 두께를 통해 원주 방향으로 진행하는 초음파 신호를, 상기 프로브 중심선에 대해 20°내지 40°의 경사각으로 상기 튜브 내로 도입하는 단계;
초음파 신호가 상기 튜브에서 크랙과 접촉할 때 상기 도파관을 통하여 상기 초음파 신호를 검색하는 단계; 및
상기 튜브에서 크랙의 위치를 결정하도록 초음파 신호를 분석하는 단계를 포함하는 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 도파관과 상기 튜브의 표면 사이의 접촉을 용이하게 하도록 상기 튜브의 표면 상에 접촉매질을 배치하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 21 항에 있어서, 컴퓨터 상에 결과를 디스플레이 및 저장하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 도파관에 의해 조종된 굴절 초음파 신호는 상기 튜브 벽의 원주 방향으로 약 90°를 커버하는 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 튜브 위에서 제 1 방향으로 상기 스캐닝 디바이스를 이동시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 25 항에 있어서, 상기 제 1 방향의 반대인 제 2 방향으로 상기 튜브 위에서 상기 스캐닝 디바이스를 이동시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 데이터가 컴퓨터 스크린 상에 디스플레이되는 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 굴절된 초음파 신호는 상기 스캐닝 디바이스가 위치되는 측부로부터 수벽 튜브의 반대편 측부로 안내되는 방법.
제 27 항에 있어서, 상기 데이터는 2차원 이미지의 형태로 또는 3차원 이미지의 형태로 디스플레이되는 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 하우징에 자석 및 스크루 조립체를 배치하는 단계를 추가로 포함하며; 상기 자석 및 스크루 조립체는 스크루를 통해 상기 하우징에 부착되고; 상기 자석 및 스크루 조립체의 자석은 상기 스캐닝 디바이스와 특성이 측정되는 튜브 사이의 접촉을 용이하게 하도록 동작하는 방법.