KR20190123893A - Residual Stress Measurement Apparatus for Tubular Type Electric Power Transmission Tower - Google Patents

Residual Stress Measurement Apparatus for Tubular Type Electric Power Transmission Tower Download PDF

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KR20190123893A
KR20190123893A KR1020180047779A KR20180047779A KR20190123893A KR 20190123893 A KR20190123893 A KR 20190123893A KR 1020180047779 A KR1020180047779 A KR 1020180047779A KR 20180047779 A KR20180047779 A KR 20180047779A KR 20190123893 A KR20190123893 A KR 20190123893A
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김정민
서희준
박주현
박상기
정계조
한수지
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조선대학교산학협력단
한국전력공사
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Abstract

The present invention relates to an apparatus for measuring residual stress of a weld of a column-type transmission tower. More specifically, the change in the magnetic flux density distribution due to the stress change in the weld is measured while moving without slipping along the weld of the column-type transmission tower. Therefore, it is possible to measure the residual stress caused by a welding defect of the column-type transmission tower.

Description

관주형 송전탑의 용접부 잔류응력 측정장치{Residual Stress Measurement Apparatus for Tubular Type Electric Power Transmission Tower}Residual Stress Measurement Apparatus for Tubular Type Electric Power Transmission Tower}

본 발명은 관주형 송전탑의 용접부 잔류응력 측정장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 관주형 송전탑의 용접부를 따라 미끄럼없이 이동하면서, 용접부의 응력변화에 의한 자속밀도분포의 변화를 측정함으로써 관주형 송전탑 용접부의 용접결함에 의해 발생한 잔류응력을 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring weld residual stress in a column-type transmission tower, and more particularly, by measuring a change in magnetic flux density distribution due to a change in stress of the weld section while slidingly moving along a welding section of a column-type transmission tower. The present invention relates to a device capable of measuring residual stresses caused by welding defects.

관주형 송전탑은 격자형 송전탑에 비하여 적은 면적에 설치가 가능하고 공사시간도 짧다는 장점을 가지고 있다.The irrigation type transmission tower has the advantage that it can be installed in a small area and the construction time is shorter than the grid type transmission tower.

또한, 도시 미관을 해치지 않는다는 이유에서 최근 관주형 송전탑의 설치가 늘어나는 추세이다.In addition, the installation of irrigation transmission towers is increasing in recent years because it does not harm the aesthetics of the city.

관주형 송전탑은 20mm 전후의 후판을 12각형 단면이 되도록 절곡 및 용접하여 단을 제작하고, 각각의 단을 현장에서 볼트로 체결하여 조립함으로써 완성한다.The irrigation type transmission tower is completed by bending and welding thick plates around 20mm to have a octagonal cross section to fabricate stages, and assembling each stage by bolting them in the field.

한편, 인접한 후판의 모서리는 길이방향으로 서로 맞대기 용접을 통해 접합된다. 맞대기 용접을 하는 과정에서 공극 또는 게재물이 혼입될 수 있으며, 이 공극 또는 게재물이 존재하는 부분은 용접 과정 중 열팽창률이 다르기 때문에 잔류응력이 남게 된다.On the other hand, the edges of adjacent thick plates are joined by butt welding each other in the longitudinal direction. In the butt-welding process, voids or inclusions may be mixed, and the portions in which the voids or inclusions exist may have residual stresses due to different thermal expansion rates during the welding process.

또한, 반복적인 스트레스에 의하여 응력이 누적되기도 한다.In addition, stress may accumulate due to repetitive stress.

따라서, 관주형 송전탑의 제작, 설치 및 운용 중, 용접부에서의 잔류응력을 포함한 용접결함을 비파괴 검사로 인해 검출하여 평가하여 적절한 조취를 취함으로써 사고를 미연에 방지할 필요가 있다.Therefore, during manufacturing, installation and operation of the irrigation type transmission tower, it is necessary to detect and evaluate welding defects including residual stresses in the welds by non-destructive inspection and take appropriate measures to prevent accidents in advance.

한편, 비파괴 검사 방법으로 방사선검사, 초음파검사, 와전류검사, 누설자속검사등이 널리 사용되는데, 방사선검사의 경우 관주형 송전탑의 제작 공정에서 용접부 검사에 사용이 가능하나 송전탑이 설치된 후에는 현장의 접근성이 제한되어 적용이 곤란한 단점이 있다.On the other hand, non-destructive testing methods are widely used, such as radiographic examination, ultrasonic examination, eddy current inspection, leakage magnetic flux inspection.In the case of radiographic inspection, it is possible to use weld inspection in the manufacturing process of irrigation type transmission tower. This is limited and difficult to apply.

또한, 초음파검사의 경우 용접결함을 검사하는 유용한 방법 중 하나이나 커플런트(couplant)를 용접부에 지속적으로 공급해야 하며, 접촉이 필수적이어서 용접부를 전수 검사하는데 숙련도와 긴 검사 시간이 소요되는 문제점이 있다.In addition, in the case of ultrasonic inspection, one of the useful methods for inspecting weld defects or a couplant must be continuously supplied to the weld, and since contact is essential, there is a problem in that a thoroughness and a long inspection time are required to inspect the weld completely. .

또한, 와전류검사의 경우 비자성체 금속의 비파괴 검사에 유리한 장점이 있으나 관주형 송전탑의 재질인 탄소강은 표피효과에 기인하여 침투깊이가 얕기 때문에 용접부 내면의 용접결함을 측정하기 곤란한 단점이 있다.In addition, the eddy current test has an advantageous advantage in the non-destructive testing of non-magnetic metal, but the carbon steel, which is a material of the irrigation type transmission tower has a disadvantage that it is difficult to measure the weld defects on the inner surface of the weld because the penetration depth is shallow due to the skin effect.

또한, 누설자속검사는 강자상체 금속의 비파괴 검사에 적합한 방법으로 잔류응력과 같이 기계적 변형에 기인한 물성변화를 측정하기 곤란한 단점이 있다.In addition, the leak magnetic flux test is a method suitable for non-destructive testing of ferromagnetic metals, and it is difficult to measure property changes due to mechanical deformation such as residual stress.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 용접부의 응력변화에 의해 자속밀도분포가 변화하는 것을 측정함으로써 용접결함에 의해 발생한 잔류응력을 측정할 수 있는 관주형 송전탑 용접부의 잔류응력 측정장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and an object of the present invention is to measure the residual stress caused by welding defects by measuring the change in magnetic flux density distribution due to the change in stress of the welded portion of the irrigation-type transmission tower welding unit It is to provide a residual stress measuring device.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 관주형 송전탑의 용접부 양측 면과 대응하여 소정의 각도로 꺾여진 양측면을 갖는 쉐브론(chevron) 형태의 본체; 상기 본체의 양측면에 각각 구비되어 상기 용접부 양측 면에 접촉하면서 구를 수 있고, 외면에 미끄럼 방지수단이 코팅된 바퀴; 상기 본체에 구비되고 상기 용접부의 가로방향, 세로방향 또는 수직방향의 자속밀도를 측정하는 자기센서 배열; 상기 자기센서 배열로부터 측정된 자속밀도를 입력받고 상기 용접부의 잔류응력 변화에 따른 용접결함을 검출하는 신호처리기; 및 상기 본체에 구비되고 상기 바퀴와 접촉하여 상기 바퀴의 회전을 검출하여 상기 본체의 이동거리를 측정하는 엔코더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 관주형 송전탑의 용접부 잔류응력 측정장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a chevron (chevron) type main body having both sides bent at a predetermined angle corresponding to both sides of the welded portion of the irrigation type transmission tower; Wheels each provided on both sides of the main body to be rolled in contact with both sides of the welding part, and coated with an anti-slip means on an outer surface thereof; A magnetic sensor array provided in the main body and measuring magnetic flux density in a horizontal direction, a vertical direction, or a vertical direction of the welding part; A signal processor which receives a magnetic flux density measured from the magnetic sensor array and detects a weld defect according to a change in residual stress of the weld portion; And an encoder provided in the main body and measuring the moving distance of the main body by detecting the rotation of the wheel in contact with the wheel. The residual stress measuring apparatus of the welded part of the pipe-type transmission tower is provided.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 바퀴는 원통형 또는 궤도형 바퀴이다.In a preferred embodiment, the wheel is a cylindrical or tracked wheel.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.

본 발명의 관주형 송전탑 용접부의 잔류응력 측정장치에 의하면, 용접부의 응력변화에 의해 자속빌도분포가 변화하는 것을 측정함으로써 게재물, 용입불량, 균열, 피로 등에 의한 잔류응력을 정량적으로 측정할 수 있는 장점이 있다.According to the residual stress measuring device of the welded welded transmission tower of the present invention, the residual stress due to the inclusion, penetration failure, crack, fatigue, etc. can be quantitatively measured by measuring the change in magnetic flux Bildo distribution due to the stress change of the welded portion. There is an advantage.

또한, 본 발명의 관주형 송전탑 용접부의 잔류응력 측정장치에 의하면, 송전탑 표면에서 미끄러지지 않고 현장에서 용접부를 따라서 잔류응력을 연속적으로 측정할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the residual stress measuring device of the welded pipe transmission tower of the present invention, there is an advantage that the residual stress can be continuously measured along the weld in the field without slipping on the surface of the transmission tower.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관주형 송전탑의 용접부 잔류응력 측정장치를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관주형 송전탑의 용접부 잔류응력 측정장치의 실물을 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관주형 송전탑의 용접부 잔류응력 측정장치의 바퀴의 다른 예를 보여주는 도면,
도 4은 강자성체 내부의 자구모델을 설명하기 위한 도면,
도 5는 외팔보 모델에서 하중이 가해졌을 때 자구모델을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 관주형 송전탑의 용접부 잔류응력 측정장치로 시험편의 용접부를 스캔한 결과를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a weld residual stress measuring device of the irrigation type transmission tower according to an embodiment of the present invention,
2 is a view showing the real of the weld residual stress measuring device of the irrigation type transmission tower according to an embodiment of the present invention,
3 is a view showing another example of the wheel of the welded residual stress measuring apparatus of the irrigation type transmission tower according to an embodiment of the present invention,
4 is a view for explaining a magnetic domain model in a ferromagnetic material,
5 is a view for explaining the magnetic domain model when a load is applied in the cantilever model,
6 is a view showing a result of scanning the welded portion of the test piece in the weld residual stress measuring device of the irrigation type transmission tower according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.The terms used in the present invention were selected as general terms as widely used as possible, but in some cases, the terms arbitrarily selected by the applicant are included. In this case, the meanings described or used in the detailed description of the present invention are considered, rather than simply the names of the terms. The meaning should be grasped.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the preferred embodiments shown in the accompanying drawings will be described in detail the technical configuration of the present invention.

그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Like numbers refer to like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관주형 송전탑의 용접부 잔류응력 측정장치를 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관주형 송전탑의 용접부 잔류응력 측정장치의 실물을 보여주는 도면이다.1 is a view showing a welded residual stress measuring device of the irrigation type transmission tower according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing the real of the welded residual stress measuring apparatus of the irrigation type transmission tower according to an embodiment of the present invention. to be.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 관주형 송전탑의 용접부 잔류응력 측정장치(100, 이하, '잔류응력 측정장치'라 함)는 관주형 송전탑(10)의 용접부(20) 자속밀도분포를 측정하여 측정된 자속밀도분포로부터 잔류응력을 측정할 수 있는 장치이다.1 and 2, the welded portion residual stress measuring apparatus (100, hereinafter, 'residual stress measuring device') of the irrigation transmission tower according to an embodiment of the present invention is a welded portion (10) 20) It is a device that can measure the residual stress from the measured magnetic flux density distribution by measuring the magnetic flux density distribution.

또한, 상기 잔류응력 측정장치(100)는 본체(110), 바퀴(120,121), 자기센서 배열(130) 및 신호처리기(140)를 포함하여 이루어진다.In addition, the residual stress measuring apparatus 100 includes a main body 110, the wheels (120, 121), the magnetic sensor array 130 and the signal processor 140.

상기 본체(110)는 관주형 송전탑(10)의 용접부(20) 양측 면(11,12)에 대응하여 소정의 각도(θ)로 꺽여진 양측 면(111,112)을 포함하여 이루어진다.The main body 110 may include both side surfaces 111 and 112 bent at a predetermined angle θ in correspondence to both sides 11 and 12 of the welded portion 20 of the columnar transmission tower 10.

즉, 상기 본체(110)는 쉐브론(chevron) 형태로 제작된다.That is, the main body 110 is manufactured in the form of a chevron.

상기 바퀴(120,121)는 상기 본체(110)에 구비되어 상기 본체(110)가 상기 관주형 송전탑(10)의 외면을 따라 움직이게 할 수 있는 구동수단이다.The wheels 120 and 121 are driving means provided in the main body 110 to move the main body 110 along the outer surface of the irrigation type transmission tower 10.

또한, 상기 바퀴(120)는 상기 본체(110)의 일측 면(111)에 구비되는 일측 바퀴(120)와 타측 면(112)에 구비되는 타측 바퀴(121)로 구성될 수 있으며, 상기 일측 바퀴(120)와 상기 타측 바퀴(121)는 진행방향으로 나란한 회전축 상에 복수 개의 바퀴들로 이루어질 수 있다.In addition, the wheel 120 may be composed of one wheel 120 provided on one side 111 of the main body 110 and the other wheel 121 provided on the other side 112, the one wheel The 120 and the other wheel 121 may be formed of a plurality of wheels on a rotating shaft parallel to the travel direction.

또한, 상기 바퀴(120)는 상기 관주형 송전탑(10)의 외면에서 미끄러지지 않고 회전할 수 있는 원통형(실린더형) 바퀴일 수 있다.In addition, the wheel 120 may be a cylindrical (cylindrical) wheel that can rotate without slipping on the outer surface of the irrigation type transmission tower 10.

또한, 상기 바퀴(120)의 외주면에는 고무나 실리콘과 같은 미끄럼 방지수단이 코팅될 수 있다.In addition, the outer circumferential surface of the wheel 120 may be coated with a non-slip means such as rubber or silicon.

또한, 상기 본체(110)에는 검사자가 손으로 잡고 상기 바퀴(120)를 상기 관주형 송전탑(10)의 외면에 접촉시킨 채로, 상기 본체(110)를 상기 용접부(20)를 따라 밀어 이동시킬 수 있는 손잡이(160)가 구비될 수 있다.In addition, the main body 110 can be moved by pushing the main body 110 along the welding portion 20 while holding the wheel by the inspector by hand in contact with the outer surface of the irrigation type transmission tower 10. Handle 160 may be provided.

그러나 상기 바퀴(120)는 모터에 의해 자동으로 회전하여 상기 본체(110)가 스스로 상기 관주형 송전탑(10)의 외면에서 이동하게 할 수 있으며, 이 경우, 상기 바퀴(120)는 자석 바퀴일 수 있다.However, the wheel 120 may be automatically rotated by a motor to allow the main body 110 to move on the outer surface of the irrigation type transmission tower 10 by itself. In this case, the wheel 120 may be a magnetic wheel. have.

또한, 상기 본체(110)에는 상기 바퀴(120)의 회전을 검출하여 상기 본체(110)의 이동거리를 측정하는 엔코더(150)가 더 포함될 수 있다.In addition, the main body 110 may further include an encoder 150 for detecting the rotation of the wheel 120 to measure the moving distance of the main body 110.

또한, 상기 엔코더(150)는 상기 바퀴(120)와 접촉하여 바퀴의 회전을 검출하는데 상기 바퀴(120)의 외면에 코팅된 미끄럼방지수단에 의해 마찰력이 최대화되어 정확한 회전수를 검출할 수 있다.In addition, the encoder 150 is in contact with the wheel 120 to detect the rotation of the wheel to maximize the friction force by the non-slip means coated on the outer surface of the wheel 120 can detect the exact number of revolutions.

상기 자기센서 배열(130)은 상기 본체(110)의 전방에 구비되고 상기 용접부(20)의 가로방향, 세로방향 또는 수직방향의 자속밀도를 조밀하고 정확하게 측정할 수 있는 센서 어레이이다.The magnetic sensor array 130 is provided in front of the main body 110 and is a sensor array capable of densely and accurately measuring magnetic flux density in the horizontal, vertical or vertical direction of the welding part 20.

또한, 상기 자기센서 배열(130)이 측정한 자속밀도분포의 변화는 상기 용접부(20)의 응력변화에 기인한다.In addition, the change in the magnetic flux density distribution measured by the magnetic sensor array 130 is attributable to the change in the stress of the welding part 20.

즉, 본 발명의 잔류응력 측정장치(100)는 상기 용접부(20)의 자속밀도분포를 계측하여 잔류응력을 측정할 수 있는 장치이며, 이 잔류응력의 변화나 국부적인 응력의 분포로부터 용접결함을 추정할 수 있게 한다.That is, the residual stress measuring apparatus 100 of the present invention is a device that can measure the residual stress by measuring the magnetic flux density distribution of the welded portion 20, and the welding defect is detected from the change of the residual stress or the local distribution of stress. Make an estimate.

도 4를 참조하여 더욱 자세하게 설명하면, 도 4는 강자성체 내부의 자구모델을 설명하기 위한 도면으로, 도 4의 (a)에서 s1, s2, s3, s4는 자구의 면적을 나타내고,

Figure pat00001
는 각 영역에서의 자화(또는 자화벡터)를 나타내며,
Figure pat00002
는 전체 영역에서의 등가자화를 나타낸다. 또한, 도 4의 (b)는 외부에서 인가되는 자기장이
Figure pat00003
일 때 강자성체 내부의 자구모델을 나타낸 것으로,
Figure pat00004
와 같은 방향의 자화벡터를 가지는 자구의 넓이가 넓어진다. s1', s2', s3', s4'는 외부자기장
Figure pat00005
에 의하여 변화된 자구의 면적을 나타낸다.
Figure pat00006
는 각 영역에서의 자화(또는 자화벡터)를 나타낸다. Referring to Figure 4 in more detail, Figure 4 is a view for explaining the magnetic domain model in the ferromagnetic material, in Figure 4 (a) s 1 , s 2 , s 3 , s 4 represents the area of the magnetic domain,
Figure pat00001
Represents the magnetization (or magnetization vector) in each region,
Figure pat00002
Represents equivalentization in the whole area. In addition, Figure 4 (b) is a magnetic field applied from the outside
Figure pat00003
Is the magnetic domain model inside the ferromagnetic material.
Figure pat00004
The area of the domain with the magnetization vector in the same direction becomes wider. s 1 ', s 2 ', s 3 ', s 4 ' is the external magnetic field
Figure pat00005
The area of the magnetic domain changed by
Figure pat00006
Denotes magnetization (or magnetization vector) in each region.

먼저, 자구는 같은 방향의 자화벡터(

Figure pat00007
)를 갖는 구역을 의미하며, 아래의 수학식 1과 같이 단위 체적당 자기쌍극자모멘트(
Figure pat00008
)의 총합으로 정의된다.First, the domain is the magnetization vector (
Figure pat00007
) And the magnetic dipole moment per unit volume (Equation 1 below)
Figure pat00008
) Is defined as the sum of

Figure pat00009
Figure pat00009

한편, 서로 다른 방향의 자화벡터를 갖는 자구는 자벽에 의해 경계지어진다.On the other hand, magnetic domains having magnetization vectors in different directions are bounded by magnetic walls.

또한, 자벽은 자기쌍극자모멘트가 급격히 변화하는 자구의 경계로써 수 마이크로미터 정도의 폭을 갖는다.In addition, the magnetic wall has a width of several micrometers as a boundary of the magnetic domain where the magnetic dipole moment changes rapidly.

또한, 외부에서 자기장(

Figure pat00010
)이 인가되면, 자벽이 이동하여 같은 방향의 자기쌍극자모멘트를 가지는 자구의 넓이가 넓어진다.In addition, the external magnetic field (
Figure pat00010
Is applied, the magnetic domain wall moves, and the area of the magnetic domain having the magnetic dipole moment in the same direction is widened.

또한, 외부 자기장에 의한 자화특성, 즉, 자벽 이동의 용이성은 각 물질의 특징인 자화율(

Figure pat00011
)에 의존하며, 아래의 수학식 2와 같이 표현된다.In addition, the magnetization characteristic by the external magnetic field, that is, the ease of movement of the magnetic wall, is characterized by
Figure pat00011
), And is expressed as Equation 2 below.

Figure pat00012
Figure pat00012

또한, 외부자기장(

Figure pat00013
)과 자성체 내부의 자화(
Figure pat00014
)에 의한 공간상의 자속밀도(
Figure pat00015
)는 아래의 수학식 3과 같이 표현된다.In addition, the external magnetic field (
Figure pat00013
) And the magnetization inside the magnetic material (
Figure pat00014
Magnetic flux density in space by
Figure pat00015
) Is expressed by Equation 3 below.

Figure pat00016
Figure pat00016

자구모델은 아래의 수학식 4로 표현되는 자기에너지가 최소화되기 위해 도 4의 (a)와 같이 강자성체 내부에서 자화 루프를 형성하며, 이때 전체 영역에서의 등가 자화(

Figure pat00017
)는 아래의 수학식 5와 같이 표현할 수 있다. In order to minimize the magnetic energy represented by Equation 4 below, the magnetic domain model forms a magnetization loop inside the ferromagnetic material as shown in FIG.
Figure pat00017
) Can be expressed as Equation 5 below.

Figure pat00018
Figure pat00018

Figure pat00019
Figure pat00019

여기서, Sk는 각 자구의 면적, A는 전체 면적을 의미한다.Here, S k is the area of each domain, and A is the total area.

한편, 자기에너지의 균형은 외부자기장 뿐만 아니라, 응력(σ)에 의하여 붕괴될 수 있는데, 응력은 아래의 수학식 6에 나타낸 바와 같이 탄성률(E)와 변형률(εxy)의 곱으로 정의된다.On the other hand, the balance of the magnetic energy as well as external magnetic field, may be collapsed by stress (σ), stress is defined as the product of the elastic modulus (E) and the strain (ε xy) as shown in Equation (6) below.

Figure pat00020
Figure pat00020

또한, 도 5는 외팔보 모델에서 하중이 가해졌을 때 자구모델을 설명하기 위한 도면으로, 도 5의 (b)는 도 5의 (a) 외팔보 모델에서 외부자기장의 인가없이 탄성 영역에서 기계적인 하중만을 인가하였을 때의 자구모델을 도시한 것이다.In addition, Figure 5 is a view for explaining the magnetic domain model when the load is applied in the cantilever model, Figure 5 (b) is a mechanical load in the elastic region only without the application of an external magnetic field in Figure 5 (a) cantilever model Figure shows the domain model when applied.

또한, 도 5의 (a)에서 s1, s2, s3, s4는 자구의 면적을 나타내고,

Figure pat00021
는 각 영역에서의 자화(또는 자화벡터)를 나타내며,
Figure pat00022
는 전체 영역에서의 등가자화를 나타낸다. 또한, 도 5의 (b)는 외부에서 인가되는 하중이
Figure pat00023
일 때 강자성체 내부의 자구모델을 나타낸 것으로, s1', s2', s3', s4'는 외부하중
Figure pat00024
에 의하여 변화된 자구의 면적을 나타낸다.
Figure pat00025
는 각 영역에서의 자화(또는 자화벡터)를 나타낸다.In addition, in FIG. 5A, s 1 , s 2 , s 3 , and s 4 represent the area of magnetic domains.
Figure pat00021
Represents the magnetization (or magnetization vector) in each region,
Figure pat00022
Represents equivalentization in the whole area. In addition, Figure 5 (b) shows that the load applied from the outside
Figure pat00023
Where is the magnetic domain model inside the ferromagnetic material, s 1 ', s 2 ', s 3 ', s 4 ' is the external load
Figure pat00024
The area of the magnetic domain changed by
Figure pat00025
Denotes magnetization (or magnetization vector) in each region.

외부의 자기장 변화가 없으므로 도 3의 (a) 외팔보 모델의 자속밀도는 상기 수학식 3과 상기 수학식 5를 이용하여 아래의 수학식 7로 표현할 수 있다.Since there is no external magnetic field change, the magnetic flux density of the cantilever model of FIG. 3 can be expressed by Equation 7 below using Equation 3 and Equation 5.

Figure pat00026
Figure pat00026

또한, 응력이 부과되기 전의 자구면적 sk와 후의 자구면적 sk'은 아래의 수학식 8과 같이 변형률(εxy,k)에 비례하여 변화된다.In addition, the magnetic domain area s k before the stress is applied and the magnetic domain area s k ′ after the change in proportion to the strain (ε xy, k ) as shown in Equation 8 below.

Figure pat00027
Figure pat00027

따라서 상기 수학식 7은 상기 수학식 6과 상기 수학식 8을 대입하여 아래의 수학식 9와 같이 표현할 수 있다.Therefore, Equation 7 may be expressed as Equation 9 below by substituting Equation 6 and Equation 8.

Figure pat00028
Figure pat00028

즉, 외부 하중이나 응력변화에 따라 자구의 면적(sk') 및 자화벡터(

Figure pat00029
)가 변화되어 전체 자속밀도 분포(
Figure pat00030
)가 변화되는 것을 알 수 있다. 그리고 국부적인 인장응력 또는 압축응력이 발생하는 영역에서의 자속밀도는 양 또는 음의 값으로 표현될 수 있음을 시사한다.That is, the area of magnetic domain (s k ') and the magnetization vector (
Figure pat00029
) Changes to the total magnetic flux density distribution (
Figure pat00030
You can see that) changes. The magnetic flux density in the region where local tensile or compressive stress occurs can be expressed as a positive or negative value.

한편, 응력이 부여된 후의 자구내 자화(

Figure pat00031
)는 응력이 부여되기 전의 자구내 자화(
Figure pat00032
)와 벡터 값이 서로 상이하다.On the other hand, magnetization within the domain after stress is applied (
Figure pat00031
) Is the intramagnetization magnetization before stress
Figure pat00032
) And the vector value are different from each other.

따라서 자기에너지가 불완전한 상태에서의 시험편의 위치 이동 또는 회전은

Figure pat00033
의 상대적인 위치 변화를 동반하여 외부 자속밀도분포의 변화를 유발할 수 있다.Therefore, the movement or rotation of the specimen in the state of incomplete magnetic energy
Figure pat00033
Accompanied by a change in the relative position of, it can cause a change in the external magnetic flux density distribution.

한편, 용접과정에서 발생하는 열팽창 및 열수축 과정, 용접결함의 존재에 기인한 시험편 내부의 국부적인 냉각속도 차이는 응력 변화를 유발하고 결과적으로 자속밀도분포의 변화를 가져온다.On the other hand, local differences in cooling rate in the specimen due to thermal expansion, thermal contraction, and the presence of weld defects in the welding process cause stress changes and consequently the magnetic flux density distribution.

따라서, 용접부에서 자속밀도분포를 상기 자기센서 배열(130)을 통해 측정하면, 상기 수학식 9에 따라 잔류응력 또는 용접결함에 기인한 국부적인 응력 분포를 추정할 수 있는 것이다.Therefore, if the magnetic flux density distribution is measured by the magnetic sensor array 130 in the weld, it is possible to estimate the local stress distribution due to residual stress or weld defects according to Equation (9).

상기 신호처리기(140)는 상기 자기센서 배열(130)로부터 측정된 자속밀도를 입력받고 상기 엔코더(150)로 부터 상기 본체(110)의 이동거리를 입력받아 상기 용접부(20)의 잔류응력 변화에 따른 용접결함을 검출하여 영상화한다.The signal processor 140 receives the magnetic flux density measured from the magnetic sensor array 130 and receives the moving distance of the main body 110 from the encoder 150 to change the residual stress of the welding part 20. Weld defects are detected and imaged.

또한, 도 1에서는 상기 신호처리기(140)가 상기 본체(110)와 분리된 것을 도시하였으나 상기 본체(110)에 소형으로 구비될 수 있다.In addition, although FIG. 1 illustrates that the signal processor 140 is separated from the main body 110, the signal processor 140 may be provided in a small size in the main body 110.

도 6은 상기 잔류응력 측정장치(100)로 시험편의 용접부를 스캔한 결과를 보여주는 도면이다.6 is a view showing a result of scanning the welded portion of the test piece with the residual stress measuring apparatus 100.

도 6을 참조하면, 결함이 존재하는 부분(a,b)에 자속밀도분포의 이상 즉, 잔ㄹ응력이 존재하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that abnormality of the magnetic flux density distribution, that is, residual stress exists in the portions a and b where the defect exists.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.As described above, the present invention has been illustrated and described with reference to preferred embodiments, but is not limited to the above-described embodiments, and is provided to those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

100:관주형 송전탑의 용접부 잔류응력 측정장치
110:본체 120,121:바퀴
130:자기센서 배열 140:신호처리기
150:엔코더100: residual stress measuring device of the welded part of the column-type transmission tower
110: body 120,121: wheel
130: magnetic sensor array 140: signal processor
150: encoder

Claims (2)

관주형 송전탑의 용접부 양측 면과 대응하여 소정의 각도로 꺾여진 양측면을 갖는 쉐브론(chevron) 형태의 본체;
상기 본체의 양측면에 각각 구비되어 상기 용접부 양측 면에 접촉하면서 구를 수 있고, 외면에 미끄럼 방지수단이 코팅된 바퀴;
상기 본체에 구비되고 상기 용접부의 가로방향, 세로방향 또는 수직방향의 자속밀도를 측정하는 자기센서 배열;
상기 자기센서 배열로부터 측정된 자속밀도를 입력받고 상기 용접부의 잔류응력 변화에 따른 용접결함을 검출하는 신호처리기; 및
상기 본체에 구비되고 상기 바퀴와 접촉하여 상기 바퀴의 회전을 검출하여 상기 본체의 이동거리를 측정하는 엔코더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 관주형 송전탑의 용접부 잔류응력 측정장치.
A chevron type main body having both side surfaces bent at a predetermined angle to correspond to both sides of the welded portion of the irrigation transmission tower;
Wheels each provided on both sides of the main body to be rolled in contact with both sides of the welding part, and coated with an anti-slip means on an outer surface thereof;
A magnetic sensor array provided in the main body and measuring magnetic flux density in a horizontal direction, a vertical direction, or a vertical direction of the welding part;
A signal processor which receives a magnetic flux density measured from the magnetic sensor array and detects a weld defect according to a change in residual stress of the weld portion; And
And an encoder provided in the main body to detect rotation of the wheel in contact with the wheel to measure a moving distance of the main body.
제 1 항에 있어서,
상기 바퀴는 원통형 또는 궤도형 바퀴인 것을 특징으로 하는 관주형 송전탑의 용접부 잔류응력 측정장치.The method of claim 1,
The wheel is a residual stress measuring device of the welded portion of the tube-type transmission tower, characterized in that the cylindrical or track wheel.
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