KR880000721B1 - 음향파를 발생시키는 방법과 기계장치 - Google Patents

Abstract

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Description

음향파를 발생시키는 방법과 기계장치

제1도는 철과 29.7%의 니켈합금으로 래드마르텐사이트를 만드는 동안에 나타난 금속구조의 현미경도.

제2도는 철과 32%의 니켈합금으로 플레이트 마르텐사이트를 만드는 동안에 나타난 취성변형을 나타내는 금속구조의 현미경도.

제3도는 제1도 경우에 있어서 연성변형의 음파방사신호특성의 진폭분포도.

제3도는 제2도의 경우에 있어서 연성변형의 음향파 방사신호 특성의 진폭분포도.

제4도는 본발명의 양호한 실시예에 따른 음향파를 발생시키는 기계장치도.

제5도는 용기의 완전함을 모니터하는 시스템의 전형적인 회로도.

본 발명은 음파를 발생시키는 개량된 방법과 기계장치에 관한 것이며 더욱이 음향감시 시스탬의 온라인 평가(On-line evaluation)에 사용될수 있는 물질의 본성을 정확한 음향신호로 시뮬레이션(sinmulation)하는 방법과 기계장치에 관한 것이다. 본 발명은 가압수로의 용기와 배관에서 홈과 균열을 모니터하는 데에 특별히 적용된다. 홈, 균열이 수로용기에서 형성되고 그것이 위험한점에 도달되기전에 홈, 균열을 확신하게 검사할 수 있다는 것은 가압수로 설치에 있어 대단히 중요하다. 금속적 부분결함, 압력, 변형에서 생기는 홈이나 균열이 음파방사를 일으키는 원인이 된다는 것은 잘 알려져 있다. 음파의 탐지를 통하여 용기벽에 전달되는 결함을 탐지하고 위치를 찾아내기 위한 변환기를 설치하는 것이 제안되었다. 그것이 확실한 벽의 결함으로 원인이 되는지 아니지를 변환기 신호로부터 아는데로 어려움이 있다. 신호의 특성을 탐지하기 위해 종래의 방법은 받은 신호와 비교해서 전자적인 합성신호를 이용한다. 이러한 기술의 약점은 물질본성의 신호와는 관계없는 전기파가 표준으로 사용된다는 것이다.

이러한 종합적인 파형신호, 음파신호의 시뮬레이션으로서 조차까지도 재료의 변형특성인 올바른 음파신호가 아니다. 핵용기 혹은 배관의 압력 경계면에서 최초의 홈이 발생하고 있다는 것을 검사하는 능력을 확실하게 하기위해, 정확한 음파신호가 음파 감시 시스템의 주기적인 온-라인 평가에 필요하다.

시뮬레이트하는 음파신호를 발생키위해 신호발생기를 사용한다는 것은 만족스럽지 못하다. 왜냐하면 그것은 알려진 물질적 근원의 신호를 사용하는 것은 믿을 수 없고 검사되는 바로 그 결과에 전적으로 무관하다. 즉, 가압수로 용기 혹은 배관의 금속벽에서의 변형띠(deformation zone)의 에너지론과는 무관하다.

표준과 비교할 목적으로 단순한 종합적 신호대신에 예정된 정확한 음파신호를 발생하는 것이 시도되었다. 그러나 이러한 것들은 보잘것 없는 결과였다.

실로, 핵가압용기의 가압경계면의 완전함을 감시하기 위한 음파 모니터링시스템(acoustic monitor stystem)의 효력과 장점은 가압수로가 동작상태에 있을때 용기에서 재료의 변홍에 따르는 홈의 증가에 따라 발생되는 음파신호를 감정하는 능력에 주로 달려있다.

테스트하는 시간에서 유효한 정확한 신호가 없기 때문에, 본 발명의 목적은 용기벽 혹은 배관과 같은 재료의 테스트샘플(test sample)의 변형에 의해서 발생하는 신호를 원상태로 그리고 의도대로 발생시키는 것이며, 모니터링과 감시 시스템으로 평가를 하기 위해서 그러한 신호를 사용하는 것이다. 용기부위에서 기계장치로 (테스트 샘플을 변형함으로서) 이러한 신호를 발생하려는 시도는, 그 부위에서 테스트 리거(test rig)를 장치하고 그리고 테스트 리거(test rig)를 기계적으로 로오딩(ldading)하는 시스템으로 잡음신호를 제거하는 데서 포함되는 문제때문에 대단히 비실질적으로 나타난다. 확신한 음파신호를 발생시키는 더 간단하고 더욱 효과적인 방법이 필요하게 되었다.

본 발명의 목적은 종래기술의 결함을 극복하기 위해서 음파를 발생시키는 개량된 방법과 장치를 만드는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 금속재료의 샘플이 변형(deformatio )됨으로서 간단하고 효과적인 방법으로 음파를 발생하는 것이다.

본 발명의 또 하나의 목적은 연성(延性) 변형 혹은 취성(脆性) 변형(brittle defromation)의 성질로 합금의 물리적성질을 전달함에 기인한 음파의 작은 소오스(portable source)를 만드는 것이다.

본 발명의 또하나의 목적은 최초의 홈 혹은 균질이된 배관 혹은 용기벽으로 전파되는 음파와 표준음파를 비교함으로서 가압수로의 용기벽 혹은 배관에서 홈이나 균질이 형성된 것을 빨리 검사하는데 사용하기 위한 개량된 음파감시 시스템이다.

본 발명은 다음과 같은 단계를 포함하는 야금학적 변형을 나타내는 음파를 발생시키는 방법이 있다. 즉, 철과 니켈의 합성물을 선택하여 오오스테나이트(austenite)형태를 형성하기 위해서 상기 합성물을 열취급하는 단계, 오오스테나이트형태를 마르텐사이트로 변형하기 위해서 합성물을 냉각시키는 단계, 등.

이와같은 단계를 통해, 오오스테나이트에서 마르텐사이트로 변형하는 단계동안에 음파가 발생된다.

본 발명은 다음과 같은 것을 포함하는 음파신호발생기 시스탬이 역시 존재한다. 즉, 오오스테아니트인 철과 니켈의 합성물을 갖는 금속합금의 샘플(sample)오오스테나이트에서 마르텐사이트로 실질적으로 변형하기 위한 상기샘플을 냉각시키는 장치. 오오스테나이트에서 마르텐사이트를 변항 함으로서 멀리까지 방사되는 음파를 전파하기 위한 상기 샘플과 관련되는 장치. 전파되는 음파를 음향신호로 변형하기 위한 변환기 장치등.

본 발명의 양호한 실시예에 따라, 핵설비에 있어서의배관과 용기 부분에 있는 금속벽에서 구조적인 결함 혹은 홈이 증가함에 따라 변형되는 것을 나타내는 음파를 발생시키는 개량된 방법과 기계장치가 있다.

확실하게 믿을수 있게하기 위해 감시망 시스탬은 용기에서의 압력을 받는면에 임의로 전파케된 음파를 감시망시스탬에 응답시킴으로서 용기를 감시망시스탬이 주기적으로 평가하게 된다. 임의로 전파된 음파의 반응으로, 감시망시스탬이 평가하며 체크하며, 측정하며, 임계점 이하의 연성변형, 혹은 임계점이상의 취성변형중 앞으로 확실한 결과를 검사할수 있는 상태로 바꾸어 놓을 수 있다.

그러한 방법은 오오스테나이트가 되도록 열처리된 철, 니켈 합금의 합성물을 선택하여 내부구조의변형을 일으키는 오오스테나이트에서 마르텐사이트로 바꾸어 음파가 방사되도록 합성물을 냉각시키는 방법이 있으며 그렇게 함으로서 음파가 방사된다. 이파는 배관 혹은 용기벽에 설치된 변환기에 의해서 검사되어, 금속의 홈을 원상태로 시뮬레이트(Simnlate)하도록 배관 혹은 용기벽으로 전파된다.

29.7%이하 니켈합성금속에서 오오스테나이트를 마르텐사이트로 변형하면 배관 혹은 용기벽에서 증가하는 연성홈의 특성인 구조적형태를 시뮬레이트하고, 30%이상 니켈 합성금속에의 변형은 배관 혹은 용기에서 증가하는 취성 홈이 특성인 구조적 형태를 시뮬레이트 한다.

배관 혹은 용기벽에 다수의 변환기가 설치되어 있는 감시망 시스템은 음파로서 홈을 시뮬레이트하는 변화기에 의해서 검사되도록, 상기에 언급된 방법으로 냉각된 금속 샘플장치로서 때때로 측정된다.

이러한 결과로 유효하고 믿을 수 있는 감시시스탬이 있으므로서 배관 혹은 용기벽이 완전하다는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 철, 니켈 합금 시스탬에서의 마르텐사이트 적변형에 기인한 미세한 구조적 변형의 시스템 연구와 으파방사결과를 관찰함에 있다.

철ㆍ니켈 합금시스템은 이러한 시스탬은 이러한 시스탬을 오오스테나이트에서 마르텐 사이트로 변형하는 과정에서 변형으로 새로 구성된 구조에 연결하며, 실온에서 초기의 안정된 형체가 오오스테나이트로 존재한다는 등의 2가지 가장 합당한 면 때문에 선택된다.

초기의 안정한 형체에서 다른 형체로 다이나믹하게 변화시키는 것은 실온에서 오오스테나이트를 냉각시킴으로서 쉽게 이로어진다. 전형적으로 사용된 합금샘플은 29%내지 32%의 니켈을 갖는 제1철 합금이다. 냉각된합금으로 저온에서 일어나는 현형을 모니터하는 음향은 변형이 시작해서 끝날때까지 음파의 계속적인 방사를 하는 음파를 나타낸다. 상기에서 언급한 비율과는 다른 니켈로 합금한 실험에서 검사된 음향신호의 진폭이 니켈이 증가함으로서 증가한다는 것을 보여준다. 니켈의 함량이 29.7%를 초과할때 형태학상으로 변화가 일어나는 것은 샘플을 광(光)적 조직학 연구를 함으로서 발견되었다. 이 임계량은 니켈이 29.7%이하 인 레인(Lath) 마르텐사이트를 니켈이 29.7% 이상인 플레이트(Plate)마르텐사이트로 마르텐사이트 형체의 변이를 묘사하는 것이다. 전자현미경을 사용해서 좀더 연구해 보면, 이들 두 종류의 변화를 실험하는 다른 샘풀에서의 음향전달은, 샘플이 레드 마르텐사이트일때, 중전위(重轉位)와 기인된것이라는것을 알수 있으며, 그러나 그것은 플레이트 마르텐사이트롸 내부적으로 꼬여있기 때문이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따라, 용기혹은 배관에 있어서 금속이 연성(임계점이하)적 방법으로 홈이 증가할때 홈이 발생하는 위치에 래드마르텐사이트 혹은 중전위(重轉位)와 관련시켜서 발생되는 홈의 위치에서와 똑같은 성질의 홈을 상지하는 내부변형의 음향신호 특성을 추출한다.

용기 혹은 배관에서 금속이 취성(임계점이상)모양으로 증가하는 홈이 있을때 일어나는 위치에 플레이트 마르텐사이트를 관련시켜서 발생되는 홈의 위치에서와 똑같은 성질의 홈을 상징하는 내부변형의 음향신호 특성을 추출한다.

제1도는 중전위(重轉位)를 상징적으로 보여주는 래드 마르텐사이드(29.7%)의 현미경도이며, 제2도는 내부적으로 꼬인 플레이트 마르텐사이트 샘플(29.7%)의 현미경도.

니켈을 29.7%갖는 금속물에서의 변형이 중전위(重轉位) 구조를 나타내는 음향방사가 일어나게 한다. 방사된 표준음향신호가 원자로 용기에 만들어진 대(帶)에 있어서 상당히 거칠은 모양으로 자라는 홈이 어떠한 것인지를 알기위해서 표준시호로 사용된다. 그것은 또한 내용물중 니켈이 30%이상의 금속에서 방사신호가 꼬여있다는 것을 나타내며, 이를테면 균열을 형성하는 위치에서 취성변형과 같은 특성을 타나낸다. 매개합성물 29.7%내지 30%의 니켈합성물에서, 혼합된 전위(轉位)와 꼬인구조가 존재한다. 이러한 경우에 음향방사는 변형의 혼합된 모드를 나타내는 신호를 검사하는데 적용할 수 있다.

제3도와 제3도를 참조하면 오오스테나이트에서 마르텐사이트로 변형하는 동안 음향방사와 진폭분포가 각기 제1도와 제2도의 두 철-니켈 합성물을 나타내고 있다. 샘플 S는 제4도에서와 같은 동막대(RD)의 한쪽 끝에 설치된다. 막대(RD)의 다른쪽 끝은 액체질소통(BT)에 담근다. 샘플의 온도는, 15분에서 30분의 범위에서 냉각시키는 동안, 실온에서 -270°로 더욱 낮게된다. 이 과정에서 오오스테나이트는 마르텐사이트로 바뀐다. 형체변형이 뜻밖의 내부적인 미세한 구조적 변화를 일으킨다. 이들 변화가 감시망 시스템하의 압력 경계 영역인 원자로(WR)의 벽에 부착된 웨이브가이드(wave guide)에 의해서 음향적으로 전달되나. 그렇게해서 발생된 음파는 압력경계면(WR)에 설치된 감시망 시스탬의 변환기에 의해서 감축된다. 이와같이 미세한 구조적 변호가 50에서 200미리세컨드사이로 변하는 음향신호로 바뀐다. 마르텐사이트를 실험하는 합금의 두견본은 첫째, 균열의 점성 형태를 시뮬레이션하기 위한 철에대한 니켈의 비율이 29.7%이하인 합금과 둘째, 샘플이 취성재료의 변화를 상징하는 음파를 발생시키는 합성물, 즉, 철에대한 니켈의 비율이 적어도 이상의 30%의 니켈비율을 갖는 합금등 두가지이다. 29.7%내지 30%의 니켈 합금으로는 각각의 샘플을 사용하지 않으며, 이러한 경우에는 취성금속홈과 연성금속홈의 상태를 시뮬레이트하는데에 같은 샘플이 사용된다.

몇개의 변환기(TD)가 용기 혹은 배관에 부착되어 있으며, 또한 이것은 결함을 알려주며, 핵발전 시스탬에서 결함에 기인된 발생된 음파의 위치를 알려주는 감시망시스탬의 일부분이다. 시뮬레이션동안, 발생된 음파는 설명한 바와같이 통(BT)에서 냉각되어 구조적 변형을 감지하는 샘플(S)로부터 발생한다. 시뮬레이트된 홈을 검사하는 신호를 감시망시스탬으로 평가하고 그리고 측정한후, TD와 같은 변환기들이 용기벽의 금속 혹은 배관에 나타난 결함을 어느때나 감사할 위치에 있다.

제5도를 보면 감시망 시스탬이 나타나 있으며 그것은 열려두개의 변환기(TD₁...TD₂)에서 시작되는 열두개의 통로에서 반응한다. 강도, 기간, 모양을 각각 나타나는 음향방사 신호를 변환기 한개 혹은 열두개의 변환기 모두(TD₁...TD₂)에 의해서 받아서 각각의 증폭기(A₁...A₁₂)로 증폭되며, 분별기(D₁...D₁₂)를 통과하여 통합모듀울(TTM₁...TTM₁₂)과 트라이 앵글리제이션 모듀울(triangularization module) (TRM₁...TRM₁₂)과정을 거치게 된다. 비율은 일반적인 비율계량기(RM)로 측정된다. 발생된 총에너지는 통합기로 측정된다. 발생된 총 에너지는 통합기로 측정된다. 총정보는 비교되며, 분석되며, 자동 기록되고, 더욱이 보조프로세스의 도움을 받는 미니컴퓨터를 포함하는 컴퓨터에 의해서 취급된다.

본 발명의 시스템에서 얻은 시뮬레이트된 신호는 존재하는 홈에 기인된 신호의 특성과 거의같은 특성을 갖기때문에, 제5도의 모니터 시스탬은 앞에 언급된 두종류의 결함에 대해 S와 같은 샘플로서 주기적으로 시뮬레이션 할 수 있다.

샘플(S)혹은 검사된 홈에 기인한 증폭기(A₁...A₁₂)으로 부터 나온 신호가 펄스높이 분석기회로(PHA)에 인입된다. 실험실의 실험에 의해서 입증된 그래프에따라, 시스탬이 연성 변형상태에서 제3a도에서와, 취성 상태에서 제3b도에서와, 같은 신호를 공급하는 상태에 있다는 것을 시뮬레이션동안 회로 PHA가 확인하는 것이 가능하다. 용기 혹은 배관에 홈이 생겼을 때 펄스높이 분석기(PHA)는 제3a와 제3b도에서와 같은 특성을 도시한다. 연성 변형에 대해서 29.7% 비율이만이 니켈금속에서는 약간의 신호와 기간(duration)을 얻는 반면에 29.7%에서는 최대의 신호와 기간을 얻게된다. 30%이상의 니켈 금속에서는 연성변형과 관련되는 범위에서 니켈이 많으면 많을수록 냉각되는 동안 효과가 시작되는 높은 온도가 감소된다. 그러므로 30%이상의 비율에서는 감시망 시스탬의 측정에 이용하는 기화가 적다.

Claims (11)

1. 철과 니켈의 합성물을 선택하여 오오스테나이트가 형성되도록 합성물을 열처리하고 또한 오오스테나이트를 마르텐사이트로 변형하도록 합성물을 냉각시키는 단계를 거쳐서, 오오스테나이트에서 마르텐사이트로 변형하는 동안에 음파를 발생시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 29.7% 이하의 니켈 함유량을 갖는 금속 합성물을 사용하여 음파를 발생하도록 하면, 연성 금속 변형을 나타내는 방법.
3. 제1항에 있어서, 30% 이상의 니켈 함유량을 갖는 금속 합성물을 사용하여 음파파를 발생하도록 하면, 취성금속 변형을 나타내는 방법.
4. 오오스테나이트를 갖는 철과 니켈의 합성물을 갖는 금속 합성의 샘플과, 오오스테나이트를 마르텐사이트로 변형하기 위해 샘플을 냉가가시키는 장치와, 오오스테나이트를 마르텐사이트로 변형함으로서 방사된 음파를 전파하기 위한 샘플과 연관되는 장치와, 전파된 음파를 음향신호로 바꾸기 위한 변환기 장치등을 갖는 음향신호 발생기 시스탬.
5. 4항에 있어서, 방사된 음파를 적어도 한 위채에서 금속부분으로 전파하는 전파장치와, 다른 한위치에서 금속부분에 연결된 변화기 장치를 갖이며, 음향신호는 한위치에서 다른위치로 금속부분을 전파하는 음파의 특성을 나타내는 것을 포함하며, 감시망 시스템하에서 금속부분의 완벽한 것인가를 모니터하는 음향발생기 시스탬.
6. 4항에 있어서, 핵용기의 벽에 각각 부착된 다수의 변환기들을 포함하는 변환기장치와, 용기의 벽을 감시하기 위한 변환기들과 관련되는 용기의 완전한 시스탬과, 샘플이 오오스테나이트에서 마르텐사이트로 변형되는 동안 변환기에서 나온 음향신호를 측정하는 용기의 완벽 시스탬과, 핵용기의 벽인 금속부분등을 갖는 음향발생기 시스탬.
7. 4,5,6항에 있어서 29.7%이하의 니켈 함유량의 샘플을 갖는 음향발생기 시스탬.
8. 4,5,6항에 있어서 30%이상의 니켈 함유량의 샘플을 갖는 음향발생기 시스탬.
9. 4,5,6항에 있어서, 29.7%와 30%의 범위의 함유량인 니켈 갖는 음향발생기 시스탬.
10. 6항에 있어서 니켈의 함유량이 29.7%이하의 합성물인 첫번째 샘플과, 니켈함유량이 30%이상인 합성물이며 냉각장치와 전파장치가 관련된 두번째 샘플 등을 갖는 음향발생기장치.
11. 10항에 있어서, 니켈의 함유량이 29.7%와 30% 사이의 범위의 비율로 포함된 합성물이며 냉각장치와 전파장치가 관련된 세번째 샘플을 갖는 음향발생기 시스탬.

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