KR101746072B1 - 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치에 관한 것으로서, 비파괴검사 대상인 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴검사를 위해 상기 강자성체 증기발생기 튜브의 내부에 삽입되었다가 인출될 수 있으며, 원격장 와전류 가진코일, 원격장 와전류 측정코일, 자력원 및 원주방향 자기센서 배열을 그 내부에 포함하여, 상기 원격장 와전류 측정코일 및 상기 원주방향 자기센서 배열에서 각각 자기장을 측정한 신호를 출력하는 통합 검사 센서, 그리고 상기 통합 검사 센서로부터 출력한 자기장 측정 신호를 전달받고, 상기 자기장 측정 신호를 이용하여 상기 강자성체 증기발생기 튜브의 두께 감육 결함 또는 균열 형태의 예리한 결함을 검출하는 신호처리장치를 포함한다. 이로 인해, 넓은 범위의 두께 감육 결함뿐만 아니라 예리한 미세 결함도 검출할 수 있어, 원격장 와전류 검사기법과 누설자속 검사기법을 따로 수행하지 않아도 되므로, 강자성체 증기발생기 튜브의 결함 검출에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치 및 그 방법{NONDESTRUCTIVE INSPECTION APPARATUS FOR FERROMAGNETIC STEAM GENERATOR TUBES AND METHOD THEREOF}

본 발명은 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치 및 이를 이용한 비파괴 검사방법에 관한 것이다.

강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴검사에는 튜브의 높은 투자율로 인해 두께 방향으로 자기장이 충분히 침투하기 어려워 증기발생기 튜브 검사에 일반적으로 사용되는 와전류(Eddy Current) 검사기법의 적용이 어렵기 때문에, 원격장 와전류(Remote Field Eddy Current) 검사기법이 적용되고 있다.

이때, 원격장 와전류 검사기법은 가진 코일 근처 튜브 벽을 투과하여 튜브의 표면을 따라 확산된 후 다시 튜브 벽을 통과하여 가진 코일로부터 튜브 직경의 2 ~ 3배 정도 떨어진 수신 코일 근처의 튜브 내경 표면으로 확산되는 원격장을 이용하는데, 비교적 넓은 범위의 두께 감육 결함에는 높은 탐지능을 보이지만, 균열(crack)과 같이 작고 예리한 결함에 대한 탐지능이 낮은 한계가 있다.

그리고, 두 결함 사이의 거리가 원격장 와전류 센서의 가진 코일과 측정 코일 사이의 거리와 동일할 경우, 가진 코일에 의한 결함 신호와 측정 코일에 의한 결함 신호가 섞여 정확한 결함의 검출 및 크기 예측이 어려운 문제가 발생할 수 있다.

또한, 튜브 지지판과 같은 금속 재질의 지지구조물이 있을 경우, 지지구조물 근처에 마모결함이 발생하기 쉬운데, 이러한 마모결함은 원격장 와전류 검사기법으로는 지지구조물에 의한 영향으로 명확한 탐지가 어려운 문제가 있다.

한편, 지지구조물에 의한 영향을 줄이기 위해 이중 여자 방식을 이용하는 원격장 와전류 검사기법도 있으나, 지지구조물 하단 또는 바로 인접한 위치에 있는 결함에 대해서는 여전히 탐지가 어려운 한계가 있다.

이러한 문제를 개선하기 위해서, 균열과 같이 작고 예리한 결함에 대한 검출능을 보상하기 위해 누설자속(Magnetic Flux Leakage) 검사기법을 백업(back-up) 검사기법으로 적용하는 예가 있으나, 강한 자기장으로 인해 강자성체 튜브가 자화되어 잔류 자화에 의한 신호 왜곡이 발생할 수 있고, 외부 구조물이 강자성체일 경우 외부 구조물에 의한 영향으로 명확한 결함의 탐지가 어려울 수 있으며, 두 검사를 개별적으로 수행해야 하기 때문에 많은 검사 비용과 시간이 소요되는 단점이 있다.

그리고, 측정 신호의 미분 값을 이용하여 결함의 시작 부분 및 끝 부분과 같은 급격한 변화에 대한 신호를 강조함으로써 약한 자력원을 사용하여도 결함에 대한 탐지능을 향상시킬 수 있는 누설자속 검사기법의 경우, 넓은 범위의 두께 감육 결함에 대해서는 결함의 시작과 끝 부분만 강조가 되기 때문에 넓은 범위의 결함인지 좁은 범위의 다수 결함인지 구분이 어려운 문제가 있다.

한편, 대구경의 유전용 배관 검사를 위한 와전류 검사기법과 누설자속 검사기법 및 원격장 와전류 검사기법이 동시에 적용된 방법이 제안되었지만, 기존의 방법은 와전류 신호와 누설자속 신호를 동시에 측정하기 위한 센서와 원격장 와전류 센서가 서로의 영향을 배제하기 위해 일정 거리를 두고 순차적으로 배치되어 있어 검사 대상의 일부에 대해서는 와전류 검사와 누설자속 검사 또는 원격장 와전류 검사의 적용만 가능하여, 증기발생기 튜브와 같은 소구경 튜브의 경우 검사 불가 구간이 상대적으로 커지는 문제점을 가지고 있다.

이로 인해, 강자성체 증기발생기 튜브 비파괴 검사에 소요되는 시간 및 비용을 절감하며 두께 감육 결함 및 균열과 같은 예리한 결함을 동시에 검출할 수 있는 검사장치가 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제0956163호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 강자성체 증기발생기 튜브의 원격장 와전류 검사와 누설자속 검사를 동시에 수행하여 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사에 소요되는 시간 및 비용을 절감하고, 보다 명확한 결함 정보를 획득하기 위한 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치는, 비파괴검사 대상인 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴검사를 위해 상기 강자성체 증기발생기 튜브의 내부에 삽입되었다가 인출될 수 있는 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치에 있어서, 원격장 와전류 가진코일; 원격장 와전류 측정코일; 상기 원격장 와전류 가진코일과 상기 원격장 와전류 측정코일 사이에 배치되는 자력원; 원주방향 자기센서 배열을 그 내부에 포함하여, 상기 원격장 와전류 측정코일 및 상기 원주방향 자기센서 배열에서 각각 자기장을 측정한 신호를 출력하는 통합 검사 센서; 및 상기 통합 검사 센서로부터 출력한 자기장 측정 신호를 전달받고, 상기 자기장 측정 신호를 이용하여 상기 강자성체 증기발생기 튜브의 두께 감육 결함 또는 균열 형태의 예리한 결함을 검출하는 신호처리장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 원격장 와전류 가진코일과 상기 원격장 와전류 측정코일의 거리는 상기 강자성체 증기발생기 튜브의 직경보다 적어도 두 배 큰 길이로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 원격장 와전류 측정코일은 두 개의 원격장 와전류 측정코일을 한 쌍으로 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 원격장 와전류 가진코일은 교류 전류를 입력받아 교류 자기장을 발생하는 것을 특징으로 한다.

상기 원격장 와전류 가진코일에 인가되는 교류 자기장은 1000Hz 이하의 주파수로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 자력원은 영구자석 또는 전자석으로, 상기 원격장 와전류 가진코일에서 발생한 교류 자기장 중 직접 자기장을 흡수하는 것을 특징으로 한다.

상기 자력원은 상기 원격장 와전류 가진코일인 것을 특징으로 한다.

상기 원주방향 자기센서 배열은 상기 자력원의 주변에 배열되고, 상기 강자성체 증기발생기 튜브의 결함에 의해 누설되는 자기장을 측정하여 누설자속 측정신호로서 출력하며, 상기 자기센서 배열은 복수 개의 센서로 형성되어 상기 복수 개의 센서에서 각각 상기 누설자속 측정신호를 출력하여 상기 신호처리장치로 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기 원격장 와전류 측정코일은 상기 원격장 와전류 가진코일에서 발생한 교류 자기장의 측정값을 원격장 와전류 측정신호로서 출력하여 상기 신호처리장치로 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기 신호처리장치는 상기 원주방향 자기센서 배열에서 자기장을 측정하여 출력한 신호를 공간 미분하여 상기 강자성체 증기발생기 튜브의 균열 형태의 결함검출 및 결함 크기를 예측하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치를 이용한 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사방법에 있어서, (a) 비파괴 검사 대상 강자성체 증기발생기 튜브에 원격장 와전류 가진코일, 원격장 와전류 측정코일, 상기 원격장 와전류 가진코일과 상기 원격장 와전류 측정코일 사이에 배치되는 자력원 및 원주방향 자기센서 배열을 그 내부에 포함하여 상기 원격장 와전류 측정코일 및 상기 원주방향 자기센서 배열에서 각각 자기장을 측정한 신호를 출력하는 통합 검사 센서를 삽입하는 단계, (b) 통합 검사 센서 중 원격장 와전류 가진코일에 교류전류를 입력하여 자기장을 발생하는 단계, (c) 통합 검사 센서를 비파괴 검사 대상 강자성체 증기발생기 튜브로부터 인출할 때 원격장 와전류 측정코일이 상기 원격장 와전류 가진코일에서 발생한 자기장의 변화를 측정하여 원격장 와전류 측정신호로서 출력하고, 원주방향 자기센서 배열이 상기 비파괴 검사 대상 강자성체 증기발생기 튜브의 결함으로부터 누설되는 자기장을 측정하여 누설자속 측정신호로서 출력하는 단계, 그리고 (d) 신호처리장치가 통합 검사 센서로부터 상기 원격장 와전류 측정신호를 전달받아 상기 비파괴 검사 대상 강자성체 증기발생기 튜브의 두께 감육 결함을 검출하고, 상기 통합 검사 센서로부터 상기 누설자속 측정신호를 전달받아 상기 비파괴 검사 대상 강자성체 증기발생기 튜브의 균열 형태의 예리한 결함을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기(c) 단계에서, 상기 통합 검사 센서는 일정한 속도로 인출되는 것을 특징으로 한다.

이러한 특징에 따르면, 본원 발명의 한 실시예에 따른 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치는 원격장 와전류 검사를 위한 가진 코일과 측정 코일, 그리고 가진 코일과 측정 코일 사이에 배치된 누설자속 검사를 위한 자력원 및 자기센서를 포함함으로써 동시 검사 불가 구간을 최소화하고, 넓은 범위의 두께 감육 결함뿐만 아니라 예리한 미세 결함도 검출할 수 있어, 보다 명확한 결함 정보를 획득할 수 있으며, 원격장 와전류 검사기법과 누설자속 검사기법을 따로 수행하지 않아도 되므로, 강자성체 증기발생기 튜브의 결함 검출에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치에서 결함검출을 위한 신호형태의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치에서 결함검출을 위한 신호형태의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치에서 결함검출을 위한 신호형태의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사방법을 나타낸 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치에 대해 자세히 설명한다.

먼저, 도 1을 참고로 하는 본 발명의 한 실시예에 따른 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치는 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 비파괴검사를 수행하기 위해 통합 검사 센서(100)와 신호처리장치(200)를 포함한다.

통합 검사 센서(100)는 원격장 와전류 가진코일(110), 원격장 와전류 측정코일(120), 그리고 가진코일(110)과 측정코일(120) 사이에 배치되는 원주방향 자기센서 배열(130)과 영구자석(140)을 포함하는 센서 모듈이다.

이때, 통합 검사 센서(100) 중 원격장 와전류 가진코일(110)과 원격장 와전류 측정코일(120)은 비파괴검사 대상인 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 원격장 와전류 검사를 위한 구성이고, 영구자석(140)은 비파괴검사 대상인 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 누설자속을 검사하기 위한 자력원이다.

다른 한 예에서, 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 누설자속을 검사하기 위한 자력원은 영구자석(140) 대신 전자석일 수 있다.

또한, 다른 한 예에서, 영구자석(140) 또는 전자석을 구비하지 않고 원격장 와전류 가진코일(110)을 자력원으로서 사용할 수도 있다.

그리고, 원주방향 자기센서 배열(130)은 자력원에 배열되는 다수 개의 자기센서로 형성되는데, 도 1에 도시한 실시예에서 자력원이 영구자석(140)인 경우 원주방향 자기센서 배열(130)은 영구자석(140) 주변에 형성되고, 자력원이 전자석인 경우 원주방향 자기센서 배열(130)은 전자석의 주변에 배열되는 형태로 형성된다.

이때, 원격장 와전류 가진코일(110)과 원격장 와전류 측정코일(120)은 일정 거리 이격되도록 통합 검사 센서(100)에 형성되는데, 바람직한 예에서, 원격장 와전류 가진코일(110)과 원격장 와전류 측정코일(120) 사이의 거리는 적어도 비파괴검사 대상인 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 직경에 두 배 이상인 것이 좋다.

이처럼 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 원격장 와전류 검사를 위해 위에서 설명한 것처럼 일정 거리만큼 이격되어 형성되는 원격장 와전류 가진코일(110)과 원격장 와전류 측정코일(120) 중, 원격장 와전류 가진코일(110)은 일정 주파수의 교류 전류가 입력됨에 따라 교류 자기장을 발생시킨다.

한 예에서, 원격장 와전류 가진코일(110)에 입력되는 교류 전류의 주파수는 1000Hz 이하의 주파수인 것이 좋다.

이때, 원격장 와전류 가진코일(110)에서 발생된 자기장은 화살표 방향을 따라 비파괴검사 대상인 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 벽을 투과하여 그 표면을 따라 확산된 후 다시 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 벽을 통과하여 원격장 와전류 측정코일(120)로 이동된다.

이에 따라, 원격장 와전류 측정코일(120)은 원격장 와전류 가진코일(110)에서 발생한 자기장을 측정하고, 측정되는 자기장의 변화를 출력한다.

그리고 이때, 원격장 와전류 측정코일(120)은 두 개의 원격장 와전류 측정코일(120)을 한 쌍으로 구비하며, 두 개의 원격장 와전류 측정코일(120)은 측정되는 자기장의 변화를 각각 출력한다.

두 개의 원격장 와전류 측정코일(120)을 한 쌍으로 구비함으로써, 각각의 원격장 와전류 측정코일(120)에서 측정되는 신호로부터 차동신호(differential signal)를 얻어 결함에 대한 측정신호를 용이하게 출력할 수 있으며, 이는 원격장 와전류 측정코일을 이용하는 센서에서 이미 공지된 기술이므로 본 명세서 상에서는 이를 자세하게 기재하지 않는다.

한 예에서, 한 쌍으로 형성되는 두 개의 원격장 와전류 측정코일(120)은 예측되는 결함의 크기에 따라 서로 다른 간격으로 배치될 수 있으며, 본 발명의 한 실시예에서는 5mm의 간격으로 배치될 수 있다.

도 1에 도시한 것처럼 자력원이 영구자석(140)으로 형성되거나 다른 한 예에서 영구자석(140)이 전자석으로 대체되는 경우, 자력원은 원격장 와전류 가진코일(110)과 원격장 와전류 측정코일(120) 사이에 형성되는 것이 바람직하다.

이처럼, 원격장 와전류 가진코일(110)과 원격장 와전류 측정코일(120) 사이에 형성되는 자력원은 원격장 와전류 가진코일(110)에서 생성된 직접 자기장을 흡수한다.

이로 인해, 원격장 와전류 가진코일(110)과 원격장 와전류 측정코일(120) 사이의 간격이 종래의 원격장 와전류 센서에서 직접 자기장의 영향을 배제하기 위해 원격장 와전류 가진코일과 원격장 와전류 측정코일을 멀리 떨어뜨려 형성했을 때보다 크기가 줄어들 수 있어, 센서의 소형화가 가능한 효과가 있다.

그리고 이때, 원격장 와전류 가진코일과 원격장 와전류 측정코일의 거리가 종래의 원격장 와전류 센서에서 형성된 거리보다 줄어듦에 따라 원격장 와전류 측정코일(120)에서 결함신호를 측정하는 데 이용되는 출력신호의 세기가 커지므로 결함 검출 효율이 향상된다.

한편, 원주방향 자기센서 배열(130)은 자력원의 주변에 배치되도록 형성되어 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 결함에 의해 누설되는 자기장을 측정하는데, 약한 강도의 자력원을 사용하여 잔류 자화 및 외부 구조물에 의한 영향을 최소화함으로써 결함 탐지 성능을 향상시킬 수 있다.

예로써, 강자성체 증기발생기 튜브(1)를 지지하기 위한 지지판과 같은 외부 구조물이 형성된 경우, 원격장 와전류 검사만으로는 지지판의 영향에 의해 지지판 주변의 결함에 대한 측정이 불가능하고, 기존의 누설자속 검사의 경우 지지판의 영향에 의해 지지판 주변의 결함에 대한 측정을 원활하게 수행할 수 없는데, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자력원은 강도가 약한 영구자석(140) 또는 전자석으로 형성되어 강자성체 지지판에 의한 영향을 최소화할 수 있어, 지지판 주위에 있는 미세결함에 대해서도 높은 탐지 성능을 갖는다.

이때, 그 세기가 약하게 형성되어 강자성체 지지판 또는 외부의 구조물에 대한 영향을 최소화하여 지지판 주위의 미세결함에 대한 높은 탐지 성능을 가질 수 있도록 하기 위한 영구자석(140) 또는 전자석의 세기는 피검사체의 재질이나 크기, 외부 구조물의 재질이나 크기, 또는 피검사체와 외부 구조물 사이의 간격에 따라 달라지게 된다. 따라서, 실험 또는 계산을 통해 결함 탐지 성능이 가장 효과적인 자기장 세기를 갖는 영구자석(140) 또는 전자석을 선택하는 것이 좋다.

원주방향 자기센서 배열(130)은 강자성체 증기발생기 튜브(1)에 근접하게 배열로 형성되는 것이 좋고, 배열로 형성된 자기센서는 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 결함에 의해 발생한 누설 자기장을 측정하여 각각 출력하며, 원주 배열로 센서를 형성하는 것과 복수 개의 센서가 누설 자기장 측정값을 각각 출력하는 것은 이미 공지된 기술이므로 본 명세서 상에서는 이를 자세히 기재하지 않는다.

설명한 것과 같은 특징을 갖는 원격장 와전류 가진코일(110), 원격장 와전류 측정코일(120), 원주방향 자기센서 배열(130) 그리고 영구자석(140) 또는 전자석 등의 자력원을 포함하는 통합 검사 센서(100)는 모듈 형태로 생성되어, 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 내부에 삽입되는 구조를 가지며, 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 내부로부터 외부로 일정속도로 인출됨에 따라 내부의 각 구성요소에서 자기장 측정값을 출력한 것을 신호처리장치(200)로 전달한다.

이에 따라, 신호처리장치(200)는 통합 검사 센서(100)로부터 전달받은 측정값을 신호처리부(210), 로크인(Lock-in) 앰프(220), 신호변환부(230) 및 데이터 처리부(240)에서 신호처리 및 분석을 수행하여 비파괴 검사 대상인 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 결함을 검출한다.

예로써, 신호처리장치(200)의 신호처리부(210)는 원주방향 자기센서 배열(130)에서 출력한 누설자속 측정값을 전달받아 신호처리하고, 로크인 앰프(220)는 원격장 와전류 측정코일(120)의 출력 신호를 처리한다.

그리고, 신호변환부(230)는 신호처리부(210)에서 신호처리된 원주방향 자기센서 배열(130)의 출력 누설자속 측정값과 로크인 앰프(220)에서 처리된 원격장 와전류 측정코일(120)의 출력값인 자기장 변화를 데이터 처리할 수 있도록 변환하며, 데이터 처리부(240)는 신호변환부(230)에서 변환된 신호로부터 자기장 변화를 분석하여 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 결함 유무, 결함의 형상 및 크기를 판별한다.

그리고, 신호처리장치(200)는 교류전원부(250)와 직류전원부(260)를 포함하여, 통합 검사 센서(100)의 원격장 와전류 가진코일(110)과 원주방향 자기센서 배열(130)로 교류 전원 및 직류 전원을 각각 공급한다.

이때, 도 2의 (a)에 도시한 것처럼 강자성체 증기발생기 튜브(1)에 A, B, C, D 및 E와 같이 Long Groove 결함(예로써, 종방향 길이 30mm)이 형성된 경우, 신호처리장치(200)가 통합 검사 센서(100)로부터 전달받은 원격장 와전류 측정신호와 누설자속 측정신호는 각각 도 2의 (b)와 도 2의 (c) 및 (d)에 도시한 형태를 갖는다.

도 2의 (a)와 같이 강자성체 증기발생기 튜브(1)가 두께 감육 결함을 서로 다른 깊이로 포함하는 경우, 도 2의 (b)에 도시한 원격장 와전류 측정신호로부터 원격장 와전류 측정코일(120)이 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 두께 감육 결함을 5% 깊이의 결함까지 탐지할 수 있음을 도출할 수 있다.

반면, 도 2의 (c) 및 (d)에 도시한 누설자속 측정신호로부터 원주방향 자기센서 배열(130)이 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 결함 검출에 있어서 40%의 결함, 30%의 결함 및 20%의 결함만을 용이하게 감지하며, 20%의 깊이 미만으로 형성된 결함은 용이하게 검출할 수 없음을 도출할 수 있다.

그러나 이때, 도 2의 (c) 및 (d)에 도시한 것처럼 20%의 깊이 미만으로 형성된 결함에 대해 누설자속의 측정신호가 뚜렷하게 검출되지 않더라도 결함의 시작 부분과 끝 부분에서는 큰 신호 값을 출력하고 있어, 결함의 크기를 예측할 수 있다.

따라서, 신호처리장치(200)가 통합 검사 센서(100)로부터 도 2의 (b)와 같이 전달받은 원격장 와전류 측정신호로부터 두께 감육 결함을 검출할 수 있고 도 2의 (c) 및 (d)와 같이 전달받은 누설자속 측정신호로부터 결함의 단부를 검출할 수 있어 두께 감육 결함의 검출과 동시에 정밀한 결함의 크기를 예측할 수 있다.

한 예에서, 신호처리장치(200)는 도 2의 (c) 및 (d)와 같이 전달받은 누설자속 측정신호를 공간 미분함으로써 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 결함 시작점 및 끝점을 검출할 수 있다.

또한, 신호처리장치(200)는 도 2의 (b)로부터 얻은 결과와 도 2의 (c) 및 (d)로부터 얻은 결과를 비교하여 검출된 결함의 형상 및 크기를 분석함으로써, 정밀하게 결함을 검출할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 신호처리장치(200)가 통합 검사 센서(100)로부터 전달받은 측정신호를 이용하여 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 결함을 검출하는 다른 한 실시예를 도 3을 참고로 하여 설명하면, 강자성체 증기발생기 튜브(1)에 도 3의 (a)에 도시한 것과 같은 원주방향 균열(예로써, 원주방향 길이 10mm, 종방향 길이 0.3mm)이 형성된 경우, 신호처리장치(200)가 통합 검사 센서(100)로부터 전달받는 원격장 와전류 측정신호는 도 3의 (b)에 도시한 것처럼 결함의 모든 지점(A 내지 E)에서 균열을 감지하지 않는다.

그러나, 신호처리장치(200)가 통합 검사 센서(100)로부터 전달받은 누설자속 측정신호는 도 3의 (c)와 (d)에 도시한 것처럼 A, B 지점에 형성된 10% 깊이 이하의 균열은 감지가 어려우나, C, D, E 지점에 형성된 20% 깊이 이상의 균열은 용이하게 감지할 수 있다.

이처럼, 신호처리장치(200)는 도 2 및 도 3에 도시한 것처럼 통합 검사 센서(100)로부터 수신한 원격장 와전류 측정신호와 누설자속 측정신호를 이용하여 두께 감육 결함 및 예리한 결함을 모두 검출할 수 있게 된다.

그리고 이때, 도 4를 참고로 하여 강자성체 증기발생기 튜브(1)에 접하도록 금속 재질의 외부 구조물이 형성되었을 때, 비자성체 또는 자성체로 형성될 수 있는 외부의 구조물에 의해 통합 검사 센서(100)가 강자성체 증기발생기 튜브(1)에 대해 측정하여 출력하는 신호가 영향을 받는지 여부의 한 실시예를 설명하면, 도 4의 (a)에 도시한 것처럼 원주방향의 균열이 형성된 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 외부에 비자성체의 구조물과 강자성체의 구조물이 형성된 경우, 신호처리장치(200)가 출력하는 원격장 와전류 측정신호는 도 4의 (b)에 도시한 형태의 신호로 나타나며, 외부 구조물에 의해 큰 영향을 받는 것으로 판별될 수 있다.

좀더 자세하게는, 도 3을 참고로 하여 위에서 설명한 것처럼 외부의 구조물이 형성되지 않은 상태의 원주방향의 균열이 형성된 강자성체 증기발생기 튜브(1)에대한 측정신호인 경우, 원격장 와전류 측정신호는 도 3의 (b)에 도시한 것과 같은 형태를 갖는 반면, 도 4와 같이 비자성체 또는 강자성체의 외부의 구조물이 형성된 경우 통합 검사 센서(100)에서 출력하는 원격장 와전류 측정신호는 도 4의 (b)에 도시한 것처럼 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 결함을 검출하기 어려운 신호의 형태를 가지므로, 외부의 구조물에 의해 원격장 와전류 측정신호가 영향을 받는 것으로 판별할 수 있다.

그러나 이때, 신호처리장치(200)는 통합 검사 센서(100)로부터 도 4의 (d)에 도시한 형태의 누설자속 측정신호를 전달받으므로, 누설자속 측정신호의 경우 비자성체 또는 강자성체의 외부 구조물에 영향을 거의 받지 않는 것으로 판별할 수 있으며, 이러한 형태의 누설자속 측정신호를 이용하여 도 4의 (c)에 도시한 형태의 영상을 추출하여 강자성체 증기발생기 튜브(1)의 예리한 결함을 검출할 수 있게 된다.

도 1 내지 도 4를 참고로 하여 설명한 것처럼 본 발명의 한 실시예에 따른 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치가 통합 검사 센서(100)와 신호처리장치(200)를 구비하여 형성됨으로써, 비파괴검사 대상인 강자성체 증기발생기 튜브의 두께 감육 결함과 예리한 결함을 동시에 검출할 수 있다. 이로 인해, 원격장 와전류 신호 검출을 위한 구성과 누설자속 신호 검출을 위한 구성을 별도로 구비하지 않고 통합 검사 센서(100)로 대체할 수 있어, 센서 구비에 소요되는 비용을 절감할 수 있고 결함 검출에 소요되는 시간을 절약할 수 있다.

이러한 구성 및 효과를 갖는 본 발명의 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치를 이용한 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사방법을 도 5를 참고로 하여 설명하도록 한다.

도 5에 도시한 것처럼, 본 발명의 한 실시예에 따른 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴검사 방법은 도 1에 도시한 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치의 구성을 이용하여 이루어지는데, 이러한 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴검사 방법은 비파괴 검사 대상 강자성체 증기발생기 튜브에 통합 검사 센서를 삽입하는 단계(S100), 통합 검사 센서 중 원격장 와전류 가진코일에 교류전류를 입력하여 자기장을 발생하는 단계(S200), 통합 검사 센서를 비파괴 검사 대상 강자성체 증기발생기 튜브로부터 인출할 때 결함으로 인해 원격장 와전류 측정코일에서 발생하는 자기장의 변화를 측정하고 원주방향 자기센서 배열이 누설자속 신호를 측정하는 단계(S300), 그리고 신호처리장치가 통합 검사 센서로부터 전달받은 신호를 이용하여 강자성체 증기발생기 튜브의 결함을 검출하는 단계(S400)를 포함한다.

각 단계를 자세하게 설명하면, 먼저, 첫 번째 단계(S100)는 강자성체 증기발생기 튜브에 통합 검사 센서를 삽입하여 이루어지고, 두 번째 단계(S200)는 신호처리장치의 교류전원부(240)가 강자성체 증기발생기 튜브에 삽입된 통합 검사 센서를 구성하는 원격장 와전류 가진코일에 1000Hz 이하의 교류 전류를 입력하여 원격장 와전류 가진코일의 주변에 교류 자기장을 형성한다.

다른 한 예에서, 위의 단계(S200)에서 원격장 와전류 가진코일에 교류 전류를 입력하는 주체는 별도의 전원장치일 수 있으며 이를 한정하지는 않는다.

이 단계(S200)에 따라, 원격장 와전류 가진코일에서 출력된 교류 자기장은 원격장 와전류 측정코일까지 형성되며, 이때, 교류 자기장은 강자성체 증기발생기 튜브의 벽을 투과하여 튜브의 표면을 따라 확산된 후 튜브 벽을 통과함으로써 원격장 와전류 가진코일에서 원격장 와전류 측정코일까지 확산된다.

그런 다음, 세 번째 단계(S300)에서는 비파괴 검사 대상 강자성체 증기발생기 튜브에 삽입된 통합 검사 센서를 인출하고, 인출할 때 통합 검사 센서 내부의 원격장 와전류 측정코일에서 측정하는 자기장 측정값인 원격장 와전류 측정신호를 출력하여 신호처리장치로 전달한다.

이때, 강자성체 증기발생기 튜브에 삽입되어 있던 통합 검사 센서를 인출할 때, 통합 검사 센서는 일정 속도로 인출되는 것이 좋다.

그리고, 이 단계(S300)에서 원주방향 자기센서 배열이 강자성체 증기발생기 튜브에서 누설되는 자기장을 측정하여 누설자속 신호로서 출력하여 이를 신호처리장치로 전달한다.

한 예에서, 원주방향 자기센서 배열이 누설자속 신호를 출력함에 있어서, 원주방향 자기센서 배열은 통합 검사 센서 내부에 형성된 자력원의 주변에 배치되어 강자성체 증기발생기 튜브의 결함에 의해 누설되는 자기장을 측정한다.

마지막으로, 네 번째 단계(S400)에서 신호처리장치가 측정 결과를 이용하여 결함을 검출할 때, 신호처리장치는 통합 검사 센서에서 출력한 측정결과인 원격장 와전류 측정신호와 누설자속 측정신호를 이용하여 강자성체 증기발생기 튜브의 결함을 검출하며, 이때, 원격장 와전류 측정신호로부터 강자성체 증기발생기 튜브의 두께 감육 결함을 검출하고, 누설자속 측정신호로부터 강자성체 증기발생기 튜브의 균열과 같은 예리한 결함을 검출한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1 : 강자성체 증기발생기 튜브 11 : 균열 결함
12 : 두께 감육 결함 100 : 통합 검사 센서
110 : 원격장 와전류 가진코일 120 : 원격장 와전류 측정코일
130 : 원주방향 자기센서 배열 140 : 영구자석
200 : 신호처리장치 210 : 신호처리부
220 : 로크인 앰프 230 : 신호변환부
240 : 데이터 처리부 250 : 교류전원부
260 : 직류전원부

Claims (12)

1. 비파괴검사 대상인 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴검사를 위해 상기 강자성체 증기발생기 튜브의 내부에 삽입되었다가 인출될 수 있는 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치에 있어서,
   원격장 와전류 가진코일;
   원격장 와전류 측정코일;
   상기 원격장 와전류 가진코일과 상기 원격장 와전류 측정코일 사이에 배치되는 자력원;
   원주방향 자기센서 배열을 그 내부에 포함하여, 상기 원격장 와전류 측정코일 및 상기 원주방향 자기센서 배열에서 각각 자기장을 측정한 신호를 출력하는 통합 검사 센서; 및
   상기 통합 검사 센서로부터 출력한 자기장 측정 신호를 전달받고, 상기 자기장 측정 신호를 이용하여 상기 강자성체 증기발생기 튜브의 두께 감육 결함 또는 균열 형태의 예리한 결함을 검출하는 신호처리장치;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 원격장 와전류 가진코일과 상기 원격장 와전류 측정코일의 거리는 상기 강자성체 증기발생기 튜브의 직경보다 적어도 두 배 큰 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 원격장 와전류 측정코일은 두 개의 원격장 와전류 측정코일을 한 쌍으로 구비하는 것을 특징으로 하는 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 원격장 와전류 가진코일은 교류 전류를 입력받아 교류 자기장을 발생하는 것을 특징으로 하는 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 원격장 와전류 가진코일에 인가되는 교류 자기장은 1000Hz 이하의 주파수로 형성되는 것을 특징으로 하는 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 자력원은 영구자석 또는 전자석으로, 상기 원격장 와전류 가진코일에서 발생한 교류 자기장 중 직접 자기장을 흡수하는 것을 특징으로 하는 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 자력원은 상기 원격장 와전류 가진코일인 것을 특징으로 하는 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 원주방향 자기센서 배열은 상기 자력원의 주변에 배열되고, 상기 강자성체 증기발생기 튜브의 결함에 의해 누설되는 자기장을 측정하여 누설자속 측정신호로서 출력하며, 상기 자기센서 배열은 복수 개의 센서로 형성되어 상기 복수 개의 센서에서 각각 상기 누설자속 측정신호를 출력하여 상기 신호처리장치로 전달하는 것을 특징으로 하는 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 원격장 와전류 측정코일은 상기 원격장 와전류 가진코일에서 발생한 교류 자기장의 측정값을 원격장 와전류 측정신호로서 출력하여 상기 신호처리장치로 전달하는 것을 특징으로 하는 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 신호처리장치는 상기 원주방향 자기센서 배열에서 자기장을 측정하여 출력한 신호를 공간 미분하여 상기 강자성체 증기발생기 튜브의 균열 형태의 결함검출 및 결함 크기를 예측하는 것을 특징으로 하는 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치.
11. 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사장치를 이용한 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사방법에 있어서,
    (a) 비파괴 검사 대상 강자성체 증기발생기 튜브에 원격장 와전류 가진코일, 원격장 와전류 측정코일, 상기 원격장 와전류 가진코일과 상기 원격장 와전류 측정코일 사이에 배치되는 자력원 및 원주방향 자기센서 배열을 그 내부에 포함하여 상기 원격장 와전류 측정코일 및 상기 원주방향 자기센서 배열에서 각각 자기장을 측정한 신호를 출력하는 통합 검사 센서를 삽입하는 단계,
    (b) 통합 검사 센서 중 원격장 와전류 가진코일에 교류전류를 입력하여 자기장을 발생하는 단계,
    (c) 통합 검사 센서를 비파괴 검사 대상 강자성체 증기발생기 튜브로부터 인출할 때 원격장 와전류 측정코일이 상기 원격장 와전류 가진코일에서 발생한 자기장의 변화를 측정하여 원격장 와전류 측정신호로서 출력하고, 원주방향 자기센서 배열이 상기 비파괴 검사 대상 강자성체 증기발생기 튜브의 결함으로부터 누설되는 자기장을 측정하여 누설자속 측정신호로서 출력하는 단계, 그리고
    (d) 신호처리장치가 통합 검사 센서로부터 상기 원격장 와전류 측정신호를 전달받아 상기 비파괴 검사 대상 강자성체 증기발생기 튜브의 두께 감육 결함을 검출하고, 상기 통합 검사 센서로부터 상기 누설자속 측정신호를 전달받아 상기 비파괴 검사 대상 강자성체 증기발생기 튜브의 균열 형태의 예리한 결함을 검출하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기(c) 단계에서, 상기 통합 검사 센서는 일정한 속도로 인출되는 것을 특징으로 하는 강자성체 증기발생기 튜브의 비파괴 검사방법.

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