재료의 열화도 진단을 위한 접촉식 초음파 비선형파라미터의 측정기법 개발

Abstract

재료의 미세열화를 측정하는 비파괴검사법으로 초음파의 비선형파라미터 측정기법이 최근 주목받고 있다. 탄성파 비선형성의 특징적 현상은 탄성파가 재료를 통해 전파하면서 기본주파수 성분 이외에 고조파 성분이 발생한다는 것이다. 비선형성 측정은 전파된 신호의 기본주파수 성분과 2차 고조파 성분의 크기의 비율로부터 측정하고, 이 비율을 상대적인 비선형파라미터 β´로 정의한다. 그리고 열화 발생 전후의 β´를 측정하여 비교함으로써 재료의 열화도를 평가할 수 있다. 본 연구에서는 초음파의 비선형 특성을 이용하여 재료의 열화도를 평가하는 연구를 수행 하였다. 비선형파라미터 측정을 위하여 공압 조절장치를 포함한 접촉식 측정 장치를 구성하였다. 비선형성은 그 크기가 매우 작기 때문에 여러 측정 인자들로부터 영향을 받아 일관성 있는 측정이 어렵다. 따라서 재료 이외에 상대적비선형파라미터의 측정에 영향을 미칠 수 있는 외부 조건을 분석하여 안정적인 비선형파라미터의 측정을 위한 측정 조건의 가이드라인을 제시하였다. 여기에는 탐촉자의 접촉압력, 인가전압 및 수신신호의 진폭분해능에 대한 검토가 수행되었다. 또, 인위적으로 시편에 피로를 가하여 비선형파라미터와 피로와의 상관성을 규명하였다. 시편은 SUS316L 재료로 회전굽힘 피로시편과 인장피로시편의 두 가지로 준비하였으며, 전자는 환상면체형으로 동일한 시편에서 피로의 주적에 따른 비선형 파라미터의 변화를 확인하는데 사용되었고, 후자는 판형으로 피로가 시편의 중앙부에 집중되도록 하고 피로를 가하기 전후에서의 비선형파라미터의 변화를 검증하는데 사용하였다. 특히 인장피로시편에 대해서는 시편 내 중앙부 주변에서의 위치별 경도를 측정하여 비선형 파라미터와의 상관성을 실증하였다.