유도파 시험

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유도파 시험(GWT)은 비파괴 평가 방법이다. 그 방법은 그 경계선들에 의해 인도되는 동안 길쭉한 구조물을 따라 전파되는 음향파를 이용한다. 이것은 파동이 에너지의 손실이 거의 없이 먼 거리를 이동할 수 있게 해준다. 오늘날 GWT는 특히 전 세계의 금속 파이프라인 검사를 위해 많은 엔지니어링 구조물을 검사하고 선별하는 데 널리 사용되고 있다. 수백m를 한 곳에서 점검할 수 있는 경우도 있다. 레일 트랙, 로드 및 금속판 구조물을 검사하는 일부 응용 프로그램도 있다.

유도파검사는 일반적으로 유도파 초음파검사(GWUT)나 초음파유도파검사(UGW)나 장거리 초음파검사(LRUT)로도 알려져 있지만, 기존의 초음파검사와는 근본적으로 매우 다르다. 검사에 사용되는 주파수는 구조물의 두께에 따라 다르지만 일반적으로 유도파 검사는 10kHz에서 여러 MHz 범위의 초음파 주파수를 사용한다. 더 높은 주파수를 사용할 수 있는 경우도 있지만 검출 범위가 현저히 줄어든다. 게다가 유도파의 기초물리학은 벌크파보다 더 복잡하다. 이론적 배경의 상당 부분은 별도의 기사에서 다루어져 왔다. 이 기사에서는 GWT의 실제적인 측면에 대해 논할 것이다.

역사

구조물에 전파되는 유도파에 대한 연구는 지진학 분야에서 주로 영감을 받아 1920년대 초로 거슬러 올라갈 수 있다. 이후 원통형 구조물의 유도파 전파 해석 연구에 대한 노력이 증가하였다. 공학 구조물의 비파괴시험의 실용적 방법으로 유도파괴시험이 고려된 것은 1990년대 초였다. 오늘날 GWT는 석유, 가스, 화학 산업에서 통합 건강 모니터링 프로그램으로 적용되고 있다.

작동 방식(파이프라인 검사)

기존 초음파와는 달리 배관 기하학용으로 존재하는 유도파 모드는 무한히 많으며, 일반적으로 비틀림, 종방향, 굴곡모드 등 3개 패밀리로 그룹화할 수 있다. 이러한 파형 모드의 음향 특성은 배관 기하학, 재료 및 주파수의 함수다. 파형 모드의 이러한 특성을 예측하는 것은 일반적으로 분산 곡선이라고 하는 그래픽 그림에서 제시되는 중수학적 모델링에 의존한다.

파이프라인의 유도파 시험에서는 배관 원주 둘레에 저주파 변환기 배열을 부착하여 변환기 배열의 앞뒤 방향에서 배관을 따라 전파되는 축 대칭파를 생성한다. 비틀림파 모드는 세로모드의 사용이 제한적이긴 하지만 가장 일반적으로 사용된다. 기기는 신호의 흥분과 탐지에 변환기의 배열을 사용하는 펄스-에코 구성으로 작동한다.

단면 변경이나 관의 국부강성 변화가 있는 곳에서는 메아리가 발생한다. 초음파의 도착 시간과 특정 주파수에서의 파형 모드의 예측 속도를 바탕으로 변환기 배열의 위치와 관련된 형상의 거리를 정확하게 계산할 수 있다. GWT는 거리 진폭 곡선(DAC) 시스템을 사용하여 특정 거리의 반사에서 단면 변화(CSC)를 추정할 때 감쇠 및 진폭 강하를 보정한다. DAC는 일반적으로 용접 에코와 같은 알려진 신호 진폭을 가진 일련의 에코에 대해 보정된다.

DAC 레벨이 설정되면 신호 진폭은 결함의 CSC와 잘 상관된다. GWT는 남아 있는 벽 두께를 직접 측정하지는 않지만, 결함의 심각도를 여러 범주로 분류할 수 있다. 한 가지 방법은 배관 형상에서 축 대칭파 모드의 일부 에너지가 휨 모드로 변환되는 흥분 신호의 모드 전환 현상을 이용하는 것이다. 모드 전환의 양은 결함의 원주적 범위에 대한 정확한 추정치를 제공하며, CSC와 함께 운영자는 심각도 범주를 설정할 수 있다.

GWT의 일반적인 결과는 변환기 배열 위치로부터의 거리에 대한 반사 진폭과 함께 A-스캔 스타일로 표시된다. 지난 몇 년 동안 일부 고급 시스템은 각 형상의 방향을 쉽게 해석할 수 있는 C-scan 유형 결과를 제공하기 시작했다. 이는 대형 파이프라인을 검사할 때 매우 유용한 것으로 나타났다.

유도파 초점

C-scan 유형 결과를 통합할 뿐만 아니라, 능동 포커싱 용량은 또한 GWT가 휨파 모드를 활용하여 달성할 수 있다. 이는 두 가지 주요 이점을 제공한다. 첫째, 결점 에코 신호 대 잡음 비(SNR)를 향상시킬 수 있고, 둘째, '실제'와 '거짓' 표시를 구별하는 데 도움이 되는 추가 도구로 사용할 수 있다. 단, 이 기법에는 단점이 있다. 첫째, 포커스를 적용하기 전에 결점 위치를 알아야 한다. 둘째, 능동 포커싱 기법에 필요한 별도의 데이터 집합도 GWT의 시간과 비용 효율을 현저히 줄일 수 있다.

휨파 모드는 원주 주위의 변위 패턴에서 1부터 Infinity까지의 정수 값의 사인파 변화를 가진다. 능동 포커스는 시간 및 진폭 보정을 적용한 다중 굴곡파 모드의 전송을 포함하며, 각 파형 모드의 원주 노드가 동일한 원주 위치 및 동일한 위상에 동시에 목표 위치에 도달하여 건설적인 간섭을 유발한다. 다른 원주 위치에서 굴곡파 모드의 원주 노드는 서로 위상에서 벗어나서 파괴적으로 간섭할 것이다. 흥분 조건을 조정하면 파이프 둘레를 중심으로 이 초점을 회전시킬 수 있다. 서로 다른 원주 위치에서의 반응을 비교하면 운영자가 결함의 원주 위치와 범위를 보다 정확하게 예측할 수 있다.

앞에서 언급한 바와 같이, 집중 기법은 '실제'와 '거짓' 표시를 구별하는데도 사용될 수 있는데, 이는 반향이나 원하지 않는 파형 모드의 불완전한 취소와 같이 결함의 위치와 직접 일치하지 않는 수신 신호인 '거짓' 표시를 의미한다. A-scan 데이터에 '거짓' 표시가 있으면 이 처리 유형이 동일한 원본 데이터를 사용하기 때문에 C-scan 유형 결과에서도 다시 표시된다. 활성 포커스는 별도의 데이터 수집을 수반하므로, '거짓' 표시의 위치에 포커스는 부정적인 결과를 주는 반면, '진정한' 표시에 포커스는 긍정적인 결과를 준다. 따라서 능동적인 초점화 기법은 유도파 테스트 시스템에 의해 발생하는 '거짓 호출'의 성향을 극복하는 데 도움이 될 수 있다.

특징들

이점

1. 사용 중 성능 저하를 위한 신속한 선별(장거리 검사) – 수백m의 검사 범위를 달성할 수 있는 가능성
2. 내부 또는 외부 금속 손실 감지
3. 접근 비용 절감 - 절연 제거 최소화를 통한 절연 라인, 들어올릴 필요가 없는 지지대 아래의 부식, 비계 필요 최소화를 위한 고가 위치에서의 검사, 도로 건널목 및 매립 파이프 검사.
4. 데이터가 완전하게 기록된다.
5. 완전히 자동화된 데이터 수집 프로토콜.

단점들

1. 데이터 해석은 운영자의 의존도가 높다.
2. 작은 구멍의 결함을 찾기 어렵다.
3. 부속품에 가까운 부위를 검사하는 데 그다지 효과적이지 않음.
4. 점진적인 벽 손실을 찾을 수 없다.
5. 좋은 절차가 필요하다.

표준 목록

영국 표준(BSI)

• BS 9690-1:2011, 비파괴시험. 유도파 테스트. 일반 지침 및 원칙
• BS 9690-2:2011, 비파괴시험. 유도파 테스트. 파이프, 파이프라인 및 구조용 튜브의 유도파 시험을 위한 기본 요구사항

ASTM 국제(ASTM)

• E2775 – 16, 압전 효과 전도를 이용한 지상 강관 구조물의 유도파 시험 표준 사례
• E2929 – 13, 자력 전도를 이용한 지상 강관 유도로파 시험 표준 사례

참조

• IMT2000 3GPP - 장거리 유도파 검사 사용 - 현재 상업적 역량과 연구방향