초음파 비교 시험편

최근 모든 과학 분야의 저변 기술이 발전함은 물론 전자 회로의 발전으로 인해 비파괴검사에 사용되는 초음파 탐상기의 기술 수준도 현저히 고조되고 있는 추세에 있다. 반면에 신소재의 개발과 제조 공법의 발달로 인해 산업에 소요되는 재료는 더욱 소형화 및 경량화 되고 있다. 또한 최근에는 비파괴검사에서 한 장비에 분석을 의존하는 것이 아니라 여러 장비로 검사한 결과를 종합적으로 분석하기 때문에 많은 장비의 휴대가 보편화되었으므로 가능하면 휴대하는 장비와 부속품을 감소시키려는 욕구가 강해지고 있다.

이러한 요구에 부응하여 엠케이씨코리아에서는 휴대가 간편함은 물론 초음파 검사의 성능 및 품질을 저하시키지 않는 초음파 검사용 비교 시험편에 대한 연구를 통해 MK-510을 개발하여 출시하였다.

1. MK-510의 특징

	초음파 탐상기를 쉽고 효율적으로 세팅할 수 있으면서도 크기가 작고 휴대가 편리
	소형이면서도 수직 탐촉자와 경사각 탐촉자를 모두 캘리브레이션
	수직 탐촉자의 거리/분해능 측정
	경사각 탐촉자의 입사점/입사각 측정
	저면에 돌출부가 있어 블록을 안정적으로 사용
	스틸, 알루미늄, 스테인리스 스틸
	휴대하기 간편하도록 한 가죽 파우치

2. MK-510의 디자인

본 비교 시험편은 비파괴 검사에 사용되는 탐촉자와, 탐촉자로부터 수신되는 펄스의 위치를 조정하기 위한 딜레이 조정 노브와, 반사된 초음파의 진행 거리를 보정하기 위한 음속 조정 노브를 구비한 초음파 탐상기를 세팅하기 위한 초음파 탐상용 비교 시험편에 있어서, 상부면의 중앙지점에 는 초음파를 입사시키기 위한 초음파 입사기준점; 그 초음파 입사기준점으로부터 25 mm 거리인 하방을 향해 제1거리로 이격되며 배면으로부터 제1깊이로 형성되는 제1반사부; 그 초음파 입사점으로부터 입사되는 초음파가 제1반사부를 지나 50mm 지점의 최외측에서 반사될 수 있도록 제2거리로 이격되는 제2반사부; 및 초음파 입사기준점으로부터 입사되는 초음파가 제1반사부 및/또는 제2반사부에서 반사된 후 입사점을 지나 반사되도록 제1반사부와 일정한 사잇각을 이루며 대칭 형성되는 곡선형 홈으로 형성되는 입사점으로부터 25 mm 거리에 형성되는 제3반사부를 포함하고 있다. 본 초음파 탐상용 비교 시험편은 일측이 곡선형으로 형성된 입방체형으로 형성된다. 각 반사부는 부채꼴 모양의 길다란 곡선 변으로 형성되어 있어 경사각 탐촉자 사용시 약 30 내지 75 범위에서 다양한 경사각 탐촉자를 캘리브레이션할 수 있다.

시험편의 일측의 상부에는 수직탐촉자의 사용시 탐상기의 성능 또는 초음파 탐촉자의 분해능을 확인하기 위한 복수의 확인홀, 즉 제1확인홀, 제2확인홀 및 제3확인홀로 이루어진 확인홀 세트가 옆면으로부터 천공 형성되어 있다 확인 홀 세트는 각각 약2mm의 간격을 이루고 약 0.2mm의 직경을 지니며, 이들 각각의 거리는, 시험편의 상부로부터 제1확인홀은 약10.0 mm, 제2확인홀은 약12.0mm, 제3확인홀은 약14.0mm 거리에 위치해 있다.

시험편의 하부에는 돌출부가 있어 입사점 편차 측정 눈금을 사용하여 경사각 탐촉자의 입사점 확인 작업을 하는 경우 시험편이 안정적이 되도록 하게 하며 경사각 확인용 눈금자를 사용하여 초음파 탐촉자의 입사각을 확인하는 작업에 있어서는 일반적으로 많이 사용되는 45, 60, 70도 경사각 탐촉자는 물론 사용 중 마모나 제조상 편차가 발생한 70도 이상의 경사각 탐촉자도 안정적으로 사용할 수 있게 하였다.

3. MK-510의 사용방법

3-1. 경사각 탐촉자의 거리 캘리브레이션

화면 2 : 경사각 탐촉자를 사용하여 기준점에서 25, 50, 75, 100 mm 거리로부터 받은 4개의 신호들

초음파 탐상기 : DFX-544 / DSL-104RF 초음파 탐촉자 : MK-050360 (5MHz, 0.375² , 60^o)

화면2에 도시된 것과 같이 경사각 초음파 탐촉자를 사용하여 25, 50, 75, 100 mm 거리로부터 반사되는 신호를 검출할 때, 탐촉자는 시험편의 상부면에 구비된 초음파 입사점에 배치된다. 이와 같이 배치된 탐촉자로부터 발사되는 초음파는 입사점을 통과한 후 제1반사부를 향해 입사된다. 이와 같이 입사되는 초음파는 부채꼴 모양의 작은 원의 저면의 반사부에서 불연속선에 도달된 후 반사되어 초음파 탐상기 상의 25 mm 지점에 파형을 표시한다.
이 때 초음파 탐촉자를 전후로 움직여서 가장 반사 음향 또는 에코가 크게 나타나는 위치를 찾은 후 초음파 탐촉자에 표시된 입사점의 눈금이 블록에 표시된 입사 기준점과 어떤 거리만큼 벗어나 있는지를 확인하여 정확한 입사점을 탐촉자에 표시 또는 마킹한 후 그 포인트를 입사 기준점인 눈금상의 제로(0)인 초음파 입사점에 위치하게 한 다음 캘리브레이션 작업을 시작한다.

"50mm 여정"을 클릭하면 나타나는 두 번째 파형은 초음파 입사점으로부터 50mm 거리에 있는 불연속선인 제2반사부에서 반사되는 신호를 보여준다.

세 번째 파형은 초음파 입사점으로부터 모니터 상의 75mm 지점에서 반사되는 신호를 검출한 것이다. 초음파 탐촉자로부터 발진된 초음파는 입사점을 통과하여 시험편의 내부로 입사된다. 이와 같이 입사된 초음파는 입사점으로부터 좌측의 25mm 지점의 곡면의 제1반사부에서 불연속선을 만나 반사된다. 반사된 초음파 신호는 다시 초음파 입사점으로 복귀된 후 우측의 25mm 지점의 제3반사부로 입사/반사되어 다시 초음파 입사점으로 복귀된 후, 또 다시 좌측에 형성된 제1반사부로 입사/반사되어 초음파 입사점으로 수신된다. 여기서, 좌측의 제1반사부로 입사/반사된 후 우측의 제3반사부로 입사/반사되었다가 기준점으로 복귀되는 50mm를 진행한 신호는 경사각 탐촉자가 좌측으로 경사져 있어 수신하지 못하므로 화면에 표시되지 않는다.

네 번째 파형은 초음파 탐촉자 사용시 100mm를 진행하고 돌아온 신호를 보여준다. 탐촉자로부터 발진된 초음파는 입사점을 통과하여 시험편의 내부로 입사된다. 시험편 내로 입사된 초음파는, 초음파 입사점으로부터 좌측으로 50mm 지점에 위치한 제2반사부의 불연속 곡면에 이르러 반사된다. 이와 같이 반사된 신호는 초음파 입사점으로 복귀된 후 다시 그로부터 우측의 제3반사부에 이르러 반사되어 다시 초음파 입사점으로 복귀된 후 반사되어 다시 좌측의 25mm 지점에 위치하는 제1반사부에 이르러 반사되었다가 다시 초음파 입사점으로 최종 수신된다.

화면2에 도시된 파형은 MK-510 블록을 사용하여 경사각 탐촉자를 캘리브레이션할 때 나타나게 되는 4개의 반사 신호를 하나의 디스플레이로 보여주고 있다. 즉 경사각 탐촉자 사용시 한 점에서 4개의 파형을 관찰할 수 있게 하므로 캘리브레이션이 정확하고 간편하게 되었다.

초음파 파형이 제 위치에 나타나고 있지 않다면 탐상기에 장착된 딜레이 조정 노브와 음속 조정 노브를 사용하여 정해진 위치에 파형이 나타나도록 조정한다.

3-2. 경사각 탐촉자의 각도를 확인하는 방법

화면 3 : 블록의 눈금을 사용하여 경사각 탐촉자의 경사각을 확인하는 방법

화면3은 경사각 탐촉자를 각도 확인용 눈금 및 좌측에 위치한 기준홀을 사용하여 경사각 탐촉자의 입사각을 확인하는 것을 보여준다. 이 같은 입사각 확인은, 경사각 탐촉자가 피검체와 접촉하는 접촉면이 루사이트나 아크릴로 되어 있어 표면이 거친 검사물이나 장기간 사용시 그 접촉면이 마모되므로 경사각 탐촉자로부터 발사되어 시험편으로 입사되는 입사각이 표시된 각도와 불일치하게 되는 경우가 있는 경우 실행된다. 경우에 따라서는 센서를 조립할 때 각도가 실제 디자인과 달라지는 경우도 있으므로 3mm 직경의 기준홀에 초음파를 입사하여 가장 큰 반사 신호를 읽을 수 있는 위치를 측정하여 각도 확인용 눈금에서 각도를 판독하면 된다.

3-3. 수직 탐촉자를 블록의 20 mm 두께에 캘리브레이션하는 방법

화면 4 : 블록의 20 mm 두께를 사용하여 5개의 에코로 수직 탐촉자를 캘리브레이션하는 방법

화면 4에 도시된 상태에 의하면, 수직 탐촉자를 사용하여 블록의 두께인 20mm를 사용하여 시험편의 일측에서 초음파를 입사시킨 후 저면으로부터 반사되는 신호가 디스플레이의 전체 화면을 100mm로 하였을 때 5회 반복하여 나타나는 것을 보여준다. 시험편의 두께가 20mm로 그 거리가 비교적 짧으므로 여러 번 반복되며 나타난 신호가 디스플레이의 20계수선, 40계수선, 60계수선, 80계수선, 100계수선에 나타나지 않을 경우에는 딜레이 조정 노브와 음속 조정 노브를 사용하여 초음파 탐상기의 캘리브레이션을 행한다. 경우에 따라서는 전체 범위를 50 mm로 하여 캘리브레이션할 수 있다.

3-4. 수직 탐촉자를 블록의 50 mm 두께에 캘리브레이션하는 방법

화면 5: 블록의 50 mm 두께를 사용하여 2개의 에코로 수직 탐촉자를 캘리브레이션하는 방법

화면5에 도시된 상태에 의하면, 수직 초음파 탐촉자를 사용하여 50 mm되는 부분의 블록의 두께로 검사하고자 하는 피검체의 재질에 따른 거리를 캘리브레이션하는 방법을 보여준다. 디스플레이의 전체 범위를 100mm로 설정하였을 경우 수직 초음파 탐촉자로부터 시험편의 저면까지 도달한 후 반사되는 신호는 계수선의 가로축 상의 50 계수선 부분에 나타나고, 이후 반복되어 복귀되는 신호는 100 계수선 부분에 나타나게 된다. 이때, 에코들이 제 위치에 정확하게 나타나도록 딜레이 조정 노브와 음속 조정 노브를 사용하여 정해진 위치에 에코가 나타나도록 캘리브레이션을 행한다.

3-5. 수직 탐촉자를 사용하여 탐상기와 탐촉자의 감도와 분해능을 확인하는 방법

화면 6: 블록에 있는 3개의 작은 홀을 사용하여 탐상기와 탐촉자의 감도와 분해능을 확인하는 방법

화면6는, 수직 초음파 탐촉자를 사용하여 초음파 탐상기 및 초음파 탐촉자의 감도와 분해능을 측정하고 확인하기 위한 방법을 보여주고 있다. 수직 초음파 탐촉자가 시험편의 우측 상부에 정배치된 상태에서, 시험편 내로 입사하여 시험편의 우측 상단에 형성된 확인홀 세트의 제1확인홀, 제2확인홀 및 제3확인홀을 향하게 된다. 시험편의 상부면으로부터 10, 12, 14mm 위치에 있는 제1확인홀, 제2확인홀 및 제3확인홀에 이르면 이들 각각의 확인홀로부터 초음파 신호가 반사되어 수직 탐촉자에 복귀되어 수신된다. 수직 탐촉자를 세 개의 옆면 홀 위 부분에 위치시키면 전체 화면을 50mm로 설정하였을 때 가로 축 계수선 상의 10, 12, 14에 해당하는 지점에 세 개의 파형이 거리에 따라 약간씩 감쇄되는 파형으로 나타나게 된다. 이 경우 초음파 탐상기나 탐촉자에 문제가 없을 경우 세 개의 에코를 명확하게 구분할 수 있다. 실제로는 디스플레이 화면에 35mm 지점에 있는 경사각 확인용 기준홀에서도 반사된 신호가 에코로 표시되나 본 기능과는 관련성이 없으므로 설명을 생략한다.

▩ MK-524 Pocket Block

간편형 초음파 비교 시험편
원 형 반사부 : 50 mm
두 께 : 20 mm
높 이 : 40 mm
홀크기 : 3 mm
무 게 : 465 그램
재 질 : 스틸, 알루미늄, 스텐

▩ MKSB-5

초음파 두께 측정용 블록
접촉 면적 : 20 x 20 mm
두께 사양 : 2.5, 5.0, 10.0, 15.0, 25.0 mm
재 질 : 스틸(니켈도금), 알루미늄, 스텐

▩ MK-257 Square Block

간편형 초음파 비교 시험편
두께: 20 mm
높이: 50 mm
넓이: 70 mm
홀크기 : 3 mm dia.
무게: 555 g
재질: 스틸, 알루미늄, 스텐