이 애플리케이션 노트에서는 전자기 음향 트랜스듀서탐촉자(EMAT)를 사용하여 증기 보일러 튜브의 벽 두께를 측정하는 방법을 살펴봅니다.EMAT의 장점과 한계, 작동 방식, 초음파 측정기와 결함 탐상기를 사용하여 측정을 수행하는 방법을 포함하여 이 응용 분야에서의 EMAT에 대한 모든 내용을 알아보십시오.
증기 보일러 튜브의 벽 두께 측정에 EMAT가 중요한 이유
증기 보일러 내부의 매우 높은 온도(섭씨 800도 또는 화씨 1472도 초과)로 인해 강철 보일러 튜브의 내부 및 외부 표면에 자철광이라는 특정 유형의 단단하고 부서지기 쉬운 산화철이 형성될 수 있습니다.튜브 외부에 이 산화물 층이 생기면 두 가지 이유로 인해 일반적인 이중 요소 트랜스듀서탐촉자를 사용하는 초음파 벽 두께 측정을 방해할 수 있습니다.하나는 표면이 매우 거칠어 적절한 음향 결합을 방해할 수 있다는 점이고, 또 하나는 강철 두께에 산화물 두께가 추가된다는 점입니다.
그러나 이름에서 알 수 있듯이 자철광은 자성을 띠며, 이러한 특성으로 인해 E110-SB와 같은 자기 변형 전자기 음향 트랜스듀서탐촉자(EMAT)의 사용이 허용됩니다.EMAT는 기존 이중 요소 압전 트랜스듀서탐촉자보다 나은 몇 가지 장점을 제공합니다.산화물 스케일을 제거할 필요가 없고 스케일 두께가 벽 두께 측정에 추가되지 않으며 액체 커플런트 없이 신속하게 측정할 수 있습니다.
자기 변형 EMAT의 주요 한계는 스케일이 존재하고 보일러 튜브 외부에 접착된 경우에만 작동한다는 것입니다.또한 측정 가능한 최소 벽 두께와 측정 정확도는 기존 이중 요소 트랜스듀서탐촉자로 달성할 수 있는 것만큼 좋지 않으며 EMAT는 작은 내부 피트에 상대적으로 둔감합니다.이러한 이유로 EMAT는 빠른 초기 벽 두께 조사에 자주 사용되는 반면 이중 요소 트랜스듀서탐촉자는 관심 영역을 세심하게 관찰하는 데 사용할 수 있습니다.
작동 이론
NDT 업계에서는 두 가지 유형의 EMAT가 사용됩니다.Lorentz EMAT라는 유형은 산화물 스케일이 필요하지 않지만 매우 높은 구동력이 필요합니다.E110-SB와 같은 자기 변형 EMAT에는 스케일이 필요합니다.그러나 이러한 EMAT는 현장 휴대용 초음파 측정기와 결함 탐상기의 일반적인 훨씬 낮은 전력 수준에서 작동합니다.
자기 변형 EMAT는 그림 1에서 볼 수 있듯이 강력한 영구 자석과 시험 장비의 여기 펄스에 의해 구동될 때 전자석 역할을 하는 코일로 구성됩니다.영구 자석은 스케일 표면에 수직인 자기장(아래 그림의 Bs)을 생성하는 반면, 전자석에 의해 생성된 동적 자기장(Bd)은 그림 2와 같이 코일이 펄스될 때 스케일이 반경 방향 바깥쪽과 안쪽으로 당겨지게 합니다.
이 운동은 스케일에 수직 입사 횡파를 생성한 다음 강철로 전파됩니다.기본적으로 스케일은 사운드음향 펄스를 생성하는 활성 트랜스듀서탐촉자
요소 역할을 합니다.사운드음향 펄스의 주파수는 산화물 두께가 변함에 따라 달라지며, 산화물이 얇아지면 증가하고 산화물이 두꺼워지면
감소합니다.일반적으로 얇은 스케일 축적의 경우 주파수는 약 5MHz입니다.또한 이 과정은 되돌아오는 횡파 에코가 스케일을 진동시킬 때 코일에 전압을
생성하기 위해 역으로 작동합니다.
그림 1.일반적인 EMAT의 단면.
그림 2.음파 생성 방법.
스케일 자체가 트랜스듀서탐촉자 요소이기 때문에 스케일 거칠기는 커플링 문제가 아니며, 스케일은 두께 측정에 추가되지 않습니다.EMAT는 횡파를
생성하므로 이 기기는 일반적인 탄소강에서 약 0.1280인치/μs(3,240m/s)의 횡파 속도로 교보정해야 합니다.E110-SB EMAT의 일반적인 측정 정확도는 ±
0.010인치(0.25mm)이며,최소 측정 가능 두께는 재료 특성에 따라 최소0.08인치(2mm)입니다.
증기 보일러 튜브의 벽 두께를 측정하기 위한 EMAT 설정 및 측정 절차
EMAT 응용 분야에서 초음파 에코의 품질은 해당 보일러 튜브의 지점마다 다를 수 있는으며, 산화물 스케일 층의 일관성에 따라 일부분적으로 좌우됩달라집니다.한 지점에서 사용 가능한 에코를 얻을 수 없는 경우 근처의 다른 지점을 시도해 보십시오.또한 E110-SB 트랜스듀서탐촉자에는 트랜스듀서탐촉자 표면과 보일러 튜브 표면 사이의 거리에 변화를 주는 조정 가능한 스탠드오프가 통합되어 있습니다.이 스탠드오프 거리를 조정하면 많은 경우에 에코 응답을 최적화하는 데 도움이 됩니다.
사용 중인 기기에 따라 EMAT를 설정하는 두 가지 방법은 다음과 같습니다.
1.초음파 두께 측정기
E110-SB 트랜스듀서탐촉자는 1/2XA/E110 어댑터와 39DL PLUS™ 초음파 두께 측정기와 함께 사용되어 프로브 인식 및 적절한 신호 컨디셔닝조정에 필요한 추가된 고역 필터링을 모두 제공합니다.어댑터가 연결되면 측정기는 DEFM1-EMAT/E110의 EMAT 기본 설정을 자동으로 선택합니다.
모든 측정기 설정과 마찬가지로 최적의 정확도를 위해 알려진 두께의 두껍고 얇은 참조 표준에 대해 2점 속도/영점 교보정을 수행해야 합니다.이러한 표준을 사용할 수 없는 경우 일반적으로 기본 설정으로 시작하면 충분합니다.
에코 검출을 최적화하기 위해 필요에 따라 기기 게인과 에코 블랭킹을 조정할 수 있습니다.EMAT 기본 설정에서 39DL PLUS 측정기는 전파 정류된 파형을
표시합니다.그림 3은 일반적인 파형 디스플레이를 보여줍니다.
그림 3.일반적인 정류된 EMAT 파형.까다로운 측정 조건에서 유용할 수 있도록 파형의 모양을 더 상세하게 보려면 측정기 설정 메뉴에서 RF 디스플레이
옵션을 선택하십시오.그림 4는 EMAT 측정의 일반적인 RF 파형을 보여줍니다.
그림 4.일반적인 RF EMAT 파형.
2.초음파 결함 탐상기
그림 5는 EPOCH 6LT 또는 EPOCH 650 기기와 같은 EPOCH™ 시리즈 결함 탐상기의 일반적인 EMAT 시작 설정과 파형을 보여줍니다.EMAT와 관련된 저주파 잡음을
필터링하려면 항상 대역 필터링을 사용해야 합니다.또한 횡파 주파수는 산화물 스케일 두께에 따라 달라지므로 EPOCH 결함 탐상기의 구형파 주파수는
에코 응답을 최적화하기 위해 필요에 따라 조정해야 합니다.
그림 5.기본 설정 매개변수: 속도, 0.1280인치/μs,0, 0.650μs,에너지, 400V,댐핑, 50Ω,펄스 주파수, 5.0MHz,필터, 1.5~8.5MHz.
