고온 초음파 검사

정상적인 환경 온도에서는 대부분의 초음파 결함 탐지 및 두께 측정이 수행되지만, 뜨거운 소재를 검사해야 하는 상황이 많이 있습니다.

이는 뜨거운 금속 파이프나 탱크를 냉각을 위해 가동을 중단하지 않고 검사해야 가공 처리 산업에서 흔히 발생합니다.또한 제조 직후 압출 성형된 플라스틱 파이프나 열 성형 플라스틱과 같은 뜨거운 소재를 다루거나 금속 잉곳 또는 주조 부품이 완전히 냉각되지 전에 검사하는 제조 상황이 포함됩니다.

종래의 초음파 트랜스듀서는 약 50°C(122°F)까지 온도를 견딥니다.그보다 높은 온도에서는 열팽창으로 인한 내부 와해 때문에 영구적인 손상을 입게 됩니다.시험편 소재 온도가 약 50°C(122°F) 이상으로 상승하면 고온 트랜스듀서 및 특수 검사 기법을 사용해야 합니다.

이 애플리케이션 노트에는 고온 트랜스듀서 및 접촉매질 선택에 대한 빠른 참조 정보뿐만 아니라, 이들의 사용과 관련된 중요한 요소가 수록되어 있습니다.약 500°C(932°F)까지 온도에서 종래의 초음파 소재 검사를 다룹니다.그 보다 더 높은 온도에서 진행되는 연구 응용 분야에서는 고도로 전문화된 도파관 기술이 사용됩니다.이 기술은 이 애플리케이션 노트의 범위를 벗어납니다.
 

고온 트랜스듀서

NDT 고온 트랜스듀서는 이중 요소 트랜스듀서와 지연선 트랜스듀서,두 가지 범주로 나뉩니다.두 경우 모두 지연선 소재(이중의 경우 안쪽)가 활성 트랜스듀서 소자와 뜨거운 검사 표면 사이에 단열재 역할을 합니다.설계상의 이유로 표준 제품 라인에는 고온 접촉 또는 수침 트랜스듀서가 없습니다.

고온 이중 및 지연선 트랜스듀서는 두께 측정 및 결함 탐지 용도 모두에 사용할 수 있습니다.모든 초음파 검사에서처럼, 주어진 용도에 가장 적합한 트랜스듀서는 소재, 두께 범위, 온도와 결함 탐지의 경우 관련 결함의 유형 및 크기를 비롯한 특정 검사 요구 사항으로 결정됩니다.

1.고온 두께 측정을 위한 트랜스듀서

고온 두께 측정의 가장 일반적인 응용 분야는 부식 조사 작업입니다.여기에는 39DL PLUS™ 및 45MG 계측기와 같은 부식 게이지로 뜨거운 파이프 및 탱크의 남은 금속 두께 측정이 포함됩니다.Evident 부식 게이지와 함께 사용하도록 설계된 대부분의 트랜스듀서는 고온 사용에 적합합니다.일반적으로 사용되는 D790 시리즈 트랜스듀서는 500°C(932°F)까지 뜨거운 표면에서 사용할 수 있습니다.온도 사양을 포함하는 사용 가능한 부식 측정 듀얼의 전체 목록은부식 게이지 듀얼 링크를 참조하십시오.

뜨거운 플라스틱의 두께 측정과 같이 39DL PLUS 게이지 또는 단일 소자 45MG 게이지 소프트웨어를 사용하는 정밀 두께 측정 응용 분야의 경우, M200 시리즈(게이지 기본 트랜스듀서 M202, M206, M207 및 M208 포함)의 표준 Microscan™ 지연선 트랜스듀서에 고온 지연선을 장착할 수 있습니다.DLHT-1, -2, -3 지연선은 최대 260°C(500°F) 표면에 사용할 수 있습니다.DLHT-101, -201 및 -301 지연선은 최대 175°C(347°F)의 표면에 사용할 수 있습니다.이러한 지연선은 지연선 옵션 차트에 나열되어 있습니다.

침투력을 높이기 위해 저주파 트랜스듀서가 필요한 까다로운 응용 분야에서는 Videoscan™ 교체형 면 트랜스듀서 및 적합한 고온 지연선을 고침투 소프트웨어 옵션을 통합하는 39DL PLUS 및 45MG 두께 게이지에서도 사용할 수 있습니다.사용자 지정 트랜스듀서 설정이 필요합니다.이 트랜스듀서 제품군용 표준 지연선은 480°C(896°F) 정도의 뜨거운 표면에 접촉하는 경우에도 사용할 수 있습니다.트랜스듀서 및 지연선의 전체 목록은교체형 면 트랜스듀서 링크를 참조하십시오.

2.고온 결함 탐지용 트랜스듀서

고온 두께 측정 응용 분야에서처럼 고온 결함 탐지는 가장 일반적으로 이중 요소 또는 지연선 트랜스듀서를 사용합니다.당사의 모든 표준 NDT 결함 탐지 듀얼은 고온 성능을 제공합니다.사례, 손가락 끝, 동면 케이스 및 주파수가 5MHz 이하인 연장형 듀얼은 약 425°C(797°F)까지 사용될 수 있고 더 높은 주파수 듀얼(7.5 및 10MHz)은 약 175°C(347°F)까지 사용될 수 있습니다.이 범주의 전체 탐침기 목록은결함 탐지 듀얼 링크를 참조하십시오.

모든 Videoscan 교체형 면 트랜스듀서는 결함 탐지 응용 분야에서 적합한 고온 지연선과 함께 사용될 수 있습니다.이 트랜스듀서 제품군에 사용 가능한 지연선은 480°C(896°F)의 뜨거운 표면에 접촉할 때도 사용할 수 있습니다.다양한 최고 온도에 적합한 트랜스듀서 및 지연선의 전체 목록은교체형 면 트랜스듀서 링크를 참조하십시오.

얇은 소재와 관련된 응용 분야는 흔히 V200 시리즈(가장 일반적으로 V202, V206, V207 및 V208)의 지연선 트랜스듀서로 가장 잘 처리되며, 이 트랜스듀서에는 고온 지연선을 장착할 수 있습니다.DLHT-1, -2, -3 지연선은 최대 260°C(500°F)의 표면에 사용할 수 있습니다.DLHT-101, -201 및 -301 지연선은 최대 175°C(347°F)의 표면에 사용할 수 있습니다.이러한 트랜스듀서 및 지연선은 지연선 트랜스듀서 목록 에 나열되어 있습니다.

또한 경사각 트랜스듀서와 함께 사용할 수 있는 특수 고온 웨지,260°C(500°F)까지 사용하기 위한 ABWHT 시리즈와 480°C(896°F)까지 사용하기 위한 ABWVHT 시리즈도 제공합니다.사용 가능한 크기에 대한 자세한 내용은 해당 지역의 Evident 영업 담당자에게 문의하십시오.
 

고온 초음파 검사용 접촉매질

프로필렌 글리콜, 글리세린 및 초음파 젤과 같은 대부분의 일반적인 초음파 접촉매질은 약 100°C(212°F)보다 뜨거운 표면에서 사용하면 빠르게 기화됩니다.따라서 고온에서 초음파 검사를 수행하려면 비등, 연소 또는 독성 연기 방출 없이 안정적인 액체 또는 페이스트 형태로 유지되는 특수하게 제조된 접촉매질이 필요합니다.사용을 위해 지정된 온도 범위를 알고 그 범위 내에서만 사용하는 것이 중요합니다.의도한 범위를 벗어나서 고온 접촉매질을 사용할 경우 음향 성능이 좋지 않거나 안전 위험이 발생할 수 있습니다.

초고온에서는 특수 고온 접촉매질이라도 마르거나 고체화되어 더 이상 초음파 에너지를 전달하지 않는 경향이 있으므로 신속하게 사용해야 합니다.다음 측정 전에 검사 표면과 트랜스듀서에서 건조된 접촉매질 잔여물을 제거해야 합니다.

상업용 전단파 결합체는 접촉매질는 액화되고 전단파 전송에 필요한 매우 높은 점도를 상실하기 때문에 일반적으로 높은 온도에서는 정상적인 입사 전단파 결합이 가능하지 않습니다.

두 가지 유형의 고온 접촉매질을 제공합니다.

1.접촉매질 H-2:-18°C ~ 400°C(0°F ~ 750°F)의 온도 범위

2.접촉매질 I-2:-40°C ~ 675°C(-40°F ~ 1250°F)의 온도 범위

증기 자동 점화 가능성이 작기 때문에 환기가 되지 않는 곳에서는 중간 온도 및 고온 접촉매질을 사용해서는 안 됩니다.자세한 내용은 Evident에 문의하십시오.

Evident에서 사용할 수 있는 접촉매질의 전체 목록과 각 접촉매질에 대한 추가 참고 사항은 초음파 접촉매질의 애플리케이션 노트를 참조하십시오.
 

고온 응용 분야용 검사 기법

고온 응용 분야를 위한 검사 절차를 설정할 때는 항상 다음 요인을 고려해야 합니다.

1.듀티 사이클

모든 표준 고온 트랜스듀서는 듀티 사이클을 염두에 두고 설계되었습니다.지연선이 트랜스듀서의 내부를 절연시키지만, 매우 뜨거운 표면에 장시간 접촉하면 상당한 열 축적이 발생하고, 내부 온도가 충분히 뜨거워지면 결국 트랜스듀서가 영구 손상됩니다.

대부분의 이중 요소 및 지연선 트랜스듀서의 경우 약 90°C ~ 425°C(194°F ~ 797°F) 범위의 표면 온도에 권장되는 듀티 사이클은 뜨거운 표면 접촉 10초(5초 권장) 이하 후, 공기 냉각 최소 1분입니다.이것은 가이드라인일 뿐입니다.접촉 시간 대 냉각 시간의 비율은 주어진 트랜스듀서의 지정된 온도 범위의 상한에서 더욱 중요해집니다.

일반적으로 트랜스듀서의 외부 케이스가 너무 뜨거워 맨 손으로 편하게 잡을 수 없는 경우 트랜스듀서의 내부 온도는 손상 가능성이 있는 온도에 근접하고 있으며 검사를 계속하기 전에 트랜스듀서를 냉각시켜야 합니다.일부 사용자는 냉각 프로세스를 가속화하기 위해 수냉 방식을 사용했습니다.그러나, Evident는 수냉 방식에 대한 공식 지침을 게시하지 않고 그 적합성은 개인 사용자가 결정해야 합니다.

2.동결 기능

당사의 EPOCH™ 시리즈 결함 감지기 및 두께 게이지에는 표시된 파형 및 판독값을 동결하는 데 사용할 수 있는 동결 기능이 있습니다.동결 기능은 작업자가 판독값을 캡처하고 뜨거운 표면에서 트랜스듀서를 빠르게 제거할 수 있기 때문에 고온 측정에서 매우 유용합니다.게이지의 경우 빠른 화면 업데이트 모드를 사용하여 접촉 시간을 최소화해야 합니다.

3.커플링 기법

트랜스듀서 듀티 사이클 요구 사항과 접촉매질의 유용한 두께 범위의 상한에서 응고되거나 증발하는 경향을 결합하려면 작업자 측에서 신속한 작업이 필요합니다.모범 사례는 트랜스듀서에 접촉매질을 한 방을 떨어뜨린 다음 접촉자를 비틀거나 갈지(트랜스듀서가 마모될 수 있음) 않고 검사 표면에 단단히 누르는 것입니다.측정 사이에 트랜스듀서 팁에서 건조된 접촉매질 잔여물을 제거해야 합니다.

4.게인 증대

39DL PLUS 및 45MG 게이지에는 모든 EPOCH 시리즈 결함 탐상기와 마찬가지로 사용자가 조정할 수 있는 게인 증대 기능이 있습니다.고온 측정과 관련된 감쇠 수준이 높기 때문에 측정을 수행하기 전에 게인을 증가시키는 것이 유용한 경우가 많습니다.

5.속도 변화

음속은 모든 소재에서 온도에 따라 변하며 소재가 가열됨에 따라 느려집니다.뜨거운 소재의 정확한 두께 측정에는 항상 속도 재보정이 필요합니다.강철에서는 온도가 약 55°C(100°F) 변화할 때마다 음속이 약 1% 변화합니다.(정확한 값은 합금에 따라 결정됩니다.)플라스틱과 기타 중합체에서는 이 변화가 훨씬 커서 용융점까지 온도가 55°C(100°F) 변화할 때마다 50%에 근접할 수 있습니다.소재에 대한 온도/속도 플롯이 없을 경우 실제 테스트 온도에서 시험재 샘플에 대해 속도 보정을 수행해야 합니다.39DL PLUS 게이지의 온도 보상 소프트웨어 기능을 사용하여 프로그래밍된 온도/속도 상수를 기반으로 알려진 상승 온도에 대한 속도를 자동으로 조정할 수 있습니다.

6.영점 재보정

이중 요소 트랜스듀서로 두께 측정을 수행할 때 주어진 트랜스듀서는 지정된 변환기의 영점 오프셋 값은 지연선을 통과하는 이동 시간의 변화로 인해 가열됨에 따라 변경된다는 점을 기억하십시오.따라서 측정 정확도를 유지하기 위해서는 주기적으로 다시 영점화해야 합니다.Evident 부식 게이지를 사용하면 게이지의 자동 영점 기능을 통해 빠르고 쉽게 작업을 수행할 수 있습니다.두 번째 Function > Do Zero 키를 누르기만 하면 됩니다.

7.감쇠 증가

모든 소재의 음향 감쇠는 온도에 따라 증가하며, 그 효과는 금속이나 세라믹보다 플라스틱에서 훨씬 두드러집니다.일반적인 세립 탄소강 합금에서는 실온에서 5MHz에서의 감쇠는 100mm 단방향 사운드 경로당 약 2dB입니다(각 방향으로 50mm의 왕복 경로와 동일).500°C(932°F)에서 감쇠는 사운드 경로 100mm당 약 15dB로 증가합니다.이 효과는 고온에서 긴 사운드 경로를 통해 검사할 때 상당히 증가된 계측기 게인을 사용해야 할 수 있습니다.또한 실온에서 설정된 DAC(거리/진폭 교정) 곡선이나 TVG(시간 가변 이득) 프로그램에 대한 조정이 필요할 수 있습니다.

중합체의 온도/감쇠 효과는 소재에 크게 의존하지만 일반적으로 강철에 대한 위 수치보다 몇 배 더 큽니다.특히 가열된 긴 고온 지연선은 검사에서 전체 감쇠의 중요한 원인으로 나타날 수 있습니다.

8.웨지의 각도 변화

고온 웨지의 경우 웨지 소재의 음속은 가열됨에 따라 감소하므로, 금속의 굴절각은 웨지가 가열됨에 따라 증가합니다.주어진 검사에서 이것이 우려되는 경우 실제 작동 온도에서 굴절각을 확인해야 합니다.현실적으로는 검사 중의 열 변화가 종종 실제 굴절각을 정확하게 측정하기 어렵게 합니다.