비파괴검사는 다양한 산업분야에서 재료나 제품, 구조물, 시설 등의 점검 및 진단, 유지보수와 수명연장 등을 가능하게 하는 핵심 기술 중 하나이다. 소재와 센서의 발달, 고성능 컴퓨터와 정보통신의 발달로 빠른 연산과 신호처리가 가능해짐에 따라, 비파괴검사의 적용 기술과 방법, 적용되는 산업분야가 확대되고 있다. 우리나라의 원자력발전은 단기간에 OPR1000과 APR1400, APR+에 이르는 원전기술의 국산화를 이루었으나, 2011년 후쿠시마원전 사고 이후 원전설비의 위험성과 안전성과 대한 경각심이 증가되었으며, 2016년 ○○원전 격납건물 CLP에서 부식에 의한 관통결함이 확인됨에 따라 국내 모든 원전의 CLP 구조물에 대한 비파괴검사가 진행되고 있다. CLP에 대한 비파괴검사는 표면에 대한 육안검사(VT)와 두께에 대한 초음파탐상 검사(UT)가 요구되고 있으나 접근성의 한계와 광범위한 검사범위 등에 의해 제한적인 영역에 대한 검사가 수행되고 있다. 적외선열화상을 이용한 탐상방법은 넓은 범위를 비교적 빠르게 비접촉으로 검사할 수 있는 비파괴검사 기술로서, 다양한 산업과 영역에서 그 관심이 증가되고 있다. 본 논문은 CLP와 같은 플레이트 배면의 감육결함에 대해 위상잠금 적외선열화상(LIT) 기법을 활용한 비파괴검사 방법에 대한 연구로서, Plate 배면의 감육결함에 대한 정량화된 Mockup 시험편을 개발하고, ANSYS를 활용한 전산수치해석, 다양한 열부가 조건에 의한 적외선열화상 탐상, 4점 상관법에 의한 연산과 열화상이미지의 처리, Matlab 프로그래밍을 통한 결함분석용 Tool의 개발 및 활용, 진폭과 위상 값에 대한 SNR 분석, Sizing과 오차 분석 등을 수행하였으며, 위상잠금 적외선열화상에 의한 비파괴검사의 최적 탐상조건과 평가 시점을 제시할 수 있었으며, 해당 탐상조건에서 감육결함의 Sizing에 대한 평가 기준도 제시할 수 있었다. 나아가 이러한 일련의 연구과정을 여타의 대상에 대한 LIT 탐상기법 개발에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
Non-destructive test(NDT) is a core technology that enables inspection, diagnosis, maintenance, and life extension of materials, products, structures, and facilities in various industries. And NDT technology and method, and applied industrial fields are expanding. Since the infrared thermography method is one of the non-destructive inspection technologies that can quickly and non-contactly inspect a wide range, its interest is increasing in various industries and fields. This paper is a study on non-destructive testing method using Lock-in thermography (LIT) technique for the thinning defects on the backside of a plate such as Containment liner plate(CLP) of a nuclear power plants. For the study, quantified mockup was developed, computational numerical analysis using ANSYS, acquisition of LIT data by various heat addition conditions, development and use of tools for defect analysis through the Four-point correlation method (FPCM) & Matlab programming, select the frequency and evaluation time, analyze the detectability and resolution, finally the defect sizing and error rate analysis were performed through the Signal-to-noise ratio (SNR) and the width at half of maximum phase. As results, it is possible to suggest the optimal test conditions and evaluation time by the LIT for the thinning defects on the backside of the plate. In addition, the evaluation criteria for sizing of the thinning defects could be presented in the defect detection conditions. It is expected that this analysis process can also be applied to develop LIT techniques for other objects and defects.
목차
I. 서론 11.1 연구 배경 11.2 관련 Code 및 문헌 41.3 국내외 연구현황 61.4 연구 목적 61.5 연구 방안 7II. 이론적 배경 82.1 적외선의 개요 82.2 적외선열화상의 측정 원리 102.3 적외선열화상의 기술 분류 162.4 Lock-in Thermography(LIT) 182.5 정확도와 오차 232.6 신호 대 잡음비(SNR) 242.7 검출능 및 분해능 262.8 결함의 Sizing 기법 27III. 실험장치 및 방법 283.1 시험편의 설계 및 제작 283.2 실험 장치의 구성 및 설정 343.3 유한요소법에 의한 전산수치해석(FEA) 393.4 LIT 결함분석 Tool 개발 43IV. 결과 및 고찰 454.1 전산수치해석(FEA) 결과 454.2 LIT 실험 결과 484.3 결함의 겉보기 Size 평가 및 검출능 분석 604.4 결함의 감육깊이 평가 및 분해능 분석 65V. 결론 72참고문헌 74Abstract 79