UltraMARS^TM - 6D

시료, 부품, 용접 구성요소 및 구조물에서 인가 응력 및 잔류 응력을 파괴하지 않고 초음파 측정을 하는데 사용하는 휴대 가능한 반 자동장치

Portable, semi-automatic device for non-destructive ultrasonic measurement of applied and residual stresses in samples, parts, welded elements and structures

UltraMARS^TM - 6D

소개

인가 응력 및 잔류 응력을 초음파 측정 시 사용되는 휴대용 반 자동장치 ( UltraMARS^TM )는 시료, 부품, 용접 구성요소 및 구조의 잔류 응력 및 인가 응력을 파괴하지 않고 두께 및 표면을 통해 평균을 측정하도록 설계되었습니다.

UltraMARS^TM 장치는 다음 측정 방법들을 제공하는데 사용됩니다:

l  시료 및 실제 구조 구성요소의 단축 및 2축성 인가 및 잔류 응력의 크기 및 신호

l  핀 및 볼트에서의 단축성 응력 및 힘

l  자재의 음파 및 탄성 특성의 매개변수

l  사후 용접 처리 및 변동 하중의 결과로 인한 잔류 응력 변화

l  부품 및 구조 구성요소의 두께

l  영계수(탄성계수) 및 포아송비

UltraMARS^TM 장치의 주요 기술적 특성:

l  2.5 - 150mm 두께로 자재에서 응력을 측정할 수 있습니다.

l  (외부 부하에서 발생한) 응력 측정 오차: 5 - 10MPa.

l  잔류 응력 측정 오차: 0.1σy (항복 강도)MPa.

l  25-1000mm 길이의 잠그는 장치(핀)에서 응력 및 힘 측정

l  독립 전원 (축전지 12V)으로 사용하는 옵션

l  측정 장치의 전체 크기: 330x215x165mm

l  변환기를 보유한 측정장치의 무게: 7.7kg

지원 소프트웨어는 측정 과정 조절, 측정된 자료 및 기타 자료 보관, 잔류 응력의 분포 계산 및 작성을 할 수 있도록 합니다. 또한 이 소프트웨어는 표준 PC와 쉽게 연결됩니다.

UltraMARS^TM 장치는 제조, 조립 및 서비스 시 부품 및 구조 구성요소 내 응력을 측정하는데 사용할 수 있습니다.

잔류 응력 초음파 측정의 원리

물리적 응력의 초음파 측정 원리는 음파-탄성 효과에 근거합니다. 이 현상에 따라서, 고체 내 초음파의 전달 속도는 물리적 응력에 따라 달라집니다. 자재 특성을 알면, 세로 전단 (직각 방향)편 초음파의 전달 속도를 측정해서 응력을 측정할 수 있습니다.

(그림부분)

철 A (1), 철 B (2) 및 알루미늄 합금 (3)] 에서의 물리적 응력 σ에 따라 달라지는 초음파 세로 속도 (C L) 및 직각편의 전단파 속도 (C SX3 ; C SX2) 변화: ● - C SX3 ; ○ - C SX2 ; x - C L

 

자재 특성은 두 번째와 세 번째 상태의 탄성 상수로 정의하는 비례 계수에서 반영됩니다. 이 계수들은 자재 시료의 (압축 또는 인장 시) 단축 또는 2축성 부하로 계산 또는 측정할 수 있습니다.

 

•   탄성파의 전달 속도는 자재의 초음파 신호의 재순환 빈도를 측정해서 측정합니다. 

• 자재 초음파는 세로 (변환기 XF₁ )파 및 전단 (변환기 YF₂₃ )파의 압전기 초음파 변환기를 통해 송신 및 수신합니다. 변환기는 시료, 부품  또는 고정 장치를 사용하는 구조 구성요소의 응력 측정점에 설치 및 고정합니다. 고정 장치는 결합용 고리 또는 전자석을 이용해 시료/ 부품에 부착할 수 있습니다. 

• 시료의 각 측정점에서의 응력 측정 결과는 UltraMARS^TM 장치 마이크로프로세서의 기억장치에 기록 및 저장됩니다. 이 데이터는 잔류/  인가 응력의 분포도를 작성하는데 사용됩니다. 

UltraMARS^TM 장치가 제공하는 동작들:

 

 세로 XF₁ 파 변환기 및 전단 YF₂₃ 파 변환기 제어

 

l  시료/부품의 제어된 물리적 매개변수 표시 및 분석

 

l  작업자의 행동 분석 및 작업자 행동에 대한 권장사항 제공

 

l  장치의 기술 상태 제어

 

(그림부분)

평균 통과 두께 측정용 초음파 변화기/수신기는 3x3mm에서 10x10mm까지를 측정하는 석영판을 사용하고 있으며 특별 결합용 고리 및/또는 전자석을 사용해 연구 대상에 부착됩니다.

초음파 통과 두께 펄스 반사 측정법의 개략도

 

표면 잔류 응력 측정을 위해 개발된 이론은 표면 초음파 전달 속도와 자재의 표면/표면 아래 층에 남아 있는 응력을 직접적으로 연관시킵니다. 이 관계성은 응력이 없는 자재의 표면 초음파 속도의 특성을 기술하는 매개변수 CRO 가 알려진 경우 2축성 표면 잔류 응력은 직각 방향 초음파 속도 측정을 근거로 해 측정할 수 있습니다. 이 매개변수는 자재의 특성/질감과 자재 표면의 소성 변형/상태의 영향을 모두 반영합니다.

 

(그림부분)

초음파 표면 피치-캐치 (펄스 변화) 측정법의 개략도

 

부품 및 구조의 표면 잔여/인가 응력 측정용 초음파 게이지

 

초음파 사용에 근거한 표면 잔류 응력 측정을 위한 믿을 수 이론이 개발되었습니다.

자재 표면층의 잔류 응력 측정을 지원하는 소프트웨어가 개발되었습니다.  이 소프트웨어는 측정 과정을 제어하고, 초음파 측정 데이터를 저장하고, 잔류 응력을 계산할 수 있으며 표준 PC에 개발된 기술을 사용할 수 있도록 합니다. 이 소프트웨어와 첨단 초음파 게이지가 기존의 측정 모듈인 UltraMARS^TM 와 통합되었습니다.

 

평균 통과 두께 잔류 및 인가 응력 측정용 초음파 전산 복합체

 

자재 표면층 잔류 응력 측정용 초음파 전산 복합체

 

기술적 특성

번호	기술 매개변수	측정 단위	값
1	한 개 점에서의 응력 측정 시간 l  부피 l  표면	분 분	~1 ~3
2	최대 데이터 기록: l  음파-탄성 계수 세트 l  측정명/측정개수 l  주파수 및 응력 세트	항목 참조 항목 참조 항목 참조	20 20 60
3	전력 조건: l  전압 l  주파수 l  소비된 전력	VAC Hz W	110/230±10% 50/60-400 20
4	물리적 크기: l  UltraMARSTM 장치 l  고정장치가 있는 PV-UZK l  고주파수 연결선 l  변환기(부피) l  변환기(표면)	mm mm m mm mm	330x215x165 180x65x36 5.0 85x50x35 45x45x20
5	UltraMARSTM 장치의 무게: l  측정 장치 l  고정장치가 있는 PV-UZK l  고주파수 연결선 l  변환기 세트 (XF1 및 YF23)   l  표면 응력 변환기	Kg Kg Kg Kg Kg   Kg	7.70 6.50 0.44 0.41 0.35   0.15
6	환경 조건: l  허용 동작 온도 범위 l  (35 ± 3 °C에서의) 허용 최대 환경 습도	°C %	0 ÷ 50 95 ± 3

 

적용

개발한 초음파 게이지와 일반적 측정 장치 UltraMARS^TM 를 사용해 용접 근처 자재의 표면 잔류 응력을 측정하는 작업자