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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

홍경민 (전북대학교, 전북대학교 대학원)

지도교수
강영준
발행연도
2017
저작권
전북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수8

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이 논문의 연구 히스토리 (6)

초록· 키워드

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The laser ultrasonic technique is a non-contact measurement method for generating ultrasonic signals by the use of high-power pulse laser and receiving ultrasonic signals by the use of stabilized laser. When a pulse laser beam is irradiated on the surface of a specimen, ultrasonic waves are generated due to the thermo-elastic effect of the material. The ultrasonic signals propagating back into the specimen can be received by a laser interferometer. The ultrasonic signals generated by the pulse laser beam have a broadband spectrum, and the laser beam that receives the ultrasonic signals has a high resolution because it is measured within a small focus area. Since the technique is a non-contact type measurement method using lasers, it is an advanced technology that can overcome limitations of the conventional contact type ultrasonic technique.
In this study, various types of defects were measured by the use of the laser ultrasonic technique and the performance of the scanning device and laser ultrasonic device were evaluated by an authorized testing institution. The test results showed that the scanning device has a scanning range of 301 mm and a scanning control precision of 7 ㎛; while the laser ultrasonic device has the maximum receiving area of 30 MHz and the maximum generating area of 250 MHz. Ultrasonic signals generated from an ultrasonic transducer for immersion were received by a laser interferometer.
Through ultrasonic experiments, this study established a laser ultrasound technique that can measure backside defects, surface defects and internal defects. Backside defects were measured with transverse waves, surface defects with surface waves and internal defects with longitudinal waves. The depth of the backside defects was 5 mm, the depth of the surface defects was 0.1 to 0.5 mm and the depth of the internal defects was 0.2 to 0.5 mm. Finally, piping test specimens were fabricated with the electric discharge machining to measure the internal defects caused by wall-thinning damage. Internal defects of a 20 to 50 percent depth compared to the thickness of the pipes were made. In the contact-type ultrasonic method, it is difficult to measure internal defects of curved pipes, but it was possible with the non-contact type ultrasonic method using laser. When the experimental values and theoretical values were compared, it turned out that the reliability of the experimental results is high with an error rate within 3 percent.
This study demonstrated the applicability of the laser ultrasonic technique through various experiments and also conducted experiments to overcome the limitations of the existing method by taking advantage of the non-contact method. It is necessary to further improve the objectivity of ultrasonic signal analyses by enhancing the interference efficiency and S/N ratio of laser interferometer in the future.

목차

제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 국내외 기술 현황 3
1.2.1 국외 기술 현황 3
1.2.2 국내 기술 현황 4
1.2.3 국내 기술 수준 5
1.3 연구 내용 6
제 2 장 이론적 고찰 8
2.1 펄스 레이저를 이용한 초음파 발생 8
2.1.1 전자파의 흡수 13
2.1.2 온도 분포 17
2.1.3 기타 효과 19
2.1.4 속박 표면 21
2.2 무한체에서의 초음파 전파 24
2.2.1 열탄성 효과에 의한 초음파 전파 24
2.2.2 용발 파원에 의한 초음파 전파 25
2.3 유한체에서의 초음파 전파 26
2.4 레이저 간섭계를 이용한 초음파 검출 27
2.4.1 Confocal Fabry-Perot Interferometer(CFPI) 27
2.4.2 CFPI를 이용한 초음파 검출 30
2.4.3 다이나믹 안정기 38
2.5 CFPI외의 간섭계에 의한 비접촉식 초음파 검출 41
2.5.1 마이켈슨 간섭계 41
2.5.2 도플러 효과 42
2.5.3 헤테로다인 간섭계 46
2.5.4 다른 초음파 검출법과의 감도 비교 47
2.6 공명 초음파 분광법 50
2.6.1 공명 초음파 분광법에서의 Q-factor 52
2.6.2 공명 초음파 분광 이론 53
제 3 장 실험 장치 개발 및 시험 평가 57
3.1 2축 스캐닝 장치 제작 57
3.2 2축 스캐닝 장치의 시험 평가 62
3.3 레이저 초음파 발생 및 수신 장치 개발 63
3.3.1 펄스 레이저와 CW 레이저, 레이저 간섭계 구성 63
3.3.2 2축 스캐닝 장치를 적용한 레이저 초음파 시스템 66
3.4 레이저 초음파 발생 및 수신 영역에 대한 시험 평가 67
3.5 레이저 초음파 측정 프로그램 70
3.5.1 간섭계의 최대 이득을 위한 측정 알고리즘 73
제 4 장 실험 방법 및 결과 76
4.1 공명 초음파 분광법을 이용한 공명 주파수 측정 76
4.1.1 PZT 공명 초음파 분광법의 실험 방법 76
4.1.2 레이저 공명 초음파 분광법의 실험 방법 78
4.1.3 PZT와 레이저 공명 초음파 분광법의 비교 실험 79
4.2 평판의 이면 결함 측정 83
4.2.1 시편 제작 및 실험 방법 83
4.2.2 이면 결함의 실험 결과 84
4.3 평판의 미세 표면 결함 측정 87
4.3.1 시편 제작 및 실험 방법 87
4.3.2 표면 결함의 실험 결과 89
4.4 이종금속의 접촉부식에 의한 내부 결함 측정 96
4.4.1 시편 제작 및 실험 방법 96
4.4.2 내부 결함의 실험 결과 97
4.5 복합재료의 층간 결함(delamination) 측정 100
4.5.1 시편 제작 및 실험 방법 100
4.5.2 층간 결함의 실험 결과 102
4.6 배관부 감육 손상에 의한 내부 결함 측정 106
4.6.1 시편 제작 및 실험 방법 106
4.6.2 배관부 내부 결함의 실험 결과 112
제 5 장 결 론 116
참 고 문 헌 119
부록 1 124
부록 2 130

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