초음파 C-scan을 이용한 터빈 블레이드 열차폐코팅의 등온열화에 의한 박리 평가 기법

이호걸(Ho-Girl Lee),김학준(Hak-Joon Kim),송성진(Sung-Jin Song),석창성(Chang-Sung Seok) 한국비파괴검사학회 2016 한국비파괴검사학회지 Vol.36 No.5

가스터빈 블레이드는 고온 고압의 환경 아래 장시간 가동하기 위하여 초합금 모재에 세라믹 코팅으로 이루어진 열차폐코팅(thermal barrier coating, TBC)은 필수요소이다. 하지만 TBC 또한 가스터빈 가동 중 일정 열화온도 및 가동시간에서 top coat의 박리현상이 일어난다. TBC의 박리는 블레이드의 손상과 직결되므로 가스터빈의 안정적인 가동을 위해서 TBC의 박리 평가가 선행되어야 한다. 기존 비파괴평가 기법 연구는 산화알루미늄층(thermally grown oxide, TGO)의 생성 유무 또는 완전 박리의 정성적 평가가 이루어져 왔다. 본 연구에서는 TBC 박리를 정량적으로 평가하기 위해 초음파검사의 C-scan기법을 이용한 TBC의 부분박리손상 map을 구현하였다. 시편들은 1,100˚C로 등온열화하여 각각 열화시간을 변화시킨 시편들을 사용하였다. 단일 탐촉자를 이용한 펄스-에코법으로 C-scan을 수행하였고 TBC 내 부분박리를 검출하기 위해 초음파를 수침법으로 시편에 수직탐상하였다. 그리고 Rogers-Van Buren과 Kim의 이론 반사식을 이용하여 부분박리영역 지름이 1 mm부터 6 mm까지 부분박리지수를 도출했다. 이를 적용하여 각 부분박리지수에 따른 부분박리 손상 map을 영상화하였다. TBC는 열화시간이 증가할수록 부분박리지수에 관계없이 부분박리영역이 모두 증가함을 확인할 수 있었다. 또한 단일 시편 내에서 부분박리지수가 증가할수록 부분박리영역이 감소하는 것을 확인하였다. 부분박리손상 map의 부분박리영역에 따른 분포를 이용하여 TBC의 완전박리 기준과 잔여 수명을 또한 도출할 수 있었다. Thermal barrier coating (TBC) is an essential element consisting of a super-alloy base and ceramic coating designed to achieve long operational time under a high temperature and pressure environment. However, the top coat of TBC can be delaminated at certain temperatures with long operation time. As the delamination of TBC is directly related to the blade damage, the coupling status of the TBC should be assured for reliable operation. Conventional studies of nondestructive evaluation have been made for detecting generation of thermally grown oxide (TGO) or qualitatively evaluating delamination in TBC. In this study, the ultrasonic C-scan method was developed to obtain the damage map inside TBC by estimating the delamination in a quantitative way. All specimens were isothermally degraded at 1,100˚C with different time, having different partial delamination area. To detect partial delamination in TBC, the C-scan was performed by a single transducer using pulse-echo method with normal incidence. Partial delamination coefficients of 1 mm to 6 mm were derived by the proportion of the surface reflection signal and flaw signal which were theoretical signals using Rogers-Van Buren and Kim"s equations. Using the partial delamination coefficients, the partial delamination maps were obtained. Regardless of the partial delamination coefficient, partial delamination area was increased when degradation time was increased in TBC. In addition, a decrease in partial delamination area in each TBC specimen was observed when the partial delamination coefficient was increased. From the portion of the partial delamination maps, the criterion for delamination was derived.

테라헤르츠 중첩 신호의 FWHM 분석을 통한 유리섬유 복합재료 내부 미세 박리 검출 기술

김헌수 ( Heon-Su Kim ),박동운 ( Dong-Woon Park ),김상일 ( Sang-il Kim ),김학성 ( Hak-sung Kim ) 한국복합재료학회 2021 Composites research Vol.34 No.3

유리섬유 복합재료(GFRP) 내부 미세 박리에서 나타나는 테라헤르츠(THz) 중첩 신호의 FWHM 분석을 통한 미세 박리 검출 기술을 연구하였다. 테라헤르츠 시간영역 분광(THz-TDS) 시스템의 반사모드를 통해 유리섬유 복합재료 내부의 미세 박리 크기 별 THz 신호를 측정하였고, 미세 박리 위치에서 반사되어 검출되는 THz 중첩 신호의 Full Width Half Maximum (FWHM) 값을 추출하였다. 이후, 유리섬유 복합재료의 복소굴절률을 측정하여 미세 박리 크기에 따른 미세 박리 위치에서의 THz 중첩 신호 및 FWHM 값을 계산하여 비교하였다. 이론적으로 계산된 THz 중첩 신호로부터 미세 박리 크기와 중첩 신호에서의 FWHM 값의 상관관계를 도출하였으며, 미세 박리 위치에서의 THz 신호로부터 추출된 FWHM의 분석을 통해 미세 박리 크기를 예측할 수 있었다. Full width half maximum (FWHM) analysis of superimposed terahertz (THz) signals in the glass fiber reinforced polymer (GFRP) was studied to detect fine delamination inside GFRP. The THz signals were measured for each fine delamination size inside the GFRP using the reflection mode of the terahertz time domain spectroscopy (THz-TDS) system. Then, the FWHM of the superimposed THz signal reflected at the fine delamination was extracted. Thereafter, the complex refractive index of the GFRP was measured using transmission mode of the THz-TDS system. Based on this, the FWHM of the superimposed THz signal at the fine delamination were calculated and compared with respect to the fine delamination size. From the theoretically calculated superimposed signals, the relationship between the fine delamination size and the FWHM in the superimposed THz signal was derived. Consequently, the fine delamination size could be predicted through the analysis of the FWHM extracted from the THz signal at the fine delamination.

등이축인장 모드 변형시 알루미늄 포일 접착강판의 박리한계 예측

이찬주(Chan Joo Lee),손영기(Young Ki Son),이정민(Jung Min Lee),이선봉(Seon Bong Lee),변상덕(Sang Deog Byun),김병민(Byung Min Kim) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.4

알루미늄 포일 접착강판은 접착제를 이용하여 알루미늄 포일을 드로잉용 GI 강판 위에 접착시킨 강판이다. 알루미늄 포일의 박리현상은 알루미늄 포일 강판의 주된 성형불량 중의 하나이다. 본 연구에서는 가전제품의 외관에 활용되는 알루미늄 포일 접착강판의 박리한계를 규명하였다. 알루미늄 포일 접착강판의 박리는 알루미늄 포일과 강판의 접착강도에 의해 결정된다. 알루미늄 접착강판의 박리와 접착강도와의 관계를 분석하기 위해 CZM 을 활용하여 알루미늄 포일 접착강판의 계면접착력에 따른 알루미늄 포일 박리변형률의 변화를 분석하였다. 해석결과, 박리발생의 주원인은 강판의 변형 중 접착계면에서 발생하는 전단응력에 의해 박리가 발생함을 확인하였다. 또한 알루미늄 포일 접착강판의 계면접착력을 측정하여 강판의 등이축인장모드인 스트레치 변형에 따른 박리가 발생하는 한계변형률을 도출하였다. 도출된 알루미늄 포일 접착강판의 박리 한계는 에릭슨 시험을 통해 검증하였다. An aluminum foil-laminated sheet is a laminated steel sheet on which aluminum foil is adhesively bonded. It is usually used on the outer panel of home appliances to provide an aluminum feeling and appearance on the surface of the product. The delamination of aluminum foil is one of the main problems during the stretch forming process. The purpose of this study is was to determine the delamination limit of an aluminum foil-laminated sheet in the stretch forming process. The delamination was dependent on the bonding strength between aluminum foil and steel sheet. The fracture behavior of the interface between the aluminum foil and the steel sheet was described by a cohesive zone model. A finite element was conducted with the cohesive zone model to analyze the relationship between the delamination limit and the bonding strength of the interface. The interface bonding strength was evaluated by lap shear and T-peel test. The delamination limit of the aluminum foil-laminated sheet was determined by using the bonding strength of the steel sheet. The delamination limit was also verified by the Erichsen test.

콘크리트 보강재 박리 검사를 위한 전자파 모델링

임홍철,남연수 한국전산구조공학회 2004 한국전산구조공학회논문집 Vol.17 No.3

The existing concrete beams can be retrofitted or reinforced by attaching carbon fiber or glass fiber sheet beneath the beams. Although diverse design methods and application techniques of the retrofitting are studied and developed, the testing method of examining retrofitted beams have not been put into practice yet. In this study, a bond delamination has been modeled and studied to provide a basis for the development of actual testing equipments. For this purpose, Gaussian and sinusoidal waves with 3GHz and 5GHz center frequency are used as an incident wave and 1mm and 3mm bond delamination under the reinforcement are modeled. In the modeling, Finite Difference-Time Domain algorithm is used to investigate the behavior of electromagnetic waves in concrete. The results have shown that 5GHz waves are suitable for the detection of delamination. 콘크리트 보의 내력 증강을 위해, 탄소 섬유시트와 유리 섬유시트 등의 보강재를 보의 하부에 접착시킴으로써, 기존 콘크리트 부재를 보강할 수 있다. 이러한 보강법에 대한 다양한 설계 방법 및 적용 기법들이 개발되고 있지만, 보강 후 접착 성능을 포함한 건전도 평가는 아직 실용화되지 않은 상태이다. 본 연구에서는 콘크리트 보에 부착된 보강재의 박리 여부를 검사하기 위해 전자기파의 모델링 기법을 적용하였고, 이는 박리검사용 실험 장치룰 개발하기 위한 토대를 마련하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 3GHz와 5GHz의 가우스 파와 사인 파를 입사파로 사용하여, 박리 두께가 각각 1mm와 3mm 인 콘크리트 시편에 전자파를 보내는 경우를 유한차분 시간영역법(FD-TD method)으로 모델링 하였다. 그 결과, 파형과 중심 주파수에 따라 정확도의 차이는 있었으나 박리의 유무와 위치를 찾아 낼 수 있었다.

열화상 기술을 이용한 치아/복합레진 수복부의 박리 평가

구자욱 ( Ja Uk Gu ),최낙삼 ( Nak Sam Choi ) 한국복합재료학회 2012 Composites research Vol.25 No.6

치과용 복합레진 수복재가 치아로부터 박리된 상태를 모사한 시편을 제작하고 위상잠금 적외선 열화상 기법을 이용하여 박리의 검출 가능성을 조사하였다. 내부 박리의 깊이와 가열 조건에 따른 검출 신호의 Amplitude와 Phase 이미지를 분석하였다. 내부 박리의 위치가 표면으로부터 0.5 mm 인 시편은 lock-in frequency = 0.05 Hz에서 건전부와 박리부의 Amplitude 차이가 가장 컸으며 1 mm와 1.5 mm 시편은 0.025 Hz와 0.01 Hz에서 Amplitude 차이로 박리부 검출이 가능하였다. Phase 변환 결과로부터 0.5 mm 시편은 0.006 Hz와 0.5 Hz 에서 뚜렷한 박리부의 이미지를 얻을 수 있었으며, 1 mm와 1.5 mm 시편은 0.006-0.1 Hz에서 박리부의 검출이 가능하였다. The purpose of this study was to investigate the feasibility on the detection of dental composite delamination using a lock-in thermography method. Amplitude and phase images of detected thermal signals were analyzed according to the lock-in frequencies. At a lock-in frequency of 0.05 Hz, the ligament thickness of 0.5 mm in the specimen exhibited the highest amplitude contrast between defective area and sound area. For ligament thicknesses of 1 mm and 1.5 mm, delamination detection was possible at 0.025 Hz and 0.01 Hz through the amplitude differences. At lock-in frequencies of 0.006 Hz and 0.01 Hz, ligament thickness 0.5 mm exhibited the highest phase contrast. For ligament thicknesses of 1 mm and 1.5 mm, the phase contrast exhibited possible detection of delamination at 0.006-0.1 Hz.

플라즈마 용사 열차폐 코팅의 박리수명 평가에 관한 연구

김대진(Dae-Jin Kim),신인환(In-Hwan Shin),구재민(Jae-Mean Koo),석창성(Chang-Sung Seok),김문영(Mun-Young Kim) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.11

In this study, disk type of thermal barrier coating system for gas turbine blade was isothermally aged in the furnace changing exposure time and temperature. The aging conditions that delamination occurs were determined by the extensive microscopic analyses and bond tests for each aging condition. The delamination map was drawn from the time-temperature matrix form which summarize the delamination conditions. Finally, a method to draw the delamination life diagram of a thermal barrier coating system by using the delamination map was suggested.

플라즈마 용사 열차폐 코팅의 박리수명 평가에 관한 연구

김대진(Dae-Jin Kim),신인환(In-Hwan Shin),구재민(Jae-Mean Koo),석창성(Chang-Sung Seok),김문영(Moon-Young Kim) 대한기계학회 2009 大韓機械學會論文集A Vol.33 No.2

In this study, disk type of thermal barrier coating system for gas turbine blade was isothermally aged in the furnace changing exposure time and temperature. The aging conditions that delamination occurs were determined by the extensive microscopic analyses and bond tests for each aging condition. The delamination map was drawn from the time-temperature matrix form which summarize the delamination conditions. Finally, a method to draw the delamination life diagram of a thermal barrier coating system by using the delamination map was suggested.

X-ray 후방산란 기술을 이용한 항공기용 복합재료의 다중 층간 박리 평가

김노유(Nohyu Kim) 한국비파괴검사학회 2010 한국비파괴검사학회지 Vol.30 No.1

항공기용 복합재료 내부 여러 층에서 발생하는 박리를 정량적으로 평가하기 위한 X-ray 후방산란 검사장치를 개발하였다. 복합재료 두께방향으로의 역산란 밀도변화로부터 층간 박리를 검사하는 슬릿 방식의 카메라와 컴퓨터로 제어되는 X-ray 선원, 그리고 센서로 구성되는 X-ray 후방산란장치를 제작하여 그 성능을 충격하중에 의해 만들어진 인공결함시편을 이용해 검증하였다. 결함평가를 위해 복합재료내 산란장의 크기를 이론적으로 계산하는 수학적 해석 모델을 볼츠만 방정식을 이용하여 제안하였으며 적응필터 알고리즘을 사용하여 산란 노이즈를 최소화 하였다. 다중 박리 결함을 X-ray 후방산란장치를 통해 효과적으로 검출하였으며, 박리 위치와 박리 상태를 모두 정확하게 검사할 수 있음을 실험을 통해 확인하였다. A Compton X-ray backscatter technique has been developed to quantitatively assess impact damage in quasi-isotropic laminated composites made by a drop-weight tester. X-ray backscatter imaging system with a slit-type camera is constructed to obtain a cross-sectional profile of impact-damaged laminated composites from the electron-density variation of the cross section. A nonlinear scattering model based on Boltsman equation is introduced to compute Compton X-ray backscattering field for the defect assessment. An adaptive filter is also used to reduce noises from many sources including quantum noise and irregular distributions of fibers and matrix in composites. Delaminations masked or distorted by the first delamination are detected and characterized effectively by the Compton X-ray backscatter technique, both in width and location, by application of error minimization algorithm.

유리섬유복합재의 드릴가공조건에 대한 박리지수와 표면조도 특성

이옥규 ( Ok Kyu Lee ),안대건 ( Dae Keon Ahn ),최진호 ( Jin Ho Choi ),권진회 ( Jin Hwe Kweon ) 한국복합재료학회 2013 Composites research Vol.26 No.6

본 논문에서는 유리섬유복합재(glass fiber reinforced plastic composites)의 드릴가공조건변화에 따른 박리 지수와 표면조도 특성이 분석되었다. 드릴 가공된 홀의 입출구에서 이미지 픽셀을 이용하여 박리지수를 산출할 수 있는 관계식이 유도되었으며, 복합재 시편을 제작하여 진동 및 열 영향을 최소화할 수 있는 가공조건에서 드릴가공을 수행하여 보다 신뢰성 있게 표면조도값을 얻기 위하여 6점평균표면조도측정 방식이 적용되었다. 실험 결과로부터 GFRP 드릴가공에서 박리지수는 이송속도 증가에 감소하고, 절삭속도 증가에도 미세하게 감소함을 볼 수 있었다. 또한 드릴가공된 홀 내부에서 표면조도는 이송속도가 증가할수록 증가하고, 절삭속도 변화에는 영향을 받지 않음이 파악되었다. Characteristics of delamination factor and surface roughness by drilling condition for glass fiber reinforced plastic (GFRP) composites were investigated in this paper. An expression to quantify the delamination factor was induced by using image pixels of the entry and the experimental drilling was accomplished by fabricating several GFRP specimens in condition of minimizing the effect of vibration and heat. A method for measuring 6 points average surface roughness was applied to acquire the more reliable roughness values. The experimental results showed that the delamination factor was decreased as the feed rate was increased and it was also slightly decreased as the cutting speed was increased. Also, it was investigated that the surface roughness at inner surface of drilled holes was increased as the feed rate was increased, whereas the roughness values were not affected by the cutting speed variation.

비접촉식 계측 기반 이동식 충격반향기법 장비 개발

홍진영(Jinyoung Hong),김도윤(Doyun Kim),박주혜(Joohye Park),최하진(Hajin Choi) 한국비파괴검사학회 2022 한국비파괴검사학회지 Vol.42 No.1

본 연구에서는 콘크리트 구조물의 내부 박리를 신속하게 검출하기 위한 이동식 충격반향기법 장비를 개발하고 검증하였다. 우선적으로 유한차분법을 활용하여 손상 유형에 따른 충격반향기법의 현상을 확인하고 두께 모드와 휨 모드의 가진성을 비교분석한 결과, 휨 모드는 얕은 박리의 주요 모드이며 두께 모드에 비해 약 6배 이상 가진성이 높은 것으로 나타났다. 실험적 검증으로는 얕은 박리를 모사한 콘크리트 슬래브를 제작하여 개발한 비접촉 센서를 접촉 센서와 비교 분석하였으며, 개발된 이동식 충격반향기법 장비를 통해 스캐닝 실험을 수행하였다. 접촉식 센서와 비접촉식 센서의 비교분석 결과, 계측된 주파수는 유사하였으며, 대표적 공진모드 이외의 주파수는 관찰되지 않아 충격반향기법으로의 활용이 가능하였다. 또한 개발된 이동식 충격반향기법 스캐닝 실험결과, 빠른 속도로 내부 얕은 박리 손상 검출이 가능하여 현장에서 스캐닝 실험이 가능할 것으로 사료된다. The primary objective of this research is to develop a moving impact-echo system and to evaluate the applicability of air-coupled sensing for detecting shallow delamination in concrete structures. The developed system was verified through the finite difference method and experiments. From the analysis of synthetic data, it was determined that flexural mode is dominant in shallow delamination with an excitability six times higher than that of the thickness mode. The comparison study between contact and developed non-contact sensors was performed through a concrete slab, including a shallow delamination. The results showed similar frequency components with minimal noise. The moving impact-echo system was also evaluated, whereby shallow delamination was detected with fast scanning speed. As demonstrated, the developed system showed great potential for fast moving impact-echo testing in the field.