KTX 차륜의 결함탐상을 위한 초음파 균열검사에 관한 연구

초록

KTX 차륜의 결함을 검출하기 위해 초음파를 이용한 정밀 탐상장치를 설계/제작하여 성능을 검증하였다. 차륜의 결함에 대한 탐상 영역은 차륜의 Rim 부와 Web 부를 모두 포함하는 넓은 영역으로, 차륜 결함에 대한 검사를 사전에 수행함으로써 주행 중 차륜 결함에 의한 사고를 미연에 방지하고자 한다. 차륜의 Web 부의 경우, 해석을 통해 응력이 집중되는 부위를 4 개 영역으로 구분하였으며, 4 개의 서로 다른 초음파 입사각을 갖는 ？지에 의해 Web 부 전영역에 대한 검사가 수행된다. 차륜이 가지는 구조적 한계에 따라 차륜의 Tread 에서 초음파 빔을 입사해야 하므로 차륜의 답면 형상에 맞도록 ？지를 설계/제작하였다. 차륜의 Rim 부 또한 4 개 영역으로 구분하였으며, 서로 다른 3개의 입사각을 갖는 초음파 ？지에 의해 차륜의 Lim 부 측면에서 검사하도록 ？지가 제작되었다. 그리고 Web 부 결함에 대한 검사는 멀티 초음파 센서(Pulse-echo (P/E) 방식과 Time of Flight Diffraction (TOFD) 방식)를 채택하였으며, Rim 부는 Pulse-echo 방식의 싱글 초음파 정밀탐상 센서모듈로 수행되도록 설계하였다. 제작된 차륜의 균열 검사장치의 성능을 검증하기 위해 실제 KTX 차륜의 Web 부 및 Rim 부에 표준 가공결함을 생성하여 초음파 탐상시험을 수행하였다. Web 부 및 Rim 부에 존재하는 인공결함에 대해 탐상시험을 수행한 결과를 A-scan 및 Bscan 으로 현시하였으며, 각 결함영역에 대한 B-scan 이미지를 분석하여 가공결함의 위치에서 균열의 크기를 산정할 수 있었다.