중소기업신뢰성향상지원사업최종보고서중소기업신뢰성향상지원사업최종보고서중소기업신뢰성향상지원사업최종보고서중소기업신뢰성향상지원사업최종보고서

전자기 방법에 의한 스테인리스 와이어로프의전자기 방법에 의한 스테인리스 와이어로프의전자기 방법에 의한 스테인리스 와이어로프의전자기 방법에 의한 스테인리스 와이어로프의

자동검사 시스템 개발자동검사 시스템 개발자동검사 시스템 개발자동검사 시스템 개발on-lineon-lineon-lineon-line

2004. 8. 31.2004. 8. 31.2004. 8. 31.2004. 8. 31.

주관기관주관기관주관기관주관기관 주 샤 인주 샤 인주 샤 인주 샤 인( )( )( )( )

위탁기관위탁기관위탁기관위탁기관 한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 1 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하ㆍㆍㆍㆍ

본 보고서를 전자기 방법에 의한 스테인리스 와이어 로프의 자동검사 시“ on-line

스템 개발에 관한 신뢰성향상지원 개발기간 과제의 최종”( :2003. 7. 1~2004. 6. 30)

보고서로 제출합니다.

2004. 8. 31.2004. 8. 31.2004. 8. 31.2004. 8. 31.

주관기관명주관기관명주관기관명주관기관명 :::: 주 샤 인주 샤 인주 샤 인주 샤 인( )( )( )( )

주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자 :::: 김 문 곤김 문 곤김 문 곤김 문 곤

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 손 영 록손 영 록손 영 록손 영 록

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 이 동 우이 동 우이 동 우이 동 우

위탁기관명위탁기관명위탁기관명위탁기관명 :::: 한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원

위탁책임자위탁책임자위탁책임자위탁책임자 :::: 원 순 호원 순 호원 순 호원 순 호

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 조 상 제조 상 제조 상 제조 상 제

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 최 재 돈최 재 돈최 재 돈최 재 돈

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 이 재 도이 재 도이 재 도이 재 도

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중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록중소기업신뢰성향상지원사업 보고서 초록

관리번호관리번호관리번호관리번호 03-005-RA03-005-RA03-005-RA03-005-RA

사 업 명사 업 명사 업 명사 업 명전자기 방법에 의한 스테인리스 와이어로프의 자동검사 시스템전자기 방법에 의한 스테인리스 와이어로프의 자동검사 시스템전자기 방법에 의한 스테인리스 와이어로프의 자동검사 시스템전자기 방법에 의한 스테인리스 와이어로프의 자동검사 시스템on-lineon-lineon-lineon-line

개발개발개발개발

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 와이어로프 전자기 자속 비파괴시험 신뢰성와이어로프 전자기 자속 비파괴시험 신뢰성와이어로프 전자기 자속 비파괴시험 신뢰성와이어로프 전자기 자속 비파괴시험 신뢰성/ / / // / / // / / // / / /

사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용사업목표 및 내용

최종 목표최종 목표최종 목표최종 목표1.1.1.1.

전자기 방법에 의한 스테인리스 와이어로프의 결함검출 및 신뢰성 향상

신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용신뢰성 저해요인 정밀진단 내용2.2.2.2.

스테인리스 와이어로프의 생산공정 정밀 진단

관련 규격 소재의 자기특성 및 기계적특성 시험,

시스템 개발과 관련한 구체적 적용모델 도입

와전류방법을 이용한 스테인리스 와이어로프 검사 및 평가

품질관리 데이터베이스 시스템 구축

고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과고장원인분석 및 대처결과3.3.3.3.

원소재에 내재된 소재결함 또는 공정라인상의 결함이 발생시키는 와이어로프

제품결함을 와전류방법을 이용하여 온라인을 검출

신뢰성 적용결과 사업전 후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 정량적 비교신뢰성 적용결과 사업전 후 정량적 비교4. ( )4. ( )4. ( )4. ( )ㆍㆍㆍㆍ

스테인리스 와이어로프에 대한 품질보증이 전무한 상황에서 사업 후 품질보증

측면의 기술적용 및 검사결과 문서화

기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과3. ( )3. ( )3. ( )3. ( )

스테인리스 와이어로프의 신뢰성향상을 보증하는 기술적용

공정라인에 즉시 설치가능한 전자기탐상 시스템 개발 능력

품질보증으로 국 내외제품 경쟁력 향상 및 매출증대,

결함의 조기 검출로 원소재 및 공정비용 절감

적용분야적용분야적용분야적용분야4.4.4.4.

스테인리스 와이어로프

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목 차목 차목 차목 차

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111 4444

제 장 국내외 기술 현황제 장 국내외 기술 현황제 장 국내외 기술 현황제 장 국내외 기술 현황2222 7777

제 절 국외의 기술 현황제 절 국외의 기술 현황제 절 국외의 기술 현황제 절 국외의 기술 현황1111 8888

제 절 국내의 기술 현황제 절 국내의 기술 현황제 절 국내의 기술 현황제 절 국내의 기술 현황2222 8888

제 절 관련규격제 절 관련규격제 절 관련규격제 절 관련규격3333 10101010

제 장 신뢰성향상 지원내용 및 결과제 장 신뢰성향상 지원내용 및 결과제 장 신뢰성향상 지원내용 및 결과제 장 신뢰성향상 지원내용 및 결과3333 12121212

제 절 생산공정 정밀진단제 절 생산공정 정밀진단제 절 생산공정 정밀진단제 절 생산공정 정밀진단1111 12121212

제 절 소재의 자기특성 및 기계적특성 시험제 절 소재의 자기특성 및 기계적특성 시험제 절 소재의 자기특성 및 기계적특성 시험제 절 소재의 자기특성 및 기계적특성 시험2222 24242424

제 절 측정방법의 검토 및 적용모델제 절 측정방법의 검토 및 적용모델제 절 측정방법의 검토 및 적용모델제 절 측정방법의 검토 및 적용모델3333 30303030

제 절 와전류탐상 시험 및 평가제 절 와전류탐상 시험 및 평가제 절 와전류탐상 시험 및 평가제 절 와전류탐상 시험 및 평가4444 47474747

제 절 품질관리 시스템의 구축제 절 품질관리 시스템의 구축제 절 품질관리 시스템의 구축제 절 품질관리 시스템의 구축5555 58585858

제 장 사업 달성도 및 기여도제 장 사업 달성도 및 기여도제 장 사업 달성도 및 기여도제 장 사업 달성도 및 기여도4444 62626262

제 절 사업 달성도제 절 사업 달성도제 절 사업 달성도제 절 사업 달성도1111 62626262

제 절 사업 기여도제 절 사업 기여도제 절 사업 기여도제 절 사업 기여도2222 62626262

제 장 사업의 활용계획제 장 사업의 활용계획제 장 사업의 활용계획제 장 사업의 활용계획5555 63636363

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌 64646464

부 록부 록부 록부 록 65656565

- 4 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

우리의 실생활 및 산업적 활용과 관련되어 와이어로프는 여러 용도로 많이 사

용되고 있다 우리의 실생활과 밀접한 용도로는 관광장소 스키장 놀이공원과 같. , ,

은 레져 시설 등의 리프트용을 예로 들 수 있고 산업용으로는 크레인 호이스트, , ,

해양 시추선 교량의 서스펜션 부분에서 그 예를 찾을 수 있다 이러한 와이어로, .

프에서 요구되는 일차적인 특성은 강도이다 와이어로프에서 발생되는 결함은 크.

게 와 로 나눌 수 있LF(local flaw) LMA(loss of metallic cross-sectional area)

다 일반적으로 는 와이어로프의 절단 손상 부식 마모에 의한 그로브 및 로. LF , , ,

프의 건전성을 저하시키는 국부적인 물리적 손상 상태를 말한다 는 로프의. LMA

최대 단면적을 기준으로 국부 위치의 단면적을 비교함으로써 상대적으로 체적손

실이 발생된 부분을 정의하는 용어이다 이러한 결함은 와이어로프에서 가장 중.

요한 강도특성을 저하시키는 요소이다 특히 생산 공정 중에 발생되는 세선의 단.

선 소재내의 이물질 개입 등은 의 대표적인 결함으로 생산과정에서 제품의 신, LF

뢰성을 보증하는 중요한 요소이다 현재 공정에서는 단순히 표면에 발생된 세선.

의 단선상태를 수동적인 방법으로 검사하고 있다 본 사업에서 수행하고자 하는.

핵심기술은 상술한 와이어로프 품질의 신뢰성을 보증하기 위한 검사 시스템을 완

제품 단계의 최종 공정에서 실시간적으로 평가할 수 있는 시스템을 개발하는 것

이다.

전자기를 이용한 탐상법은 전자유도 검사법이라고도 불리우며 전기적인 도체,

의 표면 및 표면하의 결함상태를 검사할 수 있는 비파괴적인 검사법의 일종이다.

특히 발생된 결함의 검출뿐만 아니라 재료의 합금성분 열처리상태 등의 판별 재, ,

질의 차이를 검출하는 재질검사에 활용되는 방법이다 본 사업에서는 전자기탐상.

법을 활용하여 본 사에서 생산되는 와이어로프의 표면 및 표면하의 결함상태 단(

선 합금성분 변화 열처리상태 변화 를 검출하기 위한 실시간적 모니터, , ) on-line

링 시스템을 개발 경쟁력 있는 제품을 생산하는데 활용하고자 한다, .

- 5 -

그림 로프의 구조 및 단면그림 로프의 구조 및 단면그림 로프의 구조 및 단면그림 로프의 구조 및 단면1-1. Multistrand1-1. Multistrand1-1. Multistrand1-1. Multistrand

구체적 적용제품은 스테인리스 와이어로프 외경 이며 표면 및 내면의( 8-16mm) ,

단선상태를 검사하고 더불어 최종 제품 생산 공정에 탐상 시스템을 적용, on-line

하여 제품의 신뢰성을 향상시키는 방향으로 최종목표에 접근할 것이다 현재의 기.

술수준에서는 신뢰성 저하 원인 분석방법으로 촬영에 의한 내부 단선 상태X-ray

확인 육안검사에 의한 표면의 단선 상태 확인 인장강도 시험과 같은 기계적 특성, ,

시험으로 요구 강도 등을 확인하고 있다 그러나 이러한 방법은 모두 방. sampling

법으로 전체적인 신뢰성 향상에는 한계가 있고 따라서 상술한 바와 같이 보다 신, ,

뢰성이 향상된 전자기 방법이 도입된 것이다.

그림 촬영에 의한 내면검사그림 촬영에 의한 내면검사그림 촬영에 의한 내면검사그림 촬영에 의한 내면검사1-2. X-ray1-2. X-ray1-2. X-ray1-2. X-ray그림 육안검사에 의한그림 육안검사에 의한그림 육안검사에 의한그림 육안검사에 의한1-3.1-3.1-3.1-3.

표면검사표면검사표면검사표면검사

- 6 -

그림 전자기 측정방법의 개요그림 전자기 측정방법의 개요그림 전자기 측정방법의 개요그림 전자기 측정방법의 개요1-4.1-4.1-4.1-4.

- 7 -

제 장 국내외 기술 현황제 장 국내외 기술 현황제 장 국내외 기술 현황제 장 국내외 기술 현황2222

와이어로프는 대부분 외부 대기에 노출된 상태로 사용되기 때문에 부식 환경

에 놓여있고 사용 용도상 피로 마찰에 의한 단선 두께 감육의 결함발생 요인, , ,

이 상존하고 있는 기능상의 특성을 갖고 있다 이러한 요인은 와이어로프에서.

가장 중요한 강도특성을 저하시키는 요소이고 특히 부품 생산단계에서 이러한,

결함발생의 요인이 될 수 있는 내재된 결함은 특히 위험한 요소라고 할 수 있

다 미국에서 개 이상의 관련 연구실을 대상으로 수행한 통계적인 조사에. 8,000

의하면 조사된 전체 로프 중 는 요구강도에 미달상태였고 는 요구10% 15% , 2%

강도에 이상 미달되는 결과를 보여주었다 다시 말해 로프의 는 잠재적30% . 10%

인 사고 가능성을 보여주는 부적합 상태였고 는 극히 위험한 조건에서 사용, 2%

되는 상태였다 [1].

현 기술수준에서 스테인리스 와이어로프의 신뢰성을 향상시키는데 제기되는

문제점은 다음과 같다.

ㆍㆍㆍㆍ 내면에 발생된 세선의 단선상태는 검사할 수 없다

ㆍㆍㆍㆍ 표면검사도 단면만 가능하다

ㆍㆍㆍㆍ 재질변화는 평가할 수 없다.

ㆍㆍㆍㆍ 일부 상용화된 외국 장비는 고가로 생산라인에 설치할 수 없다.

ㆍㆍㆍㆍ 된 시험편을 이용한다Sampling .

따라서 본 사업을 통해 상술한 문제점을 해결하는 요점은 다음과 같다.

ㆍㆍㆍㆍ 표면 및 표면하 결함을 전자기 센서로 검출한다.

ㆍㆍㆍㆍ 재질변화도 결함과 같은 방식으로 검출할 수 있다.

ㆍㆍㆍㆍ 을 이용함으로써 으로 여러 생산라인을 검사할 수Multichannel one system

있다.

ㆍㆍㆍㆍ 방식으로 생산라인에 설치하고 검사 데이터를 영구적으로 보존한On-line ,

다.

- 8 -

제 절 국외의 기술 현황제 절 국외의 기술 현황제 절 국외의 기술 현황제 절 국외의 기술 현황1111

미국 영국 캐나다 등은 시험 분야에서 국내보다 상당한 기술력을 보유하고 있, , ㆍ

는 선진국으로 평가받고 있다 와이어로프의 평가에 있어서도 미국의. NDT

는 시스템 개발 능력과 관련 데이터 베이스를 구축하고 있고 년Technologies , 1995

에는 수중에 사용되는 와이어로프의 검사에 대한 를 출판하였다state-of-the-art

년 영국의 도 개의 업체에 위탁한[2]. 1999 HSE 26 NDT "Wire Rope

란 제목의 보고서Non-Destructive Testing-Survey of Instrument Manufacturers"

를 출판하였다 이 보고서에는 영국내에서 공식적으로 사용되는 모든 종류의 와이.

어로프를 고찰하고 있고 특히 업체는 센서 해드 와 신호기록 모, 7 NDT NDT「 」 「

듈 부분을 집중적으로 다루고 있다 이 외에 독일 러시아 폴란드 등에서 와이어. , ,」

로프의 검사를 위한 장비 개발과 서비스를 제공한다고 알려져 있다 단 상술한 보.

고서의 내용이 와이어로프에 국한되고 있다Ferromagnetic Steel .

제 절 국내의 기술 현황제 절 국내의 기술 현황제 절 국내의 기술 현황제 절 국내의 기술 현황2222

현재 활용되고 있는 와이어로프의 검사법은 다음 그림 및 에서 보는 바2-1 2-2

와 같이 각 구성부분에 대한 육안검사와 제품의 외경을 측정하는 방법을sampling

이용한다.

그림 와이어로프 명칭그림 와이어로프 명칭그림 와이어로프 명칭그림 와이어로프 명칭2-1.2-1.2-1.2-1.

- 9 -

그림 외경 측정법그림 외경 측정법그림 외경 측정법그림 외경 측정법2-2.2-2.2-2.2-2.

- 10 -

제 절 관련규격제 절 관련규격제 절 관련규격제 절 관련규격3333

주 샤인 및 국내의 주요 와이어로프 생산업체에서는 품질보증( ) (Quality

및 시험과 관련하여 주로 규격을 참조하고 있어 본 사업과Assurance: QA) DIN ,

관련하여 활용할 수 있는 주요 규격과 을 표 에 조사하여 정리하였DIN ASTM 2-1

다.

표 와이어로프 관련 규격2-1.

Spec. NoSpec. NoSpec. NoSpec. No SpecificationSpecificationSpecificationSpecification YearYearYearYear RemarkRemarkRemarkRemark

EN 12385-1Steel wire ropes-Safely

Part1: General requirement2002 DIN EN 12385-1

EN 12385-4

Steel wire ropes-Safety

Part4: Stranded ropes for general lifting

applications

2002 DIN EN 12385-4

EN 12385-5Steel wire ropes-Safety

Part5: Stranded ropes for lifts2002 DIN EN 12385-5

EN 12385-8

Steel wire ropes-Safety

Part8: Stranded hauling and carrying-ropes for

cableway installations designed to carry persons

2002 DIN EN 12385-8

EN 12385-9

Steel wire ropes-Safety

Part9: Locked coil carrying ropes for cableway

installations designed to tarry persons

2002 DIN EN 12385-9

EN 3052

Aerospace series-Bolts, normal hexagonal head,

close tolerance normal shank, short thread, in

heat and corrosion resisting steel, passivated-

1993 DIN EN 3052

EN 3053

Aerospace series

Bearings, airframe rolling-

Single row self-aligning roller bearings in steel-

Dimensions and loads

1994 DIN EN 3053

EN 3055

Aerospace series

Bearing, airframe rolling-

Single row self aligning roller bearings in

corrosion resisting steel-

Dimensions and loads

1994 DIN EN 3055

EN 3060

Aerospace series

Bearing, airframe rolling-

Rigid single row ball beatings in steel, cadmium,

plated, with flanged alignment bush, cadmium

plated Dimensions and loads

1994 DIN EN 3060

- 11 -

Spec. NoSpec. NoSpec. NoSpec. No SpecificationSpecificationSpecificationSpecification YearYearYearYear RemarkRemarkRemarkRemark

EN 2076

Aerospace series

Aluminium and magnesium alloy ingots and

castings

Technical specification

Part1: General requirements

1993 DIN EN 2076

EN 2082

Aerospace series; Aluminum alloy forging stock

and forgings; Technical specification;

Part1: General requirements

1993 DIN EN 2082

EN 671-1Hose system

Part1: Hose reels with semi-rigid hose2001 DIN EN 671-1

EN 671-2Hose system

Part2: Hose reels with lay-flat hose2001 DIN EN 671-2

EN 671-3

Fixed firefighting systems - Hose systems

Part3: Maintenance of hose reels with semi-rigid

hose and hose systems with lay-flat hose

2000 DIN EN 671-3

EN 10204Metallic products

Type of inspection documents1991 DIN EN 10204A

ASTM B344

Standard specification for drawn or rolled

nickel-chromium and nickel-chromium-iron

alloys for electrical heating elements

2001

ASTM A492Standard specification for stainless steel rope

wire1995 Reapproved 2000

ASTM E1571Standard Practice for electromagnetic

examination of ferromagnetic steel wire rope2001

- 12 -

제 장 신뢰성향상 지원내용 및 결과제 장 신뢰성향상 지원내용 및 결과제 장 신뢰성향상 지원내용 및 결과제 장 신뢰성향상 지원내용 및 결과3333

제 절 생산공정 정밀진단제 절 생산공정 정밀진단제 절 생산공정 정밀진단제 절 생산공정 정밀진단1111

생산제품 공정생산제품 공정생산제품 공정생산제품 공정1.1.1.1.

주 샤인에서 생산되는 스테인레스 와이어로프의 원소재는 및( ) 304, 304L, 316

이고 외경은 인 제품으로 주 생산제품은 외경 범위의316L , 0.3-16mm 4-10mm

로프이다 앞서 상술한 바와 같이 와이어로프는 개개의 소선으로 구성된다 주. . ( )

샤인에서 생산되는 주 생산제품인 스트란다 각 소선의 구성은 다음 표7×7 2-2

와 같다.

표 주 샤인에서 생산되는 와이어로프 사양2-2. ( ) 7×7

- 13 -

본 제품의 신뢰성향상 부분은 생산 공정상에서 발생되는 제품에 내재된 품질을,

저하시킬 수 있는 결함을 검출하는 것으로 일차적으로 결함의 발생원인과 공정을,

조사하는 것이다 본 사의 공정은 원소재로부터 와이어를 신선하는 공정과 신선된.

와이어를 이용해 와이어로프를 생산하는 공정으로 크게 나눌 수 있고 결함이 발생,

될 수 있는 요인으로는 원소재의 결함 내재 롤러 결함에 의한 신선과정중의 와이,

어 결함 부적절한 열처리 상태 등을 지적할 수 있다 다음 그림 은 본 사의 생, . 2-3

산 공정을 도식화한 것이고 그림 는 타 사에서 제시하고 있는 세부 공정도를, 2-4

예로 제시한 것이다.

그림 와이어 및 와이어로프 공정그림 와이어 및 와이어로프 공정그림 와이어 및 와이어로프 공정그림 와이어 및 와이어로프 공정2-3.2-3.2-3.2-3.

- 14 -

그림 제조공정도 예시그림 제조공정도 예시그림 제조공정도 예시그림 제조공정도 예시2-4. [3]2-4. [3]2-4. [3]2-4. [3]

다음 그림 에 보여지는 공정은 주 샤인에서 생산되는 와이어로프의 공정을2-5 ( )

그림 의 순서대로 추적하여 제시한 것으로서 각 공정별 최종 와이어로프의 생2-3

산까지 결함이 발생될 수 있는 부위 즉 원소재의 결함상태 또는 롤러 등의 결함으

로 야기되는 와이어 자체의 결함 등과 같은 세부내용을 구체적으로 파악하고자 수

행하였다.

- 15 -

그림 주 샤인에서 생산되는 와이어로프 공정 사진그림 주 샤인에서 생산되는 와이어로프 공정 사진그림 주 샤인에서 생산되는 와이어로프 공정 사진그림 주 샤인에서 생산되는 와이어로프 공정 사진2-5. ( )2-5. ( )2-5. ( )2-5. ( )

- 16 -

그림 주 샤인에서 생산되는 와이어로프 공정 사진 계속그림 주 샤인에서 생산되는 와이어로프 공정 사진 계속그림 주 샤인에서 생산되는 와이어로프 공정 사진 계속그림 주 샤인에서 생산되는 와이어로프 공정 사진 계속2-5. ( ) ( )2-5. ( ) ( )2-5. ( ) ( )2-5. ( ) ( )

- 17 -

그림 주 샤인에서 생산되는 와이어로프 공정 사진 계속그림 주 샤인에서 생산되는 와이어로프 공정 사진 계속그림 주 샤인에서 생산되는 와이어로프 공정 사진 계속그림 주 샤인에서 생산되는 와이어로프 공정 사진 계속2-5. ( ) ( )2-5. ( ) ( )2-5. ( ) ( )2-5. ( ) ( )

- 18 -

와이어로프의 손상원인 및 유형와이어로프의 손상원인 및 유형와이어로프의 손상원인 및 유형와이어로프의 손상원인 및 유형2.2.2.2.

일반적으로 와이어로프에 발생되는 결함은 앞서 설명한 생산 공정상에서 발생되

는 내재된 결함과 사용중에 발생되는 결함으로 분류할 수 있고 그 원인과 유형을,

살펴보면 다음에 조사된 바와 같이 다양하다 이러한 결함 발생원인 및 유형을 조.

사하고 대처하는 것은 제품의 신뢰성향상을 위한 초석이 될 수 있다.

가 와이어로프 손상원인 사례.

설치하기전의 부주의한 취급에 의한 손설치하기전의 부주의한 취급에 의한 손설치하기전의 부주의한 취급에 의한 손설치하기전의 부주의한 취급에 의한 손1.1.1.1.

상상상상

차량구에서 로프를 직접 떨어뜨리는 행o

위

장애물 위로 로프를 굴리는 행위o

릴 의 측면을 이용하여 고정시키o (REEL)

지 않고 로프면의 정면으로 직접 지렛

대를 이용하여 고정 시키는 행위

뒤틀림과 국부적 마모뒤틀림과 국부적 마모뒤틀림과 국부적 마모뒤틀림과 국부적 마모2.2.2.2.

설치나 사용중에 비탈이나 요철 부분 위o

로 로프를 끌고 다니는 경우

비틀림 굽힘 스트란다의 이탈비틀림 굽힘 스트란다의 이탈비틀림 굽힘 스트란다의 이탈비틀림 굽힘 스트란다의 이탈3. , ,3. , ,3. , ,3. , ,

로프의 설치나 사용중에 지나치게 느슨o

한 상태로 작업하여 로프가 구겨지거나

뒤틀리는 경우

부적당한 소켓팅 작업으로부적당한 소켓팅 작업으로부적당한 소켓팅 작업으로부적당한 소켓팅 작업으로4. (SOCKETING)4. (SOCKETING)4. (SOCKETING)4. (SOCKETING)

인한 손상인한 손상인한 손상인한 손상

소켓팅 작업을 한 부분에 있어 로프의o

일부분에 과대응력이 작용 하거나 부하

가 일정하게 걸리지 않는 경우

로프마모가 가속화 되는 경우로프마모가 가속화 되는 경우로프마모가 가속화 되는 경우로프마모가 가속화 되는 경우5.5.5.5.

시이브나 그풀링 장치가 부적당한 경우o

에 대체로 이같은 유형의 로프 손상이

많이 발생하는데 주로 접촉부분의 시이

브가 무르거나 손상이 있는 경우 혹은

와이어의 수가 너무 적은 경우

- 19 -

부분적인 과대 마모부분적인 과대 마모부분적인 과대 마모부분적인 과대 마모6.6.6.6.

부분적인 과대 마모는 로프를 사용중 혹o

은 설치중의 부주의한 취급으로 인한 로

프의 굽힘이나 비틀림의 경우

드럼 권취시의 부적절한 취급으로드럼 권취시의 부적절한 취급으로드럼 권취시의 부적절한 취급으로드럼 권취시의 부적절한 취급으로7. (DRUM)7. (DRUM)7. (DRUM)7. (DRUM)

인한 손상인한 손상인한 손상인한 손상

로프 설치시의 부주의나 예리한 앵글의o

모서리 부분에 권취할 경우

과대 압착 혹은 찌그러짐과대 압착 혹은 찌그러짐과대 압착 혹은 찌그러짐과대 압착 혹은 찌그러짐8.8.8.8.

과대한 부하가 작용하거나 불규칙한 권o

취가 계속되는 경우 발생

과도한 로프 신장과도한 로프 신장과도한 로프 신장과도한 로프 신장9.9.9.9.

과부하나 꼬임로프가 풀리는 경우o

로프 한쪽면의 과대 마모 또는 와이어로프 한쪽면의 과대 마모 또는 와이어로프 한쪽면의 과대 마모 또는 와이어로프 한쪽면의 과대 마모 또는 와이어10.10.10.10.

단선단선단선단선

부적절한 설비 즉 손상된 드럼o (DRUM)

이나 시이브를 사용할 경우

와이어 단선이 전체적으로 발생하는 경와이어 단선이 전체적으로 발생하는 경와이어 단선이 전체적으로 발생하는 경와이어 단선이 전체적으로 발생하는 경11.11.11.11.

우우우우

순간적인 당김이나 고속의 회전으로 인o

한 과도한 진동 과부하 혹은 너무 적은,

시이브를 사용할 경우

스트란다의 이탈 파손스트란다의 이탈 파손스트란다의 이탈 파손스트란다의 이탈 파손12. ,12. ,12. ,12. ,

로프 운전중의 사고나 과부하 혹은 불규o

칙한 하중이 작용할 경우에 주로 발생하

며 스트란다 각각의 꼬임 상태가 느슨할

경우에도 발생

로프의 부분적 파손로프의 부분적 파손로프의 부분적 파손로프의 부분적 파손13.13.13.13.

갑작스런 과부하 킹스 혹은 스트o , (KINK)

란다의 부분적 마모가 발생한 경우

로프의 연결 고리 부분로프의 연결 고리 부분로프의 연결 고리 부분로프의 연결 고리 부분14.14.14.14.

완전히 연속하여 이어진 로프에 비해 연o

결고리를 가지는 로프의 경우 고리부분

이나 인접 부분이 마모되기 쉬움

- 20 -

로프의 부식로프의 부식로프의 부식로프의 부식15.15.15.15.

로프에 도유 상태가 부족하거나 부식하o

기 쉬운 조건에서의 노출 사용하지 않,

는 보관상 부주의 등으로 발생

나 소선의 단선 유형.

인장단선 과하중에 의해 단선된 것으로:

파단명이 수축되어 잘록한 형태를 하고 있

다.

비틀림단선 소선이 비틀림을 받아 단선:

된 것으로 파단면이 직각으로 파단된다.

전단단선 횡충격에 의해 단선되며 파단:

면이 경사지게 파단된다.

피로단선 단면이 소선축의 직각 방향으:

로 파단되며 그 단면이 비교적 평활하다.

압착단선 소선이 압착되면 경화되어 과:

가공상태가 되어 피로단선이 쉽게 된다.

외상단선 외상을 받은 소선은 본상부위:

에 응력 집중을 일으켜 피로 단선된다.

마모단선 마모에 의해 단선된다: .

부식단선 소선표면이 요철된 상태로 표:

면이 거칠다.

수소취성단선 단선의 파단 진행이 경사:

지게 되어 있고 파단면이 거칠다.

스파크단선 단선부에 용접 불꽃 등에의:

해 일부 용해되어 있고 변색되는 것이 보

통이다.

- 21 -

다 와이어로프의 손상 유형.

스트란다가 돌출되어 마모된 형상으로 소

켓팅이나 시이징이 부적당 했을때나 킹크

및 현상에 의한 손상dogleg

국부적인 손상으로서 권취드럼 및 시이브

나 롤러 모서리에 찍혀서 손상된 형태

로프가 권취 드럼에서 로프간 겹침 및 플

랜지 모서리에 로프가 끼여 손상된 형태

평드럼 등에서 로프가 훑히거나 시이브가

괘적이난 상태로 운행된 경우 소선이 벌어

진 형태의 손상

현상으로 로프의 취급 부주의로Dogleg

인해 발생

첨심이 외층 스트란다 밖으로 돌출된 형상

으로 갑작스런 충격하중에 따른 역반발에

의해 발생되며 시이브의 홈경이 지나치게

작을 때에도 발생

- 22 -

과하중에 의한 로프의 인장파단형태

현상으로 과하중이 갑자기 제Bird caging

거될 경우 역 반발에 의해 발생하며 변형

된 스트란다는 복원이 안됨

로프가 시이브 등을 이탈하여 파단되는 것

으로 파단면이 쐐기 형태이며 파단부 근처

에 국부적으로 굴곡진 부위가 있는 것이

보통으로 소선의 파단형태는 삭상과 인장

파단 형태의 가지가 있음2

과도한 굴곡에 의한 피로단선

로프의 골 사이에서 단선된 것으로 과하중

상태에서 지나치게 작은 시이브를 사용했

을 경우 발생

로프의 편마모에 의한 손상 형태로 홈경이

큰 시이브나 평드럼의 층에서 하중을 받1

을 경우 발생

현저한 부식에 의한 손상

다층연의 현상으로 지나치게bird caging

작은 굴곡을 받거나 적은 시이브 홈경에

의해 발생

나선형의 굴곡변형으로 한가닥 로프에 스

위벨을 장착하여 충격 하중을 받을 경우

나타남

- 23 -

킹크 손상-

킹크 손상+

스트란다 돌출 손상

소선의 돌출

다층연의 내외층 스트란다 및 와 외IWRC

층 스트란다간의 치압에 의한 손상

스트란다와 스트란다간의 치압에 의한 손

상으로서 고하중 상태로 반복하중을 받았

을 때 발생하며 로프 골 사이 단선이 원인

- 24 -

제 절 소재의 자기특성 및 기계적특성 시험제 절 소재의 자기특성 및 기계적특성 시험제 절 소재의 자기특성 및 기계적특성 시험제 절 소재의 자기특성 및 기계적특성 시험2222

원소재 특성원소재 특성원소재 특성원소재 특성1.1.1.1.

본 사업 대상인 스테인리스 와이어로프에 대한 적용방법은 와전류방법으로서 소

재의 전자기적 특성과 밀접한 관련이 있다 일반적으로 알고 있는 바와 같이 스테.

인리스강은 자성을 띠지 않는다고 알려져 있다 따라서 소재는 외부 자기장에 대해.

서 결코 포화 자화값에 도달하지 않으며 정상적으로 와전류 방법에 대해서 적절하,

게 적용될 수 있는 소재라고 할 수 있다 그림 은. 2-6 Lakeshore 7410

을 이용하여 측정한 주요 소재의VSM(vibrating sample magnetometer) hysteresis

로서 일반적인 자성체의 곡선과 다르게 포화되지 않고 있음을 알 수 있다loop .

그림 및 소재의 측정 결과그림 및 소재의 측정 결과그림 및 소재의 측정 결과그림 및 소재의 측정 결과2-6. SUS304 316 hysteresis loop2-6. SUS304 316 hysteresis loop2-6. SUS304 316 hysteresis loop2-6. SUS304 316 hysteresis loop

- 25 -

또한 각각의 원소재는 원소재 공급업체로부터 각 소재에 대한

를 공급받고 화학성분 및 주요 기계적 특성값을 확인하여inspection-certificate , ,

의 충족 요구조건을 만족하는지를 파악하여야 한다 주 샤인에서 생specification . ( )

산하는 와이어로프 주요 원소재의 화학성분은 다음 표 과 같다2-3 .

표 주 샤인 와이어로프 원소재의 화학 성분2-3. ( )

- 26 -

그림 의 예그림 의 예그림 의 예그림 의 예2-7. Inspection-Certificate form2-7. Inspection-Certificate form2-7. Inspection-Certificate form2-7. Inspection-Certificate form

- 27 -

기계적 특성 시험기계적 특성 시험기계적 특성 시험기계적 특성 시험2.2.2.2.

와이어로프에서 요구되는 가장 중요한 특성값은 강도이다 사용 용도상 기계적특.

성 값이 가장 중요하게 요구되고 시험을 수행하여 결함의 유무를 확인 평가하는, ,

목적도 요구되는 기계적특성값을 확인하기 위한 과정이다 따라서 각각의 상태에.

대한 인장값을 파악하는 것은 기본적으로 중요하며 앞서 설명한 대비시험편별 기,

계적특성값을 측정하는 것은 평가시 중요하게 활용할 수 있다는데 큰 의미가 있다.

일반적으로 기계적특성값을 측정할 시 그 오차값을 고려하여 다수개의 샘플을 준

비하여 그 평균값을 활용하며 본 측정에서도 각각 대비결함에 대해서 시험편을, 3

개식 준비하여 측정을 수행하였다.

측정을 수행하기 위하여 별도의 지그를 제작하였고 정확한 측정을 위해서 지그,

고정점에서 풀림이 일어나지 않도록 하였다 다음 그림 은 인장시험시 와이어로. 2-8

프의 순차적인 파단과정과 파단에 이른 최종의 결과를 볼 수 있고 사용된 특수 지,

그의 모습을 볼 수 있다 본 시험에 사용된 인장시험기의 사양은 다음과 같았다. .

ㆍㆍㆍㆍ제작사 Zwick / Materialprufung - Germany

ㆍㆍㆍㆍWark No 120674

ㆍㆍㆍㆍZwick Invoice No 313922

ㆍㆍㆍㆍModel Universal Testing Machine

ㆍㆍㆍㆍPower Max 50kN

ㆍㆍㆍㆍStroke Max 1,200mm

그리고 시험을 통해서 측정된 인장시험값의 분석결과는 그림 에 나타낸 바와2-9

같다 이 값은 와이어로프의 상태평가시 실 대비시험편으로부터의 신호크기와 조합.

하여 기준값으로 활용할 수 있을 것이다.

- 28 -

그림 인장시험시의 파단과정그림 인장시험시의 파단과정그림 인장시험시의 파단과정그림 인장시험시의 파단과정2-8.2-8.2-8.2-8.

- 29 -

그림 대비시험편에 대한 인장시험 결과그림 대비시험편에 대한 인장시험 결과그림 대비시험편에 대한 인장시험 결과그림 대비시험편에 대한 인장시험 결과2-9.2-9.2-9.2-9.

- 30 -

제 절 측정방법의 검토 및 적용모델제 절 측정방법의 검토 및 적용모델제 절 측정방법의 검토 및 적용모델제 절 측정방법의 검토 및 적용모델3333

본 사업 대상인 스테인리스 와이어로프에 대한 적용방법은 와전류방법으로서 소

재의 전자기 특성과 밀접한 관련이 있다 와류탐상 검사는 도체에 와전류를 발생시.

켜 재료의 여러 가지 특성을 검사하는 방법으로서 와전류탐상 검사 또는 전자 유,

도 검사라고 불리운다 와류탐상검사법은 철강 비철금속 그리고 흑연 등의 전도체. ,

에 적용할 수 있으며 유리 프라스틱 등의 전기적 불량도체에는 적용할 수 없다, , .

와전류 탐 상 검사의 종류는 와전류 또는 맴돌이 전류 에 영향을 주는 재료의 성( )

질에 따라 다음과 같이 나누어져 있다.

탐상검사 결함의 검출1) :

재질검사 금속의 합금성분 열처리상태 판별 재질의 차이 검출2) : , ,

크기검사 크기 도막두께 도체와의 거리 변화 측정3) : , ,

형상검사 형상변화의 판별4) :

다음 표 는 와전류탐상 검사의 종류 및 적용대상 등을 나타낸 것이다2-4 .

표 와류탐상검사의 종류2-4.

종류 용도( ) 영향인자 적용대상

탐상시험 불연속부 결함( )그래파이트 철강, ,

비철금속

관 선 봉 판 등의, , ,

표면 및 표면하의 결

함

재질시험전도율 변화 비철금속 화학성분 열처리등,

투자율 변화 철강 열처리 화학성분등,

막두께 시험

도체ㆍㆍㆍㆍ코일간 거리

변화(lift-off)

금속위의 비전도성

막

알루마이트(alumite),

페인트 등

금속관 두께 철강ㆍㆍㆍㆍ비철 판 막 두께 측정( )

치수 시험 금속치수ㆍㆍㆍㆍ형상 철강ㆍㆍㆍㆍ비철 형상 치수,

기타 로 응용sensor전도율 투자율, ,

lift-off

금속검지기 액면검출 응접온도검출 근접, , ,

스위치 액체금속부 검출,

- 31 -

와전류란 교류자장에 의해 전도체 안에 유도된 원형의 전류로 정의된다 즉 코일. ,

에 교류를 적용시키고 이 코일을 전도체 표면에 위치시키면 코일의 자장이 전도체

안에 와전류를 유도하게 된다.

또한 코일안에 전도체를 위치시키거나 전도체 안에 코일을 위치시켜도 와전류를 얻

을 수 있으며 주의할 것은 전도체가 외부 회로와 연결되지 않는다는 것이다 시험, .

코일 안에 전도체를 위치시키면 코일의 자장이 전도체에 전류를 유도한다 이 전류.

는 연속적인 원형 궤도를 그리며 흐르고 코일의 자장 교류로 교번된다, .

전도체 안의 와전류는 시험 코일에서 발생하는 자장과는 반대되는 방향의 아주

미약한 자장을 만들며 이 두 종류의 자장은 와전류 시험 코일 임피던스에 변화를,

일으키는 상호작용을 한다 또한 그러한 변화는 지시계에 나타난다 다시 말해서. . ,

시험 코일이 결함 위를 통과하거나 재질의 차이가 있을 때 와전류에 의해 발생되는

자장의 변화가 와전류의 흐름을 변하게 하고 결국 코일 임피던스도 변화한다 여기, .

서 우리가 알 수 있는 것은 와전류 자장은 코일의 자장과 반대이며 반대량은 전도,

체와 와전류간에 의거한다 다음 그림 은 와전류의 발생과 자장의 방향 및 결. 2-10

함에 의한 와전류 흐름의 변화를 나타낸 것이다.

그림 시험코일의 자장과 와전류그림 시험코일의 자장과 와전류그림 시험코일의 자장과 와전류그림 시험코일의 자장과 와전류2-10.2-10.2-10.2-10.

- 32 -

단순히 와전류탐상 체계를 살펴보면 와류발생기 시험코일 및 지시계, (generator),

로 구성되어 있으며 발생기는 자장을 발생시키는 시험코일에 교류를 제공한다 시, .

험 코일에서 발생된 이 자장이 시험편으로 와전류를 유도한다 또한 지시계는 어떻.

게 와전류에 영향을 주는가를 알려준다.

와전류검사방법에 있어서 대상품은 결함등과 같은 와전류를 저해하는 불연속 부

분이 있어 와전류의 강도와 분포가 변화한다 이로 인해서 와전류에 의한 균열등의.

결함을 검출할 수 있다 그러나 와전류의 방향에 있는 적은 결함은 와전류의 흐름.

을 흐트러트리는 것이 적어 큰 결함에 비하여 검출하기 어렵다.

와전류의 변화는 검사품의 결함에 의해서만 일어나는 것이 아니며 검사품의 투자

율 전도율 등의 재질변화 검사품의 형상변화 검사품과 코일의 거리 상대 위치의, , , ,

변화 등에 의해서도 발생된다 따라서 이것들을 적극적으로 이용하면 재질 판별이.

나 크기를 계획하는 것도 가능하다 그 반면 탐상을 목적으로 할 때에는 결함으로.

인해 신호에 방해인자가 들어가 잡음으로 중첩해 오기 때문에 그의 분리가 실용상

중요한 과제가 되고 있다 이와 같이 방해인자가 탐상상에 중첩했을 때 이것을 의.

사지시라고 부른다 비파괴검사법은 어느것을 시행하더라도 많던 적던 의사지시를.

나타낼 가능성이 있다 그 중에서도 와전류 검사법은 특히 그 위험성이 크기 때문.

에 주의해야 한다.

따라서 검사에 들어가기 전에 이와 같은 방해인자를 가능한 한 제거하는 것이,

제일 중요하다 그래도 남아있는 것은 검사 장치의 기능에 의해서 어느 정도는 제.

거시킬 수 있다 그러나 이러한 단점을 잘 극복해서 널리 활용하고 있다는 것은 와.

전류 검사법의 유용성 때문인 것이다 [4].

와이어로프의 경우는 에 검사방법에 대해서 잘Ferromagnetic steel ASTM E1571

규정되어 있다 그러나 현재까지 스테인리스 와이어로프의 경우에 대한 규정이[5].

나 규격 그리고 규격화된 관련 검사장비는 알려

- 33 -

져 있지 않다 또한 사용중의 와이어로프가 주 대상이며 생산공정상에서의 결함발. ,

생을 모니터링하는 것은 관심밖의 일이었다 따라서 을 참고로 방법론. ASTM E1571

을 도출하는 것을 기본으로 하고 와이어로프의 검사 자료들을, ferromagnetic steel

참고하였다.

전형적인 검사 배치는 다음 그림 과 같다 결함의 정의와 분류는 신호의 주2-11 .

관적인 해석에 많이 의존한다 일반적으로 초기 로프의 상태에서 얻어진 신호와 사.

용 중의 로프에서 얻어진 신호를 비교함으로서 평가에 참고하는 것이 최적의 방법

이다 와이어로프상의 전형적인 결함 유형으로 와 의 궤적은 그림 에. LMA LF 2-12

보여지는 바와 같다.

그림 측정의 기본 원리그림 측정의 기본 원리그림 측정의 기본 원리그림 측정의 기본 원리2-11.2-11.2-11.2-11.

그림 전형적인 위 와 의 신호 유형그림 전형적인 위 와 의 신호 유형그림 전형적인 위 와 의 신호 유형그림 전형적인 위 와 의 신호 유형2-12. LMA( ) LF2-12. LMA( ) LF2-12. LMA( ) LF2-12. LMA( ) LF

- 34 -

와전류는 검사대상체에 있어서 균일하게 분포되지는 않는다 전형적으로 코일이.

있는 직하에서 밀도가 가장 높고 검사 대상체의 표면으로부터의 깊이에 따라서 밀,

도가 감소하게 된다 따라서 표면으로부터의 일정 깊이 이하에서는 전류의 흐름이.

전혀 존재하지 않게 된다 다음 그림 은 재료에서 와전류의 분포를 보여준다. 2-13 .

물론 이러한 상황은 재료에 따라 다소 다르게 나타난다 침투깊이는 재료의 전도성, .

과 투자율에 따라 다른데 전도성이 높을수록 투과깊이는 감소하고 마찬가지로 투,

자율이 높을수록 투과깊이는 감소한다.

표준 투과깊이는 와전류 밀도가 표면의 되는 지점으로 정의된다 그림37% . 2-14

는 스테인리스강을 포함한 몇몇 재료의 주파수에 따른 투과깊이를 보여준다.

그림 와전류 밀도의 변화그림 와전류 밀도의 변화그림 와전류 밀도의 변화그림 와전류 밀도의 변화2-13.2-13.2-13.2-13.

- 35 -

그림 주파수에 따른 재료별 표준 투과깊이그림 주파수에 따른 재료별 표준 투과깊이그림 주파수에 따른 재료별 표준 투과깊이그림 주파수에 따른 재료별 표준 투과깊이2-14.2-14.2-14.2-14.

만약 침투깊이가 시험재의 두께를 초과한다면 와전류 경로에 있어서 왜곡이 일,

어나게 된다 정상적으로 시험재는 표준 투과깊이의 배의 두께가 되도록 해야만. 2-3

한다 그러나 본 사업의 시험대상체인 형의 와이어로프의 경우에는 다소 다른. twist

고려를 해야 하며 무엇보다도 직접적인 시험을 통해서 가능한 결과를 얻는 것이,

최적이다.

결함과 관련하여서는 먼저 의 일반적인 경우는 와이어의 단선 이다 이LF (break) .

것을 검출하는 것은 장비의 에 따라 다른데 주요한 문제는 내부"spatial sensitivity"

에서 발생된 단선이다 대부분의 장비에서 로프 주위의 과이어 단선에 대한 분포.

지시를 주지는 못하는데 육안검사에 의해서 그러한 단점을 보완할 수는 있다.

의 측정과 관련하여서는 단면적의 감소를 예로 들 수 있고 와이어로프를 지LMA ,

나가는 전체 플럭스의 변화 측정을 통해서 결함여부를 판단할 수 있다 비파괴평가.

와 관련하여 의 측정에 관한 다양한 기법들이 제시되어져 왔다 이 기법들과LMA .

관련하여 가장 중요한 차이는 면적 변화의 차이를 정확하게 제시하여 줄 수 있는

문턱길이(threshold

- 36 -

와 관련한 것이다 이 문턱길이는 최소 에서 까지 다양하게 제length) . 10mm 750mm

시되어져 있다 앞서의 그림 에서 보면 센서들이 결함을 검출할 수. 2-12 LMA LF

있다는 것을 알 수 있다 그러나 결함 사이의 충분히 길어지면 문턱길. LF air gap (

이는 사용되는 장비에 따라 다르다 의 값은 감쇠되어질 것이다 면적감소신호) LMA .

는 플럭스 밀도의 변화에 따라 달라지는데 따라서 신호는 로프 인장에 따라LMA

변해질 수 있다 이러한 상황에서 인장의 변화는 신호의 허용치에 고려되어야 하는.

항목이다.

그리고 일반적으로 고려되어야 할 중요한 하나의 문제는 실 결함시편을 적용하여

얻은 데이터를 교정값으로 사용하지는 않는다는 것이다 이것은 대부분의 비파괴평.

가에서도 동일한 상황으로 표준값을 얻기 위해서 인공적으로 가공한 대비시험편을

이용하여 검출에 필요한 신호를 취득하고 표준값으로 사용한다 따라서 실제의 상.

황과는 다소 다른 결과가 얻어지고 이러한 결과로 감도에도 실제와 차이가, LMA

있음을 고려하고 있어야 한다.

사용하는 자속발생 형태를 보면 다음과 같은 것들이 이용되고 있다, .

ㆍㆍㆍㆍ 영구자석

ㆍㆍㆍㆍ 을 이용한circumferential coil DC

ㆍㆍㆍㆍ 을 이용한circumferential coil AC

센서의 형태에 있어서는 다음과 같은 것들이 이용되고 있다.

ㆍㆍㆍㆍ circumferential coil

ㆍㆍㆍㆍ saddle coil

ㆍㆍㆍㆍ return flux coil

ㆍㆍㆍㆍ "flux gate" coil

ㆍㆍㆍㆍ 센서Hall effect

다음 그림 는 와이어로프의 검사에 적용되는 상용화 제품 으로 다양한 외2-15 [6]

경에 적용할 수 있는 센서로 구성되어 있고 레코더 기록형식,

- 37 -

으로 와이어로프내 결함의 위치 및 줌 기능 검사결과를 메모리에 저장하거(zoom) ,

나 컴퓨터에 전송할 수 있는 기능을 구비하고 있다 휴대용으로 경량이며 표. , LED

시형식으로 결함이 있는 로프와 이상이 없는 로프의 상태를 표시할 수 있다 측정.

장비와 관련하여 세부적인 그리고 주목할 만한 내용은 다음 표 을 참고, 2-5~2-11

할만 하다.

- 38 -

그림 상용화 와이어로프 테스터기의 예그림 상용화 와이어로프 테스터기의 예그림 상용화 와이어로프 테스터기의 예그림 상용화 와이어로프 테스터기의 예2-15.2-15.2-15.2-15.

- 39 -

그림 와이어로프 테스터기 센서 헤드의 예그림 와이어로프 테스터기 센서 헤드의 예그림 와이어로프 테스터기 센서 헤드의 예그림 와이어로프 테스터기 센서 헤드의 예2-16.2-16.2-16.2-16.

- 40 -

표 와이어로프 관련한 장비회사들2-5. NDT

- 41 -

표 장비업체가 제시하는 일반적인 변수들2-6. NDT

- 42 -

표 크기 및 무게 고려2-7.

- 43 -

표 레코딩 기법 기술2-8. ,

- 44 -

표 데이터처리 컴퓨터 요구사항2-9.

- 45 -

표 정밀도 및 감도2-10.

- 46 -

표 출력신호의 교정 및 해석2-11.

EqipmentEqipmentEqipmentEqipment

ManufacturerManufacturerManufacturerManufacturer

AATS

A road of known area is inserted as close to the rope surface as possible.

The instrument is calibrated in calibration mode in the software package,

which requires the user to enter values for deflection measured on the

screen and the actual area gain.

Health &

Sherwood(Nor

anda

CANMET)

Calibration and data analysis features of the software is claimed to be

extremely versatile. For detailed description refer to document by Geller &

Kitzinger(1996)

Intron Three calibration methods are suggested, all are based on ASTM E1571,

and conducted on the rope to be examined. Software(WINTROS-based on

Windows 95 98NT) is available to download test data to a PC from the

data logger, process the test data. print LMA and LF traces and prepare

reports containing compressed LMA and LF data.

Lloyds Beal "Rod" calibration used on site.

NDT

Technologies

Calibration should be performed in accordance with ASTEM E1571. The

process of calibration may be aided by use of NDT_CareTM software. A

signal enhancement algorithm is described by Weischedel(no date).

NDT_CareTM software can make the trace independent of the rope speed.

Rotesco

The appropriate calibrated value for the LMA sensitivity control for a

particular rope diameter and construction is obtained from the "calibration

table" in the Operating manual provided with the instrument(the instrument

is fully calibrated before it is shipped). The amplitude of the LF channel

would be set by the operator, so that in a good section of rope, the LF

trace would be 2-3 mm in width. A trial run using the rope to be tested

will help determine appropriate settings. The computerised model(2D)

includes software that calibrates the instrument.

Zawade NDTCalibration of the LF channels is performed by the manufacturer.

Calibration of the LMA channel may be performed with reference

specimen(supplied with the test head-a steel rod)and should be performed

just before the rope test when the rope is in the sensing head.

Real time chart recording on paper is a basic operation of the MD120.

Additionally,(or instead of this) digital data acquisition may be used by

employing a PCMCIA memory card. Data thus obtained may be copied to

a computer hard disc for processing. Browsing software is available, which

also includes a data export facility, allowing data to be exported to

software such as Microsoft Excel or Matlab.

- 47 -

제 절 와전류탐상 시험 및 평가제 절 와전류탐상 시험 및 평가제 절 와전류탐상 시험 및 평가제 절 와전류탐상 시험 및 평가4444

대비시험편 제작대비시험편 제작대비시험편 제작대비시험편 제작1.1.1.1.

모든 시험 평가 방법과 마찬가지로 비파괴시험도 최종적으로 그 결과값에 대한,

평가와 정량적인 데이터를 필요로 한다 이러한 평가와 정량적인 결과는 규격에서.

제시하는 표준시험편 또는 대비시험편 을 사용하(standard block) (reference block)

여 얻을 수 있다 일반적으로 적용 대상에 관한 규격이 있는 경우 표준시험편이 정. ,

의되어 있고 그것을 사용하도록 권고하고 있다 그러나 본 사업의 대상인 스테인리.

스 와이어로프의 경우 비파괴시험에 관련한 규격은 외국에서도 제정된 바 없다 단. ,

앞서 말한 바와 같이 ASTM E1571 "Standard Practice for electromagnetic

를 참조할 수 있는 정도이다 따라examination of ferromagnetic steel wire rope" .

서 본 사업에서는 을 참조하고ASTM E1571 , US Code of Federal Regulations 30

에 있는 와이어로프 폐기기준을 근거로 대비시험편을 제작하였다 대비시험편에 사.

용된 소재는 앞서 서술한 바와 같이 본 사에서 가장 많이 생산되는 소재SUS316L

의 87x7 와이어로프를 기준으로 하였다 또한 강도값의 변화를 측정하기 위하여 비.

파괴시험용 대비시험편 외에 인장시험을 위한 별도의 시험편을 각 제작하였3set

다 이에 근거하여 제작한 구체적인 대비시험편의 사양과 치수 그리고 제작된 시험. ,

편은 다음 표 와 같다 또한 앞서 기술한 바 있는2-12 . discontinuity length &

와 관련한 대비시험편을 참고로 제시하였다averaging length .

- 48 -

표 표준결함 신호를 얻기 위한 대비시험편 사양2-12.

시편명 형상 설명

R5 - R40와이어로프상ㆍ

에 5%, 10%, 20%,

의결함가공40%

와이어 로프ㆍ

내단선수 절단폭(

10mm)

S15 - S60스트란다 상에ㆍ

15%, 20%, 30%,

의 결함 가공60%

스트란다내단선ㆍ

수절단폭( 10mm)

D1/3 -

D2/3지름감소 및1/3ㆍ

의결함가공2/3

W6 - W24 마모를 형상화한ㆍ

6%, 12%, 18%, 24%

의결함가공

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그림그림그림그림 2-17. Discontinuity length & averaging length2-17. Discontinuity length & averaging length2-17. Discontinuity length & averaging length2-17. Discontinuity length & averaging length

- 50 -

와전류탐상 시험와전류탐상 시험와전류탐상 시험와전류탐상 시험2.2.2.2.

와이어로프를 시험 평가하는 여러 방법 가운데 재료특성상 본 사업의 스테, [7-9]

인리스 와이어로프는 와전류방법을 적용하는 것이 가장 적절하다 지금까지 기술한.

여러 내용과 최종적으로 그 결과를 적용하기 위해서 본 사업의 목적에 부합하는 결

과가 얻어져야 한다 주 샤인에서 생산되는 와이어로프의 제품 신뢰성의 향상은 이. ( )

러한 결과에 대한 보증서가 구비되어졌을때 만족될 것이다 실험실 결과 뿐만 아니.

라 생산 공정상에서의 적용가능한 결과와 그 결과를 활용하는 것이 본 사업의 주요

목적이고 최종적으로는 매출증대에 기여하는 것이다 일차적으로 대비시험편에서, .

의 결과값을 얻는 조건은 다음과 같았다.

검사 장비명 SKIMM 1500A

센서 TYPE : DRIVE-PICK/UP

ID : 17.8mm

검사 장비 주파수 : 16.7[kHz]

위치BALANCE : 0 , 8/4

위치SIGNAL : 6, 0/0

수동검사 손( )

또한 공장에서의 사업결과를 적용하기 위해서 공장 생산조건을 동일하게 구현하

여 그 결과를 검증하였다.

그림 은 앞서 설명한 대비시험편을 이용하여 각 시편별 와전류 신호를 나타2-18

낸 것으로서 그림에서 보는 바와 같이 와전류검사방법으로 기대한 결과가 얻어짐을

알 수 있다 또한 얻어진 결과를 바탕으로 현장적용시험을 계획하여 실험을 수행한. ,

모습을 그림 에 나타내었다2-19 .

- 51 -

결함이 없는 와이어로프

와이어로프상의 결함5%

와이어로프상의 결함10%

그림 결함신호 양상그림 결함신호 양상그림 결함신호 양상그림 결함신호 양상2-18.2-18.2-18.2-18.

- 52 -

와이어로프상의 결함20%

와이어로프상의 결함40%

결함이 없는 스트란다

그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속2-18. ( )2-18. ( )2-18. ( )2-18. ( )

- 53 -

스트란다상의 결함15%

스트란다상의 결함20%

스트란다상의 결함30%

그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속2-18. ( )2-18. ( )2-18. ( )2-18. ( )

- 54 -

스트란다상의 결함60%

지름감소가 없는 와이어로프

│

지름감소 결함1/3

그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속2-18. ( )2-18. ( )2-18. ( )2-18. ( )

- 55 -

지름감소 결함2/3

마모가 없는 와이어로프

와이어로프 마모 결함6%

그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속2-18. ( )2-18. ( )2-18. ( )2-18. ( )

- 56 -

와이어로프 마모 결함12%

와이어로프 마모 결함18%

와이어로프 마모 결함24%

그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속그림 결함신호 양상 계속2-18. ( )2-18. ( )2-18. ( )2-18. ( )

- 57 -

그림 현장적용시험 및 장비설치그림 현장적용시험 및 장비설치그림 현장적용시험 및 장비설치그림 현장적용시험 및 장비설치2-19.2-19.2-19.2-19.

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제 절 품질관리 시스템의 구축제 절 품질관리 시스템의 구축제 절 품질관리 시스템의 구축제 절 품질관리 시스템의 구축5555

주 샤인에서 생산하고 있는 스테인리스 와이어 스테인리스 용접용 와이어 스테( ) , ,

인리스 와이어로프 등에 대하여 화학성분 제품특성 기계적성질 등 제품의 시험 데, ,

이터 기록 비교 검색 등의 정보구축이 가능하도록 제품 품질관리 데이터베이스 구, ,

축 프로그램을 개발하였으며 품질관리 와 연계한 제품검사성적서 프로그램을, DB

개발함으로서 주 샤인의 체계적인 품질관리는 물론 제품의 신뢰성향상에 기여하였( )

다.

스테인리스 와이어 자체시험검사 신규등록 초기화면 예a)

스테인리스 와이어 자체시험검사결과 기록화면 예b)

그림 품질관리를 위한 데이터베이스 구축 프로그램그림 품질관리를 위한 데이터베이스 구축 프로그램그림 품질관리를 위한 데이터베이스 구축 프로그램그림 품질관리를 위한 데이터베이스 구축 프로그램2-20.2-20.2-20.2-20.

- 59 -

그림 품질관리 와 연계한 제품검사성적서 프로그램 출력 예그림 품질관리 와 연계한 제품검사성적서 프로그램 출력 예그림 품질관리 와 연계한 제품검사성적서 프로그램 출력 예그림 품질관리 와 연계한 제품검사성적서 프로그램 출력 예2-21. DB2-21. DB2-21. DB2-21. DB

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와이어로프 초기 화면

화학성분분석 기록

자체 시험 검사결과

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그림 와이어로프 자체시험검사그림 와이어로프 자체시험검사그림 와이어로프 자체시험검사그림 와이어로프 자체시험검사2-22.2-22.2-22.2-22.

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제 장 사업 달성도 및 기여도제 장 사업 달성도 및 기여도제 장 사업 달성도 및 기여도제 장 사업 달성도 및 기여도4444

제 절 사업 달성도제 절 사업 달성도제 절 사업 달성도제 절 사업 달성도1111

본 사업은 주 샤인에서 생산되는 스테인리스 와이어로프의 제품 신뢰성향상을( )

목적으로 전자기 방법을 이용하여 생산중 발생되는 공정결함 및 원소재 결함을

검출하는데 목적이 있다.

본 사업을 통해 적용된 방법은 비파괴평가법의 하나인 와전류탐상법으로 주( )

샤인에서 생산되는 와이어로프로 대비시험편을 제작 검출감도를 확인한 결과 시,

험편의 인공결함이 모두 만족스럽게 검출되었다 이러한 결과를 생산라인 현장에.

동일하게 적용하였고 제품의 신뢰성 향상을 목적으로 한 본래의 목표에 부합할,

수 있음을 검증하였다

관련 장비의 개발부분에 있어서는 당초 제안했던 예산이 상당부분 삭감 배정,

되어 수행되지 못하였다 그러나 본 사업결과에 적용한 장비가 자체 제작한 장비.

이고 사업 제안당시 이미 보유된 기술력으로 향후 지속과제를 통해 주 샤인에, ( )

설치할 계획이다.

제 절 사업 기여도제 절 사업 기여도제 절 사업 기여도제 절 사업 기여도2222

본 사업을 통해 수행된 결과는 주 샤인의 주 생산품인 스테인리스 와이어로프( )

의 품질보증과 관련한 부분이다 일반적으로 선진국일수록 제품의 품질보증은 반.

드시 수행되어야 하는 필수요소로 고려되고 있다 이것은 품질보증이 생산 증대.

와 일차적인 연관성이 있는 것은 아니지만 제조자의 신뢰성 및 회사 이미지 향상

에 영향을 미치고 이를 통해 매출증대에 직접적인 영향을 주기 때문이다 이러한, .

측면에서 본 사업은 주 샤인 제품의 신뢰성 향상과 매출증대 해외수출시 규격화( ) ,

된 제품보증에 기여할 수 있을 것이다.

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제 장 사업의 활용계획제 장 사업의 활용계획제 장 사업의 활용계획제 장 사업의 활용계획5555

본 사업의 결과를 생산라인에 설치하고 제품 판매시 시험결과의 품질보증서를,

발행함으로써 경제적으로는 매출증대에 기여하고 개발기술을 와이어로프 검사서,

비스 업체에 보급함으로써 제품의 사후 관리에 활용할 수 있을 것이다, .

와이어로프 생산라인에 개발된 검사 시스템의 설치-

제품 판매시 시험결과의 품질보증서 발행-

사용 중 와이어로프의 검사 서비스업체에 기술보급-

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참 고 문 헌참 고 문 헌참 고 문 헌참 고 문 헌

[1] H. R. Weischedel, The Inspection of Wire Ropes in Service: A Critical

Review, Material Evaluation, Vol. 43, No. 13, pp 1592-1605(1985).

[2] HSE: Health & Safety Executive, Offshore Technology

Report-OTO2000064: Wire Rope Non-Destructive Testing-Survey of

Instrument Manufacturers, (2000)

만호제강 와이어로프 카타로그[3] , .

이용 편저 비파괴검사의 기초 와전류탐상검사 세진사[4] , : , .

[5] ASTM E1571: Standard Practice for electromagnetic examination of

ferromagnetic steel wire rope.

[6] http://www.webmedia.pl/zndt/eng1.html.

[7] A. Haller, Wire cable testing using high resolution magnetic induction,

NDTnet, Vol.3, No. 2, (1998), http://www.ndt.net.

[8] H. R. Weischedel, Electromagnetic Wire Rope Inspection-Resolution is

Important, Material Evaluation, pp 1297-1301, (1998).

[9] O. Gronau, S. Belitsky, V. Sukhorukov, NDT of Steel Ropes with Magnetic

Flaw Detectors: Documentation and Interpretation of Test Results, 15th

WCNDT, (2000), http://www.intron.net

주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 중소기업신뢰성향상지원사업의 최1.

종보고서이다.

이 신뢰성향상지원과제의 내용을 대외적을 발표할 때에는 반드시 산업2.

자원부에서 시행한 중소기업신뢰향상지원사업의 결과임을 밝혀야 한

다.

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 중소기업이 보고서는 산업자원부에서 시행한 중소기업이 보고서는 산업자원부에서 시행한 중소기업이 보고서는 산업자원부에서 시행한 중소기업

신뢰성향상지원사업의 최종보고서이다신뢰성향상지원사업의 최종보고서이다신뢰성향상지원사업의 최종보고서이다신뢰성향상지원사업의 최종보고서이다....