ABS의 초음파 스캐닝 기술로 선박 선체 검사의 안전성 향상

ABS 그룹이 복합 재료용 초음파 스캐닝 기술을 목표로 삼고 있는 시장 중 하나는 표면에서 볼 수 없는 손상이나 결함을 평가할 수 있는 보트 수리 산업입니다. (이미지 :게티 이미지)

160년 전 바다의 생명과 재산을 보호하기 위해 비영리 미국선급협회(ABS)가 설립되었을 당시 조선업체에는 유리섬유를 선택할 수 있는 옵션이 없었습니다. 다행스럽게도 해양 선박의 안전을 더 잘 보장하는 데 도움이 되는 기술도 그 기간 동안 큰 발전을 이루었습니다. 부분적으로는 인간이 우주 여행 종이 되었기 때문입니다.

위험 관리 솔루션을 제공하고 요트 및 어선과 같은 소형 선박으로 해양 기술 서비스를 확장하는 ABS 자회사인 텍사스주 스프링 소재 ABS Group of Companies Inc.는 이제 NASA의 Orion 우주선의 열 차폐물을 검사하기 위해 개발된 기술을 채택하고 고급 복합 재료로 만든 선박 선체를 평가하기 위해 이를 제공하고 있습니다.

오리온 우주선의 열 차폐물에 있는 에폭시 수지인 Avcoat 블록에 대한 원시 초음파 스캔은 유용한 정보를 거의 제공하지 않습니다(위). 그러나 Aerospace Corporation이 NASA를 위해 개발한 광범위한 신호 처리 기능은 결합 누락 및 "접합 해제 키스"(표면이 만나지만 서로 결합되지 않은 지점(아래))와 같은 결함을 감지할 수 있습니다. (이미지 :NASA)

길이가 175피트 이상인 선박에는 금속 선체의 강도가 필요합니다. 금속은 소리를 쉽게 전달하기 때문에 고주파 소리를 재료에 보내고 장치로 반환되는 에코의 불규칙성을 발견하여 손상을 감지하는 전통적인 초음파 스캐닝을 사용하여 검사할 수 있습니다. 더 작은 선박은 종종 유리 섬유, 에폭시 수지 또는 탄소 섬유 층으로 만들어진 복합 선체를 사용하여 무게를 줄일 수 있지만 이러한 재료는 소리를 흡수하고 약화시키기 때문에 초음파 기술로 평가하기가 훨씬 어렵습니다.

ABS 그룹의 자산 무결성 관리 이사인 Nick Obando는 "우리는 비금속 재료의 결함을 탐지하는 능력이 이미 더욱 발전된 산업을 살펴보았는데 항공우주 산업이 실제로 이 분야를 선도하고 있습니다."라고 말했습니다.

복합 재료를 통해 제공되는 중량 절감과 안전을 보장하기 위한 신뢰할 수 있는 검사는 NASA 및 기타 우주선 설계자의 최우선 순위 중 하나입니다. 따라서 우주국이 Orion 모듈의 열 차폐를 위한 새로운 구성 방법을 선택했을 때 엔지니어에게는 무결성을 보장하는 데 도움이 될 수 있는 검사 기술이 필요했습니다. 결국 그들은 비영리 R&D 회사인 Aerospace Corporation에 의뢰하여 복합재 검사를 위한 새로운 초음파 기술을 개발하게 되었습니다. 이 기술은 ABS 그룹과 ABS 그룹의 더 작고 가벼운 고객의 요구 사항에도 부합하는 것으로 나타났습니다.

복합 재료 검사를 위한 잠재적인 시장 중 하나는 손상된 복합 재료 압력 용기가 위험을 초래할 수 있는 해양 플랫폼이며, 복합 재료의 무결성을 테스트할 수 있는 방법이 있다면 복합 재료는 파이프와 상부 구조를 더 잘 수리할 수 있습니다. (이미지 :게티 이미지)

오리온은 앞으로 몇 년 안에 NASA의 아르테미스 임무에 따라 우주비행사를 달까지 데려다줄 우주선입니다. 그것의 열 차폐는 지구 대기를 통해 최대 5,000 °F의 온도를 생성하므로 돌아올 때 그것을 보호합니다. 이 쉴드는 원래 이전에 Apollo 캡슐의 열 쉴드에 사용되었던 경량 에폭시 수지인 Avcoat를 벌집 구조의 셀에 주입하여 만들어질 예정이었습니다. 그러나 테스트 쉴드를 제작할 때 일부 이음새에 균열이 생겼기 때문에 NASA와 계약자 록히드 마틴은 Avcoat 블록을 쉴드 베이스에 직접 접착하기로 결정했습니다.

버지니아주 햄튼에 있는 NASA의 Langley 연구 센터에 있는 NASA 엔지니어링 및 안전 센터의 비파괴 평가 기술 펠로우인 William Prosser는 "그렇게 함으로써 그들은 접착 라인이 이제 중요해지는 상황을 만들었습니다"라고 말했습니다. "그리고 접착력이 Avcoat 소재의 강도보다 더 크기 때문에 테스트할 좋은 방법이 없었기 때문에 셔틀 타일에서 했던 것처럼 인장 테스트를 할 수도 없었습니다."

엔지니어링 및 안전 센터는 NASA를 넘어 항공우주공사의 재료 가공 부서 이사인 Shant Kenderian과 회사의 비파괴 평가 연구소를 포함하여 전문가 네트워크를 유지하고 있습니다.

Prosser가 2015년에 Kenderian에 연락했을 때 Aerospace Corporation은 이미 문제를 해결할 수 있는 기술을 손에 쥐고 있었습니다. 최근 고용된 Toby Case는 대학원생 시절 개발한 고급 스캐닝 기술을 가져왔고 팀은 이 기술이 열 차폐 샘플에 대해 간단한 부분 검사를 수행할 수 있음을 시연했습니다. "그러나 생산 규모의 대규모 스캔을 수행하는 것은 완전히 다른 수준의 견고성입니다."라고 Kenderian은 말했습니다.

케네디 우주 센터의 기술자들은 Orion 승무원 모듈의 열 차폐물에 경량 에폭시 수지인 Avcoat 블록을 적용하는 작업을 마쳤습니다. 블록과 실드의 결합을 조사하기 위해 NASA는 소리에 대한 저항에도 불구하고 재료 내부 또는 아래에서 결함을 찾아낼 수 있는 초음파 센서를 개발하기 위해 Aerospace Corporation에 의뢰했습니다. (이미지 :NASA)

그 후 사용자가 넓은 영역의 복합 재료를 손으로 스캔하고 표면 아래의 손상이나 결함에 대한 명확한 이미지를 얻을 수 있을 때까지 초점 및 신호 처리 기술, 심지어 하드웨어까지 개선하는 데 2년이 걸렸습니다. Kenderian은 "우리가 적용한 모든 신호 처리 트릭 또는 단계는 신호가 명확해질 때까지 점점 더 향상되었습니다."라고 말했습니다. “그 정도 수준의 개발은 모두 NASA의 자금 지원으로 이뤄졌습니다.”

NASA와 Lockheed Martin 엔지니어들도 특히 기술을 테스트하고 검증할 때가 되었을 때 이러한 노력에 참여했습니다. Prosser는 "그리고 우리는 이를 검사관이 케네디 우주 센터의 실제 비행 하드웨어에서 사용할 수 있는 시스템으로 실제로 변환해야 했습니다."라고 말했습니다. "그리고 그것은 또 다른 중요한 활동이었습니다."

Aerospace Corporation은 2019년 말에 이 기술에 대한 특허를 받았으며 얼마 지나지 않아 ABS 그룹이 전화를 걸어 2021년 초에 기술을 라이센스하고 이듬해에 상용 서비스로 전환했습니다. “그래서 제가 아는 한, 우리는 해양 산업을 위한 비금속 복합재의 두께를 통해 평가할 수 있는 진정한 능력을 최초로 확보한 것입니다.”라고 Obando는 말했습니다.

그는 회사가 품질 보증을 위해 이 기술을 사용할 수 있는 제조업체와 소매업체, 손상이나 결함을 평가해야 하는 수리점이라는 세 가지 주요 유형의 사용자를 목표로 삼고 있다고 말했습니다. Obando는 “제작 및 제작 후 자산의 무결성에 대한 더 나은 보증을 통해 관련된 모든 당사자를 보호하려고 노력하고 있습니다.”라고 말했습니다. 제조업체나 리셀러는 품질을 더 잘 보장할 수 있고, 고객은 구매에 대해 더 큰 믿음을 가질 수 있습니다. 그는 또한 보험사가 이러한 철저한 검사를 활용할 수 있다고 언급했습니다.

그러나 그는 회사가 보트 산업과 그 이상을 채울 수 있는 다른 틈새 시장을 찾기 위해 여전히 노력하고 있다고 말했습니다. Obando는 "우리는 이 기술에 대해 매우 기대하고 있습니다."라고 말했습니다. "이제 고객에게 '이것이 도움이 될 수 있을 것 같습니다. 이 업계에서 실제로 서비스가 부족한 곳에서 이 사용 사례가 어디에 있는지 보여주실 수 있습니까?'라고 말하도록 고객에게 전달하는 것이 중요합니다."

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