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화력 발전소 배관 재료 금속 구조의 고화질 관찰


레이저 현미경을 통한 마이크론 크기 형체 계측

화력 발전소
화력 발전소

애플리케이션

화력 발전의 효율은 소재 기술의 발전과 함께 발달을 거듭했습니다. 화력 발전소는 고온, 고압의 증기를 생성한 후 이 증기를 사용하여 터빈을 구동합니다. 증기의 압력과 온도가 높을수록 출력이 더 높아집니다. 이러한 발전소의 대표적인 예가 증기 터빈의 입구 온도가 600°C 가까이 되는 초초임계압(USC) 발전소로, 해당 발전소는 기존 발전소 대비 높은 발전 효율을 자랑합니다. USC 발전소에 사용되는 배관은 고크롬강(9Cr강 등)으로, 발전소 운영에 사용되는 극한의 압력과 온도에 맞춰 설계되었습니다. 증기는 용접부 부근의 배관에서 누출되기 때문에 정기적으로 점검해야 합니다. 발전소 장비 테스트는 비파괴 테스트를 선호하기 때문에 배관 내 결함 검사 시 초음파 위상 어레이 테스트가 선호됩니다. 그러나 배관의 외부 표면에서 특정 거리는 초음파가 감쇠하는 데드존이기 때문에 결함 감지가 어렵습니다. 구멍 형성 및 미세 금속 구조물(아입자)의 성장이 배관 내외부에서 동시에 일어난다는 것이 확인되었으며, 이로 인해 주변 용접부의 손상도 계속 진행됩니다. 이 문제를 해결하기 위해 SUMP 방식이라 불리는 비파괴 테스트 기술이 개발되었습니다. SUMP 방식은 투명 필름을 배관의 외부면에 부착하여 미세 금속 구조물의 표면 이미지를 생성합니다. 이후 이 필름을 현미경으로 관찰합니다. 이 방식이 가진 문제점 중 하나는 대부분의 현미경이 μm 수준의 직경 φ 을 가진 작은 입자 경계를 관찰할 수 있는 정도의 배율을 제공하지 않는다는 점과, 균일하지 않은 샘플 이미지는 완전한 초점을 설정할 수 없다는 점입니다.

Olympus 솔루션

Olympus' LEXT 3D 레이저 스캐닝 현미경은 초점 위치를 변경할 때만 초점 시야의 반사광을 캡처하며, 확장 포커스 이미지(EFI)를 생성하여 초점이 맞지 않는 선명하지 않은 이미지를 제거합니다. 광학 현미경의 해상력은 일반적으로 계측 조명의 파장과 대물 렌즈의 개구수에 따라 정의되며, LEXT 현미경은 405nm 파장의 광원을 사용합니다. 이 파장을 사용하면 표준 광학 현미경보다 높은 해상력을 얻을 수 있습니다. 컨포칼 광학 시스템과 조합하는 것으로 현미경의 해상력은 약 20% 더 향상됩니다. 높은 민감도의 광전자 배전관이 장착된 LEXT 현미경은 약한 표면 반사율을 가진 샘플의 반사광도 정확하게 캡처합니다.

이러한 기능들을 통해 사용자는 위에서 설명한 투명 필름과 같이 기복이 있고 반사율이 낮은 샘플이라도 초점이 맞춰진 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다. 현미경의 20, 50, 100X 대물 렌즈는 높은 개구수를 가지고 있고 현미경의 405nm 레이저 성능을 최대로 활용할 수 있도록 최적화되었습니다. 광학 확대/축소와 조합하는 것으로 현미경은 최대 17000x 배율을 얻을 수 있으며, 이를 통해 작은 금속 입자 경계에 대한 선명한 고해상도 이미지를 획득할 수 있습니다. 이 이미지들은 용접부 주변에 구멍이 형성되었는지 여부와 아입자 크기 변화를 관찰할 때 유용합니다.

<샘플 제공>
Electric Power Development Co., Ltd.

<참고 자료>
* "Materials for Ultra Super Critical Thermal Power Plants and the Problem" by Kazuo Nanba, Electric Power Development Co., Ltd. IPEJ Journal Vol.26 No.6
* "Non-destructive Creep Damage Evaluation through Subgrain Size Measurement of High Chromium Steel Weldment" by Kazuo Nanba, Electric Power Development Co., Ltd. The Thermal and Nuclear Power Journal Vol. 66 No. 8

이미지

(1) 표준 현미경 이미지 (2) 확장 포커스 이미지(EFI) 기능을 통한 초점이 맞지 않는 이미지 제거 (3) 405nm 광원 및 컨포칼 광학 시스템을 통해 얻은 이미지

Thermal power generation_ob100_3D_standard

Thermal power generation_ob100_3D_extended focal

Thermal power generation_ob100_3D_confocal

Olympus IMS

이 애플리케이션에 사용되는 제품

LEXT™ OLS5100 레이저 스캐닝 현미경은 뛰어난 정확도와 광학 성능을 스마트 도구와 결합하여 시스템을 간편하게 사용할 수 있도록 합니다. 미크론 단위 미만 수준에서도 형상과 표면 거칠기를 정확하게 측정하는 작업은 신속하고 효율적이어서 워크플로를 단순화하고 신뢰할 수 있는 고품질 데이터를 제공합니다.

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