중소기업신뢰성향상지원사업최종보고서 중소기업신뢰성향상지원사업최종보고서 중소기업신뢰성향상지원사업최종보고서 중소기업신뢰성향상지원사업최종보고서 전자기 방법에 의한 스테인리스 와이어로프의 전자기 방법에 의한 스테인리스 와이어로프의 전자기 방법에 의한 스테인리스 와이어로프의 전자기 방법에 의한 스테인리스 와이어로프의 자동검사 시스템 개발 자동검사 시스템 개발 자동검사 시스템 개발 자동검사 시스템 개발 on-line on-line on-line on-line 2004. 8. 31. 2004. 8. 31. 2004. 8. 31. 2004. 8. 31. 주관기관 주관기관 주관기관 주관기관 주 샤 인 주샤인 주샤인 주샤인 () () () () 위탁기관 위탁기관 위탁기관 위탁기관 한국기계연구원 한국기계연구원 한국기계연구원 한국기계연구원 산업자원부 산업자원부 산업자원부 산업자원부
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중소기업신뢰성향상지원사업최종보고서 · ASTM A492 Standard specification for stainless steel rope wire 1995 Reapproved 2000 ASTM E1571 Standard Practice for electromagnetic
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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
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
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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, .
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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.
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. ( )
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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. ( ) ( )
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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. ( ) ( )
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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.
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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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. ( )
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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
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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.
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그림 인장시험시의 파단과정그림 인장시험시의 파단과정그림 인장시험시의 파단과정그림 인장시험시의 파단과정2-8.2-8.2-8.2-8.
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그림 대비시험편에 대한 인장시험 결과그림 대비시험편에 대한 인장시험 결과그림 대비시험편에 대한 인장시험 결과그림 대비시험편에 대한 인장시험 결과2-9.2-9.2-9.2-9.
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제 절 측정방법의 검토 및 적용모델제 절 측정방법의 검토 및 적용모델제 절 측정방법의 검토 및 적용모델제 절 측정방법의 검토 및 적용모델3333
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.
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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
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[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