Ⅰ. 개 요
인류가 자연의 힘을 활용하던 시대에서는 자연의 힘이 안전을 위협하였으나, 품질의 향상을 위한 진보된 기계력이 생산공정에 이용되는 현대에서는 인간이 이용하는 인적․물적․환경적 요소가 인간의 안전을 위협하게 되었다. 이러한 여러 요인을 종합적으로 관리하지 못하면 균형의 파괴가 이루어져 국가나 기업 또는 개개인의 목표인 성취나 이윤 추구와는 반대 현상인 안전사고로 표출될 수 있다.
이와 같이 기술이 진보함에 따라 건설산업에서의 설계․시공․준공․유지․해체에 이르기까지 전과정을 통하여 발생하는 각종 안전사고의 형태는 보다 더 복잡․다양화되었다. 이는 건설 구조물의 공사․품질․유지관리상의 커다란 장해 요소로 작용하고 있다. 따라서 안전사고에 대한 예방 및 안전사고 후 대책을 수립하는 안전관리는 단순한 기술의 문제가 아니라 에너지와 안전사고의 관련성 및 시간성을 규명하고 위험요소를 파악․분석하는 과학기술의 문제로 발전하게 되었으며 종래의 전통적 관리 형태와는 큰 차이가 있다.
이러한 안전관리는 생명의 유한성․불안전성․재현 불가능성이라는 과학의 기본 이념 위에 생명과 재산의 영속적 보존을 위한 필요 원리를 연구하는 활동으로서 일반적인 학문은 종적 방향의 심도 있는 연구가 목적이라면 안전관리학은 각 분야의 학문을 횡적으로 통합․연구하는 종합적 성격의 학문이라고 표현할 수 있다.
Ⅱ. 비파괴검사(NDT)의 정의
비파괴검사는 말 그대로 파괴하지 않고 검사를 하는 것이다. 다리, 철도, 철구조물, 파이프라인 등 철강재를 이용하여 금속끼리 접합하는 경우 대부분 용접을 하고 있고, 그런 금속의 연결부에 해로운 영향을 주지 않고 각종 검사방법을 이용하여 금속연결부의 건전성을 검사를 하는 것이다. 즉, 비파괴검사(Non-Destructive Testing)란 재료나 제품의 원형과 기능을 전혀 변화시키지 않고 재료에 물리적 에너지(햇빛, 열, 방사선, 음파, 전기와 전기에너지)등을 적용하여 조직의 이상이나 결함의 존재로 인해 적용된 에너지의 성질 및 특성 등이 변하는 것을 적당한 변환자를 이용하여 이들 성질의 변화량을 측정함으로써 조직의 이상 여부나 결함의 정도를 알아내는 모든 검사를 말한다.
Ⅲ. 비파괴검사(NDT)의 종류
1. 방사선투과검사(Radiographic Testing)
방사선투과검사는 강이나 기타 재질에 대하여 방사선 및 필름을 이용하여 시험체의 내부에 존재하는 불연속(결함)을 검출하는데 적용하는 비파괴검사방법중의 하나이다. 방사선투과검사의 장점으로는 거의 모든 재질을 검사할 수 있으며 검사 결과는 필름으로 영구적으로 기록을 남길 수 있다는 것이다. 그러나 방사선투과검사는 검사비용이 많이 들고 방사선 위험 때문에 안전관리의 문제가 있으며 제품의 형상이 복잡한 경우에는 검사하기 어려운 단점이 있다.
1) 원리
진공 튜브내의 필라멘트에서 발생한 열전자가 광전압에 의해 가속되어 빠르게 이동할 때 양극 쪽의 Target에 부딪혀 X-선이 발생한다. 이 X-선이 검사재를 통과하여 필름 또는 Image Intensifier에 맺힌 화상의 흑화도 차를 식별하여 소재 내·외부의 결함 이상 유무를 평가한다. 방사선 투과검사를 수행하기 위해서는 기본적으로 방사선원, 필름, 시험체가있어야 한다. 그 원리는 방사선원의 에너지 및 시험체의 밀도와 두께에 따라 방사선의 투과량이 달라지며, 투과된 방사선원은 필름을 감광시키는데 이때 투과된 방사선량에 따라 필름의 감광 정도가 다르게 되고 이를 현상하여 필름에 나타난 밝고 어두운 정도를 비교하여 시험체 내부의 상태를 알아볼 수 있다. 일반적으로 강재의 방사선 투과검사시, 내부에 이물질이 존재하는 경우에는 이물질의 밀도가 거의(Tungsten등을 제외하고)강재의 밀도보다 작아서 이물질(불연속)부분을 투과한 방사선의 양이 강재를 투과한 선량에 비해 많기 때문에 투과사진 상에서 검게 나타나고 기공 등은 기체가 들어 있는 상태이므로 검고 둥근 형태로 나타난다.
방사선 투과검사의 주요한 목적은 시험체 내에 존재하는 불연속(결함)을 검출하는 것인데 검사 방법이 적절해야 이와 같은 검사 목적을 달성할 수 있다. 즉 방사선 투과 검사 방법의 선정시 고려해야 할 사항은 기본적으로 시험체에 따라 방사선원과 필름을 선정하여 적절한 방법으로 수행하여 투과사진의 감도를 높이고, 효율적인 검사가 되도록 해야한다.
투과사진의 감도는 방사선원의 종류, 필름의 종류, 선원-필름간 거리, 노출조건, 현상 등에 따라 영향을 받게 된다. 투과사진의 감도를 높게 하기 위한 일반적인 촬영 원칙은 방사선원의 에너지는 시험체의 재질과 두께에 따라 적절하게 선택해야 하며 선원 - 필름간 거리는 되도록 길게 하는 것이다. 또한 효율적인 검사는 촬영 기법에 따라 달라지는데, 이는 시험체의 형태, 검사조건 등에 많은 영향을 받는다.
2) 적용분야
- 자동차 부품 검사
- 항공기 소재 검사
- 주강 또는 주물 등의 소재 검사
- Pipe 용접부 검사
- 원자력 발전소의 부품 검사
- 전자 제품 등의 소재 검사
- 기타 (군수용, 식품,...) 검사
3) 구분
- ɤ-Ray : 방사성 동위원소 이용
- X-Ray : 방사선 발생 장치 이용
* 현 장 용 X-Ray : Film Type
* System X-Ray : Monitor Type
2. 초음파탐상검사(Ultrasonic Testing)
1) 원리
초음파 탐상검사란 가청 주파수 이상의 주파수를 갖는 초음파를 이용하여 소재의 내부결함을 검출하거나 두께측정에 이용하는 것으로, 탐촉자에서 발생한 초음파는 소재의 내부로 침투되어 진행하며 초음파의 경로상에 결함이 존재할 경우, 그 결함에 의해 초음파는 반사되어 되돌아오고 그 신호를 받아 초음파가 진행한 거리만큼 CRT 화면에 신호로 나타나게 된다. CRT 화면에 나타난 신호의 위치 및 크기를 읽어 그 결함이 존재하는 깊이 및 크기를 평가한다.
시험체에 초음파를 전달하여 내부에 존재하는 불연속으로부터 반사한 초음파의 에너지량, 초음파의 진행시간 등을 분석하여 불연속의 위치 및 크기를 정확히 알아내는 방법으로서, 시험체 내의 불연속 시험체의 크기 및 두께, 시험체의 균일도 및 부식 상태 등의 검사에 적용하며 이외에도 유속측정 및 콘크리트검사 등 그 적용범위가 매우 넓어지고 있다.
장점으로는 불연속의 위치를 정확히 알 수 있고, 검사결과를 즉시 알 수 있음은 물론이고 방사선과 같이 인체에 유해하지 않으며 균열과 같은 면상의 결함 검출능력이 탁월한 반면, 단점으로는 대부분의 경우 검사결과를 검사자의 검사보고서에 의존해야 하며 결함의 종류를 식별하기 어렵고 금속조직의 영향을 받기 쉽다는 점이다
2) 적용분야
- 초음파 결함 탐상
* A-Scan 방식
* B-Scan 방식
* C-Scan 방식
- 초음파 두께 측정
* Corrosion 측정
* 정밀측정 분야
- 초음파 경도 측정
- 구상화율 측정
- 표면결함, 깊이 측정
3. 자분탐상검사(Magnetic Particle Testing)
1) 원리
강자성체인 시험체를 자화시켰을때 시험체 조직의 변화 또는 결함 등이 존재하는 경우에는 이로 인하여 시험체에 형성된 자장의 연속성이 깨어져 이 부분에 누설자장이 형성된다. 이때 시험체의 표면에 자분을 산포하면 누설자장이 형성된 부위에 자분이 달라붙어 시험체 조직의 변화 또는 결함 등의 존재유무, 위치, 크기, 방향 및 범위 등을 검사할 수 있다.
자기탐상검사는 우선적으로 시험체가 자화될 수 있는 재질, 즉 강자성체 이어야 검사가 가능하며, 시험체 표면에 존재하는 결함의 검출에 적당하다. 또한 검사조건에 따라서는 시험체 표면으로부터 최대 1/4 인치 깊이에 존재하는 표면 바로 밑에 존재하는 결함도 검출가능하다. 미세한 표면균열 검출에 가장 적합하며, 시험체의 크기, 형상 등에 크게 구애됨이 없이 검사 수행이 가능하다. 단점으로는 자분탐상검사는 모든 재질에 대해 적용할 수 있는 것이 아니라 자화가 가능한 강자성체에만 국한되고, 시험체의 표면근처에 존재하는 결함만을 검출할 수 있어 내부전체의 건전성을 판별하기 위해서는 다른 검사 방법을 병행하여 수행해야 하며, 검사방법에 따라서는 전기접촉 부위에서의 아아크(arc) 발생으로 시험체가 손상될 우려가 있다.
2) 적용분야
- 자성체 금속에만 적용
- 미세한 표면균열 검출에 가장 적합
- 시험체의 크기, 형상 등에 크게 구애됨이 없이 검사 수행이 가능
4. 액체침투탐상검사(Liquid Penetrant Testing)
1) 원리
모세관의 원리를 이용하여 표면 미세 균열을 검출하는 검사방법으로 시험편 표면에 침투액을 적용시켜서 균열 등의 불연속부에 침투시킨 후 과잉의 침투제를 제거하고 현상제를 적용시켜 침투된 침투액을 추출시켜 불연속부의 위치, 크기 및 지시모양을 검사한다. 침투탐상에 적용되는 침투제는 낮은 표면장력과 높은 모세관 현상의 특성이 있어 시험체에 적용하면 표면의 불연속등에 쉽게 침투하게 된다. 이렇게 모세관현상에 의해 침투제가 침투하게 되고, 침투하지 못한 침투제를 제거한 후 현상제를 적용하면 불연속부에 들어있는 침투제가 현상제 위로 흡착되어 가시적으로 표면개구부의 위치 및 크기를 알 수 있는 방법이다. 특징으로는 검사체의 크기나 재료에 관계없이 표면에 위치한 결함을 쉽게 찾을 수 있다.
2) 적용분야
- 다공성 물질이 아닌 소재는 모두 검사가능
- 제품의 최종검사
- 수입검사, 가공중 검사
- 보수점검 등 품질관리에 이용
5. 와전류탐상검사(Eddy - current Testing)
1) 원리
유도코일에 전류가 흐르면 그 전류주위에는 자장이 형성되고 그 자장의 영향을 받아 검사재의 표면에는 자장으로부터 유도되는 와전류가 발생하게 되며 이 와전류를 2개의 감지코일로 결함의 유무 및 크기를 측정한다. 도체에 생긴 와전류의 크기 및 분포는 주파수, 도체의 전도도와 투자율, 시험체의 크기와 형상, 코일의 형상과 크기, 전류, 도체와의 거리, 균열 등의 결함에 의해 변한다. 따라서 시험체에 흐르는 와전류의 변화를 검출함으로서 시험체에 존재하는 결함의 유무, 재질등의 시험이 가능해진다.
코일의 종류에 따라 Through-type Coil (관통형) 방식, Rotating Coil (회전형) 방식 및 Inner-type Coil(내삽형) 방식으로 구분한다. 특히 발전설비나 화학장치내 열 교환기 Tube 등의 부식, 흠, 감육 등 검출에 유용한 검사법이므로 시설의 안전성 유지나 가동율 제고를 위해 주기적 검사가 필요하다.
2) 적용분야
- 항공기 및 자동차 부품의 결함 측정
- 전기 전도도, 항자력 측정
- Bar, Wire, Rail 등의 표면 결함 측정
- Pipe 내.외면의 표면 결함 검사
- 표면 경도, 경화 깊이, 강도 및 이종 재질의 선별
- 금속 및 지뢰 탐지
- 열처리 검사
6. 누설검사(Leak Testing)
1) 원리
밀봉된 물질의 누설 여부를 확인하기 위하여 행하는 시험으로 기체나 액체와 같은 유체가 시험체의 내부와 외부의 압력차에 의해 시험체의 결함을 통해 유체가 흘러틀어가거나 흘러나오는 성질을 이용하여 결함을 찾아내는 방법이다. 탱크나 고압용기의 용접부에 수밀, 유밀, 기밀 등을 검사하는데 사용된다.
2) 적용분야
- 원자로용 연료봉의 피복검사
- 증기터빈 검사
- 열교환기 검사 등
7. 음향방출검사(Acoustic Emission Testing)
재료에 외력을 가하면 전위가 움직여 어느 점에서 수립하거나 또는 쌍정변형을 일으켜 소성 변형이 일어나게 되고 더 큰 힘을 받으면 균열이 발생한다. 전자일 경우 외부로 방출되는 에너지는 작고 연속적이나 후자일 경우 변위의 개방에 의해 큰 에너지가 방출된다. 이 에너지는 주파수 범위가 50MHZ 정도의 초음파로 방출되며 이 초음파를 검출함으로서 시험체 내부의 변화를 알아내고 파괴를 예지할 수 있게 된다. 시험체에 하중을 가했을 때 처음에는 소성변형으로 진폭이 작은 연속형 음향방출이 일어나지만 균열이 발생하기 시작하면서 진폭이 큰 음향방출이 돌발적으로 일어나는데 이를 돌발형 음향방출이라고 한다. 파단이 가까워지면 진폭이 큰 음향방출이 빈번하게 일어나게 되므로 파단을 예측할 수 있게 된다.
8. 열전도를 이용한 시험(TIR)
시험체에 결함이 존재할 경우 열전도가 국부적으로 변하는 것을 눈에 보이도록해서 시험 하는 방법으로, 시험체 표면에 서리를 만들어 그것이 없어지는 모양을 보는 방법, 형광물질의 휘도가 온도에 따라 변하는 것을 이용하는 방법, 또는 특수액체를 표면에 도포해 놓고 한쪽에서 가열 또는 냉각하여 온도의 기울기가 생기게 하여 이로 인해 생긴 액체의 표면장력의 차가 눈에 보이게 하는 방법 등이 있다.
Ⅳ. 비파괴검사(NDT)의 목적
1. 신뢰성의 향상
시험체의 상태를 확인하여 위해하다고 판단되는 결함들을 미리 제거하여 수명을 연장시킬 수 있고, 안심하게 사용할 수 있게 된다.
2. 제조기술의 개량
비파괴검사의 결과를 분석, 검토하여 제조조건을 수정, 보완함으로써 제조기술의 개량을 꾀할 수 있다.
3. 원가의 절감
- 제조시 : 불량품의 조기발견으로 공수와 시간을 절약, 원가절감효과
- 사용 유지시 : 구조물의 수명예측으로 급속한 파손을 방지, 안전하고 경제적인 관리가 되어 원가 절감효과.
Ⅴ. 비파괴검사(NDT)의 현장
1. 교량·토목 검사현장
교량은 철도나 차도가 통과하는 중요한 교통로이다. 강철, 단조부품, 콘크리트 등의 구조 재에는 막대한 중량이 가해지고 적은 균열이나 뒤틀림은 큰 사고의 원인이 된다. 장기적인 안전성 체크가 필요한 건조물이다. 교량·토목 계측공사나 고층빌딩의 여러 시설의 설계 시공과 보수공사에 유효한 데이터를 제공한다. 계획에서 해체까지 질서 정연하게 이루어지고 있다.
2. 철도차량 검사현장
기차, 전철이나 모노레일 따위의 철도차량 같은 궤도에는 많은 단조부품이 사용되어지고 있다. 기차, 전철, 차륜, 브레이크 따위의 부품의 내부에 숨겨진 미세한 균열이나 표면부식은 자계를 이용했던 자분비파괴검사가 두 가지 기술로 체크된다. 또한 강도가 약해져 있는 곳을 용이하게 판별하는 것이 가능하며 사고를 미연에 방지할 수 있다.
3. 건축구조물 검사현장
고층빌딩은 대량의 철골과 콘크리트가 사용되지만 건설초부터 개개의 안전성을 계속 확인하여 구축물의 신뢰성을 높이지 않으면 안된다. 고층빌딩의 콘크리트강도, 균열 및 이완 검사를 건설시공부터 개개의 안전성을 비파괴검사로 체크하여 건축물의 안전보전성을 확인한다.
4. 항공제작·정비 검사현장
항공기 등에 사용되어지는 알루미늄합금과 세라믹제품의 균열을 탐지하여 안전성을 체크하며 항공기의 날개나 동체에는 항상 걸려 있는 큰 응력을 초음파, 자기, 침투, 와전류를 이용한 비파괴검사가 필요하다.
5. 조선(선박)제조 검사현장
선박은 철판과 철골의 집합체이다. 용접이나 리벳으로서 다양한 부품이 만들어지고 거대한 구조물(선박)이 되어진다. 그 접합부분의 확실함은 외견상으로는 판단할 수 없다. 방사선이나 초음파, 자기를 응용한 비파괴검사에 의한 신뢰성 체크가 필요하다.
Ⅵ. 비파괴검사(NDT)의 전망
국가적으로 사회간접자본의 투자는 계속되는 반면에 유지, 보수, 관리소홀로 인해 많은 사고들이 발생하였다. 그 대책으로 항공기, 철도, 선박, 교통, 대형빌딩 등은 정기적으로 안전도 검사를 통해 사전에 사고를 방지하고자 각종 검사를 한다. 전문검사기관에서는 비파괴검사 기사와 기능사를 고용하는 것이 의무사항이고 '에너지 이용 합리화 법안'에서도 열사용기자재 검사 시에도 비파괴검사 기사 및 기능사를 고용하도록 되어 있다. 산업재해에 대한 경각심이 높아지면서 비파괴검사 요원을 필요로 하는 분야가 전반적으로 확산되는 추세이다. 산업재해에 대한 경각심이 높아지면서 비파괴검사 요원을 필요로 하는 분야가 전반적으로 확산되는 추세이다.
비파괴업무에 종사하는 사람은 사람의 신체를 검사하는 의사와도 같기 때문에 '산업계의 의사'라는 별명으로 불리어지고 있다. 건교부는 삼풍백화점 붕괴사고를 계기로 시설물의 안전관리를 체계적으로 시행하고자 미비된 검사규정을 개정(1995년 1월 5일 법률 4922호 제정), 선진국과 같은 처리기준을 마련하고 있어 이 분야에 관심을 가지고 있는 사람은 전문 직업인으로 자리를 잡을 것으로 예상된다.
비파괴검사방법의 비교