비파괴 시험의 종류와 방법

<STYLE>P{margin-top:2px;margin-bottom:2px;}</STYLE> 방사선투과(RT) 방사선투과시험은 시험체에 같은 강도의 방사선을 조사하여 투과시킨 다음 이것을 X선필름이나 형광판으로 받아서 가시상을 만들어 결함이나 내부구조 등을 조사하는 시험방법이다. 직접 필름에 감광시킨 직접촬영법이 작은 결함을 검출하는데 우수하고 필름으로 기록하여 보존할 수 있으며 결함의 형상, 크기, 위치를 직관적으로 관찰가능한 잇점이 있기 때문에 널리 이용되고 있다. 투시법은 형광판의 휘도를 수 천배 증배시키는 형광증배판과 T.V시스템을 조합한 검사시스템이 있지만 여기서는 설명을 생략한다. 방사선투과시험은 비파괴시험방법 중에서 내부결함을 2차원의 투영상으로 검출하여 X선필름 등에 그대로 기록하는 방법으로 객관성과 기록성이 우수하므로 널리 이용되고 있다. 방사선투과시험은 결함중에서도 Blow hole , Slag Inclusion, 개재물, 용입불량 등과 같이 방사선의 두께방향에 대한 두께차가 생기는 결함 즉 구상으로 된 결함은 작은 결함까지도 비교적 잘 검출되지만 균열 등과 같이 어느정도의 면적을 가지고 있더라도 두께가 얇은 결함은 균열면에 평행에 가까운 방향으로 방사선이 입사될 경우에는 검출이 가능하지만 15도 이상으로 기울게 입사하게 되면 두께차를 이루지 못하게 되므로 결함의 검출은 어렵다. 예를 들어 용접부의 융합불량은 이와같은 형태의 결함으로서 방사선의 조사방향이 맞지 않으면 검출되지 않는다. 그리고 방사선투과시험은 방사선이 투과되지 않으면 결함은 검출할 수 없다. 방사선은 시험체내에서 흡수되기때문에 투과에 한계가 있고 에너지가 낮을수록 투과력이 약해진다. 방사선투과시험은 그것이 가지는 특성상 압력용기, 선체, 파이프라인 및 기타 구조물의 용접부검사에 많이 이용되며 주조품검사에서도 주로 방사선투과시험을 적용한다. 단조품이나 압연품에 발생하는 결함은 결함의 성질로 볼때, 방사선투과시험의 적용이 적합하지 못하다. 시설물의 안전성을 확보하기 위한 사용중에 발생하는 결함, 즉 피로균열이나 부식균열같은 것도 방사선투과시험보다 자분탐상이나 침투탐상 및 초음파탐상법이 더 유용하다 초음파탐상(UT) 1. 음향검사와 초음파탐상 음파는 기계적인 진동이다. 사람은 예로부터 우리가 귀로 들 을수 있는 음파를 이용하여 물체내부의 상태를 외부로부터 탐 지하여 왔다. 물통을 두드려 물통속의 물의 양을 알아내거나 기차의 바퀴를 쇠망치로 두드려 보아 차륜의 이상여부를 알아 내는 음향검사방법은 오늘날까지도 사용되고 있는 가장 오래 된 비파괴검사방법중의 하나이다. 그러나 음향검사는 인간의 청각이 판단의 주체가 되므로 숙련이 필요하게 되며 신뢰도가 충분하지 못하다. 음파의 일종인 초음파를 이용한 검사방법은 그 역사가 그리 오래지 못하여 1929년 소련의 Sokolov가 수정 진동자를 이용하여 금속에 초음파를 송신하여 수신된 초음파 의 강도가 결함이 없는 부위와 비교하여 결함의 있는 부위에서는 어느정도 낮아진다는 실험을 발표하였으며 2차대전후인1942년 Firestone이 해양의 수심측정과 잠수함의 위치를 알아내는데 사용하던 음향깊이측정기 (Sonic depth finder)의 원리를 이용하여 펄스에코탐상장치를 개발함으로써 지금 우리가 사 용하고 있는 형태의 장비가 개발된 것이다. 초음파의 이용은 크게 두 가지로 분류할 수 있는데 첫번째의 이용은 초음파의 에너지 즉 기계적인 진동에너지를 직접 이용하는 초음파세척기 또는 초음파분쇄기 등으로 이용하는 방법이며 두번째의 이용은 신호처리에 필요한 만큼의 초음파 에너지를 물체에 송신시켜 물체내에서 반사되어 오는 반사에너지를 이용하여 물질의 물성을 점검하는 방법으로서 결함탐상, 두께측정, 탄성율측정 및 금속특성분석등이 있다. 최근에는 장치산업과 전자기술의 급속한 발전에 힘입어 장치가 소형, 경량화되었으며 특히 소형컴퓨터의 개발로 인하여 신호처리가 신속해지고 간단해져 초음파탐상검사의 최대의 난점인 기록성도 향상되어 가고 있으며 아울러 장치의 자동화도 급속히 개발되고 있다. 2. 초음파탐상검사의 응용과 장단점 비파괴검사방법은 비교시험법이다. 그러므로 탐상장치와 탐상기법에는 반드시 어떤 한계점이 있으 므로 이를 완전히 숙지함으로써 정확한 검사가 되도록 하여야 한다. 2.1 초음파탐상검사의 응용 초음파탐상검사는 기본적으로 기계적인 진동현상을 이용하는 것으로서 물체의 구성물질 즉 물성 파악에 적합한 방법이며 그 응용에는 다음과 같은 방법이 있다. 결함검사 두께측정 탄성율 측정 금속조직연구 피검체의 제조변수의 영향평가 2.2 초음파 탐상검사의 장점 감도가 높으므로 미세한 결함을 검출할 수 있다. 초음파의 투과능력이 크므로 수 미터 정도의 두꺼운 부분도 검사가 가능하다. 결함의 위치와 크기를 비교적 정확히 알 수 있다. 탐상결과를 즉시 알 수 있으며 자동탐상이 가능하다. 피검체의 한면에서도 검사가 가능하다. 2.2 초음파탐상검사의 단점 초음파탐상검사를 어렵게 하는 변수들은, 피검체의 크기, 피검체표면의 거칠기, 형상의 복잡함, 결함의 방향등으로 인하여 탐상이 불가능한 경우가 있다. 또한 피검체의 내부조직 즉 결정입자가 조대하거나 피검체 전체에 미세기공이나 편석, 개재물등이 있을때에는 탐상이 어렵게 되고 직접접촉법 사용시 탐촉자를 피검체위에 접촉시킬때 야기되는 문제점이 많다 자분탐상검사(MT) 1. 개요(Introduction) 철강재료 등 강자성체를 자화하게 되면 많은 자속이 발생한다. 자속은 자기의 흐름으로 나타나며 강자성체중에서 자속은 쉽게 흐르지만 비자성체중에서 자속은 흐르기 어렵다. 자속이 흐르는 길(자로)에 결함이 있으면 결함은 일반적으로 강자성체의 불연속으로서 기체, 비금속개재물 등 비자성체가 들어 있기 때문에 자속이 흐르기 어려워진다. 그러므로 자속은 결함이 가로막게 되면 자속은 결함이 있는 곳에서 결함을 피해가려는 모양으로 넓게 흐른다. 이로 인하여 얕은 표층부의 자속은 강자성체의 표면위의 공간으로 새어 나간다. 이 결함부의 공간으로 새어 나가는 자속을 결함누설자속이라 하고 강자성체중에서 결함이 있는 곳으로 흐르는 자속이 많을수록 자속을 가로막는 결함의 면적이 클수록 또 결함의 위치가 표면에 가까울수록 결함누설자속은 많아진다. 강자성체중의 자속이 공기중으로 새어나오는 곳에 N극이, 들어가는 곳에 S극이 형성되며, 이 자극의 강도는 결함누설자속이 많으수록 강해진다. 자화된 강자성체의 표면에 색깔이 있는 강자성체 미립자 즉 자분을 뿌릴 경우 강자성체의 표면에 자속을 가로 지르는 결함이 있으면 결함누설자속내에 들어간 자분은 자화되어 자극을 가지는 작은 자석이 되며 자분 서로가 얽혀 결함부의 자극에 응집, 흡착한다. 이 결함부에 응집, 흡착되어 생긴 자분의 모양은 결함자분모양이라하며 그것의 폭은 결함의 폭에 비해 아주 크게 확대되고 또 강자성체 표면의 색과 콘트라스트가 높은 색의 자분을 사용하게 되므로서 식별이 앙주 쉬워진다. 이상과 같이 강자성체의 어떤 시험체를 자화하여 자속을 흐르게 하고, 자분을 시험면에 뿌려서 결함부에 자분이 모여들어 형성된 결함자분모양을 찾아내 그것을 평가함으로써 시험체 표층부에 존재하는 결함을 검출하는 방법을 자분탐상시험(Magnetic Particle Examination)이라 한다. 2. 자분탐상시험 절차 자분탐상시험의 절차는 전처리로부터 시작하여 자화, 자분의 적용, 관찰 및 후처리 순으로 이루어 진다. 이중에서 자화, 자분의 적용 및 관찰은 자분탐상시험의 기본작업이다. 2.1 전처리 전처리는 시험체에 적당한 방향과 밀도를 가진 자속이 흐를 때 자분이 결함에 잘 공급되어 흡착되도록 하고 결함 이외에는 자분지시가 형성되지 않게 하며 또 형성된 결함지시가 잘 보이도록 자화, 자분의 적용 및 관찰을 도울 수 있게하는 자분탐상시험의 최초의 작업으로 시험체의 분해, 탈자 시험면의 청소 및 건조 등이 포함된다. 시험면의 청소는 시험면의 유지, 도료, 녹 기타 부착물을 제거하는 일이며, 이것으로 결함자분지시의 식별성을 높임과 아울러 시험면의 전극을 접촉시켜 자화전류를 통해야 할 경우 전극접촉부의 스파크 및 발열에 의한 소손을 방지할 수 있다. 2.2 자화 자화작업은 앞에서 설명한대로 시험체나 예상되는 결함에 알맞는 알맞는 자화방법, 자화전류의 종류, 자화전류량 및 탐상간격 등을 정하고 필요한 자화기기로 작업을 한다. 2.3 자분의 적용 자분의 적용은 습식법이냐 건식법이냐에 따라, 연속법이냐 잔류법이냐 따라, 적용시간, 자분의종류, 검사액의 농도 및 분산매 등을 선택하여 작업한다. 작업은 시험편 전체에 균일하게 자분의 흐름이 생기도록 조심해서 적용한다. 연속법에서는 반드시 시험면으로 자화전류가 흐르는 중에 자분을 적용해야 하며 잔류법에서는 자화전류를 중단한 다음에 자분을 적용한다. 또 시험체를 자화시킬 때부터 자분의 적용을 마칠때까지 그 사이에 강자성체를 시험면에 접촉시키지 않도록 주의해야 한다. 강자성체를 접촉시키면 접촉부에 자극이 생기며 자분을 흡착하여 자기글씨자국 이라고 하는 의사지시가 나타난다. 2.4 관찰 자분탐상시험에서 사용하는 자분이 형광자분인지 비형광자분인지에 따라 관찰방법이 다소 다르다. 그래서 비형광자분을 사용할 경우에는 시험면의 바탕색과 콘트라스트를 이루는 색으로 된 자분을 써서 결함자분지시를 눈에 띄기 쉽게 하는 것에 대해, 형광자분을 사용할 경우에는 자외선을 조사하여 자분에서 황록색 형광을 발생시켜 시험면의 바탕색과 관계없이 어두운 곳에서 밝은 형광색의 자분지시로 콘트라스트를 높여 결함자분지시를 찾아내기 쉽게 한 것이다. 따라서 형광자분을 사용할 경우에는 시험면의 색깔을 알 수 없을 정도로 시험면을 어둡게 하고 자외선등으로 강한 자외선을 조사하여 관찰하는 것에 반하여, 비형광자분을 사용할 경우에는 밝은 조명 또는 일광하에서 관찰할 필요가 있다. 관찰로 발견된 자분지시는 모두 결함으로 간주하지는 않는다. 자분지시중에는 결함에서 생긴 것과 의사지시라고하는 결함이 아닌것도 있다. 그러므로 자분지시를 발견하면 재시험을 하여 자분지시의 재현성을 조사하며, 밝은 곳에서 시험면을 잘 관찰하여 이것이 의사지시가 아닌 것을 확인해야 한다. 재료의 도중에 다른 재질이 존재하는 곳이나 단면이 급변하는 곳에 의사지시가 나타나기 쉽다. 2.5 후처리 시험후에는 필요에 따라 탈자, 자분의 제거, 녹방지처리 등을 한다. 탈자는 시험체의 잔류자기가 철분을 흡착하여 마모의 원인이 되게 되면, 사용상의 지장을 가져올 수 있는 시험체에 대해 이루어 진다. 탈자는 자장의 방향을 반전시키면서 점점 약하게 하면 되며 직류탈자와 교류탈자가 있다. 3. 자분탐상시험의 적용과 특성 자분탐상시험은 강자성체의 표층부에 존재하는 결함을 검출하는데 우수한 비파괴시험법이므로 용접부 및 기계장치부품의 제조공정검사 또는 그 기계장치 부품의 제조공정검사 또는 그 기계장치 및 구조물의 정기검사에 널리 적용되고 있다. 특히 최근에는 고압용기, 석유탱크 등의 정기적인 보수검사에서 용접부의 표면결함검사에는 빼어놓을 수 없는 비파괴시험방법으로 활용되고 있다. 자분탐상시험의 적용의 대부분은 균열이나 그와 유사한 결함의 검출을 목적으로 하고 있다. 균열은 응력집중이 크고 위험도가 높은 결함이므로 그 결함에 대한 검출정밀도가 제일 높은 비파괴시험법으로 자분탐상시험이 적용되고 있다. 　 액체침투탐상(Liquid Penetrant Examination : PT) 1. 개요(Introduction) 액체침투탐상(Liquid Penetrant Examination : PT)은 비파괴검사방법중 가장 오래되고 널리 활용되고 있는 방법이다. 침투탐상검사는 용접품, 주강품, 단조품, 플라스틱 및 세라믹등과 같은 금속, 비금속 등의 여러가지 제품들에 적용되며 제품에 나타나는 표면 불연속부를 경제적으로 검사할 수 있기 때문에 품질관련 담당자들이 효과적으로 선택할 수 있는 비파괴검사 방법이다. 또한 침투탐상검사에 책임있는 기술자도 다른 비파괴검사방법과 마찬가지로 반드시 교육, 훈련을 받아야 하고 시험장비, 시험재료, 시험품 및 시험절차 등에 대한 기술적인 이해에 고능력을 갖추어야 하는 것은 필수적인 사항이다. 이에 침투탐상검사를 수행하기 위해 항상 새로운 방법의 개발이 병행되어야 한다. 시험 검사자는 검사절차가 문서로 작성되어 있음을 확인하고 이 절차서 (Procedure)가 적절하게 적용되고 있는가를 확인해야 할 책임이 있으며 부적절한 사항이 발견된 절차서는 개정된 절차서로 수정이 되도록 관심을 갖어야 한다. 침투탐상검사는 다음과 같은 일반 사항이 적용된다. 1.1 침투탐상검사는 시험체의 표면에 위치하는 결함탐상에 한 한다. 1.2 침투탐상시 가장 중요한 과정은 침투제 적용시간(Dwell time)이다 1.3 시험체의 형상, 크기 등에 그다지 문제가 되지 않는다. 1.4 시험온도(시험체의 표면온도)가 중요하다. 즉 섭씨 16도에서 50도 사이가 적합하다. 1.5 침투제는 쉽게 오염되므로 주의를 요한다. 1.6 침투탐상은 거의 모든 재질의 시험품에 적용될 수 있다. 1.7 침투탐상의 기본원리는 모세관현상(Capillary Action)에 따른다. 2. 침투탐상검사의 개요 및 원리 침투탐상검사란 시험편 표면에 침투액을 적용시켜 균열등의 불연속부에 침투액을 침투시킨 후 표면에 있는 과잉의 침투제를 제거하고, 현상제를 도포시켜 침투된 침투액을 추출시켜 불연속부의 위치, 크기 및 지시모양을 검사하여 제품의 품질수준을 검사하는 비파괴검사의 한 분야이다. 시험체의 미세한 표면 불연속부를 찿아내는침투탐상검사는 모세관현상을 원리로 한 것이다. 모세관 현상이란 유리등과 같은 고체에 접촉된 액체의 표면이 상승 또는 낮아지는 현상으로 가장 중요한 자연속의 힘중의 하나이며, 모세관 현상을 결정하는 요인은 응집력(Force of cohesion), 점착력(Force of adhesion), 표면장력 (Surface tension) 및 점성(Viscosity)등에 의해 좌우되며 모세관 현상을 쉽게 관찰하는 방법으로는 물이 담긴 유리그릇에 가는 유리대롱과 같은 관을 담그면 유리관 안으로 물분자가 빨려 들어가고, 다른 물분자에 끌리는 응집력에 의해 유리관 위로 끌려 올라가서 유리관속의 표면장력이 될때까지 올라가는 것을 볼 수 있으며 이러한 현상을 모세관 현상이라 한다. 3. 다른 비파괴검사와의 비교 방사선투과검사, 초음파탐상검사, 와전류탐상검사등 비자성체의 결함을 찾아내는 주요 3가지 검사방법과 비교하여 보면 다음과 같은 흥미로운 사항들을 알 수 있다. 3.1 침투탐상검사는 방사선투과검사보다 표면불연속부를 찾아내는데 더 확실하고 빠르며 경제 적이다 3.2 침투탐상검사는 초음파탐상검사보다 모든 표면 불연속부를 탐상하는데 빠르며 확실하다. 즉 침투탐상검사는 시험품의 형상, 크기에 제한을 받지 않으며 다량의 생산품 검사 에 경제 적이다. 3.3 침투탐상검사는 와류탐상검사보다 더 융통성이 있으며 제품의 형상에 제한을 받지 않는다. 와류탐상검사는 침투탐상검사처럼 넓게 깊게 그리고 방향을 갖는 다양한 불연속들의 위 치를 찾아내는 데 확실하지 않다. 3.4 침투탐상검사는 상기 세가지 시험방법에 비해 내부결함 검출을 할 수 없다. 3.5 침투탐상검사는 다른 세가지 검사방법보다도 더 미세하고 폭이 좁고 짧은 표면 균열검사 에 가장 우수하기 때문에 비자성체안의 피로균열을 검사하는데 가장 적합한 방법이 될 수 있다.