5장 용접시험 및 검사
1. 파괴시험과 비파괴시험의 분류
파괴시험방법 - 기계적시험 : 정적(인장시험,굽힘시험,경도,크리프시험)
동적(충격시험,피로시험)
비중시험
화학시험 : 화학분석,부식시험(고온부식,습식,응력부식), 수소시험
야금학적시험 : 현미경 시험, 마이크로시험
균열시험
낙하시험
압력시험
외관시험 : 비드형상,언더컷, 오버렙,용입불량,표면균열,기공등
비파괴시험 - 압력시험,누설시험,침투검사(형광,염료),초음파검사,자분검사,방사선투과검사
(X선,r선), 와류검사, 천공,음향시험,에코스틱에미션 검사
- 비파괴 검사 VT(육안검사)
용접게이지,반사경,현미경,등을 이용하여 용접부의 형상.치수등을 측정하는 방법으로 검사의 가장 기본이 되는 검사방법이다.
LT(누수검사 or 누설검사)
탱크나 용기등의 용접부의 기밀,수밀을 조사하는 목적으로 사용되며 방법으로 정수압이나 공기압에 의한 방법이 있고 헬륨가스,할로겤가스를 사용하는 방법이며 이방법은 고감도 누수검사법으로 미약한 누수부 또는 내외압력의 편차가 적은 경우에 주로 적용한다.
PT(침투검사)
표면의 작은 틈에 생긴 균열이나 흠집,기공등을 빨리검출하는 방법으로 철,비철금속에 적용이 가능하다(자기검사는 비철금속, 즉 자성이 없는 강재는 검사할수 없다) 검사의 원리는 모세관현상에 의한 검사방법이다.
- 형광 침투검사 : 유기고분자 유용성 형광물을 점도가 낮은 기름에 녹인것으로 침투액으로 사용하고 이것은 표면장력이 작음으로 킴투가 용의하다(모세관현상으로 검사)
현상액은 형광물질을 흡출하여 폭을 넓게 하고 이것을 자외선 또는 black light(초고압수은등에 적당한 필터을 달아 약3650A'의 자외선을 낸다)로 비추어 검사한다.
현상액은 탄산칼슘(CaCO3),규소분말(SiO2),산화마그네슘(MgO,알루미나(Al2O3),Talcum분말,메틸알콜(CH3OH)등을 희석하여 사용한다.
검사방법
세척 : 검사표면의 세척(표면에 유기물이 있는경우 70~100도 가열후 제거)
침투 : 침투액은 솔,스프레이로 표면에 흡착시키며 침지시간은 스테인리스,주물의 흠집,표면
다공질인경우는 -20분,주조품 압연물 균열이나 연마균열,열처리 균열은 -30분, 용접부는
최소한 20분이상으로 규정하고 있다.
수세 : 침투가 끝나면 표면의 침투액을 물로 세정하고 자외선을 예비로 비춰 수세의 정도을 관찰
한다(주물의 경우는 특히 세정이 잘되어야 한다)
현상과 건조 : 습식현상의 경우 수세부 건조전 검사물을 현상액에 담구어 꺼냈다가 신속히 건조시
킨다, 건조는 열풍 또는 적외선 램프로 50~70도에서 5~10분장도 건조시킨다.
검사 : 검사는 어두운 상태에서 초고압수은을 켜고 검사하는데 이때 결함부에서 형광을 내서 빛을
발산한다.
- 염료침투검사 : 적색염료을 주제로 한 침투검사방법으로 형광참투검사방법과 동일하나 보통의 전등이나 햇빛아래에서도 검사가 가능하고 조건이 좋을경우는 0.002mm의 균열도 검출가능하나 현광침투검사방법보다 검출능력은 떨어진다.
초음파검사
음향에 의한 검사 방법.
증기중에 전파하는 조밀파(종파)/액체의 경우 표면파,종파/고체의 경우 종파,횡파,표면파가 사용되고 철사,박판,봉등에 사용되는 판파가존재한다.
공진법(제품의 두께 측정), 투과법(결함의 유무판독,위치×), 펄스 반사법(결함의 위치, 크기) 최근에 와서는 에코에 의한 검사법 즉, 펄스반사법이 많이 사용되고 있다.
종파
; longitudinal wave, compression wave, L-파, 압축파, 소밀파, 수평파, 세로파
-. 파의 진행방향과 입자 진동방향: 평행
-. 고체, 액체, 기체 모든 물질에서 진행
-. 음파 중 가장 빠르다.
-. X-cut 수정
※ UT에서는 종파를 발생시켜 이의 파형변환을 이용하여 횡파, 표면파를 발생시켜 이용한다.
횡파
; transverse wave, shear wave, S-파, 전단파, 수직파, 가로파
-. 파의 진행방향과 입자의 진동방향: 수직
-. 고체에서만 진행
-. 동일 재질에 대해 종파속도의 약 1/2 속도
-. Y-cut 수정
※ 동일재질, 동일주파수(탐촉자)일 경우, 종파에 비해 파장 짧다.
―작은 반사체에 민감하다.
표면파
; surface wave, Rayleigh wave
-. 표면의 약1파장 정도의 깊이로 투과하여 표면을 따라 진행하는 파.(진행: 타원형)
-. 횡파 속도의 약 90% (9/10)
-. 1/4파장 깊이에서는 에너지의 50%이상이 존재하며,
1파장 깊이에서는 표면에너지의 4% (1/25)로 감소한다.
판파
; plate wave, lamb wave
-. 3파장 이내의 두께를 갖는 금속내를 진행하는 파.(진행: 타원형-대칭형,비대칭형)
즉, 재질 두께가 파장의 3배 이내일때만 발생박판의 결함검출에 이용
-. 속도는 판의 두께 및 주파수에 따라 변함
초음파탐상의 기본원리.
·진동수 0.5~15MHz의 가청주파수 이상의 진동수를 가지는 음파를 초음파라고 한다.
·보통 500KHz∼10MHz의 음파가 초음파탐상에 실용화 되고 있다.
·초음파의 가장 큰 특징은 고체내에서 종파와 횡파의 두 종류의 음파가 존재하며 이들은
서로 변환하기 쉬운 성질을 가지고 있다.
·압전효과(Piezoelectric effect):기계적 에너지를 전기적 에너지로 변형시키고, 전기적
에너지를 기계적 에너지로 변형시키는 현상.
초음파탐상의 장점. ·침투력이 높아 깊은곳에 있는 결함도 용이하게 검출할 수 있다. ·고감도(작은 불연속부를 찾아내는 능력)이므로 미세한 결함 검출이 가능하다.
·결함으로부터 즉시 지시를 얻을 수 있고 자동화가 가능하다.
·검사를 위해 시험편의 한면만 이용된다.
·내부 불연속의 위치, 크기, 방향 및 모양을 정확하게 측정할 수 있다.
·방사선투과검사법과 비교하여 검사자 및 주변에 대해 장해가 없다.
·휴대용으로 간편하다.
초음파탐상의 단점.
·수동탐상의 경우 숙련된 기술자가 요구된다.
·광범위한 기술적 지식이 절차서 작성에 요구된다.
·표면이 매우 거칠거나, 모양이 불규칙한 것, 반사면이 평행하지 않은 부품등은 탐상이
곤란하다.
·표면직하의 얕은 결함은 검출이 어렵다(송신 펄스의 방해 때문).
·내부조직의 입도가 크고 기포가 많은 부품 등은 탐상이 곤란하다
(주조품:저주파수로 탐상).
·접촉매질이 필요하다(탐촉자와 모재 사이에 존재하는 이물질,공기나 먼지등을 제거하고
초음파의 진행 경로를 만들어 주는 것이 주요 목적).
·표준시험편 또는 대비시험편이 요구된다(대비기준을 설정).
전위현상(Displacement) : 입자가 에너지를 받아 변형되는 거리를 전위라 하고 탄성에 의해
원래위치로 돌아온다. 이 전위에 의해서 진동(에너지)가 이동한다.
주기(Cycle) : 두번의 전위를 갖는 진동으로 변위 후 최초의 위치로 돌아오는 것.
주파수(Frequency) : 일정 시간에 이루어지는 주기의 수 즉, 초에 대한 주기수를 말한다.
초음파 탐상에 쓰이는 주파수는 0.5∼15MHz의 범위이다.
속도(Velocity) : 음파의 속도는 그 매질의 밀도와 탄성(음향 임피던스)에 의해 좌우된다. 일반적으로 강에서는 횡파의 속도는 종파의 0.48배 빠르다
물 질 |
종파속도(m/s) |
횡파속도(m/s) |
알류미늄 |
6,300 |
3,130 |
주강(철) |
5,900 |
3,200 |
아크릴수지 |
2,700 |
1,200 |
글리세린 |
1,900 |
· |
물 |
1,340 |
· |
기 름 |
1,400 |
· |
공 기 |
340 |
· |
펄스반사법 : 지속시간이 0.5~5μ(sec)정도의 매우짧은 초음파펄스을 재료에 투입하여 반사되는 것을 수신하여 결함의 위치,크기등을 감지하는 방법으로 초음파 탐상의 가장 일반적으로 사용되는 방법이며 수직탐상의 경우 조파, 사각탐상의 경우 횡파,표면탐상의 경우 표면파을 송신하여 그 반사파(에코)를 수신한다.
투과법 : 피검사물에 결함이 존재해 있으면 산란 또는 반사등의 원인으로 약해지는 투과초음파강도의 정도에 따라 결함의 유무을 측정하여 검사하는 방법이다,
공진법 : 초음파두께측정원리을 이용한 방법으로 재료의 일면에 진동자을 대어 가변주파수 발진기의 출력 전압을 고주파 게이블을 통하여 진동자에 가하여 검출하는 방법이다.
방사선투과검사(RT)
방사선투과검사는 X-선 또는 r-선을 투과하여 결함의 유무을 검출하는 방법으로 현재의 비파괴검사방법중 가장 신뢰성이 있고 가장 넓이 사용되고 있는 방법이다. 자성의 유,무와 관계없으며 판두께의 대소 및 형상의 형태, 표면의 상태에 관계없이 이용되며 또 투과하는 두께의 1~2%까지의 결함의 크기을 검출할수 있으며 검사결과을 유지,보관할수 있는 장점이 있다. 그러나 미소균열이나 모재면의 평행한 라미네이션등의 검출은 곤란하다.
X-선 투과검사의 원리 : X-선은 형광물질에 부디치면 그곳에서 가시광선을 내거나 사진필름을 감광시키는 성질이 있다. X-선 투과법은 이러한 원리를 이용하여 금속내부 또는 표면에 있는 결함을 조사하는 방법이다.
결함이 있는 곳과 결함이 없는곳의 투과X선의 강도비는 입사 X선의 세기와는 관계없이 결함의 길이에 따른 물질의 흡수계수에 의하여 결정된다.
X-선 장치 : 통상 150kV-400kV(15~40만V)로 실시하며 X선값은 관구전압의 파고치 kVP(kilo voltage peak)로 나타낸다. X선을 단순히 수직방향으로 투과시킬경우 결함의 평면적 위치 및 크기는 명확히 구분되지만 그 결함의 위치을 알수 없고 결함이 수직으로 형성된경우 결함판정시 size가 줄어들어 판독될수 있다. 이럴경우 스트레오법을 사용하게 되며 이방법은 판의 양면을 비스듬이 대고 작은 표지판을 놓아 상의 간격과 결함상의 우치을 파악할수 있다.
X-선의 결함판정 : 부재두께보다 두께워지는 결함물은 희게 나타나고 부피면적이 줄어들면 검게 나타단다(예로 기공,언더컷등은 검게나타나고 spatter는 희게 나타난다.)
노출표 : 노출표는 세로축(관구전류 X 노출시간) 가로측(강판의 두께)
동위원소에 따라 노출time 결정(Ir192, Cs137,Co60순)
r-선 투과검사 : 두께가 두께워짐에 따라 보통 X-선으로 투과하기 힘들기 때문에 X-선보다 파장이 짧고 투과력이 강한 방사선,즉 r-선을 이용한 방법을 사용하게 된다. r-선원으로 천연산인 방사선동위원소 라륨이나 원자로에서 인위적으로 만들어지는 인공방사선 동위원소인 RI(Radio Isotope)가 쓰인다.
이방법은 운반이 간편하고 취급도 간편함으로 통상현장에서 주로 사용되는 방법으로 Co60, Cs134, Ir192가 가장 많이 사용된다.
자기검사(MT)
주로 강자성체인 Fe,Ni,Co등의 육안으로 잘보이지 않는 결함을 검출하는 방법으로 비자성체인 Al,Cu,Austenite stainess등에는 적용할수 없다.
a) 강자성체 : 철, 코발트, 니켈 및 이들의 합금등
b) 상자성체 : 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 합금 등
c) 반자성체 : 비금속 물질 및 금, 구리, 아연등
누설자속을 검출하는 방법 : 탐상코일을 사용하는 방법과 자성분말을 사용하는 자분검사법이있고 통상 자분검사법이 많이 사용되고 있다.자화 및 자장은 플레밍의 오른손법칙에 의하여 흐른다.
?정의 : 강자성체인 시험재의 표면 및 표면 직하의 불연속(결함)을 검출하기 위하여 시험재에 자장을 걸어 자화시킨 후 자분을 적용시키고 누설자장으로 인해 형성된 자분지시를 관찰하여 그 지시의 크기, 위치 및 형상등을 검사하는 방법
?장점 :
① 미세한 표면균열검출에 가장 적합하며, 검사품의 크기, 형상등에 크게 구애됨이 없이 검사
수행이 가능하다.
② 검사자가 쉽게 검사방법을 배울 수 있으며, 비교적 검사비용이 저렴하다.
③ 액체침투탐상검사와 비교해본다면, 표면하 결함에 대해서도 어느정도 결함검출이 가능하며,
검사품에 도장이 되어있어도 검사가 가능하다.
?단점 : ① 자화가 가능한 강자성체만 적용
② 검사체의 내부전체에 걸친 건전성을 판별할 수 없음.
③ 전기접촉 부위의 아크발생으로 검사품이 손상될 우려가 있다.
?자분탐상검사의 기본절차
전처리 → 자화 → 자분적용 → 관찰 → 판정 → 기록 → 탈자 →후처리
│ │
─ ─── │
│ │
┌ 자화방법 ┌ 자분의 종류
│ 자화전류의 종류 │ 건식법, 습식법
│ 자화전류치 │ 검사액의 농도(습식)
└ 통전시간 └ 연속법, 잔류법
자화방법
원형자화 (Circular Magnetization)
-시험품에 전극을 접촉시켜 직접 통전하거나 검, 튜브와 같은 속이 빈 부품안에 전도체를 위치
시켜 통전시키면 시험품에 원형자장이 형성된다.
?프로드간격 : 6~8in. (자장형상의 찌그러짐 방지)
?아아크발생으로 검사품의 표면이 손상될 우려가 있다.
선형자화법(Longitudinal Magnetization)
-코일에 전류를 통전시키면 코일안으로 선형자장이 형성된다.
?U자형 철심에 코일을 감아 선형자장을 유도시킨 것으로 대형 또는 복잡한 부품의 국부검사에
용이하다.
?자극의 배치를 90°씩 교대로 바꾸어 최소 2회이상 자화
?코일안의 자장의 세기는 코일의 감은횟수 및 사용전류에 거의 비례한다.
자분검사 도전성이 높은 미세한 자성체분말을 살포하면 자분이 결함부에 스미여 결함의 위치등을 지시하여 검출하는 방법으로 자분으로는 철분 및 산화분을 사용한다.
와류검사(ET) 일명 "전자유도시험 or 맴돌이검사"
어ㅏ류전류의 작용을 이용하여 금속의 표면에 가까운 내부결함을 검출하는 방법이며 금속의 화학성분이나 현미경조직 & 기계적, 열적이력등도 시험할수 있다. 자기검사을 할수 없는 비자성금속의 검사에 편리하고 오스테나이트 스테인리스강의 결함검사나 부식검사에도 사용된다.
음향검사(AET)
청각에 의하여 검사함으로 신뢰도가 떨어지고 어느 정도의 숙련이 필요하나 요즘은 장비에의한 검사가 이루어짐으로 높은 신뢰성을 가지고 있다,
"비파괴검사기호는 용접기호 표시와 동일함으로 생략함."
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