철강 제품의 비파괴 검사의 목적과 종류에 대해서 ...

 

제철산업에서 생산된 철강제품의 비파괴 검사 목적과 종류에 대해서 한번 알아보겠습니다.

 

 

비파괴 검사 기술 정의

 

재료, 기기, 구조물 등 시험 대상물을 손상 또는 파괴 시키지 않고 시험체의 성질,상태, 내부 구조물 및 내부 결함등의 물리적인 현상을 파악하는 기술이다. 즉 시험체에 물리적인 에너지를 가해 그 에너지의 변화를 측정하여 시험체의 물리적인 성질을 규명하는 기술로서 비파괴 검사에 이용되는 물리적인 에너지는 빛,열,방사선,전기,자기 등이다.

 

비파괴 검사 기술의 목적

 

- 제품이 설계된 성능을 갖고 안전하게 사용할 수 있는지의 여부를 확인하기 위한 수입검사

- 제품 또는 설비등이 사용중에 결함이 발생 되었는지의 여부를 정기적으로 검사 함으로써 파손에 의한 위험을 미연에 방지하기 위한 보수검사

- 제품의 제작 공정에서 발생되는 불량품을 제거하기 위한 품질 관리

 

비파괴 검사 종류에 따른 원리와 적용 대상

 

비파괴 검사 종류에는 초음파, 자분, 침투, 와잔류, 방사선, 음향 등이 있고 각 검사 마다 적용대상이나 검사 목적에 따라 여러 방법의 비파괴 검사를 실시 하여야 한다.

대표적으로 초음파 탐상이 보편적으로 많이 사용되고 초음파 탐상(UT)측정물체에서 반사되어 나오는 탄성파의 특성을 이용해서 내부 결함의 검사나 두께 측정에 이용 하며, 특히 탱크.Roll 류의 용접부, Shaft,Crane Hook 내부 검사, 배관의 두께측정 등 여러 요소에 사용되고 있다.

자분 탐상(MT)은 피 검사체를 자화시켰을 때 결함 부위에서 누설 자속이 생기는 것을 이용하여 표면결함을 검출할 수 있고 대체적으로 부피가 큰 제품의 일부 부분에 대한 검사로 용이 하다.

침투 탐상 (PT)은 피 검사체의 표면에 형광 및 염색 물질을 침투시키고 이것을 현상하여 표면 결함을 검출하는 방법이다. Roll 표면 이나 구조물 표면에 적용하여 사용 되고 있다.

와잔류 탐상 (ET)은 도체표면의 와전류 변화를 감지하여 표면결함 검출 하고 열교환기, 보일러, 터빈 등에 많이 사용된다. 방사선 투과 시험(RT)은 피 검사체에 Ⅹ선 г선을 투과시켜 필림 CRT등에 그 상을 재생하여 결함을 검출한다. 구조물 용접부, 배관 스케일 부착 및 내부 결함 검출에 용이하고 비교적 진단이 정확하다.

 

 

1) 초음파 탐상 

 

초음파는 보통 인간이 들을 수 있는 가청 주파수 이상의 높은 주파수를 말한다. 일반적으로 사용되는 초음파의 주파수는 대략 500KHZ ~10KHZ의 주파수 범위를 갖고 있으며 다음과 같은 특성을 갖는다.

기계적 진동이며 탄성체에서만 적용이 가능하고 동일 매질에서는 속도가 일정하다. 즉 매질에 따라서 속도가 변한다. 또한 경계 면에서 반사, 굴절, 회절 하는 성질이 있으며 거친 면이나 입자에 의해 산란된다. 빛과 같이 직진하는 성질이 있으며 조건에 따라 파형 변이가 일어난다. (가청주파수 :20Hz – 20.000Hz)

초음파 탐상음파의 전달 음파는 재질내의 입자의 기계적 진동을 의미하며 음파가 재질 내로 전달될 때 입자는 고정된 위치에서 진동하게 된다. 즉 입자는 파와 더불어 이동하는 것이 아니라 이동하는 것은 다만 입자를 진동 시키는 에너지 이다. 초음파도 이와 마찬가지이다. 음파의 속도는 단위시간 동안 매질 내에서 전달된 거리로 정의 하고 공기 중에서 음속은 약 340m/s이며 물에서는 1.500m/s가 된다. 철이나 알뉴미늄등과 같은 금속에서의 음속은 거의 일정하며 상온부근에서의 온도에 의한 차는 거의 고려하지 않는다. 강에서의 음속(종파의 경우)은 5.900m/s이며 강의 종류에 따른 음속의 변화는 1% 이하이기 때문에 일정한 것으로 생각해도 무방하다.

음속이 빠르면 그것에 비례하여 파장이 길어지지만 주파수가 높으면 파장은 짧아 진다. 또한 파장에 따라 검출되는 한계가 달라지는데 가장 작은 검출 한계는 파장의 ½ 정도이다. 음파속도 v = λ × f 여기서 λ : 파장 (mm) f : 주파수 (Hz) 2) 파형 음파가 매질 내에서 전달되는 방법은 음파의 진행 방향, 매질입자의 운동 방향 및 매질 형태에 따라 종파, 횡파, 표면파, 및 판 파로 구분된다. 종파는 파의 진행방향과 입자의 움직이는 방향이 같은 음파로써 기체,액체, 고체 어디에서나 존재하는 음파이다. 횡과는 종파와 더불어 초음파 탐상 에서는 중요한 음파로써 입자의 진행방향이 파의 운동 방향에 대해서 수직인 파이다.

초음파의 성질은 반사와 투과 탐촉자로부터 시험체에 초음파를 수직으로 입사 시킬때 초음파 에너지의 대부분은 반사하고 일부만 투과 한다. 일반적으로 한 물질에서 다른 물질로 초음파가 진행 할때 반사와 투과로 나누어지는 비율은 경계면에 접하고 있는 두 물질의 음향 임피던스에 따라 결정된다. 음향 임피던스는 음파의 진행을 방지하는것을 의미하며 다음 식으로 표시된다. 음향 임피던스 Z = p . C p : 물질의 밀도 c : 물질의 음속

초음파는 빛과 같은 성질을 갖고 있으므로 다른 매질로 비스듬이 입사하는 경우 매질과의 경계면에서 반사나 굴절의 현상이 생기게 된다. 회절 및 감쇄 초음파의 회절은 파가 금속내의 미세한 게제물 또는 기공에 부딪쳤을때 발생한다. 즉 에너지의 일부는 결함주위로 굽어지고 반사량은 감지 할수 없지만 상당량 감소 하게 된다. 이러한 현상의 또한가지 예는 초음파가 물체의 모서리 근처를 진행할 때 발생 할 수도 있다. 즉 초음파는 경계면 주위로 굽어지는 경향이 있으며 초음파의 굽힘은 정상적으로 수신될 위치와는 다른 위치에서 수신되는 원인이 된다. 감쇄란 초음파가 재질내부를 진행할때 발생되는 에너지 손실을 말하며 주 요인은 산란과 흡수이다.

 

2) 자분 탐상 

 

자분탐상이란 시험체를 자화시켜 자장을 형성하고 자분을 적용하여 표면에 존재하는 불연속에 의해 누설 지속이 자분 지시모양을 형성 시켜 표면결함의 존재 유무를 검출하는 검사법으로 강 자성체에 적용한다. 탐상의 원리는 자극, 자력선과 자장, 누설자장으로 3가지로 구분 할 수 있으며 자극은 물질내 모든분자는 자극을 갖고 이분자에 자화되면 N극과 S극으로 나누어지며 자극은 두 극간에 인력과 척력을 갖는다. 자력선과 자장은 각기 다른 두극은 상호 인력이 작용하며 자석의 외부에서는 N극에서 S극으로 내부에서는 S극에서 N극으로 향하는 자력선을 갖는다. 이 자력선으로 둘러 쌓인 자석의 주위를 자장이라 하며 자장은 영구자석의 내외부 혹은 전류가 흐르는 전도체의 내부 및 주위에 존재한다. 누설자장의 원리는 자력선은 자석내부에서는 S극에서 N극으로 향하며 다른 자성체를 끌어 당기는 힘이 있는데 이를 자속이라 한다. 또한 지력선이 흐르는 도체의 표면에 Crack 또는 기타의 불연속에 의해 양극이 발생되며 그 부위에 형성된 자장을 누설자장이라 한다. 자분탐상 검사는 이러한 누설자장의 존재를 자분을 적용하여 자분이 누설자장 부위로 모이는 현상을 확인하여 자분 지시 모양에 의해 불연속의 존재 (표면 CRACK) 를 확인하는 검사법이다.

 

3) 침투 탐상 

 

시험체 표면에 침투액을 적용시켜 균열등의 불연속에 침투시킨후 과잉침투제를 제거하고 현상제를 적용시켜 침투된 침투액을 추출시킴으로써 불연속의 위치. 크기 및 지시 모양을 검출하는 방법이다. 침투탐상은 시험체 표면에 노출된 침투액을 사용하여 탐상하는 방법으로 탐상절차는 전처리, 침투처리, 세척처리,현상처리,및 관찰등의 순서로 탐상이 수행된다. 금속이외의 비자성 재질에도 적용이 가능 하지만 다공질 물체와 모서리의 거친 표면에 대해서는 적용이 곤란한 경우도 있다. 침투탐상이 다른 시험법과 비교하여 가장 특징적인 것은 복잡한 형상의 시험편 전체의 탐상이 가능하며 결함의 방향에 관계없이 모든 방향의 결함 탐상이 가능하다는 것이다.