비파괴검사(NDT)란?

비파괴 검사란?(NDT : Non-destructive Testing)

형상치수에 변화를 주지않고 어떤 종류의 입력을 주어서 그의 투과, 흡수, 산란, 반사, 침투, 누설등의 현상의 변화를 검출하여 표준들과의 비교에 의해서 시험물을 파괴하지 않고 이상의 유무나 그의 크기, 또한 분포 상태등을 조사하는 검사법을 말하며 현재는 용접물, 주조물, 압연재 등에 널리 사용되고 있다.

비파괴 검사는 검사 대상물을 파괴시켜 검사하는 파괴검사와는 달리 외부에 아무런 손상도 주지 않고 검사하므로

1.품질관리
2.품질평가
3.보수검사에 이용된다.
이 검사법은 제품의 성질, 상태, 내부구조등을 조사 할 수 있으므로 재료의 선택이나 가공법의 결정 그리고 제품의 근일화와 신뢰성 등을 확인 할 수가 있다.

국내에서 많이 적용되고 있는 비파괴 검사법으로는 다음의 6가지가 있다.

1) 방사선투과검사 (RT : Radiographic Testing)

2) 자분탐상검사 (MT : Magnetic Particle Testing)

3) 침투탐상검사 (PT : Liquid Penetrant Testing)

4) 초음파탐상검사 (UT : Ultrasonic Testing)

5) 와류탐상검사 (ET : Eddy Current Testing)

6) 누설검사 (LT : Leak Testing)

위의 검사방법은 각각의 장단점들이 있어 검사대상들의 특성에 따라 검사방법을 선정하고 있으며 필요에 따라서는 둘 이상의 방법을 병용하기도 한다.

한국공업규격㉿에는 각 방법에 대한 적용범위, 검사장치, 검사방법, 판정규정등이 제시되어 있으므로 자세한 것은 규격을 보며 공부하기 바란다.

 

2. 방사선 투과검사( RT)

2-1 소 개

누구나 병원에서 신체검사 목적등으로 X선 검사를 받아본 경험이 있을 것이다.

X선은 몸을 투과하여 사진 필름을 감광 시키게 되는데 이 필름을 현상하면 촬영부위에 대한 음화가 나타나게 되어 이것을 판독하여 이상유무를 판단하게 된다.

현상된 필름상에는 뼈부분은 희게, 살부분은 검게 나타나는데 흰부분은 X선이 투과하는 중에 흡수되어 X선을 적게받아 감광이 덜된곳이고, 검은 부분은 X선을 많이 받아 감광이 많이 된 곳이다.

이와 같이 X선은 어떤물질을 투과할 때 밀도가 높거나 두껍다면 물질을 통과하는중에 많이 흡수되어 투과량이 줄어 들기 때문에 뼈가 살보다 필름현상에 희게 나타나는 것이다.

방사선 투과검사의 원리도 이와 동일하다. 방사선 투과검사는 검사대상이 사람이 아닌 금속등의 물체라는 것이 다를뿐이다. 방사선 투과검사에 사용되는 것은 X선뿐만 아니라 γ선도 많이 사용된다. 공업용으로 사용되는 방사선은 의료용과는 달리 에너지가 높고 투과력이 훨씬 강한 것이 사용된다.

 

2-2 원 리

아래 그림에서와 같이 용접이음의 한쪽에서 방사선을 입사시켜 다른한쪽의 방사선에 의하여 감광되는 필름을 놓고 모재부와 용접부와의 두께차에 의해 (보통 덧살이 있기 때문에 용접부 쪽이 두껍다) 방사선의 투과량(필름의 투과량)이 달라지고 용접부는 모재부와 구별된다. 또 용접부의 표면 또는 내부에 큰 결함이 있다면 그 부분의 투과량(감광량)이 다른 부분과 다르기 때문에 이것을 쉽게 검출할수 있다.

이와 같이 RT는 검사물을 투과한 방사선을 감광한 필름의 농도차(Contrast)에 의하여 판정하는 검사법이다.

RT에 의하여 검출되는 결함으로는 균열(Crack), 용입부족(Incomplate-Penetration), 융합불량(Lock of Fusion), 기공(Porosity), 슬래그개입(Slag Inclusion), 언더(Undercut)등이 있다.

 

2-3 장비와 자재

X-ray 장비

X선 발생장치는 전기를 이용하여 X선을 발생 시키는 장비로서 전기를 연결하고 스위치를 켰을 때 가속되어진 전자가 중금속으로된 표적(Target)에 충돌하면 X선이 발생하는 원리를 이용한 장비이다.

X선은 전자파의 일종으로 파장이 짧을수록 검사물의 투과능력이 크게 되는데 이 투과 능력을 이용하여 검사물의 결함을 발견 할 수 있을 것이다.

 

( X선 발생장치의 셋트)

　

γ선 조사기

γ선 조사기는 방사선을 방출하는 방사성 동위원소가 들어있는 장비를 말한다. γ선은 X선으로는 투과하기 힘든 두꺼운 판 등의 검사에 이용 되는데 X선보다 더욱 파장이 짧고 투과력이 강하므로 국내에서는 많이 사용되고 있다.

 

( γ-선 조사기 장비셋트 )

 

2-3-1 RT에 사용되는 기자재 종류

① 투과도계 : 방사선 투과검사시 반드시 검사물위에 올려놓고 함께 촬영하여야 하는것으로서 사진의 질을

판정하는데 이용된다. JIS 및 KS에서는 침금형으로 투과도계라고 부르고 ASME 형인 유공형의 경우에는 I,Q,I(상질계) 또는 Penetrameter, Penny라 부른다.

② 카 셋 트 : 필름을 넣는 흑색 비닐 또는 고무주머니로서 빛으로부터 필름을 보호하기 위한 역할을 한다.

③ 납스크린 : 필름양면에 부착시켜서 카셋트에 함께 넣는것으로서 노출시간을 단축해 주는 역할을 한다.

④ 납 숫 자 : 필름 또는 검사물에 밀착 시켜놓고 함께 촬영하여 다른사진과 구분하기 위하여 사용한다.

⑤ 납      판 : 카셋트 뒷면에 놓아 필름 뒤쪽으로부터 산란되어 들어오는 방사선을 막기위해 사용된다.

⑥ 판 독 등 : 촬영된 필름을 관찰하여 판독하기 위한 기구

⑦ 농 도 계 : 촬영된 필름의 각 부분의 농도를 측정하여 규정된 농도 범위내에 있는가를 판정하는 기구

⑧ 자      석 : 카셋트를 고정시키기 위한 기구

⑨ 계 조 계 : JIS 와 KS에서 사용되는 것으로서 촬영조건을 결정하기 위해 사용되며, 각부분의 농도차를

구하기 위하여 사용된다. I형과 II형이 있다.

[ 촬영방법 ]

(맞대기용접부 촬영요령)                                    (필릿용접부 촬영요령)

(파이프 용접부 촬영요령)

2-4 RT의 특성

•결함을 눈으로 확인할 수 있다.
•결함의 종류를 알 수 있다.
•국내에서 가장 많이 사용되고 있는 검사법이다.
•방사선 피폭에 주의 하여야 한다.
•주위에 사람이 있으면 안되므로 주로 야간에 검사 하여야 한다.
•X선은 얇은 두께의 물체촬영에, γ선은 두꺼운 물체의 촬영에 보통 쓰인다.

▶ RT의 작업순서는 다음과 같다.

부재확인→장비조작 및 점검 →촬영배치 →촬영 →필름현상(암실작업-현-정지-정착-세척-건조)→판독 →보고서작성 RT 작업시에는 필히 개인 피폭 선량계(Film Badge, Plket Dosimeter, Alarm monitor)를 착용하고 작업에 임하여야 하며, Surveymater로 주위 선량 등을 수시로 측정 하여야 한다.

 

2-5 촬영결과

KS B 0845에서 규정한 결함의 분류 및 등급 분류에 대한 사항을 나타낸다. 투과사진은 어두운 곳에서 충분히 밝은 필름관찰기로 관찰한다. 결함의 분류는 제1종(기공 및 이와유사한 둥근결함) ②제2종(슬래그혼입 및 이와유사한결함) ③제3종(터짐 및 이와유사한결함) 으로 분류하고 있다.

 

결함 점수 및 결함길이

제1종의 결함은 시험부의 전 면적중 결함점수가 가장 크게 나타나는 부분의 시험 시야내를 대상으로 한다. 시험시야의 크기는 모재의 두께에 따라 아래표에 나타낸 크기로 한다.

 

(시험시야의 크기)

모재의두께(mm)	25이하	25초과 100이하	100초과
시험시야의크기(mm)	10x10	10x20	10x30

결함이 1개일경우의 결함점수는 결함의 긴 지름에 따라 다음값을 사용한다.

 

 (결함점수)

결함의긴지름mm	1.0이하	1.0초과2.0이하	2.0초과3.0이하	3.0초과4.0이하	4.0초과6.0이하	6.0초과8.0이하	8.0초과
점수	1	2	3	6	10	15	25

결함의 긴 지름이 아래표에 표시하는 값 이하의 것은 결함점수로서 계산하지 않는다.

 

(결함의 긴지름)

모재두께	결함의 긴지름
25이하 25초과 50이하 50초과	0.5 0.7 모재두께의 1.4%

제2종의 결함은 결함의 종류에 따라 아래표에 표시하는 계수를 곱하여 결함길이로 한다.

 

(결함의 계수)

결함의 종류	계수
슬래그 개입	1
용입부족, 융합부족	2

결함과 결함의 간격이 아래표에 표시하는 값을 초과하는 경우에는 각각 독립된 값으로 하나 1이하의 경우에는 각각의 결함길이의 총합을 그 결함군의 결함길이로 한다.

 

(결함과 결함의 간격)

결함의 종류	결함과 결함의 간격
슬래그 개입	큰쪽의 결함의 치수
용입부족, 융합부족	큰쪽의 결함치수의 2배

 

등급분류

제1종의 등급분류는 다음 기준에 따라 실시하는것으로 한다. 표중의 숫자는 결함점수의 허용한도를 표시한다. 다만 결함의 긴지름이 모재두께의 1/2을 초과할 경우에는 4급으로 한다.

 

(제1종 결함의 등급분류)

시험시야 모재두께 등급	10x10		10x20		10x30
	10이하	10초과25이하	25초과50이하	50초과100이하	100초과
1급	1	2	4	5	6
2급	3	6	12	15	18
3급	6	12	24	30	36
4급	결함 점수가 3급 보다 많은것

또한 1급에 대하여는 결함의 긴지름이 앞장에 표시한 값 이하의 것이라도 시험 시야내에 10개 이상 있어서는 안된다. 제2종의 결함의 등급분류는 아래표의 기준에 따라 실시하는것으로 한다. 다만, 1급에 대하여는 용입부족 또는 융합부족이 있어서는 안된다.

 

(제2종 결함의 등급분류)

모재두께	12이하	12초과48미만	48이상
등급
1급	3이하	모재두께의 1/4 이하	12이하
2급	4이하	모재두께의 1/3 이하	16이하
3급	6이하	모재두께의 1/2 이하	24이하
4급	결함 길이가 3급보다 긴 것

제3종의 결함의 등급분류는 모두 4급으로 한다.

 

3. 자분탐상검사 (MT)

3-1 원 리

MT는 전자석 장비(요크형)를 사용하여 강자성체의 표면에 자분을 뿌렸을 때 누설자속을 이용하여 결함을 검출하는 방법이다.

이 검사법은 피 검사물에 결함이 있으면 자력선을 통과 시킬 때 그 부분에 자력선의 교란이 생겨 결함부에 살포된 자분이 자분무늬로 형성되는 것을 이용하여 육안으로 결함의 위치를 확인하는 검사법이다.

이 방법은 비교적 표면에 가까운 곳에 존재하는 균열, 개재물, 기공, 용입부족 등을 검출한다. 내부에 들어가 있는 결함은 검출 능력이 떨어진다. 또한, 오스테나이트계 스테인레스강과 같은 비자성체에는 사용할수 없다.

자분검사에 의해서 검출할수 있는 결함의 깊이는 표면바로 밑 5mm 정도가 된다.

자분은 보통 철 또는 자성산화철(Fe3 O4)의 분말이 사용되며 검사체와의 대조가 되도록 백, 적, 흑색 자분 등이 사용된다.

 

 (a) 표면결함                 (b) 내부결함

 

3-2 검사 와 장비　

피검사물의 자화방법은 일반적으로 길이방향의 결함을 검출하기 위한 원형자화와 원주방향의 결함을 검출하기 위한 길이자화로 크게 분류되는데 물체의 형상과 결함의 방향에 따라 다음그림과 같이 나뉘어 진다

 (직접, 간접유도에 의한 원형자화)

 

 (길이자화)

여기서는 회사에서 많이 사용하는 요크형 장비사용에 대해서만 설명한다.

검사방법은 검사하고자 하는 부위에 기름, 오물, 기타 부착물 및 도료등의 피막이 없게 청소하고, 흰색 페인트를 뿌린후 요크장비를 피검체 표면에 대고 전류를 통하여 자분을 뿌리면 자분무늬가 생기게 되는데 이것을 보고 검사자가 직접 판독하는 방법이다.

자화 전류로서는 표면검출에는 교류, 표면하 결함의 검출에는 직류가 사용되며, 한부위를 검사할 때 마다 열십자(+) 방향으로 2회 검사 하여야 한다.

　

3-3 MT의 특징　

탄소강등 강자성 재료에만 적용할 수 있다.

강자성체의 표층부에 존재하는 결함은 우수하게 검출된다.

깊이있는 결함은 검출할 수 없다.

결함 모양을 눈으로 확인할 수 있다.

 

4. 침투탐상검사(PT)

4-1 원리

PT는 침투성이 강한 액체를 표면에 뿌리거나 칠하면 결함이 있는곳은 그 결

함내로 침투액이 스며든다. 거기서 표면의 침투액을 닦아내고 또다시 현상액

을 뿌리면 결함중에 침투되어 있던 침투액이 베어나와 액의 소재가 명백히

나타나므로 이것으로 결함을 찾아내는 방법이다.

 

4-2 검사방법

침투검사에는 형광물질을 함유한 침투액을 사용하는 형광침투검사와 염료를 함유한 침투액을 사용하는 염료침투검사가 있다.

여기서는 우리회사에서 많이 적용하고 있는 염료(염색)침투탐상검사 방법에 대해서만 설명한다.

염색침투탐상 검사법은 적색염료를 첨가하여 농암적색으로 착색한 침투액을 사용하여 자연광이나 백색광 아래에서 관찰하는 방법이다. 여기서 검사시 사용되는 기본약품에는 침투액과 세척액, 현상액이 있으며 침투액 등을 닦아낼 걸레등이 필요하다.
침투액 : 적색의 액체로서 미세한 틈으로도 강력히 스며드는 성질을 가진것으로 뿌리거나 붓으로 칠하여 검사면에 적용한다.

세척액 : 대게 솔벤트 성질의 것으로 검사면의 불순물 제거시 및 침투액을 닦아낼 때 사용한다.

현상액 : 침투액을 표면으로 흡출 시킬수 있는 성질을 갖는 분필가루와 비슷한 흰가루를 용제에 녹인 것을 사용한다. 이 액을 뿌리면 결함속의 침투액이 스며나와 붉은무늬를 형성하므로 이것을 판독하는 것이다.

 

   1) 검사절차

    검사방법의 절차는 다음과 같다.

전처리→②침투처리→③세정처리→④현상처리→⑤관찰→⑥후처리

 

 ▶침투 ▶수세정 ▶용제세정 ▶현상 ▶관찰

 

1-1) 전처리

전처리 과정이란 시험체의 표면을 침투탐상 검사를 수행하기에 적합 하게 처리하기위한 과정으로 시험체재질 및 검사조건에 따라 적절한 방법을 선택하여 시험체 표면이 손상되지 않는 범위내에서 침투제가 불연속부 속으로 침투하는것을 방해하는 이물질 등을 제거해야한다.

 

1-2) 침투처리

시험면에 침투제를 적용시켜서 표면에 열려있는 불연속부 속으로 침 투제가 충분하게 침투되도록하는 과정을 말하며, 침투제 적용방법에 는 침지법, 분무법, 붓칠법 등이 있다. 침투제를 적용한후 과잉 침투제를 제거하기전까지 일정한 침투시간을 두는데, 이러한 침투시간은 검사규격에서 권고한 기준을따라 적용한다.

 

1-3) 세척처리

침투시간이 경과한후 불연속내에 침투되어 있는 침투제는 제거하지 않고 시험면에 남아있는 과잉침투제를 제거하는 과정을 세척처리라 한다.

세척은 주로 물 또는 용제를 사용하여 수행하는데 침투제의 종류에 따라 세척방법이 달라진다.　

 

1-4) 현상처리

세척처리가 끝난후 불연속부 안에 남아있는 침투제를 시험체 표면으 로 노출시켜 지시를 관찰하는 과정을 현상처리라 한다.

현상제의 적용은 불연속지시의 선명도 및 명암도가 높아지는 범위내 에서 가능한 한 얇고 균일하게 도포해야 한다.

 

1-5) 관찰

침투탐상검사에서 나타나는 지시는 시간이 경과함에 따라 지시의 형 태가 변하고 크기가 점점커져서 나타나는데,이는 시험체의 합부판정 을 결정하는 중요한 과정이기 때문에 관찰 시점이 매우 중요하다.

관찰시 지시모양의 크기에 변화가 없을 때에는 그 이상 시간이 경과 한후라도 무방하다. 지시가 나타 났을 때는 관련 지시인지 무관련 지시인지를 확인해야 하는데 명확하지 않은 경우는 재검사를 해야 한 다.

 

1-6) 후처리

검사가 완료된 후 시험체 표면에 남아있는 시험제가 다른 공정에 지장을 줄 우려가 있는 경우나 시험 체 표면에 남아있는 침투제 및 현상제와 같은 검사제를 제거해야 하며, 특별한 언급이 없다면 후처리 를 하는 것을 원칙으로 한다. 후처리는 시험체 표면에 손상을 주지 않으면서 검사제가 완전히 제거 될 수 있는 방법으로하며, 보통 물 또는 용제를 사용한다.

4-3 PT의 특성

•표면이 열린 결함만 검출할 수 있고 내부결함은 검출이 불가능하다.
•다공성 물질을 제외한 금속, 비금속재료 검사가 모두 가능하다
•시험방법의 선택에 따라 설비등이 필요없이 간편하게 검사가 가능하다.
•결함 모양을 눈으로 확인할 수 있다.

 

5. 초음파탐상검사(UT)

 

5-1 소개

사람이 귀로 들을수 없는 파장이 짧은 음파(0.5~15MHz)를 검사물의 내부에 입사시켜 내부의 결함 또는 불균일층의 존재를 알아내는 방법이다.

 

5-2 원리

초음파의 송신과 수신에는 수정, 티탄산바리움계 자기, 지르코늄, 티탄산납계 자기등과 같은 압전재료가 사용된다. 이 압전재료를 얇게 잘라내어 양면에 소정의 주파수의 교류전압을 가하면 판의 두께가 진동적으로 변화하게 되어 그 주파수의 초음파가 발사된다. 반대로, 이판이 초음파의 기계적 진동을 받으면 초음파와 같은 주파수의 전압이 발생한다.

이전압을 적당한 방법으로 증폭하면 미약한 초음파라도 검출할 수가 있게 되는데 이 원리를 이용한 것이다. 초음파의 종류에는 수직탐상검사 및 두께를 측정하는데 이용되는 종파(Longitudinal Wave)와 사각탐상검사에 이용되는 종파속도의 약 1/2인 횡파(Transvers Wave), 표면탐상검사에 이용되는 횡파속도의 약 90%되는 표면파 (Surface Wave) 및 박판재의 검사에 적용되는 판파(Lamp Wave)로 구분된다.

 

5-3 초음파 탐상검사법의 종류

초음파 탐상을 원리에 따라 크게 분류하면 크게 ①펄스반사법 ②투과법 ③공진법 등이 있으나 여기에서는 회사에서 많이 사용하는 펄스반사법에 대해 설명한다.

1) 펄스반사법

초음파탐상검사의 가장 일반적인 것으로 지속시간이 매우 짧은 초음파 펄스를 재료중에 투입하여 그것이 재료중의 결함에 의해 반사되는 것을 수신하여 결함의 위치와 크기 등을 식별하는 방법이다.

펄스반사법은 초음파의 입사각도에 따라 수직탐상법과 사각탐상법이 있는데 사각탐상법은 용접부와 같이 비이드(bead)파형이 있을 경우에도 사용할수 있다.

1-1)수직탐상법

초음파의 진행방향을 검사체의 표면에 수직으로 전달시켜 내부결함의 상태를 알아보는 방법으로 두께측정의 원리를 이용한 것이다. 표면에서 발사된 수직파가 결함이 존재하는 불연속면에서 반사되는데 이 반사파는 원래 저면에서 반사되어 나오는 파가 돌아오는 거리 및 시간보다 적게되는 원리를 이용 하였으며 결함의 크기, 깊이, 종류를 알 수 있는 방법이다.

                                                   (결함없음)                            (결함있음)

사각탐상법

사각탐속자를 사용하여 탐상면에 대하여 사각으로 초음파를 주사하여 탐속자에서 멀리 떨어진 결함이나 불연속부를 감지하는 방법으로 용접부나 복잡한 모양의 검사체에 적당하다. 용접부와 같이 비이드파가 있을 경우에도 비이드 표면을 가공하지 않아도 된다.

이 방법의 특징은 저면반사가 나타나지 않는다.

5-4 UT의 특징

•RT로 검사하기 어려운 두꺼운 검사체도 검사할 수 있다.
•결함 검출 감도가 우수하다.
•한쪽면에만 접근할 수 있어도 검사할 수 있다.
•에코(Echo) 모양으로 결함을 판정하므로 숙련된 경험이 필요하다.
•주물과 같이 조직이 조대한 검사물은 탐상이 곤란하다.
•검사기기 등이 작고 가벼워 휴대에 편리하다.
　

6. 와전류탐상검사(ET)

 

6-1 원리

와전류탐상검사는 교류가 흐르는 코일을 검사물에 가까히 가져가면 자계의 작용으로 검사물에 발생하는 와전류가 결함이나 재질등의 영향으로 변화하는 것 을 검출하여 결함을 찾아내거나 재질등을 검사하는 방법이다.
 

 

 

6-2 ET의 특징

검사체가 전도체일때만 검사가 가능하다.

•표면결함은 쉽게 검출되지만 결함 깊이가 깊어질수록 검출이 어렵다.
•신호모양으로 결함을 추정하므로 숙련된 경험이 필요하다.
•결함검출 감도가 우수하다.
•조직변화 및 기계적, 열적 이력도 조사할 수 있다.
 

7. 누설검사(LT)

7-1 소개

탱크,. 용기등의 기밀, 수밀 및 어느정도의 내압을 요하는 용접부에 대해서 실시하는 검사법이다. 보통 수압 또는 공기압에 의해 실시하고 중요한 부분 등에는 검출 감도가 우수한 헬륨가스, 할로겐가스를 사용한다.

7-2 원리

기체나 액체와 같은 유체가, 시험체 내부와 외부의 압력차에 의해 시험체의 결함속으로 들어가거나 결함을 통하여 새어 나오는 성질을 이용하여 결함을 찾아내는 시험 방법이다.

7-3 LT의 특징

•검사물 전체를 1회 검사로서 끝낼 수 있다.
•시험법은 간편하다.
•헬륨가스나 할로겐가스를 사용하면 검출 감도가 우수하다.