용접부 검사

1. 검사 개요
용접부의 건전성과 신뢰성을 조사하기 위해서는 여러 가지 방법이 쓰이고 있으나 이것을 대별하면 작업검사(procedure inspection)와 수입검사(acceptance inspection)로 나누어진다. 작업 검사란 양호한 용접을 하기 위해 용접 전,중 및 후에 있어서 용접공의 기능, 용접 재료, 용접설비, 용접시공 상황, 용접 후 열처리 등의 적부를 검사하는 것을 말하며, 수입 검사란 용접 후에 제품이 요구대로 완성되어 있는가의 여부를 검사하는 것이다. 보통 용접 검사라 하면 수입검사를 말한다. 이 용접 검사는 용접부의 기계적, 물리적 특성을 알기 위한 파괴 검사와 용접부에 어떤 결함이 있는가를 알기 위한 비파괴 검사로 나누어진다.
본 항에서는 용접 결함을 찾아낼 수 있는 비파괴 검사 방법별 적용 범위 및 장단점을 살펴보고 각 방법별 원리에 대해 살펴보았다.

 

표 4. 비파괴 검사의 장점 및 단점.

 

 2. 침투탐상검사 ( Penetrant Inspection, PT )
침투탐상검사는 인간 눈의 생리현상을 이용하여 밝은 곳에서 시험을 할 때 보통상태에서는 폭이 아주 좁아서 육안으로 보기 어려운 균열 같은 것을 사람의 눈으로 식별하기 쉽게 흰색 바탕에 적색으로 나타내게 하고, 크기도 확대하여 눈에 잘 보이도록 만드는 방법이다. 그리고 어두운 곳에서는 미세한 균열로부터 황록색의 밝은 빛이 나오게 하여 보기 쉽게 만들어 표면에 있는 미세한 결함을 검출하고 나타내는데 사용된다.
이 방법은 강, 스텐레스, 알루미늄, 세라믹, 유리, 플라스틱과 같은 대부분의 비다공질 재질을 검사하는데 사용될 수 있다. 검사 종류로는 용제제거성침투방법(Sovent Removable System), 수세성 침투방법(Water-washible Penetrant System) 및 후유화성 침투방법(Post-Emulsifiable penetrant System)이 있다.

 

그림 - 침투 탐상 검사 방법

 

3. 자분탐상검사 ( Magnetic Particle Inspection, MT )
철강재료 등 강자성체를 자화하게 되면 많은 자속이 발생한다. 자속은 자기의 흐름으로 나타나며, 강자성체에서는 자속이 쉽게 흐르지만 비자성체에서는 자속이 흐르기 어렵다. 결함은 일반적으로 강자성체의 불연속으로서 기체, 비금속 개재물 등 비자성체로 이루어진다. 따라서 자속이 흐르는 길에 결함이 있으면 자속이 흐르기 어려워진다. 그러므로 자속은 결함이 가로막게 되면 결함을 피해가려는 모양으로 넓게 흐른다. 이로 인하여 얕은 표층부의 자속은 강자성체의 표면 위 공간으로 새어나간다. 이 새어나간 자속을 결함 누설 자속이라 하고 강자성체 내에서 결함이 있는 곳으로 흐르는 자속이 많을수록, 자속을 가로막는 결함의 면적이 클수록 또 결함의 위치가 표면에 가까울수록 결함 누설 자속은 많아진다.
자화된 강자성체의 표면에 색깔이 있는 강자성체 미립자 즉 자분을 뿌리면, 결함 누설 자속 내에 들어간 자분은 자화되어 자극을 가지는 작은 자석이 되며 자분 서로가 얽혀 결함부에 응집 흡착된다. 이것을 결함 자분 모양이라 하며 그것의 폭은 결함에 비해 크게 확대되고, 자분 색깔로 인해 쉽게 구분된다.

 

그림은 자분 탐상 검사의 방법이다.

 

 

4. 초음파탐상검사 ( Ultrasonic Inspection, UT )

보통 가청주파수(20 ∼ 20kHz) 범위보다 큰 주파수의 음파를 초음파라 하며, 금속 재료의 초음파 탐상에는 1 ∼ 5MHz의 초음파가 널리 쓰인다. 초음파는 결함이나 시험체의 후면 또는 다른 금속의 접합면 같이 초음파가 전파하고 있는 물체와 다른 물체가 접하고 있는 경계면에서 반사한다. 이와 같이 초음파가 경계면에서 수직으로 부딪히면 일부는 반사하고 나머지는 통과하며, 그 분율은 경계면에서 접하고 있는 두 물체의 음속과 밀도에 의해 결정된다. 따라서 시험체 내부의 결함의 측정은 그림 14와 같이 초음파 펄스를 보내는 순간부터 결함에 의해 반사된 초음파 펄스를 수신하는 순간까지의 경과 시간을 측정함으로써, 결함의 위치를 알 수 있게 된다. 보통 검출할 수 있는 결함의 크기는 초음파 파장의1/5정도이며, 수직 탐상에는 종파를 사각 탐상에는 횡파를 사용한다.

 

5. 방사선투과검사 ( Radiography, RT )
χ선이나 γ선은 물질을 잘 투과하는 성질을 가지고 있으며, 투과하는 도중에 흡수나 산란을 받으므로 투과후의 강도는 투과전의 강도에 비해 약해진다. 이 약해진 정도는 물체의 두께, 물체의 재질 및 방사선의 종류 등에 따라 다르다.
물체 내부에 기공과 같은 결함이 있을 경우 χ선으로 검사를 하면 기공 부분은 주위의 건전한 부분과 비교하여 결함의 두께만큼 물체의 두께가 얇아졌기 때문에 기공을 투과한 χ선의 강도는 주위의 건전한 부분을 투과한 χ선의 강도보다 강하게 된다. 이것을 직접 눈으로 볼 수 없으므로 χ선을 필름에 감광시킨 다음 현상하여 얻은 투과 사진의 농도 변화를 관측함으로써 결함의 유무 및 위치를 알 수 있게 된다.

 

6. 와류탐상검사 ( Eddy Current Testing, ECT )
와류탐상검사는 교류가 흐르는 코일을 시험체에 가까이 가져가면 자계의 작용으로 시험체에 발생하는 와전류가 결함이나 재질의 영향으로 변화하는 것을 검출하여, 결함을 찾아내는 검사 방법이다. 교류가 흐르는 코일을 전도체에 가까이 가져가면, 코일 주위에 생긴 자계가 도체에 작용하게 된다. 이때 도체를 관통하는 자속의 방향은 시간적으로 변하는데, 이 경우 도체에는 도체를 관통하는 자속의 변화를 방해하는 기전력이 유도된다. 이 기전력에 의해 점선으로 나타낸 것처럼 도체 내의 자력선의 둘레에는 교류 전류가 생긴다. 이 전류를 그 모양에 연유하여 와전류라 한다.
도체에 생긴 와전류의 크기 및 분포는 주파수, 도체의 전도도와 투자율, 시험체의 크기와 형상, 코일의 형상과 크기, 전류, 도체와의 거리 그리고 용접 균열 등과 같은 결함에 의해 변하게 된다. 따라서 시험체에 흐르는 와전류를 검출함으로써 시험체의 결함을 알 수 있게 된다.

그림은 와류탐상 검사이다.