초음파 검사

초음파 검사란??

음의 진동에 의해 주위에 전해지는 파동, 다시말해 사람마다 다르겠지만 인간의 귀에 들리는 주파수는
약 30Hz~20KHz정도라고 한다. 이것보다 높은 주파수의 음파, 즉 인간의 귀로는 감지할수 없는 주파수의 높은 음파를 말한다.
초음파는 타이타닉호의 침몰로 인해, 공업적으로 이용하게 된것이 최초 발단이 되었다고 하는데, 진공관이 발명되고, 제1차 세계대전때 독일 잠수함으로부터 괴롭힘을 당했던 연합군측의 프랑스에서 초음파진동자를 개발하고, 수중 통신장치를 실용화 하면서 부터 널리 쓰이게 되었다고 한다.

음파는 전파나 빛에비해 전달 속도가 늦다.
공기중의 음 전달속도는 약 340m/s, 수중에선 약 1530m/s, 철강에선 약5900m/s 라고 함.
빛이나 전파는 30만km/s 이다. 음파는 빛과 같이 반사(예, 메아리) 또는 꺽이기도 한다.
음은 다른 물질에선 전달되지 않고 주파수의 변화없이 반사 된다.
예를들어, 수영장 밖에서 고함치는 소리를 물속에선 들을려고 해도 공기와 물의 차이로 그 음의 대부분은 수면에서 반사되어 버린다. 들렸다고 해도 목소리의 크기는 미미하다.
단, 수중에서 들리는 음의 주파수는 공기중과 차이가 없으므로 음의 높이는 공기중과 같다.
인간에겐 들리지 않는 약30Hz 이하의 음은 저주파라고 한다. 고속도로 근처에 살면 불쾌감등 스트레스를 받는데 이것은 자동차가 지나감에 따라 도로등이 진동하여 저주파음이 발생하기 때문이다.

초음파는 다양한 분야에 응용된다. 수중통신장치, 어군탐지기, 거리측정, 두께측정, 비파괴검사, 유량측정, 초음파(리모컨, 모터, 용접, 가습기,휠타), 의료용(진단, 치료, 초음파 메스), 해충퇴치(곤충,작은 동물,또는 쾌속선의 고래등과의 충돌을 예방하기위해 고래가 싫어하는 음을 내기도 한다) 또 초음파진동을 가해 알코올 분열을 이용, 술의 맛을 좋게 하는데도 쓰이고 있다.

 

초음파 검사의 종류 

초음파 탐상검사에는 수직검사법(수직탐촉자 사용)과 사각검사법(사각탐촉자 사용)이 있다. 이것은 탐촉자로 부터 초음파 펄스를 어떤 방향으로 송신하느냐에 따라 달라진다. 수직검사법 수직법은 시험물체의 표면에서 수직방향으로 초음파를 송신하며, 이땐 저면에코 (측정표면의 아래쪽 바닥에서 반사되는 에코)도 모니터에 나타난다.  그리고 수직검사법은 재료의 두께 측정이나 두꺼운 재료 검사시에 잘 사용하며 종파를 사용하는데 공기중의 음파가 그 진행방향과 공기입자의 진동이 평행하게 전달되므로 종파라 한다. 진동자에서 발생되는 초음파 역시 종파이다. 또한 음파중에서 제일 빠르고 고체,액체,기체에서 모두 통과하며 발생도 용이하다. 이에 해당하는 대표적인 음이 북소리다. 사각검사법 사각법은 초음파를 경사방향으로 송신하며, 사각탐촉자 내부의 진동자엔 합성수지제품의 쐐기를 부착시킨 구조로 되어 있고, 진동자에서 발생한 종파는 쐐기를 통과한후 검사표면에서 꺽이면서 횡파(고체에서만 존재)로 변환 내부에 전달 송신된다. 이때 종파의 존재는 쐐기속을 돌아 진동자로 수신되면서 생기는 혼란을 주는데 이것을 줄이기 위해 쐐기에 흡음재가 부착되어 있다. 이 횡파의 진동 방향은 음파의 진행방향과 평행하지 않으므로 속도도 늦고 (종파속도에 비해 절반 수준) 그로 인해 파장도 짧고 쉽게 산란되어 투과력은 약하나, 작은 결함에 대한 감도가 뛰어나고 용접내부의 결함위치를 비교적 정확하게 알수가 있기 때문에 용접검사에 많이 쓰인다. 사각법에서는 모니터에 저면에코가 나타나지 않는다. ※ 초음파 검사에선 보다 초음파의 전달 효과를 높이기 위해 매끄러운 시험체표면에는 물 또는 기계유등을 바르고, 표면이 거친 철판이나 곡면에는 농도 75%이상의 글리세린 등을 바른다. 또는 예외로 고체도 있다, 그리고 검사표면 온도가 600도까지 되는 곳에 바르는 것도 있다.

 

적용 범위

용접부의 내부검사엔 방사선 검사가 옛날부터 널리 이용되어 왔지만, 초음파 검사 역시 장비의 발전으로 그에 못지않게 많이 쓰인다. 방사선 검사가 안되는 부위 라든가, 오히려 초음파 쪽이 더 하기 쉬운 경우도 있다. 물론 방사선 검사와 초음파 검사를 같이 실시해야 하는 부위도 있기도 하다.
그외 장점이 있다면, 검사비용이 방사선 검사에 비해 저렴하고, 검사 결과도 그 즉시 얻을수 있다. 또는 방사선에선 쉽게 발견이 안되는 결함(균열등)도, 초음파 검사에선 찾아내는 경우가 있다.

철강구조물의 완전용입된 용접부의 초음파 검사는 특별한 경우를 제외하고, 철판두께 9mm미만 또는 직경300mm미만의 파이프 이음 용접부위는 적용하지 않는다.
그 이유는 직경이 300mm미만의 파이프는 두께가 9mm미만인 경우가 많고 그 이상의 두께라 해도 탐촉자의 닿는부분이 곡면이므로 이 부분을 특별히 일부러 맞춰 가공하지 않는한 검사가 곤란하다. 그리고 검사부위가 평판상태의 이음 용접부및 직경 300mm이상의 파이프 이음용접부 에 검사할때는 사각탐촉법을 사용한다.

방사선 검사는 철판의 검사 적용두께가 최고 약 50cm이지만 초음파검사의 철판 적용 두께는 재질에 따라 몇미터 까지도 검사가 가능하다. 그리고 방사선검사의 편리한 점은 검사 위치를 쉽게 바꿔가며 철판내부에 초음파를 반사시켜 결함을 찾아 내기때문에 용접부위의 한쪽면에서도 검출이 가능하다.
단, 방사선검사의 결과는 필름으로 기록이 되지만, 초음파 검사는 검사원의 기록에 의존한다는 것이 단점이다.

 

에코의 판단및 구별선

초음파 탐상기(모니터부착)에 나타나는 에코높이의 상태에 따라 결함유무를 결정하게 되는데, 같은 크기의 결함이라도 탐촉자의 위치로 부터 먼곳에 있는 결함의 에코 높이는 달라진다.
그때문에 다른 탐촉자 위치에서도 같은 수준으로 에코높이가 평가되도록 하기 위한 일종의 구별선을 만들어 둔다.

방법을 간단히 설명하면 다음과 같다.
예를들어 지정된 표준시험편(STB 또는 RB,-가상 결함이 있음-)의 표면에 탐촉자를 대고 초음파를 가상결함(드릴구멍)에 (1)직접겨냥(초음파의 꺽임 없이),(2)한번 굴절시켜,(3)두번 굴절시킴,(4)세번 굴절 등 거리에 차별을 둔 상태에서 겨냥 했을때 각각 나타나는 에코의 최고 높이점을 표시(탐상기의 모니터 전면에 부착하는 보조눈금표시판에 기입) 해둔 다음 그것들의 최고 꼭데기점을 직선으로 연결해서 구별선으로 지정하고 그외 가까운 구별선 끼리의 감도차를 6dB로 해서 몇개의 에코구별선을 만든다. 이 에코 구별선들중 밑에서 세번째의 선을 H선으로 하고 감도조정기준선으로 한다.
여기서 부터 6dB낮은선을 M선, 이보다 6dB 낮은선을 L선이라 한다. 이때부터 실제 탐상작업에 들어 갔을때, L선을 넘는 에코를 결함으로 평가한다든지, 또는 M선을 기준으로 평가를 한다든지 하는 기준선 또는 구별선이 되는것이다