비파괴 검사

 

 

 

비파괴 검사

1. 비파괴 검사의 정의와 목적

비파괴검사(Non-Destructive Testing)란
재료나 제품의 원형과 기능을 전혀 변화 시키지 않고
재료에 물리적 에너지(햇빛, 열, 방사선, 음파, 전기와 전기에너지) 등을 적용하여 조직의 이상이나 결함의 존재로 인해 적용된

에너지의 성질 및 특성 등이 변화하는 것을 적당한 변환자를

이용하여 이들 성질의 변화량을측정함으로써 조직의 이상 여부나 결함의 정도를 알아내는 모든 검사를 말한다.

 

고강도 강재의 출현과 함께 기존 콘크리트 구조물에서 시공성.

내진성이 높은 강구조물의 건설이 날로 증가하고 있는데
공장에서 제작가능 한 강재 치수의 제한으로 많은

이음부를 갖기 때문에 이를 연결하는 용접부위에는 기공(Porosity).
불완전 용입. 불완전 용융. 균열. 오버랩 등 다양한 용접결함이

생기게 된다.

이는 강구조물을 취약하게 만드는 원인이 되며
육안으로는 조사가 거의 불가능하여 때문에
여러 가지 비파괴조사 방법을 이용하고 있는데
초기에는 주로 품질관리 목적으로 비파괴검사를 사용하였으나
현재에는 구조물의 유지관리에서 점검의

보조수단으로 광범위하게 사용되고 있으며 크게 내부결함 검출과 표층부 결함 및 손상 검출 목적으로 사용되고 있다.

 

2. 비파괴 검사의 도입배경

비파괴검사는 1895년 X-선 발견하여
뢴트겐 부인의 손을 촬영한 것을 시작으로 하여
제 1차 세계대전 중에는 이를 공업적으로 사용 X-선을 통해서

항공기의 제작검사와 포탄의 약실 수송물 등의 부정품을 발견했다.

그 후 주조품 검사. 용접부 검사 등에 사용되면서
점차 그 활용영역을 넓혔고
특히 2차 세계대전중 미 해군의 전함 건조계획이 수립되면서
이를 토대로 비파괴 검사는 급진적으로 발전하게 되었다.

국내에 처음 도입된 것은 1958년 3월 원자력법에 의한
방사성동위원소의 수입과 사용허가제도가 제정되면서
부터 문화재 보호사업의 일환으로
60년대 초 비파괴검사기술을 도입하게 되었으며
65년에는 서울원자력(주)에서 분리된 중앙원자공업(주)이

최초의 비파괴검사 전문업체로 탄생하게 되었다.

그 이후 원자력발전소와 조선공업.
방위산업의 발전으로 비파괴검사의 수요가 급증했으며
울산과 여천석유화학공단. 창원기계공단 조성으로
비파괴검사가 산업적으로 정착하면서 꽃을 피우게 되었다.

 

3. 비파괴검사의 종류 (원리, 특성, 적용처)

방사선투과법 (Radiography : RT)

방사선투과검사는 X-선. 감마선등의 방사선을
시험체에 투과시켜 X-선 필름에 상을 형성시킴으로써
시험체 내부의 결함을 검출하는 검사방법으로
내부결함을 검출하는 비파괴검사 방법 중 현재 가장 널리 이용되고 있다.

 

원리

X-선 및 감마선의 물체를 투과하는 성질을 이용
X-선 발생기에 의해 생성되는 X-방사선이 조사 부위의
두께 및 원자번호에 비례하여 흡수된다는
원리에 근거하고 있으며
그 투과하는 정도는 시험체의 밀도 및 두께 등에 따라

달라지게 된다.

따라서 X-선 및 감마선이 시험체를 투과할 때
내부에 결함이 있으면 시험체로부터 투과되어 나오는
방사선량에 차이가 생기고
이때 시험체 뒤에 X-선 필름을  부착시키게 되면
투과된 방사선량에 따라 필름의 감광정도가 달라진다.

이 X-선 필름을 현상하면  
감광된 정도에 따라 농도의 차가생겨 특정상을 형성하는데

X-선 흡수는 결함부 바로 옆의 손상되지  않은 부위와
비교하면 이미지가 보통 더 어둡게 나타나
다른 양상을 나타내게 되므로 이것을 관찰하여
시험체 내부에 존재하는 결함의 위치. 크기 등을 판정할 수 있다.

특성(장,단점)

방사선투과법의 가장 큰 장점은 내부 결함의 크기 및 형태등

결함의 성질을 판단하기가 쉽고 이미지로 얻은 결과가 양호하며
결과를 거의 영구적으로 보관 가능하다.

 

단점으로는
결함부위의 공간적인 정보를 얻을 수 없다는 것으로
결함의 깊이를 추정하기 어렵고 방향 성이 좋지 않은
2차원 결함을 검출하기 어렵다.

또한 방사선을 투과하는 장비는  방사선  분실과 피폭등으로
인체에 유해한 방사선을 방출하기 때문에
Al 캡에 채워 텅스텐제 용기에 보관하여야 하며
전문가 이외에는 사용이 제한된다.

방사선투과기의 크기로 인하여
경우에 따라서는 현장에서는 사용이 어려울 수도 있으며
탐색속도가 느리고  탐색비용이 상당히 고가다.

따라서 방사선  투과법을 효과적으로 적용하기 위해서는
육안점검 및 다른 비파괴 시험법을 조합적으로
적용하는 방 안이 필요하다.

  

적용처

용접 또는 주조(Casting)의 슬래그 함침(Slag Inclusion)이나

간극과 같은 대부분의 재료의 내 외부 결함을 검출할때 사용한다.

균열과 같은 2차원 결함도 탐지할 수 있으나
결함이 X선의 축에 거의 평행한 방향일 경우에만 가능하다.

초음파탐상법 (Ultrasonics : UT)

초음파 음향 인피던스가
다른 경계면에서 반사 굴절하는 현상을 이용하여
대상의 내부에 존재하는   불연속을 탐지하는 기법으로
대형 가스관 검사에 적합하여 선진국에서 많이 사용한다.

원리

초음파란 사람의 귀로 들을 수 없는

파장이 짧은 음파(소리) 를 말하며

금속 등의 물체 속을 쉽게 전파하고
서로 다른 물질과의 경계면에서는 반사하는 특성이 있다.

이러한 초음파의 특성을 이용하여 기계진동 형태의
고주파 음파를 시험할 부분으로 주사하면
재료를 통과하는 음파는 결함부 또는  경계면에 부딪치게 되면
음향진동은 반사가 되고
이 반사파를 검출하여 반사파에 대한 정보를
음극선 관(CRT) 또는 다른 기록 장치에 나타내어
분석하면 결함의 유무와 위치. 크기 등을 판별 할수 있다.

특성(장,단점)

방사선투과 시험이 곤란한 조인트 부분까지도 시험이 가능하나

퍽스에코시그널을 해석하는데 상당한 기술이 요구되며
검사 방법으로는 투과법. 반사., 공진법. 수직 탐사법 등이 있다.

  
표준 측정장비는
음파생성기. 수신장치 (보통 한 기구 내에 조립됨) 와
초기파 및 반사파가 나타나는 화면 등으로 구성되며
화상 표시장치는 결함부의 위치(깊이) 및 결함의 성질을
추정할 수 있게 해준다.

또 기구의 감지부(탐지부)를 조사할 부분을 따라
이동함으로써 결함의 크기 측정을 가능하게 하고
조사 민감도는 음향 진동수. 탐지부의 설계. 기계의 조작.

반사신호의 전기적 처리기술과 같은 여러가지 시험변수에

영향을 받는다.

  
초음파탐상법의 장점은 휴대성. 민감성이 높고
균열의 위치 또는 결함의 공간적인 정보를 얻을 수 있다.

 

방사선투과법에 비하여 안전하고 경제적인 비파괴검사법이며
최근에는 현장 측정 자료를 컴퓨터 처리와 보고서 작업에 적당한

형식으로 저장할 수 있는
디지털 장비가 보급되어 있어 작 업의 효율성이 좋다.

 

단점으로는
표면결함을 효과적으로 찾아낼 수 없다.

 

적용처

용접부. 주조품. 압연품. 단조품등의 표면 및
내부결함을 검출하고 그 위치와 크기를 추정할수 있으며

강부재의 두께측정 및 배관등의 부식정도를 측정할수 있다.

 

자분탐상법 (Magnetic Particles : MT)

검사대상을 자화시키면 불연속부에 누설자속이 형성되며
이 부위에 자분을 도포하면 자분이 집속되는 검사법으로

강자성체 재료의 표면 및 표면직하 결함검출에 많이 사용된다.

원리

시험품에 자장을 적용하고 시험품을 석분화 시키고
자화시키면 자속이 발생한다.

이때 시험품의 표면 또는 표면하에 결함이 있으면
자속이 누설하고 결함의 양쪽에 자극이 발생하여
국부적인 자장을  형성하게 된다.

국부자장에 의한 결함부의 누설자속을 자분이나

검사코일에 의해 검출하여 결함의 위치와 크기를 알수 있다.

특성(장,단점)
이 검사법의 장점은 휴대성이 좋고

시험에 최소한의 기술이 필요하다.

비교적 복잡한 형상을 갖는 
강구조물의 구조를 상세 조사할 수 있으며
결함 검출 능력이 뛰어나 아주 미세한 결함이라도

검출 할수 있으므로

육안으로 확인할 수 없는 표면 및 표면 근방의 작은 균열 및

기타 결함도 검출 할수 있고 경제적인 비파괴검사법이라는
장점이 있고

단점으로는 자기장을 형상하기 위하여
고압의 전류가  필요하며
물체표면 아래에 있는 작은 결함은 검출하기 어렵다.

또한 적용할 수 있는 재료 및 발견할 수 있는

결함의 형태가 한정되며
일반적인 강구조물에서는 큰 문제가 되지 않으나
국부적으로   적용하는 경우  조사 부분에서
자성상태를 남겨 용접과 같은 후속 작업에 방해가 될수 있어

상당한  시간과 비용을 통하여
검사부위의 자성을 제거시켜야 하는 경우가 있다.

방사선투과법 보다는 사용이 쉬우며
Indication을 해석하는 기술이 요구된다.

적용처
대표적으로 균열. 겹침(laps). 시임(seam). 탕계(cold shut)

그리고 라미네이션(lamination)등의 결함을 검사할 수 있다.

와전류탐상법 (Eddy Current : ECT, ET)

전자유도에 의해 와전류를 발생하며
시험체 표층부의 결함에 의해 발생한 와전류의 변화를
측정하여 결함을 탐지하는 검사법으로
파이프와 봉. 강판 등 전도체 재료의 표면 또는
표면근처의 결함검출과 물성측정에 이용된다.

원리

교류가 흐르는 코일을 금속등의 도체에 가까이 가져가면
도체의 내부에는 와전류(eddy current) 라는  
교류전류가 발생하며 이 와전류는 여자(Exciting) 또는
독립 탐지 코일에서 전도체 및 여자 코일의 성질.
전류의 주파수 및 크기. 전도체의 불연속성 유무에 따라
달라지는 임피던스를 발생시키는데
이로 인해 결함이나 재질 등의 영향에 의하여
그 크기와 분포가 변화합니다.

와류탐상법은 이와 같은  와전류가 검사체 표면 근방의 균열등의

불연속에 의하여 변화하는 것을 관찰함으로써
검사체에 존재 하는 결함을 찾아내는 검사 방법이다.

특성(장,단점)

와전류탐상법은 그 원리가 자분탐상법과 매우 유사하며
정밀한 자기장의 변화를 감지할 수 있는
센서의 개발과 함께 비교적 최근에 실용화된 비파괴검사법이다.

와상전류시험법은 조사하고자 하는  물체에
자기장이 아닌 전기장을 교란시켜
결함을 검출하는 것이 자분탐상법과 다른 점이다.

 

장점은 물체표면으로부터
깊은 곳에 존재하고 있는 결함을 검출할 수 있으며
진동수를 적절히 조 절함으로써 표면조사만을 할수 있고

결함의 크기 또한 조사 지역의 결과로부터 측정 할수 있다.

와전류탐상법의 결과는
물체의 기하학적 형상에 크게 영향을 받으므로
간단한 형상에 대해서만  조사 할수 있고
복잡한 형상은 임피던스값 자체를 변화시키기 때문에
유용성이 제한될 뿐만 아니라    
자분탐사법처럼 전도체만을 조사대상으로 할수 있으며
페인트와 같은 여러 가지 표면조건에 둔감 하다는 단점이 있다.

적용처
와류전류탐상법는 검사체가 전도체일 경우 적용 가능하고

비접촉식 방법으로 고속으로 탐상할 수 있어
관. 봉 등의 비교적 단순한 형상의 제품검사와 발전소.
화학 플랜트 배관의 보수검사에 널리 이용되고 있다.

또한 와전류는 검사체 내부의 불연속 뿐만 아니라
검사체의 전자기 특성이나 형상 치수 등에 따라서도 변화하므로 

와류탐상 검사는 결함 검출을 위한 탐상시험 뿐만 아니라

재질시험. 두께측  정. 치수 시험등에도 널리 응용할 수 있다.

액체침투탐상법 (Liquid Penetrants : LT.PT)

표면으로 열린 결함을 탐지하는 기법으로
침투액이 모세관현상에 의해 침투하게 한후
현상액을 적용하여 육안으로 식별하는 기법으로
용접부와 단조품 등의 표면개구결함 검출에 적용된다.

원리

침투액이 결함부위에 잘 스며들 수 있도록 조사할 물체 표면을

기계적 또는 화학적인 제거제를 사용 하여

기름. 수분. 다른 오염물질을 청소한 다음
분무기를 사용하여 침투액을 조사 위치에 분사하고
침투액이 모세관현상 또는 표면 습윤 현상에 의해

결함부에 스며들도록 한다.

그리고 일정 시간이 경화한 후
수세법. 유화제법. 용제법등의 방법으로 침투액을 닦아내고

현상제를 물체표면에 분사하고 물체 표면이 건조되면
결함이 있는 부위에 스며든 침투액과 현상제의 반응으로 인하여

결함부위를 육안으로 확인 할 수 있게 된다.

특성(장,단점)

일명 Color Check라 하며 현장에서 많이 사용되고 있으며
원리가 비교적 간단하면서도
표면의 균열.  결함. 불연속 등의 검출에 효과적이다.

그 적용범위가 넓고 경제적이며

전문적인기술이 필요 없는 시험법으로
작은 결함이라도 육안으로 확실하게 확인 할수 있다.

 

단점으로는 물체 표면에 있는 결함 또는 불연속면의 검출 이외에
결함의 공간적인 정보를 얻기는 어렵고 다공성 시험체에는

적용할 수 없다.

적용처

침투탐상검사는 용접부. 주강품. 단조품등과 같이

같은 금속재료뿐만 아니라 세라믹. 플라스틱. 유리  등의
비금속 재료에도 폭넓게 이용할 수 있으며
시험체의 형상이 복잡하더라도 검사가 가능하다.

 

음향탐상법 (Acoutic Emission : AE)

원리

음향탐사법(Acoustic Emission Monitoring)은
물체의 균열 또는 국부적인 파단으로부터 방출되는
응력파(Stress Wave Emission) 를 센서로 검출하는 기법으로서
다른 비파괴검사법이 신호를 발생 시키고

그 응답을 분석 하는 것과 다르게 피동적으로 신호를 수신하여

결함을 검출하는비파괴검사법이다.

특성(장,단점)
음향탐사법은 실시간으로 결함의 진원지와 결함의 상태를

추적할 수 있으며 국부적인 결함의 검출  이외에

전체 구조물의 상태를 모니터링할 수 있는 장점이 있다.

  
음향탐사법의 단점으로는

안정화된 결함. 즉 진행이 멈춘 균열 등은 검출할 수 없으며
센서의 감도에 따라 결함의 검출결과가 좌우되며
음향방출이 구조물의 여러 구조상세를 따라 전달 될 때
결함의 정확한 위치를 찾기 어려우며
이러한 경우에는 초음파탐상법과 같은 국부적인 결함검출법을

병행하여야 한다. 

 

적용처

모든 재료에 적용하며
소성변형. 균열의 생성 및 진전 감시 등 동적거동 파악.
결함부의 취이판정 및 재료의 특성평가에 이용된다.

 

기타 검사법

누설검사 (Leak Testing : LT)

누설검사는 암모니아. 할로겐. 헬륨 등의 기체나 물과 같은

액체 등의 유체가 시험체 외부와 내부의 압력차에 의해 시험체의

미세한 구멍이나 균열 또는 틈 등의 결함을 통해 흘러들어가거나

흘러나오는 성질을 이용하여 결함을 찾아내는 방법이다.

누설 여부와 누설이 있을시 누설 개소와 누설량을 검출하여

시험체의 안전성을 확보할수 있으므로 각종 분야에서 널리

이용된다.

이러한 누설시험에는 기포 누설시험. 압력 변화 측정시험.

할로겐 누설시험. 헬륨 누설시험, 초음파에 의한 누설시험 등이있고
관통된 불연속 만을 탐지할 수 있고  최종 건정성 시험으로

주로 사용된다.

압력용기. 저장탱크. 파이프라인 등의 누설 탐지에 사용한다..

 

육안검사 (Visual Testing : VT)

오랜 경험을 가진 숙련자로 대상의 표면에 존재하는 결함이나
이상 유무를 판단 하는 가장 기본적인  비파괴시험법이며

경우에 따라서 저배율 확대경등의 광학기기를 이용하여
관찰하기도 한다.

용접부 결함과 같은 재료의 표면결함을 검사하는데 주로 사용한다.

간편하고 신속하며 특별한 장치를 필요로 하지 않아
가장 기본적인 비파괴검사법으로 널리 사용되나
검사의 신뢰성 확보가 어려운  단점이 있다.

Bore-scope 나 Fiber-scope 및 소형 TV촬영기 등에 의한

파이프 내면 정밀 탐상 방법과 광섬유를 이용한
고정도의 내시경 검사법을 사용하기도 한다.

모든 비파괴시험대상체의 이상 유 무

(결함의 유 무. 형상의 변화.광택의 이상이나 변질. 표면의 거칠기 등) 를 식별하며또 취약부의 선정에 활용된다.

 

 

중성자투과검사 (NRT)

중성자가 직접적으로 필림을 감광시키지 않지만 변환자에 조사되어

방출되는 2차 반사선에 의하여 방사선 투과 사진을 얻는 기법으로

높은 원자번호를 갖는 뚜거운 재료의 검사에 이용되며 또 핵 연료봉 같이 높은 방사선 물질의 결함 검사에 이용된다.

납과 같이 비중이 높아
방사선투과검사가 곤란한  검사대상물에 적용한다.

적외선검사 (IRT)

시험체 표층부에 존재하는 결함이나 접합이 불완전한 부분에서
방사된 적외선을 감지하고 적외선 에너지의 강도 변화량을

전기신호로 변환하여 결함부와 건전부의 온도정보의 분포패턴을
열화상으로 표시하여 결함을 탐지하는 검사법이다.

각종 재료표면 결함의 고감도 검출. 철근콘크리트의 열화진단. 

강도측정. CFRP 등 복합재료의 내부 결함 검출과
열탄성효과에 의한 응력측정을 할수 있다.

표면상태에 따라 방사율의 편차가 크기 때문에 결함 검출시

편차가 생기지 않도록 배경잡음. 전파 경로에서

흡수산란의 영향을 제거할 필요가 있다.

4. 비파괴검사의 전망 (문제점과 개선방향)

90년대 들어 규제완화 및 도시가스 배관망 확충으로
검사업체들이 우후죽순으로 늘어나기 시작하여
시장규모에 비해 많은 업체들의 과당경쟁이 불가피한 현실이고

야간작업이 많고 거리가 멀어 3D에 어두움(Dark)

또는 거리(Distance) 라는 요소가 추가되어
4D 혹은 5D라 부를 정도로 힘들어 이직률이 80%이상을 기록해
비파괴검사업체들의 인력난도 큰 난제로 작용하고 있다.

거기에 고도의 정밀도를 요하는 비파괴검사 장비는
연구 개발비가 많이 들어 시장규모가 상대적으로 작은
우리나라는 수요와 공급이 맞지 않아
국내 개발이 어려워 외국산 장비의 의존도가 높다는
문제점이 있다.

또한 우리나라의 강구조물 비파괴검사 기준은
한국산업규격(KS규격)에 일부 규정되어 있으나
이는 외국의 기준을 거의 원용하고 있는 실정이고
과거에 비하여 비파괴검사의 필요성이 높아지면서
다양한 비파괴검사에 세부적인 기준이 마련되어야 한다. 

 

그리고 정상적인 가격으로 검사가 이루어질 수 있도록
과당경쟁을 규제할 정책과 더불어
진흥도 함께 펴나갈 수 있는 제도의 확립이 필요하고
이러한 진흥정책을 담당할 주관 부서의 설립이 시급하다.

아울러 검사기법의 자동화와 기술 인력의 육성을 하여
비파괴검사가 지속적인 발전을 할 수 있도록 힘써야 한다.