2024년도 비파괴검사 기술사 132회 3교시 1~6번

3교시

1. 초음파펄스 에코에 의한 두께측정(KSB0536)에 따른 검사 후 측정보고서에 포함되어야 하는 사항에 대하여 설명하시오.

 

KS B 0536 초음파 펄스 에코법에 의한 두께측정 기준에 따르면, 검사 후 작성되는 측정보고서에는 측정의 정확성과 신뢰성을 보장하기 위해 특정 필수 정보가 포함되어야 합니다. 주요 보고서 항목과 내용은 다음과 같습니다.

 

1) 검사 개요

(1)검사 목적 : 두께측정의 목적(예: 부식 평가, 제작 두께 확인 등).

(2)검사 대상 : 측정 대상 물체의 상세 정보(재질, 형상, 치수, 설계 두께 등).

(3)검사 위치 : 측정이 수행된 구체적인 위치를 도식화하거나, 기준점을 포함한 측정 좌표를 명시.

 

2) 측정 장비 및 설정

(1)초음파 장비 정보 : 사용된 초음파 두께측정기 모델명, 제조사.

(2)탐촉자 정보 : 탐촉자 유형, 주파수(단위: MHz), 직경.

(3)결합재(Couplant) : 사용된 결합재의 종류(예: 물, 글리세린 등).

(4)설정 정보 : 장비 설정 값(감도, 게이트 범위, 보정 값 등).

(5)교정 정보 : 기준 블록(material block)을 사용한 교정 기록, 교정 블록의 재질 및 두께 범위.

 

3)측정 조건

(1)온도 조건 : 측정 시 대상 물체와 주변 환경의 온도.

(2)표면 상태 : 측정 전후 대상 표면의 상태(거칠기, 처리 여부 등).

(3)측정 방법 : 단일 측정, 평균 측정, 다중 포인트 측정 여부.

 

 

4)측정 결과

(1)측정 데이터 : 각 위치에서 측정된 두께 값(단위: mm). 기준값 대비 두께 편차.

(2)결과 요약 : 두께 분포의 최소값, 최대값, 평균값.

(3)결함 여부 : 설계 두께를 초과하거나 미달한 경우 판단 기준에 따라 결함 여부 명시.

(4)특이사항 : 측정 중 발견된 이상 신호 또는 데이터.

 

5)평가 기준 및 판정

(1)적용 기준 : 평가에 사용된 기준(예: 설계 두께, 허용 오차).

(2)판정 결과 : 측정값이 허용 기준을 만족하는지 여부와 그 근거.

 

6)기타 필수 사항

(1)작업자 정보 : 검사 수행자의 이름, 자격(예: 초음파 검사 자격증 등급), 소속.

(2)검사 날짜 및 시간 : 작업이 수행된 날짜와 시간.

(3)보고서 작성일 및 검토자 : 보고서 작성일과 검토자의 이름 및 서명.

(4)참고 자료 : 사용된 도면, 설계 정보 등.

 

7)첨부 자료

(1)측정 위치 도식 : 검사 대상물의 측정 위치를 나타내는 스케치, 도면 또는 사진.

(2)교정 기록 : 교정 과정에서 생성된 기록.

(3)측정 데이터 : 측정 결과를 표 또는 그래프 형태로 첨부.

 

2. 위상배열(PhasedArray) 초음파탐상검사의 원리와 특성에 대하여 설명하시오.

 

위상 배열 (Phased Array) 초음파 탐상검사

위상 배열(Phased Array) 초음파 탐상검사는 다수의 초음파 탐촉자 요소를 배열하여, 초음파 빔의 방향 및 초점 위치를 전자적으로 조절할 수 있는 고급 비파괴검사(NDT) 기법입니다.

 

1) 원리

(1)탐촉자 배열 : 다수의 개별 탐촉자 요소가 한 배열에 장착되며, 각 요소는 독립적으로 제어 가능합니다.

(2)위상차(Phasing)를 이용한 빔 제어 : 각 탐촉자 요소에 송신 신호를 시간차(위상차)를 두고 입력하여, 초음파 빔의 합성 방향을 조절합니다. 위상차 제어를 통해 초음파 빔을 특정 각도로 굴절시키거나 초점을 특정 위치로 이동시킬 수 있습니다.

(3)빔 조절 메커니즘:

-빔 스티어링 (Steering) : 위상차를 조정하여 다양한 각도로 초음파를 송신. 탐촉자를 움직이지 않고 넓은 범위를 검사 가능.

-빔 포커싱 (Focusing) : 탐촉자 요소의 위상차를 조정하여 특정 깊이에 초점을 맞추어 검사 정밀도를 높임.

-스캔 방법 : 단면을 빠르게 검사하는 Sectorial Scan, 특정 영역을 검사하는 Linear Scan 등이 가능.

(4)다중 신호 수신 및 데이터 수집 : 초음파 에코 신호를 모든 탐촉자 요소가 동시에 수집하여, 높은 해상도의 2D 또는 3D 이미지를 생성합니다.

 

2) 특성

-장점

(1)고해상도 이미지 : 전자적 빔 제어로 정밀한 검사 및 결함의 형상, 위치를 정확히 평가 가능.

(2)효율성 : 탐촉자 위치 변경 없이 넓은 검사 범위를 빠르게 커버 가능.

(3)다양한 검사 모드 : 빔 각도와 초점 깊이를 조절하여 여러 검사 모드(예: 전반사, 투과 등)를 수행할 수 있음.

(4)정밀한 결함 검출 : 결함의 위치, 크기, 형태, 깊이 등을 정밀하게 측정.

(5)2D 및 3D 데이터 제공 : 결함의 시각화가 용이하며, 결과 해석이 직관적임.

기존 초음파 검사 대비 유연성 : 복잡한 형상의 검사 대상에서도 적용 가능하며, 다양한 재질에 적합.

 

-단점

(1)고가의 장비 : 전통적인 초음파 탐상기보다 초기 투자 비용이 높음.

(2)복잡한 설정 : 검사 조건(빔 각도, 초점 거리 등) 설정이 복잡하며, 숙련된 기술자가 필요.

(3)데이터 처리 : 대량의 데이터를 처리하고 분석해야 하므로 고성능 소프트웨어와 처리 시간이 요구됨.

(4)표면 상태 민감도 : 표면 거칠기, 결합 상태 등이 검사 결과에 영향을 줄 수 있음.

 

3) 주요 응용 분야

용접부 검사 : 빔 스티어링을 이용해 용접부의 다양한 각도에서 결함 탐지.

항공우주 : 복합재료 및 항공기 구조물의 미세 결함 검사.

파이프라인 및 배관 : 부식, 균열, 침투 결함 등의 정밀 검사.

발전 및 플랜트 : 열교환기 튜브, 압력 용기의 용접부 및 내부 결함 탐지.

자동차 : 금속 부품의 품질 검사 및 제조 결함 검출.

 

4) 결론

위상 배열 초음파 탐상검사는 전통적인 초음파 검사보다 정밀도와 유연성이 뛰어나며, 고해상도 데이터와 시각화를 통해 복잡한 결함 분석이 가능합니다. 특히, 넓은 범위를 빠르게 검사할 수 있어 효율적인 비파괴검사 방법으로, 고급 품질 관리 및 결함 분석이 요구되는 산업 분야에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다.

 

 

3. 음향누설검사에 영향을 미치는 인자를 열거하고, 음향누설검사의 장 ·단점에대하여 설명하시오.

 

음향누설검사(Acoustic Emission Testing, AE)란?

음향누설검사는 재료 내부에서 발생하는 미세한 에너지 방출(음향 신호)을 감지하여, 재료 또는 구조물 내의 결함이나 이상 상태를 평가하는 비파괴검사 기법입니다. 주로 하중을 가하거나 압력을 적용했을 때 발생하는 음향 신호를 측정합니다.

 

1) 음향누설검사에 영향을 미치는 인자

음향누설검사의 결과에 영향을 미치는 주요 인자는 다음과 같습니다.

 

(1)재료의 특성 : 재질의 강도, 탄성계수, 밀도 등이 음향 신호의 전파 특성에 영향을 줌.

금속과 복합재료의 감지 민감도가 다름.

(2)결함의 특성 : 결함의 크기, 형태, 위치, 방향 등에 따라 발생하는 음향 신호의 강도와 주파수가 달라짐. 균열, 기공, 박리 등 결함 유형별 신호 특성이 다름.

(3)하중 조건 : 적용되는 하중의 크기와 속도에 따라 음향 신호의 발생 정도가 달라짐.

과도한 하중은 불필요한 신호를 유발할 수 있음.

(4)환경 조건 : 외부 소음, 온도, 습도 등의 환경적 요인이 검사 결과에 영향을 줄 수 있음.

고온 환경에서는 음향 신호 감지의 민감도가 저하될 수 있음.

(5)음향 신호 전파 거리 : 음향 신호는 거리와 매질의 감쇠 특성에 따라 세기가 약해짐.

신호가 감쇠하면 센서에서의 감지가 어려워질 수 있음.

(6)센서 배치와 특성 : 센서의 위치, 민감도, 주파수 범위 등이 신호 감지에 큰 영향을 미침.

적절한 위치에 충분한 수의 센서를 설치해야 함.

(7)결합 상태 : 센서와 검사 대상 사이의 결합 상태(결합재의 선택, 표면 처리 등)가 신호 전달 효율에 영향을 미침.

(8)데이터 처리 및 분석 기술 : 음향 신호의 분석 알고리즘, 필터링 기법 등이 결과 해석에 중요한 역할을 함.

 

2) 음향누설검사의 장점

(1)실시간 검사 : 하중을 가하는 동안 즉시 신호를 감지하고 분석 가능. 진행 중인 결함의 성장 여부를 평가할 수 있음.

(2)넓은 검사 범위 : 하나의 검사 설정으로 넓은 영역을 동시에 감시 가능.

대규모 구조물(예: 압력 용기, 탱크 등) 검사에 적합.

(3)비침습적 검사 : 검사 대상물을 손상시키지 않고 내부 결함 감지 가능.

(4)결함의 초기 감지 : 결함 발생 초기 단계에서 미세한 신호를 감지하여 조기 결함 진단 가능.

(5)동적 평가 가능 : 결함의 발생과 진행 상황을 실시간으로 모니터링하여 구조적 안정성을 평가.

 

3) 음향누설검사의 단점

(1)외부 소음 민감도 : 주변 환경 소음이 검사 결과에 영향을 줄 수 있음.

신호 필터링 및 노이즈 제거 기술이 필요.

(2)결함의 직접적인 위치 파악 어려움 : 신호 분석만으로 결함의 위치와 크기를 정확히 파악하기 어려운 경우가 있음. 보조 검사 기법이 필요할 수 있음.

(3)재료 및 구조 의존성 : 검사 대상의 재질과 형상에 따라 음향 신호 전파 특성이 달라 검사 결과 해석이 복잡함.

(4)숙련도 요구 : 신호 해석과 데이터 분석을 위해 높은 기술적 숙련도와 경험이 요구됨.

(5)장비 비용 : 고성능 센서와 데이터 분석 장비가 필요하며 초기 투자 비용이 높음.

(6)결함 조건 제한 : 음향 신호를 방출하지 않는 결함(예: 정적 결함)이나 미세한 결함은 검출이 어려움.

 

4) 결론

음향누설검사는 넓은 영역을 실시간으로 검사할 수 있는 강력한 비파괴검사 기법으로, 조기 결함 감지 및 동적 평가에 유리합니다. 하지만 외부 소음 및 분석의 복잡성 등 단점이 있으므로, 검사 환경과 대상물의 특성에 적합하게 적용하는 것이 중요합니다.

 

4. 방사선투과사진 필름현상 처리과정 중에 발생할 수 있는 필름상의 인공결함의 종류별 발생원인 및 예방대책에 대하여 설명하시오.

 

방사선투과검사(Radiographic Testing, RT) 필름 현상 처리 과정 중 인공결함

방사선투과검사의 필름 현상 처리 과정에서 잘못된 처리로 인해 발생하는 **인공결함(Artifacts)**은 검사 결과의 신뢰성을 저하시킬 수 있습니다. 인공결함의 종류와 발생 원인, 예방 대책은 다음과 같습니다.

 

인공결함의 종류, 발생 원인 및 예방 대책

1) 스크래치(Scratch, 긁힘)

-발생 원인

필름 표면을 긁거나, 이물질과의 접촉으로 손상됨.

현상 처리 기계 내부의 롤러나 운반 장치가 손상되었을 경우.

작업자의 부주의로 필름을 날카로운 물체와 접촉.

 

-예방 대책

필름을 다룰 때 깨끗한 장갑 착용 및 부주의 방지.

현상 장비의 청결 유지 및 주기적인 점검.

필름을 적재 및 이동 시 부드러운 표면 사용.

 

2) 물때(Mottling 또는 Water Marks)

-발생 원인

현상액 또는 정착액이 불균일하게 필름 표면에 남음.

세척 불량으로 필름에 화학물질 잔류.

필름이 건조 과정에서 물방울이 남은 상태로 마름.

 

-예방 대책

세척 공정에서 충분한 물로 세척.

건조 전에 필름 표면을 균일하게 정리.

건조 공정에서 적절한 온도와 균일한 공기 흐름 유지.

 

3) 현상 불량(Streaks or Uneven Development)

-발생 원인

현상액의 농도 불균일 또는 교반 불량.

현상 시간 초과 또는 부족.

현상기 내부 롤러에 필름이 잘못 걸리거나 비틀림 발생.

 

-예방 대책

현상액 농도와 온도를 주기적으로 점검.

자동 현상 장비를 사용할 경우 설정값 정기 점검.

수동 현상 시 적정 시간과 온도를 유지하며, 균일한 조작 실시.

 

4) 기포 결함(Bubbles)

-발생 원인

현상액 또는 정착액 내에 기포가 발생하여 필름 표면에 균일하게 닿지 않음.

세척 시 물의 흐름이 불규칙하여 공기가 갇힘.

 

-예방 대책

현상액 및 정착액 내 기포 제거를 위해 혼합 및 교반에 주의.

현상 탱크에 액체를 채울 때 천천히 부어 기포 발생 억제.

세척 공정에서 균일한 물 흐름 유지.

 

5) 지문 및 오염(Marks or Fingerprints)

-발생 원인

필름 취급 시 손가락의 기름, 땀 또는 화학물질이 필름 표면에 남음.

작업 환경이 청결하지 못하거나 작업자의 부주의.

 

-예방 대책

필름 다룰 때 반드시 깨끗한 장갑 착용.

작업 환경을 청결하게 유지하고, 화학물질이 묻지 않도록 주의.

 

6) 이물질 자국(Foreign Material Artifacts)

-발생 원인

필름 표면에 먼지, 머리카락 또는 기타 이물질이 부착됨.

현상액이나 정착액에 불순물이 혼입됨.

 

-예방 대책

현상액과 정착액의 정기적인 여과 및 교체.

현상기 내부 및 작업 환경의 청결 유지.

필름 작업 전, 작업대와 도구를 깨끗하게 관리.

 

7) 과잉 현상 또는 부족 현상(Overdevelopment or Underdevelopment)

-발생 원인

현상 시간 초과로 과잉 현상 발생.

현상 시간이 부족하거나 현상액의 농도가 너무 낮아 부족 현상 발생.

현상 온도가 과도하거나 낮음.

 

-예방 대책

현상 시간과 온도를 기준에 맞게 유지.

자동 현상기 사용 시 매뉴얼에 따라 설정값을 정기적으로 점검.

 

8) 정착 불량(Fixer Stain)

-발생 원인

정착 시간이 부족하여 화학적 잔류물 발생.

정착액의 농도가 낮거나 교반 불량.

 

-예방 대책

적정 농도의 정착액 사용 및 정착 시간을 유지.

정착 후 충분한 물로 세척.

 

9) 건조 불량(Sticking or Uneven Drying)

-발생 원인

건조 온도가 너무 높거나 낮음.

건조기 내부의 공기 흐름이 불균일.

필름이 건조 과정에서 겹치거나 말림.

-예방 대책

건조기의 온도 및 공기 흐름을 균일하게 조정.

필름을 건조기에 넣기 전에 겹치지 않도록 적절히 배열.

 

결론

필름 현상 처리 과정에서 발생하는 인공결함은 대부분 작업자의 부주의와 현상 장비 관리 부족으로 발생합니다. 이를 방지하기 위해서는 작업 환경과 장비를 청결하게 유지하고, 현상 조건(시간, 온도, 농도)을 철저히 관리하며, 작업자가 적절한 절차를 준수해야 합니다. 이렇게 하면 방사선 투과사진의 품질을 유지하고 검사 결과의 신뢰성을 확보할 수 있습니다.

 

5. 초음파탐상검사 수행 시 용접부의 결함종류별로 나타나는 결함에코 추정형태에 대하여 설명하시오.

 

초음파탐상검사(UT) 시 용접부의 결함 종류별 에코 형태

초음파 탐상검사에서 용접부 결함의 종류에 따라 나타나는 결함 에코의 형태는 결함의 위치, 크기, 형태 및 방향성에 의해 결정됩니다. 다음은 주요 용접부 결함 종류별로 나타날 수 있는 에코 형태에 대한 설명입니다.

 

용접부의 주요 결함 종류와 에코 형태

1) 기공(Porosity)

-특징

용접부 내에 가스가 갇혀 생성된 구형 또는 불규칙한 공기 주머니.

크기가 작고 산발적으로 분포하거나, 다수의 기공이 밀집된 경우도 있음.

-결함 에코 형태

여러 개의 작은 불연속 에코 신호가 나타남.

개별 기공의 경우 에코가 약하고, 크기가 작아 불규칙한 패턴을 형성.

기공이 밀집된 경우 에코가 군집 형태로 나타남.

 

2) 슬래그 포함물(Slag Inclusion)

-특징

용접 시 슬래그가 제거되지 않고 용접부 내부에 갇혀 생성된 결함.

주로 용접부와 용접면 경계부에 길게 분포.

-결함 에코 형태

불규칙한 형상의 연속적인 에코로 나타남.

슬래그가 길게 연장된 경우, 일정한 깊이에 따라 긴 선형 에코를 형성.

반사 에코가 상대적으로 약하고 불명확할 수 있음.

 

(3) 균열(Cracks)

-특징

용접부 또는 용접 열영향부(HAZ)에서 발생하는 길고 좁은 결함.

균열은 주로 용접 방향(길이 방향 균열)이나 두께 방향(지연 균열)으로 형성됨.

-결함 에코 형태

날카롭고 강한 반사 에코로 나타남.

균열 면이 초음파 빔에 수직이면 강한 신호, 평행이면 약한 신호.

균열이 연장된 경우 연속적인 강한 에코가 형성.

 

4) 불완전 융합(Lack of Fusion)

-특징

용접 금속과 모재 또는 이전 용접 패스 간의 융합이 불완전한 경우.

용접 경계에서 주로 나타남.

-결함 에코 형태

선형 에코로 나타나며, 용접부 경계와 동일한 깊이에 위치.

불완전 융합 길이에 따라 에코의 길이가 연장됨.

반사 신호가 강하고 일정한 패턴을 형성.

 

5) 불완전 용입(Lack of Penetration)

-특징

용접부의 뿌리 부분에서 용입이 불충분하여 발생.

두께 방향으로 충분히 용접되지 않은 경우.

-결함 에코 형태

용접부 뿌리 부분에서 강한 반사 에코가 나타남.

주로 선형 에코로, 용접 뿌리의 형태와 일치하는 위치에서 검출.

뿌리의 불완전 용입 길이에 따라 연속적인 에코로 나타남.

 

6) 용접 비드 균열(Hot Cracks or Solidification Cracks)

-특징

용접 금속이 냉각되며 응고 과정에서 수축력에 의해 발생.

주로 용접 비드 중심에 위치.

-결함 에코 형태

중심선 근처에서 좁고 길게 연속적인 강한 에코가 검출.

균열이 복잡한 형태인 경우, 다수의 불규칙한 에코 패턴.

 

7) 용접 비드 오목(Undercut)

-특징

용접부 가장자리가 용접 금속 부족으로 오목하게 패인 결함.

주로 용접 금속과 모재의 경계에 발생.

-결함 에코 형태

모재 경계에서 선형 에코로 나타남.

강한 반사 신호를 보이며, 깊이가 얕은 경우 에코 신호가 간헐적.

 

8) 용접 비드 과다 돌출(Excess Weld Metal or Overlap)

-특징

용접 금속이 과도하게 용접되어 돌출된 경우.

외부 용접 비드와 주변 모재의 과잉 융합으로 인해 발생.

-결함 에코 형태

외부 표면 근처에서 강한 반사 에코.

에코 신호는 불규칙적이며, 돌출 부위의 형상에 따라 다양.

 

결론

초음파탐상검사에서 용접부의 결함 종류별로 나타나는 에코 형태는 결함의 위치, 형상, 방향성에 따라 달라집니다. 결함 에코의 패턴을 정확히 분석하려면 경험과 전문 지식이 필요하며, 적절한 탐촉자와 주파수를 선택하여 검사 신뢰성을 높이는 것이 중요합니다.

 

6. 자분탐상검사의 극간법에서 사용하는 자석을 구분하여 설명하시오.

(1) 영구자석 요크의 특징 및 장 ·단점

(2) 전자석 요크의 특징 및 장 ·단점

 

자분탐상검사(Magnetic Particle Testing, MT) 극간법에서 사용하는 자석 종류

자분탐상검사의 극간법에서는 영구자석 요크와 전자석 요크를 주로 사용합니다. 두 자석의 특징과 장단점은 아래와 같습니다.

 

1) 영구자석 요크

-특징

영구자석을 이용하여 자력을 생성하며, 외부 전원이 필요하지 않음.

고정된 자극(극)을 통해 자력을 제공하여 국부적으로 자화를 생성.

휴대가 용이하며, 전자기장과 관련된 전기적인 문제(예: 전류 누설)가 없음.

-장점

(1)휴대성

배터리나 전원을 필요로 하지 않아 야외 작업에 적합.

단순한 구조로 쉽게 이동 가능.

(2)내구성

전자기 코일 등 전기적 부품이 없어 고장이 적음.

유지보수 비용이 저렴.

(3)안정적 자화

자화 세기가 일정하여 일관된 검사 성능 제공.

-단점

(1)자력 조절 불가능

자화 강도를 조절할 수 없으므로 다양한 재료에 적응성이 떨어짐.

(2)제한된 검사 범위

자화 영역이 비교적 좁아 대형 부품 검사에는 비효율적.

(3)자화 제거 어려움

강한 잔류 자력이 남아 자화 제거 과정이 필요.

 

2) 전자석 요크

-특징

전자기 코일을 통해 전원을 공급하여 자화를 생성.

전류의 흐름을 조절하여 자화 강도를 변화시킬 수 있음.

교류(AC) 또는 직류(DC) 전원을 사용하여 자화.

-장점

(1)자화 강도 조절 가능

전류의 크기를 조절하여 다양한 재료와 검사 조건에 적합.

(2)다양한 자화 방식 지원

교류(AC) 자화를 통해 표면 결함 검사에 적합.

직류(DC) 자화를 통해 내부 결함까지 검사 가능.

(3)효율적인 검사 범위

자극 간 거리가 넓어 상대적으로 큰 검사 영역 지원.

(4)잔류 자력 제거 용이

교류 전류를 점차 줄이는 방법(감자화, Demagnetization)으로 자력을 쉽게 제거 가능.

-단점

(1)전원 필요

외부 전원이 필요하므로 휴대성이 떨어짐.

전원 공급이 어려운 장소에서는 사용 불가.

(2)구조 복잡성

전자기 코일 및 전기 부품으로 인해 구조가 복잡하며, 고장이 발생할 가능성이 있음.

(3)유지보수 비용

전기 부품의 교체 및 수리가 필요하여 비용이 발생.

(4)안전 문제

전자파와 전류에 의해 작업자의 안전사고가 발생할 수 있으므로 주의가 필요.

 

결론

영구자석 요크는 단순하고 휴대가 쉬워 제한된 검사 환경(야외 작업 등)에서 유용하며, 소규모 부품 검사에 적합합니다.

전자석 요크는 다양한 자화 강도와 범위를 지원하며, 대형 부품 및 복잡한 검사 요구사항을 충족할 수 있으나, 전원 공급이 필요하고 유지보수 요구가 높습니다.

검사 대상과 환경에 따라 적절한 자석을 선택해야 합니다.