2024년도 비파괴검사 기술사 132회 4교시 1~6번
4교시
1. 방사선투과사진감도의 선명도와 명암도에 영향을 주는 요인을 각각 나열하고 항목에 대하여 설명하시오.
방사선투과사진(Radiographic Image)의 감도: 선명도와 명암도
방사선투과검사에서 감도는 **선명도(Sharpness)**와 **명암도(Contrast)**로 구분됩니다. 각각은 투과사진의 결함 식별 능력에 영향을 미치며, 이를 최적화하기 위해 다양한 요인을 고려해야 합니다.
1) 선명도에 영향을 주는 요인과 설명
(1) 초점 크기(Focal Spot Size)
설명: 방사선원의 초점 크기가 클수록 산란 방사선이 증가하여 이미지가 흐려짐. 작은 초점 크기일수록 선명한 이미지 생성.
영향: 초점 크기가 작아질수록 선명도가 향상되지만, 방사선 출력이 제한될 수 있음.
(2) 피사계 심도(Object-to-Film Distance, OFD)
설명: 피사체와 필름 간 거리가 멀수록 투영 확대 효과로 인해 이미지가 흐려짐.
영향: OFD를 최소화하면 선명도가 개선됨.
(3) 방사선-필름 거리(Source-to-Film Distance, SFD)
설명: 방사선원과 필름 간 거리가 짧아질수록 산란 방사선의 영향을 받아 흐림 현상이 증가.
영향: SFD를 늘리면 선명도가 향상되나 노출 시간이 증가할 수 있음.
(4) 필름 감도 및 입자 크기(Film Granularity)
설명: 필름의 감도(속도)가 높고 입자 크기가 클수록 이미지가 흐려짐.
영향: 저속 필름(세립질)을 사용하면 선명도가 높아짐.
(5) 산란 방사선(Scattered Radiation)
설명: 피사체에서 산란된 방사선이 필름에 도달하면 불필요한 이미지 흐림 발생.
영향: 필름 스크린 또는 차단재(납스크린) 사용으로 산란 방사선 최소화.
(6) 필름 고정 및 안정성(Film Movement)
설명: 노출 중 필름이나 피사체가 움직이면 이미지가 흐려짐.
영향: 필름과 피사체를 고정하여 선명도 유지.
2) 명암도에 영향을 주는 요인과 설명
(1) 피사체 두께(Thickness of Object)
설명: 피사체 두께가 두꺼울수록 방사선 흡수가 커져 명암도가 감소.
영향: 두께 변화에 따라 적절한 방사선 출력 및 감도를 조정.
(2) 방사선 에너지(Radiation Energy)
설명: 고에너지 방사선은 피사체를 더 잘 투과하지만 명암 대비가 낮아짐. 저에너지 방사선은 명암도가 높으나 두꺼운 피사체 투과에는 제한.
영향: 피사체의 밀도와 두께에 따라 적정 에너지 선택.
(3) 필름 유형 및 감도(Film Type and Sensitivity)
설명: 고감도 필름은 명암 대비가 낮아지는 경향, 저감도 필름은 명암 대비 우수.
영향: 저감도 필름은 명암도를 개선하나, 노출 시간이 증가.
(4) 현상 조건(Processing Conditions)
설명: 현상 시간, 온도, 현상액 농도 등이 명암도에 영향을 미침.
영향: 표준 현상 조건을 준수하여 명암 대비를 최적화.
(5) 피사체 밀도(Density of Object)
설명: 밀도가 균일하지 않은 피사체는 방사선 흡수가 달라져 명암 대비가 증가.
영향: 밀도의 차이가 큰 부품은 명암 대비가 뚜렷하게 나타남.
(6) 필름-방사선원 배치(Alignment)
설명: 방사선원이 필름과 비정렬 시, 명암이 불균일하게 나타남.
영향: 방사선원과 필름의 정렬 상태를 유지해야 명암 대비가 균일.
(7) 방사선 필터 사용(Filter Use)
설명: 고에너지 방사선 사용 시 필터(예: 납 필터)를 추가하여 저에너지 산란 방사선 제거.
영향: 명암 대비가 개선되며, 불필요한 산란 방사선의 영향을 감소.
요약: 선명도와 명암도 관리의 중요성
선명도
초점 크기, 피사계 거리(OFD/SFD), 산란 방사선, 필름 감도 등의 요인에 의해 결정.
선명도를 높이려면, 작은 초점 크기 사용, 피사계 거리 최소화, 필름 고정 및 산란 방사선 감소에 주력.
명암도
피사체 두께, 방사선 에너지, 필름 특성, 현상 조건, 필터 사용 등의 요인에 의해 결정.
명암도를 높이기 위해 적절한 방사선 출력, 저감도 필름 선택, 현상 조건 최적화, 필터 사용을 고려.
효과적인 방사선투과사진 감도 관리는 검사 결과의 신뢰성을 높이는 핵심입니다. 이를 위해 각 요인을 종합적으로 평가하고 최적 조건을 설정해야 합니다.
2.와전류탐상검사에서 사용하는 대비시험편의 사용목적, 재료선정 및 인공결함종류별 선정요건에 대하여 설명하시오.
와전류탐상검사(Eddy Current Testing, ECT)에서 대비시험편의 목적, 재료선정, 인공결함 종류 및 선정 요건
1) 대비시험편의 사용 목적
(1) 교정(Calibration)
목적: 와전류탐상검사의 민감도와 결함 검출 신뢰성을 보장하기 위해 검사 장비와 센서를 교정.
활용: 신호의 기준값 설정 및 결함 검출 임계치 결정.
(2) 성능 평가(Performance Evaluation)
목적: 검사 시스템(탐촉자, 주파수 설정 등)의 성능 검증.
활용: 신호 반응의 재현성 확인 및 결함 검출 정확도 평가.
(3) 검사 조건 설정(Inspection Parameter Adjustment)
목적: 검사 대상 재료와 결함 조건에 적합한 검사 매개변수(주파수, 탐촉자 속도 등) 설정.
활용: 신호 품질 및 결함 해석 최적화.
(4) 작업자 훈련 및 시험(Operator Training and Qualification)
목적: 작업자가 결함 신호와 정상 신호를 구분할 수 있도록 훈련.
활용: 결함의 크기, 형태, 위치 판별 능력 향상.
2) 대비시험편의 재료 선정
(1) 대상 재료와 동일한 물리적 특성
목적: 와전류는 전도도와 자성에 민감하므로, 대비시험편의 재질이 실제 검사 대상과 동일하거나 유사해야 함.
예시: 검사 대상이 비자성 재료(예: 알루미늄, 구리)인 경우, 동일한 비자성 재료를 사용.
자성 재료(예: 탄소강, 스테인리스강)의 경우에도 동일 재료 사용 권장.
(2) 동일한 치수와 형상
목적: 와전류의 분포는 형상과 두께에 영향을 받으므로, 대비시험편의 형상과 치수가 검사 대상과 동일해야 함.
(3) 동일한 표면 상태
목적: 표면 상태(거칠기, 산화 여부 등)가 와전류 신호에 영향을 미치므로, 동일한 표면 상태를 유지해야 함.
3) 인공결함의 종류 및 선정 요건
(1) 인공결함의 종류
와전류탐상검사에서 대비시험편에 적용되는 대표적인 인공결함은 다음과 같습니다.
-평저구멍(Flat-bottom Hole, FBH)
특징: 평평한 바닥을 가진 구멍.
용도: 결함 크기 및 깊이에 따른 신호 감도를 교정.
-관통구멍(Through Hole)
특징: 재료를 완전히 관통하는 구멍.
용도: 표면 및 내부 결함 검출 성능 확인.
-내면 홈(Inner Notch)
특징: 내부에 위치한 선형 결함 모사.
용도: 내부 결함의 위치와 크기에 따른 반응 평가.
-외면 홈(Outer Notch)
특징: 외부 표면에 위치한 선형 결함 모사.
용도: 외부 표면 결함 검출 성능 확인.
-비대칭 결함(Asymmetric Defects)
특징: 불규칙한 형상을 가진 결함.
용도: 비정형 결함 신호의 식별 능력 평가.
(2) 인공결함 선정 요건
-결함 크기 및 위치
검사 대상에서 검출해야 할 실제 결함의 크기와 위치를 모사.
결함 크기는 검사 감도와 판별 능력을 확인할 수 있는 수준으로 설정.
-재료와의 상관성
결함이 형성된 시험편 재료가 실제 검사 대상과 동일하거나 유사해야 함.
표면과 내부 결함 모두 재현 가능하도록 설계.
-정확한 가공
결함의 크기와 형상이 표준화된 값(예: ASTM 표준 등)을 충족.
예를 들어, 평저구멍의 직경, 깊이는 정밀하게 가공되어야 함.
-재현성 및 안정성
동일 결함에 대해 동일한 신호를 지속적으로 생성해야 함.
시험편 사용 중 결함 형태가 변형되지 않도록 내구성을 확보.
-다양한 결함 유형 포함
표면, 내부, 관통, 선형 등 여러 유형의 결함이 포함되어야 함.
검사 감도의 전 범위를 평가 가능하도록 설계.
4. 결론
-대비시험편의 사용 목적: 와전류탐상검사의 민감도 및 신뢰성을 유지하고, 장비 및 작업자의 검출 능력을 평가하기 위해 필수적.
-재료 선정: 검사 대상 재료와 동일한 전도도, 자성, 표면 상태를 가지도록 선정.
-인공결함 선정 요건: 실제 결함을 모사할 수 있도록 설계하여 검사 감도와 결함 식별 능력을 최적화.
대비시험편의 적절한 설계와 사용은 와전류탐상검사의 성능을 보장하는 데 핵심적입니다.
3. 방사선투과검사를 위한 증감지의 정의, 사용방법 및 사용효과에 대하여 설명하시오.
방사선투과검사를 위한 증감지의 정의, 사용방법 및 사용효과
1) 증감지(Intensifying Screen)의 정의
증감지는 방사선투과검사에서 방사선을 효율적으로 활용하고, 필름의 감도를 증가시키기 위해 사용하는 보조 장치입니다. 주로 금속 재질(예: 납, 텅스텐 등)이나 희토류 형광체로 구성됩니다. 필름과 함께 사용하여 방사선을 흡수하고 그 에너지를 빛으로 변환하여 필름에 노출 효과를 증대시킵니다.
2) 증감지의 사용방법
(1) 증감지의 위치
증감지는 필름의 앞면(front) 및 **뒷면(back)**에 배치됩니다.
앞면 증감지: 방사선원이 위치한 쪽에 설치.
뒷면 증감지: 필름 반대쪽에 설치하여 산란 방사선도 활용 가능.
(2) 증감지와 필름의 접촉
증감지와 필름은 밀착 상태를 유지해야 하며, 접촉 불량 시 불균일한 노출로 인해 화질 저하가 발생할 수 있습니다.
밀착을 위해 **카세트(Cassette)**를 사용하여 필름과 증감지를 고정합니다.
(3) 방사선원에 따른 증감지 선택
방사선의 종류(X-선, 감마선)에 따라 적합한 증감지를 선택해야 합니다.
예: 감마선(고에너지 방사선) 검사에서는 납 증감지를 주로 사용.
3) 증감지의 사용 효과
증감지를 사용하는 주요 효과는 다음과 같습니다.
(1) 방사선 감도의 증대
증감지는 방사선을 흡수하고 필름에 도달하는 빛의 양을 증가시켜 필름의 감도를 높입니다.
적은 방사선량으로도 선명한 이미지를 얻을 수 있어 노출 시간을 단축할 수 있습니다.
(2) 필름 노출 시간의 감소
증감지가 방사선 에너지를 빛으로 전환하여 필름에 전달함으로써, 방사선 노출 시간이 줄어듭니다.
이는 검사 효율을 높이고 피사체의 방사선 노출을 줄이는 데 기여합니다.
(3) 방사선량 감소
노출 시간 단축은 방사선원에서 방출되는 방사선량 감소로 이어져 작업자의 피폭 위험을 줄이는 효과가 있습니다.
(4) 산란 방사선의 활용
뒷면 증감지는 산란된 방사선을 흡수하여 이를 빛으로 변환함으로써 필름의 노출에 기여합니다. 이는 방사선 효율성을 높이는 데 기여합니다.
(5) 고에너지 방사선의 투과 촉진
특히 고에너지 방사선(감마선)을 사용할 때 필름만으로는 충분한 감도를 얻기 어려운 경우, 증감지는 필수적인 역할을 합니다.
(6) 결함 검출 능력 개선
증감지를 사용하면 결함의 신호 강도가 증가하여 검사 대상의 결함 검출 확률이 높아집니다.
4) 증감지 사용 시 주의사항
(1) 해상도의 감소
증감지를 사용할 경우, 방사선이 빛으로 변환되는 과정에서 빛이 퍼져서 필름의 **해상도(Sharpness)**가 약간 감소할 수 있습니다.
이로 인해 미세한 결함 탐지가 어려워질 가능성이 있습니다.
(2) 밀착 상태 유지
필름과 증감지 간의 밀착 불량은 불균일한 노출을 초래할 수 있으므로 반드시 밀착 상태를 점검해야 합니다.
(3) 적절한 증감지 선택
방사선의 에너지, 필름의 특성, 검사 대상의 두께 등을 고려하여 적합한 증감지를 선택해야 합니다.
5) 증감지 사용의 요약
증감지는 방사선투과검사에서 방사선 감도와 검사 효율을 높이고, 방사선량을 줄이는 데 기여합니다. 적절한 사용 방법과 조건을 준수하면 결함 검출 능력을 유지하면서도 검사 속도와 안전성을 향상시킬 수 있습니다.
4. 자분탐상검사에서 적용하는 형광자분법과 비형광자분법의 특성에 대하여 설명하시오.
자분탐상검사에서 형광자분법과 비형광자분법의 특성
자분탐상검사(Magnetic Particle Testing, MPT)는 자성 재료의 표면 및 표면 가까이에 존재하는 결함을 탐지하는 비파괴검사 방법입니다. 검사에 사용되는 자분은 결함에서 발생하는 자기 누설에 의해 모여 결함의 위치와 크기를 가시화합니다. 자분의 종류에 따라 형광자분법과 비형광자분법으로 나눌 수 있으며, 각각의 특성은 다음과 같습니다.
1) 형광자분법(Fluorescent Magnetic Particle Method)
(1) 정의
형광 물질로 코팅된 자분을 사용하며, 자외선(UV light) 아래에서 결함이 형광으로 발광하여 검출.
(2) 특성
-민감도
형광자분은 자외선 아래에서 강한 대비를 보여 민감도가 높음.
미세한 결함 탐지에 유리.
-검출 시 환경 조건
검사 환경에서 **자외선(UV-A)**을 사용하는 어두운 조건이 필요.
검사실이나 현장에서 어둡게 조정된 공간을 마련해야 함.
-적용성
정밀 검사나 고품질 요구가 있는 항공우주, 원자력, 자동차 부품 검사에서 주로 사용.
-작업자 피로도
높은 대비로 인해 결함 탐지가 용이하며, 작업자의 시각적 피로가 낮음.
-비용
형광 물질 코팅과 자외선 장비가 필요하므로 비용이 비형광자분법보다 높음.
(3) 장점
결함의 위치와 형태가 선명하게 나타나 탐지 효율이 높음.
미세 결함이나 복잡한 형상의 부품 검사에 적합.
(4) 단점
자외선 조명이 필요한 환경에서만 사용 가능.
추가적인 장비(자외선 램프)가 필요하여 초기 투자비용 증가.
환경 조건에 민감(어두운 환경 유지 필요).
2. 비형광자분법(Non-Fluorescent Magnetic Particle Method)
(1) 정의
자분이 형광 물질이 아닌, 일반적인 색(흑색, 적색, 백색)으로 코팅되어 자연광에서 결함이 가시화되는 방법.
(2) 특성
-민감도
형광자분법에 비해 민감도가 낮음.
비교적 큰 결함 탐지에 적합.
-검출 시 환경 조건
자연광이나 백색 조명에서 사용 가능하며, 어두운 환경이 필요하지 않음.
-적용성
비교적 단순한 구조물이나 결함 크기가 큰 대상에서 사용.
현장 작업에서 간단하게 적용 가능.
-작업자 피로도
결함과 배경 간 대비가 낮아 작업자의 시각적 피로도가 증가할 가능성이 있음.
-비용
형광 물질이나 자외선 장비가 필요하지 않아 비용이 낮음.
(3) 장점
추가적인 조명 장치나 특수 환경 없이 사용할 수 있어 현장 검사에 적합.
초기 장비 및 자분 비용이 저렴.
(4) 단점
결함과 배경 간 대비가 낮아 결함 탐지 효율이 떨어질 수 있음.
미세 결함 탐지에는 적합하지 않음.
3) 결론
형광자분법은 민감도가 높고 정밀 검사가 필요한 경우에 적합하며, 고품질과 신뢰성이 요구되는 분야에서 사용. 비형광자분법은 비용이 낮고 간단한 검사에 적합하며, 야외나 현장에서 사용하기 용이. 검사 대상과 환경 조건에 따라 두 방법 중 적절한 방법을 선택하여 활용하는 것이 중요합니다.
5. 피복아크용접 시 발생되는 저온균열인 수소 기인 균열에 대하여 설명하시오.
(1) 발생기구
(2) 특징
(3) 원인 및 대책
(4) 용접부 검사
피복아크용접 시 발생되는 저온균열 (수소 기인 균열)에 대하여
저온균열(Low-Temperature Cracking) 또는 **수소 기인 균열(Hydrogen-Induced Cracking, HIC)**은 용접 중 발생하는 주요 결함으로, 주로 수소가 관여하며 용접부와 열영향부(Heat Affected Zone, HAZ)에서 발생합니다. 이 균열은 용접의 품질과 기계적 성질에 중대한 영향을 미칩니다.
(1) 발생기구
수소 기인 균열은 잔류수소, 조직, 잔류응력이 상호작용하여 발생하며, 그 과정은 다음과 같습니다.
-수소의 용접부 내 확산
피복아크용접에서 용접 전극의 피복재나 용접 환경으로부터 수소가 발생.
이 수소가 용융 금속에 녹아든 후, 용접 후 냉각 과정에서 고체 금속으로 확산됩니다.
-수소 축적 및 기공 형성
금속 내 미세결함(입계, 강한 응력집중 부위)으로 수소가 이동하여 축적.
이로 인해 내부 기공 및 높은 국부 응력이 발생.
-취성 증가 및 균열 형성
낮은 온도에서 연성이 감소하고 금속이 취성으로 변함.
잔류응력과 수소로 인한 취성 증가로 인해 균열 발생.
(2) 특징
-온도 의존성: 저온에서 주로 발생하며, 일반적으로 200℃ 이하에서 나타남.
-시간 지연성: 용접 직후가 아니라 냉각 후 일정 시간이 지난 뒤(수 시간~수일)에 나타남.
-균열 위치:
용접 금속부(Weld Metal)
열영향부(HAZ), 특히 조대한 마르텐사이트 조직 부위
-균열 방향:
주로 용접부의 잔류응력 방향과 수직.
내부 결함 및 응력 집중 부위에서 시작.
-주 원인: 고강도강이나 저합금강에서 발생률이 높음.
(3) 원인 및 대책
1) 원인
-수소 원인
피복재 또는 용접봉에서 발생한 수소.
용접재료나 작업 환경에서의 습기 또는 불량 건조.
-조직 원인
열영향부의 조대한 마르텐사이트 조직이 취성 증가.
강도가 높은 재료(고장력강 등)일수록 민감.
-응력 원인
용접부에 잔류응력이 높게 남아 있음.
2) 대책
-수소 저감 대책
건조된 용접봉 사용: 사용 전 용접봉을 권장 온도(200~400℃)에서 충분히 건조.
습기 관리: 작업장 환경의 습기 제거 및 용접 재료의 보관 관리.
저수소 용접봉 사용.
-조직 관리
예열(Preheating): 용접 전 예열(100~250℃)로 냉각 속도를 완화하여 마르텐사이트 생성 억제.
후열처리(Postweld Heat Treatment, PWHT): 용접 후 저온 풀림(응력 제거 열처리)로 잔류응력 완화.
-응력 관리
적절한 용접 시퀀스와 설계를 통해 잔류응력 최소화.
용접량을 분산하거나 적층 용접 적용.
(4) 용접부 검사
-검사 방법
비파괴검사(NDT)
방사선투과검사(RT): 내부 균열 검사.
초음파탐상검사(UT): 내부 균열 위치와 크기 평가.
자분탐상검사(MT): 표면 및 표면 가까이 위치한 균열 검출.
침투탐상검사(PT): 표면 균열 확인.
파괴검사(DT)
절단 후 현미경 관찰 및 메탈로그래피로 균열의 원인과 형태 분석.
-검사 시기
수소 기인 균열은 시간 지연성을 가지므로, 용접 후 일정 시간이 지난 후 재검사가 필요.
-검사 목적
균열의 유무 확인.
균열 발생 원인 분석 및 추가 조치 결정.
결론
수소 기인 균열은 용접 품질에 심각한 영향을 미치는 결함으로, 용접 재료와 환경 관리, 예열 및 후열처리와 같은 예방 조치를 통해 효과적으로 방지할 수 있습니다. 균열 발생 시 적절한 검사 방법을 통해 결함을 신속히 파악하고 대책을 수립해야 합니다.
6. 자분탐상검사 결과의 판독지시 신뢰도 향상을 위한 휘도 명암도와 색채 명암도에 대하여 설명하시오.
자분탐상검사 결과의 판독지시 신뢰도 향상을 위한 휘도 명암도와 색채 명암도
자분탐상검사(Magnetic Particle Testing, MPT)에서 결함 판독의 신뢰도는 검사 결과의 시각적 대비에 크게 의존합니다. 휘도 명암도와 색채 명암도는 검사 결과의 판독성을 개선하고 결함 검출 확률을 높이는 중요한 요소입니다.
1) 휘도 명암도 (Brightness Contrast)
(1) 정의
휘도 명암도는 검사 표면에서 결함지시(indication)와 배경 간의 밝기 차이를 의미합니다.
판독자가 눈으로 결함을 확인하기 위해, 결함지시의 휘도가 배경과 뚜렷하게 구분되어야 합니다.
(2) 중요성
휘도 명암도가 높을수록 결함지시가 배경에서 더욱 두드러지게 나타나 결함 탐지와 해석이 용이해집니다.
휘도 명암도 부족은 미세 결함이 배경에 묻혀 판독이 어렵게 되는 원인이 됩니다.
(3) 휘도 명암도를 높이는 방법
-적절한 조명 사용
형광자분법에서는 자외선(UV-A) 조명을 사용하여 형광 물질이 발광하도록 합니다.
비형광자분법에서는 밝은 백색광을 사용하여 대비를 극대화.
-표면 상태 개선
검사 전에 피검체 표면의 산화물, 녹, 기름 등을 제거하여 배경이 균일하게 유지되도록 함.
배경의 과도한 반사광 방지.
-자분의 농도 조절
자분 농도를 적절히 조정하여 결함 부위에서의 명확한 축적을 유도.
2) 색채 명암도 (Color Contrast)
(1) 정의
색채 명암도는 검사 결과에서 결함지시와 배경 간의 색상 차이를 나타냅니다.
비형광자분법에서 특히 중요한 요소로, 자분과 배경의 색상 대비가 크면 결함 탐지가 용이해집니다.
(2) 중요성
색채 명암도가 높으면 결함지시가 배경과 명확히 구별되어 판독 신뢰도가 증가합니다.
자분과 배경의 색상이 유사할 경우 결함 식별이 어렵고 판독 오류가 발생할 가능성이 높아집니다.
(3) 색채 명암도를 높이는 방법
-적절한 자분 색상 선택
흰색 배경 도료를 사용한 후 검은색 자분을 적용하여 색상 대비를 극대화. 배경 도료 없이도 표면이 밝은 색일 경우 검은 자분 사용, 어두운 표면에서는 밝은 자분 사용.
-균일한 배경 처리
피검체 표면을 흰색 배경 도료로 도포하여 배경을 균일하게 만듦으로써 색상 차이를 향상.
-환경 조명 조절
검사 작업 환경에서 배경과 자분 색상 대비를 명확히 확인할 수 있는 조명 조건을 유지.
3) 결론
휘도 명암도는 주로 형광자분법에서, 색채 명암도는 비형광자분법에서 중요한 요소로, 두 요인을 최적화하면 결함 탐지 능력과 판독 신뢰도가 크게 향상됩니다.
검사 조건에 따라 적절한 조명, 자분 선택, 배경 처리를 통해 대비를 극대화하여 최상의 검사 결과를 확보해야 합니다.