2024년도 비파괴검사 기술사 132회 1교시 1~5번
1교시
1.회주철의 용접이 어려운 이유를 설명하시오.
-회주철의 용접이 어려운 이유는 여러 가지 기술적 특성 때문에 발생합니다. 회주철(Gray Cast Iron)은 주로 고탄소 및 규소를 포함하는 철 합금으로, 용접 시 특수한 문제가 발생할 수 있습니다. 주요 이유는 다음과 같습니다:
1)고탄소 함량: 회주철은 탄소 함량이 2.5% 이상으로, 탄소의 농도가 높아 철-탄소 합금의 구조가 주철 특성을 갖게 됩니다. 고탄소 함량은 용접 시 열에 의한 균열을 초래할 수 있습니다. 열처리 과정 중 금속이 급격히 냉각되면 열적 응력이 증가하고, 이로 인해 균열이 발생할 위험이 높아집니다.
2)미세구조의 특성: 회주철은 주로 흑연을 포함하고 있으며, 이 흑연이 금속의 미세구조에 영향을 미칩니다. 흑연이 금속의 연성을 저하시켜 용접 중 접합부의 취성을 유발할 수 있습니다. 또한, 용접 시 흑연이 기공을 형성하거나 균열을 유발할 수 있습니다.
3)높은 열전도도와 낮은 인성: 회주철은 열전도도가 높아 용접 시 열이 빠르게 분산되며, 이로 인해 용접부의 냉각속도가 급격하게 변화합니다. 급격한 냉각은 열적 응력을 증가시키고, 취성을 유발하여 균열을 발생시키기 쉽습니다. 또한, 회주철은 용접 시 낮은 인성으로 인해 쉽게 부서질 수 있습니다.
4)불완전 용접: 회주철은 용접에 사용되는 전극과의 상호작용에서 화학적 반응이 일어나면서, 용접 금속이 불완전하게 형성될 수 있습니다. 이는 용접부의 기계적 성질 저하를 초래할 수 있으며, 특히 고온에서 기계적 결함이 발생할 수 있습니다.
5)용접 후 열처리 필요성: 회주철을 용접할 때에는 용접 후 열처리를 통해 용접부의 내부 응력을 완화하고, 균열을 방지해야 합니다. 그러나 이 열처리 과정은 시간이 많이 소요되며, 정확한 온도와 시간 제어가 필요합니다. 그렇지 않으면 여전히 균열이나 강도 저하가 발생할 수 있습니다.
-회주철 용접의 해결 방법:
1)적합한 용접재료 선택: 회주철 용접에는 특수한 용접봉이나 전극을 사용하여 용접을 수행하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 니켈 기반의 용접봉을 사용하면 균열을 방지하고 강도를 증가시킬 수 있습니다.
예열과 후열 처리: 용접 전에 회주철을 예열하고, 용접 후에는 충분히 서서히 냉각시켜 응력을 완화하는 것이 중요합니다.
2)조심스러운 용접 기법: 용접 중 온도 변화가 급격하지 않도록 주의하고, 다단계 용접이나 소량 용접 기법을 적용해 열 충격을 최소화해야 합니다.
따라서 회주철의 용접이 어려운 이유는 주로 열적 응력, 취성, 화학적 반응 등에서 비롯되며, 이를 해결하기 위한 적절한 용접 기법과 후속 처리 방법이 필요합니다.
2.「방사선안전관리 등의 기술기준에 관한규칙」제3조(방사선관리구역)에 의한 허용선량을 초과할 우려가 있는곳에 대한출입자의 방사선장해방지조치에 대하여 설명하시오.
제3조 (방사선관리구역) ① 법 제2조제16호에서 "원자력안전위원회규칙으로 정하는 값"이라 함은 다음 각호와 같다.
1. 외부방사선량률 : 1주당 400마이크로시버트
2. 공기중의 방사성물질의 농도 : 유도공기중농도
3. 물체표면의 오염도 : 허용표면오염도
② 외부방사선량률 등이 제1항의 규정에 의한 값을 초과할 우려가 있는 곳에 대하여는 사람의 출입을 관리하고 출입자에 대한 방사선의 장해를 방지하기 위하여 다음 각호의 조치를 하여야 한다.
1. 방사선관리구역의 설정
2. 벽ㆍ울타리 등의 구획물로 구획하여 별표 1에 의한 표지를 부착함으로써 다른 장소와 구별하고 방사선작업종사자외의 사람이 당해 구역에 출입하는 경우에는 방사선작업종사자의 지시에 따르도록 할 것
3. 바닥ㆍ벽 기타 사람이 접촉할 우려가 있는 물체의 표면이 방사성물질에 오염된 경우 그 오염도가 허용표면오염도를 초과하지 아니하도록 할 것
4. 방사선관리구역으로부터 사람이 퇴거하거나 물품을 반출하는 경우에는 인체 및 의복ㆍ신발 등 인체에 착용하고 있는 물품과 반출하는 물품(그 물품이 용기에 들어있거나 포장한 경우에는 그 용기 또는 포장)표면의 방사성물질의 오염도가 허용표면오염도의 10분의 1을 초과하지 아니하도록 할 것
3. 자분탐상검사에서 결함검출도에 영향을 미치는 인자에 대하여 설명하시오.
자분탐상검사(Magnetic Particle Testing, MT)는 자성이 있는 재료에 자기장을 형성하고, 결함 부위에 자분이 모여 결함을 검출하는 비파괴검사 방법입니다. 결함 검출도는 다양한 요인에 의해 영향을 받을 수 있으며, 아래는 주요 영향을 미치는 인자들입니다.
1) 자기화 조건
자기장 강도-적절한 자기화 강도가 형성되어야 합니다. 너무 낮으면 결함 검출이 어렵고, 너무 높으면 자분의 과도한 집적(오버매그네타이제이션)으로 인해 미세 결함이 가려질 수 있습니다.
자기화 방법-직류(DC) 또는 교류(AC) 자기화, 원형 자기화와 종방향 자기화 등 사용 방법에 따라 결함 검출 감도가 달라집니다. 예를 들어, AC는 표면 결함 검출에 유리합니다.
자기 이력-잔류 자기가 지나치게 남아 있을 경우, 결함 검출에 영향을 줄 수 있습니다.
2) 검사 재료의 특성
자성체의 자성-재료의 자기적 성질(투자율 등)이 검사 결과에 큰 영향을 미칩니다. 고강도 자성체는 결함 검출이 쉽지만, 저강도 자성체에서는 신중한 자기화 조건 설정이 필요합니다.
표면 상태-거친 표면, 산화, 녹 또는 오염물은 자분이 결함 대신 불규칙적으로 모이는 문제를 초래할 수 있습니다.
결함의 위치 및 크기-결함이 표면에 가까울수록 검출이 용이하며, 크기가 클수록 검출 확률이 높아집니다.
3) 사용 자분의 특성
자분의 종류-습식 자분(액체 속 자분)과 건식 자분(분말 형태 자분)의 선택은 검사 환경에 따라 달라지며, 습식 자분은 미세 결함에 민감합니다.
자분의 입자 크기-입자가 작을수록 미세 결함 검출에 유리하지만, 너무 작으면 응집 현상이 발생할 수 있습니다.
색상 및 대비-자분의 색상 대비가 명확해야 결함이 시각적으로 잘 드러납니다. 형광 자분은 어두운 환경에서 높은 감도를 제공합니다.
4) 검사 환경
조명 조건-자연광 또는 UV 조명(형광 자분 사용 시)의 적절한 설정은 결함 식별 능력에 영향을 미칩니다.
온도 및 습도-자분의 성능 및 검사 결과에 영향을 줄 수 있으므로 검사 환경 조건을 엄격히 관리해야 합니다.
청결도-검사 표면이 청결하지 않으면 자분의 부착과 결함 식별이 어려워집니다.
5) 검사자의 숙련도
자분 탐상검사는 시각적 판독이 포함되므로 검사자의 경험과 기술이 결함 검출도의 중요한 요소입니다.
결론
자분탐상검사에서 결함 검출도를 최적화하기 위해서는 자기화 조건, 검사 재료의 특성, 자분 선택, 검사 환경 및 숙련된 검사자의 통합적인 관리가 필요합니다. 이 모든 요소가 상호작용하여 검사 결과의 신뢰성과 민감도를 결정합니다.
4. 약290℃의 가압수가 흐르는 저탄소강배관에서 발생될 수 있는 결함과예방대책을 설명하시오.
약 290℃의 가압수가 흐르는 저탄소강 배관에서는 높은 온도와 압력 조건이 복합적으로 작용하므로 다양한 결함이 발생할 수 있습니다. 이에 따른 결함 유형과 예방 대책은 다음과 같습니다.
1. 발생 가능한 결함
1) 응력 부식 균열(SCC, Stress Corrosion Cracking)
발생 원인 : 고온, 고압 조건에서 작용하는 잔류 응력과 물속의 염소 이온(Cl⁻) 등 부식 환경에 의해 발생.
특징 : 균열은 국부적으로 발생하며, 표면에서 시작해 내부로 진행됨.
2) 수소유발균열(HIC, Hydrogen Induced Cracking)
발생 원인 : 고온 고압 환경에서 물 분해로 발생한 수소가 저탄소강 내로 확산하여 내부 균열을 유발.
특징 : 균열은 미세한 층간에서 발생하며, 잔류 응력이 높은 부위에서 집중적으로 나타남.
3) 피로균열(Fatigue Cracking)
발생 원인:
압력 및 온도의 반복적 변화에 의한 피로 하중 누적.
특징 : 균열은 초기에는 미세하지만 반복적 작용으로 점차 진행됨.
4) 부식 손상(Corrosion)
발생 원인 : 가압수 내의 용존 산소와 염소 이온 등 부식 유발 물질이 작용.
특징 : 전반적인 두께 감소(균일 부식)와 특정 부위의 집중적인 손상(국부 부식)이 발생할 수 있음.
5) 침식-부식(Erosion-Corrosion)
발생 원인 : 고속의 가압수가 배관 내벽을 물리적으로 침식시키면서 동시에 부식을 가속화.
특징 : 배관의 곡선부, 밸브 및 고속 유동 부위에서 주로 발생.
2. 예방 대책
1) 재료 선택 : 부식 저항성이 높은 저탄소강을 사용하거나, 내부를 크롬 도금 또는 내식성 합금으로 코팅.
염소 이온(CI⁻) 농도가 낮은 물을 사용할 경우, 결함 발생 가능성을 줄일 수 있음.
2) 작동 조건 관리
온도 및 압력 제어 : 설계 조건을 준수하고, 급격한 온도 변화(Thermal Shock)를 피함.
수질 관리 : 가압수의 산소 농도와 염소 이온 농도를 엄격히 제어하며, 탈산소화 및 여과 장치를 사용.
3) 응력 관리 : 용접 후 열처리(Stress Relieving)를 통해 잔류 응력을 제거.
설계 단계에서 응력을 최소화하도록 설계(곡률 완화, 용접 부위 최소화).
4) 주기적 검사 및 유지보수
비파괴검사(NDT) 방법으로 배관 상태를 정기적으로 점검.
초음파 탐상검사(UT): 벽 두께 감소 및 내부 균열 탐지.
자기 입자 검사(MT): 표면 및 근표면 균열 탐지.
방사선 검사(RT): 내부 균열 및 결함 검사.
배관 내부의 부식 상태를 모니터링하여 조기 대응.
5) 피로 방지 설계
주기적 압력 및 온도 변화를 최소화하도록 설계.
급격한 유동 변화 및 수격 작용(Water Hammer)을 방지.
결론
저탄소강 배관에서 약 290℃의 가압수로 인해 발생 가능한 결함은 응력 부식 균열, 수소유발균열, 피로균열, 부식 손상, 침식-부식 등이 있습니다. 이를 예방하기 위해 적절한 재료 선택, 작동 조건 관리, 응력 완화, 주기적인 검사 및 유지보수, 피로 방지 설계 등이 필수적입니다. 이러한 대책을 통해 배관의 신뢰성과 안전성을 확보할 수 있습니다.
5. ASMEsec. Ⅴ 또는 KEPIC MEN 기술기준에서 규정하는 다음 비파괴검사용어의 정의를 설명하시오.
(1) Discontinuity(불연속)
(2) Indication(지시)
(3) Flaw(결점, 흠)
(4) Defect(결함)
ASME Section V와 KEPIC MEN에서 사용하는 비파괴검사(NDT) 용어는 검사 결과를 일관성 있게 해석하고, 품질과 안전성을 평가하기 위해 명확하게 정의되어 있습니다. 각각의 용어를 살펴보겠습니다.
(1) Discontinuity (불연속)
정의 : 재료 또는 용접부에서 연속성이 깨진 상태를 의미하며, 기하학적 또는 물리적 변화가 발생한 부분. 불연속은 결함(Defect)일 수도 있고, 비결함(Non-defect)일 수도 있음.
예: 균열, 기공, 슬래그 포함, 층간 분리 등.
특징: 불연속 자체는 반드시 품질에 영향을 미치는 것은 아니며, 평가 기준에 따라 결함으로 간주될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있음.
(2) Indication (지시)
정의 : 비파괴검사 중 사용된 장비 또는 기술에 의해 관찰된 신호, 흔적, 또는 표시.
분류 :
Relevant Indication(관련 지시): 검사 기준에 따라 결함 가능성이 있는 신호.
Non-Relevant Indication(비관련 지시): 실제 결함이 아닌 신호(예: 용접 비드, 기계적 흠집 등으로 인해 발생).
False Indication(허위 지시): 장비 오작동이나 잘못된 설정으로 발생한 신호.
중요성: 지시는 결함 여부를 판정하기 위한 초기 단계에서 관찰된 정보를 제공함.
(3) Flaw (결점, 흠)
정의 : 재료, 용접부 또는 제품 내에서 발견된 결함 가능성이 있는 불연속.
특징 : 검사 결과로 드러난 불연속 중 수용 기준에 따라 평가되기 전 상태를 뜻함.
반드시 결함(Defect)으로 간주되지 않음. 수용 기준(Acceptance Criteria)을 충족하면 사용 가능.
(4) Defect (결함)
정의 : 비파괴검사 결과 발견된 불연속(Discontinuity) 또는 결점(Flaw) 중에서 허용 기준(Acceptance Criteria)을 초과하여 제품의 기능적 요구사항을 충족하지 못하는 상태.
특징: Defect는 반드시 제거하거나 수정되어야 함. 제품의 성능, 안정성, 또는 수명을 저해할 가능성이 있는 문제로 간주됨.
| 용어 | 정의 | 상태 |
| Discontinuity | 재료의 연속성이 깨진 상태. 불연속 자체로는 반드시 품질에 영향을 미치는 것은 아님. | 평가되지 않은 상태 |
| Indication | 검사 중 관찰된 신호 또는 흔적. 관련 여부에 따라 추가 분석 필요. | 신호 수준에서의 초기 단계 |
| Flaw | 평가 기준에 따라 분석 중인 결점. 수용 가능한 결점인지 여부는 수용 기준에 따라 판정. | 허용 여부를 평가하는 단계 |
| Defect | 수용 기준을 초과하여 제품의 기능적 요구를 충족하지 못하는 결함. 반드시 제거 또는 수정 필요. | 결함으로 간주되며, 조치 필요 |