강구조물 비파괴검사

왜 배우는가: 강구조물의 용접부와 모재에 숨은 결함은 외관으로 확인되지 않아 비파괴검사로 찾아야 한다. 강구조물은 교량·건축물·플랜트에서 사고 시 피해가 크므로 검사 방법과 판정 기준이 함께 자주 출제된다.

출제 이력: 제119회 2교시 6번, 제110회 1교시 11번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 강구조물 비파괴검사는 시험체를 손상시키지 않고 물리적 에너지를 이용해 용접부와 모재의 표면·내부 결함을 찾아내는 검사이다.

핵심 키워드

• 비파괴검사(NDT)
• 방사선투과검사(RT)
• 초음파탐상검사(UT)
• 침투탐상검사(PT)
• 자분탐상검사(MT)
• 와전류탐상검사(ET)
• 용접결함
• 판정기준

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 부재를 자르거나 깨뜨리지 않고 안을 들여다보는 검사다. 용접부는 겉보기가 멀쩡해도 안쪽에 균열이나 기공이 남을 수 있다. 비파괴검사는 이런 결함을 부재를 살려 둔 채 찾는다.

정식 정의는 시험체에 물리적 에너지(방사선, 초음파, 자기장, 와전류, 침투액 등)를 가해 그 반응 변화를 읽어 결함의 유무·위치·크기를 판정하는 방법이다. 강구조물에서는 투과, 반사, 흡수, 자화, 침투 같은 현상을 이용한다.

핵심 용어를 풀면 다음과 같다.

• 방사선투과검사(RT): X선이나 감마선을 용접부에 투과시켜 필름이나 디지털 영상에 나타난 명암으로 내부 결함을 찾는다. 기공, 슬래그 혼입, 용입 부족에 강하다.
• 초음파탐상검사(UT): 고주파 초음파를 보내고 결함에서 반사되는 에코를 본다. 두꺼운 부재의 내부 균열 탐지에 적합하다.
• 침투탐상검사(PT): 침투액을 표면 개구 결함에 스며들게 한 뒤 현상제로 끌어내 표면 결함을 찾는다.
• 자분탐상검사(MT): 강자성체를 자화시키고 자분을 뿌려 표면 및 표층 결함에서 생기는 누설자속을 본다.
• 와전류탐상검사(ET): 교류 코일로 도체에 와전류를 유도해 임피던스 변화로 표면 결함을 찾는다.

3. 등장 배경과 필요성

강구조물은 용접으로 부재를 잇는다. 용접 과정에서 기공, 균열, 용입 부족, 슬래그 혼입 같은 결함이 생길 수 있다. 이 결함은 피로 하중을 받으면 점차 커져 취성파괴나 피로파괴의 원인이 된다.

과거에는 육안검사와 샘플 파괴시험에 의존했다. 파괴시험은 시험체를 소실시키므로 전수 검사가 불가능하다. 그래서 전수 검사가 가능한 비파괴검사가 용접 품질 확보의 기본 수단이 되었다.

교량·건축 현장에서는 준공 전 검사로 결함을 걸러내고, 공장 제작과 현장 시공 단계에서 각각 검사 범위를 정한다. 이 때문에 검사 방법 선정과 검사 범위(Lot) 설정이 함께 출제된다.

4. 구성요소·원리·절차

강구조물 비파괴검사는 시험체를 손상시키지 않고 용접부와 모재의 내부·표면 결함을 찾는 방법이다. 검사 방법은 물리적 에너지의 종류에 따라 나뉘며, 각 방법은 검출 가능한 결함의 위치와 크기가 다르다. 따라서 검사 목적과 결함의 종류에 맞게 방법을 조합하는 것이 핵심이다.

표의 각 방법은 원리와 검출 대상이 명확히 구분된다. 강구조물에서는 RT·UT가 내부 결함, PT·MT가 표면 결함을 담당한다.

용접부 결함은 내부(RT·UT)와 표면(PT·MT)으로 나누어 검사 방법을 선정한다.

검사 절차는 다음과 같다.

• 검사 범위와 대상 용접부를 설계도서와 시방서로 확인한다.
• 검사 방법과 판정 기준을 선정하고 검사자 자격을 확인한다.
• 표면 상태를 정리하고 스패터, 슬래그, 스케일, 기름 등 부착물을 제거한다.
• 방법별 시험을 실시하고 결함 지시 모양을 기록한다.
• 판정 기준과 대비해 합격·불합격을 판정하고 불합격부는 보수 후 재시험한다.

초음파탐상은 탐촉자가 전기 에너지를 초음파로 바꾸어 시험체에 보내고, 되돌아온 신호의 시간과 진폭으로 결함 위치와 크기를 추정한다. 침투탐상은 침투, 세정, 현상, 관찰 순서로 진행한다. 방사선투과는 결함이 있으면 투과량이 달라져 필름 농도 차이로 드러나는 원리를 이용한다.

5. 관련 법령·기준·표준

강구조물 비파괴검사의 기준은 발주처 시방서, 도로교 표준시방서, 위험물 탱크 기준 등 적용 대상에 따라 다르다. 위험물 탱크 검사는 위험물안전관리에 관한 세부기준 제3장을 따른다. 다음

기준 원문의 값은 침투탐상과 방사선투과시험에 한정된다. 초음파탐상과 자분탐상의 세부 수치는 제공된 기준에 없으므로 이 절에서 수치를 제시하지 않는다.

표의 값은 위험물 탱크 용접부에 적용되는 것이다. 교량·건축 강구조물은 발주처 시방서의 검사 범위와 판정 기준을 따른다.

강구조물 비파괴검사의 대표 명칭은 방사선투과검사, 초음파탐상검사, 침투탐상검사, 자분탐상검사이다. 이 명칭은 KS 및 시방서에서 공통으로 쓰인다.

6. 유형과 비교

강구조물 비파괴검사는 물리량의 종류에 따라 방사선투과검사(RT), 초음파탐상검사(UT), 침투탐상검사(PT), 자분탐상검사(MT), 와전류탐상검사(ET)로 나뉜다. 검사 대상이 표면 결함인지 내부 결함인지에 따라 적합한 방법이 다르다. 아래 표는 주요 방법의 검출 대상과 특징을 비교한 것이다.

표 아래 해설: RT는 체적 결함의 형상 기록에 강하지만 균열 방향에 따라 검출이 어렵다. UT는 두께가 큰 강재의 내부 균열 검출에 적합하며 결함 위치와 크기 추정이 가능하다. PT와 MT는 표면 결함 검출용이며 MT는 강재에만 적용된다.