용접부 비파괴검사

왜 배우는가: 용접부 비파괴검사는 제품을 손상시키지 않고 용접 품질을 확인하는 수단이므로 제조와 사용 단계 전반의 품질 보증에 쓰인다. 검사법의 원리, 검출 결함, 재질별 적용 가능성을 비교하는 문제로 여러 교시에서 반복하여 물음으로 나온다.

출제 이력: 제129회 4교시 2번, 제122회 3교시 3번, 제95회 2교시 6번, 제87회 1교시 8번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

용접부 비파괴검사는 용접부를 파괴하지 않고 물리적 에너지를 적용하여 내부와 표면의 결함 유무, 위치, 크기를 판단하는 검사이다.

답안 첫 줄에는 이 정의를 그대로 쓰고, 이어서 검사 방법과 결함 종류를 열거하는 순서로 전개한다. 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 비파괴검사(NDT): 시험체를 손상시키지 않은 상태에서 이상 유무와 결함 분포를 조사하는 검사 체계이다.
• 방사선투과검사(RT): X선이나 감마선을 용접부에 투과시켜 필름이나 디지털 검출기에 나타난 명암으로 결함을 판독하는 방법이다.
• 초음파탐상검사(UT): 초음파의 반사와 굴절 신호로 결함의 위치와 크기를 찾는 방법이다.
• 자분탐상검사(MT): 강자성체를 자화했을 때 결함 부위에서 생기는 누설자속에 자분이 모이는 현상을 이용하는 방법이다.
• 침투탐상검사(PT): 표면으로 열린 결함에 침투액을 스며들게 한 뒤 현상액으로 지시모양을 드러내는 방법이다.
• 와전류탐상검사(ECT): 전도성 재료에 유도된 와전류가 결함에 의해 바뀌는 현상을 이용하는 방법이다.
• 용접 결함: 기공, 슬래그 혼입, 융합불량, 용입불량, 언더컷, 오버랩, 균열처럼 용접 과정에서 생기는 불연속이다.

RT와 UT는 내부 결함 검출에, MT와 PT는 표면 결함 검출에 주로 쓰인다. 이 네 가지가 용접부 비파괴검사의 기본 구성이며, ECT와 육안검사는 보조적으로 더해진다.

2. 개념 풀이

비파괴검사는 시험체에 빛, 열, 방사선, 초음파, 자기장, 전류 같은 에너지를 가하고, 그 결과로 나타나는 투과, 흡수, 산란, 반사, 침투, 누설 등의 현상 변화를 측정하여 이상 여부를 판단하는 방법이다. 시험체의 형상과 치수를 바꾸지 않는다는 점이 파괴검사와 가장 크게 다르다. 용접부 검사에서는 용접 금속, 열영향부, 모재를 모두 검사 범위에 넣어야 한다.

원리는 결함과 건전부의 물리적 성질 차이에 있다. 같은 에너지를 가해도 기공이나 슬래그처럼 건전부와 물성이 다른 부분은 신호가 다르게 나타난다. 방사선투과검사에서는 기공이 필름을 더 검게 만들고, 초음파탐상검사에서는 결함 면이 초음파를 반사시키며, 침투탐상검사에서는 열린 균열이 침투액을 빨아들인다. 이 차이를 지시로 얻고 해석하는 것이 검사의 핵심이다.

방사선투과검사는 물질마다 방사선을 흡수하는 정도가 다르다는 성질을 이용한다. 결함 부분은 투과량이 달라져 필름의 명암 차이로 나타나며, 얻어진 상은 두께 방향으로 투영된 상이므로 결함의 깊이를 직접 알기 어렵다. 초음파탐상검사는 시험체에 초음파를 입사시키고 반사파의 도달 시간과 세기를 분석한다. 도달 시간으로 결함 위치를 알고, 반사 에너지의 크기로 결함 크기를 추정한다.

자분탐상검사는 자화된 강자성체의 표면이나 표면 바로 아래 결함에서 누설자속이 생기면 자분이 그 위치에 모여 지시모양을 만드는 원리이다. 자화 방향과 결함 방향이 직각에 가까울수록 누설자속이 크게 생겨 검출이 잘 된다. 침투탐상검사는 모세관 현상을 이용한다. 세척 후 현상액이 결함 속의 침투액을 끌어내어 색이나 형광 지시로 나타낸다.

검사법은 표면 검사와 내부 검사로 나눌 수 있다. 표면 검사는 침투탐상검사, 자분탐상검사, 육안검사가 대표적이고, 내부 검사는 방사선투과검사와 초음파탐상검사가 대표적이다. 와전류탐상검사는 표면이나 표면 가까운 곳의 결함에 쓴다. 방사선투과검사는 기공이나 슬래그 같은 체적 결함에 유리하지만, 빔 방향과 나란한 균열은 검출이 어렵다. 초음파탐상검사는 빔의 진행 방향에 직각인 면상 결함 검출에 강하다.

결함의 종류와 방향에 따라 검출 가능성이 달라지므로 하나의 검사법으로 모든 결함을 찾을 수 없다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 불연속: 재료나 용접부의 조직과 형상이 정상 상태에서 벗어난 부분을 말한다. 불연속 중 규격의 허용 한계를 넘는 것을 결함이라고 한다.
• 지시: 검사에서 얻은 신호나 모양을 말한다. 지시를 해석하여 결함 여부를 판정한다.
• 검출능: 검사 방법이 찾아낼 수 있는 결함의 최소 크기나 능력을 말한다. 검사 조건과 장비에 따라 달라진다.

지시가 나타났다고 곧바로 결함으로 판정하지 않는다. 자분검사에서는 재료의 형상이나 잔류 자기에 의해 생기는 의사지시가 있으며, 이를 결함 지시와 구분하는 것이 판독의 역할이다. 판독 결과는 결함의 종류, 크기, 위치로 정리되어 합격 여부 판정에 쓰인다.

3. 등장 배경과 필요성

용접은 재료를 가열하여 융합시키는 접합 방법이므로, 접합부에 기공, 슬래그 혼입, 융합불량 같은 결함이 생기기 쉽다. 용접열에 의해 모재가 변질되고, 용착금속이 응고하며 수축하면서 변형과 잔류응력이 발생한다. 이 응력은 용접 균열을 일으키는 주요 조건이 되므로, 용접부는 외관이 양호해 보여도 내부 건전성을 별도로 확인해야 한다.