강재 비파괴검사

왜 배우는가: 강재 비파괴검사는 용접부 결함을 파괴 없이 찾아내는 기본 수단이므로 품질관리와 유지관리 답안에서 반복해서 쓰인다. 여러 교시에 걸쳐 검사 종류, 시험방법, 장단점 비교 형태로 반복 출제되는 주제이다.

출제 이력: 제132회 2교시 6번, 제123회 1교시 3번, 제118회 4교시 1번, 제96회 1교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

강재 비파괴검사는 시험체를 파괴하지 않고 물리량 변화로 강재의 내부·표면 결함을 검출·평가하는 검사이다.

강재 비파괴검사는 제작, 시공, 유지관리 단계에서 강재와 용접부의 건전성을 확인하는 데 쓰인다. 시험체를 잘라내지 않으므로 완성된 구조물을 사용 상태 그대로 검사할 수 있다는 점이 가장 큰 특징이다. 같은 부재를 반복 검사할 수 있어 시간에 따른 결함의 변화를 확인하는 데에도 활용된다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 비파괴검사(NDT): 시험체를 손상하지 않고 결함과 재질 상태를 확인하는 검사 방법의 총칭이다.
• 초음파탐상시험(UT): 강재 내부에 초음파를 보내 반사파로 결함의 위치와 크기를 추정하는 시험이다.
• 방사선투과시험(RT): 방사선을 투과시켜 결함의 상을 필름이나 디지털 검출기에 얻는 시험이다.
• 자분탐상시험(MT): 자화된 강재의 표면 결함에 자분을 부착시켜 결함을 드러내는 시험이다.
• 침투탐상시험(PT): 표면 개구 결함에 침투액을 스며들게 한 뒤 현상하여 결함을 드러내는 시험이다.
• 와전류탐상시험(ET): 교류 코일이 만든 와전류의 변화로 표면과 표면 근처의 결함을 찾는 시험이다.
• 용접부 결함: 기공, 슬래그 혼입, 융합 불량, 균열처럼 용접 과정에서 생기는 불연속부이다.

2. 개념 풀이

비파괴검사는 탐상 매체와 강재 사이의 물리적 상호작용을 이용하여 결함을 찾는다. 정식으로 정의하면, 시험체의 기능과 형상을 유지한 상태에서 결함, 재질, 치수를 측정하여 합격 여부를 판단하는 검사이다. 파괴시험인 인장시험이나 충격시험은 시편을 소모하지만, 비파괴검사는 부재를 그대로 두고 반복 적용할 수 있다.

검사 방법은 결함이 검출되는 원리에 따라 나뉘며, 결함의 위치와 종류에 맞는 방법을 고르는 것이 핵심이다. 내부 결함은 UT와 RT로, 표면 결함은 MT, PT, ET로, 외관은 VT로 확인하는 것이 기본 구성이다. 검출 능력은 장비뿐 아니라 검사자의 숙련도와 시험 조건에 따라 달라지므로, 판정은 기준서에 따른 절차로 수행한다.

초음파탐상시험은 탐촉자가 강재에 초음파를 입사시키고, 결함이나 바닥면에서 되돌아오는 반사파의 도달 시간과 진폭을 분석하는 방법이다. 시간으로 결함의 깊이를 구하고 진폭으로 결함 크기를 추정하므로, 빔에 수직으로 놓인 균열과 같은 면상 결함에 민감하다. 강 용접부의 초음파 탐상 시험 방법은 KS B 0896에 규정되어 있다.

방사선투과시험은 X선이나 감마선을 강재에 투과시켜, 결함 부위와 건전 부위의 투과량 차이를 필름이나 디지털 검출기에 상으로 남기는 방법이다. 기공과 슬래그처럼 체적을 가진 결함을 상으로 확인하기 쉽다. 반면 방사선 빔과 나란히 놓인 면상 균열은 잘 드러나지 않는다. 강 용접 이음부의 방사선 투과 시험 방법은 KS B 0845에 규정되어 있다.

자분탐상시험은 강자성체를 자화시키면 표면 결함에서 누설자속이 생기고, 그 위에 뿌린 철분이 결함 가장자리에 모여 결함 모양을 드러내는 방법이다. 자분탐상시험은 강자성체에만 적용할 수 있다. 자분탐상시험은 표면 결함 검출에 가장 우수하며, 표면 아래 2~3mm 깊이의 표층 결함도 검출할 수 있다.

침투탐상시험은 표면 개구 결함에 침투액을 넣고 모세관 현상으로 결함 안에 스며들게 한 뒤, 현상액으로 침투액을 끌어내어 결함을 드러내는 방법이다. 침투탐상시험은 재료의 자성과 무관하게 적용할 수 있다. 자분탐상시험과 달리 비자성 재료에도 쓸 수 있다는 점이 구분되는 특징이다.

와전류탐상시험은 코일에 교류를 흘려 강재 표면에 생기는 와전류가 결함에서 교란되는 것을 임피던스 변화로 측정하는 방법이다. 와전류탐상은 전도성 재료에만 적용된다. 표면과 가까운 결함 검출에 쓰이며, 두께 측정이나 재질 구분에도 활용된다.

육안검사는 조명과 확대경으로 표면 상태와 용접 비드의 외관을 직접 관찰하는 검사이며, 다른 비파괴검사에 앞서 수행하는 기본 검사이다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 누설자속: 결함이 자속의 흐름을 가로막아 표면 공간으로 새어 나온 자속이다. 새어 나오는 자속이 많을수록 결함이 쉽게 검출된다.
• 모세관 현상: 좁은 틈에 액체가 표면장력으로 스며드는 현상이며, 침투탐상의 원리가 된다.
• 반사파: 결함 경계에서 초음파가 되돌아오는 신호이며, 결함 판단의 근거가 된다.

검사 방법을 고르는 기준은 결함의 예상 위치, 강재의 자성, 표면 상태, 두께와 접근성이다. 두꺼운 용접부의 내부 결함에는 UT가 적합하고, 표면 균열에는 MT나 PT가 적합하다. 한 방법으로 모든 결함을 찾을 수 없으므로 여러 방법을 조합하는 것이 일반적이다.

3. 등장 배경과 필요성

강구조물은 부재를 공장이나 현장에서 용접으로 접합하므로 용접부의 품질이 구조 안전성을 좌우한다. 용접 과정에서 기공, 슬래그 혼입, 융합 불량, 균열이 생길 수 있으며, 이런 결함은 외관만으로 확인되지 않는 경우가 많다. 그래서 용접 후 내부 결함을 확인하는 비파괴검사가 필수 절차로 자리 잡았다.