비파괴시험의 개요

 

 

1. 서론

   비파괴시험이란 시험 대상물을 파괴하지 않고 검사하는 학문으로써 우리나라 산업이 발전함에 따라 날로 급성장 하고 있다. 물질이 갖고 있는 물리적 성질을 이용하여 결함의 존재를 알아내고, 아울러 강도 및 설계, 성능 등의 합부를 추정하는 기술이다. 따라서 피시험체(재료, 부품, 구조물)에 손상(상처, 분해, 파괴)을 주지 않고, 내부 또는 외부(상태, 구조)의 기계적 결함이나 자연적 결함을 찾아내서 결함이 제품에 미칠 영향 분석을 하는 시험 방법으로서 산업안전에 크게 기여 한다고 할 수 있다.

(1) 비파괴 시험의 주요 목적

   1) 재료 및 용접부의 결함 검사

     ① 품질평가       

     ② 품질관리       

     ③ 수명평가(보수 관리)

   2) 재료, 기기의 계속검사

   3) 재질검사

   4) 표면처리 층의 두께 측정

   5) 조립구조 부품 등의 내부구조 또는 내용물의 검사

   6) Strain 측정

 (2) 비파괴 시험의 응용 분야

   1) 제철, 제강, 주조, 비철금속, 요업

   2) 항공, 조선, 철도, 자동차공업 등의 제작 및 보수

   3) 금속 로(Furnace), 관(Tube), Tank의 제작 및 보수

   4) 중화학 공업의 Plant 건설 및 보수

   5) 고압용기의 제작 및 보수

   6) 방위산업

   7) 용접, 열관리, 단조 등 금속가공

   8) 원자로의 시설 및 예방, 정비

   9) 정밀 Sealing(반도체 분야 등)

   10) 정밀기계 및 중기 제작 보수

 (3) 비파괴시험의 종류

   1) 표면 결함 검출을 위한 비파괴 시험

     ① 외관 시험(Visual)      

    ② 자분 탐상 시험(M.T)

     ③ 침투 탐상 시험(P.T)    

     ④ 전자유도 시험(E.T)

   2) 내부결함 검출을 위한 비파괴 시험

     ① 방사선 투과 시험(R.T)

     ② 초음파 탐상 시험(U.T)

   3) 기타 비파괴 시험

     ① Strain 측정 : 응력 측정 및 안전성 평가

     ② 기타 : 적외선 탐상 시험, AET, 내압 시험, 누설 시험

 (4) 파괴 시험의 종류(기계적 시험법)

   1) 정적 시험

     ① 인장 시험(Tensile Test)

     ② 경도 시험(Hardness Test)

     ③ 압축 시험과 굴곡 시험(Compression Test ＆ Bending Test)

     ④ 전단시험(Shearing test)

   2) 동적 시험

     ① 충격 시험(Impact Test)

     ② 피로 시험(Fatigue)

 

2. 용접부의 결함

 (1) 치수상의 결함

    변형(변위)치수 불량, 형상 불량 등을 말하며, 측정기구 등을 사용하여 주로 외관 시험에 의해 그의 유무 및 정도를 측정한다.

 (2) 구조상의 결함

   균열, 융합 불량, 용입 불량, 불로우 호울, 슬랙 혼입, 비금속 개재물, 표면 결함  (언더컷)등을 말하며, 각종 비파괴 시험으로 검출하고, 그들의 크기나 분포상태를 조사할 수 있다. 대체적으로 용접시 나타나는 결함들이다.

 (3) 성질상 결함

   기계적 성질 및 화학적 성질에 관한 것이 있으며, 각종 파괴시험에 의해 하는 것이 통례이다.

 

3. 재료에 따른 결함의 종류

 (1) 제작 시 발생결함

   1) 강판의 결함

     ① Lamination : 강괴의 수축공의 미압착       

     ② 비금속 개재물     

     ③ 표면 결함

   2) 주강품의 결함

     ① 균열

     ② 수축공

     ③ 모래물림 및 개재물  : Sand mold의 탈락

     ④ Cold shut : 주입온도 부족, 불용착부

     ⑤ Blow hole : 용재의 탈산, 탈수소 불충분, 주물사의 수분

     ⑥ Hot tear : 주물 설계 불량

   3) 단강품의 결함

     ① 열처리 균열       

     ② Micro porosity      

     ③ 비금속 개재물

   4) 강 용접부의 결함

     ① 균열

     ② 용입 부족

     ③ 용융 부족

     ④ 슬랙 혼입(Slag inclusion)

     ⑤ 불로우 홀

     ⑥ 텅스텐 혼입 : TIG 용접(Al 합금, SUS, Ti 합금 등)

 (2) 사용 중 발생하는 결함

   1) 피로 균열

   2) 응력 부식 균열

   3) 찰과 부식(Fretting corrosion)

   4) 궤식(Cavitation erosion)

 

4. 기계재료의 성질

 (1) 물리적 성질

   1) 비중(Specific cavity)

      어떤 물질의 밀도를 그와 같은 체적의 4℃인 물의 무게와의 비이다.

   2) 비열(Specific heat)

      어떤 물질 1g을 온도 1℃ 높이는데 소요되는 열량이다.

   3) 선팽창 계수(Coefficient of liner extension)

      물체의 단위 길이에 대하여 온도 1℃ 높이는데 소요되는 열량이다.

   4) 열전도율(Heat conductivity)

      길이 1cm에 대하여 1℃의 온도차가 있을 때 1㎠단면적을 통하여 1초 사이에 전달되는 열량으로 단위는 Kcal/m.h.℃이다. ( Ag > Cu > Al > Pt )

   5) 전기 전도율

      열전도율과 전기전도율은 순수 금속 일수록 좋고 불순물이 섞이게 되면 나빠진다.      

  Ag > Cu > Al > Mg > Zn > Ni > Fe > Po > Sb

   6) 금속과 합금의 색 

      금속의 순색 및 합금 했을 때의 색깔로 성분금속에 따라 달라지며 탈색력의 순서는 다음과 같다.

           Sn> Ni> Al> Mn> Fe> Cu> Zn> Pt> Ag> Au

   7) 용해 온도와 숨은 용해열

   8) 열기전력

 (2) 기계적 성질

   1) 인장강도(Strength)

      재료에 외력이 가해졌을 때 재료가 깨지거나 끊어질 때까지의 변형저항을 표시하는 단위로 Kg/㎟로 표시한다.

   2) 경도(Hardness)

      어떤 물질의 표면이 외부에서 주어지는 힘에 대하여 대응하는 힘이다.

   3) 전성

      탄성한계를 넘는 외력에 의해서 물체가 파괴하지 않고 잘 펴지는 성질이다.

   4) 연성(Ductility)

      재료가 길이방향으로 잘 늘어나는 성질을 말한다.

   5) 인성(Toughness)

      재료의 질긴 성질로써 충격력에 견디는 성질이다.

   6) 취성(Brickleness)

      잘 부서지거나 깨지는 성질로써 인성의 반대되는 성질이다.

   7) 탄성

      외력을 가하면 변형되고 외력을 제거하면 변형이 제거되는 성질로써 스프링은 탄성이 좋은 것이다.

   8) 가단성

      변형되는 성질로써 단조, 압연, 인발 등이 이에 속한다.

   9) 가주성

      가열에 의하여 유동성이 좋아지는 성질이다.

  10) 피로(Fatigue)

      재료의 파괴력보다 작은 힘을 계속 반복 작용했을 때 재료가 파괴되는데 이와 같이 파괴 하중보다 작은 힘에 파괴되는 것을 피로라 한다.

  11) 크리이프(Creep)

      재료를 고온으로 가열한 상태에서 인장강도, 경도 등을 알아볼 수 있는 고온에서의 기계적 성질 이다.

 (3) 화학적 성질

   1) 부식성

      금속이 산소, 물, 이산화탄소 등에 의하여 화학적으로 부식되는 성질을 말하며, 부식성은 이온화 경향이 클수록 크며, Ni, Cr 등을 함유한 것은 부식이 잘되지 않는다.

    금속의 이온화 경향 순서는 다음과 같다.

      K> Ca> Na> Mg> Al> Mn> Zn> Cr> Fe> Cd> Co> Ni> Sn> Pb> (H)           Sb> Bi> Cu> Hg> Ag> Pt> Au

   2) 내산성

      산에 견디는 힘을 말한다.