와전류 검사(ECT) 효과에 영향을 미치는 필수 변수들

ECT로 발견할 수 있는 것과 없는 것

이전 글에서 와전류 검사(ECT) 절차에 대한 흥미로운 사실들을 다루었습니다. 이번에는 와전류 검사의 효과에 영향을 미치는 변수들과 ECT로 무엇을 찾아낼 수 있는지, 그리고 무엇을 찾아낼 수 없는지 자세히 살펴보겠습니다.

모든 결함이 동일하게 탐지되지는 않습니다

재료 내 결함의 유형이 와전류 검사 절차의 효과를 결정합니다. 예를 들어, 와전류 흐름과 평행한 불연속성 및 결함(방사형 균열 또는 점 균열 등)은 대부분의 와전류 검사 장비로는 탐지되지 않습니다. ECT 장비는 부품 길이를 따라 발생하는 결함에 가장 적합하게 작동합니다. 방사형 코일을 사용하여 단일 점 균열을 찾으려면 부품 둘레를 중심으로 회전하는 다중 프로브가 포함된 특수 설정이 필요합니다. 또한 균열의 형태는 표면 결함이자 내부 결함이므로, 와전류 검사 절차에서는 여러 판독값을 필터링해야 합니다.

금속 부품 내부에만 존재하는 내부 결함은 특히 두꺼운 재료의 경우 피부 효과(skin effect)로 인해 탐지하기 더 어렵거나 불가능합니다. 피부 효과란 내부 결함이 외부 결함보다 기하급수적으로 약한 와전류 신호를 생성하는 경향을 말합니다. 두꺼운 부품의 깊이에 따른 신호 강도의 기술적 용어는 침투 깊이(depth of penetration)입니다. Metal Cutting Corporation의 ECT 시스템은 몰리브덴과 텅스텐에 대해 약 0.050인치(1.27mm)의 침투 깊이를 가집니다.

비방사형 결함을 위한 와전류 검사 절차

Metal Cutting에서는 드로우 라인(draw line)과 연장된 결정립 구조에 초점을 맞춥니다. 드로우 라인은 더 흔하며 다양한 금속 재료에서 발생할 수 있습니다. 드로우 라인은 다이를 통해 당겨진 금속 내 오클루전(occlusion)이거나, 금속이 인발될 때 다이의 결함이 금속을 긁고 손상시키는 것일 수 있습니다. 몰리브덴과 텅스텐 같은 내열 금속의 세계에서 이 재료들은 분말 야금으로 성형되고 소결된 후 단조와 인발 공정을 거치므로, 이 금속들은 결코 용융 상태가 아니며 연장된 결정립 구조가 얽혀 있습니다. 그러나 결정립 경계에서 종방향으로 간극이 발생할 가능성이 있습니다.

다행히도, 긴 부품을 원형의 중공 코일을 통과시키는 와전류 검사 절차는 이러한 유형의 결함을 탐지하는 데 이상적입니다. ECT가 어려움을 겪는 것은 방사형 균열인데, 이는 매우 일시적으로 나타났다 사라집니다. 균열이 있는 단면적이 너무 작아 와전류가 이를 탐지하지 못할 수 있습니다. 예를 들어, 90% 방사형 균열이 있는 와이어라도 특수 회전 다중 코일이 장착된 와전류 검사 장비가 없다면 균열을 탐지하기가 까다로울 것입니다.

깊이 인식은 가능하지만 깊이 측정은 불가능

내부 균열을 탐지할 수 있다 해도, 와전류 검사 절차로는 균열의 실제 깊이를 정확하게 측정할 수 없습니다. 와전류 시험기의 오실로스코프는 극좌표 차트와 유사한 균열 특징의 그래픽 표현을 보여줍니다. 극좌표 차트처럼 그래픽 표현을 확대/축소할 수 있습니다. 그러나 그래픽 또는 수치 표현이 균열의 치수와 상관관계가 없습니다.

와전류 검사 절차로는 내부 균열의 깊이를 측정할 수 없지만, Metal Cutting에서는 종종 도면을 받아 "균열이 직경의 10%를 초과할 수 없다"거나 "고객은 0.001인치(0.0254mm) 이상의 결함을 수용하지 않는다"는 사양을 접합니다. 문제는 이러한 요구사항을 어떻게 운영화할 것인가입니다. 매개변수 설명 없이는 둘 다 어렵습니다. 직경 백분율은 일반적으로 깊이를 의미하지만, "결함이 ~을 초과하지 않아야 한다"는 표현은 깊이, 폭, 길이 중 무엇으로 정의되지 않는 경우가 많습니다. 추가 문의를 통해 거의 항상 길이를 의미하지 않는다는 것을 알게 되지만, 폭과 깊이는 와전류 검사 절차에서 매우 중요한 변수이며, 어떤 치수에서든 0.001인치만큼 작은 결함을 찾는 것은 매우 어렵습니다.

좋은 소식은, ECT 신호의 위상과 Metal Cutting이 와전류 검사 절차 작업 수년간의 경험으로 터득한 기타 노하우를 사용하여 내부 균열의 깊이를 추정할 수 있다는 것입니다. 우리 시스템은 고정 프로브를 사용합니다. 이는 기준 샘플을 사용하여 주파수, 진폭, 위상, 감도, 필터링 및 와전류 검사 절차의 레시피를 구성하는 기타 변수에 대한 최적 설정을 찾을 때 염두에 두는 사항입니다. 또한 절대 및 차동 프로브를 동시에 사용할 수 있는 2코일 설정도 갖추고 있습니다.

와전류 검사 절차에 영향을 미치는 기타 요인들

와전류 검사 절차와 그 결과에 영향을 미치는 여러 다른 변수들이 있습니다.

시험 재료의 특성

시험 대상 재료의 특성은 와전류 흐름에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 와전류 검사 절차는 서로 다른 전기적 특성을 가진 금속 조합인 비순수 재료에서 어려움을 겪을 수 있습니다. 합금의 금속들은 일반적으로 재료 전체 길이에 걸쳐 완벽하게 균질하게 분포하지 않으므로 와전류에 대한 기준선을 설정하기 어려울 수 있습니다. 또한 순수 원소 금속조차도 1% 미만의 비휘발성 잔류물(NVR)과 같은 미량 원소를 포함하며, 이들이 결함으로 나타납니다. 이러한 재료 변동은 노이즈를 생성하여 이론적 감도와 상관없이 실제 활용 가능한 감도를 낮추게 만듭니다.

재료 표면 마감

사람들은 와전류 검사를 엑스레이와 같다고 생각하지만, 현실은 그렇지 않습니다. 엑스레이와 달리 시험 대상 재료의 전체가 와전류 검사 절차의 전기적 특성에 영향을 미치며, 표면 마감이 ECT 결과를 왜곡할 수 있습니다.

거친 표면 마감은 노이즈를 생성하므로, 표면 마감 노이즈가 재료 결함으로 오인되지 않도록 와전류 검사 장비 설정을 조정해야 합니다. 예를 들어, 0.001인치(0.0254mm) 이상의 결함을 식별하라는 요청을 받는다면 이는 주요 임계값 문제가 됩니다. 주변 영역보다 10배 큰 결함은 문자 그대로 눈에 띕니다. 하지만 0.001인치 결함이 0.0009인치(0.0229mm) 깊이의 홈이 있는 거친 표면 마감으로 둘러싸여 있다면 어떨까요? 0.0001인치(0.00254mm) 차이를 구분하는 것은 ECT에게 정말 어려운 과제입니다.

코일 충진 계수

육안으로는 코일 충진 계수가 재료 외경과 코일 내경의 비율처럼 보입니다. 그러나 더 정확히 말하면, 충진 계수는 코일 면적과 재료 면적의 비율입니다. 코일과 재료 사이의 올바른 비율을 결정하면 시험 샘플이 스캔 중에 자유롭게 움직일 수 있고 코일이 필요한 와전류를 생성할 수 있습니다.

코일 내 재료 위치

이상적으로는 시험 대상 부품이 코일의 진정한 중심에 위치해야 하지만, 현실적으로는 거의 불가능합니다. 공차 내에 있더라도 재료 직경의 단순한 변화가 부품을 진정한 중심에 배치하는 능력에 영향을 미칩니다. 또한 고정 장치(처음 설계된 상태와 작동 마모 후 모두)가 진정한 중심을 이론적인 것보다 실제적이지 않게 만들 수 있습니다.

진동

와전류 검사 기계 자체의 진동과 부품을 코일 내부에 배치하는 공급 장치의 진동은 와전류 흐름을 방해하거나 시험 재료의 결함으로 오인될 수 있는 허위 신호를 생성하는 노이즈를 유발합니다.

ECT에 대한 결론

이러한 변수들 중 어느 것도 와전류 검사 절차를 무력화하지는 않지만, 치수 측정에 ECT를 사용할 수 없다는 것을 의미합니다. 이 절차로 치수를 추정할 수는 있지만, 당연히 실제 야금 시편을 만들어 연구하는 것과 같은 정확도를 얻을 수는 없습니다. 그럼에도 불구하고 와전류 검사는 Metal Cutting Corporation이 재료의 결함을 검사하는 데 효과적으로 활용하는 귀중한 도구이며, 고객의 엄격한 사양을 충족하는 고품질 정밀 금속 부품을 제공할 수 있게 해주는 우리 QMS 표준의 중요한 부분입니다.