와전류 검사(ECT) 완벽 가이드: 신뢰성 있는 금속 검사를 위한 5가지 핵심 통찰

알아야 할 사항과 고려해야 할 요소들

특수 금속 작업을 상당량 수행하는 Metal Cutting Corporation은 균열이나 보이드 같은 결재를 검사하기 위해 와전류 검사(ECT)를 자주 활용합니다. 이 방법은 전자기 유도를 이용해 도전성 재료(금속 포함)의 표면 또는 표면 하부 결함을 탐지하고 특성화합니다. 결함 탐지 외에도 와전류 검사 절차는 두께와 전도도 측정에 사용될 수 있습니다.

와전류 검사에 대해 알아야 할 5가지 흥미로운 사실을 소개합니다.

와전류 검사는 비파괴 검사(NDT)입니다

와전류 검사는 비파괴 검사(NDT)의 중요한 방법 중 하나입니다. NDT는 과학과 산업에서 검사를 수행하고 측정을 하여 다음을 보장하기 위해 사용되는 기술들입니다:

• 구조 부품과 시스템이 안정적으로, 안전하게, 비용 효율적으로 작동하는지
• 검사 자체가 부품이나 재료를 손상시키지 않으며, 향후 사용과 기능에 영향을 주지 않는지

사실 다양한 NDT 기술이 있으며, 새로운 기술들이 계속 개발되고 있습니다. 가장 기본적인 방법은 육안 검사로, 부품의 눈에 보이는 표면 결함을 단순히 보는 것부터 컴퓨터 제어 광학 시스템을 사용해 부품 특징을 탐지하고 측정하는 것까지 포함됩니다.

NDT에 사용되는 일부 기술은 의학에서도 사용되므로 친숙합니다. 예를 들어 방사선 투과 검사(RT)는 감마선이나 X-선을 사용해 결함을 찾거나 내부 특징을 봅니다. 또 다른 예로 초음파 검사(UT)는 고주파 음파를 사용해 불완전성이나 재료 특성 변화를 탐지합니다.

자분 탐상 검사(MT)는 강자성 재료에 자기장을 가하고 철분 가루를 뿌려 표면 결함을 가시적으로 표시합니다. 누설 검사(LT)는 전자 청취 장치부터 압력 게이지, 간단한 비눗방울 테스트까지 다양한 방법으로 가압 부품의 누설을 찾습니다.

또 다른 방법은 음향 방출 검사(AE)로, 음향 에너지의 파열을 탐지해 불완전성을 찾습니다. 우리는 종종 헬륨 누설 검사를 접하는데, 이는 두 번째로 가벼운 원소를 사용해 침투 검사(PT)와 함께 또는 없이 누설 경로를 찾습니다. 침투 검사는 가시성 또는 형광 염료를 사용합니다.

여기 Metal Cutting에서 우리가 집중하는 NDT 기술인 와전류 검사에서는, 도전성 재료를 팽창하고 붕괴하는 자기장에 노출시켜 재료 내에 전기적 전류(와전류)를 생성합니다. 이 와전류의 강도를 측정할 수 있으며, 결함이나 재료 변화가 전류 흐름을 방해하면 시험 중인 재료나 부품의 문제를 알 수 있습니다.

일상 생활에서 매우 중요합니다

모든 사람이 와전류 검사와 NDT를 들어본 것은 아니지만, 이 방법들은 어쩌면 매일 우리 모두의 삶에 영향을 미칩니다. 구성 요소 고장이 치명적인 손실과 피해를 초래할 수 있는 산업을 포함해 광범위한 산업에서 사용되기 때문입니다.

예를 들어, 와전류 검사는 오일 및 가스 파이프라인, 원자로, 화학 제조, 상수도 시스템 같은 응용 분야의 튜빙 및 기타 구조물을 검사하는 데 사용됩니다. 휴대용 와전류 검사 장비는 교량 균열이나 날개부터 랜딩 기어까지 항공기 부품의 현장 검사와 같은 현장 검사에 사용됩니다. 이는 ECT뿐만 아니라 다른 비파괴 검사 방법들이 파이프라인 파열, 교량 붕괴, 비행기 추락 같은 대재앙을 예방하는 역할을 하며 공공 안전에 매우 중요함을 의미합니다.

Metal Cutting에서 생산하는 금속 부품 같은 소형 부품 세계에서도 와전류 검사는 눈에 잘 띄지 않지만 여전히 매우 중요한 방식으로 안전에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 우리는 이 방법을 사용해 궁극적으로 군인들이 제조 후 오랜 시간이 지나고 집에서 멀리 떨어진 곳에서 사용할 야간 투시경 부품의 유리-금속 밀봉을 검사합니다.

서로 다른 모드를 위한 다양한 프로브

와전류 검사 장비에는 다양한 형태, 크기, 구성의 시험 프로브가 포함됩니다. 이 프로브들은 시험 코일이 어떻게 배선되고 시험 샘플과 어떻게 인터페이스하는지에 따라 서로 다른 작동 모드를 가집니다.

예를 들어, 절대 측정 프로브는 단일 코일을 사용해 와전류를 생성하고 전류장의 변화를 탐지하며 시험 샘플의 단일 지점에서 판독값을 제공합니다. 차동 프로브는 두 개의 코일을 사용해 결함을 탐지하기 위한 비교 기준을 제공합니다. 재료에 불일치가 있을 때도 가능합니다. 한 코일이 결함 위에 있고 다른 코일이 양호한 재료 위에 있을 때 차동 신호가 생성됩니다. 반사 및 하이브리드 프로브 모드도 있습니다.

교류(AC)가 코일 또는 코일들을 통과하여 코일 내외부에 팽창하고 붕괴하는 자기장을 생성합니다. 프로브가 도전성 재료(시험 샘플) 옆에 위치하면, 이 변화하는 자기장이 샘플 내에 와전류를 생성합니다. 코일의 자기장과 와전류의 상호작용을 통해 주파수, 진폭, 감도, 임피던스 및 기타 특성의 변화를 관찰하고 측정할 수 있으며, 이는 시험 샘플의 균열, 보이드 또는 기타 결함 존재를 나타냅니다.

와전류 검사에 영향을 미치는 많은 요인들

주파수, 진폭, 감도 등의 설정(와전류 검사의 "레시피"를 구성) 외에도, 와전류 흐름에 영향을 줄 수 있는 다른 요소들을 고려해야 합니다. 여기에는 시험 대상 재료나 부품의 특성이 포함됩니다. 일부는 이롭지만 다른 일부는 설정 조정이나 다른 기술 사용을 통해 효과를 보상해야 할 수도 있습니다.

명백히, 시험 대상 재료의 전기 전도도(전자가 재료 내에서 얼마나 쉽게 흐르는지로 생각할 수 있음)는 생성되는 와전류 흐름에 영향을 미치며, 투자율(magnetic permeability)도 마찬가지입니다. 투자율 측정은 재료 분류에 유용할 수 있지만, 이 특성은 문제를 일으킬 수도 있습니다. 예를 들어, 강자성 재료 시험 시 투자율 변화로 인한 소위 "노이즈"는 탄소강 용접부에 와전류 검사를 사용하기 어렵게 만듭니다. 그러나 자기 포화, 다중 주파수 검사, 차동 코일 배열을 사용해 문제를 극복할 수 있습니다.

노이즈 이야기인데, 실제 실내 소음도 와전류 검사에 영향을 줄 수 있는 물리적 주변 요인입니다. 그러나 노이즈는 종종 필터링되어 더 깨끗한 신호를 생성할 수 있습니다. 시험 샘플이 모서리나 급격한 기하학적 변화를 가진 부품인 경우, 와전류에 "모서리 효과(edge effect)"가 발생할 수 있습니다. 프로브를 모서리 근처에 배치하고 균형을 맞추며 그 거리에서 스캔하면 이 효과를 피할 수 있습니다. 마찬가지로 복잡한 기하학을 가진 샘플은 재료 자체의 결함이 아닌 기하학적 변화로 인한 허위 신호를 생성할 수 있습니다.

또 다른 중요한 고려사항은 코일 충진 계수(coil fill factor)로, 검사 코일 내부에 검사 대상 튜브나 봉이 얼마나 많은 공간을 차지해야 하는지 설정하는 데 사용됩니다. 코일과 시험 샘플 사이의 올바른 여유를 결정하면 샘플이 스캔 중에 자유롭게 움직일 수 있으면서도 코일이 샘플에 충분히 가까워 와전류를 생성하고 검사를 올바르게 수행할 수 있습니다.

와전류 검사 코일을 통과하는 교류의 주파수는 시험 재료 내 와전류장의 침투 깊이에 영향을 미칩니다. 재료 깊이가 깊어질수록 와전류 흐름의 강도는 감소합니다. 균열의 깊이는 와전류 검사로 정확하게 측정할 수 없으며, 이 방법은 와전류 흐름과 평행하게 흐르는 박층(lamination) 같은 결함은 탐지하지 못합니다. 그러나 와전류 흐름에 수직인 균열, 용접 불융합, 기타 평면 불연속성은 탐지됩니다.

Metal Cutting은 ECT에 숙련되어 있습니다

Metal Cutting에서는 텅스텐과 몰리브덴 봉 및 기타 금속 부품을 와전류 검사 절차로 자주 검사하여 균열, 피팅, 파단 같은 잠재적 문제를 찾습니다. 또한 유리-금속 밀봉에 사용되는 원형 봉, 평평한 리본, 모세관 튜빙의 표면 결함을 찾기 위해 ECT를 활용합니다. (자세한 내용은 블로그 전자제품의 유리-금속 밀봉 문제에서 확인할 수 있습니다.)

고객을 위해 재료를 구매했거나 고객이 가공할 재료를 제공한 경우, 우리는 공급업체나 고객과 대화하여 그들이 자체 와전류 검사 장비에 어떤 설정을 사용하는지 파악합니다. 이를 통해 성공적인 ECT를 위한 상호 공유 레시피를 만들 수 있으며, 필요에 따라 설정을 조정하고 절대 또는 차동 측정을 사용하며 다양한 코일 크기와 툴링 옵션 중에서 선택합니다. 봉을 ECT 코일을 통과시킬 때, 우리는 충진 계수에 세심한 주의를 기울이고 부싱을 사용해 봉이 코일 중앙에 위치하면서도 코일과 절대 접촉하지 않도록 합니다.

또한 우리는 종종 비교 기준이 될 기준 샘플을 찾습니다. 특히 육안으로 볼 수 없는 내부 결함을 검사할 때 더욱 그렇습니다. 기준 샘플을 통해 우리가 설정한 ECT 설정으로 찾고자 하는 결함을 발견할 가능성이 있는지 확인할 수 있습니다. 알려진 결함이 있는 샘플을 사용해 장비 설정을 조정하여 그 특정 검증된 결함을 찾을 수 있도록 합니다.

좋은 기준 샘플을 찾기는 어려울 수 있습니다. 결국 내부 결함을 검증하기 위해 샘플을 절개하면 향후 ECT 사용을 위해 샘플이 파괴되기 때문입니다. 그러나 공급업체나 고객이 자사 검사와 이전 실패한 ECT 검사로 입증된 표면 하부 결함이 있다고 믿는 샘플을 사용할 수 있습니다. 외부 결함의 경우, 공급업체나 고객과 협력해 부품에 특정 표면 결함을 만들려고 시도한 후 양쪽 모두 그 샘플을 기준 샘플로 사용할 수 있습니다.