강철 품질과 신뢰성을 위한 첨단 비파괴 검사

강철의 비파괴 검사(NDT)는 강철 재료, 부품, 용접부에 손상을 주지 않고 그 특성을 평가하는 분석 기술군입니다. NDT 기술은 설계된 운전 조건에서 파손을 일으킬 수 있는 내부 및 표면 결함(불완전, 불연속, 결함 등)을 검출하고 평가하는 데 사용됩니다. 이러한 내부 및 표면 결함은 강철 재료의 다른 부분에 비해 낮은 무결성 영역이거나 균열, 보이드 및 기타 불완전의 존재일 수 있습니다. NDT는 간접적이지만 타당한 결과를 제공하며, 정의상 시험 대상을 의도된 용도에 적합한 상태로 남겨둡니다.

비파괴 시험(NDE), 비파괴 검사(NDI), 비파괴 평가(NDE)라는 용어도 이러한 시험 기술에 사용됩니다. NDT 기술로 시험되는 강철 재료에 영구적인 변화가 없으므로, NDT 기술은 재료 검사에 매우 중요한 것으로 간주됩니다. NDT는 제품 평가, 문제 해결, 연구에서 비용과 시간을 절약합니다.

NDT 기술은 매우 전문적인 작업으로 중요한 기능을 수행합니다. 이 기술은 육안으로 검사하기 어렵거나 불가능한 강철 부품 영역을 평가하기 위해 정교한 장비와 방법을 사용하는 고도로 전문화되고 자격을 갖춘 기술자의 서비스가 필요합니다.

NDT 기술의 적용

NDT 기술은 제조 및 제작 중 결함뿐만 아니라 강철 부품 사용 중에 발생하는 결함을 검출하는 데 사용됩니다. 그러나 NDT로 부품을 검사하여 모든 가능한 결함을 검출하는 것은 불가능합니다. 또한 NDT에서는 결함 자체가 검출되는 것이 아니라, 물리적 특성의 변화(초음파 감쇠 또는 전기 전도도 등)와 같은 재료에 대한 결함의 영향이 검출됩니다. NDT 기술은 직접적인 정보가 아닌 간접적인 정보를 제공하며, 이는 해석이 필요합니다. 일부 NDT 기술은 다른 것보다 더 직접적이고 정확합니다.

강철 재료, 부품, 용접부를 평가하는 데 사용할 수 있는 다양한 NDT 기술이 있습니다. 모든 NDT 기술은 몇 가지 공통 요소를 공유합니다:

• 탐사 에너지원 또는 탐사 매질이 있습니다.
• 불연속이 탐사 매질의 변화나 변질을 일으켜야 합니다.
• 변화를 검출하는 수단이 있습니다.
• 변화를 지시하는 수단이 있습니다.
• 이 지시를 관찰 및/또는 기록하여 해석할 수 있는 수단이 있습니다.

주어진 용도에 대한 NDT 기술의 적합성은 위 요소를 고려하여 결정됩니다. 탐사 에너지원 또는 탐사 매질은 시험 대상과 찾고자 하는 결함 또는 불연속에 적합해야 합니다. 결함 또는 불연속이 있다면 어떤 식으로든 탐사 매질을 수정하거나 변경할 수 있어야 합니다. 일단 변경되면 이러한 변화를 검출할 방법이 있어야 합니다. 불연속에 의한 탐사 매질의 변화는 어떤 지시 형태를 형성하거나 기록되어야 합니다. 마지막으로 이 지시를 검토하여 해석하고 불연속을 분류할 수 있어야 합니다.

여러 NDT 기술이 개발되었으며, 각각 장점과 한계가 있어 특정 용도에 더 또는 덜 적합합니다. 다양한 NDT 기술을 사용할 수 있으므로 필요한 결과를 제공하는 기술을 선택하는 것이 중요합니다. 서로 다른 NDT 기술을 조합하여 적용함으로써 재료나 부품이 사용에 적합한지 보증할 수도 있습니다.

강철 재료와 부품의 NDT에는 여러 방법이 있습니다. 강철 재료, 부품, 용접부 평가에 사용되는 더 일반적인 NDT 방법은 (i) 육안 검사, (ii) 침투 탐상 검사, (iii) 자분 탐상 검사, (iv) 방사선 투과 검사, (v) 초음파 검사, (vi) 와전류 검사입니다.

육안 검사

육안 검사는 가장 일반적이고 기본적이며 저렴하고 오래된 NDT 검사 형태입니다. 눈(또는 돋보기 등 간단한 보조 기구)을 사용하여 표면 불완전을 검출하며, 특수 시험 장비가 필요하지 않고 더 빠르고 경제적으로 완료할 수 있습니다. 그러나 육안 검사의 주관적 성격으로 인해 검사 결과의 변동이 흔합니다. 또한 육안으로 보이지 않는 결함은 육안 검사로 검출할 수 없습니다. 육안 검사의 세 가지 기본 요건은 (i) 찾고 있는 불연속을 볼 수 있는 좋은 시력, (ii) 좋은 조명, 올바른 유형의 빛이 중요, (iii) 불연속을 인식할 수 있는 경험입니다.

침투 탐상 검사

침투 탐상 검사법에서는 대조적인 배경에 대해 침투 매질이 '배어 나옴(bleed-out)'으로써 표면 결함을 검출하는 데 침투제를 사용합니다. 시험할 강철 재료의 세척된 표면에 침투 염료를 도포하고 정해진 시간(체류 시간) 동안 두면 모세관 작용으로 표면 결함에 침투제가 들어갑니다. 과잉 침투제를 제거하고 현상제를 도포합니다. 현상제는 모세관 작용을 역전시켜 결함에서 침투제를 끌어냅니다. 결과적인 지시는 결함의 존재를 드러내어 육안으로 볼 수 있게 하며, 기술자가 결함을 관찰하고 평가할 수 있게 합니다. 침투 탐상 검사는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 침투 탐상 검사

침투제를 분류하는 두 가지 방법이 있습니다: (i) 생성되는 지시 유형별, (ii) 제거 방법별. 침투 탐상 검사 결과는 가시광과 형광 두 가지 방식으로 표시됩니다. 가시광 침투제는 좋은 백색광 조건에서 볼 때 흰색 현상제 배경에 대담한 빨간 선이나 얼룩 지시를 생성합니다. 형광 침투제는 자외선 아래에서 관찰할 때 녹색 형광 지시를 생성합니다. 인간의 눈은 가시광 지시보다 형광 지시를 더 쉽게 인지할 수 있으므로, 형광 침투 탐상 검사가 더 민감한 시험입니다.

두 번째 침투제 분류 방법은 시험 표면에서 과잉 침투제를 제거하는 방식에 기반합니다. 침투제는 물 세척형, 용제 제거형, 후유화형입니다. 물 세척형 침투제는 유화제를 함유하여 저압 물 분무로 침투제를 씻어낼 수 있습니다. 용제 제거형 침투제는 과잉 침투제를 시험 표면에서 제거하기 위해 용제가 필요합니다. 후유화형 침투제는 침투제 체류 시간 후 유화제를 첨가하여 제거합니다.

이 공정은 간단하고 다용도이며 비용 효율적이며, 밝은 색상이나 형광 염료를 사용하여 더욱 향상시킬 수 있습니다. 유일한 단점은 표면 결함만 검출할 수 있다는 것입니다.

자분 탐상 검사

자분 탐상 검사는 강철 같은 강자성 재료의 표면 및 약간의 표면 하부 불연속이나 결함을 찾는 데 사용됩니다. 자화된 부품에 존재하는 그러한 결함은 자속(플럭스)이 부품에서 빠져나가게 합니다. 이 표면에 자분을 도포하면 자속 누설에 의해 제자리에 고정되어 시각적 지시를 제공합니다. 여러 가지 다른 자분 시험 방법을 사용할 수 있지만, 모두 이 같은 일반 원리에 의존합니다. 매우 간단하고 비용 효율적인 공정입니다.

자분 시험은 시험할 부품에 자계를 생성하고 시험 표면에 자분을 도포하여 수행합니다. 이 공정은 현장에서 휴대용 자석 요크를 사용하거나 작업장에서 자석 벤치를 사용하여 수행됩니다. 벤치는 대량 작업에 더 효율적입니다.

강철의 자분 탐상 검사는 일반적으로 특정 유형의 전자석을 사용하여 수행됩니다. 전자석은 모든 전기 도체에 자계가 연관되어 있다는 원리에 의존합니다. 교류(AC) 또는 직류(DC) 중 하나를 사용하여 자계를 유도할 수 있습니다. AC로 인한 자계는 '표피 효과'로 인해 시험 대상 표면에서 가장 강합니다. AC는 또한 대상 표면에서 자분의 이동성을 더 높여 표면이 불규칙하더라도 자유롭게 움직여 자속 누설 영역을 찾을 수 있게 합니다. DC는 더 깊은 관통력을 가진 자계를 유도하여 표면 근처 불연속을 검출하는 데 사용할 수 있습니다.

방사선 투과 검사

방사선 투과 검사는 단파장 전자기 복사를 강철 재료에 통과시키는 기술을 기반으로 합니다. 전통적인 방사선 촬영법은 시험 대상을 방사선 필름에 영구적으로 기록하여 결함을 검출하는 과정입니다. 이는 시험 대상을 전기로 생성된 X선이나 방사선원에서 나오는 감마선에 노출시킴으로써 수행됩니다. 방사선원의 복사가 물체를 통과하여 방사선 필름에 기록됩니다. 필름을 현상하고 현상된 필름(방사선 사진)을 자격 있는 기술자가 검토하여 적용 가능한 코드와 표준에 따라 결함과 이상을 검출합니다.

이 기술에 사용되는 원리는 두께가 감소된 영역이나 재료 밀도가 낮은 강철 물체는 더 많은 복사 통과를 허용하므로 더 적은 복사를 흡수한다는 것입니다. 물질을 통과하여 필름에 도달한 복사는 방사선 사진에 그림자 이미지를 형성합니다. 낮은 흡수 영역(슬래그, 보이드, 기공)은 방사선 사진에서 어두운 영역으로 나타나고, 높은 흡수 영역(치밀한 개재물)은 밝은 영역으로 나타납니다.

이 방법으로 쉽게 검출되는 표면 하부 불연속은 보이드, 결함, 금속 및 비금속 개재물, 균열입니다.

방사선 투과 검사의 최근 발전은 디지털 방사선 촬영으로, 값비싼 필름과 현상 장비가 필요하지 않습니다.

초음파 검사

초음파 검사(UT)는 사람의 청력 범위를 넘는 고주파 음파(초음파)를 사용하여 강철 재료의 기하학적 및 물리적 특성을 측정하는 검사 방법입니다. 이 방법은 전기로 생성된 음파를 강철 물체에 통과시켜 결함을 검출합니다. 음파 반사, 굴절, 흡수가 CRT(브라운관) 화면에 표시되고 기록되어 해석됩니다. 이 공정은 정확한 해석을 제공하기 위해 훨씬 더 많은 기술과 경험을 필요로 합니다.

UT의 주요 이점 중 하나는 진정한 체적 시험으로 간주된다는 것입니다. 결함의 길이와 위치뿐만 아니라 발견된 결함의 유형에 대한 정보도 운영자에게 제공합니다. UT의 주요 장점은 시험 중인 재료의 한 쪽 면만 접근하면 된다는 것입니다. 또 다른 중요한 장점은 균열 및 미완전 용융 같은 중요한 평면 불연속을 검출한다는 것입니다. UT는 음파 빔에 수직으로 놓인 불연속에 가장 민감합니다. 다양한 빔 각도를 사용할 수 있으므로, UT는 방사선 투과 검사로는 검출 불가능한 방향으로 향한 박리, 미완전 용융, 균열을 검출할 수 있습니다. UT는 깊은 관통 능력을 가집니다.

위상 배열과 3차원(3D) 기술을 포함한 UT 장비의 발전으로 모든 유형의 NDT 작업에 대한 UT의 유연성과 적응성이 크게 향상되었습니다.

와전류 검사

와전류 검사(ET)에서 AC 전류를 흐르는 코일을 시편 표면 가까이에 두거나 시편 주위에 둡니다. 코일의 전류는 시편 표면 가까이에 순환 와전류를 생성하고, 이들은 상호 유도에 의해 코일의 전류에 영향을 줍니다. 시편의 결함과 재료 변화는 와전류의 강도에 영향을 줍니다. 결함의 존재는 따라서 여기 코일의 전기적 변화로 측정됩니다. 전압과 위상 변화 모두 측정할 수 있지만, 일부 단순한 기기는 전압 변화만 측정합니다.

생성된 와전류의 강도는 시편의 전기 전도도, 시험 시편의 자기 투자율, 시편과 코일 사이의 간격 거리, 여기 코일에 사용된 AC 주파수, 코일과 시편의 치수, 결함의 존재에 따라 달라집니다. 이러한 변수들의 효과를 분리하는 것이 ET 시험 성공의 많은 부분을 좌우합니다. 대부분의 와전류 기기는 시험 시편 세트로 보정이 필요하며 결함 민감도는 매우 높을 수 있습니다.

와전류 검사 기술은 균열 검출, 재료 두께 측정, 코팅 두께 측정, 재료 식별을 위한 전도도 측정, 열 손상 검출, 경화층 깊이 결정, 안장 마모, 피팅, 횡방향 균열, 동결 돌기, 균열, 덴트, 열처리 모니터링, 소형 부품의 결함, 크기 변동, 재료 변동에 대한 신속한 분류에 사용됩니다.

와전류는 열교환기 및 보일러 튜브와 같은 튜브 벽의 재료 얇아짐을 유발하는 부식 손상 및 기타 손상을 검출하는 유용한 도구입니다. 와전류 방법은 표면 및 표면 근처 결함에 매우 좋으며, 작은 균열 및 기타 결함에 민감하고 부품 준비가 거의 필요하지 않습니다. 전도성 재료에만 사용 가능하며, 표면이 프로브에 접근 가능해야 합니다.