비파괴(非破壞) 검사 Kangwon National University Mechatronics

재료나 시험체의 원형과 기능을 전혀 변화시키지 않고도 결함의 [1] 비파괴검사 1. 비파괴검사의 정의 재료나 시험체의 원형과 기능을 전혀 변화시키지 않고도 결함의 유무(형태,상태), 성질, 상태, 내부구조 등을 알아내는 검사 2. 비파괴검사의 기본원리 시험체의 물리적 성질 즉 방사선, 음파, 열, 빛, 전기, 자기에너지 등을 시험체에 적용하여 조직의 이상이나 결함의 존재로 인해 적용된 에너지의 성질 및 특성 등이 변화하는 것을 적당한 검출방법을 이용하여 이들 성질의 변화량을 측정함으로써 조직의 이상 여부나 불연속의 존재와 정도를 알아내는 것

NDT(Non-Destructive test) : 비파괴 시험 파괴하지 않고 건전성, 성능, 결함유무와 상태등을 조사하기 위한 결함 검출기법 NDI(Non-Destructive Inspection) : 비파괴검사 비파괴 시험 결과로 판정 기준에 근거하여 시험대상물의 사용 가능성 여부 판정 NDE(Non-Destructive Evaluation) : 비파괴 평가 재료의 부하조건, 환경 조건을 파악하고 파괴역학적으로 재료의 수명을 예측하여 종합적으로 재료의 건전성 평가 결함을 찾아내는 방법 이라기보다는 재료 및 구조물의 기능, 신뢰성을 종합적으로 판단하는 기술 (이 구조물의 수명은 어떨가 예측)

1) 비파괴검사의 장점 ① 제품의 양이나 비용에 관계없이 직접수행할 수 있다 ② 전수검사 또는 sample 검사가 가능하다 ③ 동일제품을 반복 또는 다른시험을 적용할수 있다 ④ 사용중에도 시험이 가능하다 ⑤ 사용상의 누적효과를 직접 측정 할 수 있다 ⑥ 파괴기구를 측정 할 수 있다 ⑦ 시험편의 준비가 없거나 아주 적다 ⑧ 장비의 이동성이 좋다 ⑨ 비용이 적게 든다

2) 단점 ① 결과해석에 경험이 요구된다 ② 시험결과에 대한 관련자의 의견차이가 클수 있다 ③ 특성이 간접적이며 비교측정에 의존한다 ④ 일부시험에 여러사람을 동원해야 한다 ⑤ 파괴시험에 비해 정량적이지 못하다

3) 파괴검사 ① 장점 : 사용조건에 대한 응답을 직접적으로 확실히 측정 측정이 정량적이다(보통 설계나 표준화에 활용) 시험결과에 대해 관련자의 의견차이를 줄일 수 있다 ② 단점 : sample에만 적용할 수 있으며 시험한 물건은 사용할 수 없다 동일제품을 반복 검사할 수 없다, 다른 시험 적용도 안된다 폐기량이 많아지므로 확대시험을 최적화 할 수 없다 고가의 재료나 제품에 적용하기 어렵다 사용에 의한 누적효과를 직접 측정할 수 없다 가동중에 적용할 수 없다 시험용 시편을 만들 때 기계가공이나 다른준비가 필요하다 비용이 많이 든다

3. 비파괴검사의 목적 1) 신뢰성 향상 2) 품질 관리(QC : quality control) 품질 보증(QA : quality assurance) 3) 수명 평가 4) 제조공정의 개선 5) 제조원가의 절감 6) 신소재 개발

* 제조물책임(Product Liability) : PL법 제조물의 결함으로 인하여 생명·신체 또는 재산에 손해를 입은 자에게 제조업자가 그 손해를 배상하여야 하는 책임을 말한다. (제조자가 고의이건 실수이건 간에 제품을 잘못 만들어 소비자에게 피해를 주었을 경우 손해를 배상해주도록 의무화한 제도) ■ 손해배상 요건이 제조자의 고의·과실책임(민법)에서 무과실책임인 결함책임(PL법)으로 됨에 따라 소비자가 제품의 결함을 입증하면 쉽게 피해구제를 받게된다. ■ 미국('63), EU('88-'94), 필리핀('92), 중국('93), 일본('95.7)등 30여개국은 이미 PL법을 시행하고 있다. 우리나라 2002년 7월 1일

적용대상 제조물은? - 제조 또는 가공된 동산 - 완제품, 부품, 원재료를 불문하고 동산이면 대상 - 전기 및 기타 관리할 수 있는 자연력 (부동산 및 가공하지 아니한 농수산물 등 대상이 아님)

규정된 사용기간 동안 규정된 사용조건 하에서 요구되는 소정의 Reliability Reliability is the probability that a system can perform its Intended function For a specified interval Under stated conditions 비파괴검사의 신뢰성 규정된 사용기간 동안 규정된 사용조건 하에서 요구되는 소정의 기능을 수행 할 수 있는 능력으로 비파괴검사의 경우에는 거짓 지시가 없이 결함을 정확하게 검출하고 크기를 정량화 할 수 있는 능력

4. 비파괴검사의 종류 1) 방사선투과검사(Radiographic Testing : RT) 2) 초음파탐상검사(Ultrasonic Testing : UT) 3) 액체침투탐상검사(Liquid Penetrant Testing : PT) 4) 자분탐상검사(Magnetic Particle Testing : MT) 5) 전자유도시험(Eddy Current Testing : ET) 6) 누설검사(Leak Testing : LT) 7) 음향방출검사(Acoustic Emission Testing : AE) 8) 육안검사(Visual Testing : VT)

[2] 금속 1. 결함의 정의 1) 건전부(sound area) 시험체에 이상이 없다고 판단되는 부분 2) 불완전부(imperfection) 시험체의 평균적인 부분에 비해서 비파괴시험상 차가 있다고 판단된 부분 3) 불연속부(discontinuity) 흠, 조직, 형상등의 영향에 의해 비파괴 시험에서 지시가 건전부와 다르게 나타나는 부분 4) 흠(flaw) 비파괴 시험결과로부터 판단되는 불연속부 - 기공, 균열, 부식 등 5) 결함(defect) 소재, 기기, 구조물에 존재하는 불연속부 및 불균질부를 포함한 이상 부분이 규격, 시방서 등에 규정되어 있는 판정기준으로 불합격이 되는 흠

2. 재료의 파괴형식 1) 연성파괴 2) 취성파괴 벽개 파괴 피로 파괴 응력 부식 균열 3) 충격파괴 4) creep 파괴

3. 단조품의 특성 및 발생결함 1) 단조품의 특성 ① 단조는 금속을 햄머나 프레스등으로 단련하여 요구되는 형태로 성형하는 가장 오래된 성형방법으로 열간단조와 냉간단조가 있음 ② 기계적성질이 개선되는 이유 - 기계적압력으로 내부에 있는 가스나 기공이 압착됨   - 내부결정구조가 미세해 지고 불순물과 개재물의 밀집상태가 완화됨 ③ 단조의 종류   - Open Die Forging : 다이표면이 평탄하거나 완만한 곡면일 경우 적용   - Closed Die Forging : 형상이 복잡할 경우 적용

① Lamination : 슬라브등의 기포,기공이나 개재물이 단조과정에서 4. 결함의 종류 ① Lamination : 슬라브등의 기포,기공이나 개재물이 단조과정에서 늘어남 ② Stringer : 비금속개재물이 압연길이 방향으로 늘어난것 ③ Seam : 압연 잘못으로 인한 금속간의 겹침에 의해 발생 → 연속,단속직선 ④ Forging Lap : 표면에 다른금속이 겹쳐진 결함으로 형태가 불규칙함 ⑤ 단조터짐,균열 : 슬라브나 빌렛등의 연성이 낮을때 너무 낮은온도에서 단조로 인해 중심축이 변형이 일어날때 내부응력을 견디지 못해 파열 ⑥ 열처리 균열   - Flake : 수소에 의해 야기된 미세한 균열   - Clink : 변형이나 냉각에 의한 내부 횡방향 응력균열

2) 수축기공과 Shrikage : 금속응고시 발생 5. 주조품 결함형태 1) Pin hole, Blow Hole ① 핀홀은 2-3mm 이하로 다수존재 ,블루홀은 그이상의 것 ② 용탕에 녹아 있는 수소나, 래들, 주형 또는 냉금류등에 흡착된 수분이 원인 ③ 핀홀은 균일하게 분포되거나, 특정장소에 한정되며, 구멍커져 Blow Hole됨 2) 수축기공과 Shrikage : 금속응고시 발생 (1) 수축기공 공동상의 구멍으로 최종응고부에 용탕의 보급이 충분하지 않아 발생하며 외면에 있는것과 내면에 있는것이 있음 (2) Shrinkage ① 비교적 살이 긴방향으로  긴주물의 중심선을 따라 생기는 수축 기공을 Shrinkage라 함. ② 판상주물에서는 응고가 양측에서 발달하고 긴쪽방향으로는 온도구배가 없기 때문에 용탕이 보급되지 않아 수축기공이 됨 ③ 수축율이 큰재료일수록 발생

3) 균열 각부의 냉각속도가 다르면 잔류응력발생→이힘이 파단강도 이상시 균열 (1) 냉간균열(Cold Tear) ① 재료의 천이온도 이하에서 발생되는 결함으로 큰수축 응력의 결과이며 복잡한 형태의 주물에서 많이 발생 ② 경화능을 높이기 위해 첨가된 Ni, Cr, Mo, V 같은 원소를 첨가한 중탄소강의 경우 이러한 원소들이 마르텐사이트 변태온도에 영향을 주어 냉각중 높은 응력이 발생하여 이 응력이 균열로 발생 (2) 열간균열(Hot Tear) 열간균열은 1300℃부근에서 주로 발생하며,결정입계에 존재하는 불순물이 취약하기 때문에 결정간의 인장력에 의해 발생

4) 개재물(Inclusion) (1) 모래개재물 용탕을 주형에 주입시 주형인 모래의 일부가 용탕에 떨어져 주물과 함께 개재되는 결함으로 모래의 강도가 부족해 사형이 파괴되기 쉬운 경우발생 (2) Slag Inclusion 용탕표면에 떠있던 Slag가 용탕주입시 주물에 혼입되는 결함으로, 적절한 탕구나 탕도의 설계로 제거가능

5) 편석(Segregation) - 합금강의 합금성분 중 한두가지의 원소가 균일하게 분포되지 않고 특정부위에 편중되는 현상을 말하며, 전반적편석, 국부편석, 띠형태 편석등으로 구분 6) Cold Shut - 용탕의 냉각은 주형과 접촉되는 표면으로 부터 일어나는데 용탕 주입시 용탕의 튀김이나, 냉금등으로 용융금속의 흐름이 완전히 하나로 되지못할 때 두흐름의 경계면이 생기는 것을 Cold shut이라함 7) Core Shift : 용탕 주입시 Core가 움직여 주강이 삐뜰어 지는현상 8) Miss-Run - 용탕의 온도가 낮거나 형상으로 인해 용탕의 흐름의 저항이 커져 용탕의 흐름이 원활치 못할 경우 주물의 일부에 용탕이 부족한 경우

6. 용접부의 결함 ① 치수상 결함 - 변형 - 치수불량 - 형상불량 ② 구조상 결함 - 균열 - 융합불량 - 용입불량 - 블로우 홀 - 혼입(비금속개재물) - 언더컷(표면 결함) - 슬래그 ③ 성질상 결함 - 기계적 성질 - 화학적 성질