18. 침투탐상검사-장치 및 재료

 

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1. 대비시험편

신뢰성이 높은 침투탐상검사를 하기 위해서는 성능이 우수한 탐상제와 탐상장치를 사용하고, 일정한 결함 검출도가 얻어지도록 적정하고, 안정된 탐상조작을 해야 한다. 따라서 탐상조작에 대한 적합여부와 탐상제 및 설비의 성능을 정량적(定量的) 또는 정성적(定性的)으로 평가하기 위한 목적으로 대비시험편을 사용한다. 현재 많이 사용되고 있는 대비 시험편으로는 A형 대비시험편(알루미늄 담금질 균열시험편)과 침투탐상장치의 설비 및 탐상제의 중요한 변화를 점검하는 PSM-panel(별모양 균열 시험편)이 있으며, KS B 0816에서 규정하고 있는 도금 균열시험편인 B형 대비시험편도 사용되고 있다. 그리고 KS B ISO 3452-3에서 규정하고 있는 1형 대비시험편(도금 균열시험편)과 2형 대비시험편(세척능력 및 별모양 결함 시험편)이 있으나 여기서는 설명을 생략한다. 이들 시험편은 목적에 따라 사용하지만 어디까지나 어떠한 것과 비교하기 위하여 사용하는 것이며, 탐상 가능한 결함의 치수나 탐상조건을 결정하기 위한 표준시험편이 아니라는 점에 주의해야 한다.

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ㆍ대비시험편의 사용목적

검사에서 가장 중요한 것은 탐상결과가 항상 일정해야 한다. 그러나 침투탐상검사는 손으로 하는 작업이 많기 때문에 결함의 검출능력을 수치적으로 표현하기가 매우 곤란하다.

그러므로 탐상결과에 대한 신뢰성을 확보하기 위하여 검출감도에 직접 영향을 미치는 탐상제의 성능이나 탐상조작의 적합 여부를 확인하여 항상 일정한 결함 검출도가 유지됨을 보장받기 위하여 인공적으로 표면 결함을 만든 시험편을 탐상하여 그 결과와 비교 평가하는데 사용하는 것이 대비시험편이다. 대비시험편은 실제 시험체에 있는 결함과 똑같은 결함을 만들어 사용하는 것이 가장 좋지만, 이런 자연결함을 인공적으로 만들기는 곤란하며, 가능하더라도 제작비용이 많이 든다. 따라서 공업적으로 널리 사용하기 위해서 어느 정도 정밀성을 희생하더라도 비교적 재현성이 좋고, 장시간 사용에 견디며 타당한 가격으로 대량으로 만들 수 있는 것이 요구되었다. 이런 이유로 대비시험편은 인공적으로 만든 결함을 주로 사용하고 있다.

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대비시험편은 각각의 사용목적에 따라 다음과 같이 사용한다.

① 사용 중인 각종 탐상제의 품질과 성능의 유지 및 관리.

② 탐상제를 새로 선정하여 구입한 경우의 성능 비교검사.

③ 탐상조건이 변했을 때 표준조건과 비교 확인하기 위한 성능 점검.

④ 조작방법의 적합여부 조사.

⑤ 각종 침투탐상검사의 결함 검출성능 비교검사.

⑥ 규격에서 요구하는 침투액의 감도 레벨을 결정하기 위한 성능 점검.

⑦ 탐상제의 연구와 개발.

⑧ 탐상 현장에서의 적절한 탐상조건의 추정.

⑨ 검사원의 교육과 훈련.

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ㆍ대비시험편의 종류와 특성​

가. A형 대비시험편(알루미늄 담금질 균열 시험편)

KS B 0816에서 A형 대비시험편이라 부르는 알루미늄 담금질 균열시험편(Aluminum comparator block)은 ASME(미국 기계학회) 및 JIS(일본공업규격)에서도 채택하고 있다. 이 시험편은 알루미늄 합금판의 표면에 담금질 균열을 발생시킨 것으로, ASME에서는 침투탐상용 대비시험편 또는 간단하게 알루미늄 시험편(Aluminum test block)이라 부른다. 이 시험편의 재질은 A2024P(Al)이며, 크기는 50mm(2인치)×75mm(3인치)×8∼10mm(3/8인치)로 되어 있으나, 수치는 절대적인 것이 아니라 지침일 뿐이다. 이 시험편의 제작방법은 판의 한 면 중앙부를 가스 버너로 520~530℃로 가열한 후, 이 온도에서 녹는 온도 표시용 크레용[템필스틱 등]이나 페인트를 사용하여 시험편의 중앙에 25mm 정도를 칠하고, 이것이 녹으면 가열된 면에 흐르는 물을 뿌려서 담금질하면 급냉에 의한 미세한 균열이 원모양으로 일정하게 발생한다. 그리고 같은 조작을 뒷면에도 반복한다. 이렇게 균열을 발생시킨 시험편의 중앙부에 홈을 기계가공한다.

사용방법은 원칙적으로 홈을 기준으로 마주보는 양쪽을 A 및 B로 구분하여 1조로 사용하며, 하나는 기준, 다른 하나는 비교를 하기 위한 것이다. 홈은 각각의 면에 적용한 탐상제가 혼합되지 않도록 하기 위한 것으로, 경우에 따라서는 각인을 한 후에 홈을 기준으로절단하여 1조로 사용해도 된다. KS B 0816에서는 A형 대비시험편에 대한 기호는 PT-A로 표시한다.

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A형 대비시험편(알루미늄 담금질 균열 시험편)의 특징은 다음과 같다.

1) 장점

① 시험편의 제작이 간단하다.

② 비교적 미세한 균열이 얻어지며, 시험편에는 다양한 깊이와 폭의 균열이 발생하므로, 균열의 폭과 깊이에 따른 성능의 차이에 대해서도 어느 정도 알 수 있다.

③ 시험편의 균열 모양이 자연균열에 가깝고, 또한 재질적으로도 경금속 재료에 사용하는 탐상제의 성능을 조사하는 대비시험편으로 적합하다.

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2) 단점

① 가열 및 급냉을 이용하므로, 균열의 치수를 조정하기가 어렵다.

② 재료가 알루미늄 합금이기 때문에, 반복하여 사용하면 균열의 파면(破面)이 산화 등에 의해 재현성이 점차적으로 나빠지므로 장시간 반복하여 사용할 수 없다.

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나. B형 대비시험편(도금 균열 시험편)

KS B 0816에서는 B형 대비시험편이라 부르는 것으로, 도금 균열을 이용하므로 “도금 균열 시험편”이라고도 부른다. 이 시험편에 사용하는 재료는 황동판(brass)을 사용하며, 길이 100mm, 폭 70mm의 황동판 위에 두껍게 니켈 도금을 하고, 그 위에 보호막으로 얇은 크롬 도금을 한다. 그리고 도금 면을 바깥쪽으로 굽혀서 도금 층에 미세

한 균열을 발생시킨 다음, 굽힌 면을 원래대로 평평하게 한 것이다. 이렇게 균열을 발생시킨 시험편은 원칙적으로 판의 중앙에서 균열에 직각인 방향으로 절단하여 2등분 또는 중앙에 테이프를 붙여서 좌우로 구분한 2개의 면을 1조로 하여 사용한다. 판 두께에 대해서는 특별히 규정하고 있지 않다. KS B 0816에서는 이 시험편의 기호를 PT-B로 표시한다.

<대비시험편의 종류, 단위 :㎛>

B형 대비시험편(도금 균열 시험편)의 특징은 다음과 같다.

1) 장점

① 균열의 깊이가 도금 층의 두께와 같으므로, 도금 층의 두께를 조정하면 깊이가 일정한 균열을 재현성 있게 만들 수 있다.

② 장시간 반복하여 사용할 수 있다.

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2) 단점

① 표면이 아주 매끄러워 실제의 시험체 표면과 큰 차이가 난다.

② 도금과 곡률 가공 등의 기술을 필요로 하며, 제작이 어렵다.

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다. 침투탐상 시스템 모니터 패널(PSM-panel)

침투탐상 시스템 모니터 패널(Penetrant System Monitor panel)은 Pratt & Whitney 항공사에서 개발한 것으로, “별모양 균열 시험편” 또는 TAM-panel 이라고도 부른다. 이 PSM-패널은 수세성과 후유화성 침투탐상검사의 형광 및 염색 침투탐상 시스템(탐상장치의 설비 및 탐상제 등)의 주요 변화를 점검하기 위하여 사용한다. 일반적으로 각 탐상작업을 시작 할 때에 사용하며, 침투탐상 시스템이 신뢰할 수 없는 특성을 나타내거나 그 기능이 의심스

러울 경우도 탐상 시스템의 성능을 확인하기 위하여 사용한다. PSM-패널은 두께 2.3mm(0.09인치)인 스테인레스 강으로 제작하며, 길이와 폭은 100×150mm(4×6인치)인 직사각형이다. 모니터 패널 중 길이방향으로 이등분한 반쪽 면 위에 크롬 도금을 하고, 그 중심부에 경도 시험기를 사용해서 압입(壓入)하여, 간격이 같은 5개의 별모양

의 균열을 발생시킨다. 이 5개의 균열은 경도 시험기의 하중 또는 받침을 변화시켜서 큰 것부터 작은 순서로 배열한다. 이 반쪽 면은 결함 검출감도를 확인할 목적으로 사용하며, 가장 큰 균열은 저감도 탐상제로도 쉽게 식별되지만, 가장 작은 균열은 고감도 탐상제를 사용해도 검출하기 어렵다. 다른 반쪽 면은 산화물 그리트 블라스팅(grit blasting)을 하여 중간정도의 거칠기를 갖게 만들고, 바탕색 또는 형광을 확인하여 세척 특성을 감시하기 위하여사용한다. 침투탐상 시스템의 성능은 요구되는 균열 개수를 검출함으로써 확인할 수 있으며, 세척 특성은 조작 후의 그리트 블라스팅한 면의 외관으로 확인한다.

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PSM-panel 의 특징은 다음과 같다.

1) 장점

① 침투액의 제거성을 정성적(定性的)으로 평가할 수 있다.

② 크기가 다른 결함이 있기 때문에 결함의 크기와 검출성의 비교가 어느 정도 가능하다.

③ 장시간 반복하여 사용할 수 있다.

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2) 단점

① 시험편의 표면 및 결함 성질과 상태가 실제의 시험체와 동 떨어진다.

② 도금과 블라스팅(blasting) 처리 등에 기술을 필요로 하며 제작이 어렵다.

※ 그리트 블라스팅(grit blasting) : 그리트(날카로운 모가 있는 알맹이)를 압축 공기, 기타의 방법으로 금속 표

면에 분사하여 스케일, 녹, 도막 등 표면에 부착되어 있는 오염물을 제거하는 공법.

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출처 : 한국산업인력공단 침투탐상검사의 기초 이론