보일러 강관 및 압력 용기 부품과 같은 압력 용기에는 용접부에서 용융 불량, 용입 불량, 슬래그 혼입, 기공, 균열 등과 같이 발견하기 어려운 결함이 흔히 발생합니다. 이러한 결함의 위치, 크기 및 특성을 파악하기 위해 모든 보일러 또는 압력 용기에 대해 파괴 검사를 실시하는 것은 불가능합니다. 따라서 비파괴 검사 방법을 사용해야 합니다. 즉, 구조물을 파괴하지 않고 물리적 방법을 이용하여 공작물 또는 구조물의 물리량 변화를 검사하고 측정함으로써 공작물 또는 구조물의 내부 구조 및 결함을 추론하는 것입니다.
강관용 비파괴 검사 장비
비파괴 검사의 목적은 다음과 같습니다.
(1) 제조 공정을 개선하고 제품 품질을 보장합니다.
(2) 제품 제조 공정에서 결함을 미리 발견하여 제품 폐기를 방지함으로써 시간과 비용을 절약하고 제품 제조 비용을 절감할 수 있습니다.
(3) 제품 신뢰성을 향상시키고, 제품 안전을 보장하며, 사고를 방지합니다. 제품 설계, 제조, 설치, 사용 및 유지 보수의 모든 측면에 비파괴 검사를 적용하고, 일련의 검사를 통해 설계, 원자재, 제조 공정 및 작동의 품질을 확인하고, 손상을 유발할 수 있는 요인을 찾아 개선하여 제품의 신뢰성을 향상시킵니다.
일반적으로 사용되는 비파괴 검사 방법에는 방사선 검사, 초음파 검사, 자분 탐상 검사, 침투 탐상 검사, 와전류 검사 등이 있습니다. 이 외에도 누출 탐지, 음향 방출 검사, 응력 검사, 육안 검사 등이 있습니다.
방사선 검사
방사선이 금속 및 기타 재료를 투과하는 능력을 이용하여 용접 품질을 검사하는 방법을 방사선투과검사라고 합니다. 방사선투과검사의 기본 원리는 투영 원리입니다. 방사선이 용접 금속을 통과할 때, 용접 금속에 균열, 슬래그 혼입물, 기공, 불완전 용입 등의 결함이 있으면 금속과 결함 부위에서 방사선의 감쇠가 다르게 나타나며, 필름의 감도 또한 다릅니다. 방사선은 금속에서는 빠르게 감쇠하고, 결함 부위에서는 느리게 감쇠합니다. 따라서 방사선투과검사를 통해 용접부 결함의 크기, 모양, 위치를 확인할 수 있습니다. 방사선투과검사는 투영 원리에 기반하므로, 슬래그 혼입물과 같은 부피 결함을 검출하는 데 더욱 민감합니다. 또한, 검사 결과를 기록하고 보존할 수 있기 때문에 우리나라의 보일러 압력 용기 검사에 더욱 신뢰받고 있습니다. 우리나라 보일러 규정에 따르면 정격 증기 압력이 0.1MPa 이상 3.8MPa 미만인 보일러 드럼의 세로 원주 용접부, 헤더의 세로 이음매, 헤드의 접합 이음매는 방사선 감응 검사를 100% 통과해야 하며, 3.8MPa 이상인 보일러는 초음파 감응 검사 100%에 더해 방사선 감응 검사를 최소 25% 통과해야 합니다.
강관용 비파괴 결함 탐지 장비
초음파 결함 탐지는 음파가 매질을 통과하며 서로 다른 매질 경계면을 만날 때 발생하는 반사 특성을 이용하는 비파괴 검사 방법입니다. 기체, 액체, 고체 매질의 탄성률이 매우 다르기 때문에 초음파 전파에 미치는 영향도 다르며, 따라서 이종 경계면에서는 반사, 굴절, 파형 변환 등이 발생합니다. 용접부에 결함이 있는 경우, 초음파가 결함이 있는 경계면을 만나면 반사된 음파가 탐침에 도달하여 화면에 파형을 형성하고, 이를 통해 결함의 종류, 위치, 크기를 판단할 수 있습니다. 기존의 초음파 결함 탐지 방식은 결함 탐지 결과를 기록 및 저장할 수 없으며, 결함 평가가 인적 요인에 크게 의존합니다. 따라서 현재 우리나라에서는 저압 보일러에 방사선 결함 탐지 방식을 사용하고 있습니다. 초음파 결함 탐지는 균열, 불완전 용입 등과 같은 면적 결함에 더욱 민감하게 반응합니다. 따라서 두꺼운 판재의 경우 초음파 결함 탐지가 방사선 결함 탐지보다 유리한 점이 있습니다. 초음파 결함 탐지기가 결과를 기록하고 저장할 수 있게 되면 초음파 결함 탐지의 적용 범위가 더욱 확대될 것입니다.
자기 입자 결함 탐지
자분 탐상법은 결함 부위에 발생하는 누설 자기장을 이용하여 자분 분말을 끌어당겨 육안으로 관찰하기 어려운 결함을 드러내는 기술입니다. 먼저 검사 대상 용접부에 외부 자기장을 가하여 자화를 유도합니다. 용접부가 자화되면 미세한 자분 분말(평균 입자 크기 5~10μm)을 용접부 표면에 고르게 분사합니다. 검사 대상 용접부 표면 근처에 결함이 없는 경우, 자화 후 자기 투과율 변화가 없는 균일한 물질로 간주할 수 있으며, 자분 분말 또한 용접부 표면에 고르게 분포되어 있습니다. 용접부 표면 근처에 결함(균열, 기공, 비금속 슬래그 개재물)이 있는 경우, 이러한 결함은 공기 또는 비금속을 포함하고 있어 자기 투과율이 용접 금속보다 훨씬 낮습니다. 따라서 자기 저항의 변화로 인해 용접부 표면 또는 표면 근처의 결함 부위에 누설 자기장이 발생하여 작은 자극을 형성합니다. 자성 분말은 작은 자극에 끌리고, 결함 부위에는 자성 분말이 더 많이 축적되어 육안으로 확인할 수 있는 결함 패턴이 형성됩니다. 용접부 표면 또는 표면 근처의 결함은 낮은 자기 투과율로 인해 누설 자기장을 발생시킵니다. 누설 자기장의 세기가 자성 분말을 흡수할 수 있는 수준에 도달하면 용접부 표면 또는 표면 근처의 결함을 관찰할 수 있습니다. 인가되는 자기장의 세기가 클수록 발생하는 누설 자기장의 세기가 커지고 자성 입자 검사의 감도가 높아집니다. 자성 입자 검사는 표면 또는 표면 근처의 결함, 특히 균열을 쉽게 검출할 수 있지만, 결함의 출현 정도는 결함과 자기장 선의 상대적인 위치에 따라 달라집니다. 결함이 자기장 선에 수직일 때 가장 명확하게 보이고, 평행할 때는 잘 나타나지 않습니다. 자성 입자 검사는 보일러 압력 용기의 제조, 설치 및 검사, 특히 구형 탱크 검사에 널리 사용되고 있습니다. 이는 필수적인 검사 방법입니다.
침투형 결함 탐지
액체 침투 검사는 용접부 표면 또는 표면 근처의 결함을 검사하는 방법입니다. 이 방법은 재료의 자성에 제한받지 않고 다양한 금속 및 비금속 재료, 자성 및 비자성 재료에 적용할 수 있습니다. 액체 침투 검사는 액체의 고체 표면 젖음성과 모세관 현상을 이용한 물리적 원리입니다. 액체 침투 검사를 시행할 때는 검사 대상 용접부 표면을 먼저 침투력이 높은 침투액에 담급니다. 액체의 젖음성과 모세관 현상으로 인해 침투액이 용접부 표면의 결함에 침투하게 되고, 용접부 외면의 침투액을 제거한 후, 강한 친화력과 흡착력을 가진 백색 현상액을 도포하여 용접부 표면의 결함에 침투한 침투액을 흡착시킵니다. 그러면 결함의 형상과 위치를 나타내는 선명한 패턴이 백색 코팅 위에 나타납니다. 액체 침투 검사는 결함 표시 방식에 따라 색상 표시법과 형광 표시법으로 나눌 수 있습니다.
색상 결함 감지 방법
결함을 표시하기 위해 염료 색상을 사용합니다. 침투액에 용해된 염료는 밝고 눈에 잘 띄는 색상을 가져야 합니다. 형광 결함 검출 방법은 형광 물질의 발광을 이용하여 결함을 표시합니다. 결함 검출 시, 결함 부위에 흡착된 형광 물질은 자외선을 조사받아 빛 에너지를 흡수하여 여기 상태에 도달하고 불안정한 상태가 됩니다. 이 불안정한 상태에서 안정 상태로 되돌아가면서 위치 에너지를 감소시키고 광자를 방출하는데, 이것이 바로 형광입니다.
Eddy의 현재 결함 탐지 기능
와전류 검사는 전도성 공작물에 여기 코일을 사용하여 와전류를 발생시키고, 검출 코일을 통해 검사 대상물의 와전류 변화를 측정하는 공작물 결함 검출 방법입니다. 와전류 결함 검출에 사용되는 검출 코일은 모양에 따라 관통형, 프로브형, 삽입형의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 관통형 코일은 전선, 봉, 파이프 등을 검출하는 데 사용되며, 내경이 원형 봉이나 파이프에 완벽하게 들어맞습니다. 프로브형 코일은 공작물 표면에 배치하여 국부적인 결함을 검출합니다. 삽입형 코일은 내부 프로브라고도 하며, 파이프나 구멍 내부에 삽입하여 내벽을 검출하는 데 사용됩니다.
압력 용기 부속품용 비파괴 검사 장비
와전류 검사는 강철, 비철금속, 흑연과 같은 전도성 재료로 만들어진 공작물에 적합하지만, 유리나 합성수지와 같은 비전도성 재료에는 적합하지 않습니다.
장점은 다음과 같습니다.
(1) 시험 결과가 전기 신호로 직접 출력될 수 있으므로 자동 시험이 가능합니다.
(2) 비접촉 방식이 채택되었으므로(프로브가 테스트 대상 공작물에 직접 접촉하지 않음) 검출 속도가 매우 빠를 수 있습니다.
(3) 표면 또는 표면 근처 결함 감지에 적합합니다.
(4) 적용 범위가 넓습니다. 결함 감지 외에도 재료, 크기, 모양 등의 변화를 감지할 수 있습니다.
음향 방출 테스트
외부 응력 작용 하에 고체의 변형 또는 균열 발생 및 발달로 인해 방출되는 음파를 탐침을 이용하여 감지함으로써 결함의 위치와 크기를 추정하는 방법.
초음파 결함 탐지 방법
탐침에서 방출된 초음파 신호는 결함을 만나면 반사되어 수신됩니다. 이 과정에서 결함은 단순히 초음파 신호를 수동적으로 반사하는 역할만 하지만, 음향 방출 검출은 검사 대상(결함)이 검출 과정에 능동적으로 참여할 수 있도록 합니다. 음향 방출은 결함이 발생하고 진행될 때만 나타나므로, 음향 방출 검출은 동적인 비파괴 검사 방법입니다. 방출된 음파의 특성과 음향 방출을 유발하는 외부 조건을 분석하여 소리의 위치(결함의 위치)와 음향 방출원의 미세 구조적 특성을 확인할 수 있습니다. 이 검출 방법은 결함의 현재 상태뿐만 아니라 실제 사용 조건에서 결함의 형성 과정과 진행 및 증가 추세까지 파악할 수 있게 해줍니다.
음향 방출 검출은 검출 프로브의 개수에 따라 단일 채널 검출, 이중 채널 검출, 다중 채널 검출로 나눌 수 있습니다. 단일 채널 검출은 검사 대상에 결함이 있는지 여부만 검출할 수 있고 결함의 위치는 파악할 수 없습니다. 이중 채널 검출은 선형 위치 측정만 가능하며, 일반적으로 상태가 알려진 용접부 검출에 사용됩니다. 다중 채널 검출은 일반적으로 4채널, 8채널, 16채널, 32채널 음향 방출 검출을 포함하며, 주로 대형 부품의 음향 방출 검출에 사용됩니다. 다중 채널 검출은 음향 방출원의 존재 여부뿐만 아니라 위치까지 검출할 수 있습니다.
게시 시간: 2024년 6월 12일