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방사선투과검사, 필름이 보는 결함과 놓치는 결함

읽는 시간 약 9분

방사선투과검사 필름에서 검게 찍힌 자리는 방사선이 더 많이 빠져나간 자리입니다. 기공처럼 속이 빈 결함은 검게, 텅스텐처럼 무거운 혼입물은 희게 남습니다. KS B 0845의 모체인 JIS Z 3104는 균열을 크기와 상관없이 가장 나쁜 4류로 둡니다. 그런데 이 균열이 방향이 어긋나면 필름에 가장 옅게 남는 결함입니다.

필름 농도는 통과한 빛을 로그로 적은 값이다

필름 농도 D는 D = log(I0 / It)로 정의합니다. I0는 필름에 들어가는 빛, It는 필름을 통과한 빛의 세기입니다. 농도가 1 오를 때마다 통과하는 빛은 10분의 1로 줄어듭니다.

거꾸로 풀면 It / I0 = 10^(−D)입니다. 농도 1.8이면 10^(−1.8) = 0.0158이므로 빛의 약 1.6%만 통과합니다. 상한 4.0에서는 0.01%입니다.

출처: 조경식, 「용접부의 방사선투과시험」, 대한용접학회지 21권 4호(2003)

JIS Z 3104는 이 농도의 하한을 상질(像質, 필름 화질) 등급마다 다르게 둡니다. 판 맞대기 이음에서 A급은 1.3 이상, B급은 1.8 이상입니다. 상한은 등급과 무관하게 4.0입니다.

표 1. 필름 농도 하한과 그때 통과하는 빛(단위: 농도, %)

조건농도범위투과율*
판 맞대기 A급1.3~4.05.0
판 맞대기 B급1.8~4.01.6
관 원둘레 P1급1.0~4.010
T 이음 F급1.0~4.010
ASME X선**1.8~4.01.6
ASME 감마선**2.0~4.01.0

* 투과율은 농도 하한에서 필름을 통과하는 빛의 비율. D = log(I0/It)로 필자 계산
** 조경식(2003)이 인용한 ASME Section V(2001) 기준임. 감마선 하한이 높은 것은 X선보다 낮은 콘트라스트 반영. 현행판 대조 안 됨

자료: 「JIS Z 3104 鋼溶接継手の放射線透過試験方法」 (1995) 부속서 1·2·3, 조경식 「용접부의 방사선투과시험」 대한용접학회지 (2003)

하한은 결함이 배경과 구별될 만큼 농도 차이를 확보하라는 조건입니다. 필자는 농도 범위를 벗어난 필름은 결함을 분류하기 전에 필름 자체가 불합격이라고 봅니다.

출처: JIS Z 3104:1995 鋼溶接継手の放射線透過試験方法 부속서 1·2·3

결함 네 종은 원인이 아니라 필름 위 모양으로 나뉜다

JIS Z 3104는 결함을 네 종으로 나눕니다. 제1종은 둥근 블로홀, 제2종은 가늘고 긴 슬래그 혼입·용입불량·융합불량입니다. 제3종은 균열, 제4종은 텅스텐 혼입입니다.

원문은 ‘흠(きず)’이라 쓰지만 이 글은 결함으로 통일합니다.

제1종과 제4종은 시험 시야 안의 결함 점수로 판정합니다. 제4종 점수는 같은 크기 제1종의 절반입니다. 제1종이라도 긴 지름이 모재 두께의 절반을 넘으면 바로 4류이고, 제3종은 크기와 무관하게 4류입니다.

제2종은 길이로 판정합니다. 모재 두께 t가 12mm 초과 48mm 미만이면 한계는 t/4, t/3, t/2입니다. t 24mm에 대입하면 이렇습니다.

  • 1류: 24 / 4 = 6mm 이하
  • 2류: 24 / 3 = 8mm 이하
  • 3류: 24 / 2 = 12mm 이하

1류 길이 안이라도 용입불량이나 융합불량이면 2류로 올립니다. 제1종인지 제2종인지 애매하면 두 방식으로 모두 분류해 나쁜 쪽을 택합니다.

출처: JIS Z 3104:1995 부속서 4 투과사진에 의한 흠의 상의 분류 방법

이 분류는 결함이 왜 생겼는지 묻지 않습니다. 필름 위에서 둥근지, 긴지, 날카로운지만 봅니다. 그래서 용접부 RT 판정은 원인 진단이 아니라 형상 판정입니다.

투과도계는 결함이 아니라 필름의 선명도를 잰다

투과도계는 굵기가 다른 가는 철선을 늘어놓은 시편입니다. 필름에서 보이는 가장 가는 선이 규정값 이하여야 합니다. 모재 두께 20mm 초과 25mm 이하 기준은 이렇습니다.

  • A급: 0.50mm
  • B급: 0.32mm

선을 보이게 하려면 선원을 멀리 둡니다. 선원에서 필름까지 거리는 시험부와 필름 사이 거리 L2의 m배 이상이어야 합니다. m은 A급에서 2f/d와 6 중 큰 값, B급에서 3f/d와 7 중 큰 값입니다.

f는 선원 크기, d는 위 선지름입니다. 두께 24mm 판에 f 3mm, L2 30mm를 가정해 대입합니다.

  • A급: m = 2 × 3 / 0.50 = 12, 12 × 30 = 360mm 이상
  • B급: m = 3 × 3 / 0.32 = 28.125, 28.125 × 30 = 843.75mm 이상

결과는 기하학적 불선명도(선원 크기 때문에 생기는 번짐) Ug로 확인합니다. Ug = f × L2 / L1이고 L1은 선원에서 시험부까지 거리입니다. A급은 3 × 30 / 330 = 약 0.27mm입니다. B급은 3 × 30 / 813.75 = 약 0.11mm입니다.

두 값은 선지름의 약 1/2과 1/3입니다. m 조건은 번짐을 선지름보다 충분히 작게 묶는 장치입니다.

대가는 노출 시간입니다. 강도는 거리 제곱에 반비례하므로 (843.75 / 360)² = 약 5.5배가 걸립니다.

출처: JIS Z 3104:1995 부속서 1, 조경식(2003)

필자는 B급 지정을 “선원을 두 배 넘게 멀리 두라”는 요구로 읽습니다. 이 값은 f와 L2를 가정한 계산이며 실측이 아닙니다.

균열과 융합불량은 방사선과 나란할 때만 찍힌다

기공은 부피가 있어 어느 방향에서 찍어도 두께 차이가 생깁니다. 균열, 융합불량, 용입불량은 얇은 면입니다. 조경식(2003)은 이런 결함을 조사 방향과 나란하게 맞추지 않으면 검출이 매우 어렵다고 정리합니다.

면이 방사선과 직각이면 방사선이 덜 지나가는 두께는 틈의 폭뿐입니다. 필름 농도 차이도 그만큼 작습니다. 제3종을 무조건 4류로 두는 규격이, 제3종을 가장 놓치기 쉬운 방법을 쓰는 셈입니다.

규격도 이 약점을 보완합니다. 관 원둘레 이음에서 가로 균열 검출이 특히 필요하면 한 장의 유효 길이를 줄이게 합니다. 내부필름 촬영은 원둘레의 1/12, 이중벽 편면 촬영은 1/6 이하입니다.

각도로 바꾸면 360 / 12 = 30°, 360 / 6 = 60°입니다. 필름 끝에서 방사선이 비스듬히 들어가는 폭을 줄이는 조치입니다. 판면과 나란한 라미네이션(층상 분리)이나 결함의 깊이는 한 방향 투영으로 알 수 없습니다.

출처: 조경식(2003), JIS Z 3104:1995 부속서 2

현행 KS B 0845 원문은 대조하지 못했다

이 글의 수치는 KS B 0845의 모체인 JIS Z 3104:1995 원문에서 가져왔습니다. KS B 0845는 현재 표준 포털에 ‘강 용접 이음부의 방사선투과검사’라는 제목으로 올라 있습니다. 현행판 전문은 열람하지 못해 표 값이 JIS와 같은지 확인하지 못했습니다.

디지털 방사선투과(CR·DR)는 필름 농도를 쓰지 않으므로 위 농도 계산이 그대로 적용되지 않습니다.

출처: 한국표준정보망 KS B 0845 항목, 정구범(1998) KS B 0845 해설

결함을 읽기 전에 필름부터 합격시켜야 한다

  1. 시험부 농도가 상질 등급의 범위 안인가. 벗어나면 결함 분류 전에 재촬영 대상입니다.
  2. 투과도계의 가장 가는 선이 규정값까지 보이는가. 안 보이면 그보다 작은 결함은 없다고 말할 수 없습니다.
  3. 가로 균열 검출이 요구되는 이음인가. 그렇다면 유효 길이 제한까지 지켰는지 봅니다.

RT 검사에서 깨끗한 필름은 결함이 없다는 증거가 아닙니다. 조건을 갖춘 필름에서, 그 방향으로는 보이지 않았다는 기록입니다. 구조물 건전성 판단은 적용 시공 기준과 검사 책임자의 확인이 필요합니다.

출처: JIS Z 3104:1995 본체 7항·부속서 4

참고 자료

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