비파괴검사 종류는 결함 방향이 가른다

RT·UT·MT·PT는 결함 방향이 가릅니다. 내부 체적 결함은 방사선, 면상 결함은 초음파, 표면 결함은 자분과 침투탐상이 맡습니다.

개선각 60°의 V형 맞대기 이음에서 개선면은 판 두께 방향과 30° 어긋나 있습니다. 판에 수직으로 쏘는 방사선투과검사는 이 면에 붙은 융합불량을 흐리게 봅니다. 그 면이 굴절각 60° 초음파 탐촉자에게는 정면입니다. 비파괴검사 종류를 가르는 첫 기준은 결함 크기가 아니라 방향입니다.

기공에는 방향이 없고 균열과 융합불량에는 방향이 있다

RT(방사선투과검사)와 UT(초음파탐상검사)는 결함의 모양에서 갈립니다. 기공처럼 부피가 있는 결함은 어느 방향에서 찍어도 필름에 검게 남습니다. 균열, 융합불량, 용입불량 같은 평면 결함은 사정이 다릅니다.

대한용접학회지 해설은 평면 결함의 조사 방향을 따로 짚습니다. 방사선과 결함 면이 나란하지 않으면 검출이 매우 어렵다는 것입니다. 규격에 따라 흠이라고도 부르지만 이 글은 결함으로 씁니다.

KS B 0845는 투과사진의 결함을 네 종으로 나눕니다. 둥근 블로홀, 가늘고 긴 슬래그 혼입과 용입불량·융합불량, 균열, 텅스텐 혼입 순입니다. 규격 원문은 열람하지 못해 이 구분은 원문 대조가 필요합니다.

저는 이 분류를 검출 난이도 순서로 읽으면 안 된다고 봅니다. 둘째와 셋째 종은 조사 방향이 맞을 때만 제 모습으로 찍힙니다.

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

같은 개선면이 RT에는 두께의 1%, UT에는 정면이다

평면 결함이 방사선 방향에서 α만큼 기울면 방사선이 지나는 틈의 길이가 줄어듭니다. 식은 L = w / sin α입니다. L은 결함 높이 h를 넘지 못합니다.

가정은 판 두께 t 20mm, 틈 폭 w 0.1mm, 결함 높이 h 3mm입니다.

개선면 기울기 30°를 넣으면 L = 0.1 / sin 30° = 0.1 / 0.5 = 0.2mm입니다. 판 두께의 1.0%입니다.

비교 기준은 유공형 투과도계의 2-2T 감도입니다. 투과도계 두께 T를 시험체 두께의 2% 이하로 잡는 조건입니다. 20mm 판이면 T = 0.02 × 20 = 0.4mm입니다.

표 1. 결함 기울기별 방사선 경로상 틈 길이(단위: mm, %)

기울기 α	틈 길이	두께 대비
0°	3.000*	15.0
5°	1.147	5.7
10°	0.576	2.9
15°	0.386	1.9
30° (V형 개선면)	0.200	1.0
2-2T 기준선	0.400	2.0

* 0°는 결함 높이 h 3mm가 상한임

* 가정: 판 두께 t 20mm, 틈 폭 w 0.1mm, 결함 높이 h 3mm. 식 L = w / sin α

* 2-2T는 투과사진 상질 기준임. 균열 검출 한계로 읽는 것은 부적절

자료: 필자 계산. 2-2T 정의는 조경식 「용접부의 방사선투과시험」 대한용접학회지 21권 4호 (2003) 기울기 30°에서 나온 0.2mm는 이 기준선의 절반입니다. 투과도계 감도는 상질 기준이지 균열 검출 한계가 아니어서, 이 비교는 규모를 가늠하는 잣대입니다. 개선면 융합불량을 RT 한 장으로 보증하기 어렵다는 뜻입니다.

기울기가 5°로 줄면 틈 길이는 1.147mm로 기준선의 세 배 가까이 됩니다. 조사 방향을 개선면에 맞춰 기울이는 촬영 배치가 여기서 나옵니다.

UT는 결함 면에 초음파가 수직으로 닿을 때 반사가 가장 큽니다. 개선면이 30° 기울면 그 면의 법선은 수직선에서 60° 누워 있습니다. 굴절각 60° 탐촉자가 이 면을 정면으로 맞습니다.

용접부 UT에는 굴절각 45°, 60°, 70° 탐촉자가 흔히 쓰입니다. 개선각에 맞춰 굴절각을 정하는 절차는 LNG 저장탱크 용접부 UT 특허에도 스캔 계획 단계로 적혀 있습니다. RT의 사각이 UT의 정면이라는 점이 두 검사를 함께 지정하는 근거입니다.

KS B 0896은 제목부터 페라이트계 강 용접 이음부로 범위를 좁혀 둡니다. 오스테나이트계 스테인리스 용접부는 이 규격 밖입니다.

출처: 조경식(2003) 대한용접학회지, 한국비파괴검사학회 「비파괴검사방법의 비교」, Olympus IMS 위상배열 스캔 자료, 특허 KR101919027B1

MT와 PT는 깊이보다 재질과 표면 개구가 가른다

MT(자분탐상검사)와 PT(침투탐상검사)는 표면을 보는 검사입니다. 한국비파괴검사학회 비교표에서 MT의 대상은 강자성체의 표면·표면 직하 결함입니다. PT의 대상은 비기공성 재료의 표면 개구 결함입니다.

둘을 먼저 가르는 것은 재질입니다. 자성이 없는 오스테나이트계 스테인리스의 표면 검사는 PT 몫입니다.

MT에도 방향이 있습니다. 자속과 나란한 결함은 누설자속 변화가 작아 잘 드러나지 않습니다. 그래서 자화 방향을 90° 돌려 한 번 더 거는 방식이 쓰입니다.

PT는 재질을 가리지 않지만 표면에 열린 결함만 봅니다. 저는 탄소강 용접부에 PT만 지정하면 표면 직하 결함이 검사 범위에서 빠진다고 봅니다.

출처: 한국비파괴검사학회 「비파괴검사방법의 비교」, 특허 KR101441750B1

검사 지정서에서 먼저 볼 것은 결함 방향과 재질

비파괴검사 종류를 고르는 일은 세 질문으로 줄어듭니다.

1. 찾는 결함이 부피를 가진 결함인가, 평면 결함인가
2. 평면 결함이면 방사선이나 초음파 빔과 몇 도 어긋나 있는가
3. 모재가 강자성체인가, 표면에 열린 결함만 보면 되는가

저는 개선면 융합불량이 걱정되는 이음에 RT만 걸린 지정서는 평면 결함 쪽 보증이 약하다고 봅니다. 방향이 맞지 않는 결함은 필름 위에서 두께 차이가 거의 생기지 않기 때문입니다.

이 글은 KS 규격 네 건의 원문을 열람하지 못했습니다. 대상은 KS B 0845, KS B 0896, KS D 0213, KS B 0816입니다. 합부 판정 기준은 적용 규격과 발주처 시방마다 다르므로 원문으로 확인해야 합니다.

구조물 건전성 판단은 시공 기준과 검사 책임자의 확인을 거쳐야 합니다.

출처: 한국표준정보망 KS 표준 목록(KS B 0845, KS B 0896, KS D 0213, KS B 0816)