주조 / 용접 비파괴 검사 정리 / 라멜라균열 (라멜라조직, 로드조직)

 

 

<기출>

• 17-1-10 비파괴검사법 중 음향방출 검사법의 장점 3가지, 단점 2가지를 설명하시오.
• 16-3-1 용접부 검사에 사용되는 비파괴 검사법 5가지를 설명하시오 
• 금속 23-2-3 용접이음부의 결함을 검출하기 위한 비파괴검사법 5가지에 대하여 설명하시오 
• 금속 23-4-6 금속재료 압연강판 제조에서 라미네이션과 용접시공에서 발생하는 라멜라 테어 결함에 대한 다음 물음에 답하시오. 1) 각 용어의 정의 및 특징에 대하여 설명하시오. 2) 라멜라 테어 발생 원인 및 방지대책에 대하여 설명하시오. 3) 라멜라 테어 품질관리 방법으로 기계시험 및 비파괴검사에 대하여 설명하시오.
• 금속 19-1-4 금형가공용 저탄소 주강블록을 주조한 후에 금형가공 전 주강블록의 내부결함 여부를 확인할 수 있는 비파괴평가 방법을 2가지만 쓰고, 각각에 대하여 설명하시오.
• 금속 18-1-13 용접부의 표면검사법인 침투탐상검사의 원리 및 장․단점을 설명하시오.
• 금속 16-1-12 강구조물을 용접한 후 비파괴검사 방법 중 표면검사 방법과 체적검사 방법의 종류를 설명하시오.
• 금속 15-1-12  금형가공용 탄소강 주강블록을 주조한 후 절삭가공 공정 중에 블록 표변 결함을 검출할 수 있는 비파괴 검사 방법 2가지를 들고 설명하시오
• 금속 14-1-10 액체침투탐상법(Liquid Penetration testing)의 장단점을 설명하시오
• 금속 13-1-4 두 고체상이 동시에 응고하는 공정조직은 라멜라 또는 로드 조직이 있다. 이 두 공정조직 중 하나로 결정되는 기준은 무엇인지 설명
• 금속 13-1-5al-33%cu 합금은 al(a상)과 cual2(0상)의 공정 라멜라 조직으로 응고한다 응고속도가 2배가 되었다면 라멜라 간격은 얼마가 되는지 수치로 답하시오
• 금속 13-1-13 금형가공용 저탄소 주강블록을 주조하였다 금형가공에 앞서 블록 내부의 결함 유무를 검사하고자 할 때 적용할 수 있는 비파괴 검사 방법을 2가지만 설명하시오
• 금속 12-4-5 오스테나이트계 스테인리스강 (STS304) 주강품의 내부결함과 표면결함에 대한 적합한 비파괴검사 방법을 제시하고, 그 이유를 설명하시오

 

 

[주조, 2023] 주물에 생기는 결함의 종류별 특징과 원인, 대책

사형주조 (Sand Casting), 주조 결함, 도형제, 이형제, 사형 주조 순서, 주물사 세부 이론

2024.03.31 - [Mechanical Engineering Study/용접] - 용접 결함의 종류, 오버랩, 언더컷, 용입부족, 융합불량

 

1. 개요

 

1) 비파괴검사 개요

 비파괴검사 (NDT; Non-Destructive Testing)
비파괴검사란, 제품을 파괴하지 않고 재질, 성능, 결함의 유무 등을 확인할 수 있는 검사방법

• 비파괴 검사의 목적은 결함의 검출 뿐 아니라 구조물 등 검사체의 건전성을 확보하는 것 
• 비파괴시험을 적용함으로써 각 제조단계에서 제품의 불량률을 저하 (제조원가 절감) 
• 제조 기술 개량 목적 

 

2) 주물 결함 종류

• 기공(blow hole, pinholes)
• 수축공 (shirinkage hole)
• 변형 (Deformation)
• 열간균열 (hot cracking)
• 냉간균열 (cold cracking)
• 편석 (segregation)
• 팽창 (swell)
• 낙하 (Drop)
• 내잡물 혼입, 개재물 혼입 (inclusion)
• 주물 표면 결함
  • 용탕 돌출 (metal projection) : 플래시(flash), 핀(fin), 베이닝(veining)
  • 파임(scab) 및 구김(buckle)
  • 용탕 침투 (Penetration)
  • 소착 (sand burning)
• 불완전충전 (imcomplete filling)
  • 미스런 (mis run)
  • 콜드셧 (cold shut)
• 치수 불일치, 치수불량
• 조직 이상 

주물의 일반적 결함

 

3) 주물 검사 방법 

(1) 육안검사법

① 외관 검사 : 치수, 거칠기, 표면균열

② 파면검사, 현미경검사 : 결정 입자 상태, 편석, 주물의 파면을 연마, 부식시켜 결정입자 크기, 조직, 편석, 불순물 검사 

③ 형광검사 : 균열 등을 형광물질을 이용하여 판단 

(2) 물리적 검사 / 비파괴 검사 (+육안검사) ★

이 중 음향방출검사, 적외선열화상검사를 제외한 7종류의 비파괴검사가 많이 사용됨 
(경제성, 휴대성, 조작성이 우수하며 시험의 목적을 달성하는 것이 용이할 것) 

① 육안검사 (VT; Visual Testing) 

② 침투탐상검사, 액체침투탐상법 (PT; Liquid Penetration Testing)

③ 응력측정 (SM; Strain Measurement) 

④ 방사선투과검사(RT; Radiographic Testing) : 엑스선과 감마선

⑤ 초음파투과검사, 초음파 탐상법(UT; Ultrasonic Testing) : 초음파 진동자의 진동반사시간 차이로 결함 유무 검출

⑥ 자분탐상검사, 자기탐상법(MT; Magnetic Particle Testing) : 주물을 자화하여 철분 등을 붙여 자력선 교란 유무 확인 

⑦ 와전류탐상검사 (ET; Eddy Current Testing)

⑧ 음향방출검사, 타진음향시험 (AT; Acoustic Emission Tesing) : 소리에 의해 균열 등을 판단 

⑨ 적외선열화상검사 (IRT; Infrared Thermography Testing)

⑩ 누설검사 (LT; Leak Testing)

분류	비파괴검사 종류
표면 또는 표층부 정보 (표면결함)	육안검사, 침투탐상검사, 자분탐상검사, 와전류탐상검사
내부 정보 (내부결함)	방사선투과검사, 초음파탐상검사

각종 비파괴검사 인자 비교, HRD

 

(3) 기계적 시험법 / 파괴 검사

① 인장시험

② 압축시험

③ 충격시험

④ 마모시험

⑤ 피로시험

(4) 기타 검사

① 화학적 검사법

② 내부 응력 실험

③ 유동성 시험 

 

2. 비파괴 검사 구분 및 특징 - 표면 검사 

 

1) 육안검사 (VT; Visual Testing)

말 그대로 육안으로 이상 유무를 확인하는 것.
간편하고 신속하며 저렴하게 육안이나 저배율의 확대경으로 검사 

(1) 검출 대상

• 재료의 표면 결함
• 파열
• 용접 언더컷, 오버랩
• 마무리의 양부
• 치수의 오차

2) 침투탐상검사, 액체침투탐상법 (PT; Liquid Penetration Testing)

침투작용(모세관, 지각현상) 이용, 시험체 표면에 개구해있는 결함에 침투한 침투액을 흡출시켜 결함지시모양을 식별하는 시험 

(1) 검출대상

• 용접부,  단조품 등의 비기공성 재료에 대한 표면개구결함 검출 

(2) 특징

• 금속, 비금속 등 거의 모든 재료에 적용 가능 
• 현장적용 용이
• 제품의 크기 및 형상에 크게 제한받지 않ㅇ므

(3) 방법

• 개구부에 색깔이 있거나 형광물질을 포함하는, 침투력이 좋은 침투제 침투
• 꺠끗히 닦은다음(세척)
• 현탁액을 표면에 도포 (현상)
• 결함 내부에 남아있는 침투제가 흡출되어 눈에 보임 (검사) 

3) 자분탐상검사, 자기탐상법(MT; Magnetic Particle Testing) 

자력적인 용접된 철강 제품에 미세 철분을 뿌려 재질 내부 결함이 있는 곳에 미세 철분이 집중되는 성질을 이용하여 결함을 찾아내는 검사법
자성체의 표면이 깨끗하고 형상이 균일하면 자화된 자성체의 자력선 또한 균일할 것. 

(1) 검사 대상 

• 자성체의 표면
• 표면 금방의 불연속

(2) 특징

• 검사가 비교적 쉬움
• 육안으로 확인 가능
• 자력선의 방향에 평행한 불연속은 검출하기 어려움 

자기탐상법

4) 와전류탐상검사 (ET; Eddy Current Testing)

전자유도원리에 근거를 둠
교류전기가 코일을 통해서 흐를때 자기장의 변화가 발생하고, 코일을 전도체 시험체에 근접시키면 자기장은 와전류를 유도함 
시험체에 와전류가 흐르는데, 시험코일이 결함위를 통과하거나 재질의 차이가 있을때 와전류에 의해 발생하는 자기장의 변화가 와전류의 흐름을 변하게 하고, 코일 임피던스도 변화함. (코일 임피던스를 측정함) 

• 결함 등과 같이 와전류의 흐름을 방해하는 불연속부가 있으면 와전류의 강도와 분포 변화 
• 이로 인해 와전류에 의한 균열 등의 결함 방출
• 와전류의 방향과 같은 방향에 있는 작은 결함은 검출하기 어려움 

와전류탐상법, HRD

와전류탐상법, HRD

 

3. 비파괴 검사 구분 및 특징 - 내부 결함 검사

 

5) 방사선 투과 검사 (RT; Radiographic Testing)

방사선이 물체를 통과하면 물체의 두께와 종류에 따라 필름이 다르게 작용. 
이러한 원리로 검사 대상의 빈공간, 개재물 등의 불연속을 검출 

(1) 특징

• 육안으로 불연속을 볼 수 있
• 검출 성능이 우수함
• 검사체의 두께가 두꺼울수록 미세한 불연속을 검출하기가 어려움
• 방사선 안전관리에 유의가 필요함 

방사선투과검사, 네이버 블로

 

6) 초음파 탐상 검사 (UT; Ultrasonic Testing)

일반적으로 진동수가 너무 커서 사람의 귀로 들을 수 없는 20,000Hz 이상의 초음파는 제한된 범위로 나아가는 지향성이 예민해서 일정한 방향으로 직진하는 성질이 있음
직진하는 초음파는 물체의 공간, 경계면에서 반사하는 성질 → 결함 등에서 반사해서 그 위치와 크기를 측정

(1) 검사 대상 

• 미세 불연속의 검출
• 매우 두꺼운 물체 검사

(2) 특징 

• 자동화 검사 등에 용이 
• 표면 근처 불연속 검출이 어려움 (내부결함 검출용)
• 주물 등 조직이 엉성한 물체나 형상이 복잡한 물체는 적용이 어려움 

초음파 탐상 검사

초음파 탐상법 종류

 

 

4. 비파괴 검사 구분 및 특징 - 기타 검사

 

7) 음향방출검사, 타진음향시험 (AT; Acoustic Emission Tesing) 

물체가 변형되거나 파괴될 때, 저장되어있던 변형에너지가 방출되면서 일종의 탄성파를 발생하는 현상을 음향방출현상이라고 한다 
대상체의 변형, 누설 또는 파괴시에 발생하는 탄성파를 음향방출센서를 이용하여 손상 정도를 측정하는 검사

• 대상체의 미세한 변형, 균열의 진행과정에서 음향이 발생하기 때문에 결함을 조기에 발견할 수 있음 

 

음향방출시험 개략도

8) 적외선열화상검사 (IRT; Infrared Thermography Testing)

물체에서 발산하는 적외선 또는 열을 검출하여, 이때 물체의 온도변화 또는 온도분포로부터 물체의 이상 유무를 파악하는 비파괴 검사법 

• 비접촉 원거리 검사

9) 누설검사 (LT; Leak Testing)

누설검사의 가장 중요한 목적은 장치를 사용하는데 방해가 되는 재료의 누설 손실을 막아줌
돌발적인 누설로 발생할 수 있는 환경 유해성 예방
표준에서 벗어나는 누설률을 가진 부적절한 제품 가려냄 

• 내압시험
  고압가스용기와 보일러 등의 내압용기가 사용 중의 압력에 잘 견디는지 여부를 확인하는 시험 
  시험합력은 최고 사용압력의 1.25~1.5배까지 가압한 후 일정시간 압력을 유지시키면서 검사하는 방법
• 기밀(진공)시험
  시험체가 요구되는 밀폐구조를 만족하는지 여부 시험, 소형제품 등 초집적회로 등에 많이 사용. 공사 완료 후 접합부 등의 이상 유무를 확인하여 기체 누설 여부 시험

 

10) 응력측정 (SM; Strain Measurement) 

응력을 직접 측정할 수 없으므로 응력과 변형량이 비례함을 이용, 구조물의 변형량을 측정하여 응력을 구하고 안전성 평가. 

• 스트레인게이지법 : 스프레인게이지의 변형률을 측정하여 응력 산출
• X선 회절 현상 이용 : 재료 표면의 국부적인 응력 측정
• 광탄성 효과 이용 : 모델 응력 분포를 광학적으로 측정
• 적외선 열화상 이용

스트레인게이지 원리

 

스트레인게이지

 

5. 라멜라 조직, 로드 조직, 라멜라 균열 

 

1) 라멜라 조직 

2024.05.08 - [Mechanical Engineering Study/열처리 | 금속재료] - 라미네이션 균열, 라멜라 균열, 라멜라 티어링(Lamellar Tearing) 결함