[강재의 비파괴 시험] 초음파 탐상 시험(UT : ultrasonic testing)의 원리, 적용범위, 평가 방법 등

초음파탐상시험(U.T : ultrasonic testing) 

• 강재나 용접검사에 사용되는 초음파 탐상 시험은 시험체에 초음파를 전달하여 내부에 존재하는 결함부로부터 반사한 신호를 분석함으로써 시험체 내부의 결함을 검출하는 방법이다. 

 

 

 

건축 구조물에서 강재 시험이나 용접 검사의 비파괴 시험의 종류 시험의 용접 검사 중 비파괴시험의 종류는 아래와 같습니다. 이중에서 초음파 탐상 시험에 대해 말씀드리겠습니다. 

• 침투 탐상 시험
• 자분 탐상 시험
• 방사선 투과 시험
• 초음파 탐상 시험

 

초음파 탐상 시험의 원리

초음파는 탐촉자를 통하여 시험체 내부로 전달되며, 동일 매질(시험체)에서는 직진하지만 다른 매질(결함)과 접하는 계면에서는 각 매질의 물리적 상태 및 성질(음향 임피던스)의 차이에 의하여 반사 또는 굴절한다.

 

<초음파탐상시험 모식도>

 

이 중 반사하 는 초음파를 탐촉자가 수신하여 탐상기 CRT 상에 펄스 신호 형태로 결함 지시를 나타내며 이 신호를 분석하여 결함의 위치, 종류, 크기 등을 측정한다.

 

초음파 탐상 시험의 적용 강재

• 주로 부재두께 6mm 이상의 맞대기 용접부에 적용

<맞대기용접의 형태>

 

대상 결함

• 용접부 내부결함(기공, 슬래그, 용입부족, 균열 등) 조사

 

초음파탐상시험 절차

① KS 표준시험편을 이용한 장비보정 ·입사점, 굴절각 측정 및 탐상 감도 설정 등

② 시험부 표면 요철 및 이물질 제거

③ 시험부 표면 접촉매질 도포

• ·용접부 양측에 횡방향으로 최소 10cm 이상 ·용접부 양측에 종방향으로 시험대상 부위

④ 부재두께 측정

⑤ 시험부 결함 탐상 실시

⑥ 검출결함 분석 및 평가

 

초음파 탐상 시험에 따른 결함 분석 및 평가

용접부의 건전도 및 결함여부는 <그림 1>에서 볼 수 있는 바와 같이 용접결함 위치에 서 반사되어 오는 초음파 에코 펄스의 강도, 펄스 형태, 반사 유형, 초음파의 전파시간, 전 파 속도 등을 분석함으로써 결함의 종류 및 위치, 크기 등을 측정한다.

 

결함 위치 측정 방법

① 시험체에 초음파 빔을 일정 각도로 입사시킨다.(θ: 장비보정 시 측정한 초음파 입사각)

③ 반사신호의 전파시간을 측정한다. (t: 탐상기에서 실시간 측정)

③시험체의 재질에 대한 초음파 속도(v )를 탐상기에 입력한다.

초음파의 전파거리(W ) = v × t

위식에서 결함까지 초음파의 전파 거리를 계산하며, 초음파 전파 거리와 입사각을 이용하 여 결함까지의 수평 거리(Y) 및 깊이(d)를 계산한다.

 

<초음파탐상시험 결함위치 측정 방법>

결함까지 수 평거리 (Y ) = W × S in θ

결함깊이 (d ) = W × Co s θ

 

결함 길이 측정방법

결함이 있는 부분에서는 에코(파형)의 움직임이 시작되며 결함의 중심 부분에서 최고 점을 나타나게 된다. 이때 최고점을 중심으로 탐촉자를 결함의 진행방향 전·후로 움직이면

 

CRT 상에서는 전·후방 각각 최고에코(파형) 높이의 1/ 2이 되는 에코가 나 티 난다. 이 지점은 결함의 시·종점이 되며, 시·종점의 간격을 측정함으로써 결함의 길이를 측정한다.

 

<초음파탐상시험 결함 길이 측정 방법> 

 

위의 그림에서, 탐촉자②의 위치에서 결함의 최고에코 높이가 나타난다. 이 에코의 높이가 CRT 상에 80%가 되도록 게인을 조정한 후, 탐촉자를 ①,③방향으로 이동시켜 결함 에코 높이가 40%가 되는 두 지점, ①,③을 찾는다. 결함의 시·종점에서는 초음파의 반사율이 1/ 2로 낮아지므로, ①,③지점이 결함의 시종점이 된다. 따라서 이 두 지점 간의 간격을 확인하여 결함 길이를 측정한다.

 

KS 기준에 의한 결함의 등급 분류(KS B 0896)

검출결함에 대한 등급분류는 한국산업규격 KS B 0896(페라이트계 강 용접 이음부에 대한 초음파 탐상검사)에 의거하여 실시하고, 각각의 결함에 대해 1류, 2류, 3류, 4류로 분류한다.

• 건축업무 수행 시 KS인증(정부의 표준 인증정보) 규격 찾는 방법

등급분류 기준은 아래<표>와 같이 시험체 두께에 대한 결함 길이의 비로 구분한다.

<초음파탐상시험 결함의 등급 분류>

자료출처 : 국토안전관리원 기술 자료실

초음파탐상시험.pdf

0.23MB

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초음파 탐상 시험의 목적과 시험원리, 시험절차 그리고 초음파탐상시험 후 결함 분석 및 결함의 등급 분류에 대해서 위와 같이 말씀드렸습니다. 특히 초음파탐상시험 시험절차와 결함의 등급분류는 KS B 0896를 참고해보시기 바랍니다. 

• [KCS 14 31 20 :2019 용접] 용접 검사 중 비파괴시험의 종류 및 검사 기준

강재의 비파괴검사에 대해 더 궁금하신 분은 위 링크 참고하시기 바랍니다. 

 

 

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