초음파 탐상기에 대해서
측정 방법
강재의 초음파 두께 측정은 탱크나 배관 등의 감육, 부식 상황을 확인하기 위한 보수 관리와 프레스나 구부림, 조리개, 절삭 등의 가공 후 두께 관리의 2가지 용도로 주로 이루어집니다.
이하에서는, 용도별의 트랜스 듀서(탐촉자·프로브)의 선정에 대해 설명하겠습니다.
초음파 탐상기의 측정원리 및 측정방법
초음파 탐상기
초음파 탐상 시험은 재료 내부의 결함 검출에 뛰어난 비파괴 검사의 중심적인 검사 방법입니다.
주강품의 내부 결함, 용접부 검사, 접착 박리 검사 등 폭넓은 용도로 사용되고 있습니다.
초음파 후도계로 측정할 수 없는 50cm 이상의 두께 측정 및 FPR, 고무 등의 고감쇠재 측정에도 사용할 수 있습니다.
여기에서는 초음파 탐상의 원리와 용도에 대해 설명하겠습니다.
초음파 탐상 장치
초음파 탐상기는 초음파의 전파 시간과 강도를 바탕으로 상처를 검출합니다.
또한 상처의 유무뿐만 아니라 그 위치와 크기를 추정할 수 있습니다.
초음파 탐상 장치
초음파 탐상기는 탐촉자(프로브, 트랜스듀서)라고 불리는 센서에서 발신한 초음파가 내부의 상처와 반대면에 반사되어 돌아오는 시간과 강도를 측정하여 재료 내부의 모습을 측정합니다.
위 그림과 같이 측정물에 탐침을 접촉시키면 내부의 상처나 반대면에서 반사된 초음파(초음파)가 탐상기 모니터에 표시됩니다.
초음파 탐상기
모니터 Y축의 초음파 높이는 돌아오는 초음파의 세기를 나타내는 것입니다.
높으면 높을수록 초음파가 강하다는 것을 의미합니다.
X 축의 시간은 발신된 초음파가 돌아올 때까지의 시간을 나타냅니다.
오른쪽으로 갈수록 돌아오는 시간이 늦어지고, 탐침으로부터의 거리가 멀다는 것을 의미합니다.
이처럼 초음파 탐상기는 모니터에 표시되는 초음파의 높이와 위치로 재료 내부의 상태를 판단합니다.
크랙의 크기와 깊이에 대하여
모니터에 표시되는, 에코의 높이와 위치에서, 크랙의 크기와 깊이를 평가할 수 있습니다.
에코의 높이는 상처가 크면 클수록, 또 상처의 위치가 탐촉자와 가까우면 가까울수록 커집니다.
이 관계를 미리 요구해 두면 상처의 크기를 상정할 수 있습니다
수직 탐상과 사각 탐상
탐상 방법에는 수직 탐상과 사각 탐상의 두 가지 방식이 있습니다.
수직 탐상은 수직으로 초음파를 출력하여 탐상을 하는 방법을 말합니다.
시험체의 표면이 평활할 경우에 적용합니다.
사각 탐상이라고 하는 것은, 비스듬히 초음파를 발신하여 탐상을 실시하는 방법입니다.
예를 들어, 용접부에서는 여성이기 때문에 수직 탐상을 할 수 없습니다.
이러한 경우에, 남은 양을 피해 비스듬히 초음파를 발신할 수 있는 사각 탐상을 사용합니다.
초음파의 발신 각도(굴절각)는 주로 40도, 60도, 70도가 사용되고 있습니다.
사각 탐촉자의 기본 주사법
사각 탐상에서는 전후 주사, 좌우 주사, 목젖 주사의 세 가지 기본이 되는 탐촉자의 움직임(주사)이 있습니다.
상처의 최대 에코를 구할 때 이들 주사를 조합하여 실시합니다.
종파와 횡파
초음파 파도의 종류에는 종파와 횡파, 표면파, 판파 등이 있습니다.
초음파 탐상에서는 주로 종파와 횡파가 사용됩니다.
종파란 입자의 진동이 파도의 진행 방향과 같은 세로 방향으로 일어나는 파도를 말하며, 가장 전달이 빠른 파도입니다.수직 탐상에서는 주로 종파가 사용됩니다.
옆 파도는 입자의 진동이 파도의 진행 방향과 직각의 옆 방향으로 일어나는 파도를 말합니다.
종파보다 전달이 느리고 약 절반의 전달속도가 됩니다.
사각 탐상에서는 주로 옆 파도가 사용됩니다.
아래 표는 주요 재료의 종파와 가로파 음속입니다.
재질에 따라 종파와 횡파의 음속이 다릅니다.
잘못된 음속으로 계측을 실시했을 경우, 정확한 상처의 깊이나 크기를 검출할 수 없게 됩니다.
아래 표는 주요 재료의 종파와 가로파 음속입니다.
강철 종파 5,920 횡파 3,240
스테인리스 5,660 3,120
알루미늄 6,380 3,130
주철 4,550 2,700
구리 4,650 2,260
유리 5,770 3,430
폴리염화비닐 2,390 1,060
나일론 2,690 1,090 단위:m/초
공기 340
수은 1,450
물 1,470
테플론 1,520 635
윤활유(SAE 30) 1,750
글리세린 1,930
납 2,160 700
폴리스티렌 2,340
폴리염화비닐 2,390 1,060
나일론 2,690 1,090
플랙시글라스 2,690 1,270
카드뮴 2,770 1,500
금 3,250 1,194
주석 3,330 1,670
우라늄 3,380 1,980
청동 3,531 2,235
은 3,610 1,590
콜럼비움 3,920 2,100
플래티넘 3,960 1,670
아연 4,320 2,410
놋쇠, 황동 4,390 2,120
주철 4,550 2,700
구리 4,650 2,260
지르코늄 4,650 2,250
텅스텐 5,180 2,870
모넬 메탈 5,360 2,720
니켈 5,640 2,970
스테인리스 5,660 3,120
석영 5,740 2,210
유리 5,770 3,430
인코넬 5,820 3,020
마그네슘 5,840 3,050
강철 5,920 3,240
티타늄 6,100 3,120
몰리브덴 6,250 3,350
알루미늄 6,380 3,130
베릴륨 12,880 8,880
탐촉자의 종류
탐촉자(프로브, 트랜스듀서)는 수직탐촉자, 사각탐촉자, 수침탐촉자 등 3가지로 분류할 수 있습니다.
수직 탐촉자는 수직 탐상, 사각 탐촉자는 사각 탐상에서 사용합니다.
수침 탐촉은 수조에 넣은 시험체를 물을 통해 측정하는 수침 탐상이라는 검사 방법으로 사용합니다.
또한 초음파의 수발신부의 구조에 의해 한 진동자와 두 진동자로 나눌 수 있습니다.
일진동자 탐촉자는 수신부와 발신부가 하나로 된 탐촉자입니다.
초음파 탐상으로 중심적으로 사용되고 있습니다.
이진동자 탐촉자는 초음파의 발신부와 수신부가 분할된 탐촉자입니다.
비교적 얇은 범위의 탐상에서는 이 진동자 탐침을 사용합니다.
