조콜트레인의 매일매일 경제공부

<비파괴검사 종류별 검출부>

자분탐상검사

1. 자분탐상검사의 개요

: 자분탐상검사는 강자성체로된 시험체의 표면 및 표면 바로 밑의 불연속(결함)을 검출하기 위하여 시험체에 자장을 걸어 자화시킨 후 자분을 적용하고, 누설자장으로 인해 형성된 자분지시를 관찰하여 불연속의 크기, 위치 및 형상등을 검사하는 방법이다. 미세한 표면균열 검출에 가장 적합하며, 시험체의 크기, 형상 등에 크게 구애됨이 없이 검사수행이 가능하다. 

 단점으로는 자분탐상검사는 모든 재질에 대해 적용할 수 있는 것이 아니라 자화가 가능한 강자성체에만 국한되고, 시험체의 표면근처에 존재하는 결함만을 검출할 수 있어 내부전체의 건전성을 판별하기 위해서는 다른 검사 방법을 병행하여 수행해야 하며, 검사방법에 따라서는 전기접촉 부위에서의 이아크 발생으로 시험체가 손상될 우려가 있다.

2. 자분탐상의 원리

 : 강자성체인 시험체를 자화시켰을때 시험체 조직의 변화 또는 결함등이 존재하는 경우에는 이로 인하여 시험체에 형성된 자장의 연속성이 깨어져 이 부분에 누설자장이 형성된다. 이 때 시험체의 표면에 자분을 산포하면 누설자장이 형성된 부위에 자분이 달라붙어 시험체 조직의 변화 또는 결함등의 존재유무, 위치, 크기, 방향 및 범위 등을 검사할 수 있다. 

 자분탐상검사는 우선적으로 시험체가 자화될 수 있는 재질, 즉 강자성체(Ferromagnetic Material)이어야 검사가 가능하며, 시험체 표면에 존재하는 결함의 검출에 적당하다. 또한 검사조건에 따라서는 시험체 표면으로부터 최대 1/4 인치 깊이에 존재하는 표면 바로 밑에 존재하는 결함도 검출이 가능하다. 

3. 자화방법

 가) 자장의 방향

 : 자력선의 방향은 자화전류에 대하여 항상 수직하게 나타난다. 전류의 방향을 양에서 음으로 흐른다고 가정할 때 자력선의 방향은 항상 오른손 법칙에 따른다.

 즉, 전류가 흐르는 방향에 따라서 자력선의 방향이 결정 되게 되는데 전류가 흐르는 도선이 직선인 경우에는 자력선의 방향이 원형으로 형성되지만, 전류가 흐르는 도선을 코일로 만들면 코일 내부의 자력선이 한쪽 방향으로 형성되므로 전체적으로 볼 때 자력선의 방향이 선형을 나타내게 된다.

 나) 자화방법의 분류

 : 자화방법이란 시험체에 자속을 발생시키는 방법을 말한다. 자화방법은 분류방법에 따라 여러가지로 구분할 수 있지만 시험체에 형성되는 자장의 방향에 따라서 선형자화법과 원형자화법으로 분류한다.

   ●선형자화법

   - 코일이나 솔레노이드에 전류를 통과시키면 그 주위에 자장이 발생하는데, 이 때 강자성체 시험체를 코일 속으로 밀어 넣으면 코일 주위에 형성된 자장이 시험체에 영향을 미치게 되고, 자력선은 오른손법칙에 따라 시험체의 축 방향을 따라 선형으로 밀집되게 된다. 이 때, 선형자장의 강도는 자화전류의 세기, 코일을 감은 횟수, 코일의 직경 및 시험체의 형태에 따라 결정된다.

  선형자화법은 주로 시험체의 길이가 그 직경의 수배가 되는 경우 원주방향으로 놓인 불연속을 검출하는 방법이며, 코일안에 자장의 세기는 코일을 감은 횟수 및 사용전류에 거의 비례한다. 따라서 자화전류는 암페어-턴으로 표시한다. 선형자화법에는 코일법과 극간법(Yoke Method)가 있다.

      → 코일법 : 검사체를 코일로 감고 전류를 흘리면 코일의 축방향으로 발생하는 선형자장을 이용. 

      → 요크법 : 극간법이라고 하며, U자형의 철심에 코일을 감아 선형 자장을 유도. 대형 또는 복잡한 검사체의 국부 검사에 용이하다.

   ●원형자화법

<자분탐상검사 방법>

1) 검사방법의 선택기준

 : 자분탐상검사 방법의 선택을 주로 요구되는 검사감도 및 검사조건이 검사방법의 선택에 중요한 요소가 되지만 다음과 같은 조건을 고려하여 선택한다.

   (1) 검사감도검사조건

   (2) 자화전류의 종류

   (3) 자분의 종류

   (4) 시험체의 크기, 수량, 형태

 2) 검사방법의 종류

 (1) 자화시기에 따른 분류

   ♨ 연속법

    : 자화전류를 시험체에 적용하여 시험체가 자화되고 있을 때 자분을 동시에 적용시켜 시험체 표면에서 형성된 자분지시를 관찰하는 방법으로 가장 간단하고 일반적인 검사방법이다.

   ♨ 잔류법

    : 자화전류를 시험체에 적용완료한 후 시험체에 남아있는 잔류자장을 이용하여 자분을 적용하고 시험체 표면에서 형성된 자분지시를 관찰하는 방법이다.

 (2) 자분의 종류에 따른 분류

   ♨ 형광자분법

    : 시험체를 자화시키고 시험편에 형광자분을 적용하여 불연속 등으로 인해 형성된 지시에 자외선 등을 비추어 검사하는 방법이다.

   ♨ 비형광자분법

    : 염색 자분을 사용하여 검사하는 방법으로, 검사감도는 형광자분에 비해 낮지만 간편하게 사용할 수 있어 많이 사용하는 방법이다.

 (3) 자분의 분사매에 따른 분류'

   ♨ 습식법

    : 습식자분을 사용하여 검사하는 방법으로 시험체의 형태와 크기에 제한을 받지 않고 검사할 수 있는 방법이다.

   ♨ 건식법

    : 건식자분을 사용하여 검사하는 방법으로, 자분적용에 있어서 습식법과 비교하면 국부적인 검사에 편리하다.

 (4) 자화전류의 종류에 따른 분류

  : 적용하는 자화전류에 따라 직류, 맥류, 충격류, 교류법 등으로 분류하는데 이는 예상되는 불연속의 형태 및 위치에 따라 분류된 검사방법 중 목적에 부합하는 전류의 종류를 선택하여 사용하게 되는데 전류의 종류에 따라 직류법, 교류법 등으로 방법을 분류한다.

 (5) 자화방법에 따른 분류

 : 선형자화법 / 원형자화법

3) 검사절차

 : 자분탐상검사의 절차는 기본적으로 전처리, 자화, 자분의 적용, 자분모양의 관찰, 기록, 탈자 등으로 구성되는데 검사방법 및 검사목적에 따라 적절하게 변경하거나 조합하여 사용한다.

  (1) 전처리

 : 시험체의 표면을 자분탐상검사를 수행하기에 적합하게  처리하기 위한 과정으로, 시험체에 부착된 기름, 오물, 기타 부착물 및 페인트, 도금 등의 피막이 검사에 영향을 주거나 검사액을 오손할 염려가 있을 경우에는 이것을 제거하고, 시험체를 청정하게 하여 시험체 표면에 형성된 지시를 최적의 상태에서 관찰할 수 있도록 처리하는 과정이다.

 ex) 증기세척법, 솔질, 브라스트, 초음파와 세척방법 등을 사용한다.

 (2) 자화

 : 자장의 방향을 예측하는 결함의 방향에 대하여 가급적 직각이 되도록 한다. 실제 검사시에는 주로 결함의 방향을 예측할 수 없으므로 자장의 방향을 서로 수직이 되게 2회 이상 자화시킨다. 자장의 방향을 시험면에 가급적 평행이 되게 하고, 시험체가 손상을 입어서 안되는 경우에는 시험체에 직접 통전하지않는 방법으로 자화시킨다.

 (3) 자분의 적용

 (4) 자분모양의 관찰

 (5) 탈자

 : 자분탐상검사를 수행하면 시험체의 보자성으로 인해 잔류자기가 남아있게 된다. 즉 시험체에 남아 있는 잔류자장이 영향을 주지 않는다면 탈자가 필요치 않으나, 다음과 같이 탈자가 필요한 경우에는 탈자를 한다.

 1. 연속하여 시험하는 자화가 전회의 자화에 의해 나쁜 영향을 받을 우려가 있을 때

 2. 시험체의 잔류자기가 이후의 기계가공에 나쁜 영향을 미칠 염려가 있을 때

 3. 시험체의 잔류자기가 계측장치 등에 나쁜 영향을 미칠 염려가 있을 때

 4. 시험체의 마찰부분 또는 근접한 장소에 사용되는 것으로서, 마찰 부분에 철분 등을 흡인하여 마모를 증가할 염려가 있을 때

 5. 처음보다 낮은 전류로 다시 자화를 해야 할 때

 6. 기타 필요한 경우