기술사 이론정리 (U.T)

1.초음파탐상검사의 원리, 적용 및 장·단점

hwkim-happy@hanmail.net

1.UT의 원리

- 높은 주파수의 초음파(20KHz-100MHz)를 시험체에 입사시켜 계면에서 반사되는

에너지의 양, 초음파진행시간, 시험편 내에서의 감쇠(흡수와 산란)등의 정보로

부터 시험체 내부의 상태를 알아보는 방법이다.

2. 초음파의 특징(탄성파)

(1) 주어진 매질에서 속도가 일정함

(2) 진행거리가 비교적 길다

(3) 지향성이 좋다

(4) 온도의 변화에 대해속도가 거의 일정

(5) 밀도가 다른 물질의 계면에서 반사

(6) 조건에 따라 파형 변이가 일어난다

(7) 금속은 물론 물 속에서도 진행

(8) 방사선과 같이 장해를 발생하지 않음

3. 초음파의 발생

압전효과(PIEZOELETRICAL EFFECT)를 이용하여 전하가 수축 .팽창하면서 초음파발생

4. UT의 적용

(1) 결함검사

(2) 두께측정

(3) 탄성율 측정 및 금속조직연구

(4) 피검체의 제조변수 영향 평가

5. UT의 장단점

장 점	단 점
1.수m까지 검사가능(투과능력이 큼) 2.미세한 결함 검출(높은 감도) 3.결함의 위치, 크기, 방향 추정가능 4.탐상결과를 즉시 알 수 있고 자동화 5.한쪽에서 접근 가능시 검사 가능 6.이동성이 좋고 장해발생이 없음 7.체적 검사가 가능	1.검사시 숙련자가 요구됨 2.피검체의 형상, 표면거칠기, 불균일성 (조립자, 미세기공, 편석)으로 탐상곤란 3.표면하 수mm 탐상장애(불감대) 4.접촉매질 필요 5.대비시험편 필요 6.결함종류 판별 힘듬 7.결함의 방향성의 영향을 받음 8.정량적 평가가 힘듬

2. 초음파의종류

1. 종파(Longitudinal,Compressional Wave)

① 파의 진행방향과 진동방향이 일치하며 입자의 탄성력으로 파가 전달됨

즉 평행상태를 유지하면서 인접입자에 에너지 전달

② 주로 이용되는 파로 다른 형태의 파로 전환되며, 기체, 액체 및 고체에 존재

③ 파 중 속도가 제일 빠르다 (철:5800,물:1500 ,공기:330)

④ 발생이 제일 쉽고 검사가 편리하며, X-Cut 수정은 종파를 발생하는 재질의 하나

V =  [eqn: SQRT { { E(1- upsilon )} over { rho (1+ upsilon )(1-2 upsilon )} }]

2. 횡파(Transverse, Shear Wave)

① 입자의 진동방향과 파의 전파방향이 수직

② 종파와 같이 탄성충돌에 의하지 않고 입자간의 인력에 의해 진행

③ 속도가 늦음으로 동일한 주파수에 대해 종파에 비해 파장이 짧음

(동일재질 내에서 종파의 약 50% )

④ 파장으로 인해 종파에 비해 산란이 심하지만 감도는 더 좋음

⑤ 액체, 기체에서는 존재 안함

⑥ 횡파의 발생은 탐촉자에 플라스틱 Wedge를 부착하여 얻을 수 있음

⑦ 입사각은 스넬의 법칙을 따름

V =  [eqn: SQRT { { E} over { rho 2(1+ upsilon )} }]

3. 표면파(Surface, Rayleigh Wave)

① 1880 Rayleigh가 이론 정립하였으며, 한 파장 깊이를 투과하여 표면을

진행하는 파로 한파장의 깊이에서의 에너지는 표면에너지의 약 1/25

② 두꺼운 시험체의 표면 또는 곡면을 따라 진행

③ 한쪽은 고체(강한 탄성력), 다른 쪽은 기체(탄성력 거의 없음)의 계면진행

④ 물 속에 잠긴 고체에는 진행 못함 : 표면거칠기, 구리스, 먼지 등에 영향받음

단  고체와 액체의 표면에서 액체 층이 얕은 경우 진행이 가능함

⑤ 횡파속도의 약 90%

⑥ 표면하 1파장 이내에 유효에너지 집중 (50%가 1/4파장 내)

⑦ 곡면을 따라 진행, Sharp Edge에서 반사(복잡한 형상의 곡면 탐상)

⑧ 입자의 진동양식은 타원형(주축 : 진행방향에 수직, 단축 : 진행방향과 평행)

Vs = [eqn: { 0.87+1.12 upsilon } over {1- upsilon } SQRT { { E(1- upsilon )} over { rho (1+ upsilon )(1-2 upsilon )} }]

4. 판파(Plate, Lamb Wave)

① 표면파가 빔파장의 3파장 이하의 두께를 갖는 재질에 발생 시 판파 발생

② 판파는 재료의 전두께를 진행하는 복합된 진동형식으로 박판의 결함 검출

③ 판파의 속도는 파의 주파수, 입사각, 재질의 형태에 따라 다름

④ 전달특성은 밀도, 탄성적 특성, 금속의 조직, 두께, 주파수에 영향을 받음

⑤ 판파의 진동양식 : 시편의 중심 축에 대해 입자운동의  대칭여부

- 대칭형(Symmetrical) : 진동입자는 판의 중심축을 따라 압축변위를 하고

양표면에서 타원형 입자변위

- 비대칭형(Asymmetrical) : 진동입자는 판의 중심축을 따라 전단변위를 하고

양표면에서 타원형 입자변위

3. 초음파의 반사와 투과

1. 음향임피던스(Acoustic Impedance)

① 탐촉자로부터 재료에 초음파를 입사시키면 초음파의 대부분은 반사되고

일부만 입사함

② 음파에너지의 대부분은 한 물질에서 다른 물질로 진행할 때 다른 물질의

계면에서 반사

③ 서로 다른 재질에서는 음향 임피던스의 차이가 발생하며, 재질 내에서 감쇠의

원인이며, 음향 임피던스의 차이가 클수록 반사가 많다

④ 음향임피던스는 초음파가 물질 내에 진행하는 것을 방해하는 저항을 말하며

Z로 표시하고 물질의 밀도에 매질 내에서의 초음파속도 V를 곱하여 얻음

Z = □V

⑤ 음향임피던스의 비는 제1매질에서 제2매질로 진행할 때 임피던스의 비는

Z□ / Z□ 로 나타내며, 이 비가 높을수록 초기에너지의 반사량이 큼

⑥ 공기의 임피던스의 값이 매우 적으므로 공기와 재료의 반사면은 대부분 반사

하므로 UT시 탐촉자와 시편간의 공기계면을 줄이기 위해 접촉매질 적용

- 철 : 45.4 × 10 E6 Kg/□     - 물 : 1.5 × 10 E6 Kg/□

- Al : 16.9 × 10 E6 Kg/□     - Air : 4 × 10 E-4 × 10 E6 Kg/□

2. 수직 입사시 반사와 투과

① 초음파가 음향 임피던스가 다른 두 매질의 경계면에서 입사하게 되면

일부는 투과, 일부는 반사함

제 1매질           제2매질

입사파 음압  Pi  →

→   Pt (투과한 음압)

반사파 음압  Pr  ←

② 음압 반사율은 두 매질의 음향임피던스의 차이에 따라 달라지며 절대값으로 표현

r = [eqn: { Pr} over {P i } = { {Z }_{1 }-{ Z}_{2 } } over { { Z}_{1 } +{ Z}_{2 } }]

- 용접부 모재와 용접금속 : 음향임피던스차가 1%미만, r = 0.005

- 철과 공기의 경계면     : 100% 반사, r = 1

- 슬레그 개재물          : 45% 반사

③ 초음파의 경우 매질을 통해 송수신하므로 경계면을 통과한 음파는 다시 역으로

경계면을 통과해 되돌아오므로 왕복투과율이 중요함

④ 왕복투과율은 1-r□로 나타냄 ※수침에서 왕복투과율은 12%임

⑤ CRT상의 에코높이는 음압에 비례, 에너지는 음압의 제곱에 비례

2. 굴절의 법칙

① 굴절의 특징 : 빛의 입사와 달리 한 종류의 초음파가 경계면에서 각도를 가지고

입사하면 같은 종류의 파로 굴절되는 것이 아니라 부분적 또는 전체적으로

다른 파로 파형전환됨

② 굴절의 법칙에 따라 한파가 다른 파로 변이되는 경우 제2매질에 굴절파가 동시에

존재할 수 있음(횡파와 종파)

③ 굴절과 파형의 변환 : 초음파가 두 매질의 경계면에 각도를 가지고 입사하면

파형 변환과 굴절이 일어난다

④  스넬의 법칙 :[eqn: {Sin alpha } over {Sin beta } = { { V}_{1 } } over { { V}_{2 }}]

⑤ 1차 임계각 이하에서는 동시에 다른 속도와 굴절각을 갖는 두개의 파가 동시에

발생되므로 어떤 파에 의해 지시가 검출되었는지 알 수 없으므로 지시평가 불가

⑥ 제1차 임계각 : 제1매질에서의 입사각을 증가시키면 종파의 굴절각이 90°가 되어

재료내에는 횡파만 존재하게 되는데  이 각을 제1차 임계각이라 함

⑦ 제2차 임계각 : 제1임계각을 지나고 계속 입사각을 증가시키면 횡파의

굴절각이 90°가 되는데 이 각을 제2차 임계각이라 함 (표면파의 발생)

⑧ 표면파는 수침법에는 사용불가

4. 초음파빔의 특성

1. 근거리 음장(Near Field Zone)

① Fresnel Zone이라고도 하며 압전 탐촉자를 매질에서 구형의 초음파를 발생

② 시키는 점선원의 집합체로 보면 이들 구형파는 서로 간섭을 일으켜,

③ 탐촉자 근처에 음향강도가 최대가 되는 곳과 최소가 되는 곳이 생기게됨

④ 근거리음장 내에서는 하나의 지시가 여러 개의 지시를 나타낼 수 있으며,

⑤ 불연속부로부터 반사지시의 강도가 크게 변할 수 있으므로 신뢰성 있는 탐상 불가함

⑥ 근거리음장 =  [eqn: { {D }_{2 } } over { A lambda } = { {D}_{ 2}f} over {4V }]

2. 원거리 음장(Far Field Zone)

① Fraunhofer Zone이라고도 하며, 탐촉자 전면의 근거리음장을 벗어난 영역(1.6Xo)

② 이 음장에서는 반사체로부터 반사지시가 강도가 거리가 증가함에 따라 지수함수적으로

감소하며, 불연속부로부터의 반사지시는 중심축으로부터 멀어질수록 감소

③ 원거리 음장에서 지시의 강도가 감소하는 원인

- 감쇠(Attenuation) : 감쇠의 원인은 산란과 흡수

- 빔의 분산(Beam Spread, Divergence)

. 탐촉자에서 발생한 초음파는 원거리음장에서 항상 분산이 발생함

. 초음파빔의 강도는 중심축에서 최대가 되고 중심축에서 벗어나면 반비례 감소

[eqn: Sin THETA =1.22 { lambda } over {D }]

④ 결함이 빔 크기보다 클 경우 반사강도는 반사거리에 역비례하고, 빔 크기보다

작을 때는 역자승법칙에 따른다

3. 원거리 음장에서의 음압

① 근거리음장(Xo) 이내에서는 복잡한 음압을 나타내며, 1.6 Xo의 거리의

원거리 음장에서는 단조롭게 감소함

Px = [eqn: P{ }_{ 0} · { A} over { lambda } · { 1} over { chi }]

② 거리 X에서의 음압은 진동자 면적에 비례하고 파장과 거리에 반비례함

③ 빔의 분산에 의해 감소되는 것은 초음파의 산란과 흡수와 근본적으로 다름

4. 회절(Diffraction)

① 초음파가 1파장 전도되는 물질 즉 금속내에서 작은 기포나 개재물에 부딪쳐

② 회절로 인해 시편의 끝부분이 휘어진 경우 초음파가 정상의 진로를 벗어나

③ 경계면에서 반사, 굴절, 파형변환, 회절, 분산, 감쇠 등으로 성장해 나간다.

5. 초음파의 감쇠

수신 탐촉자에 되돌아오는 초음파 빔의 강도는 초기송신 초음파강도에 비해

현저하게 낮은데, 이렇게 빔의 강도를 잃게 되는 것을 감쇠라 함

① 초음파의 산란 : 초음파가 진행하는 매질이 완벽하게 균일하지 못하기 때문에

입자의 경계면에서 음향임피던스의 차로 산란발생(개재물, 기공, 입계불순물)

② 초음파의 흡수 : 초음파에너지가 물질에 진행 중 열로 변환

③ 전달손실(Transmission Loss) : 표면거칠기와 불완전한 접촉

④ 감쇠계수는 초음파 전달매질의 특성과 주파수에 의존함

5. 초음파의 감쇠

1. 개요

o 음파가 고체를 통과시 파두면이 넓어지기 위한 손실과 재료의 내부마찰 및

조직 경계면에서의 산란으로 음파의 에너지가 감소함

Px  = [eqn: { P}_{0 } {e }^{- alpha x }] ,        Po : x = 0일 때의 음압,  □ : 감쇠계수

□ = [eqn: { ln( { { P}_{0 } } over { { P}_{x } } )} over {x} = { 20log( { { P}_{0 } } over { { P}_{x } } )} over {x}](dB/m)

2. 감쇠의 원인

(1) 내부마찰에 의한 감쇠

① 금속을 외부에서 에너지를 주지 않고 자유진동 시키면 그 진동은 쇠퇴해 멈춘다

② 이것은 진동에너지가 금속 내부에서 열 및 용질원자의 이동형태로 소비된

형태로 이런 현상을 내부 마찰이라 함

(2) 전위운동에 의한 감쇠

① 전위가 존재하는 재료에 응력이 걸리면 전위가 운동을 하려고 하며 이 운동과

진동응력 사이에 위상이 어긋나면 에너지 손실이 발생함

② 따라서 전위의 밀도, 전위의 길이, 공공 및 불순물의 존재에 따라 감쇠 값이

다르며, 전위 밀도나 길이 증가시 감쇠 증가

(3) 자벽운동에 의한 감쇠

① 강자성체 재료에는 결정이 강자성체의 자구로 나뉘어져 있으며, 이 자구에

외력이 걸리면 자기변형 현상에 의해 자화곡선의 변화가 일어나고 자벽의 이동

② 반복응력의 경우 자벽도 진동하고 에너지 손실이 발생이 감쇠로 나타남

③ 강력한 자장으로 자기포화 시키거나 미리 자기변형을 일으켜 놓으면 감쇠감소

(4) 산란에 의한 감쇠

① 결정립에 음파가 부딪치면 입계에서 회절, 산란, 반사 및 굴절이 일어나고

진동형식의 변환이 발생

② 초음파가 진행하는 매질이 완벽하게 균일하지 못하기 때문에 입계경계면의

음향임피던스의 차이로 산란발생

③ 내부개재물, 기포, 불순물, 결정입계 등이 산란의 원인

④ 순철의 결정립 Ds가 파장 □의 1/3일 때 산란이 극대화됨

- □/D 》 1

□ = A·Ds□f□(Rayleigh 산란)

- □/D ≒ 1

□ = B·Ds·f□(Stochastic 산란)

- □/D < 1

□ = C/Ds(확산산란)

(5) 잔류응력에 의한 감쇠

① 재료에 잔류응력이 존재하면 응력의 분포에 따라 밀도, 탄성률 및

음향임피던스 변화

② 복잡한 응력분포를 이루는 부분에서는 음장이 흩어짐으로 인한 겉보기 감쇠

6. 초음파 탐상기의 구성

1. 개요

① 초음파탐상기는 검출하고자 하는 결함의 종류에 따라 여러 가지 종류로 분류

할 수 있으며, 결함의 표시방법에 따라 여러 종류가 있다

② 기본구조

- 송신부, 수신부, 탐촉자, CRT 브라운관

2. 송신부

① 500V 이상의 높은 전압의 펄스를 발생 : 탐촉자의 진동자에 부과 초음파발생

② 송신펄스의 송신순간에는 약 10kw로 매우 높으나, 평균은 0.5w 이하

③ 송신부에는 송신펄스의 에너지를 제어하는 펄스폭 조정손잡이와 시험주파수에

대해 높은 효율로 탐촉자에 전기에너지를 공급하는 코일이나 콘덴서가 부속됨

3. 수신부

① 수신부의 전기펄스의 전압은 수백 □V ~ 수V 정도로 크게 변하며, 이것을

결함에코에 의해 진동자에 발생하는 전압은 mV 임

② 따라서 신호가 매우 미약하므로 증폭이 필요하며, 수신부는 증폭기와 감도를

조정하는 감쇠기로 구성됨

③ 증폭부의 게인은 80~100dB가 쓰이며, 게인형과 감쇠형이 있으며, 게인형은

게인을 올리면 지시가 커지는 방식이고 감쇠형은 반대

④ Rejection control : 리젝션은 입사에코 등을 억제하기 위해 사용되나 증폭

직선성이 상실되므로 유의

⑤ 필터 : 파형을 평활하게 하지만 분해능은 상대적으로 저하

4. CRT 브라운관

① 수직축과 수평축(시간축)이 있으며, 수직축에는 수신부에 의한 에코, 수평축에는

소인전압 부과

② 브라운관은 spot가 이동함에 따라 탐상도형을 형광면에 나타내지만 1초에

수 백회 반복되므로 정지영상을 형성

③ 브라운관에는 휘도, 촛점, 보조 촛점, 수평위치, 수직위치 조절장치가 있음

④ Sweep Delay 조절

- 브라운관에 나타난 지시를 이동하여 원점과 일치시키기 위해 좌우로 이동

하는 회로로 지시간의 거리는 변하지 않음

- 수침법시 물거리 지시를 화면상에 나타나지 않도록 조정하는데 적용

⑤ Sweep Length 조절

- 스크린에 나타난 지시 사이의 거리가 시편의 실제거리와 연관하여 나타날 수

있도록 조절

- 시각축을 확대하거나 축소하여 지시간의 거리를 변경하므로써 송신펄스와

저면지시를 나타나게 한 후 실제 불연속부의 상대적 위치를 스크린에서 측정

5. 동기부

① 송신, 시간축, 게이트등이 시간적으로 정확히 발생하도록 제어하는 부분

② 이것에 의해 매초 몇 회 송신펄스를 보내는가 또는 브라운관 상에서 매초

몇 회의 영상을 나타나는가 결정

③ 1초간 송신펄스의 반복횟수를 펄스 반복 주파수라함

PRF	많을 때	적을 때
브라운관의 에코밝기	밝다	어둡다
자동 탐상 속도	빠름	늦음
Ghost Echo	발생이 쉽다	발생 안됨

6. 전원부

소형 탐상기는 밧데리 방식이고 표준은 교류이며, 납, 니켈-카드륨전지 : 100회 충전

7. 보조회로

(1) 게이트 회로

- UT시 나타나는 지시는 송신펄스, 결함에코, 지연에코 및 기타 불분명한

에코에 의한 지시가 있으며, 그중 결함에코만 나타내기 위해 적용

- 디지털 방식은 일정 값 이상의 문턱 값을 설정하여 그 에코에 대한 정보를 얻을 수 있음

(2) DAC 회로

- 동일한 크기의 결함도 탐촉자로부터 멀어지면 에코높이가 저하

- 거리가 증가함에 따라 확산에 의해 빔이 약화되고 재질에 따른 감쇠가 원인

- 동일 크기의 결함에 대해서 거리에 관계없이 동일한 에코를 갖도록 조정하는 것이

DAC(Compensation) 즉 거리진폭 보상곡선이라함

6. 탐촉자의 구성 및 Probe용 재료

1. 탐촉자의 구성

(1) 압전 탐촉자 :진동자

초음파 탐촉자에 주어지는 전압펄스의 여기시간은 10E-5초 미만이며, 짧은 전압

펄스는 주파수대역(Frequency Band)으로 구성되며, 이들 주파수중 공진주파수

에서 최대의 진동이 일어난다(주파수는 진동자 두께의 함수 fr=V/2t)

(2) 충진제(Backing Material)

① 재료 : Fiberous Plastic 또는 Plastic

② 충진제는 압전소자 뒷 쪽에 위치하여 압전소자의 진동을 제한하는 Damper 역활

축방향 분해능을 높이고 Frequency Band Width를 높이고 불필요한 간섭신호 제거

③ 분해능과 감도에 영향 : 분해능증대(진동을 빨리 흡음),감도의 증대(흡음이 작음)

목적에 따라 두 성질 조합

④수정진동자(흡음제와의 비 5:1), 유화리듐(1.1:1)

(3) Wear Plat

진동자 보호, 렌즈 역활, 전방 음파의 적은 흡수

(4) 기타 : 회로, case, 접지링

2. Curie Point

진동자 재료가 일정온도 이상으로 상승할 경우 압전특성을 잃게됨.

이 온도를 Curie Point라함.

온도가 상승하면 Aging이 가속되고 전기적특성을 잃게되고 최대 안정응력이 떨어짐

3. Probe용 재료

(1) 수정

특 징 및 장 점	단 점
1. 유일하게 사용되는 천연결정 2. 정을 자르는 방향에 따라 파가 결정됨 (X-cut:종파, Y-cut:횡파) 3. 전기적으로 안정성 및 불용성 4. 높은 기계적 강도(마모가 적음) 5. 큐리점이 높고, 시효저항이 큼	1. 초음파에너지 발진효율이 낮음 2. 파형변환이 심함 3. 송수신 효율이 낮음

(2) 유화리듐(Lithium Sulfate : Li□SO□)

특 징 및 장 점	단 점
1. 수신효율이 가장 좋다 2. 음향임피던스가 낮으므로 흡음이 쉽다 : 분해능이 좋다 3. 경년변화가 없다 4. 파형변환이 거의 없다	1. 깨지기 쉽다 2. 물에 용해됨 (3.75℃ 이하의 온도에서 사용)

(3) 극성자기 탐촉자(Ceramic)

특 징 및 장 점	단 점
1. 압전효과를 극성으로 유도시킨 다결정물질 2. 강자성물질을 큐리점까지 가열 후 1000V/mm 의 바이어스전압을 걸어준 상태에서 냉각, 강자성자구를 바이어스 자장의 방향으로 고정시킴으로서 극성물질을 압전물질과 같이 취급할 수 있게함 3. 송신효율이 가장 좋다 4. 고온 사용이 가능 5. 낮은 전압에서 작동	1. 압전성질의 경년변화가 있다 2. 마모가 심함 3. 파형변환이 심함

7. 탐촉자의 종류(용도)

1. 직접접촉 탐촉자(Contact type Probe) : 자동으로도 사용되나 대부분 수동적용

(1) 수직 탐촉자(Straight Beam Unit)

① 단진동자

- 송수신 겸용으로 1탐법이나 2탐법에 적용

- 송수신부와 증폭기에 탐촉자가 공용으로 결합되어 있기 때문에 불감대

(Dead Zone)가 커지고 분해능 좋지 않음

② 분활형 탐촉자(SE Probe : Dual Element Probe)

- 근거리 분해능 향상 및 박판 두께측정 능력향상

- 진동자를 음향벽으로 경계를 만들어 송신부와 수신부를 격리 송신펄스 분리

- 지연제와 진동자 기울기 선정에 주의

- 지연제는 고온 재료시 세라믹으로 만들어 초음파빔을 원거리 음장에 들어가도록

하여 결함 평가가 어려운 근거리 음장을 벋어나게 해주며 불감대를 짧게함

(2) 사각탐촉자(Angle Beam Probe)

① 종파를 Wedge를 통해 시험체에 사각으로 진행시킴

② 제1임계각 보다 크게 하여 시험체내에 종파는 없고 횡파만 존재

③ 표면파 탐촉자는 횡파를 90°로 만드는 제2차 임계각에서 발생

(3) Paint Brush Probe

① 광범위한 범위 검사시 적용

② 여러 개의 같은 성질의 Crystal을 이용한 Crystal Series 사용

2. Immersion Type Unit

① 직접 탐촉자와 구조는 비슷하지만 물과 항상 접촉하므로 방수구조

② 보호막이 없고 하나의 탐촉자로 수직과 사각의 겸용

③ Wheel Type, Focused Type

※ 수침법에 적용시 장점

① 비접촉이므로 고주파수를 사용할 수 있으므로 적은 결함에 대한 검출감도증가

및 분해능향상

② 표면 거칠기 및 곡률에 대한 영향을 적게 받음

③ 초점거리에 대해 보다 세심한 검사가 가능함

④ C-Scan을 이용한 자동화가 가능하고 얕은 Tube나 Pipe검사

⑤ Counter Effect 및  Metal Noise 감소

8. 탐촉자의 종류(형상)

1. 수직탐촉자

(1) 표준형 수직탐촉자

① 탐촉자의 진동자 재질이 수정으로 시험재의 표면에 직접접촉

수정은 단결정으로 안정된 진동을 함

② 진동자는 음전극을 시험재로 하는 탐촉자의 구조를 가지므로 접지링이나 스프링을

가지고 있으며, 진동자 표면에는 표면처리를 함

(2) 보호막형 수직 탐촉자

① 진동자는 변환효율이 좋은 압전자기계 물질 사용

② 진동자는 소성된 재료로 재질적으로 약해 쉽게 마모될 수 있어 알루미나 나

내마모성 경질 보호판으로 코팅을 함

③ 거친 표면의 경우 접착의 영향에 의해 감도가 저하될 수 있는 경우에는 연질

보호막을 사용할 수 있음 : 검사시 접촉압력의 변화로 감도가 변할 수 있으므로 유의

(3) 고분해능 수직 탐촉자

① 진동자 재료에 니오비옴산을 사용하고 진동자의 구속을 강하게 하는 댐핑제를

사용시 파형이 1파 이하의 짧은 펄스폭 탐촉가 됨

②  □□ 협대역 : 감쇠가 적은 재료에 적용하며, 분해능과 감도가 좋음

□□ 광대역 : low-pass 필터 역활을 하는 구조로 감쇠가 큰 재료에 적용시

협대역 보다 S/N가 좋지만 감도가 떨어짐

③ 이 형식의 탐촉자는 장치와 조합함으로 성능을 발휘하므로 특정장치에만 적용

(4) 지연재형 수직 탐촉자

① 아크릴 지연재

- 접촉을 안정하게 하는 방법으로 강판에서는 국부수침법이나, Gap법을 사용하며,

단강품에는 연질보호막을 사용하는데 이것은 접촉이 안정되지 않고 송신펄스가

넓기 때문에 사용에 지장이 있음

- 아크릴 지연재를 부착하면 송신펄스에 상당하는 표면 에코폭이 직접 접촉하는

것보다 좁게되어 접촉이 안정됨

② 고온지연재 : 직접접촉 탐촉자를 온도가 높은 곳에서 사용시 온도의 영향으로

기능이 저하되거나 접착부가 이완되어 탐상에 지장 초래시 고온에 강한 수지 부착

(5) 분활형 수직 탐촉자

① 한 개의 진동자로 송.수신시 송신펄스 폭에 상당하는 깊이의 결함검출 불가

② 진동자를 송신, 수신을 분리하여 분활된 지연재 위에 진동자를 부착하게 되면

송신펄스의 영향 감소

③ 유효빔거리로 부터 이탈되면 에코의 높이가 급격히 저하되므로 탐상범위

선정시 주의

(6) 집속형 수직탐촉자

① 초음파빔의 강도를 증가시키기 위해 진동자 앞에 음향렌즈를 부착한 것

② 빔을 집속하므로 최대강도점이 진동자 쪽으로 이동하게 되고 유효범위 짧아짐

③ 집속형 탐촉자는 초음파에너지가 한곳에 집중되므로 그 부위의 강도가 증가하고

이외 부는 현저하게 감소

④ 물속에 집속형 탐촉자를 사용시 탐촉자의 물에서의 촛점거리와 금속에서의

촛점거리가 달라지므로 유의

2. 사각탐촉자

(1) 표준형 사각탐촉자

① 구성 : 진동자, 쐐기, 흠읍제, Matching Coil, 댐핑재로 구성

② 쐐기 재질은 아크릴수지나 에폭시 계통의 수지가 주로 사용

③ 입사각이 탐상에 의한 마모로 굴절각이 변할수 있으므로 유의

④ 아크릴수지로 쐐기를 만들 경우 온도에 따라 변하므로 유의

(2) 분활형 사각 탐촉자

① 송수신용 진동자를 좌우 분활한 것

② 송신펄스 및 쐐기내 에코에 의한 불감대 등의 영향이 적기 때문에 접근한계

길이를 짧게 할 수 있다. 따라서 근거리 결함을 직사법으로 검출가능

(3) 점집속 사각 탐촉자

① 진동자의 결정을 곡면으로 가공하거나, 곡면으로 가공된 쐐기를 진동자에 부착

시켜 빔을 집속하는 탐촉자 : 구면진동자식, 렌즈식, 반사식 등이 있음

(4) 가변각 탐촉자

① 입사각을 다이알 등으로 자유로이 변경시킬 수 있는 구조의 탐촉자

② - 입사점 고정형 : 진동자가 Shoe에 부착되어 쐐기의 원호면을 따라 이동

- 간이형 : 입사점 및 쐐기의 빔거리가 변함

③ 탐상대상체에 대해 어느 각도로 탐상하는 것이 좋은지 판단하는 경우나

④ 각도를 변화시켜 결함으로부터의 반사특성 등에 의해 결함형상의 분류에 적용

9. 탐촉자의 설계요소

1. 탐촉자 설계시 고려사항

① 진동자 재질

② 전극의 형태 및 구성

③ 댐핑제의 종류 및 특성

④ 전면부착물(렌즈나 Shoe등)

2. Q-value와 Band Width

① Q = [eqn: { {f }_{c } } over {{ f}_{2 }-{f }_{ 1} }]

70%       fc : 중심주파수

f□: fc의 70%가 되는

아래주파수

f□: fc의 70%가 되는

f□  fc    f□                  위주파수

(Frequency Spectrum)

② Band Width = f□- f□

③ Q값이 큰 것은 공진주파수가 높은 것을 의미함

3. Sensitivity(감도)

① 작은 결함을 검출할 수 있는 능력으로 고주파사용시 감도증가

(검출감도 파장의 1/2 ~ 1/3)

② 탐촉자의 Band Width를 증가시키면 감도는 감소

4. Resolution(분해능)

① 깊이가 다른 인접한 두지시의 에코를 분리할 수 있는 능력을 말함

② Q값이 작아야 분해능이 좋아짐

5. 펄스의 폭

① 진동자에 펄스를 가하면 진동자는 진동하게되고 공진주파수에서 최대 진동

② 진동자가 최대감도를 갖기 위해서는 펄스의 폭이 커야 하며, 펄스가 크므로서

분해능은 저하→ 감도와 분해능 보완요

③ 펄스의 조절은 댐핑제를 부착하여 조절하며, 압전제와 임피던스의 비가 적을

때 펄스증대 ( 수정 5:1 유화리듐 1.1 : 1)

④ 펄스의 폭이 적어지면 표면근처의 결함 검출에 유효함

⑤ 댐핑제는 진동자로부터 음파는 전면뿐만 아니라 후면에서도 전파되므로

후면에서 발생한 음파를 감쇠시켜 되돌아 나오지 못하게 함

※ Q값이 크고, BW가 작고 Pulse Width가 클수록  감도는 증가하고 분해능이 낮아짐.

9. 초음파 탐촉자의 선정요소

1.초음파 빔의 방향선택

① 피검체의 결함방향을 고려하여 수직.사각탐상 결정

② 횡파용 사각 탐촉자에서 35 ~ 70°굴절각이 주로 사용됨

③ 용접부의 사각 탐상에서는 45 ~ 80°의 굴절각이 사용되며(45, 60, 70°)

- 판 두께가 크거나 덧살이 없을 때 작은 굴절각이 사용됨

- 판 두께가 적거나 덧살이 있을 때 큰 굴절각이 사용됨

④ 사각탐촉자는 쐐기 내 에코 또는 쐐기의 크기에 의해 성능이 상당이 좌우되며

70°이상의 굴절각에서는 표면파가 발생할 수 있어 탐상에 장애 초래

⑤ 관재의 사각탐상시 관두께와 지름과의 비의 대소에 의해 굴절각을 선정해야

하며, 그렇지 않을 때는 탐상되지 않은 범위 발생

⑥ 종파용 탐촉자로 수직 탐촉자가 주로 사용되며, 굴절각 20°이하의 종파 사각

탐촉자를 이용하여 측면의 영향을 피해 측면의 결함 검출에 적용

2. 탐촉자의 주파수 선택

① 고려사항 □□ 탐상하고자 하는 최소결함의 크기

□□ 피검체의 입자구조와 크기

□□ 피검체의 초음파 흡수특성

② 주파수는 가능한 높게 선정 :  최소탐지 가능 결함이 1/3□이므로 주파수가

높을수록 감도는 좋아지며, 지향성 및 짧은 Pulse를 방출함으로 분해능 증가

③ 균열 등의 면상결함은 현저한 방향지향성을 가지므로 초음파가 그 면에 수직으로

입사하지 않으면 충분한 반사에코를 얻을 수 없고, 이 현상은 고주파에서 뚜렷

하게 나타나므로 필요 이상의 높은 주파수를 선정하지 않아야 한다.

④ 탐상면이 거칠 때에는 높은 주파수가 입사하기 힘드므로 저주파수 사용

④ 피검체의 입자가 크거나, 초음파 흡수능력이 큰 재료에는 저주파 선정해야 함

입자가 크면 입자와의 경계면에서 산란이 커져 빔의 투과깊이가 작아지고 감도가

저하되며, 잡음신호와 결함신호와의 구분이 힘듬

⑤ 주파수 선정은 감도, 분해능 및 입자의 크기 등을 고려하여 선정

단조품 :2-6, 주강품 :0.5-2, 세라믹 :2-4, 합성고무 :1-4, 콘크리트 :50-200 KHz

3. 탐촉자의 치수

① 주파수가 같아도 진동자의 치수가 바뀌면 결함에코(F)와 저면에코(B)의 비가

달라지므로 유의

② F/B의 값은 진동자 치수에 의해 좌우되며, 특히 진동자가 작을수록 F/B 그렇다

진동자의 치수가 작을수록 F/B의 비가 조금 크게 나온다.

③ 근거리음장의 크기는 탐촉자 직경이 증가할수록 증가하며, 탐촉자 치수가 증가

증가하면 지향성이 증가하고 분해능이 증가함

④ 탐촉자에서 결함까지 거리와 결함에코와 높이의 관계는 진동자의 크기에

따라 좌우되며,

- 진동자가 큰 경우에는 빔의 분산이 작아짐으로 거리에 별로 좌우되지 않음

- 진동자가 작은 경우에는 빔의 분산이 커 거리가 증가할수록 에코의 높이가

급격히 하락

4. 요약사항

① 탐상표면이 거칠면 저주파 사용

② 조직이 조대시 저주파 사용

③ 분해능 요구시 고주파 광대역 탐촉자

④ 빠른 탐상시 저주파

10. 초음파탐상법

1. 투과탐상법

① Through Transmission Method(탐촉자 2개) : 한 개는 송신, 또 하나는 수신

② 두개의 탐촉자를 양변에서 마주보게 배치하여 내부 결함 존재시 수신 탐촉자에

수신에코 높이가 낮아며, 큰 결함존재시 수신에코가 소멸할 수 있음

내부에 큰결함 존재시 수신에코가 소멸할 수도 있음

③ 감쇠가 심하고 내부에 큰결함이 존재하는 Ingot 검사에 적합

④ 단점으로는 결함의 깊이와 신호를 알 수 없음

⑤ 송신 탐촉자로 티탄산 바륨, 수신 탐촉자를 황산리듐 사용시 효과적이다

2. 펄스반파법

① Pulse Echo Method : UT에 가장 많이 사용되는 방법으로 한쪽면에서 탐상가능

② 한개의 탐촉자를 이용하여 송.수신, 결함지시는 송신에코와 저면에코 사이

③ CRT 스크린을 조정하여 결함의 위치를 정확히 알 수 있다

④ 2탐촉자법은 표면이 거칠거나 불규칙한 경우 또는 저면이 전면과 평행하지 않을때 적용

⑤ 종축은 반사된 음압의 진폭, 횡축은 시간(거리)를 나타냄

3. 공진법

① Resonance Method

② 시편의 두께가 초음파 파장의 반파장 또는 정수배에서 공진 발생

③ 파장을 주파수를 이용하여 조정 : 주파수를 변화시켜 파장을 변화

공진주파수 얻으므로 두께측정가능  t = V / 2fr

④ 핵연료봉 같은 얇은 시험편의 두께측정에 적용되나

⑤ 탐촉자의 성능이 좋아져 펄스반파법으로 대치됨

- A 위치에 있을 때 Standing Wave가될 때까지 공진

- B를 지날 때 공진하기 위해 주파수가 다시 변함으로 결함 검출

4. 사각 탐상법

① 검사표면에 어떤 일정각도로 음파를 전파시켜 검사

② 선정된 각에 따라 시험편에 형성된 파형이 횡파나 종파 또는 표면파가 됨

③ 사각탐상의 경우 음파는 각도를 가지고 시편에 입사하게 되고

④ 입사된 파는 불연속이나 계면에 의해 방향이 변경될 때까지 연속전파

⑤ 사각탐상법에서는 저면에코가 없으며, 단지 결함이나 계면에서 반사

5. 표면파 탐상법

① 제2임계각이나 X-Cut 수정에서 발생한 표면파를 이용하여 재료의 표면결함 탐상

② 두꺼운 시험체의 표면 또는 곡면을 따라 진행하며, 확산에 의한 감쇠가 적으므로

멀리 까지 전파

③ 한쪽은 고체(강한 탄성력), 다른 쪽은 기체(탄성력 거의 없음)의 계면진행

④ 물속에 잠긴 고체에는 진행 못함 : 표면거칠기, 구리스, 먼지등에 영향받음

단, 고체와 액체의 표면에서 액체층이 얕은 경우 진행이 가능함

⑤ 횡파속도의 약 90%

⑥ 표면하 1파장 이내에 유효에너지 집중 (50%가 1/4파장 내)

⑦ 곡면을 따라 진행, Sharp Edge에서 반사(복잡한 형상의 곡면탐상)

6. 판파법

① 판파는 가변각 탐촉자를 사용하여 입사각 □ = sin-□(Ci / Cp)의 조건을

만족 시킬 때 판파 발생 (Ci : 쐐기의 음속, Cp : 판파의 위상속도)

② 위상속도는 사용주파수와 판파의 곱과 판파의 모드에 의해 결정됨

③ 판파법에서는 표면결함과 내부결함을 동시검사가 가능하고

④ 전파시 확산손실이 적기 때문에 검사가능거리가 1m 이상일수 있음

⑤ 수침법을 사용시 파동에너지가 수중에서 방사되어 전파손실이 크므로 수mm이하

⑥ 두께 5mm이하의 얇은 강판의 라미네이션 등의 검사에 타이어 탐촉자를 이용

하여 온라인 자동탐상등에 적용된다.

11. 수침법(Immersion Method)

1. 개요 : 탐촉자와 피검체를 함께 물속에 넣어, 초음파빔이 물에 통과하여 피검체에

들어가게 되며 필요에 따라 각도를 변화시켜 수직. 사각탐상을 할수 있는 검사

방법임: 연구실, 자동탐상, 정밀탐상에 이상적

2. 전몰수침법

① 탐촉자와 피검체 모두 물속에 잠겨 Manipulator를 이용하여 빔을 방향을 조정

하여 한 개의 수직 탐촉자로 사각 및 수직탐상 병행

② C-Scan과 같이 자동탐상에 주로 적용되며, 표면하 결함을 검출하기 위해 집속빔

③ 물거리는 탐촉자와 피검체 표면간 거리로, 물속에서  초음파 전달시간이 금속

보다 길기 때문에 이를 고려하여 물거리 지시가 피검체 표면지시와 제1저면에코

사이에 나타나지 않도록 주의 요망 (t/4 + 1/4")

③ 고주파수를 사용함으로 탐상감도증가

④ 근거리음장의 영향이 없어 표면하 결함검출에 영향이 없음

3. 국부수침법

① 전몰수침법의 변형태로 피검체의 형태나 크기로 인해 피검체를 수조에 침적이

힘들 경우 적용하며, 탐촉자 주위에 케이스 또는 박막을 만들고 국부적으로

국부적인 수조를 만들어 검사하는 방법

② Bubbler Method은 판재, 실린더 및 일정한 양상의 재질의 고속자동주사에 적용

③ Squirter Method(분류탐상법) : 시험체의 상하에 초음파를 대향시켜 탐촉자와

시험체 사이에 제트물 유동 층으로 음향적으로 결합시켜 투과법으로 탐상하는

방법으로 강판의 연속자동검사에 적용됨

④ Gap 법 : 탐촉자와 시험체 표면 사이에 수파장 정도 이하의 갭을 설정하고

그 사이에 물을 채워 검사하는 방법

4. 휠 탐촉자법

① 탐촉자가 물의 경로를 따라 피검체에 입사하므로 수침법의 원리를 따름

② 내부에 물이 채워진 고무 타이어 내에 탐촉자가 고정되어 있으며, 휠은

자유로운 회전운동을 하며, 고무를 통해 탐촉자가 입사함

③ 휠을 이동장치에 부착하여 피검체위를  이동하며 주사하거나 피검체를

이동시켜 가면서 주사가능

④ 휠 내에 탐촉자가 고정되어 있으므로 타이어와 피검체의 각도를 조정하여

사각탐상 가능 → 45°가 가장 맣이 사용됨

⑤ 특수형 탐촉자 : Cross- eyed Lamb Search Unit

- 두개의 입사각을 갖는 탐촉자를 사용하여 두 개 빔이 서로 Cross하게 하여

얇고 좁은 판재의 검사에 적용

- 입사각과 빔의 방향을 검사될 재료의 폭과 두께에 적절하게 선정하면

두 초음파 빔에 의해 판파가 발생하여 검사

5. 수침법에 적용시 장점

① 비접촉이므로 고주파수를 사용할 수 있으므로 적은 결함에 대한 검출감도증가

및 분해능향상

② 표면거칠기 및 곡율에 대한 영향을 적게 받음

③ 초점거리에 대해 보다 세심한 검사가 가능함

④ C-Scan을 이용한 자동화가 가능하고 얕은 Tube나 Pipe검사

⑤ Counter Effect 및  Metal Noise 감소

12. 주사표시(Scan Presetation)

1. A Scan

① 가장 많이 사용되는 방법

② CRT 수평축은 시간축으로 탐촉자로부터 거리를 나타내며

③ 수직축은 반사된 에코의 높이를 나타내며

④ 반사된 에코의 높이와 위치로 결함의 깊이 및 결함의 크기 평가

2. B Scan

① 피검체의 단면을 볼 수 있는 표시법으로 결함의 깊이와 길이 평가

② 피검체의 표면과 결함위치 및 피검체 저면을 쉽게 구분가능

③ CRT스크린에서 오래 지속되는 형광을 이용하여 피검체 단면을 관찰

④ 탐촉자를 피검체의 표면에서 동일한 속도로 직선주사

⑤ 지시에코가 수직방향으로 나타남: 위에서 아래로 읽어 깊이측정

※ 단점

① 피검체내에 초음파 빔과 일직선상에 여러 개의 결함이 존재시 가장 가까운

1개의 결함만 탐상가능

② 초음파빔에 평행인 지시의 넓이의 탐상불가

③ 초음파빔이 원추형이므로 저면측 결함이 표면보다 크게 나타남

3. C Scan

① Planar View : RT-필름과 유사

② 고속 자동주사로 탐상결과 영구기록

③ 수침법에 주로 적용

④ 결함의 위치나 깊이는 알 수 없음

13. 접촉매질 (Couplant)

1. 개요

초음파 탐상시 탐촉자와 탐상면의 공기를 게거하기 위한 액체나 풀을 접촉매질이라함.

탐촉자와 피검체 사이에 공기가 있으면 음향임피던스의 차이가 크므로

초음파가 피검체에 전달되지 못함

2. 접촉매질의 작용

① 초음파가 피검체에 쉽게 전달할 수 있도록 중간의 공기층 제거

② 탐촉자의 주사운동을 쉽게 함

③ 표면이 거칠 경우 접촉매질을 많이 적용하여 초음파 산란이 적도록함

3. 접촉매질 구비조건

① 피검체 및 탐촉자 표면에 잘 접촉되어야 함

② 적용이 쉬워야 하며, 너무 빨리 마르지 않아야 함

③ 탐촉자가 피검체에 쉽게 움직이도록 적정한 윤활작용을 해야함

④ 균일하고, 고체물질이나 거품발생이 없어야 함

⑤ 오염물이 없어야 하며, 부식성, 독성, 인화성, 유해성 등이 없어야함

⑥ 검사조건에서 얼거나 증발하지 말아야 함

⑦ 검사가 끝난 후 쉽게 제거되거나 증발되어야함

4. 접촉매질의 종류

① 물 : Wetting Agent등을 첨가하여 접촉을 향상시키고, 공기필름을 제거함

점성이 낮아 수직탐상에서는 호수로 탐상면에 계속 물을 공급해야함

② 물베이스 젤라틴(Gelatin): 복합재료에 주로 적용 →물에 녹기 때문에 제거용이

③ 오일이나 그리스(Grease): 점성이 높아 물보다 피검체에 오래 동안 머물 수

있고 Heavy 오일이나 Grease등은 거친표면에 적용

④ 글리세린(Glycerine) : 물이나 오일에 비해 피검체에 접촉능력이 좋고,

⑤ 탐촉자와 피검체간의 음향임피던스의 Match가 좋음

14. 초음파 빔에 대한 피검체의 영향

1. 표면거칠기

① 표면에서 굴절과 저면에서의 난반사로 인해 산란발생으로 감도저하

특히 표면 거칠기가 초음파의 파장이 상시 감도저하가 심함

② 송신펄스의 폭이 증가하여 근거리 분해능이 저하됨

(표면의 굴곡으로 인해 Side Lobe가 탐촉자로 되돌아 와서 송신펄스가 길어

지며 스크린에서도 송신펄스의 폭이 넓어진다)

③ 개선대책

□□ 표면을 매끄럽게 한다

□□ 탐상기의 게인을 올린다

□□ 저주파탐촉자를 사용한다

□□ 초음파 출력이 높은 탐촉자를 사용한다

□□ 점도가 높은 접촉매질을 사용하여 Heavy Coating을 한다

□□ 탐촉자 표면에 보호막을 사용하여 접촉개선 및 탐촉자 표면파손 방지

2. 피검체의 형상

① 피검체의 표면과 저면이 평행하지 않을 경우 저면에코의 소실이나 비관련지시 발생

② 피검체의 표면에 굴곡이 있을 경우 초음파가 굴절되어 빔이 분산되며 접촉

면적이 감소되어 탐상감도의 저하

③ 표면이 볼록할 경우 결함의 과소 평가, 오목할 경우 과대평가 우려

④ 개선책 : 피검체 표면의 굴곡에 맞추어 탐촉자 전면에 Adapter 또는 쐐기를

부착하여 접촉면적 증가로 감도저하 최소화

3. 피복된 표면(Coated Surface)

① 페인트, 잘 밀착된 얇은 스케일 등은 탐상에 지장이 없으나,  Loose Scale등

접촉이 불안전한 부착물은 초음파의 진행을 방해하므로 제거 후 탐상

② 피검체 표면의 습기나 Grease등은 접촉을 향상시키므로 큰 문제 없음

4. 피검체내의 파형변환

피검체에 굴곡, 형상 등으로 초음파의 분산이 생겨 반사원에서 반사된 초음파빔이

탐촉자로 직접 되돌아 오지않고 피검체 측면 등에서 파형 변환→ 의사지시

5. 결함의 방향과 깊이

① 초음파는 투과깊이가 증가할수록 산란 및 분산 등으로 감쇠가 발생함

이러한 감쇠를 보상하기 위해 거리증폭곡선(DAC)을 이용함

② 초음파의 결함과 진행방향과 수직일 때 최대의 탐상결과를 얻을 수 있으며

초음빔과 거의 평행인 결함에 대해서는 감지하기가 매우 힘듬

③ 이러한 초음파 특성으로 용접부 등의 탐상시 주사방향을 바꾸어 가면서

탐상해야 여러 방향의 결함을 검출할 수 있음

15. 결함종류 추정방법

※ UT로 결함종류를 추정하는 것은 쉬운 일이 아니나, 구조물의 강도 및 안전성

평가에 중요하므로 얻어진 정보, 시험체의 특성, 결함의 발생특성 등을 감안하여

과거의 경험을 기초로 어느 정도 추정

1. 에코 높이에 의한 방법

① 최대에코의 높이법 : 결함의 종류에 따라 에코의 높이가 다름

(원형결함 : 에코높이가 낮음, 면상결함 : 에코의 높이가 높음)

② 탐상각 변화법 : 굴절각이 다른 여러 개의 탐촉자를 사용하여 각각의 에코의

높이 차이로 추정(45,60,70의 굴절각을 갖는 탐촉자로 측정시 최대치와

최소치의 차이가 5dB이상이면 면상)

③ 용접부 양측 양면 탐상법 : 용접부의 표면과 저면 양면과 양측을 탐상하여

에코높이의 차이에 의해 결정(높이가 크면 기울기가 있는 면상 결함, 작은 면

선형또는 수직방향의 용입부족)

④ 1탐법과 2탐법의 병행 (1탐법 작고 2탐법에서 크면 탐상면에 수직인 면상

결함 반대면 탐상면에 기울기가 잇는 면상이나, 원형결함)

⑤ 에코높이의 저하율 측정 : 결함의 표면이 거칠거나, 불규칙하거나, 경사에 따라

에코의 저하가 달라짐(균열과 융합불량 판별에 사용)

2. 주사방법에 의한 방법

① 진자주사와 목돌림주사를 이용 : 진자각과 목돌림각에 따른 변화측정

(면상결함: 에코높이의 변화가 큼, 원형결함: 에코높이의 변화가 큼)

② 좌우주사 및 전후주사법 : 주사그래프 모양으로 추정

(사전에 각종 결함별 주사그래프 모양준비)

3. 결함의 위치와 발생특성으로 추정하는 방법

용접결함은 그 종류에 따라 발생하는 위치가 규칙성이 있으며

- 용접방법    □□□

- 접착부 형상 □□□ 등에 따라 발생유형이 있으므로 이런 특성을 고려

- 개선형태    □□□ 하여 종류를 추정

4. CRT화면으로 추정하는 방법 : CRT화면에 나타난 에코의 파형으로 종류추정

- 슬래그혼입 : 톱니모양과 같이 불규칙

- 밀집 기공  : 빔거리가 다른 여러 개의 에코가 순간적으로 나타났다가 없어짐

5. 주파수 분석법 : 에코의 주파수 스펙트럼을 얻어 이 형상으로 추정

- 면상결함: 스펙트럼의 요철이 많음

- 원형결함: 주파수 스펙트럼이 매끄러움

※ 균열, 기포판별에 적용

6. 용접부 결함종류 추정방법

※결함의 위치와 치수를 알고 피검체의 제조과정과 발생 가능한 결함의

종류를 이해한 후 결함의 종류를 추정한다.

① 단독기포 (Isolated Pore): 원형이므로 초음파반사율이 낮음(에코가 낮음)

- 진자주사를 하여도 에코높이의 변화가 적음

- 목돌림주사나 전후.좌우주사를 하면 에코의 변화가 빠름

② 군집기공(Porosity): 기공의 수나 분포에 따라 CRT상에 작은 에코가 많이

나타남(슬래그는 소나무 형상으로 나타나나, 군집기공은 작은 에코가 분리됨)

③ 슬래그(Slag): 에코의 높이는 용입부족과 균열 등과 비슷하게 나타나나

모양이 다름 (결함표면이 매끄럽지 못하고, 최대에코에서 최소에코까지

빔거리가 변하며, 계속적으로 높이가 낮아지는 소나무형상)

④ 선형결함(Linear Defect): 초음파에너지를 특정방향으로 반사시키므로

진자주사나 목돌림주사시 높이가 급격히 변하므로 슬래그와 쉽게 구분

(균열, IP, LF등은 모두 선형결함으로 용접부 한면에서만 탐상한 에코의

높이와 모양으로만은 구분이 힘드므로 용접부내 발생위치를 기초로 추정)

16. 시험결과에 영향을 주는 변수

1. 전기적 간섭

① Noise Effect

② 시간축직선성 및 증폭직선성의 결여

③ 시험체 내에서의 다반사: 재료의 감쇠효과가 적으면 다른 펄스가 발생되기

전에 초기펄스가 완전히 흡수되지 않는다

2. 탐촉자에 의한 간섭

① Coupling Block(곡면 등에서 탐촉자의 접촉을 증가시키기 위해 사용) 간섭

② Loose Crystal

3. 표면장해

① 송수신 탐촉자 사이의 표면파

② 표면파 반사

③ 표면 불균일 : 표면파에 의한 검출

④ 표면거칠기

4. 굴절에 의한 장해

- 반사 및 굴절에 의한 Mode Conversion에 의한 Delay Signal의 발생

5. 시험편 형태에 의한 장해

① Fillet & Corner형

② Cylindrcal Part형

6. 시험재료의 구조변화에 의한 장해(Grain Size)

① 저면반사지시의 감소

② 결함지시와 잡음의 구분이 힘듬

③ 내부구조의 국부적 변화

7. 기타

① Couplant Flow Indication

② Ghost Signal : PRF 효과

③ 적산효과(Accumulated Amplitude)

17. UT에서의 주요변수

1. Frequency

① Sensitivity : 고주파수 사용시 증가

② Resolution  : Band Width에 비례, Pulse 폭에 반비례, 주파수에 비례

③ Penetration : 저주파시 증가

2. Acoustic Impedance(Z=□V)

3. Angle of Incidence : - 파형 변환, 굴절, Snell's Law

4. Critical Angle : 1st와 2st Critical Angle 사이에서 실시, 2st :표면파

18. 결함의 높이측정

1. 탐촉자의 이동거리를 이용하는 방법

① dB Drop법 : 6,10,20dB Drop법

② Reference Level법 : DAC 법, 에코소멸법

③ 유효빔 넓이법 : 20dB Drop법, 에코소멸법

2. 에코높이 이용법

① 에코높이법

② DGS선도법

③ Tomography법

④ Scattering Wave법

⑤ Tandem법

⑥ Transmission & Reflection법

3. 경과시간 이용법

① Peak Echo

② 산란된 종파이용법

③ 파형변환된 표면파 이용법

④ 산란파법

⑤ 표면파법

⑥ 표면파-종파 또는 횡파 파형변환법

⑦ 종파-횡파 파형변환법

4. 주파수 이용법

① 주파수분석법

② Spectrum법

5. Imaging법

① B-Scope법

② Sythetic Aparture법

③ Holography법

6. 탐촉자의 이동거리를 이용한 방법

(1) dB Drop법

① 탐촉자를 전후주사하여 최대에코가 미리 정한 De dB만큼 낮아 졌을 때의

② De값으로는 6,10,20 dB값이 적용됨

③ H = x cotan□

④ 결함면에 5°이내의 수직입사시 정확한 값을 얻을 수 있음

(2) Reference Level 법

① DAC를 이용한 Reference Level법은 대비 시험편을 이용 미리 에코의 높이를

설정한 후, 결함을 전후주사하여 에코높이가 설정된 높이 이상 유지하는

탐촉자의 주사거리를 결함높이로 계산하는 방법

② ASME Sec.V에서 100%와 50%의 DAC 커브를 그리고 100% 초과시 50%를 초과

하는 탐촉자의 전후길이에 cotan□를 곱하여 높이 구함

※ 빔소거법

① 에코가 완전히 사라질 때 까지의 탐촉자의 이동거리를 이용 높이 측정

② 결함에 대한 빔의 각도가 5°이상이거나, 결함의 크기가 분산각보다 작으면 부정확함

③ 빔이 결함면에 수직이면 더 크게 측정됨

(3) 유효빔폭법(Effective Beam Width Method)

① 20dB Drop법 : 대비시험편에서 구한 탐촉자 이동거리(L1)를 구하고 실제

시험에서 20dB Drop에 의한 탐촉자의 이동거리(L2)를 측정하여 높이를 구함

H = (L2 - L1) cotan□

② 에코소멸법 : 결함에코를 탐촉자를 전후주사 하여 소멸되는 곳까지 탐촉자

의 이동거리를 횡열의 빔거리로 보정하여 결함의 높이를 구하는 방법으로

결함의 끝단을 실측하게 되므로 20dB Drop보다 정확함

(4) Digiacomo el al 법

최대에코로 부터 12dB 낮아진 에코의 위치에서 빔분산각 r1과 r2와 대응하는

X1과 X2를 이용 아래공식에 의해 높이 결정

H = X2 cos(□+r1) - X1 cos(□-r1)

7. 경과시간을 이용한 밥법(Propagation Time)

(1) 결함끝단 에코법(Flow Tip Echo Method, Peak Echo Method)

① 초음파 빔이 결함에 10°이상의 각도로 입사시 결함의 끝단에서 Peak에코가

얻어지는데 이 Peak에코의 빔거리와 탐촉자의 굴절각을 이용하여 결함높이 측정

② 정밀측정을 위한 필요조건

- 빔이 내부결함에는 10-15°, 표면에열려진 결함은 10°이상으로 입사

- 표면거칠기 : 파장의 1/15-1/30이상

- 빔거리가 짧아야 함(100mm)

- 결함이 너무 압착되지 않고 높이가 2mm이상이어야 함

- 2MHz정도의 저주파가 효율적임

- 집속탐촉자를 사용하면 1mm까지 정밀 탐상

(2) 종파산란을 이용하는 방법

종파가 빔에 평행한 면상결함에 입사시 결함의 상단부와 하단부에서 산란된

산란파로부터 에코를 얻을 수 있음

이 두에코의 빔거리차로 결함의높이를  구할수 있음

(3) 파형변환된 표면파 이용

S

↖↘

Dr   ○→R

① 결함으로부터 직접 반사된 횡파와 표면파로 모드전환된 빔거리차를 이용

② 정밀 탐상조건

- 면상결함시 빔에 대한 결함의 각도가 25°이상

- 단독지시

- 집속탐촉자

- 결함이 너무 압착되지 않고 1mm이상의 높이

- 불규칙 모양보다 선형이면 유리

(4) 산란파법

탐촉자간 거리(d)를 일정하게두고 결함높이를 결함높이에서 투과되고

반사되는 시간의 비례관계로 구함

(5) 표면파법

① 송신과 수신탐촉자를 결함과 마주 보게하고 송.수신간의 시간차로

결함의 높이를 구하는 방법

② 표면이 열려있는 결함만 측정가능

③ 액체에는 전달되지 않으며, 날카로운 모서리는 표면파가 건너뛰거나

비관련지시를 나타낼 수 있으므로 주의

(6) 표면파-횡파(종파) 파형전환

① 두 에코의 시간차로 결함의 높이 또는 깊이 측정

② 한 개의 에코는 A에서 반사된 표면파이며, 두번째 에코는 결함의 끝단 B에서 종파나

횡파로 파형전환되어 저면에서 되돌아간 에코임

(7) 횡파. 종파의 파형변환법

① 그림과 같이 횡파가 결함의 저면 끝단에 약 30°로 입사시 두 개의 다른 에코 발생

② 하나는 결함 끝단에서 반사된 횡파고 다른 하나는 결함 끝단 에서 종파로

변환하여 저면으로 진행되어 다시 횡파로 변환되어 돌아온 에코

8. 에코의 높이를 이용하는 방법

(1) 에코높이법(Echo Amplitude Method)

분해능이 크고 주파수 밴드폭이 넓은 사각탐촉자를 이용하여 두께 6mm이하

인 강판내의 결함길이가 폭보다 큰 평면형 결함 높이를 구하는 방법

(2) 산란파법(Scattering(diffraction) Wave Method)

① 60-70°사이의 종파 사각탐촉자를 d 만큼 떨어져 마주 보게한 다음 송신탐촉자에서

종파를 보내면 결함 끝단에서 산란이나 회절파가 수신탐촉자에 수신됨

② 탐촉자간의 거리, 에코의 높이, 결함의 높이는 서로 관련되므로

에코의 높이와 거리 d로서 결함높이를 구하는 방법

(3) Tandem법

두께가 두꺼운 양면 V용접부의 용입부족과 같이 탐상표면에 대해 수직방향

에 있는 내부결함을 두개의 탐촉자를 0.5 Skip거리 만큼 떨어져서 탐상

(4) 투과와 반사법(Transmission & Reflection Method)

① 투과와 반사를 동시에 이용하는 방법

② 결함의 단면길이에서 두 파 즉 투과파와 반사파의 에코높이 변화를 이용하여

결함의 높이를 측정하는 방법으로 실험실적 방법임

9. 주파수를 이용하는 방법

(1) 주파수 분석법

① 빔의 분산각 내에 결함이 존재시 빔이 결함의 상부 및 하부에 도달하게되면

그 곳에서 구면파가 발생한다

② 이 두개의 파가 탐촉자에 도달해서 포개져 간섭이 일어남.

이 두파의 노정차가 파장의 정수배가 되면 간섭파의 진폭이 커짐

③ 진폭이 커지는 두 곳에서는 아래의 식이 성립함

□f = fn+□- fn = V / 2 h sin□

④ 공진이 다른 두개의 산의 간격 □f를 측정하면 결함높이 h가 구해짐

⑤ 자연결함에서는 상하단으로부터의 에코 외에 다른 곳으로부터의 에코와

동시에 얻어져 적용이 곤란한 경우도 있음

⑥ 결함 상하의 에코를 동시에 얻어야하므로 큰 결함은 적용이 곤란함

(2) Spectrum 법

① 주파수분석법으로 얻어진 주파수 스펙트럼에서 Reference Wave를 상쇄한

후 다시 이 결과를 Time Domain으로 재생시켜 스펙트럼을 구하여 이 스펙트럼

으로부터 결함 높이를 구하는 방법

② 스펙트럼 분포도에서 각각의 Peak는 결함의 상단이나 하단 같은 반사원이며

이 Peak간의 시간차로 결함의 높이를 구하는 방법

③ 단순한 결함은 적용이 가능하나 복잡한 형태는 적용불가

10. 영상법 : 결함의 높이를 주사장치를 개발하여 영상으로 변환시키는 방법

(1) B-scope법

초음파를 계속 움직여가면서 피검체를 B주사법으로 주사하여 얻어진

정보를 집적영상으로 나타낸 것

(2) Synthetic Aperture Method

피검체를 초음파를 계속 움직이며 여러 곳에서 주사하여 얻어진 각 주사지점

의 정보를 합성하여 영상으로 만들어 내는 방법

(3) Holography Method

피검체를 초음파빔과 레이져 등의 Reference Beam을 동시에 주사하여

두 빔의 간섭현상을 이용하여 피검체 영상으로 합성하는 방법

19. 사각탐촉자의 전이손실 측정

1. 대비시험편을 이용한 계산

① 탐상에 사용할 주파수, 크기, 굴절각이 동일한 2개의 탐촉자를 선정

② 대비 시험편과 피검체의 1 Skip과 1/2 Skip거리를 계산한다

③ 송수신 탐촉자를 대비시험편의 1 Skip거리에서 마주보게 배치하여, 최대에코가

얻어지는 곳에서 수신된 에코가 스크린 높이의 1/2이 되도록 게인을 조정(A1)

④ 피검체에서도 3번과 같은 조작을 하여 얻은 값을 A2라 함

⑤ DGS 선도 상에서 대비시험편과 피검체의 반 스킵간의 dB차를 A4라 함

⑥ 대비시험편의 반 스킵과 피검체의 반 스킵간의 감쇠차를 계산하여 A5라 함

⑦ 전이손실 = (A1-A2) -(A4+A5)

2. 스크린상에서의 얻음

① 대비시험편에서 송수신 탐촉자를 마주 보게 한 후 1 스킵거리에서 최대에코

위치에서 에코의 높이를 스크린의 80%로 맞추고, 게인을 변경시키지 않고

2 스킵거리에서 최대에코점을 찾는다

② 1스킵점(스크린80%)과 2스킵점의 최대에코점을 스크린상에서 직선으로 연결

③ 게인을 변화시키지 않고 피검체의 1스킵점에서의 최대점을 찾는다

④ ③에서 구한 높이와 ②에서 그은 선과의 차이가 있을 경우 게인을 조정하여

피검체의 높이가 대각선과 교차되는 점의 높이가 같도록 조정한다

⑤ 이때 조정한 게인의 값이 전이손실의 값이 됨

※ 이 경우 대비시험편의 1스킵과 2스킵사이에 피검체의 1스킵이 존재하는 경우. 가능함

20. 초음파의 감쇠

1. 개요

음파가 고체에 전파시 파두면이 넓어지기 위한 확산손실, 재료의 내부마찰

및 조직경계에서 산란으로 음파의 에너지가 감소함

Px = Po Exp(-□x) , Po는 x=0일때의 음압 , □ 는 감쇠계수

□ = [eqn: { ln( { { P}_{0 } } over { { P}_{x } } )} over {x} = { 20log( { { P}_{0 } } over { { P}_{x } } )} over {x}]

2. 내부마찰에 의한 감쇠

① 금속을 외부에서 에너지를 주지 않고 자유진동 시키면 그 진동은 결국 쇠퇴

해서 멈춘다.

② 이것은 진동에너지가 금속의 내부에서 열 및 용질원자의 진동형태로 소비된

것이며, 이런 현상을 내부마찰이라 함

3. 전위운동에 의한 감쇠

① 전위가 존재하는 재료에 응력이 걸리면 전위가 운동을 할려고 하며, 이 운동과

진동응력 사이에 위상이 어긋나면 에너지의 손실이 발생함

② 전위의 밀도, 전위의 길이, 공공 및 불순물의 존재에 따라 감쇠의 값이

달라지며, 전위 밀도가 증가할수록 감쇠가 증가함

4. 자벽운동에 의한 감쇠

① 강자성체 재료에서는 결정이 자구로 나뉘어져 있으며, 이자구에 외력이

걸리면 자기변형 현상에 의해 자화곡선이 변화고 자벽의 이동이 발생함

② 반복응력의 경우 자벽도 진동하고 에너지 손실이 감쇠로 나타남

③ 강력한 자장으로 자기 포화시키거나 미리 자기변형을 충분히 주면 감쇠도 감소함

5. 산란에 의한 감쇠

① 초음파가 진행하는 매질이 완벽하게 균일하지 못하기 때문에 입자경계면의

음향 임피던스의 차이에 의해 산란 발생

② 내부 개재물, 기포, 불순물들이 개재된 입계 등이 주원인임

21. 음속측정법

1. 개요

① 음파가 전파하는 속도를 음속이라 함

② UT에서 반사원의 정확한 위치를 구하고, 두께측정을 정확히 하기 위해 정확한

음속측정이 필수요건임

③ 음속을 측정하여 재료의 탄성계수 측정 및 재료의 변형응력 측정 등에 응용

2. Sing-Around 법

① 시험체 내부에 송신하여 수신된 초음파 펄스를 증폭. 성형하고 이것을 Feedback

하여 다음의 초음파를 Trigger함

② 이 공정을 반복하면 트리거 주기가 초음파 전파시간과 전 기계의 시간의 합으로

자동적으로 정해져 오기 때문에 반복주파수를 읽어 전파시간을 구함

③ F = 1/t = 1/(tL + tc),              L : 시험체의 두께

통상 tL 》 tc 이므로,               tL : 전파시간

F= 1/tL = C/L,                    tc : 전기계 지연시간

C=FL                              F : 펄스반복수

④ 펄스가 측정계내를 돌기 때문에 Sing-around법이라 하며, Sing-around수가

많을수록 정밀도 향상

⑤ 이 방법은 전기적 지연시간, 트리거의 타이밍 변동, 접촉매질에 의한 위상지연

등 확정이 어려운 요소가 있으므로 측정정밀도가 좋지 않으나

⑥ 수신펄스를 디지털 게이트를 선택하면 정밀도가 0.01%로 향상됨

3. 펄스 오버랩법

① 초음파 펄스를 여기하는 트리거 신호와 오실로스코프의 외부 트리거신호의

주기를 같게 하고

② 양쪽의 트리거 신호를 발생시키는 구형파 발진기의 주파수를 조정하여 2개의

에코(예: 1회 저면에코와 2회 저면에코)를 오실로스코프상에 정확히 겹치게 함

③ 이때의 트리거신호의 반복주파수 F를 측정하여

T = 1/F, V = 2L/T

④ 2개의 에코를 겹치게 할 때 측정자의 기능이 정밀도에 영향을 미치나 숙련자에 의해

0.05% 정도 측정가능

⑤ 자동파된 디지탈 에코오버랩을 이용시 정밀도 향상

4. 펄스 중첩법

① 펄스오버랩법과 비슷한 방법으로 분주기를 취하지 않는 방법

② 초음파 펄스의 트리거 주기를 에코의 왕복시간과 거의 같이 하여 1왕복과

어긋난 에코형태를 시험체 내에서 실제로 중첩하여 간섭시킴

③ 구형파 발진기의 주파수를 조정하여 에코의 진폭이 최대가 되는 되도록 하면

이때가 트리거의 주기와 에코의 왕복시간이 일치한때로 이때의 구형과 발진

주파수로부터 왕복시간이 산출되고 이 시간과 두께로 음속 측정

④ 자동화에 적합

5. 다중에코를 이용한 방법

① 초음파 펄스의 다중 반사에코를 오실로스코프에 나타내 M번째와 N번째 저면

에코의 왕복시간차(□T)를 구하여 음속을 구함  V = 2(N-M)□T

② 시간을 직접 측정하는 절대측정법과 대비 시험편을 이용한 상대측정법이 있다

6. 시간간격 평균법

① 출력펄스와 수신펄스를 각각 카운터로 입력하고 이들 시간간격을 수 만회

적산하여 평균하는 방법

② 이 방법에는 평균하는 횟수를 N 이라 하면 1회만의 경우에 비해 √2배 정밀도 향상

7. 공진주파수를 이용하는 방법

① 판두께에 대한 공진주파수는 정해진것을 이용하는 방법으로 공진주파수를

알면 음속을 구할 수 있음 (F = V/2t)

② 정밀도가 높은 공진법 사용시 0.5% 정도의 정밀도를 유지할 수 있음

③ 브라운관에 의한 공진법 확대 방법이 채용될 경우 0.1%의 정밀도 유지가능

8. 위상비교법

(1) 위상비교법

① 초음파 펄스법에서 펄스폭를 넓히면 에코끼리 중첩시키는 것이 가능함

② 이때 초음파의 파수가 정수가 되도록 주파수를 선택하면 에코가 간섭을

일으켜 계단형 파형이 되고 진폭이 최소로 된다.

③ 이와 같은 초음파의 주파수를 fn, fn+□,fn+□라 하면 시험체내의 초음파

펄스 왕복시간(T)은 T = 1/(fn+□- fn)로 산출되고 이것에서 음속측정

(2) 위상간섭법

① 두께가 같은 시험체 2개에 초음파를 각각 입사시켜 각각의 다중에코를

오실로스코프상에 합성

② 시험체간의 음속차가 있으면 다중 반사화 함께 위상변화가 발생하고 진폭이

최소가 되는 점이 관찰되고 그시간 t□과 t□로부터 시험체의 음속차를

측정하여 속도 측정

9. 누설탄성표면파를 이용하는 방법

① 집속형 빔을 디포거스하여 시험체에 입사시키면 빔 중심축을 전파하고

② 시험체 D에서 직접반사하여 되돌아오는 □1saw의 각도로 입사하고 A점에서

누설탄성파로 파동변환되고 다시 B점에서 변환되어 수신되는 에코와 간섭함

③ 탐촉자를 상하방향으로 주사하면 V(z)라는 곡선이 얻어짐

④ V(z) 곡선은 선산의 Dip간의 거리 □Z, 주파수 f, 매질의 음속 Cw 및

누설탄성파 C1saw와의 관계식은

C1saw = [eqn: {Cw } over { SQRT { 1- { ({ 1-Cw} over {2xfZ DELTA } )}^{2 } } }]

※ Cw, f 및 □Z를 알므로 C1saw를 구할 수 있다

⑤ 이 방법은 초음파 현미경에 주로 적용되며, 시험체 표층부의 이방성, 박막의

두께계측, 가공 변질층의 두께계측 및 잔류응력 측정 등에 적용됨

22. 사각탐촉자의 주사방법

1. 기본주사

(1) 목돌림주사(Rotational Scanning)

① 탐촉자를 입사점을 중심으로 좌우 회전시켜 용접선에 대한 초음파빔의 입사

방향변화

② 에코의 최대치, 경사진 결함의 검출, 결함모양의 구분 등에 적용

(2) 진자주사( Orbital Scanning)

① 내부결함을 중심으로 시계추와 같이 이동함으로서, 내부결함에 대한 빔의

방향을 변화시키는 방법. 정밀탐상시 결함의 형상 추정에 적용

② 구형결함시 에코의 모양의 높이가 거의 변하지 않으나, 균열, 용입불량 등의

평면형 결함시 에코의 높이가 급격히 변함

(3) 좌우주사(Lateral Scanning)

① 탐촉자와 용접부의 거리를 일정하게 유지하고 용접선과 평행으로 주사

② 결함의 위치와 길이 측정

(4) 전후주사(Traverse Scanning) : 탐촉자를 용접부와 수직으로 전,후주사하여

결함의 깊이와 높이 측정

2. 복합주사 : 기본주사를 복합하여 결함의 유무확인 및 자동주사

(1) 지그재그주사(ZigZag Scanning)

① 전후주사와 좌우주사에 약간의 목돌림주사를 하여 지그재그로 주사하는 방법으로

목돌림 각도는 10-15°가 바람직함

② 결함유무 확인을 위한 1차 탐상에 적용되며, 주사간격은 진동자의 폭보다

작게하여 결함을 빠트리지 않아야 함

(2) 종방향주사

① 전후주사를 연속적으로 하면서 시작점과 끝점에서 좌우주사를 병행

② 탐촉자를 용접선 방향에 대하여 일정한 간격으로 이동주사

③ 자동탐상에 주로 적용하며, 지그재그를 정확히 하는 방법

(4) 횡방향주사

① 좌우주사를 연속적으로 하면서 전후주사를 좌우주사의 시작과 끝점에서

병행하는 방법

② 1차탐상시 지그재그보다 정확한 방법임

(5) 기타주사

① 경사평행주사 : 용접선에 대해 10°정도의 경사로 검사하는 방법으로 횡방향

균열검출에 적용됨

② 용접선상의 주사 : 용접덧살이 완전히 제거된 용접부에 용접부의 균열검출

③ 가변각주사 : 가변각 탐촉자를 이용하여 굴절각을 변화시켜 주사하는 방법

으로 수동탐상에는 거의 적용되지 않음

3. 2탐촉자 주사 : 송신,수신 2개의 탐촉자 적용

(1) 탠덤주사(Tandem)

① 루트부의 개선면에서 발생하는 결함인 용입부족이나 탐상면에 수직이고 결함이

일직선인 결함검출에 용이

② 송수신 탐촉자의 간격은 0.5스킵이며, 송수신 탐촉자간의 거리는 일정유지

(2) K주사 : 탠덤주사의 변형으로 평면형 내부결함 검출

(3) 두갈래주사

① 횡방향균열 같은 용접선에 직각인 결함 검출에 용이

② 용접 덧붙임으로 용접선상의 주사가 불가능하거나 40t 이상의 두꺼운 용접

부에 적용. 두탐촉자간의 벌림각은 90-120°

(4) V주사

① 2개의 탐촉자를 1스킵거리로 유지하고 V주사

② 감쇠보정이나 탠덤주사의 감도조정에 적용

(5) 투과주사 : K 주사의 감도조정

23. Electromagnetic Acoustic Transducer(EMAT)

1. 개요

① EMAT는 탐촉자와 시험체 사이에 물리적 접촉없이 전자기적인 힘을 이용하여

초음파를 송수신할수 있는 새로운 형태의 탐촉자

② 비접촉으로 초음파를 송수신하는 방법은 레이져와 Capacitive probe를 이용

하는 방법과 EMAT를 이용하는 방법이 있다.

③ 이중 EMAT를 이용하는 방법이 초음파를 송수신하는 방법을 제외하고는 기종의

탐상방법과 동일하므로 많이 적용됨

④ EMAT는 정자기장과 동자기장의 상대적 방향을 조절하므로 종파, 횡파, 표면파

및 판파까지 별도의 매개없이 선택적 송수신이 가능함

⑤ EMAT는 압전형 탐촉자에 비해 전기적 에너지를 역학적 진동에너지로 전환효율이

낮아 압전형 수주의 s/n비를 얻기 힘듬

⑥ 최근 Acoustic Resonance Frequency를 이용하여 초음파의 진행속도와 감쇠를

측정할 수 있어 EMAT의 s/n 문제 극복

2. EMAT의 구조와 송수신 원리

① EMAT는 시험체 부근에 와전류를 발생시키기 위한 코일과 정자기장을 가하기

위한 자석으로 구성됨

② 시험체의 표면근처에 놓인 코일에 와전류를 가하면 동자기장이 형성되며,

동자기장 내에 놓인 전기 전도체에는 전자기 유도에 의해 와전류 발생

③ 이 상태에서 정자기장을 동시에 가하면 입자는 로렌쯔 힘을 받음

F = J × B     J : 와전류 밀도, B : 정자기장 밀도

④ 종파를 발생시키기 위해서는 J와 B를 시험체 방향에 평행하게 코일과 자석 배치

⑤ 횡파를 발생시키기 위해서는 J는 시험체에 평행하고 B는 표면에 수직하게 배치

⑥ 발생과 반대로 Static Magnetic Field 내에서의 초음파는 와전류를 발생시켜

⑦ 이 전류를 표면근처의 적정한 Receiver Coil에 의해 검출

⑧ 초음파의 발생과 검출은 ECT와 유사하나 도체 내 에너지 전파, 결함검출,

재질 등의 평가는 UT와 비슷함

3. EMAT의 적용

① 비전도체에는 와전류가 발생하지 않으므로 적용불가

② Moving Object, Liquid, 열교환기 튜브 등 고온재료 탐상

③ On-Line을 이용한 신속 탐상 및 거친 표면의 재료의 검사에 적용

④ 접촉매질이 필요없으므로 물이나 기름 등의 접촉매질에 의해 손상을 받을 수

있는 재료의 탐상에 유효함

4. 장단점

(1) 장점

① 열악한 환경에 적용(고온재료)

② 자동화 가능

③ 거친 표면에 적용 유리

④ 접촉매질이 불필요

⑤ 고온, 방사능 등 특수환경에 적용

(2) 단점

① 전기적에너지를 기계적에너지로 변환, 효율이 떨어짐

② Dead zone이 큼

③ 고주파수의 초음파의 발생이 힘듬

5. 적용의 예

(1) 튜브의 결함 탐상

① 발전설비 등의 튜브는 ECT를 이용하나 축 방향 결함에 둔감하고, 튜브 전길이

탐상으로 시간이 많이 걸리고, U자형 튜브의 탐상시 탐촉자 손상우려

② EMAT 적용시 축방향 결함에 민감하고 긴튜브의 전부분을 움직이지 않고 초음파가

진행하므로 시간이 단축되고 U관 탐상에 어려움 해소

(2) 용접부 탐상

① 고온에서 용접상태의 온라인 Monitoring이 가능하고, 용접부 내에서 초음파의

강도가 변하는 SH Wave의 발생이 쉽다.

② 비접촉이므로 자동화가 가능함

(3) 냉연강판의 이방성 측정

① 초음파의 속도 측정(압연방향, 직각방향, 45°방향) 측정하여 이방성측정

② 기존 판파나 공진법을 이용 : EMAT는 비접촉으로 압연 생산라인에 적용가능

(4) 강판의 미세구조 및 강도 평가 : 초음파의 속도 및 감쇠를 측정하여 미세조직

및 강도의 평가가 가능하며, 비접촉법인 EMAT를 이용하여 초음파의 감쇠를

측정하여 재료의 G.B 및 기계강도 추정가능

24. Acoustic Holography

1. Liquid Surface Type

초음파빔의 발진

- O.B.T와 R.B.T.가 수침된 상태

에서 전원을 동시연결

Object Beam Tran.

Reference Beam Tran.

- 피검체를 통과하는 빔                     - 참조빔을 L.S로 보내 O.B.과 간섭

- 빔을 Acoustic Lense를 통해              - 두탐촉자의 사양을 동일한것을 사용하며

Liquid Surface로 빔을 보냄                 1-10 MHz, Pulse Length:50-300 □

- O.B.은 피검체에 대한 내부정보               Pulse Repetition Rate :60-100

를 가진 파면 형성

- O.B. 전이시간을 보상하기 위해 R.B.의 속도조절이 가능하므로 연속초음파

보다는 Pulsed 초음파빔이 많이 적용됨

Isolation Tank

(Liquid Surface)

- 간섭발생(Ripple Pattern 형성)

- Isolation Tank는 할로그램 형성을 방해하는 주변진동을 차단하기 위해

별도로 분리됨

Leser Beam의 노출

- 레이져빔을 렌즈를 통해 Ripple Pattern에 비추어 회절시킴으로 가시상 형성

- Pulsed Laser가 사용될 경우 초음파 펄스와 시간을 맞추어 안정된 Ripple

Pattern이 형성될 경우에만 빛이 비추어지도록 함

회절상의 관찰

- Zero Order : 상에 대한 정보가 없으므로 적절한 것을 이용 Image Blocking

- 처음 두상을 사진을 촬영하거나 텔레비젼을 이용하여 관찰

- 최소감지 할 수 있는 빔의 강도(감도) : 10E-3 ~ 4 W/cm

- 분해능    수평분해능 □x = 1.22□(f/A)

수직분해능 □z = 2□(f/A)□  A : 탐촉자 직경

2. Scanning Acoustic Holography

① 할로그램을 형성하기 위해 전기적상검출(Electric Phase Detection)이 적용

되기 때문에 R.B.T.가 필요하지 않음

② O.B. 신호와 Electric Domain에서 발생한 시뮬레이션된  참조신호의 혼합임

③ 한 개의 탐촉자가 송수신을 겸용함

1-10 MHz, Pulse Length:5-20□, P.R.R.:60-100, Frequency Band : 5%

④ 탐촉자와 피검체가 수침이거나 Water Column을 이용한 국부 수침이 가능함

⑤ Scanning Plane에서 반사된 파면을 컴퓨터로 영상처리하여 가시상을 만듬

3. 두 검사방법의 특징

(1) Liquid Surface Type

① Real Time Image제공

② 투과모드를 이용함

③ 신속검사 가능

④ 영구기록(사진, 비디오)

⑤ 양면접근이 가능해야함

⑥ 거치식형임

⑦ 피검체가 물에 완전히 침적되어야 검사가능

⑧ 종파만 사용가능

⑨ 비교적 얕은 물체 검사

(2)  Scanning Acoustic Type

① 반사모드 이용

② 상대적으로 검사속도가 늦음

③ 영구기록(사진, 비디오)

④ 한쪽접근으로 검사가능(Water Column)

⑤ 이동가능함

⑥ 피검체가 물에 완전히 침적되지 않아도 검사가능

⑦ 종파 및 횡파 사용가능

⑧ Water Column을 이용해 두꺼운 물체검사

⑨ 결함의 우치와 크기를 정확히 측정가능

⑩ 분해능은 비슷하나 감도는 우수함

⑪ 일반 UT에서 검출된 결함의 정밀 측정

⑫ Surface Contouring에 적용

4. 적용

① 박판용접부의 검사(L)

② 압력용기 등 두꺼운 재료검사(S)

③ Sleeve Bearing Stock검사(L)

④ Surface Contouring(S)

25. Acoustic Microscopy

1. 개요

① 시험재의 표면 및 표면하의 상태를 영상으로 나타내 내부결함 및 재료의

특성을 결정하는 고분해능 고주파수 탐상기술임

② 일반적 UT는 1-10 MHz의 주파수에서 검사를 하는 반면에 이방법은 1 GHz

정도까지 높은 주파수에서 검사를 하기 때문에 상대적으로 분해능이 높음

③ 고주파수에서의 높은 감쇠효과 때문에 10-100 MHz의 주파수에도 적용됨

2. AM의 분류

(1) Scanning Laser Acoustic Microscopy(SLAM)

① 투과모드(Transmission Mode)를 이용하여 전두께 구간을 Real Time Image형성

② 바닥부분에서 발진하여 피검체를 통과한 초음파빔을 윗 부분에서 빠른 Scanning

Laser Beam이 검출하여 상을 형성함

③ Continuous Wave 사용, 주파수범위 : 10-500 MHz

④ 검사속도가 가장 빠름

(2) C-mode Scanning  Acoustic Microscopy(C-SAM)

① 표면하 특정한 깊이를 집속렌즈를 이용한 반사모드(Reflection Mode)를

이용하여 상을 형성

② 표면하 특정깊이의 분석에 유용하며, 표면직하 특성분석

③ 짧은 초음파펄스를 이용하며, 주파수범위는 10-100 MHz

(3) Scanning  Acoustic Microscopy(SAM)

① 표면 및 표면하 특정한 깊이를 집속렌즈를 이용한 반사모드(Reflection

Mode)를 이용하여 상을 형성

② Rayleigh Wave Mode를 이용하여, 표면직하 1파장 깊이의 특성분석

③ Gated RF를 이용하며, 주파수범위는 100 MHz - 2GHz

④ Wide Aperature Transducer 적용

3. 적용분야

① 복합화합물의 특성 및 관련물성 분석

② 세라믹재료의 검사

③ 금속재료의 입자구조, 입계, 불순물등의 검사

④ 미소전자부품의 검사

26. Ultrsonic Tomography

1. 특성

① 시험체의 Tomography는 시험체의 아주 얇은 단면을 2차원적 가시상으로 표현한 것이며,

② 이러한 영상은 초음파, 전자파, a-입자, 레이저 및 레이다 등의 에너지를 이용하여

얻을 수 있음

③ 이 실제의 단면은 시험체의 어느 위치 어느 방향에서나 나타낼 수 있음

④ Ultrasonic Transmission Tomography에서는 여러 방향으로부터 수집한

1차원의 A-Scan 정보를 2차원적 단면상으로 재구성한 것임

2. 종류

(1) Transmission Tomography

재료의 밀도, 화학적조성, 잔류응력 분포, 재료의 특성을 구분하는데 적용

(2) Reflection Tomography

불연속부의 위치와 크기, 금속의 침식이나 부식, 접합상태 및 동공이나

개재물 등의 검출에 적용

3. 장점

① 초음파 펄스 길이를 조정하여 분해능을 높일 수 있다

② 여러 방향으로부터의 다양한 영상에 의한 Sonographic Speckle을 줄일 수 있음

③ Image Error 감소

④ 넓은 Dynamic Range

27. 초음파 영상법

1. 기계주사형 초음파영상장치

① 탐촉자를 기계적으로 주사하면서 영상화하는 방법으로 가장 많이 쓰임

② 주파수는 1-100MHz로 수침법이 채용되고 있음

③ 음향 집속형 렌즈를 부착한 점집속 탐촉자가 주로 적용되며, Scanner는 10미크론의

정도도 3차원 주사가 가능한 것 적용

④ 화상장치는 B-scan, C-scan 및 3-D scope(입체표시)가 적용됨

⑤ 적용

- 전자부품, 복합재료 및 각종금속 탐상

- 고분자 재료의 Flow Pattern의 시험에 응용

2. 초음파 현미경

① 레이저 주사형과, 기계주사형이 있다.

② 레이저주사형 : 물이 채워진 시험체 아래에서 평면 초음파를 연속으로

입사시켜 투과한 초음파에 의해 생기는 표층부의 음장을 주사하여 영상화

③ 기계적 주사법 : 음압렌즈를 부착한 초음파를 기계적으로 주사하여 반사법으로

영상화 하는 방법

④ 주파수 1MHz ~ 1GHz, 검사범위 수 mm, 진동자 산화아연 박막으로 Burst 발생

⑤ 적용

- 미세한 흠검출 : 0.3□m

- 미세영역의 음속 측정을 통한 물성평가, 재료의 음향이방성, 쌍정스트레인

- 가공변질층, 박막의 두께 계측, 표층부의 잔류응력

3. 전자 Scan법

① 미소진동자를 Array형으로 배열하고 순차로 전기스위치에 의해 바꾸어 가며

송수신하거나 송신펄스와 수신회로의 위상을 제어하는 방법으로

② 초음파빔을 전자적으로 주사하고 2차원 영상화하는 방법

③ 종류 : - Linear 전자 Scan

- Sector 전자 Scan : 수직 및 사각빔의 송수신이 가능하고

임의로 빔의 집속 깊이를 조정할 수 있다

④ 적용 : 증기터빈의 브레드의 Dovetail 균열 검출, 고속 주사가 가능함

4. 개구합성법

① 깊은 위치에 내재하는 결함의 분해능을 향상시키기 위해 큰 탐촉자를 사용

해야하나 실용적으로 한계가 있음

② 개구합성법은 작은 진동자로 주사하여 겉보기상 큰진동자를 실현하고 주사

범위의 각 점에서 얻은 신호를 합성하여 분해능을 향상시키는 영상화 방법

③ 즉 결함에 촛점을 집속시키기 위해 개구상의 각 점에서 얻어진 신호를 결함까지의

왕복전반시간에 대응시켜 합성하는 시키는 방법

④ 장점 : 결함의 위치가 깊을 경우 주사범위를 크게 취하면 어느 위치에서도

동일한 분해능이 얻어지는 장점이 있다.

⑤ 이 기법은 1라인을 영상화하는데 수초가 걸리지만 병렬처리에 의해 Real

Time으로 영상화 할 수 있다.

5. 광음향 현미경

① 시험체 표면에 레이져를 부딪히면 열의 흡수에 수반하는 탄성적 성질의 변화에

의해 음이 발생하며,

② 이음을 마이크로폰으로 검출하고 2차원으로 스캔하여 영상화하는 방법

③ 특징 : 마이크로폰을 검출기로 사용하므로 수백KHz 이상의 고주파 초음파적용

6. 초음파 Holography

① Burst파로 신호로 여진된 탐촉자로 시험체내에 빔을 입사시켜 내부로부터

반사 신호를 수신한다.

② 수신 신호는 참조파 신호와 함께 혼합기에 들어가 간섭이 발생

③ 간섭상을 레이져에 노출시켜 가시상을 형성시켜 사진으로 촬영하거나 TV

모니터를 이용하여 관찰

28. 비접촉식 초음파탐상검사

1. 전자초음파법(EMAT)

① 전자력에 의해 금속시험체 내에 초음파를 발생시켜 센서코일로 초음파 수신

② 탐촉자는 전자석, 와전류 발생 코일, 검추코일로 구성됨

③ 원형코일에 의해 시험체 내에 와전류 I□가 흐르면 전자석에 의해 생긴 자계

의 수평성분 Br과 수직성분 Bz가 이 와전류와 상호작용을 일으켜 로렌쯔힘 발생

④ 즉 수직바양 Fz= I□Br, 수평방향에는 Fr= I□Bz의 힘을 받아 시험체내의

입자를 진동시켜 종파와 횡파 발생 → 수신은 역과정

⑤ 자계 및 와전류의 방향을 조합하여 각종모드(종파, SH파, 표면파, 판파)

발생 및 수신이 가능함

⑥ 전기 및 음향 전환율이 나쁘고, 감도가 저하되나  비접촉으로 열간 슬래브

탐상, 두께측정, 전열관의 사용중 검사에 적용

2. Dry Couplant 탐촉자 방법

① 진동자 전면에 1/4 파장 두께의 음향정합층을 붙인 탐촉자를 사용하여 접촉

매질 없이 탐상하는 방법

② 정합층은 액체가 침투되어 있는 특수한 고분자재가 이용됨

③ 탐촉자를 시험체에 일정하게 눌러야 하고 순조로운 주사가 힘들다는 문제점은 있으나

④ 안정한 에코가 얻어지므로 접촉매질 적용이 힘든 다공질 재료나 고온탐상

3. 레이저를 이용하는 방법

① 레이저를 시험체에 부딪혀 초음파를 발생시켜 그 초음파를 다시 레이저로 수신

② 레이져 발진기로 고출력의 펄스형 레이저를 발진시켜 시험체 표면에 부딪히면

레이저의 일부는 반사하고 나머지는 시험체 내부에서 흡수되어 열이 된다.

③ 이 가열이 급속하면 재료의 열팽창에 의해 기계적응력이 생기고 초음파 발생

④ 초음파펄스는 레이저 펄스폭과 거의 동일하게 시험체 내부에 전파하여 결함 등

에서 반사하여 다시 시험체 표면에 도달하여 미소변위를 일으킴

⑤ 이 변위를 별도의 레이저 발진기에 의한 간섭계로 검출

⑥ 특징

- 비접촉이므로 시험체 표면의 영향을 받지 않음

- 시험체 표면에서 수 m ~ 수십m 떨어진 거리로부터 탐상이 가능

- 짧은 초음파 펄스를 얻을수 있다

- 외부로 부터 전기적 잡음의 영향이 적음

⑦ 적용범위 : 연속주조 슬래브나 항공기의 복합재료 검사에 적용

29. Ultrasonic Spectroscopy

1. 개요

① US는 미세조직이나 재료의 성질에 따른 초음파의 변조(Modulation)을 분석

② 주파수에 영향을 주는 인자는 Layer의 두께, 불연속의 크기. 형상. 방향 임

③ 고유주파수 의존 특성인 감쇠나 속도 분산 등의 특성분석

④ 재료의 미세구조분석 즉 다결정 입자의 크기 및 Fiber 직경등과 연결해 적용

2. System의 구조

3. 검사 순서

① 송신탐촉자 : 초음파를 피검체에 입사시킴

② 수신탐촉자 : 초음파에너지가 재료의 내부를 통과하면서  재료의 구조와

반응하여, 파의 진폭, 상, 방향이 변화된 초음파를 수신하여

기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시킴

③ 증폭기 : 접수된 전기적 신호가 미약하므로 증폭기를 통해 증폭시킴

④ 분석기 : 증폭기를 통한 신호를 재료 내 초음파 상호작용에 의한 신호로 분류

하고 진폭과 상의 Spectra로 나타냄

⑤ 정량적인 결과를 얻기 위해 Fourier 변형방법이 적용됨

4. 응용분야

① 미세조직분석 : Grain Size등

② 기공 등의 결함 검출

③ 복합재료의 물성분석

④ 다층구조물의 중간층 분석

⑤ 초음파 파장보다 작은 중간층의 두께 측정

5. US를 이용한 두께 측정

(1) 개요

① 일반적 두께 측정은 물질 중에 전파하는 초음파의 왕복 전파 측정에 의존하고 있음

② 그러나 초음파 파형의 위상반전이나 간섭이 있는 경우 초음파 펄스의 거리

분해능 이하의 미소결함이나 박막의 두께 측정에는 한계가 있음

③ 특히 세라믹복합재료, IC package 접합면의 경계면에 존재하는 미소결함의

검출이나, 접착층의 박막두께 측정에는 상용 UT로는 힘 듬

(2) US를 이용한 기본원리

① 음향임피이던스가 다른 박막의 접착층에서 초음파가 반사할 때 서로 간섭을 일으키며,

② 이때 간섭파형을 주파수 해석을 하면 반사체의 정보를 얻을 수 있음

③ US는 불투명한 재료내부에서 초음파 펄스의 거리분해능 이하의 박막두께

측정이나 미소결함 측정에 유용함

(3)  두께측정의 원리(Fourier 변환)

① 다중 반사하여 간섭한 펄스의 초음파 파형을 Fourier 변환으로 얻어진 진폭

Spectrum은 다중 반사파 상호의 시간차가 180°양의 정수배의 위상지연에 상당

하는 주파수에서 극대치 또는 극소치

② 극대치 또는 극소치를 일으키는 주파수는 주기성을 갖기 때문에 이 주기적인

파워스펙트럼의 극대치 또는 극소치 차를 이용하여 아래 식에 의해 두께

측정이 가능함

L = [eqn: { upsilon } over {2( { f}_{n }- { f}_{n-1 }) }]

③ 즉 다중 반사하여 간섭한 펄스초음파 파형을 Fourior 변환으로 얻은 진폭

스펙트럼의 주기적인 극대치 또는 극소치의 주파수차를 이용하여 두께측정

30. Acoustoultrasonic

1. 개요

① UT는 복합재료의 기공, 적층결함, 층간박리등 결함탐사에 유용하게 적용되고

있으나,

② 비등방성 적층구조를 갖는 복합재료의 피로 및 파괴 등의 영향정도를 분석

하는데 적용하기 힘듬

③ 이러한 복잡한 문제를 돌출하여 복합재료내의 여러가지 결함 및 미시구조의

복합적 영향을 적절한 비파괴 변수로 나타내고,

④ 이것과 기계적 성질과의 상관관계를 측정하여 이용하려는 시도가 AU임

⑤ 외형적으로는 두개의 탐촉자를 이용한 Tandem UT와 유사하나 수신신호의

해석은 AE기법 이용

2. 원리

① 광대역 탐촉자에 의해 피검체에 초음파 펄스를 입사시키면 재료내에 응력파가

여기 되며,

② 이응력파는 재료의 기하학적 형태 및 미세구조에 의하여 모드변환, 반사,

분산, 감쇠 등에 의해 파형이 변환되어 공명형 탐촉자에 수신됨

③ 이렇게 수신된 응력파의 파형은 재료의 변형 및 파괴시 수반되는 응력파의

방출과 파형이 매우 흡사하며,

④ AE의 다양한 신호처리 기법으로 해석이 가능함

3. AU의 평가및 해석

① AU 신호는 송신펄스가 시험편의 미세구조에 따라 크게 변화하는 초음파의

전달특성에 의해 변조된 것이므로 적절한 신호해석으로 시편의 미세구조 평가

② 현재 주로 사용되는 신호기법으로는 응력파계수(Stress Wave Factor)로

□□  N : 설정된 문턱값을 넘는 Count

SWF = GRN □    R : Pulse Rate

□□  G : 설정된 측정간격

※ SWF는 AE의 Ring Down Count와 유사함

③ 응력파 계수에 영향을 주는 요인

- 응력파의 감쇠, 분산 및 공명주파수

- 복합재료의 Fiber의 부피분률, 기공함량, 층간박리, Fiber의 방향

및 내부의 결함 등에 의해 좌우됨

32. 탄성계수의 측정

1. 개요

① 재료의 탄성계수의 측정은 기계재료의 이해 및 특성예측에 필요 특성으로

초음파의 전달특성은 탄성계수 및 응력 상태를 결정할 수 있는 수단임

② 탄성계수를 종파와 횡파를 피검체에 전달시켜 각각의 속도를 구하여 얻음

2. 고밀도 탄성 등방체(Dense Linear Elastic Isotropic Solid)

Elastic Constant (Pascals)	Relation	비 고
Longitudinal Modulus	L = □VL□	속도를 직접측정 가능 하거나, 초음파 파장보다 두께가 훨씬 큰 경우 적용
Shear Modulus	S = □Vt□
Bulk Modulus	= L - 4/3S
Young's Modulus	= (3L -4S)/(L - S)
Lame Modulus	= (L -2S)/2(L - S)

3. Dynamic Resonance Method

- 공진법의 공진주파수를 이용하여 속도를 구하여 탄성계수를 구함

- 형상이 복잡하거나 S/N비가 커 직접 속도를 구하기 힘든 경우 적용

L = n□/2   V = □fr = 2 Lfr/n

(1) 종파를 이용하는 방법

E = □GlV□ Gl : 피검체의 형상, 프와송비 등에 기인된 상수

(2) 횡파를 이용하는 방법

E = □Gf(2□Lfr)□ Gl : 피검체의 형상, 프와송비, 진동양식 등에 기인된 상수

4. 비등방체(Antisotropic Material)

① 실제재료에서는 매우 단순한 형태일지라도 일정하고 직선적인 탄성특성을

나타내기 매우 힘듬

② 내부에는 응고과정 및 냉간가공 등으로 인해 이방성이 존재하여 여러 변수가

존재하며 세라믹이나 복합재료 등은 강화입자의 분포가 상당한 변수로 작용

5. 다공성재료(Porous Solid)

① 재료가 주조품, 세라믹이나 복합재료 등 일경우 위 식보다 복잡한 관계임

② 기포의 크기, 형상, 방향, 분포상태등에 따라 달라짐

③ 대부분의 기포에 영향에 관한 식은 경험적이며, 그중 하나는 아래 식임

E= Eo Exp(-bP)   □□ Eo : 기포가 없을 때 탄성계수

□   b : 기포상수

□□ P : 기포의 부피분율

33. STB-A2와 RB-4의 비교

항 목	STB-A2	RB-4
1. 특징	표준시험편이기 때문에 에코높이의 기준으로써 보편성 있음	시험편과 시험재의 사이에서의 에코높이에 영향을 주는 제인자를 상쇄할 수 있다. 수직탐상에도 적용
2. 적용범위	1개의 시험편으로 여러 시험재에 대해 적용	특징이 있는 경우에는 각각의 시험제에 시험편 요구됨
3. 시험재의 두께	후판에는 사용이 불가능하거나 곤란함	후판에 사용이 가능하지만 시험편이 크고 무거움
4. 감쇠가 큰 시험재	감쇠가 큰 시험편을 탐상할 때 결함의 과소평가	감쇠가 큰 경우에도 시험재를 이용하여 시험편을 제작하기 때문에 타당한 평가
5. 탐상면의 거칠기	탐상면이 거칠면 전이손실차가 크기때문에 전이손실 보상조작이 필요할 경우가 있음	시험재를 이용하여 시험편을 제작하므로 전이손실 보상 조작이 필요없
6. 감도	굴절각에 따라 모드변환이 발생 하므로 탐상감도의 변화	모드변환 손실을 고려할 필요 없음
7. 기타	공인기관으로 부터 구입	직접제작

34. 저면에코(Back Reflection) 감소원인

① 표면이 거칠고 불연속부가 표면에 대해 비스듬이 놓여 있는 경우

② 시험체 입자의 크기가 큰 경우

③ 기공과 같은 작은 불연속부가 시험체내에 다수 존재할 경우

④ 불순물이 다수 혼입된 경우

⑤ 시험체의 양면이 평행하지 않을 때

35. 오스테나이트 SS 용접부 탐상

1. 특성

① ASS 강용접부는 강용접부에 적용되는 UT로는 초음파감쇠가 크고 임상에코가

많이 나타나므로 탐상곤란

② ASS는 변태점을 갖지 않기 때문에 용접중 응고시 주상정이 상온까지 유지

③ 주상정은 단결정이므로 음속과 감쇠의 이방성으로 나타나며, 초음파의 진행에 영향

④ 이런 음속의 이방성은 결정입계에 음향임피이던스의 차를 유발하여 산란을 발생

하여 초음파에너지의 일부소실

⑤ ASS의 탐상이 가능하기 위해서는 결함에코를 강조하고 임상에코를 억제하여 S/N 향상

2. 오스테나이트 조직에 의한 감쇠

① 결정입에 의한 감쇠 : 결정입이 증가에 따라 감쇠증가

② 탄화물 석출에 의한 감쇠 : 탄화물이 파장의 1/100이하의 크기는 영향이 적음

③ 페라이트량 증가에 의한 감쇠

3. ASS에 있어 초음파 특성

① 주파수 : 결함에코는 주파수의 의존성이 적으나 임상에코는 큼

② 종파와 횡파 : 횡파의 감쇠가 큼. 단, 파장이 같으면 차이 없음

③ 결정방향과 감쇠의 이방성

- ASS 결정입은 (100)에 평행하고 등온선에 수직방향으로 성장

- 초음파는 결정성장방향에 따라 0°방향(100)의 감쇠는 90°방향보다 작고

두방향의 감쇠차는 주파수가 높을수록 큼

- 횡파의 경우 성장방향과 파의 진행방향이 평행시 감쇠가 적음

⑤ 결정의 방향과 음속의 이방성

- 음파가 물체를 진행시 □= c/f의 관계가 있으며, 물체가 완전히 동일하면

세 인자가 일정

- ASS 용접부나 주조품과 같이 이방성이 있는 조직에서는 초음파의 음속이

진행방향에 따라 달라짐

⑥ 주상정에 의한 초음파의 도파효과

- 초음파는 때때로 주상정의 성장방향에 따라 진행되며, 이 현상은 주상정이

초음파의 도관역활을 하기 때문으로 추정됨

- 용접부에 횡파를 입사시키면 모재에서는 직선으로 진행하며

- 용접금속에서는 주상정을 따라 진행하며, 시험체 표면으로 부터 반사된

초음파가 동일경로를 따라 되돌아오기 때문에 결함에코로 해석할 수 있음

⑦ ASS 용접부로 부터 에코

- 모재에서는 결정입이 파장이 작고, 미세하고, 이방성이 없으므로 일정한

음향임피던스를 가짐 : 결함이외의 에코는 발생하지 않음

- 용접부에서는 주상정으로 파장보다 커 위치에 따라 음향임피던스가 다름으로

결함이외의 에코 발생  : 결정입계, 모재와 용접금속의 경계, 다층용접부 계면

및 도파효과에 의한 유사에코

4. 탐촉자 및 탐상기술의 개발

(1) 목적 : ASS 용접부의 UT가 힘든 이유는 조대한 결정입에 의한 임상에코로

인한 식별성 저하임. 따라서 임상에코의 감소를 통한 S/N비의 향상

(2) 개선방법

① 분활형 사각탐촉자

- 송수신 촛점이 탐상면으로 부터 일정한 거리가 되도록 제작하여 촛점

영역 이외의 입계로 부터의 임상에코 수신을 하지 않음

② 점집속 사각탐촉자 : ①과 같이 임상에코를 가능한 수신하지 않고 초음파

빔을 줄여 음압을 높인 탐촉자

③ 고분해능탐촉자

- 펄스폭이 낮아지면 임상에코가 낮아지므로 펄스폭이 좁은 고분해능 탐촉자 적용

36. UT시 심사숙고할 사항

1. 예비조사는 필수조건임

① 검사기술자에게 가장 중요한 것은 검사대상이 되는 제품의 결함을 아는 것이 중요

② 제품에 따른 결함의 종류, 발생위치, 방향을 알고 있으면 검사의 정확성 및 속도 증가

2. 도면이 항상 일치하는 것이 아니므로 유의

① 도면에 기입된 판두께, 용접개선각 등의 수치는 공칭 또는 표준치임

② UT시 이런 공칭값을 믿고 검사를 하면 오류가 발생할 수 있으므로 검사자가

직접 대상물을 확인하는 것이 필요함

③ 시험대상물의 고유특성, 과거이력을 아는 것이 필요하며, 사전조사나 관계자와

충분한 협의가 필요함

3. 파형변환에 유의

① 종파 →횡파, 횡파 →종파 등의 파형변이 및 용접비드형상의 숙지

4. 초음파는 확산한다

① UT에 관해 일반적으로 하나의 선을 따라 진행한다고 이해되고 있으나 이런

경우 현장에서 이해할 수 없는 경우가 발생할 수 있음

② 즉 굴절각 70°의 사각 탐촉자로부터 음파는 70°이외의 67°나 73°의 방향

에서도 음파가 발생할 수 있다

③ 원주면에코나 적산에코는 음파가 확산해 발생하는 에코임

④ 음파를 하나의 선으로 고려시 이해될 수 없는 곳에서 에코가 나타날 수 있으므로 유의

5. 방해에코의 이용

① UT시 여러 형태의 방해에코가 발생하나 이런 방해에코를 정보원으로 이용하면 유용

② 방해에코의 발생시 감도저하, 표면상태, 시험재의 형상 및 시간축 변화 점검

6. 검사에 자신감을 갖고 신중하게 실시

① UT는 기록하기 어려우므로 검사자의 의존도가 높다.

② 검사결과에 대해 검사자는 자신의 기술과 기술경험을 통해 자신감을 갖아야 함

③ 또한 경험을 지나치게 강조하면 과오를 발생할 수 있으므로 자기가 모르는

것을 모른다고 정확히 말할 수 있어야 한다

7. 음파의 경로에 유의

① 초음파가 음향임피던스가 다른 경계에서 반사하는 것을 이용하는 것이 UT임

② 눈으로 볼 수 없는 결함이나 복잡한 형상의 표면 등에서는 생각할 수 없는 방향으로

파가 진행할 수 있음

③ 원인불명의 현상에 직면시 1) 파형의 변이 2) 음파의 확산 3) 반사에 의한

방향전환 등을 고려해야 한다

④ 위와같은 사항시 초음파의 지식, 피검사체에 발생하는 결함에 대한 지식이 필요

⑤ 또한 빔거리가 중요한 단서중의 하나이므로 측정범위 조정은 가장 유의해야

할 부분중의 하나임

8. UT만으로 경험이 축적되는 것이 아니다.

① UT는 많은 경험이 요구되며 이것이 하나의 단점으로 여겨짐

② 경험중에 중요한 것은 자신이 검출한 결함을 직접 확인하는 방법이다

③ 실제 가우징이나 보수작업시 검출결함을 확인함으로서 기술자의 진보와 자신감이 생김

9. 검사대상물의 조건변화에 유의

① 동일한 용접 검사시 동일한 조건만 고려시 오차가 발생할 수 있음

② 동일한 제품이라도 실제탐상시 여러 가지 조건이 발생할 수 있음

③ 즉 경우에 따라서 조건이 변할 수 있으므로 유의

37. 탐촉자 선정 조건(수직)

1. 검사재의 상황

① 형상 : 형상이 복잡하면 지름 10,5 mm의 소 탐촉자나 수침법 또는 슈 검토

② 판두께  - 두께가 크면 주파수를 낮추고, 탐촉자의 지름(20mm이상)을 증가

- 작은 치수에서는 위와 반대로 하고, 분활형 탐촉자를 검토

③ 재질 : - 두께가 크면 주파수를 낮추고, 탐촉자의 지름(20mm이상)을 증가

- ASS는 특별한 대책이 필요함

④ 탐촉면 : 탐촉면이 거칠면 저주파수를 선정하고 연질보호막을 사용한다.

⑤ 온도 : 표면온도가 60℃ 이상시 고온 탐촉자를 사용하고 0℃이하시도 별도 대책

2. 검출할 결함의 조건

① 형상 및 방향 : 결함의 주 방향과 초음파의 빔이 수직이 되도록 탐상면과 함께 검토

② 위치 : - 표면직하 : 분활형탐촉자

- 경계면에 접근하고 있는 경우나 박판의 결함 : 고분해능탐촉자

③ 분포 : 산재하고 있는 결함을 검출하기 위해서는 낮은 주파수 사용

④ 검출한계 : 미소결함을 검출하기 위해서는 높은 주파수 : 분활형이나 수침

⑤ 치수의 추정 : AVG에 의한 검출결함 치수의 정밀도를 높이기 위해서는 주파수

유효지름을 확정하기 쉬운것 선정, 큰 결함 → 점집속이나 분활형탐촉자 유용

3. 작업성 : 처리량, 반복성, 작업환경, 공정시간, 전원설비(자동화에 조건)

4. 굴절각 선정시 요구사항

① 초음파빔이 결함에 수직 : - 균열이나 용입불량 등의 면상결함시 이 경향이 강함

- 굴절각이 상이한 것을 사용하거나 한 방향이 아닌 반대방향에서 탐상

- 탐상면에 수직한 면상 결함은 45, 60°보다 70°가 유리함

② 빔노정은 가급적 짧게 : - 노정이 길면 확산이나 산란에 의한 감쇠로 음압을

높이면 노이즈의 증가로 탐상에 장해 → 빔 노정은 가급적 짧게 하여 검사

- 1회 반사법보다 직사법이 유리(깊이, 위치 동일시 → 70, 60°보다 45°)

③ 판두께가 두꺼우면 빔노정이 길게 되므로 굴절각은 작은 것 사용

④ 이상의 조건을 고려하여 가장 좋은 굴절각 선정

38. UT의 신뢰성 향상을 위한 항목

① 검사자의 관리 : 유자격자, 실제의 시험제 사용을 통한 훈련

② 제품에 관한 지식 : 결함의 발생원인, 발생하기 쉬운 위치에 관한 지식

③ 기기의 성능관리 : 정도관리를 위해 정기, 특별, 이상점검 등의 관리규정을 정함

④ 작업관리 : - 부재의 탐상위치등의 기술적인 사항

- 육체피로에 의한 에러의 발생을 감소시키기 위한 적절한 배려

⑤ 검사평가 기술 : - 결함평가에 영향을 미치는 표면 거칠기 보정, 감쇠 보정 등의

수정조작 및 결함길이 측정방법의 정량화

- 이론과 실제에 대응하는 기술 및 결함평가의 정량화 기술

⑥ 기록성 : 자동화 등에 의한 기록성 향상

⑦ 재현성 : 표면거칠기, 접촉조건, 결함발생위치, 방향, 탐상기와 탐촉자, 시험체의

변화 결함의 경로 등을 고려해야 한다.

39. 보수점검등을 위한 UT의 재현성 향상 요소

① 표면상태 : - 연수가 지나면 표면상황이 나쁘게되어 에코높이에 영향

- 재현성을 높이기 위해서는 표면을 평활하게 하는 등 충분한 손질 요

- 표면상태를 보고서에 기록

② 접촉조건 : - 탐촉자를 누르는 방법에 따라 에코높이의 변화

- 가급적 갭법, 국부 수침법을 채용

③ 탐상기와 탐촉자 : 제조자가 상이한 탐촉자나 탐상기 사용시 차이가 발생할 수

있으므로 가급적 동일품 사용

④ 시험재의 변화 : 부식에 의한 표면형상 변화 및 압력에 의한 변형으로 초음파의

경로, 반사조건의 변화에 유의 → 대응책이 있으면 수정

⑤ 결함의 변화 : 많은 경우 결함의 크기를 검사하나 전술한 조건을 검토후 판정

⑥ 기록과 자동화 : 수탐상에는 많은 정보를 기록하기 힘드므로 B,C를 채용하여

감도 등의 탐상 조건과 기록을 가급적 많이 해야 함

⑦ 탐상위치와 방향 및 주사요령 기록

- 통상 규격 또는 시방서에 명기되어 있으나 세부적인 상황에 대해 정확히

기록하지 않으면 동일한 조건으로 탐상한 것이 되지 않는다.

40. 용접부 및 단조품의 에코의 높이에 영향을

주는 인자 및 대책

1. 결함의 형상에 의한 영향

① 결함에 대한 반사율은 결함의 형상, 초음파의 파장 및 평면결함의 경사도에 영향

□대책

- 결함의 치수가 파장의 1/3정도의 미소할 때 형상에 의한 반사율의 차이는 거의 없다.

- 결함이 파장보다 큰 경우에는 겨□함의 투영면적이 같아도 원형, 평면,

단원주, 구형의 순으로 반사율이 적게되며, 최대 30dB 정도까지 차이 발생

- 결함의 형상에 의한 차이를 줄이기 위해서는 가능한 낮은 주파수 적용

② 결함의 형상이 기울어져 있을 때는 결함에코가 낮아지고 주파수가 클수록 큼

□대책

- 저주파수를 사용하면 중대한 결함을 놓치지 않거나

- 용접부 : 양쪽 양면에서 2종 이상의 굴절각 사용하여 탐상

- 단강품 : 가능한 모든 방향으로 초음파 투과

2. 표면거칠기와 탐상면의 곡률

① 동일한 크기의 결함이라도 표면거칠기와 탐상면의 곡률에 따라 탐상감도 저하

② 대책

- 음향임피던스가 높은 접촉 매질사용(글리세린) 및 시험재와 동일한 시험편

으로 감도 조정

- 용접부 : 쐐기를 탐상면에 맞춰서 가공

- 단강품 : 곡률에 의한 감도를 보정하고 연질보호막 또는 국부 수침법으로

에코의 안정화

3. 거리에 의한 에코높이 변동

① 근거리 음장 : - 용접부 : 진동자가 작은 탐촉자 적용

- 단강품 : 국부 수침법 및 분활형 탐촉자 사용

② 원거리 음장 : DAC를 작성하여 적용, 자연홈과 인공홈의 차이를 조사하여

미리 대응값을 정하는 것도 필요함

- AVG를 이용 : 탐촉자의 주파수, 진동수 미리 확인

4. 감쇠가 심한 시험재 : 대비시험편을 이용하여 DAC 작성하고, 낮은 주파수를

사용하고 수정조작

5. 기타

① 탐상기의 증폭 직선성 및 Rejection의 ON-OFF

② 탐촉자의 주파수, 진동자 치수

③ 시험체의 표준홈의 형상 : 횡, 종구멍, V노치, 4각형 노치

④ 시험재에 발생하기 쉬운 제조법에 관한 지식

⑤ 최대 에코 높이를 잡는 주사기술

41. 강판의 경우

1. 표면거칠기의 보정 : 표면거칠기는 현저하게 탐상감도 저하

① 수침법 또느 갭법을 사용하여 표면의 영향을 받지 않게 함

② 대부분의 경우 직접접촉법이 주로 사용되며, 강판의 표면은 거친 경우가 많음

③ 시험편과 대비시험편을 이용하여 보정 요

2. 결함지시 길이

① 근거리 음장에서는 음압의 변동이 심하므로 실제적인 탐상 불가

② 일반적으로 6dB Drop법 적용 : 이 방법은 탐상의 작업성을 고려하여 정한 값이나

항상 결함의 참크기를 표기하는 것은 아님

③ 길이 측정의 정도를 향상시키기 위해서는 결함치수가 명확한 인공결함을

몇 개 준비하여 dB down법의 신뢰성을 점검하는 것이 필요함

3. 표면근방의 결함평가

① 표면근처의 결함은 검출하기 어려운 것 외에도 일반적으로 적은 에코임

② 이 현상은 직접접촉법에서 가장 현저하게 나타남

③ 국부 수침법 적용, 분활형 탐촉자 사용, 고주파 적은 치수의 진동자 사용

42. KS, ASME, AWS의 비교

1. 검사방법

(1) KS 평가방법

① 표준시험편 A2 또는 대비시험편 RB-4를 이용하여 거리진폭 특성곡선에 의해

에코구분선을 세 줄이상 작성 : 각 간격은 6dB

② H선은 적어도 하위의 3번째 이상의 선을 선택하고 비임행정 범위로 높이가

40% 이상인 선 : 6dB 낮은 선은 M, 12dB 낮은 선은 L

③ L, M, H선으로 구분되는 선을 I,II, III, IV 영역으로 구분하여 결함에코의

높이의 영역 구분

④ 검출레벨의 구분은 L, M 검출레벨로 구분되어 있으며, I영역을 제외한 각

영역에 결함지시 길이에  의한 등급이 1,2,3,4로 구분되어 있다.

⑤ 결함지시의 길이는 에코높이가 L선을 넘는 탐촉자의 이동거리로 1mm단위로 측정

(2) ASME Sec.V ,VIII

① 대비 시험편 Basic Calibration Block를 사용하여 기준이되는 DAC를 한 줄을

작성하고 이것 이외에 기준선의 50%(Art.4), 20%(Art.5)의 보조선을 작성

② 결함의 높이의 영역은 별도로 구분되지 않음

(3) AWS D1.1

① 결함 에코높이를 dB단위로 측정하기 위해 CRT상에 에코높이를 맞추는 기준선을

정한다.

② IIW-1(STB-A1과 동일)의 0.03in.의 가로구멍으로 부터 에코높이를 기준높이로

맞추어 기준탐상감도(Zero reference Level Sensi.)라 하고 게인에서 읽은

값을 기준감도값(Reference Level) b(dB)로 한다.

③ 결함에코높이를 기준높이에 맞추었을 때 게인값을 읽어 결함에코레벨(Indication level)

c(dB)라 한다.

④ 결함에코의 빔노정(in.)에서 1in.를 뺀 값에 2dB를 곱하여 감쇠보정값(Attenuation

factor) c(dB)라 함

⑤ 결함평가레벨(Indication Rating) d = a - b - c로 표시되고 결함이 작을수록

결함평가레벨은 크게된다.

⑥ 합부판정분류(모재 25mm)

- Class A (Large Flaw  : 대결함)   :  8dB 이상 → 길이에 관계없이 불량

- Class B (medium Flaw : 중결함)   :  9dB 이상 → 19mm 초과시 불량

- Class C (Small Flaw  : 소결함)   : 10dB 이상

상부와 하부 : 19mm 이상, 중부 : 51mm 이상

- Class D (Minor Flaw  : 미소결함) : 11dB 이상 → 길이, 위치 관계없이 합격

※ - B와 C의 간격이 큰길이의 2L 이하로 떨어진 경우 하나의 지시로 하여

각각 결함길이를 합하고 L를 더한 값이 결함 길이로 한다.

- B와 C는 용접 끝부 인장하중을 받는 부의 2L 이내에 있어서는 않됨

- 인장 하중부로 명기된 부위는 판정기준에서 4dB 낮추어 판독

2. KS와 ASME의 기술적인 비교

(1) 결함에코의 검출과 결함평가 방법에 관한 사항

① KS : H, L, M의 세줄의 에코 구분선을 작성하여 검출레벨에 따라 L, M 레벨을

넘는 결함을 평가대상으로 하고, 결함의 높이영역과 결함지시 길이에 의해

결함등급분류

② ASME : 거리증폭 특성곡선을 넘는 결함에코만 판정의 대상이 되고, 기준선의

50%, 20%를 넘는 에코는 참조용

③ 비교사항

- KS는 ASME에 비해 검출레벨이 낮고 등급을 작게 분류

- ASME는 균열, IP, LF등은 무조건 불합격으로 규정하고 있으나 KS에는 종별에

대한 언급이 없다.

④ ASME의 문제점

- 결함종류에 판별은 현장에서 완벽하게 할 수 없으므로 검사자의 주관이 개입될

소지가 있음

- 초음파로 결함판정법과 기타 NDT 방법을 병행 요

(2) 결함길이에 관해서

① KS : L선을 넘는 범위의 탐촉자 이동거리로 규정

② 기준선의 50%의 높이를 넘는 탐촉자 이동거리로 규정

③ UT에서 결함지시 길이와 결함의 실치수와의 명확한 상관 관계가 규명되어있지

않으므로 6dB법은 결함을 짧게 추정할 우려가 있음

3. KS와 AWS의 기술적인 비교(25mm)

(1) 검출레벨의 비교

① KS의 70°기준으로 STB-A1의 □4×4mm 표준홀로부터 IIW-1의 0.06의 가로

구멍의 감도는 대략 비슷함

② KS의 거리진폭 특성곡선에 상당하는 곡선을 AWS 규정에 따라 작성하면 1in.

이내에서는 일정하고 1in.를 초과할 때마다 2dB 저하되는 곡선이 된다.

이와 같은 곡선은 KS의 H선과 유사하다.

③ AWS에서 최하위 평가레벨은 11dB가 되고, KS에 0.06을 적용해 보면 에코

높이 기준선의 -11dB에 해당됨

④ KS나 AWS는 용접결함에 대한 최소 크기에 대한 사고방식은 비슷하다고 할 수 있음

(2) 판정기준

① AWS의 판정기준

- Class A (Large Flaw  : 대결함) : 8dB 이상 → 길이에 관계없이 불량

- Class B (medium Flaw : 중결함) : 9dB 이상 → 19mm 초과시 불량

- Class C (Small Flaw  : 소결함) : 10dB 이상

상부와 하부 : 19mm 이상, 중부 : 51mm 이상

- Class D (Minor Flaw  : 미소결함) : 11dB 이상 → 길이, 위치 관계없이 합격

② KS의 경우 : L 검출레벨 2급 이상 합격되는 경우 12mm 미만시 합격

③ 문제점 : - AWS의 8dB는 KS의 영역II에 해당하고 그 위의 높이에서는 길이에

관계없이 불량이므로 매우 엄격하게 평가됨

- 단독기포나 슬러그 혼입등 유해하다고 생각하기 힘든 결함도

불합격될 수 있음

(3) 에코높이의 영역구분

① AWS도 에코높이에 대한 영역구분을 하여 평가하는 점은 KS와 비슷하나

대결함, 중결함, 소결함, 미소결함의 사이가 1dB로 매우 작다

② 차이가 작아 에코높이의 측정값의 변동을 생각하면 측정오차에 포함 값

③ 대결함은 길이에 관계없이 불합격이나 2dB이하의 소결함에서는 51mm까지

합격으로 규정하고 있다

④ AWS에는 수정조작에 대한 사항이 언급이 없는 등 현상 작업상황에 대한 고려가

미흡했던것으로 추정됨

(4) 결함길이의 평가

① AWS에서는 D형 결함에 대해서는 6dB 법을 채용하게 되어 있으며, A, B, C

에 대해서도 결함의 높이가 확인된 경우 적용함

② - AWS : 중 또는 소결함의 간격을 큰길이의 2배 이하의 경우 간격을 포함해

길이로 산출하여 판정함

- KS : 검출레벨에 관계없이 결함간의 간격의 큰쪽 결함길이 이하일 경우

에는 간격을 포함한 거리를 결함지시로 판정함.

(5) 탐상각도

① AWS에서는 굴절각 45, 60, 75°에 따라 판정기준을 바꾸고 있음

- 표면에서 1/4t 이내 : 70°

- 표면에서 1/4t 이상 : 60, 45°

※ - 응력레벨이 낮은 표면과 중앙부를 구분하고

- 위험도가 높은 면상결함의 반사율을 고려한 것으로 판단됨

- 매우 합리적인 방법이나 실무상에 대단히 복잡하다는 단점

② KS : 40mm 이하 : 70°, 40-60mm : 70 또는 60, 60mm 초과 : 70,45 또는 70,60

※ - 위치에 다른 별도의 규정은 없음

- 45°의 경우 H선을 작성후 6dB 올려 탐상감도로 함

(6) 하중의 상태의 고려

① AWS에서는 인장하중을 받는 다고 명시된 X개선 용접부의 루트부를 탐상하는

경우 결함평가 레벨값부터 4dB를 감한값을 적용하도록 규정함

② 이것은 인장응력을 받는 부위가 보다 작은 결함에도 유해하다는 것에 근거

(7) RT기준과의 비교

- RT에서는 UT에서 대결함으로 판정될 수 있는 슬러그 7mm 까지 허용함으로써

자기모순적인 경향이 있다.

(8) AWS 규격에 의한 발주시 유의사항

① AWS에 의한 검사는 이해하기 어려운 부분이 있으므로, 수주시 곤란할 수 있음

② 수주시 시방에 관한 사항을 즉시 검토하고, 불합리한 점이 있으면 즉시

시방변경 신청을 해야 함

③ 변경요청시는 변경희망사항, 시방서와의 비교 및 기술적 이유, 관련 데이타,

등을 첨부할 필요가 있다.

4. KS와 AWS 탐상감도조정의 비교

(1) 표준반사원

① STB-A1 : - 세로 구멍이므로 사용탐촉자의 굴절각에 의해 반사율이 변하므로

45°일 때는 H선보다 6dB 높은 감도 사용규정

- 이것은 편의상 근사값으로 각 굴절각에 대해 정확히 대응하는 값은 아님

- RB- 4의 경우 이런 문제점이 없어짐

② AWS에서는 가로구멍이므로 굴절각에 의한 반사율의 변화가 없음

(2) 표면상태 및 재료에 대한 감쇠

① STB-A2 사용시 실제 재료탐상시 표면상태 및 산란감쇠차가 발생하므로

필요에 따라 수정조작을 할것을 규정함

② RB-4는 실사용 재료를 이용하여 제작하므로 수정조작 불필요

③ AWS에서는 확산손실, 표면상태, 산란감쇠 등을 포함해 일률적으로 인치당

2dB 적용하므로 오차가 발생할 수 있음

(3) 작업성

① KS에서는 미리 에코 구분선을 그린 패널을 만들어 두고 사용하면 실작업에서

□4×4mm 부터의 에코높이 H를 맞추면되고

② AWS에서는 □0.06in.의 구멍에 감도를 조절하는 절차뿐이므로 감도를 조정하는

작업성에는 큰 차이 없음