초음파 비파괴검사기사 필답 기출문제 (~2007년)

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2007년 제1회 필답

1. 초음파탐상시험의 광대역 탐촉자(=고분해능탐촉자)에 대하여 쓰시오. (4점)

(1) 탐촉자의 특징

진동의 지속회수가 매우 작은 초음파펄스를 송□수신하는 탐촉자로, 진동 회수가 매우 작은 초음파펄스는 그 진동성분의 주파수 범위가 매우 넓기 때문에 광대역이라 불린다. 초음파 펄스의 진동회수가 적으면 표시되는 에코의 폭이 짧고 분해능이 좋기 때문에 고분해능탐촉자라고도 불린다. 재료조직으로부터의 노이즈(임상에코)가 적어지기 때문에 S/N비가 개선되는 특징이 있다.

(2) 탐촉자가 사용되는 경우 2가지

이 탐촉자는 박판의 탐상이나 두께측정, 근거리 결함의 분리를 목적으로 사용되는 것 외에 조직이 조대한 재료의 탐상에도 이용되고 있다.

(3) 이 탐촉자를 사용하기 위해 탐상기에 요구되는 사항

고분해능의 특성을 충분히 발휘하기 위해서는 탐상기 본체의 수신부에 광대역증폭기가 요구된다.

2. 초음파 탐상기의 직선성과 분해능에 대하여 쓰시오. (4점)

(1) 시간축직선성

브라운관 상에 나타난 에코를 저면에코나 결함에코라 부르는 것은 시험기술자가 에코의 위치로부터 반사원이 무엇인가를 판단한 결과이다. 반사원의 위치를 정확히 측정하기 위해서는 에코의 빔진행거리가 탐상면으로부터 반사원까지의 거리에 정확히 대응하지 않으면 안 된다. 이렇게 하기 위해서는 측정범위의 조정을 정확히 해놓지 않으면 안 되지만 탐상기 자체에 대해서도 초음파펄스가 송□수신될 때까지의 시간에 정확히 비례하는 횡축위치에 에코를 표시할 수 있는 성능이 필요하다. 이 성능을 시간축직선성이라 한다. 이 성능이 나쁘면 결함에코를 다른 에코로 판단하기도 하고, 또 결함이 아닌 에코를 결함에코로 판단하기도 하는 경우도 있다.

또는, 초음파 진행시간에 따른 거리의 표시가 탐상기 CRT 화면의 가로축에 일정 비율로 정확히 나타나는 성능.

(2) 증폭직선성

수신된 초음파펄스의 음압과 브라운관에 나타난 에코높이의 비례관계의 정도를 증폭직선성이라 한다. 이 성능이 나쁘면 정확한 에코높이가 얻어지지 않고 결함을 빠뜨리기도 하고, 또 결함을 과소 또는 과대하게 평가된다.

또는, 증폭부 및 탐상기 CRT 화면상에 입력에 관한 출력의 직선성(CRT 화면상의 펄스의 수직축에 관한 직선성)이 일정하게 유지되는 성능.

(3) 분해능의 종류 2가지

분해능이라는 것은 탐촉자로부터의 거리 또는 방향이 다른 근접한 2개의 반사원을 2개의 에코로 식별할 수 있는 성능으로, 원거리분해능, 근거리분해능(불감대) 및 방위분해능이 있다.

원거리분해능은 탐상면으로부터 떨어진 위치에 있는 2개의 반사원으로부터 에코를 식별할 수 있는 능력이다.

근거리분해능은 수직탐상에서 탐상면에 근접한 반사원으로부터의 에코를 식별할 수 있는 능력이다.

방위분해능은 탐상면으로부터 동일거리에 있는 2개의 반사원을 2개의 에코로 식별할 수 있는 능력이다.

3. 강 용접부의 초음파 탐상 시험방법(KS-B-0896)에서 경사각 탐상으로 흠의 지시 길이는 어떻게 측정하는지 설명하시오. (4점)

4. 두께가 60mm인 평판 맞대기 용접부를 60도 굴절각을 사용하여 1스킵법으로 경사각 탐상할 때, (4점)

[공식]

결함의 깊이(~0.5스킵) d는, [eqn: cos theta = {d} over {W}] 이므로, [eqn: d=W TIMES cos theta]

결함의 깊이(0.5~1스킵) d는, [eqn: cos theta = {2t-d} over {W}] 이므로, [eqn: d=2t-W TIMES cos theta]

빔행정거리(0.5스킵) W0.5s는, [eqn: cos theta = {t} over {W _{0.5s}}] 이므로, [eqn: W _{0.5s} = {t} over {cos theta }]

빔행정거리(1.0스킵) W1.0s는, [eqn: cos theta = {2t} over {W _{1.0s}}] 이므로, [eqn: W _{1.0s} = {2t} over {cos theta }]

탐촉자-결함의 길이 y(W 기준)는, [eqn: sin theta = {y} over {W}] 이므로, [eqn: y=W TIMES sin theta]

탐촉자-결함의 길이 y0.5s(0.5스킵 기준)는, [eqn: tan theta = {y _{0.5s}} over {t}] 이므로, [eqn: y _{0.5s} =t TIMES tan theta (=W _{0.5s} TIMES sin theta )]

탐촉자-결함의 길이 y1.0s(1.0스킵 기준)는, [eqn: tan theta = {y _{1.0s}} over {2t}] 이므로, [eqn: y _{1.0s} =2t TIMES tan theta]

(1) 빔진행거리(=빔행정거리)를 계산하시오.

0.5스킵에서 빔진행거리 W0.5s는, [eqn: cos theta `=` {t} over {W _{0.5s}}] (t는 모재의 두께) 즉, [eqn: W` _{0.5s} =` {t} over {cos theta }]

1스킵에서 빔진행거리  W1.0s는, [eqn: cos theta `=` {2t} over {W _{1.0s}}] (t는 모재의 두께) 즉, [eqn: W _{1.0s} `=` {2t} over {cos theta }]

□ 1스킵에서 빔진행거리 [eqn: W _{1.0s} `=` {2t} over {cos theta } `=` {2 TIMES 60mm} over {cos60 DEG } `=` {120mm} over {0.5} `=`240mm]

□ 1스킵에서 빔진행거리는 240mm 이다.

(2) 측정시 눈금을 읽기 좋도록 하기 위한 CRT의 측정범위를 쓰시오.

일반적으로 열영향부를 포함하는 용접부 전체를 검사하려면 0.5스킵 또는 1스킵의 빔 노정보다 조금 긴 빔 노정이 필요하므로, 1스킵 빔 노정의 240mm 보다 조금 긴 250mm으로 측정범위를 설정한다. (시간축 설정은 25mm의 배수로 설정하는 것이 눈금을 읽기에 좋다.)

5. 단조품 초음파 탐상할 때 내용 중, (4점)

(1) 주강품과 비교하여 입자의 크기가 작기 때문에 어떤 대역주파수를 사용하는가?

단조품은 주강품과 달리 결정입의 크기가 크지 않기 때문에 높은 주파수 대역을 사용할 수 있으며, 주로 탐상 주파수는 4~6Mhz를 많이 사용하며, 경우에 따라서는 10Mhz의 높은 주파수를 사용하는 경우도 있다.

(2) 검사체의 결함이 주로 입자성형 방법으로 직선형일 때 유리한 탐상법은?

단조품의 결함은 단조로 인한 입자의 흐름(Metal flow)과 같은 방향이므로 초음파빔의 방향을 입자흐름방향의 수직방향으로 하여 수직탐상을 한다.

(3) 근거리 음장을 보정하기 위하여 사용하는 탐촉자는?

단조품의 탐상에는 수직탐상이 흔히 사용되며, 근거리 음장을 보정하기 위하여 분할형 탐촉자를 사용한다. 사각탐상은 수직탐상으로 확인된 결함의 모양이나 깊이 등을 확인하기 위한 특수한 경우에 사용되며, 피검체의 모양으로 인하여 수직탐상이 불가능할 때 사용된다.

6. 초음파 탐상시험에서 결함의 정량적 평가방법에 대해 문제에 답하시오. (4점)

(1) 탐촉자 이동거리에 의한 방법 2가지

dB Drop법, 평가레벨법, 유효빔넓이법

(2) 에코높이를 이용하는 방법 3가지

에코높이법, AVG 선도법, 산란파법, 탬덤탐상법, Tomography법, Transmission and Reflection법

□ 참조 : 결함의 높이측정

탐촉자의 이동 거리를 사용법	dB Drop법	6dB Drop법
		10dB Drop법
		20dB Drop법
	Reference Level법(=평가레벨법)	DAC 이용법(=거리진폭특성곡선법)
		에코소멸법
	유효빔넓이법	20dB Drop법
		에코소멸법
에코의 이용법	에코높이법
	AVG 선도법
	Tomography법
	Scattering(Diffraction) Wave법(=산란(회절)파법)
	Tandem법(=탠덤탐상법)
	Transmission and Reflection법
경과시간을 이용법	Peak echo법
	산란된 종파를 이용하는 방법
	파형변화된 표면파를 이용하는 방법
	산란파법
	표면파법
	표면파-종파 또는 횡파 파형변화법
	횡파-종파 파형변화법
주파수 이용법	주파수 분석법
	Cepstrum법
Imaging법(=영상법)	B Scope법
	Synthetic Aperture법
	Holography법

7. 강용접부의 초음파 탐상 시험방법(KS-B-0896)에 따른 45도 굴절각을 사용한 경사각 탐상의 에코높이 구분선(DAC)을 작성하는 방법. (4점)

(1) 사용하게 되는 스킵에 따라 탐상범위를 설정한다.

(2) STB A2 □(4□4)mm 표준구멍을 0.5skip으로 잡고 최대에코를 얻은 다음 CRT의 약 (50)%선이 되게 한다.

(3) 이 지점에 최대 에코에 점을 찍는다. 이 감도가 기준 감도가 된다.

(4) 위의 감도에서 다른 지점 (1skip, 1.5skip)에서도 동일하게 (최대)에코를 얻고 점을 찍는다.

(5) 위의 기준점에서 +(6)db, -(6)db씩 증가 또는 감소시켜서 각 지점을 표시한다.

(6) 이렇게 같은 dB의 점을 서로 연결하여 구분선을 작성한다.

8. 초음파 탐상기의 전기적 성능측정방법(KS-B-0537)에 대해 송신부의 특성 측정 중 송신펄스의 상승시간 측정방법을 설명하시오. (5점)

9. 초음파탐상시험시 검사체의 표면 거칠기에 따라 감도 분해능에 많은 영향을 미친다. 이러한 영향을 줄이기 위한 기술적인 방법 4가지는? (4점)

(1)탐촉자의 주파수가 높을수록, (2)파장이 짧을수록, (3)댐핑(Damping)이 양호할수록, (4)탐상기의 수신장치에서 증폭하는 주파수 대역이 넓을수록 분해능은 좋아진다.

10. 초음파 검사 방법 중 진행 시간을 이용하여 결함높이를 측정하는 방법 3가지는? (4점)

Peak echo법, 산란된 종파를 이용하는 방법, 파형변화된 표면파를 이용하는 방법, 산란파법, 표면파법, 표면파-종파 또는 횡파 파형변화법, 횡파-종파 파형변화법

□ 참조 : □2007년 1회 필답□ 6번 문제

11. 철과 알루미늄이 아주 균일하게 접합된 시험체가 있다. 알루미늄에서 발생한 초음파가 철로 수직 입사할 때 음압 반사율을 구하시오.

(알루미늄 밀도 2.7g/□, 음속 6400m/s, 철의 밀도 7.8g/□, 음속 5900m/s  단, 감쇠는 무시한다.)

[공식] 음압반사율 [eqn: r`=` {P _{r}} over {P _{i}} `=` {Z _{2} -Z _{1}} over {Z _{2} +Z _{1}}] , 음압통과율 [eqn: t=` {P _{t}} over {P _{i}} `=` {2Z _{1}} over {Z _{2} +Z _{1}}] [eqn: LEFT ( t=1-r RIGHT )]

여기서,

[eqn: P _{i}] : 매질 1에서 매질 2의 경계면으로 음파가 수직으로 진행할 때 입사되는 음압(=입사파)

[eqn: P _{r}] : 매질 1과 매질 2의 경계면에서 반사되는 음압(=반사파)

[eqn: P _{t}] : 매질 1과 매질 2의 경계면을 통과하는 음압(=통과파)

[eqn: Z _{1}] : 매질 1에서의 음향 임피던스

[eqn: Z _{2}] : 매질 2에서의 음향 임피던스

[풀이]

알루미늄에서의 음향 임피던스

[eqn: Z _{1} =2.7g/cm ^{3} TIMES 6,400m/s=2.7g/cm ^{3} TIMES 640,000cm/s=1,728,000g/cm ^{2} BULLET s]

철에서의 음향 임피던스

[eqn: Z _{2} =7.8g/cm ^{3} TIMES 5,900m/s=7.8g/cm ^{3} TIMES 590,000cm/s=4,602,000g/cm ^{2} BULLET s]

음압반사율 [eqn: r= {Z _{2} -Z _{1}} over {Z _{2} +Z _{1}} = {4,602,000-1,728,000} over {4,602,000+1,728,000} =0.454`]

□ 알루미늄과 철의 경계면에서 반사하는 초음파의 음압은 입사하는 초음파 음압의 약 45%가 된다.

2006년 제3회 필답

1. KS-B-0040의 100mm 강판 탐상시 다음을 기재하시오. (5점)

(1) 사용 탐촉자 : 공칭 주파수 2MHz, 진동자의 유효지름 30mm인 수직탐촉자

(2) 불감대 : 2MHz인 경우 15mm 이하, 5MHz인 경우 10mm 이하

(3) 탐상 시기 : 원칙적으로 강판 및 평가의 완성 검사 때

(4) 대비선 DM의 높이 : 눈금판의 50% 높이 (참고. DM을 기준으로 +6dB 높은 선은 DH, -6dB 낮은 선은 DL)

(5) 탐상 부위(특별한 지정이 없는 경우) :

원칙적으로 200mm 피치의 압연 방향선 을 탐상선으로 한다. 다만 자동 탐상 장치의 탐촉자 이송 기구가 강판 압연 방향과 직각인 경우에는 200mm피치의 판 나비 방향의 선을 탐상선으로 한다.

2. 아날로그 탐상기의 기본구조 5가지를 쓰시오. (5점)

동기부, 송신부, 수신부, 시간축부, CRT 화면

또는 동기제어부, 송신부(펄스전압발생부), 수신증폭부, 시간축부(횡축소인부), 브라운관

3. 아래 그림과 같이 굴절각이 70□인 사각 탐촉자로 탐상하였을 때, 슬릿(slit)까지의 빔진행거리(W)를 계산하시오. (3점)

[공식]

결함의 깊이(~0.5스킵) d는, [eqn: cos theta = {d} over {W}] 이므로, [eqn: d=W TIMES cos theta]

결함의 깊이(0.5~1스킵) d는, [eqn: cos theta = {2t-d} over {W}] 이므로, [eqn: d=2t-W TIMES cos theta]

빔행정거리(0.5스킵) W0.5s는, [eqn: cos theta = {t} over {W _{0.5s}}] 이므로, [eqn: W _{0.5s} = {t} over {cos theta }]

빔행정거리(1.0스킵) W1.0s는, [eqn: cos theta = {2t} over {W _{1.0s}}] 이므로, [eqn: W _{1.0s} = {2t} over {cos theta }]

탐촉자-결함의 길이 y(W 기준)는, [eqn: sin theta = {y} over {W}] 이므로, [eqn: y=W TIMES sin theta]

탐촉자-결함의 길이 y0.5s(0.5스킵 기준)는, [eqn: tan theta = {y _{0.5s}} over {t}] 이므로, [eqn: y _{0.5s} =t TIMES tan theta (=W _{0.5s} TIMES sin theta )]

탐촉자-결함의 길이 y1.0s(1.0스킵 기준)는, [eqn: tan theta = {y _{1.0s}} over {2t}] 이므로, [eqn: y _{1.0s} =2t TIMES tan theta]

[풀이]

빔진행거리 W0.5s는, [eqn: cos theta `=` {t} over {W _{0.5s}}] (t는 모재의 두께)

즉, [eqn: W _{0.5s} = {t} over {cos theta } = {15mm} over {cos70 DEG } = {15mm} over {0.342} =43.8596 SIMEQ 43.86mm]

□ 빔진행거리 W는 43.86mm 이다.

4. 굴절각 30□를 이용하여 결함이 없는 봉강을 측정하였더니 CRT화면에 아래쪽 그림과 같이 나타났다. 이때 검사한 환봉의 직경은 얼마인가? (4점)

단, (1) 초음파빔의 분산 및 파형변환은 고려하지 않는다.

,(2) 시간축은 측정범위 100mm로 보정되었다.

,(3) 검사 후, STB-A1 시편을 사용하여 시간축을 보정한 결과는 아래와 같았다.

[그림 1] 굴절각 30□를 이용하여 결함이 없는 봉강을 측정하였을 때 CRT (상단 왼쪽 그림)

[그림 2] 검사 후 STB-A1 시편을 사용하여 시간축을 보정한 결과 (상단 오른쪽 그림)

[풀이 1]

굴절각 30□로 봉강에 입사한 초음파는 그림과 같은 경로를 지나 되돌아와 (즉, 정삼각형의 경로) CRT 화면에 60mm로 나타났으므로 실제 빔의 행정거리가 120mm가 되므로, [eqn: a=20mm]가 된다.

따라서, [eqn: d= {20} over {cos30} =23.09mm],   [eqn: THEREFORE ~직경은~46.18mm`이다.]

[풀이 2]

굴절각 30□로 봉강에 입사한 초음파는 옆의 그림과 같은 경로를 경유하여 (즉, 내각이 60□인 정삼각형의 경로) CRT 화면에 60mm로 나타난다.

STB-A1 시편을 사용하여 시간축을 보정한 결과 100mm가 200mm(왕복거리)를 나타내므로, 실제 빔의 행정거리는 60mm의 두 배가 되는 120mm가 되며, 그 한 변의 길이는 120mm의 1/3인 40mm, 또, 그 한 변의 길이의 반은 20mm가 된다. 즉,

환봉의 직경 t는, [eqn: cos alpha `=` {(빔행정거리□3)□2} over {지름□2} = {(W□3)□2} over {t□2}] 이므로,

[eqn: t= {(W□3)□2} over {cos alpha } TIMES 2= {(120mm□3)□2} over {cos30 DEG } TIMES 2= {20mm} over {0.866} TIMES 2=46.189 SIMEQ 46.19mm]

□ 환봉의 직경은 46.19mm 이다.

5. 실측 판 두께가 25mm의 알루미늄 합금 맞대기 용접부를 5Z10□10A70 (실측굴절각 71□)를 이용하여 탐상한 경우 그림의 탐촉자 위치에서 탐상도형을 얻었다. 측정범위의 조정 및 굴절각의 측정은 STB-A1을 이용한다. 특히 보정은 하지 않으며, 알루미늄 합금의 종파음속은 6350m/s, 횡파음속은 3150m/s로 한다. 이때, 반사원의 위치를 구하라. (4점) 단, 탐상도형의 측정범위는 125mm이다.

① 알루미늄 합금에서의 굴절각 계산 : 스넬의 법칙에 의해, [eqn: {sin alpha } over {sin beta } = {V _{1}} over {V _{2}}]

여기서, □는 입사각, □는 반사 또는 굴절각, V1은 입사파의 속도, V2는 반사 또는 굴절각 파의 속도.

□ 강재(STB-A1)에서의 횡파 굴절각(실측 굴절각)이 71□, 횡파속도는 3230m/s이므로, 알루미늄 합금에서의 횡파 굴절각을 구하면,

[eqn: {sin71 DEG } over {sin beta } = {3230m/s} over {3150m/s}]

[eqn: beta =sin ^{-1} LEFT ( sin71 DEG □ {3230m/s} over {3150m/s} RIGHT ) =67.235 DEG SIMEQ 67.24 DEG]

□ 알루미늄 합금에서의 굴절각은 67.24□

② 알루미늄 합금에서의 초음파 빔진행거리 계산 : CRT상의 에코위치가 60mm(탐상도형의 측정범위가 125mm이므로, CRT 화면상의 한 눈금 당 측정범위는 2.5mm, 눈금은 24칸이므로, □2.5mm□24칸=60mm) 이므로, 아래 식을 이용하여 알루미늄 합금 중의 초음파 전파거리를 구하면,

속도교정 관련 공식 □[eqn: 피검체의`두께=측정두께 TIMES {피검체의`종파속도} over {대비시험편의`종파속도}]□ 을 응용하여,

[eqn: X _{2} =X _{1} TIMES {C _{2}} over {C _{1}} =60mm TIMES {3150m/s} over {3230m/s} =58.513 SIMEQ 58.51mm]

또는, KS-B-0897(알루미늄 맞대기 용접부의 초음파 경사각 탐상 시험 방법-1999) P.15에 의한 음속의 양자의 비(약 0.975)를 적용하면,

[eqn: W _{Al} =W _{Steel} TIMES 0.975=60mm TIMES 0.975=58.5mm pile{#}]

□ 알루미늄 합금에서의 초음파 전파거리는 58.51mm

(1) 결함의 깊이

빔행정거리(0.5스킵) W0.5s는, [eqn: cos theta = {t} over {W _{0.5s}}] 이므로, [eqn: W _{0.5s} = {t} over {cos theta } = {25mm} over {cos67.24 DEG } =64.62mm]

CRT 화면상에 나타난 결함까지의 빔행정거리는 60mm이므로 결함은 0.5스킵 내에 존재한다.

따라서, 결함의 깊이(~0.5스킵) d는, [eqn: cos theta = {d} over {W _{0.5s}}] 이므로, [eqn: d=W _{0.5s} TIMES cos theta]을 적용하면,

[eqn: THEREFORE `d=W _{0.5s} TIMES cos theta `=`58.51mm TIMES cos67.24 DEG =22.635mm SIMEQ 22.64mm pile{#}]

□ 결함의 깊이는 22.64mm

(2) 용접 중심부와의 어긋난 거리

탐촉자-용접 중심부간 거리 55mm에서, 탐촉자-저면에코간 직선거리를 보상해주면 되므로,

[eqn: Y-Y _{Al} =Y-(W TIMES sin theta )=55mm-(58.51mm TIMES sin67.24 DEG )=1.045mm SIMEQ 1.05mm pile{#}]

□ 용접 중심부에서 어긋난 거리는 1.05mm

6. KS-B-0535에 따른 직접접촉용 1진동자 경사각 탐촉자의 성능측정에서 다음을 기술하시오. (4점)

1) 개별 측정 항목 4가지

빔 중심축의 편심과 편심각, 입사점, 굴절각, 불감대

2) 공통 측정 항목 5가지

시험주파수, 전기임피던스, 진동자의 유효 치수, 시간 응답 특성, 중심 감도 프로덕트 및 대역폭

□ 참조 : KS-B-0535

7. 2.25C10N탐촉자를 강재 표면에 대고 초음파탐상을 하였을 때 오실로스코프상에서 첫번째 저면신호와 두번째 저면신호와의 전파시간차 (Time of Flight : TOF)가 10[eqn: mu S]였다면, 피검체의 두께는 몇 mm인가? 단, 강재의 종파속도는 5900m/s 이다. (3점)

[풀이 1]

[eqn: C= {2L} over {TRIANGLE t}]에서, [eqn: L= {1} over {2} TIMES C TIMES TRIANGLE t= {1} over {2} TIMES 5900m/s TIMES 10 TIMES 10 ^{-6} s=0.0295m=29.5mm]

[풀이 2]

□거리 = 속도 □ 시간□ 의 공식에서, 강재의 종파속도에서 소요시간을 계산하면 피검체 두께의 왕복 거리가 되므로 이 값을 2로 나눠주면 피검체의 두께를 구할 수 있다.

[eqn: BECAUSE `거리`=`5900m/s` TIMES {10 mu s} over {2} =0.0295m=29.5mm]

□ 피검체의 두께는 29.5mm

8. KS-B-0534 초음파 탐상절차의 성능측정에서 수직 탐상의 감도 여유 값 측정방법을 서술하시오. (5점)

9. 강으로부터 물로 초음파가 입사하는 경우의 음압반사율(r)과 음압통과율(T)를 구하시오. (3점)

단, 각 매질의 음향 임피던스는 [eqn: Z _{1} =45], [eqn: Z _{2} =1.5]

[공식] 음압반사율 [eqn: r`=` {P _{r}} over {P _{i}} `=` {Z _{2} -Z _{1}} over {Z _{2} +Z _{1}}] , 음압통과율 [eqn: t=` {P _{t}} over {P _{i}} `=` {2Z _{1}} over {Z _{2} +Z _{1}}] [eqn: LEFT ( t=1-r RIGHT )]

여기서,

[eqn: P _{i}] : 매질 1에서 매질 2의 경계면으로 음파가 수직으로 진행할 때 입사되는 음압(=입사파)

[eqn: P _{r}] : 매질 1과 매질 2의 경계면에서 반사되는 음압(=반사파)

[eqn: P _{t}] : 매질 1과 매질 2의 경계면을 통과하는 음압(=통과파)

[eqn: Z _{1}] : 매질 1에서의 음향 임피던스

[eqn: Z _{2}] : 매질 2에서의 음향 임피던스

[풀이]

(1) 음압반사율(r)

음압반사율 [eqn: r= {Z _{2} -Z _{1}} over {Z _{2} +Z _{1}} = {1.5-45} over {1.5+45} =-0.935 SIMEQ -0.94]   □ 약 -94%

여기서,

부호가 +인 경우는 입사파에 대해 위상이 똑같이 되는 것이고,

부호가 -인 경우는 입사파에 대해 위상이 역이 되는, 즉 어느 순간에 음압이 양의 최대값으로 경계면에 입사할 때 동일 순간의 반사파의 음압은 음의 최대값이 되는 것을 나타낸다.

(2) 음압통과율(T)

음압통과율 [eqn: t`=` {2Z _{1}} over {Z _{2} +Z _{1}} = {2 TIMES 45} over {1.5+45} =1.935 SIMEQ 1.94]   □ 약 1.94%

10. 초음파 탐상시험의 적용한계는 일반적으로 파장의 1/2로 한다. 4MHz 경사각 탐촉자로 강재 탐상시 검출할 수 있는 최소 결함의 길이는 얼마인가? 단, 강의 종파속도는 5900m/s, 횡파속도는 3260m/s 이다. (3점)

[풀이]

주파수와 파장의 공식 [eqn: lambda = {V} over {f}]이므로, 이 파장에서의 1/2 값을 계산하여 [eqn: {lambda } over {2} = {1} over {2} TIMES {V} over {f}]을 풀면,

[eqn: {lambda } over {2} = {1} over {2} TIMES {V} over {f} = {1} over {2} TIMES {3260m/s} over {4 TIMES 10 ^{6} Hz} =0.0004075m SIMEQ 0.4075mm]

□ 최소 결함 길이는 0.41mm

11. 초음파탐상시험 결과를 영상화(C-SCAN 또는 B-SCAN)하는 목적을 간략히 설명하시오. (5점)

(1)객관적인 시험결과를 보존할 수 있으며, (2)시험결과를 1차원적인 기본 표시로부터 2차원적인 단면표시(B-SCAN), 평면표시(C-SCAN) 또는 3차원적 표시로 가능하기 때문에 결함검출의 누락 우려가 적고, 결함위치, 형상, 경사 등으로부터 결함의 종류를 추정할 수 있다. 또한, (3) 홀로그라피(Holography)나 개구합성(開口合成)에 의한 신호처리를 하는 것에 의해 S/N비를 향상시키고 결함 검출률을 향상시킨다. 또, 신호처리에 의해 분해능이 향상되기 때문에 결함크기 측정 정도(精度)를 향상 시킬 수 있다.

또는,

피검재의 단면 또는 평면을 한 눈에 볼 수 있는 표시법으로서 결함의 모양을 작업자의 기술력(판독)에 의존하지 않고 영상으로 봄으로써 탐상의 신뢰를 높일 수 있고 결함의 형상을 추정하는 것이 아니라 실제적인 모양을 관찰할 수 있다. A-SCAN의 경우 초음파와 결함과의 방향에 따라 그 오차가 발생할 수 있으나 영상화를 한 시스템에서는 기공 등의 원형 결함의 판독에도 유리하다.

2005년 제4회 필답

1. 진동자의 직경이 □10mm 이고 입사각 50□, 굴절각 70□일 때 시험편 내부에서의 빔 직경은? 단, 빔의 확산은 없다. (5점)

[풀이 1]

[eqn: H _{2} = {cos70 DEG } over {cos50 DEG } TIMES EMPTYSET 10mm=5.32mm]   □ 빔의 직경은 □10mm□5.32mm의 타원형 형태가 된다.

[풀이 2]

입사각 50□ 일 때의 밑변과, 굴절각 70□ 일 때의 세로변의 길이를 삼각함수에 의해 풀면, 빔을 직경을 알 수 있다.

(빔의 폭은 □10mm로 일정하다고 볼 수 있다.)

① 우선, 입사각 50□의 밑변의 길이를 구하면, [eqn: sin40 DEG = {EMPTYSET 10mm} over {밑변}] 이므로,

[eqn: 밑변= {EMPTYSET 10mm} over {sin40 DEG } = {EMPTYSET 10mm} over {0.643} =15.557mm SIMEQ 15.56mm]

② 굴절각 70□ 일 때의 세로변의 길이를 구하면, [eqn: cos70 DEG = {빔의`직경} over {15.56mm}] 이므로,

[eqn: 빔의`직경=15.56mm TIMES cos70 DEG =5.321mm SIMEQ 5.32mm pile{#}]

□ 빔의 폭이 □10mm이고, 빔의 직경은 5.32mm의 타원형 형태가 된다.

2. 저면에코방식에 대해 간단히 서술하시오. (5점)

시험체 자체의 에코를 사용하기 때문에 표면 거칠기, 곡률, 감쇠차의 보정이 필요 없다. 밑면이 불규칙할 경우에는 에코가 나타나지 않거나 에코높이가 낮아지므로 이 방식의 사용이 곤란하다. 또한 감쇠가 큰 재질에서는 근거리 결함의 경우 과대평가 될 우려가 있다.

3. KS-D-0248을 적용하여 100mm의 단강품 절차서를 작성하시오. (5점)

① 시험체 형상의 확인	② 탐상면, 탐상방향의 확인	③ 시험체 두께측정
④ (사용탐촉자의 선정)	⑤ 측정범위조정	⑥ (탐상방식의 설정)
⑦ 거리진폭특성곡선의 작성	⑧ (탐상감도의 조정)	⑨ 탐상면 손질 및 접촉매질 도포
⑩ (탐상)	⑪ 결함 데이터의 체취	⑫ (감쇠계수의 측정)
⑬ 데이터의 정리	⑭ (등급분류)	⑮ 기록

4. KS-D-0233 가벼움, 중간, 큼....으로 정의되어 있다. 결함의 기록? 인지 평가 방법인지? 기억안남. (4점)

5. 결함의 길이를 측정하는 방법 4가지 쓰기. (8점)

6. N5Z10□10A60 (4점)

N5 : 보통의 주파수 대역으로 공칭주파수가 5MHz	Z : 지르콘 티탄산계 자기
10□10 : 진동자의 치수는 높이□폭이 10□10(mm)	A60 : 굴절각이 60인 경사각 탐촉자
□ 보통의 주파수 대역으로 공칭 주파수가 5MHz, 지르콘티탄산납계 자기 진동자의 치수는 높이□폭이 10□10mm인 굴절각이 60도인 경사각 탐촉자

□ 참조

7. 평가감도 및 주사감도 (9점)

(1) 초음파탐상에서 사용하는 감도는 가능한 (최저)로 하고, 이는 노이즈 신호로부터 (비관련지시와 결함지시)를 구분하는데 있다. 노이즈로부터 (결함지시)를 구분...

(2) 평가감도와 주사감도의 정의

평가감도(Evaluation Sensitivity)라 함은 흠집 에코 높이를 평가할 때 기준이 되는 감도를 말한다. 또는, 탐상된 결함지시와 비교하기 위하여 인공결함을 이용하여 설정한 감도를 말한다. 이를 초기대비에코(Primary Reference Echo)라 부른다.

주사감도(Scanning Sensitivity)라 함은 주사를 위해 펄스 폭, 게인 등을 적절하게 조정한 감도를 말한다. 또는, 피검체의 표면 거칠기, 표면 접촉조건이나 주사속도 등으로 탐상에 방해를 받을 수 있는 요소를 감안하여 작은 결함도 빠뜨리지 않도록 평가감도에서 2~4배(6~12dB) 등으로 높여준 감도를 말한다.

(3) 평가감도 설정하는 일반적인 방법 3가지

거리진폭교정방법(DAC법), DGS법(AVG법), 최대감도법 및 대비 시험편방법

8. 굴절각 45□인 탐촉자를 사용하여 강관(steel pipe)을 관의 외부에서 탐상하려 할 때 100% 검사가 가능한 관의 최대두께는 얼마인가? (단, 강관의 외경은 100mm이다.) (5점)

[풀이 1]

탐촉자의 굴절각도에 따라 초음파빔이 도달하지 못하는 부위가 있으므로 이를 그림으로 나타내보면 내경에는 초음파가 도달할 수 없으므로,

[eqn: sin45 DEG = {50mm-t} over {50mm}] 이므로, [eqn: sin45 DEG =1- {t} over {50mm}] [eqn: THEREFORE `t=50mm(1-sin45)=14.64mm]

[공식]

두꺼운 관의 최대 투과 두께 계산 공식 [eqn: t= {D(1-sin theta )} over {2}]

여기서, [eqn: t]는 탐상 가능한 최대두께, [eqn: D]는 관의 외경, [eqn: theta]는 탐촉자의 굴절각이다.

[풀이 2]

[eqn: t= {D(1-sin theta )} over {2} = {100mm(1-sin theta )} over {2} = {100mm(1-0.707)} over {2} =14.65mm]

□ 탐상 가능한 최대 두께는 14.65mm