자화는 시험체에 적정한 자기장 또는 자속을 걸어주는 조작이다. 자화를 할 때에는 탐상, 예측되는 결함의 특성 등에 따라서 자분의 적용시기와 자기장의 방향 및 세기를 결정하고 자화방법, 자화전류의 종류와 자화전류치 및 통전시간, 탐상유효범위를 선정해야 한다.
1. 자화방법의 분류
KS D 0213에서 규정하는 7종류의 자화방법을 발생하는 자기장의 방향성에 따라 분류하면 다음과 같다.
1) 원형 자기장을 발생시키는 방법(원형 자화법) : 축통전법, 직각통전법, 전류관통법, 프로드법, 자속관통법
2) 선형 자기장을 발생시키는 방법(선형 자화법) : 코일법, 극간법
자속을 발생시키는 방식에 따라 분류하면 4가지 방식으로 구분한다.
1) 시험체에 전극을 접촉시켜 통전함에 따라 시험체에 자속을 발생시키는 방식 : 축통전법, 직각통전법, 프로드법
2) 시험체 외부의 도체에 통전함에 따라 시험체에 자속을 발생시키는 방식 : 전류관통법, 근접 도체법, 코일법
3) 전자 유도현상을 이용하여 시험체에 유도전류를 발생시킴에 따라 시험체에 자속을 발생시키는 방식 : 자속관통법
4) 자석의 철심에 자기장을 주어 발생하는 자속을 시험체에 투입하는 방식 : 극간법
2. 자화방법의 선정
자화방법을 선정할 때 주의해야 할 사항은 다음과 같다.
1) 검출하고자 하는 결함에 가급적 직각 방향으로 자속이 흐르는 자화방법을 선정한다.
2) 자속의 방향이 탐상면에 가능한 한 평행이 되는 자화방법을 선정한다.
3) 반자기장이 가급적 발생하지 않는 자화방법을 선정한다.
4) 시험체 표면에 손상을 주지 않는 자화방법을 선정한다.
5) 대형시험체는 탐상면을 분할하여 국부적으로 자화할 수 있는 자화방법을 선정한다.
6) 표면 가까이의 결함을 검출하거나 잔류법을 적용하는 경우에는 직류를 사용한다.
3. 자화방법의 종류
KS D 0213에서 규정하는 자화방법의 종류와 특징
| 자화 방법 |
기호 | 자화방법의 설명 | 자기장 | 장점 | 단점 | 검출할 수 있는 결함의 방향 | 비고 |
| 축통전법 | EA | 시험체의 축 방향으로 직접 통전 | 원형자기장 | 복잡한 형상의 시험체뿐만 아니라 간단한 부품도 한번 이상의 통전으로 자화 가능하며, 정밀하게 검사할 수 있다. 반자기장이 적다. |
전류에 직각방향인 시험체의 굵기가 굵은수록 큰 자화전류를 필요로 한다. 아크 발생 우려가 있다. |
전류와 평행한 방향의 결함에 대해 가장 감도가 다. 직각방향의 결함은 검출할 수 없다. |
축류의 외경에 적용한다. |
| 직각통전법 | ER | 시험체의 축에 대해 직각방향으로 직접 통전 | 원형자장 | 축통전법과 동일 | 축통전법과 동일 | 축에 직각방향의 결함에 대해 가장 감도가 높다. 축방향의 결함은 검출할 수 없다. |
축류의 끝면 및 끝부분 주변 면에 적용한다. |
| 프로드법 | P | 시험체의 일부분에 2개의 전극을 접촉시키고 통전 | 원형자기장 | 비교적 형상이 복잡한 시험체도 정밀하게 검사할 수 있고, 큰 시험체의 검사에 알맞다. 반자기장이 적다. |
전류가 높기 때문에 시허메에 전극 자국이 남기 쉽다. 전극의 간격을 자화전류의 크기에 맞춰야 한다. 한번에 검사할 수 있는 부분이 적다. |
전극을 연결한 선과 평행인 방향의 결함에 대해 가장 감도가 높다. 직각방향의 결함은 검출할 수 없다. |
형상이 복잡한 것에도 적용할 수 있다. |
| 전류관통법 | B | 시험체의 구멍 등을 통과시킨 도체에 전류를 흘림 | 원형자기장 | 관 등, 속이 빈모양의 내경과 측면 및 외경을 능률 좋게 검사가 가능하다. 전기적 접속이 필요없고, 반자기장이 적어 아크발생 염려도 없다. |
외경이 클수록 큰 전류를 필요로 한다. 도체는 구멍 안에서 중심에 위치시켜야 한다. 요구되는 전류를 감당하려면 도체의 크기가 충분해야 한다. |
축통전법과 동일 | 관 및 관이음매에 적용한다. |
| 코일법 | C | 시험체를 코일 속에 넣고 코일에 전류를 흘림 | 선형자기장 | 특별히 대전류를 흐르게하는 장치를 필요로 하지 않고, 충분히 큰 자기장을 걸어 줄 수 있다. 아크발생 염려가 없다. |
반자기장이 작용하므로 끝부분은 자극의 형성 때문에 탐상할 수 없다. 시험체의 길이가 길면 코일의 위치를 옮기면서 여러번 자화해야 한다. |
코일 감은 방향의 결함에대해 가장 감도가 높다. 코일과 직각방향의 결함은 검출할 수 없다. |
축류 등의 표면 결함검출에 효과적이다. |
| 극간법 | M | 시험체 또는 검사 할 부위를 전자석 또는 영구자석의 자극 사이에 놓음 | 선형자기장 | 휴대가 간편하다. 표면 결함을 검출하기 좋다. 아크발생 염려가 없다. 적절한 자화방향을 선택하면 임의의 불연속을 검출할 수 있다. 교류 극간식은 탈자에도 사용할 수 있다. |
전자속이 장치의 철심 단면적에 의해 정해지므로 직류는 철심보다 단면적이 큰 것은 사용할 수 없다. 자극 주변은 누설자속이 많아 탐상할 수 없다. 형상이 복잡한 부품은 검사가 어렵다. |
자극을 연결한 선과 직각방향의 결함에 대해 가장 감도가 높다. 평행인 방향의 결함은 검출할 수 없다. |
일반적으로 표면 결함검출에 효과적이다. |
| 자속관통법 | I | 시험체의 구멍 등을 통과시킨 자성체에 교류 자속을 줌에 따라 시험체에 유도전류를 흘림 | 원형자기장 | 전류관통법과 동일 | 외경이 클수록 높은 교류 자기장이 필요하다. | 원주방향의 결함에 대해 가장 감도가 높다. 지름 방향의 결함은 검출할 수 없다. |
전류관통법과 동일 |
4. 자화전류의 종류와 선정
저화전류는 시험체를 자화하기 위한 전류로써, 파형의 차이에 따라 교류, 직류, 맥류, 충격전류가 있다. 맥류에는 교류를 정류하여 얻는 단상 반파정류전류, 단상 전파정류전류, 삼상 반파정류전류 및 삼상 전파정류전류의 총칭인 맥류는 정류방법에 따라 단상과 삼상의 반파정류전류 및 전파정류전류가 있으며, 삼상전파, 삼상반파, 단상전파, 단상반파의 순으로 교류 성분이 많아 교류의 성질을 강하게 나타낸다. 충격전류는 사이라트로, 사이리스터 등을 사용하여 얻은 1펄스의 전류로 발생방식에 따라 여러 가지의 파형을 나타낸다. 충격전류는 직류에 포함된다. 자분 탐상검사에서 어떤 종류의 자화전류를 사용하는가는 다음 사항을 고려하여 선정한다.
1) 교류는 표피효과로 인하여 시험체의 표면 부근밖에 자화되지 않으므로 검출하고자하는 결함이 표면 결함만을 검출 대상으로 하는 경우에 사용한다. 표면 근방의 결함까지를 대상으로 할 때는 직류를 사용해야 한다.
2) 직류 및 맥류는 표면 결함 및 표면 근방의 내부의 결함을 검출할 수 있다.
3) 맥류는 직류에 교류 성분이 포함된 것으로 교류 성분이 많을수록 표피효과가 두드러져서 내부 결함에 대한 검출 성능이 떨어진다. 단상 반파정류와 같은 맥류는 상당한 교류 성분을 포함하고 있다.
4) 교류는 그 전류 차단 시의 위상에 따라 시험체의 잔류자속밀도가 다르기 때문에 일반적으로 잔류법에는 사용하지 않는다. 그러나 교류도 위상 판별법에 의한 전류차단을 조정할 수 있는 장치를 사용하면 잔류법에도 사요할 수 있다.
5) 직류 및 맥류는 연속법 및 잔류법의 양쪽 다 사용할 수 있다.
6) 충격 전류는 일반적으로 통전시간이 짧고, 통전시간 내에 자분의 적용을 끝마치는 것이 곤란하기 때문에 연속법으로는 사용하지 않는다.
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