비파괴검사 스터디 내용 정리

1. 헬륨 추적기체의 특성

헬륨은 불활성 기체 중 가장 가볍고 원자량은 4이다. 특별한 온도에서 헬륨 분자는 수소를 제외한 다른 기체들보다 높은 입자속도를 갖는다. 그런 이유로 헬륨은 대부분의 다른 추적기체들보다 빠르게 누설부위를 통해서 확산할 수 있으며 화학적으로 불활성이고 금속제품에 해를 입히거나 부식시키지 않는 기체이다. 공기 중에서 누설을 검출하는 용도에 있어서 이상적인 추적기체이고, 공기 중에서 극소량으로 존재하기 때문에 추적기체로 사용하는데 효과적이다. 헬륨은 비독성, 비인화성이고 인체에 필요한 공기나 산소를 대체시키지 않는다면 인체에는 무해하다.

2. 헬륨 질량분석기의 원리

헬륨 기체와 질량분석기형 헬륨 누설검출기를 이용하여 누설률과 누설위치를 측정할 수 있는데 시험체의 누설부위에서 유입되는 소량의 헬륨 기체는 헬륨 누설검출기에 전달되는 분석관의 이온 챔버 내 필라멘트의 전자법에 의해 이온화 된다. 이 생성 이온은 가속전압에 의해 가속되어 가속 슬리트에서 탈출하지만 자장 내를 통과할 때 질량 차이에 의해 각기 다른 원 궤도를 그리게 되며 그 중 헬륨이온만 수집기에서 집적된 후 증폭되어 전류증폭기에서 증폭된 미터상 지시를 나타낸다. 미터의 지시는 누설률에 비례하기 때문에 누설률의 측정이 가능하다. 질량분석기의 기능은 시험체의 누설로부터 기기의 진공 챔버 내로 추적기체를 펌핑하고, 전자충동에 의해 가스분자를 이온화 시키고, 질량비에 따라서 양이온을 규정하고 분류한다.

3. 헬륨 질량분석기 누설시험의 감도

헬륨 질량분석기는 대기 중에서 1/10∧7정도의 헬륨가스를 검지할 수 있다. 헬륨 누설검출기의 높은 감도로 인해 5×10∧-12㎩·m3/s의 범위에 있는 최소 헬륨누설을 측정하고 검출할 수 있다. 100kPa의 게이지압으로 가압된 용기에서 위와 같은 누설감도로서 누설된다면 공기 중에서 1㎤ 헬륨이 모이는데 300년 이상이 걸릴 것이다. 기본적으로 질량분석기로 검출할 수 있는 누설의 범위는 10∧-6~10∧-8㎩·m3/s이다.

4. 헬륨 질량분석기의 적용

헬륨 질량분석기로 시험 가능한 시험체는 반도체와 집적회로, 소형밀봉제품, 전자제품, 극저온장치, 진공장치, 대형 냉방장치, 열교환기, 원자로 압력용기, 배관, 대형 고에너지 입자 가속기의 고진공 영역 등이 있다.

5. 허위 누설신호의 원인

허위 누설신호의 원인은 대기 중 헬륨농도 증가, 질량분석기 튜브 내에서 너무 높은 가스압력에 의한 이온산란, 수소와 탄소수소 농도 오염, 합성고무 가스킷, 그리스, 고무호스, 표면페인트, 주조품 등에 고농도의 헬륨에 노출될 때, 흡착이 원인이 되고 나중에 헬륨 기체방출의 원인이 된다.

6. 헬륨 질량분석기의 특성

헬륨 질량분석기는 혼합기체 중의 헬륨농도를 측정하기 위해서 또는 혼합기체에 함유된 헬륨의 흐름지수를 측정하기 위해서 사용될 수 있다. 전체 압력이나 효과적인 펌프 스피드는 질량분석기가 작동되는 동안 일정한 양으로서 얻어질 수 있고 시험 중 질량분석기의 출력신호는 검지전극 내의 전체 기체압에 관계없이 검지전극 내에서 최대 허용압력 이하로 작동될 때 헬륨 원자의 수에 직접적으로 비례한다. 검지전극 내에 있는 헬륨 원자의 수는 혼합기체 내에 존재하는 헬륨 원자의 농도에 대해 비례하고 질량분석기 챔버 내의 혼합기체의 전체압력에 대해 비례한다. 질량분석기의 출력신호는 검지전극 내에 있는 헬륨 분압의 크기에 비례한다.