침투 탐상검사의 탐상 기술

1. 전처리

침투 탐상검사를 실시하려면 시험체의 표면상태가 검사에 적합하게준비되어 있어야 한다. 따라서 시험체에 녹, 산화 스케일 및 도장 등과 같이 침투액이 결함 속으로 침투하는 것을 방해하거나 결함의 열린 부분을 막을 우려가 있는 이물질이 있어서는 안된다. 이들의 제거방법에는 표면처리와 표면세척 또는 표면청소가 있다. 표면처리는 금속 표면의 일부를 연삭기 등으로 기계적 처리를 하거나 에칭과 같은 화학적 처리로써 금속 표면을 부식시켜 새로운 금속 표면이 노출되도록 만드는 것이다. 그러나 표면세척 및 표면청소는 시험체에 부착됭어 있는 유지류나 수분을 제거하는 것으로 표면처리와 같이 금속 표면이 노출되게 하는 것은 아니다. 표면처리는 좁은 뜻으로 금속의 표면상태를 바꾸는 것이므로 일반적으로 비파괴검사원이 할 수 있는 일이 아니다. 그러므로 검사 준비 또는 검사 전 준비라 하여 전처리와 구별하고 있다. 표면세척이나 표면청소는 시험체 표면 또는 결함 내부에 존재하는 유지류, 무기물질 또는 수분에 의한 오물을 제거하는 것을 말하며 대부분의 전처리라 함은 이 처리를 말한다. 오염의 종류별 제거방법에 대한 주의사항을 표면처리 및 표면세척을 포함하여 설명한다. 시험체 표면의 전처리는 자분탐상검사 이상으로 엄격하게 실시해야 하며, 시험체 표면에 이물질이 부착되어 있으면 배경을 나쁘게 하여 의사지시를 발생시키는 원인이 되기도 하며, 부착되어 있는 양이 많으면 침투액을 오염시키기도 한다. 일반적으로 제거 대상은 스케일, 도장 등과 윤환율 또는 작동유와 같은 유지류 등이다. 시험체 표면에 대한 전처리는 화학적 방법인 산 세척, 알칼리 세척 및 용제에 의한 증기 탈지, 용제 세척 등으로 실시하며, 산 세척 및 알칼리 세척은 결함 속의 이물질도 세척이 되므로 가장 효과적인 방법이다. 대형 구조물 등의 시험체에서는 스케일, 도장, 유지 등을 와이어 브러시, 샌드 페이퍼, 그라인더 등 기계적 방법으로 제거하는 것은 결함의 열린 부분을 막아버릴 염려가 있으므로 하지 않는 것이 좋다. 세척이 끝나면 결함 속에 세척액이 남아 있을 수 있으므로 건조시켜야 한다.

 

2. 침투처리

   1) 침투처리 방법

침투처리는 전처리로 깨끗해진 시험체의 표면에 침투액을 적용하여 결함 속으로 충분히 침투액이 스며들어가게 하는 것을 말한다. 침투처리의 방법에는 시험체를 침투액 등에 담그는 담금법과 붓을 사용하는 솔질법, 그리고 뿌려서 적용하는 분무법 등이 있으며, 가끔 붓기법과 샤워법이 사용되기도 한다.

   2) 침투시간

침투액을 적용한 후 다음 처리를 할 때까지의 시간을 침투시간이라 한다. 침투시간은 침투액이 시험체의 결함 속으로 충분하게 스며드는데 필요한 시간으로 결함의 종류와 크기, 사용하는 침투액의 종류, 시험체의 재질 및 형태, 시험체와 침투액의 온도 등을 고려하여 정한다.

재질	형태	결함의 종류	침투시간(분)	현상시간(분)
알루미늄, 마그네슘, 강, 동, 티타늄	주조품, 용접부	쇳물경계(탕계), 기공, 융합불량, 균열	5	7
	압출품, 단조품, 판	겹침, 균열	10	7
카바이드 팁붙이 공구		기공, 융합불량, 균열	5	7
플라스틱, 유리, 세라믹	모든 형태	균열	5	7

   3) 배액

배액은 시험체를 침투처리한 후 다음 조작 순서인 유화처리 또는 세척처리를 쉽고 확실하게 하기 위하여 시험체를 배액대 위에 일정시간 동안 올려놓고 시험체 표면에 필요 이상으로 적용되어 있는 침투액을 자연스럽게 흘러내리게 하는 등의 목적으로 실시하는 처리로써 수세성과 후유화성 침투탐상검사에서만 적용된다.

 

3. 유화처리

후유화성 침투액은 유화제를 적용하지 않으면 그대로 물 세척이 안되므로 침투처리를 한 후 탐상면을 덮고 있는 침투액에 유화제를 적용하여 물 세척이 가능하도록 하는 것을 유화처리라 한다. 유화처리의 방법은 시험체를 유화제 속에 담그거나 유화제를 탐상면에 가볍게 붓는 방법으로 적용한다.

   1) 기름 베이스 유화제

기름 베이스 유화제는 유성기제와 계면활성제의 혼합액으로 시판되고 있는 유화제를 원액 그대로 사용한다. 침투시간이 경과하면 이 유화제를 시험체 표면의 침투액에 적용한다. 유화제의 적용방법은 잉여 침투액과의 균일한 혼합이 요구되기 때문에 시험체를 유화제 통에 담그었다가 끄집어내는 담금법이 가장 좋으며 흘림법이나 붓기법으로도 적용은 할 수 있으나 솔질법으로 적용해서는 안된다. KS B 0816에서는 형광 침투액을 사용하는 경우는 유화시간을 3분 이내, 염색 침투액을 사용하는 경우에는 30초 이내로 하도록 규정하고 있다.

   2) 물 베이스 유화제

물 베이스 유화제는 농도 짙은 유화제를 물에 타서 수용액으로 용해하여 사용한다. 원액을 물에 타서 적용하기 때문에 수용액 속의 유화제 농도를 자유롭게 변경할 수 있으나 농도에 따라 유화시간을 다르게 해야한다. 일반적으로는 제조사가 추천하는 농도로 사용하지만 수용액의 농도는 35% 이하로 규정하고 있다. 유화처리의 방법은 탐상면의 잉여 침투액이 세척처리에서 물 세척이 가능할 때까지 천천히 잘 섞은 유화제 속에 담그어 처리하거나 유화제를 넣은 통에 남그어 시험체를 천천히 흔들어 처리한다. KS B 0816에서는 2분을 넘지 않도록 규정하고 있다.

 

4. 세척처리와 제거처리

   1) 세척처리

세척처리는 수세성 또는 후유화성 침투액을 사용하는 검사에서 잉여 침투액을 물 또는 온수를 사용하여 신속히 세척하는 것을 말한다. 일반적으로 물을 분부하여 잉여 침투액을 세척하는데 가급적 균일하게 분무하고 세척은 모양이 복잡한 곳부터 시작하여 단순한 부분의 순서로 처리한다. 형광 침투액을 사용하는 경우는 세척 통 속으로 자외선조사등을 비추면서 세척의 정도를 확인해야 된다. 수압의 표준은 수세성 침투액의 경우는 147~294kPa 정도로 하며, 후유화성 침투액의 경우는 196~296kPa 정도록 사용할 것을 권장하고 있다.

   2) 제거처리

제거처리는 용제제거성 침투액을 사용하는 검사에서 침투처리 후 시험체 표면에 부착되어 있는 잉여 침투액을 제거하는 목적으로 실시한다. 도금한 면과 같이 탐상면이 매끈한 경우에는 유기용제를 사용하지 않고도 깨끗한 헝거피나 종이수건만으로도 잉여 침투액을 제거할 수 있으나, 일반적으로는 헝겊에 유기용제인 세척액을 묻혀서 닦아낸다. 물 스프레이를 사용하여 잉여 침투액을 제거하는 세척처리와는 구별되지만, 제거처리와 세척처리는 모두 결함 속의 침투액을 가능한 한 많이 남아있게 배려하고 잉여 침투액을 제거하는 것은 똑같다.

 

5. 현상처리

세척처리 또는 제거처리를 마치고 건조시킨 후 백색의 분말을 물 또는 용제 속에 분산시킨 현상제를 시험체 표면에 적용하여 균일한 도막을 형성시키고 그 후에 건조처리 또는 자연건조를 시키면 현상제 속의 수분 또는 휘발 성분이 증발되어 현상제 분말에 의한 다공일의 현상 도막이 형성된다. 이 현상 도막에 결함 속의 침투액이 스며 나오게 하거나 백색의 분말을 분말상태 그대로 시험체에 적용하여 결함 속의 침투액이 스며 나오게 하여 지시모양을 형성시키는 것을 현상처리라 한다. 현상시간은 KS B 0816에서는 최소 7분, ASME Sec. V에서는 최소 10분으로 규정하고 있다.

   1) 건식 현상법

건식 현상법은 매우 비중이 낮은 백색분말의 건식 현상제를 그대로 적용하는 방법으로 후유화성 형광 침투 탐상검사 또는 수세성 형광 침투 탐상검사와 조합하여 사용하는 경우가 많다. 이 방법을 우선 건조처리를 하여 시험체 표면을 건조시킨 다음 현상제를 적용한다. 이 현상제의 적용방법은 시험체를 그대로 현상 분말 속에 파묻는 매몰법과 현상분말의 비산을 방지하기 위해 밀폐된 현상장치 속에 시험체를 넣고 그 속에서 현상분말을 균일하게 탐상면에 뿌려지도록 공기 중에 비산시키는 공기 교반법, 그리고 가볍게 끼얹거나 뿌려주는 분무법 등이 있다.

   2) 습식 현상법

습식 현상제에는 백색 미세분말의 현상제를 물에 분산시킨 수현탁성 현상제와 수용성 현상제의 2종류가 있다. 수현탁성 현상제는 수세성 침투 탐상검사와 조합하여 사용하는 경우가 많지만, 수용성 현상제는 형광 침투 탐상검사와 조합하여 사용한다. 그러나 수용성 현상제는 결함지시모양의 지각성이 나빠서 거의 사용하지 않는다.

   3) 속건식 현상법

휘발성이 높은 유기용제에 백색 미세분말의 현상제를 분산시킨 현탁액을 사용하는 방법으로 대부분 용제제거성 염색 침투 탐상검사와 조합하여 많이 적용한다. 현상제의 적용방법은 에어로졸 제품을 사용하여 분무법으로 적용하지만 다른 방법에 비해 균일한 도막면을 형성시키기 어려우므로 조작에 대한 경험 및 노력을 필요로 한다. 약 30cm 정도의 거리에서 분사하면서 1~2회 정도 표면 위를 통과시키는 정도로 적용한다.

   4) 무현상법

무현상법은 형광 침투탐상검사에만 적용되는 방법으로 현상제를 사용하지 않고서 지시모양을 현상하므로 무현상법이라 한다. 미세한 결함 검출을 위한 현상제의 성능은 조건에 따라 다르지만 일반적으로 속건식 현상제가 가장 우수하며 그 다음이 건식 현상제, 습식 현상제 순이다.

 

6. 건조처리

현상법	세척방법 및 적용시기
	물 세척일 경우	용제 제거일 경우
건식 현상법 습식 현상법 속건식 현상법 무현상법	세척처리 후에 건조처리 현상처리 후에 건조처리 세척처리 후에 건조처리 세척처리 후에 건조처리	건조처리하지 않음 현상처리 후에 건조처리 건조처리하지 않음 제거처리 후에 가열처리

 

7. 관찰

   1) 관찰조건

염색 침투액을 사용하는 경우는 탐상면의 밝기가 적어도 500lx 이상이어야 한다.

형광 침투액을 사용하는 경우는 주위 환경의 조도가 20lx 이하이고, 자외선 강도는 시험체 표면에서 적어도 800µW/㎠ 이상은 되어야 한다.

자외선조사등은 관찰을 시작하기 30분 전에 점등해 두어야 한다.

적어도 관천하기 1~5분 전에 반드시 관찰 장소에 들어가 관찰을 하기 위한 제반 준비와 동시에 눈을 환경에 적응시켜야 한다.

자외선조사등의 자외선이 시험체로부터 반사되어 오는 빛을 포함, 직접 눈에 들어오지 않도록 기구의 위치를 조정해야 한다.

표면 상태를 관찰하기 위한 조명등을 준비해야 한다.

관찰할 때에는 빠트리는 면이 없도록 순서를 정하여 실시해야 한다.

지시모양이 발견되면 반드시 그곳에 표시를 해야 한다.

판단이 곤란한 것은 정해진 표시를 하고 경험 많은 기술자의 판단을 얻도록 한다.

시험체에는 함부로 손을 접촉시켜서는 안된다. 자외선을 조사하여 지시모양이 없는지를 확인하고 나서 그 부분을 손을 대어 관찰해야 한다.

지시모양이 나타나면 조명등 아래에서 돋보기를 사용하여 그 부분을 확인하고 의사모양인지 결함지시모양인지를 확인해야 한다.

결함지시모양은 돋보기로 관찬하고 결함의 실제 치수를 함께 기록해야 한다.

 

8. 재검사

검사과정 또는 검사가 끝난 후에 검사의 순서나 조작에 잘못이 있었다고 판정되는 경우나 지시모양이 진짜 결함에 의한 것인지 의사지시인지의 판별이 곤란한 경우에는 시험체의 전체 또는 일부분을 다시 검사해야 하는데 이러한 검사를 재검사라 한다.

 

9. 후처리

검사를 하면 시험체 표면의 유지류는 제거되지만, 흡습성이 강한 현상제가 부착되므로 그대로 방치하게 되면 시험체에 녹이 발생하거나 부식을 촉진시킬 우려가 있거나, 검사 후 시험체의 가공 또는 사용에 있어서 시험체 표면에 부착되어 있는 현상제와 침투액이 시험체를 부식 또는 마모를 증가시킬 우려가 있는 경우에는 표면의 현상제나 침투액을 완전히 제거하는 것을 말한다.

 

10. 검사의 기록

   1) 검사조건에 관한 기록에는 검사 년월일, 검사원과 자격, 검사장소, 시험체의 명칭과 재질, 크기, 표면상태, 개수, 명칭, 형식, 제조사명, 검사방법, 검사결과 등을 기록하여야 한다.

   2) 탐상결과의 기록에는 실제로 검출된 결함지시모양에 관한 일체의 정보가 포함되어야 한다. 이 정보는 검사에 참여하지 않은 사람도 이해할 수 있도록 기록되어야 한다. 결함지시 모양의 기록방법으로는 사진에 의한 방법, 전사에 의한 방법, 스케치에 의한 방법 등이 있다. 이중 가장 일반적으로 사용하는 것이 스케치에 의한 방법이다.