비파괴검사 스터디 내용 정리

1. 절대압력/진공압력

진공은 지표면의 대기에 가해지는 압력과 관계가 있다. 대기압은 해수면 이상의 특별한 위치에서 단위면적 당 가해지는 대기의 무게이다. 고도가 증가 할수록 압력은 절대압력이 0이 될 때까지 점진적으로 감소할 것이다. 만일 밀봉상태에서 내부압력이 대기압보다 작다면 진공상태라고 얘기할 수 있다. 대기압은 기상조건이나 고도에 따라 변하기 때문에 진공에서 게이지 값은 표준조건의 절대압력을 기준으로 하며 절대압력에 비례하여 진공의 정도도 증대되어야 한다. 완전진공은 절대압력이 0이 되는 시기를 말하는데 실제 완전진공은 있을 수 없다.

2. 진공압력의 특성

시험체 또는 시스템이 진공화되는 동안 기체입자는 배기 공정에 의해서 점진적으로 제거되어지며 결국 절대압력 0이 얻어질 수 있는 것이다. 누설은 시스템에 사용된 밀봉재의 변형 또는 진공챔버의 벽, 용접부위의 기공, 누설을 통해 보다 높은 외부압력에 의한 기체분자의 이동을 뜻한다. 탈기체는 진공시스템의 재질로부터 발생되는 기체의 모든 형태를 말한다. 이것은 표면에서 흡수되고 재질에 흡착하는 기체들을 포함한다. 따라서 이러한 요인들로부터 기체의 계속적인 발생이 진공시스템의 최종압력에서 나타날 수 있는 단점이 된다.

3. 진공감압의 오류

진공 시스템에서는 누설, 또는 다른 이유들 때문에 최종 압력에 도달하는데 실패하는 경우가 있다. 진공시스틈에서 시스템 밖으로부터의 누설보다는 오히려 내부 기체나 증기 등으로 인해 최종 압력에 도달하는데 오랜 시간이 걸린다. 광범위한 누설검사 실시 전에 가능한 한 내부 기체가 검사되고 진공펌프나 게이지의 결점 등을 보완해야만 한다. 탈기체는 내부표면으로부터 기체나 증기의 흡착, 용기벽을 통해 침투하는만큼 진공 시스템에 있어서 재료들의 산화, 증발에 기인된다.

4. 누설시험의 조건

진공시스템 작동을 위한 누설검사 방법의 선택은 누설의 크기, 누설 측정 동안 진공챔버 내·외부의 압력, 진공 펌프의 용량, 추적기체의 종류 및 검출능, 진공 시스템의 내부 체적, 허위 누설과 탈기체의 효과, 진공 게이지, 검출기의 감도와 같은 인자들의 영향을 받는다.

1. 원리

밀봉된 시험체 체적에서 압력변화 측정에 의한 가압은 시험 시스템이 주위 대기압보다 높은 압력상태이어야 한다. 압력변화시험에서 시험시스템은 진공으로 하거나 가압하여 수행하는데 누설량은 압력의 변화량과 시험품의 내용적, 시험시간의 변화량을 이용하여 얻을 수 있다. 압력변화시험은 대형시스템의 누설측정을 위해 우선적으로 사용되며 약간의 변형이 가능하다면 압력변화시험은 시험체의 크기에 관계없이 누설량을 측정할 수 있다. 이 시험법은 오직 누설량의 측정에만 사용되어지고 누설위치 판별에는 적절하지 못하다.

2. 감도

가압법에서의 감도는 압력변화량의 최소 검출크기를 나타낸다. 정적압력은 누설시험하는 동안 초기, 시험도중, 마지막에 측정되며 이러한 정적 누설감도는 시험시간, 압력측정 기기의 정확성과 감도 등에 크게 의존한다. 온도변화나 탈기체의 영향이 없고 시험시간이 충분히 길면 보다 우수한 감도를 얻을 수 있다.

3. 오류

가압법에서는 시스템을 충전시킬 기체와 압력 감소를 관찰할 수 있는 장치로 구성되어 있다. 가압법에서 오류를 발생시키는 원인 두 가지는 시험체의 체적과 온도의 변화이다. 검증시험 또는 확인 검사라 불리는 기준 용기법이 대형 또는 복잡한 시스템에서 시험체의 체적을 측정하는데 사용되고 있다. 두 번째 오류의 근원은 다양한 압력변화로 인한 온도변화와 관계가 있다. 온도에 따른 오류는 시험 중에 시스템 온도측정에 의해서 교정될 수 있다.

1. 원리

압력변화시험은 시험체를 가압 또는 감압하고 일정시간 경과한 후의 압력변화에 따라 누설량을 측정하는 방법으로 특별한 추적기체를 적용할 필요가 없는 시험방법이다. 대형용기나 저장탱크에 적절한 방법으로써 누설위치를 측정하기에는 적합하지 않다. 다른 방법에 비해 작업시간이 길어지는 단점도 있지만 압력계로 측정이 가능하다.

 1) 가압기체

공기와 질소가 일반적으로 누설시험과 누설량 측정을 위해 가압 기체로써 사용되며 압력경계 부위에서 압력 차이를 발생시키기 위해 사용된다. 압력차이가 관찰된다면 구조물의 경계부위에 누설을 통한 가압 기체의 흐름이 존재한다는 것을 나타낸다. 그리고 대기압 이상의 공기나 기타 기체압으로 밀봉되는 시스템은 압력변화에 의해서 누설량을 측정할 수 있다. 시험체의 내용적, 유체온도 등을 적절하게 측정할 수 있어야 하며, 가압 기체의 물리적인 성질과 특성을 알고 있어야 한다.

 2) 유체의 압축률

기체상은 압축성이 있고 액상은 비압축성으로 간주되는데 모든 유체는 어느 범위까지는 압축성을 갖는다. 비록 공기가 압축성 유체라 할지라도 흐름에 대한 압력과 강도변화가 너무 작어 비압축성으로 간주될 수 있다.

 3) 압력측정 기기

가장 우수한 압력 측정기기는 정하중 시험기이며, 다른 압력 측정기의 교정을 위해 사용된다. 물 또는 수은 기압계는 압력게이지와 기기들의 교정, 시험측정 장치로 사용된다. 기타 압력 측정기기로 전위차계, 콘덴서, 자기저항기 등에 있어서 사용되는 빠른 전기적 응답신호를 갖는 버돈게이지, 선형 저항변형 게이지인 압전 압력게이지, 압력에 대한 디지털 출력신호를 갖는 전자게이지 등이 있다.

4) 표면온도 측정

내부공기 온도를 측정하기 어려운 누설시험에서 용적 시스템을 위해서 표면온도계가 사용된다. 온도 측정은 허용 압력변화의 크기, 압력시험 시간에 영햐을 줄 수 있는 어떠한 온도변화에 있어서도 압력변화 시험 중에 이루어져야 한다. 표면온도계는 정확한 온도 측정을 위해 표면에 밀착되어야 한다.

2. 특성

압력변화시험은 대형 압력 용기나 체적을 갖는 시스템일지라도 압력게이지를 이용 누설시험을 할 수 있으며 특별한 추적기체가 필요 없는 것이 장점이다. 압력유지시간으로 인해 다른 누설시험에 비해 많은 시험시간이 필요하고 보조기법을 사용하지 않는다면 압력변화시험 자체로는 누설위치를 찾을 수 없다. 시험체 체적의 경계를 통해서 필요한 압력 차이를 얻을 수 있는 시스템이라면 어떤 체적이라도 압력변화시험이 가능하다. 누설감도에 영향을 주는 인자로는 압력변화의 최소량 측정기술, 시스템의 내부체적, 시험시간, 대기온도와 기후조건, 내부표면적과 시스템의 청결도 등이 있다.

침지법(Bombing)은 시험체에 헬륨 기체를 스며들게 한 후 시험체의 바깥쪽을 배기하여 시험체의 바깥쪽으로 누설된 헬륨 기체를 검출하는 방법이다. 이 방법은 내부 공간이 진공 또는 공기나 기체로 충전된 밀봉용기의 기밀성을 판정하기 위한 것이다. 시험체를 가압탱크 내에서 헬륨 기체로 일정시간 가압 방치한다. 그것을 꺼내어 진공챔버 내에서 시험체 바깥쪽을 진공 배기한다. 만약 시험체에 누설이 있으면 가압 할 때 어느정도의 헬륨 기체가 시험체로 들어가서 이것이 진공 중에 외부로 나온다. 이것을 헬륨 누설검출기로 검출하여 누설을 발견한다. 가압하는 형태를 침지라고 한다. 이 방법은 누설이 클 때 또는 가압이 끝나고 나서 진공으로 배기하기까지의 시간이 길면 누설이 있어도 검출할 수 없는 경우가 발생하므로 주의해야 한다. 침지법은 기체 방사성동위원소를 이용하는 누설검사 방법과 유사하다.

진공용기법(Bell Jar)은 시험체를 진공용기에 넣고 시험체의 내부 또는 외부에 헬륨 추적기체를 넣어 시험체의 외부 또는 내부를 배기하여 시험체의 외부 또는 내부로 누설되는 헬륨 추적기체를 검출하는 방법이다. 시험체를 진공용기내에 위치해 놓고 그 바깥둘레를 배기 한다. 시험체 내부를 대기압 또는 그 이상으로 헬륨 추적기체를 이용하여 가압하여 누설을 검출하는 방법으로 진공후드법과 같은 높은 검출감도를 얻을 수 있다. 하지만 누설위치를 알 수 없으므로 필요성이 있을 때는 다른 검사법과 병행할 수 있다. 적용 부품은 가늘고 긴 관제품으로 진공법으로는 컨덕턴스가 작게되어 높은 검출 감도가 얻어지지 않을 때, 제일 먼 곳에 부착된 교정 누설에서의 반응이 수 분 이상 걸릴 때, 외부가 진공 내부가 대기압에서 사용되는 제품일 때, 이중진공용기로 이 방법 외에는 누설을 확인할 수 없을 때, 내부가 헬륨 기체로 밀봉되어 있는 용기일 때 이다. 진공용기는 시험체가 들어가고 나올 수 있는 크기를 가진 것으로 압력계, 교정누설 및 진공 배기 장치를 부착할 자리가 있고 누설검사에 의해 누설이 없는 것이 미리 확인된 것을 사용하여야 한다. 진공용기법은 전체 누설률을 위해 소형 진공단위로 시험할 때 헬륨누설검출기의 감도를 높일 수 있는 방법이다. 시험되어지는 제품은 헬륨 또는 헬륨과 혼합한 기체를 가압하여 충전되고, 누설검출기에 연결된 보조펌프에 의해서 진공 되어지는 진공 챔버 내에 시험체를 놓는다. 진공챔버 내로 헬륨이 누설된다면 즉시 검출된다.