비파괴검사 스터디 내용 정리

1. 비중(specific gravity)
물과 똑같은 부피를 가진 물체의 무게와의 비를 비중(specific gravity)이라 하며, 일반적으로 비중이 5.0 이하의 것을 경금속(light metal)이라 하고, 이보다 무거운 것을 중금속(heavy metal)이라 한다.

2. 비열(specific heat)
물질 1g의 온도를 1℃만큼 높이는 데 필요한 열량을 그 물질의 비열(specific heat)이라 한다. 물 1g을 온도 1℃만큼 높이는 데 필요로 하는 열량은 1cal이다.

3. 용융온도(melting temperature)
금속을 가열하면 녹아서 액체가 된다. 이때의 온도를 용융온도(melting temperature) 또는 융점이라 한다. 반대로 액체가 되어 있는 고온 상태의 금속을 냉각시키면 원래의 고체로 되돌아가는 현상을 응고(solidification)라 하며, 이 때의 온도를
응고온도라 한다. 동일한 금속에서는 용융온도와 응고온도가 같으며, 완전히 용융 또는 응고될 때까지 이 온도에서 유지한다.

4. 용융잠열(melting latent heat)
냉각 곡선 위에서 금속이 응고할 때에는 시간이 경과하더라도 온도변화가 일어나지 않으며, 금속 전부가 응고되어야만 온도가 내려간다. 이 현상은 금속이 융해될 때도 같으며, 이와 같이 금속 1g을 융해하는 데 필요한 열량을 용융잠열(melting latent heat)이라고 한다.

5. 열전도율(heat conductivity)
물체내의 분자에서 열에너지의 이동을 열전도(heat conductivity)라 한다. 열전도율은 두께 1m의 재료 양면에 1℃의 온도차가 있을 때, 재료 표면의 면적 1㎡를 통하여 1시간에 한 쪽에서 다른 쪽 면으로 전도되는 열량을 kcal로써 나타낸 것
으로 단위는 kcal/m·h·℃이다.

1. 강도(strength)
금속을 사용하여 각종 기계를 만들 때에 가장 중요한 특성은 강도(strength)이다.
강도는 외력의 작용 방법에 따라 다음과 같이 분류된다.
 1) 인장강도(tensile strength)
 2) 굽힘강도(bending strength)
 3) 전단강도(shearing strength)
 4) 압축강도(compression strength)
 5) 비틀림 강도(torsion strength)
인장강도가 크다 해서 다른 강도도 이것에 비례해서 크다고는 말할 수 없다. 인장강도가 커도 압축강도가 작은 재료가 있고, 또 반대로 압축강도가 커도 인장강도가 작은 재료도 있다. 일반적으로 강도(strength)라고 하면 인장강도를 뜻한다. 순금속의 인장강도는 Pb, Sn, Zn, Al, Cu, Fe, Ni의 순서로 커진다.

2. 경도(hardness)
금속의 경도(hardness)는 일반적으로 인장강도에 비례한다. 실험적으로 얻은 개략적인 인장강도와의 관계식은,

인장강도(kgf/㎟) = (0.32~0.36)×브리넬 경도(HB)

이지만 정확히 알고자 할 경우에는 경도시험에 의하여야 하며, 경도측정은 압입자의 종류(강구 또는 다이아몬드), 모양, 압력의 측정 기준 등이 서로 다르므로 각각의 측정값이 달라진다. 경도시험법으로는 로크웰(Rockwell), 브리넬(Brinell), 비커스(Vickers), 쇼어(Shore) 경도계가 있다.

3. 인성(tougness)
충격에 대한 재료의 저항을 인성(tougness)이라 한다. 재료는 기계 부품 또는 구조재로서 사용할 때 충격을 받아 파괴될 때가 있으며, 이 충격에 대한 저항은 재료의 종류가 같을 때 인장시험에서의 연신율이 큰 재료가 일반적으로 충격 저항이 크다. 인성시험은 일정한 시편에 실제로 충격을 가하여 그 시편을 파괴하는데 필요한 에너지로부터 인성을 산출한다.

4. 피로(fatigue)
기계나 구조물 중에는 피스톤이나 커넥팅 로드(connecting rod, 연결봉) 등은 인장과 압축응력이 반복되는데, 작은 인장 또는 압축응력에서도 오랜 시간에 걸쳐 연속적으로 되풀이하여 작용시키면 결국은 파괴된다. 이와 같은 현상을 피로(fatigue) 현상이라고 한다. 이때 파괴되지 않고 충분한 내구력을 가질 수 있는 최대 한계를 피로한도(fatigue limit)라 한다.

5. 크리프 한도(creep limit)
고온에서 탄성한도 내의 하중을 걸어 오랜 시간을 경과시키면 변형의 증가가 일어난다. 이와 같이 금속재료를 고온에서 오랜 시간 외력을 걸어 놓으면, 시간의 경과에 따라 서서히 그 변형이 증가하는 현상을 크리프(creep)라 하고, 이 변형이 증대될 때의 한계응력을 크리프 한도(creep limit)라 한다.

1. 철금속
철금속은 철을 주성분으로 하는 금속재료를 총칭하며 일반적으로 철강재료라고 하고 순철, 탄소강, 특수강, 주철 등이 해당된다. 금속재료는 순수한 단일성분으로 이루어진 순금속과 여러 가지 금속이 고용체를 이루는 고용체 합금이 있으며 금속의 일반적 특성은 다음과 같다.
금속적 광택을 가지고 있고, 고체상태에서 결정구조를 갖고, 상온에서 고체이며,(예외:Hg) 열과 전기의 양도체이고, 연성 및 전성이 좋다.
위와 같은 성질을 전부 만족한 것을 금속이라 하고, 이들 성질을 일부분 만족한 것을 아금속(또는 준금속)이라 하며, 전혀 만족하지 않은 것을 비금속이라 한다.

2. 비철금속
철(Fe)을 주성분으로 하는 순철 및 그 합금을 제외한 순금속 및 그 합금을 말한다. 종류로는 구리, 알루미늄, 니켈, 마그네슘, 아연, 납, 주석, 티타늄, 귀금속 및 그 합금이 있다.

3. 금속재료의 용도
철(Fe) 이외의 금속을 비철금속이라 하는데, 비철금속에서는 Cu, Al, Zn, Pb, Sn등이 많이 사용되며, 합금에 첨가되는 원소는 Mn, Co, Mo, V, Ti, Be 등과 같은 것이 중요하다. Au, Ag, Pt 등은 산출량이 적고 아름다운 광택을 띠며, 화학약품에 대한 저항도 크므로 귀금속이라 하고, W, Mo 등은 용융점이 높으므로 고용융점금속이라 한다.

희토류 금속은 대체로 채취가 불편하고 광석에서 분리하기가 어려우며 실효가치가 없었으나, 시대의 변천과 더불어 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf) 등이 이용됨으로써 새로운 신금속으로 취급되고 있다.
금속재료 중에서 단일금속으로 사용되는 것은 Cu, Al, Sn, Pb, Zn 등이고, 그 밖에는 대부분 합금으로서 사용된다.
합금(alloy)이라함은 광범위하게는 순수한 단체 금속 이외의 금속적 물질 전체를 포함하며, 현재 사용되고 있는 모든 금속은 합금에 속한다.

1. 용접 자세
용접 시 작업자가 취할 수 있는 자세는 구조물의 형상이나 위치에 따라 정해지나 기본적으로 4가지의 기본자세가 있으며 작업 요소에 따라 알맞은 자세를 선택하여야 하며 용접 작업시에 가장 편안하고 올바른 자세를 취하여야 한다.
① 아래보기 자세(flat position : F) : 용접하려는 재료를 수평으로 놓고 용접봉을 아래로 향하여 용접하는 자세
② 수직 자세(vertical position : V) : 모재가 수평면과 90°또는 45°이상의 경사를 가지며, 용접선은 수직 또는 수직면에 대하여 45°이하의 경사를 가지고 상진 또는 하진으로 용접하는 자세
③ 수평 자세(horizontal position : H) : 모재가 수평면과 90°또는 45°이상의 경사를 가지며, 용접선이 수평이 되게 하는 용접 자세
④ 위보기 자세(overhead position : O) : 모재가 눈 위로 들려 있는 수평면의 아래쪽에서 용접봉을 위로 향하여 용접하는 자세
⑤ 전 자세(all position : AP) : ①~④ 자세중 2개 이상을 조합하여 용접하거나 4개 전부를 응용하는 자세를 말한다.

2. 용접 이음의 종류
용접 이음의 종류에는 맞대기 이음(butt joint), 필릿 이음(fillet joint), 모서리 이음(corner joint) 등이 있다.

3. 용접 작업
용접 작업을 하기 위해서는 용접 대상이 되는 용접 재료(모재), 열원, 용가재(용접봉), 용접기와 용접 기구, 용접사 등이 필요하며 이들을 적당히 선택 사용함으로써 용접 품질이 좌우되므로 선택에 신중을 기하여야 한다.
1) 용접 재료
용접 재료는 주로 철강, 비철금속을 사용하며 모재의 재질에 따라 적당한 용접법과 용가재를 선택하여야 한다. 예를 들면 연강이나 저합금강에는 거의 모든 용접법이 일반적으로 적용되며, 구리나 알루미늄과 그 합금 등에는 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)이나 가스 메탈 아크 용접(GMAW)으로 우수한 용접 결과를 얻을 수 있다. 따라서 접합하고자 하는 금속의 종류에 따라서 용접법을 달리 선택하여야 하므로, 용접법을 선택하기 전에 접합할 금속의 재질을 먼저 정확히 알아야 한다. 접합할 금속의 재질이 파악되면 재질에 맞는 적당한 용접법과 용가재를 선택하여야만 우수한 용접결과를 얻을 수 있다.
2) 용접 열원
용접은 접합하고자 하는 금속을 용융하여 접합하여야 하므로 금속을 용융시킬 수 있는 열원이 필요하게 된다. 따라서 용접에 이용되는 열원으로는 가스 에너지, 전기 에너지, 기계적 에너지, 화학적 에너지 등이 주로 이용된다.
(1) 가스 에너지 : 가연성 가스와 지연성(조연성) 가스를 적당히 혼합 연소시 발생하는 열을 이용하는 것으로 얇은 판이나 비철 금속의 용접에 주로 이용된다. 대표적인 가스 에너지로는 산소-아세텔렌 가스가 있다.

(2) 전기 에너지 : 접합할 금속 모재와 전극(용접봉) 사이에 아크열 또는 전기 저항열을 이용하는 방법으로 용접작업에서의 주된 에너지원으로 활용된다.
(3) 기계적 에너지 : 접합할 금속재료에 강한 압력을 가하거나 마찰 또는 진동에 의한 열원을 이용하는 금속의 접합방식으로 마찰 용접, 초음파 용접, 냉간 압접 등이 기계적 에너지를 이용한 대표적인 용접법이다.
(4) 화학적 에너지 : 금속과 금속 또는 금속과 화학 물질의 화학 반응열을 이용하여 금속을 용융 접합하는 방법으로 대표적인 용접법이 테르밋 용접법이다.

1. 응용
용접 기술은 모든 산업 현장의 철강, 비철, 비금속에 이르기까지 다양하게 사용되고
있으며, 용접의 중요도는 계속 높아가고 있다. 용접에 의해 각종 금속의 제조, 제작에
이용되는 것을 살펴보면 다음과 같다.
① 각종 구조물(철탑, 교량, 석유화학 탱크, 건물, 테라스 등)
② 운반기계(선박, 자동차, 탱크, 장갑차, 항공기, 중장비, 철도 차량 등)
③ 기계 장치류(보일러, 압력 용기, 기계 부품, 배관, 기계 설비 등)
④ 가정용품(난로, 주방 기기, 가전제품 등)
⑤ 기타(원자로, 로켓, 우주선 등)

2. 장점
① 재료가 절약되고 중량이 가벼워진다.
② 작업 공정이 단축되며 경제적이다.
③ 재료의 두께에 제한이 없다.
④ 기밀, 수밀, 유밀성이 우수하며 이음 효율이 높다.
⑤ 제품의 성능과 수명이 향상되며 이종 재료도 접합할 수 있다.
⑥ 용접 준비 및 작업이 비교적 간단하고 용접의 자동화가 용이하다.
⑦ 소음이 적어 실내에서의 작업이 가능하며 복잡한 구조물 제작이 쉽다.
⑧ 보수와 수리가 용이하다.

3. 단점
① 재질의 변형 및 잔류 응력이 발생한다.
② 저온 취성이 생길 우려가 있다.
③ 품질 검사가 곤란하고 변형과 수축이 생긴다.
④ 용접사의 기량에 따라 용접부의 품질이 좌우된다.