비파괴검사 스터디 내용 정리

1. 기본원리

와전류 탐상검사는 전자유도의 원리에 근거로 두는 비파괴검사방법이다. 전자기는 간단히 전기와 자기를 사용하는 것을 의미한다. 정해진 일정 상태에서의 전기흐름은 자기를 일으킬 수 있으며 또한 자기는 전기의 흐름을 일으킬 수 있다. 교류가 코일을 통해서 흐를 때 자기장의 변화가 발생된다. 코일을 전도체 시험체에 근접시키면 자기장은 와전류를 유도한다. 와전류의 흐름은 시험체의 물리적 및 전기적 특성에 달려있다. 시험체에 와전류가 흐르면 시험체 자신의 변동 자기장을 일으키게 한다. 와전류의 자기장은 항상 코일의 자기장의 반대에 있다. 따라서 시험코일이 전도체에 있을 때 코일의 자기장의 힘은 줄어든다. 자기장에서 이 변화는 코일을 통해서 흐르는 전류의 변화를 일으키고 교대로 코일의 임피던스 변화를 일으킨다. 임피던스의 변화는 시험회로에 있는 판독표시에 의해 검출된다. 와전류 검사장치는 이 임피던스 코일 변화를 측정하고 표시하며 검사자가 시험체의 특성, 그리고 상태에 대하여 귀중한 정보를 평가하는 것을 허용한다. 와전류 탐상검사는 다른 비파괴검사 방법같이 시험체의 상태를 평가하기 위하여 전자기 에너지의 응용을 필요로 한다. 물질과의 상호 작용 과정이 서로 영향을 주는 에너지는 물질의 상태를 확인하기 위하여 분석된다. 기본적으로 전자기 검사방법은 와전류 탐상검사와 누설자속탐상시험을 포함하여 광범위한 기술을 포함한다.

2. 와전류와 자기장

와전류란 교류 자기장에 의해 전도체 안에 유도된 원형의 전류로 정의된다. 코일에 교류를 적용시키고 이 코일에 전도체 표면에 위치시키면 코일의 자기장이 전도체 안에 와전류를 유도하게 된다. 코일 안에 전도체를 위치시키거나 전도체 안에 코일을 위치시켜도 와전류를 얻을 수 있으며, 이 때 주의할 것은 전도체가 외부 회로와 연결되지 않는다는 것이다. 시험 코일 안에 전도체를 위치시키면 코일의 자기장이 전도체에 전류를 유도한다. 이 전류를 연속적인 원형 궤도를 그리며 흐르고 코일의 자기장 교류로 교번된다. 전도체 안의 와전류는 시험 코일에서 발생하는 자기장과는 반대되는 방향의 아주 약한 자기장을 만들며, 이 두 종류의 자장은 와전류 시험 코일 임피던스에 변화를 일으키는 상호작용을 한다. 도한 그러한 변화는 지시계에 나타난다. 시험코일이 결함 위를 통과하거나 재질의 차이가 있을 때 와전류에 의해 발생되는 자기장의 변화가 와전류의 흐름을 변하게 하고, 코일 임피던스도 변화한다.

3. 와전류에 영향을 미치는 인자

시험체에는 결함 등과 같은 와전류의 흐름을 방해하는 불연속 부분이 있으면 와전류의 강도와 분포가 변화한다. 이로 인하여 와전류에 의한 균열 등의 결함을 검출할 수 있다. 그러나 와전류의 방향과 같은 방향에 있는 작은 결함은 와전류의 흐름을 방해하는 양이 적어 큰 결함에 비하여 검출하기 어렵다. 와전류의 변화는 시험체의 결함에 의해서만 일어나는 것이 아니며 시험체의 투자율, 전도율 등의 재질 변화, 시험체의 형상 변화, 시험체와 코일간의 거리, 상대 위치의 변화 등에 의해서도 발생된다. 이것들을 적극적으로 이용하며 재질 판별이나 크기를 계획하는 것도 가능하다. 반면 결함검출을 목적으로 할 때에는 결함으로 인한 신호에 방해인자가 들어가 잡음으로 중첩해오기 때문에 그의 분리가 실용상 중요한 과제가 되고 있다. 이와 같이 방해인자가 결함으로 의심되는 지시에 중첩했을 때 이것을 의사 지시라고 부른다. 비파괴 검사법은 어느 것을 시행하더라도 의사 지시를 나타낼 가능성이 있다. 그 중에서도 와전류 검사법은 특히 그 위험성이 크기 때문에 주의해야 한다. 검사에 들어가기 전에 이와 같은 방해인자를 가능한 한 제거하는 것이 제일 중요하다. 그래도 남아있는 것은 검사 장치의 기능에 의해서 어느 정도는 제거시킬 수가 있다. 그러나 이러한 단점을 잘 극복해서 널리 활용하고 있다는 것은 와전류 검사법의 유용성 때문인 것이다.

4. 와전류의 특성

와전류는 전도체 안에서만 존재한다. 비전도체에는 나타나지 않으나 비전도체로 코팅된 경우 비전도체를 통과해서 전도체에 와전류를 유도한다. 교번전자기 안에서만 존재한다. 항상 연속적인 회로로 흐른다. 자기장이 발생하는 동일주파수에서 진동한다. 코일의 가장 가까운 표면에서 가장 강하다. 물체에 침투하는 깊이는 검사주파수, 재료의 전도성 및 재료의 투자율과 반비례적 관계를 갖는다.