기술자료: 스포트 용접과 비파괴 결함 판독 기술
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스포트 용접과 비파괴 결함 판독 기술

(주)NDT랜드 기술이사 조정상
스포트 용접을 검사하는 방법은 종래에는 치즐 검사 등으로 파괴를 하여 검사하여 왔다. 하지만 이러한 파괴 검사는 시간이 오래 걸리고, 파괴해 본 결과 합격이라고 판단되어도 그스포트 용접한 물건을 그대로 사용할 수 없어서 비용이 많이 드는 단점이 있었다.
이러한 단점을 보완하기 위해서 최근에는 비파괴검사 방법을 이용하고 있다. 가장 많이 사용하고, 가장 손쉽게 접근할 수 있고, 인체에 해가 되지 않는 방법으로는 초음파를 이용하는 방법이 있다.
하지만, 국내에서는 아직까지 초음파에 대한 접근이 쉽지 않다고 느끼고 있다. 많은 경험과많은 기술을 동원하여야 하고, 정확한 판단을 하기 위해서는 많은 기술을 접목해야 하는 불편함이 있어서, 국내에서는 아직까지는 많이 사용하지 않고 있는 형편이다. 물론 주요 사업체에서는 필수 항목으로 요구되어 초음파 탐상 기술을 이용하고 있다. 초음파 탐상기를 이용하여 스포트 용접 결함을 판독하기 위해서는 결함 판독 표시 방법으로는 A-스캔, B-스캔, C-스캔, D-스캔이 있다.

1. A-스캔
A-스캔(그림1 참조)이라 함은 초음파 탐촉자를 이용하여 한 지점에 대었을 때에 나오는 초음파의 결과를 초음파 탐상기 화면에서는 X축을 거리 혹은 깊이축으로, Y-축은 앰플리튜드축으로 하여에코로 표시하는 방법이다. 이제까지도 대부분의 초음파 탐상기에서는 이렇게 가장 많이 사용하고 있다. 초음파 탐상기를 이용하여 스포트 용접 검사를 하기 위해서는 이제까지의 대부분의 초음파탐상기는 A-스캔을 표시하여 왔기 때문에, A-스캔 파형을 보고 스포트 용접 상태를 정확히판단하기란 쉽지 않았다.(그림 2 참조)
스포트 용접 검사를 하기 위해서는 일반 초음파 탐상기의 주파수 범위를 넘는 20MHz이상의 초음파 탐상기가 필요하였고, 초음파 탐촉자 역시 20MHz이상의 주파수를 가진 탐촉자를 사용하였다. 그리고 초음파 탐촉자의 종류도 일반 초음파 탐촉자가 아닌, 스포트 용접용초음파 탐촉자를 사용해야만 하였다. 그림 4 왼쪽의 스포트 용접용 탐촉자를 사용하여 그림 4 오른쪽 그림처럼 수동으로 스포트 용접 검사를 하기 위해서는 올바른 방향으로 접촉하고, 일정한 힘을 유지하여야 하며, 올바른 양의커플런트를 적용하지 않으면 초음파 탐상 파형은 수시로 변화가 커서 올바른 판독을 하기가어렵게 된다.



2. B-스캔
따라서 이보다 더 편리하고 더 정확하게 판단하기 위해서는 B-스캔 또는 B/D-스캔을 이용하기도 한다. B-스캔은 단면도로 표시하는 방법이며, D-스캔은 측면 단면도로 표시하는 방법이다. 하지만 B-스캔이라 하더라도 타임 B-스캔, 스크롤 B-스캔, 엔코더 B-스캔 또는토모 B-스캔에 따라서 판단의 결과가 다르게 나올 수 있다.
예를 들면, 타임 B-스캔은 탐촉자를 계속 스캔한다 해도, 초음파 탐상기의 화면에는 한번 스캔한 화면이 전체 화면을 채우면 더 이상 표시할 수가 없었다. 이를 보완한 것이 스크롤 B-스캔이다. 스크롤 B-스캔은 탐촉자로 계속 스캔할 경우에 그당시의 스캔된 단면의 초음파 상태를 계속 보여주는 기능이다. 그림 6에서 왼쪽 화면은 부식타입의 B-스캔을 의미하며, 그림 6의 오른쪽 화면은 풀-스케일 B-스캔을의미한다.
그런데, 타임 B-스캔이나 스크롤 B-스캔인 초음파 탐상기는 탐촉자를 스캔하는 시간과 초음파 탐상기에서 표시하는 단면의 상태를 나타내는 것과는 차이가 발생한다. 만약 탐촉자로스캔하는 속도가 느려지면, 초음파 탐상기에서 보여 준 결함의 크기는 실제보다 훨씬 길게나타나는 경향이 있고, 탐촉자를 스캔하는 속도를 빠르게 하면, 그 반대로 초음파 탐상기의화면에서 보여주는 결함의 길이는 실제보다 짧아서 작은 결함으로 오해할 수 있는 소지가 많았다. 이를 보완한 것이 엔코더 B-스캔이다.
엔코더 B-스캔은 엔코더를 연결하여 엔코더가 움직이는 동안만 초음파 탐상기 화면에 보여 주기 때문에 실제 결함과 동일할 정도로 표시가 되어 좀 더 정확한 결함 판독이 가능해 진다.

3. C-스캔
더 정확한 결함 판독을 위해 결함 상태를 이미지화한 스캔을 우리는 C-스캔이라고 한다. C-스캔은 평면도로 표시하는 방법으로 X-레이 촬영하여 필름으로 볼 수 있듯이 초음파를이용하여 위에 결함을 본 상태를 그대로 표시하는 방법을 말한다. 따라서 실제 결함의 형상을 쉽게 볼 수 있는 장점이 있으며, X-레이 기술과는 다르게 초음파 기술은 평면도를 칼라 로도 표시할 수 있는 장점이 있다.
하지만, C-스캔 이미지를 얻기 위해서는 다양한 방법이 사용되는데, 가장 많이 사용한 방법은 피검물을 수조(water tank)안에 두고, 초음파 탐촉자를 X축, Y축으로 스캔하여 얻는 방법을 사용하고 있다. 이 방법은 수조, 최소 X,Y-스캐너와 스캔 콜트롤러, C-스캔 이미지 소프트웨어, 등이 추가도 필요하여 금액이 고가가 되었다.
그런데 이런 고가이면서 부피를 많이 차지하던 C-스캔 시스템을 보완하기 위해 포타블로사용할 수 있는 장비가 출시되었다. 이 장비는 스포트 용접에 관한 결함 판독을 위한 전용 초음파 탐상 시스템이다.이 시스템의 탐촉자는 멀티채널(50채널이상)과 15MHz이상의 높은 주파수를 사용한다. 위와 같이 결함 판독을 정확하게 하기 위해 C-스캔 이미지와 A-스캔 이미지가 동시에 한화면에 보여지기 때문에, 스포트 용접 상태는 물론 결함의 원인까지 분석할 수 있는 장점이있다.



4. 스포트 용접 자동 검사
다음 사진은 스포트 용접에 관한 자동 검사 시스템에 관한 것이다.(그림 9 참조)

5. 결함 판독 기술
일반적으로 A-스캔 파형을 보고 다음과 같이 스포트 용접의 접합 상태를 판단한다.(그림 10 참조) 다음의 첫번째 이미지는 종래의 C-스캔 시스템을 통해 얻은 이미지이고, 두번째는 최신 기술을 이용해서 얻은 이미지이고, 마지막은 feel 검사를 통해 얻은 이미지를 비교한 것이다. 이러한 최신 기술을 이용하여 스포트 용접 결함을 올바르게 판독할 수 있는 길이 열리게 되었다.

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