항공기 비파괴검사의 종류, 정의, 목적
(NDT/NDI/NDE)
항공기의 안정성을 확보하기 위한 시험 방법 중, 비파괴 검사에 대해 알아보겠습니다.
*비파괴검사의 일반적인 정의
재료나 제품의 원형과 기능을 변형시키지 않고 물리적 에너지(햇빛, 열, 방사선, 음파, 전기와 자기에너지)를 이용하여 재료(부품)에 결함이 존재하는 지 확인하는 검사방법
일반적인 정의로는 위와 같이 부품에 변형과 손상을 주지 않고 부품에 적용되는 에너지의 성질 및 특성 변화에 따른 변화량을 측정하는 검사 방법인데, 세부적으로 나누어 보자면, NDT/NDI/NDE 라는 용어로 구체화되어 있는 것을 알 수 있습니다.
어떤 차이가 있는지 각각의 정의를 자세히 확인해 보겠습니다.
비파괴시험(nondestructive testing ; NDT)
비파괴시험은 검사하고자 하는 대상(부품, 피검사체)을 손상이나 파손시키지 않고 결함 존재여부를 확인하는 "결함검출기법"을 의미합니다. 부품의 품질관리 및 품질보증의 수단으로 이용되는 시험 방법입니다.
결함은 표면에 보이는 것도 있고, 내부에 존재하는 결함도 있습니다. 내부/외부 결함을 모두 포함한 검사 개념입니다.
비파괴검사(nondestructive inspection ; NDI)
비파괴검사란는 비파괴시험을 한 부품(재료)에 대해 검사 기준에 의거하여 부품이 결함품인지, 정상품인지 판정을 내리는 검사 과정을 의미합니다. 검사자는 해당 부품의 자재와 도면 요건, 검사 요건을 확인하여 결함 여부를 결정합니다.
비파괴평가(nondestructive evaluation ; NDE)
비파괴평가는 부품(재료의) 부하 조건, 환경 조건을 고려하여 파괴역학적으로 재료의 수명을 예측하고 부품의 건정성을 평가하는 것을 의미합니다.
NDE는 결함을 찾아내는 검출 기법을 의미하는 것이 아니라, 재료의 신뢰성을 종합적으로 판단하는 평가 방법입니다.
NDE는 단순한 재료의 평가를 넘어 부품의 신뢰성을 판단하기 위해 검사하기에 용이한 구조물 형상을 요구하기도 하며, 구조설계를 규정하는 역할도 하고 있습니다.
비파괴 검사의 목적
1. 신뢰성 향상
기본적으로 부품(재료)의 안정성에 대한 신뢰도를 높이는 것이 가장 중요합니다. 주기적인 비파괴 검사에 따른 수명 연장은 재료의 성능과 신뢰성을 높일 수 있습니다.
2. 제조기술 향상
주기적인 비파괴검사를 통한 결과 분석으로 보다 나은 제품을 만들 수 있도록 제조 조건을 변화시키며 나은 제품을 만드는 데 기여할 수 있습니다.
3. 비용 절감 / 사고 예방
눈에 보이지 않는 결함도 초기에 발견하여 불량품을 조기 발견할 수 있어 큰 결함으로 이어지는 것을 방지할 수 있으며 이는 비용절감으로 이어집니다.
비파괴 시험의 종류
위 표에서 보시는 것과 같이 비파괴 시험에 사용되는 물리적 에너지(햇빛, 열, 방사선, 음파, 전기와 자기에너지 등)에 따라 6가지로 분류할 수 있습니다.
표에서 주황색으로 표기한 검사 방법에 대해서는 아래에 자세히 설명 드리겠습니다.
항공기 비파괴검사, 외부/내부 결함 검출방법
일반적으로 많이 사용하는 비파괴검사 방법들 중에 겉으로 보이는 외부 표면 결함 검사방법과 눈에 보이지 않는 내부 결함에 대한 검출방법을 분류했습니다.
각각의 검사 방법에 대해서 자세히 알아보겠습니다.
육안 검사 (VT : Visual Test)
육안 검사는 기본적으로 다른 비파괴검사 시험을 하기 전에 사람의 눈으로 직접 관찰하거나, 장비(확대경, 거울, 전용 게이지)를 통해 간접적으로 관찰하여 결함 유무를 확인하는 방법입니다.
육안검사(visual inspection)란 재료, 제품 또는 구조물(시험체)을 직접 또는 간접적으로 관찰하여 시험체에 결함이 있는지 알아내는 비파괴검사 방법이다. 육안검사는 다른 비파괴검사 방법이 사용되기 전에 적용되어야 한다.
육안 검사 장점
- 간단한 방법으로 빠르게 검사할 수 있다.
- 검사 비용이 경제적이고 도구가 상대적으로 간단하다.
- 결과를 빠르게 확인 할 수 있다.
육안 검사 단점
- 검사원 개인의 경험과 능력에 의해 결과가 바뀔 수 있다.
- 신뢰도가 다른 검사 방법에 비해 낮다.
- 표면에 있는 눈에 띄는 결함만 식별 가능하다.
침투 탐상 검사(PT : Penetrant Test)
침투 탐상 검사 또한 육안 검사와 마찬가지로 재료의 표면에 있는 결함 유무를 판단하는 상대적으로 간단한 검사 방법이며, 일반적으로 많이 사용되는 검사 중의 하나입니다.
침투액 / 현상액 / 세척액
3종류의 약품을 사용하여 결함 유무를 확인합니다.
침투액 : 적색의 칼라침투액 / 형광물질의 형광침투액
현상액 : 수용성인 수분산성 / 분말 형태의 건식 / 에어로졸 캔 형태의 속건식 현상제
세정액 : 전처리&후처리 Cleaning / 잉여 침투액 제거
3종류의 약품을 사용하며, 모세현상을 이용하여 틈이나 금이 발생한 부분에 침투성이 좋은 액체가 스며들어 결함 부위를 확인하는 원리입니다.
염색침투 방법
1. 전처리
검사 대상의 표면에 먼지 등 이물질이 있으면 침투액이 결함 부위에 온전히 들어갈 수 없으므로 검사 전에 먼저 Cleaning을 해 주어야 합니다.
전처리를 제대로 해야 탐상 효과가 높아지며 신뢰도를 확보할 수 있습니다.
2. 침투액 분사
염색침투 탐상법은 Cleaning이 끝난 부품에 적색 침투액(칼라 침투액)을 검사 대상의 표면에 분사하여 침투시킵니다.
3. 세척
세척액으로 침투되지 않고 표면에 겉도는 침투액을 닦아냅니다.
4. 현상
백색의 현상액을 세척한 표면에 분사하면 결함 부위의 틈 안에 침투되어 있는 적색 침투액이 현상 발색되면서 결함 유무를 확인할 수 있습니다.
형광침투 방법
형광침투 방법도 염색침투랑 비슷하지만, 형광액을 바르고 세척 후에
산화제 처리를 한 후, 결함 틈에 스며들어 남아 있는 형광액을
자외선 투시를 통해 확인하여 결함 유무를 확인하는 방법입니다.
아무래도 염색 침투보다는 신뢰성이 좀 더 높다고 할 수 있겠습니다.
침투 탐상 검사 장점
- 검사 대상의 재료에 상관없이(금속, 복합재, 철, 플라스틱 등) 검사 가능하다
- 국부적인 부위에 검사가 가능하며, 상대적으로 쉽고 빠른 검사 방법이다
- 검사 방법이 간단하므로 미숙련자도 쉽게 검사할 수 있다
- 육안 검사로 확인되지 않는 미세한 결함을 확인할 수 있다
- 검사 용액에 부식성이 없이 알루미늄 등 금속에도 사용할 수 있다
침투 탐상 검사 단점
- 내부에 있는 결함은 검출 불가하며, 표면에 있는 결함만 확인 가능하다
- 표면이 거칠거나 다공성인 부품에는 검사하기에 부적합하다
- 부품의 표면에 직접적으로 접근이 가능해야만 검사가 가능하다
- 주변 환경과 온도에 제약을 받는다
비파괴 시험으로 측정/평가 가능한 분야
1. 기하학적 성질
기본적인 치수를 측정 및 평가하며
눈에 보이지 않는 균열과 기공 등 내부 결함도 검출할 수 있습니다.
2. 기계적 변형
시험체에 가해지는 응력, 변형률 등을 간접적으로 확인할 수 있습니다.
3. 열적 성질
열적 시험 검사를 통해 열 전도도, 열 수축응력 등 눈으로 확인하기 어려운 정보를 확인할 수 있습니다.
4. 전기/자기적 특성
검사를 통해 전기 전도도, 와전류 분포 등을 측정 및 확인할 수 있습니다.
5. 화학적 특성
화학 검사를 통해 금속, 복합재의 내부조직, 조성 등의 화학적, 물리적 성질을 확인할 수 있습니다.
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