제 2 장 음파의 기본 원리

 

4-4 시험체가 음파의 진행에 미치는 영향

초음파탐상검사시에는 시험체의 형상에 따른 음파의 진행에 미치는 영향과 효과를 이해하고 이를 고려한 보정을 해주어야 탐상결과의 신뢰도를 높일수 있다.

(1) 표면거칠기
시험체의 표면상태, 즉 표면거칠기는 초음파에너지를 송신하고 수신하는데 크게 영향을 준다. 특히 거친표면은 탐촉자가 시험체에 완전하게 밀착되지 못함으로 인해 시험체표면에서의 산란과 굴절이 발생하게되고, 이로 인해 결함지시가 상실되어 검출되지 않거나 검출되었다 하더라도 탐상감도의 저하를 유발시킬 뿐만아니라, 입사펄스의 길이가 길어짐에 따라 분해능도 감소될 수 있다. 또한 거친표면으로 인한 산란의 영향을 감소시킬 목적으로 저주파수의 탐촉자를 사용하게 되면 파장이 길어져 탐상감도가 낮아질뿐만아니라 빔의퍼짐도 커지게 되므로 파형변환등 탐상에 바람직하지 못한 영향이 일어나게 된다.
실제로 탐상할때 시험체의 표면이 너무 거칠거나 평활하지 않으면 올바른 탐상결과를 얻을수 없는 경우가 많으므로 표면을 매끄럽게 처리하여 탐상하는 것이 바람직하며, 표면을 매끄럽게 처리할수 없는 경우에는 대비시험편을 이용하여 시험체의 표면거칠기로 인해 발생한 초음파의 감쇠를 보정해야 한다.

(2) 시험체의 형상
시험체의 탐상표면과 저면이 평행하지 않을 경우, 저면으로부터 반사된 신호는 탐촉자가 놓인 위치를 벗어나 수신되어 감도를 저하시키거나, 반사신호가 완전히 소실되는 때가 있다. 또한 시험체의 형상이 복잡할수록 파형변환을 수반한 여러 종류의 반사파가 수신되어 크고 작은 여러 진폭의 형상에 따른 진동양식을 세심히 관찰하는 것이 결함신호를 판별해 낼 수 있는 중요한 요소가 된다.
시험체의 탐상 표면이 볼록하거나 오목한 경우, 굴곡면에서 초음파가 굴절되어 빔의분산 또는 결함해석이 어렵게되고, 탐촉자의 접촉면적이 감소되어 탐상감도가 저하된다.

(3) 결정입자의 영향
초음파의 전달은 결정입자의 구조에 의해 크게 영향을 받는다. 조대한 결정입자 구조를 갖는 금속에서는 입계면에서 반사된 다중임상(Grass)에코로 인해 결함지시의 판별에 지대한 영향을 미친다. 또한 다공성 재질의 경우에도 이와 유사한 현상이 나타난다. 실제 주조품을 검사할 때 이와같은 현상이 매우 중요한 요인으로 작용하는 경우가 많다. 주조는 주형에 용융금속을 부어 넣고 응고시키는 가공방법이므로 시험체내에 기포가 함유되기쉬운 제작법이다. 따라서 주조품을 초음파로 검사할때에는 초음파의 감쇠가 크게 나타나 검사가 어려워지는 경우가 많다. 강주조품의 경우는 두께가 100mm정도만 되어도 저면반사파가 나타나지 않는 경우도 있으나, 반대로 단조강의 경우는 강재에 외력을 가하여 소성변형하는 방법이므로 조대한 결정입자가 파괴되어 미세화되기 때문에 초음파의 감쇠가 거의 없어 두께가 수m 되어도 저면반사파가 선명하게 검출되는 경우가 많다.
이와같이 결정입자가 큰 시험체를 검사할때에는 초음파의 투과율을 높일수 있도록 파장이 긴 저주파수의 탐촉자를 사용해야 바람직한 탐상결과를 얻을수 있다.

(4) 불연속의 방향과 위치
결함의 방향이 초음파빔과 수직하게 놓여 있지 않고 어느정도 방향성을 가지면 탐촉자로 되돌아오는 반사신호가 미미하거나 소실될수 있어, 실제 결함이 큰 경우일지라도 작은 결함으로 평가되거나 검출이 불가능한 경우가 발생한다. 또한 결함의 위치가 시험체내 저면에 아주 근접하게 위치한 경우에는 저면반사파로 인해 지시의 판독에 혼란을 초래할 수 있다.
초음파는 진동자로부터 초음파가 발생하여 시험체내에서 진행함에 있어 진동자로부터의 거리에 따라 불감대, 근거리음장, 원거리음장으로 구분할수 있다.
불감대는 신호에 대한 반응이 전혀 없는 지역으로 근거리음장보다 짧게 나타난다. 이는 파장의 길이와 관련되어 나타나는데, 즉 파장의 길이가 짧아지면 불감대가 짧아지고 파장의 길이가 길어질수록 불감대가 커진다.
따라서 동일한 재질에서의 초음파속도는 일정하므로 고주파수일수록 불감대가 적어진다. 또한 결함의 위치가 근거리음장이내에 있는 경우는 검사가 매우 부정확 해진다. 따라서 탐상에 앞서 검사하고자하는 시험체에 대해 결함의 발생 가능 위치 및 방향성등 시험체의 구조특성을 미리 파악하는 것이 좋다.

  시험체가 음파의 진행에 미치는 영향중 탐촉자와 시험체의 불완전한 밀착으로인해 초음파에너지를
  송수신하는데 가장 큰 영향을 주는 요인은?

표면거칠기 불연속의 방향과 위치