제 3 장 장비

 
제 3 장 장비
1.     개요
초음파는 동일한 재질내에서는 일정한 속도를 갖고 있으며 결함과 같은 불연속부가 있으면 그곳에서 반사와 굴절 또는 투과를 하는 특성이 있다. 펄스반사법은 그중에서 초음파의 반사특성을 이용하여 검사하는 방법이 된다. 예를들어 강재의 두께를 측정하고자 할 때 초음파가 탐촉자로부터 발생하여 시험체의 저면을 거쳐 탐촉자로 되돌아올때까지의 소요시간이 10μsec이라면 강재의 두께(T)는 초음파의 이동거리를 알아보면 쉽게 알 수 있다. 즉 강재에서의 초음파속도는 5900m/sec이므로 이를 계산하면 5900m/sec × 10μsec = 59mm가 된다. 
또한 59mm라는 것은 그림1에서 볼 수 있는 바와같이 초음파가 강재를 투과하여 반대면에서 다시 반사하여 진행한 거리이므로 강재의 두께는 59mm÷2 = 29.5mm가 된다.


그림1
시험체의 두께 측정


즉 이와같은 원리로 초음파탐상검사가 이루어지는데 초음파탐상검사장비에서 초음파의 진행시간만을 측정한다면 이를 항상 계산하는 것도 매우 번거로운일 일뿐만 아니라 실제에 있어서는 동일한 재질에서도 내부의 합금원소등에 따라서도 상당한 음속의 변화등이 일어난다. 또한 이미 앞장에서 설명한 초음파의 반사특성등이 측정되지 않으면 결함의 크기등을 측정하는데에도 한계가 있게 된다.
즉 시험체의 두께 및 결함의 위치를 측정하고자 할 때 초음파의 속도와 진행시간을 측정한다는 것은 매우 복잡하기 때문에 실제 초음파탐상검사 시에는 그림2(a)에서 지동자를A의 위치에 놓고 시험편의 반대편에서 반사하는 반사파(저면반사파)의 위치를 적절한 위치에 오도록 한다.
예를들어 시험편의 두께가 30mm라면 저면반사파를 그림2(b)의 음극선관 스크린상의 가로축 눈금30에 위치하도록 조정하면 시험편의 두께를 스크린상에 그대로 나타나게 되는 것이다.
만일 이와 같이 스크린을 조정한후 그림2(b)에서와 같이 결함반사파가 눈금25에서 나타났다면 결함의 깊이는 진동자의 위치(시험편표면)에서 25mm되는 지점에 존재함을 의미하게 된다.


그림
2 시험편에서의 결함크기 측정


또한 결함의 크기를 측정하는 방법의 원리는 그림2에서 나타난 바와같이 크기를 알고있는 표준결함이 내재되어있는 시험편에서 반사파의 진폭을 측정하여, 실제 측정된 결함의 크기에 따른 반사파의 강도등과 비교하여 그 크기를 측정한다.
즉 그림 2에서와 같이 시험하고자 하는 시험체와 동일한 재질로 이루어진 시험편에 원하는 크기의 인공표준결함을 만든후 이 인공결함으로부터의 반사파를 측정하여 대비자료로 사용한다.
예를들어 그림 2(a)에 나타난 시험편에서의 인공결함크기가 직경이 1mm이고 이에 대한 결함반사파의 진폭이 전체스크린높이의 20%로(그림2(b))로 나타났다면, 결함의 크기가 직경 1mm인 경우의 반사파높이는 전체 스크린 높이의 20%라는 것을 알수 있다.
이와같이 보정된 장비로 측정하고자 하는 시험체에서의 결함크기를 측정한 결과 그림 3과 같이 나타났다면 그림 3(a)의 시험체내에 존재하는 결함의 크기는 그림 2(a)의 시험편내에 존재하는 인공결함의 크기보다 크다는 것을 알수 있게 된다.


그림 3 시험체에서의 결함크기 측정

그림 3(b)에서 보면 결함반사파의 진폭이 전체스크린높이의 80%로 나타났으므로 그림 2(b)의 경우와 비교하면 진폭이 4배로 커졌음을 알 수 있다. 이는 그림 3(a)의 시험체내에 존재하는 결함의 크기가 그림 2(a)의 시험편내에 존재하는 인공결함의 크기에 비해 크다는 것은 쉽게 알수있는데 이의 정량적인 크기를 알기위해서는 앞서 설명한 “음압의 표시”를 상기하면 결함의 크기를 쉽게 알수 있다.
음압의 표시는 dB로 나타내는데
  두께100mm인 육면체 시험편을 이용하여 저면반사파를 CRT스크린에 나타나게 한후 그 저면 반사파
  가 눈금50에 오도록 조정한후 초음파탐상을 할 때 눈금25에 결함반사파가 나타났다면 결함의 위치는
  시험 표면에서 얼마 깊이에 존재하는가?

25mm 50mm