제 4장 기본탐상법

 
1-2-2 수침법

수침법은 시험체탐촉자를 액체 접촉매질속에 넣고 초음파빔을 시험체에 전달하여 시험체내의 정보를 알아내는 방법이다. 액체 접촉매질로는 물에 방울이 생 기는 것을 방지하기 위하여 수적방지액을 첨가한 것을 주로 사용한다. 직접접촉법에 비해 장비가 보다 많이 필요하고 검사조건이 비교적 까다롭기 때문에 일반 산업현장에서 보다는 실험실 또는 자동 장비에 많이 사용하고 있다.
수침법에서는
그림1과 같이 탐촉자의 각도를 임의로 변화시킬수 있기 때문에 수직종파탐촉자 하나로도 입사각을 임의로 변경시켜 종파, 또는 횡파탐상이 가능하다. 또한 탐촉자와 시험체사이가 물로 가득 채워져 공간이 없기 때문에 표면의 접촉상태가 균일할 뿐만 아니라 직접접촉법에서와 같이 탐촉자를 시험체에 직접 접촉시키지 않기 때문에 접촉압력의 변화에 따른 반사파의 강도가 달라지지 않는다.



그림 1 수침법에서의 입사각 변환

또한 탐촉자의 근거리음장을 벗어난 지역에 시험체를 위치할수 있으므로 표면에 근접해있는 불연속을 검출할수 있다. 탐촉자가 물속에서 시험체면을 접촉하지 않고 주사할수 있기 때문에 탐촉자가 손상되지 않고 빠른 속도로 검사가 가능하다.
단점으로는 수침에 필요한 장비들의 이동이 용이하지 않으며, 탐촉자를 물속에서 손으로 이동시킨다면 탐촉자와 시험체사이의 거리가 계속 변하게 되므로 적절한검사를 수행할수 없다. 따라서 이와같이 탐촉자를 일정하게 이동시킬수 있는 장비가 추가로 필요하게 되며, 물은 시험체에 위해를 줄수 있으므로 부식검사에는 적용할수 없고, 시험체와 탐촉자의 거리(물간거리 : Water distance)에 따라 검사수행이 가능한 시험체 두께가 한정되어 진다.
수침법에는
시험체 전체를 물속에 넣고 검사하는 전몰수침법(全沒水浸法)과 일부만 물속에 넣고 검사하는 국부수침법(局部水浸法)이 있다.
수침법에서
가장 유의할 것은 탐촉자와 시험체사이의 거리, 즉 물간거리인데 초음파가 탐촉자 표면에서 발생하여 시험체에 입사할 때 시험체 표면에서 반사파가 발생하게 되어 초음파의 일부는 반사하고 나머지 일부는 시험체내로 입사하게된다. 입사된 초음파는 그림2와 같이 시험체 저면에서 다시 반사하여 탐촉자로 되돌아온다.


그림2 수침법에서의 반사파

또한 물간거리가 너무 짧은 경우에는 이와같은 반사양식이 계속되어 CRT화면에 2, 3…차 표면반사파가 1차 저면반사파앞에 계속 나타난다면 시험체내에 존재하는 불연속을 검출하기가 매우 어려워진다.
그러나 시험체내에서의 음속이 물속에서의 음속보다 빠른 경우(일반적으로 강재와같은 시험체내에서의 음속이 물속에서보다 빠름), CRT화면상에 가장 먼저 나타나는 것은 송신펄스이고 두번째는 1차시험체 표면반사파가 된다. 그러나 물속에서의 음속이 느려지는 원리를 이용하여 그림3과 같이 1차시험체 저면반사파가 2차시험체 표면반사파 이전에 나타나도록 하면 모든 불연속은 1차표면반사파와 1 차 저면반사파 사이에 존재하게 된다.
이와같이
물간거리를 조정하여 탐상하여야 하는데 이를 식으로 나타내면
가 된다.
여기서 D 는 물간거리(Water distance)는
는 물속에서의 음속


시험체에서의 음속 T 는 시험체의 두께

그림 3 물간거리의 조정
위식은
1차 및 2차 표면반사파 사이에 1차 저면반사파가 나타나도록 한 경우를 기준하였으나 필요에 따라 물간거리를 조정할수 있다.
이를 그림2와같은 조건에서 물속에 강재시험체가 들어있는 경우 물간거리를 살펴보면 물속에서의 종파속도()는 1480m/sec이고 강재에서의 종파속도 ()는 5300m/sec이므로 이를 식 4-5에 대입하여보면,
≒0.28T 가 된다.
물간거리(D)는 시험체두께의 0.28배 이상이 되어야 한다.
따라서 두께가 8인치 이하인 강재 시험체의 경우에는 철에서의 초음파속도가 물속에서의 속도보다 약 4배정도 빠르므로, 강재의 1차 저면반사파가 2차 표면반사파 앞에 나타나도록 하고자 할때의 물간거리는 철판두께의 ¼보다 길어야 하기 때문 에
물간거리를
간단하게 나타내면 T/4+1/4 인치 이상으로 한다.
  두께가60mm인 강재를 수직 탐상할 때 CRT화면상에 강재의 1차 저면반 사파가 2차 저면반사파앞에
  나타나도록 하려면 물간거리는 얼마 이상으로 해야 되는가? (단, 물속에서의 종파속도:1500/sec,
  강재에서 종파속도:6000m/sec)

15mm 60mm