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액체 침투 탐상

개요

  • 비파괴검사 가운데 가장 오래되고 널리 활용되고 있는 방법
  • 시험체 표면에 침투액을 적용시켜 침투제가 표면에 열려있는 군열 등의 불연속부에 침투 (충분한 시간 필요)
  • 표면에 남아 있는 과잉 침투제 제거하고 그 위에 현상제를 도포하여 불연속부에 들어있는 침투제를 빨아올림으로써 불연속의 위치, 크기 및 지시모양을 검출하는 방법

개요

액체침투탐상 사진 01

액체침투탐상 방법

검사방법

침투탐상 원리

원리

  • 낮은 표면장력과 높은 모세관현상 특성을 가진 침투제를 시험체에 적용하여 시험체 표면의 불연속 등에 침투시킴
  • 침투하지 못한 침투제를 제거한 후 현상제 적용
  • 불연속부에 들어 있는 침투제가 현상제 위로 흡착되어 침투제가 침투되어 있는 부위(불연속부)를 나타나게 되어 불연속부의 위치 및 크기 파악

표면장력(Surface tension)

액체를 유리 표면에 떨어뜨린 경우 스스로 표면적을 최소로 하려는 힘

액체의 침투력이 좋은가 나븐가를 결정하는 성질

표면장력이 클수록 침투액이 좋음

단, 너무 높으면 시험체 표면에서 잘 분산되지 못하여 침투되지 못함.

침투 영향 인자

01 표면장력

2) 적심성(Wetting ability)

  • 검사면을 적시는 능력
  • 접촉각으로 측정되며 고체/기체계면을 고체/액체 계면으로 바꾸어 주는 것
  • 액체가 고체 표면에 접촉되는 성질이며 접촉각이 작을수록 적심성은 증가함.

침투 영향 인자

02 적심성

3) 모세관 현상

침투액을 결함부에 적용시키는 기본원리로, 액체 속에 폭이 넓고 길다란 관을 넣었을 때, 관 내부의 액체 표면이 관 외부의 액체표면보다 높거나 낮아지는 현상을 말한다.

침투 영향 인자

03 모세혈관

모세관 내에서 액체가 상승한 높이는 액체의 표면장력과 접촉각의 코사인(Cosine)값에 비례하여 나타나며, 액체의 밀도와 관의 직경에 반비례하여 나타난다. 또한 한쪽 끝이 막혔을때에도 액체는 관을 따라 올라오지만 막힌쪽 관에 남아있는 잔류공기의 압력에 의해 모세관상승이 일어나지 않는다.

4) 점성(Viscocity)

  • 실제 침투력에는 영향을 미치지 않지만 침투제가 결함안에 침투하는 속도에는 중요한 변수가 됨.
  • 점성이 큰 침투제에는 유동성이 큰 것보다 천천히 이동하며 침투제는 결함속으로 빨아들이는 힘에 대한 저항력 큼
  • 점성은 작을 수록 침투율이 큼

침투 영향 인자

04 점성

특성

침투 탐상검사의 특성

장 단점 01

침투탐상검사에 의한 특성

특성 02

1) 시험체에 의한 특성

- 액체침투탐상 검사는 침투제를 비롯한 검사제가 주로 액체로 되어 있기 때문에 시험체의 표면이 거칠거나, 검사표면에 기공이 많은 다공성 재질 또는 액체의 흡수력이 큰 재질인 경우에는 침투제가 불연속 이외의 부위에도 쉽게 침투할 수 있으므로 탐상이 어렵지만 이외의 재질에 대해서는 대부분의 경우 탐상이 가능해진다.

1)시험체에 의한 특성

2) 온도에 의한 특성

- 침투탐상시 시험체의 표면온도는 탐상결과에 영향을 크게 미치기 때문에 일반적으로 시험체의 표면온도는 침투탐상검사의 전 과정을 통해 16℃~50℃(60℉~125℉) 정도가 유지되도록 권고하고 있다

- 온도가 낮아짐에 따라 주로 침투제의 점도가 높아져 침투제의 침투속도가 저하

- 시험체의 표면온도가 너무 높아지면 침투제의 감도가 낮아져 탐상 결과에 큰 영향을 미치며, 침투제의 온도가 높아져 휘발성분이 증발

  • 침투제의 점도가 증가하여 침투속도가 늦어진다.
  • 현상제 집중현상이 발생한다.
  • 형광특성이 낮아진다.
  • 수분함유량이 달라진다.

3) 탐상제 오염에 의한 특성

- 탐상감도의 저하뿐만 아니라 결함이 없는 곳에서도 결함지시가 나타날 수 있는 원인

- 결함이 없는 곳에서도 침투제로 인한 결함지시가 나타나므로 검사결과를 관찰 시 잘못 판정하는 경우 발생

3) 탐상제 오염에 의한 특성

4) 침투 탐상제 시험

- 감도 시험 : 표면에 균열을 발생시킨 알루미늄 합금판을 가장 널리 사용

알루미늄 비교시험편 반쪽에 시험할 침투제를 나머지 반쪽에는 대비표준 침투제를 적용한 후 침투제 제조회사에서 권고한 침투시간 및 현상과정을 통해 시험 표면에 있는 균열을 관찰하여 지시의 감도가 대비표준과 비교하여 낮으면 침투제를 폐기

- 수분함량 시험 : 수세성 침투제와 유화제에 대한 물의 오염은 탐상결과에 많은 영향을 미치므로 주기적으로 수분함량 시험을 하여 규정된 범위를 유지해야 한다.

- 점성 시험 : 침투제를 100℉ 정도의 일정한 온도를 유지시키면서 점도계로 침투제의 점도를 측정하는데 단위는 주로 Centistokes로 나타낸다.

- 형광침투제의 퇴색 정도 시험 : 형광측정 촬영기(Photofluorometer)를 사용하여 침투제의 형광밝기를 비교 측정한다

- 유화제의 수세성 수분함량 점성 시험

- 현상제 시험(습식 현상제의 퍼짐성 시험, 습식 현상제의 제거성 시험, 습식현상제의 표면균일성 시험, 습식현상제의 부식 시험)

4) 침투 탐상제 시험

  • 전처리 - 표면 이물질 제거
  • 침투 - 침적법, 분무법, 붓칠법
  • 유화 (후유화제법 탐상에 한함)
  • 세척
  • 현상
  • 건조
  • 관찰
  • 재시험 (필요 시에 한함)
  • 후처리
  • 시험결과 기록

액체침투탐상 검사 시험 방법

1) 전처리

시험체의 표면을 침투탐상검사를 수행하기에 적합하게 처리하기 위한 과정으로서 시험체 재질 및 검사조건에 따라 적절한 방법을 선택하여 시험체 표면이 손상되지 않는 범위 내에서 침투제가 불연속부 속으로 침투하는 것을 방해하는 모든 이물질 등을 제거해야 한다.

전처리 과정을 통해 시험체의 표면 오염 등이 적절하게 제거되지 않으면 다음과 같은 이유로 인해 관련지시가 관찰되지 않을 수도 있다.

  • 침투제가 결함 속으로 침투되지 못한다.
  • 침투제가 결함 속에 이미 들어있는 이물질과 반응하여 결함 검출능력을 상실한다.
  • 결함 속에 들어있는 침투제가 시험체 면 위에 퍼져 실제결함이 나타나는 것을 방해한다.

또한 이와같은 이유로 인해 무관련지시가 나타나기도 한다.

01

전처리

전처리 방법

- 화학적 처리방법, 기계적 처리방법, 용제법으로 수행

전처리 방법

1) 화학적 처리 방법

: 알카리 또는 산세척, 피클링(Pickling), 에칭 및 염기세척

a) 알카리세척(Alkaline Cleaning) - 녹, 스케일, 기름, 그리이스, 연마제, 탄화용착물 등을 제거할때 적용 - 손으로 세척하기 어려운 대형 시험체 등에 적용 - 알루미늄 시험체의 거친 표면금속 등을 제거하는데 적용

b) 산세척(Acid Cleaning) - 두꺼운 스케일을 제거하기 위해서는 강산성 용액을 적용 - 얇은 스케일을 제거하기 위해서는 약산성 용액을 적용 - 시험체 표면에 묻어있는 금속을 가볍게 제거하기 위해서는 아주 약한 산성용액을 적용

c) 염기세척(Molten Salt Bath Cleaning) - 두꺼운 스케일을 제거할때 적용

1) 화학적 처리 방법

2) 기계적 처리방법

: Tumbling법, 브라스트(Blast)법, 철솔질법, 고압의 물이나 스팀 등으로 처리하는 방법

: 주위에 있는 금속이 결함 속으로 들어가거나 연마제가 결함 속으로 들어가지 않도록 주의

a) Abrasive Tumbling

- 얇은 스케일, 용접 플럭스, 먼지, 주형 등을 제거할때 적용

- 알루미늄, 마그네슘, 티타늄과 같은 연강에는 적용할 수 없음.

b) 건식 연마 그리트 브라스팅(Dry Abrasive Grit Blasting)

- 얇거나 두꺼운 스케일, 플럭스, 녹, 주형, 탄화용착물 및 부스러지기 쉬운 용착물 등을 제거할때 적용

- 거치식이나 휴대용으로 사용

c) 습식 연마 그리트 브라스팅(Wet Abrasive Grit Blasting)

- 건식과 동일한 용도에 적용되나 보다 가벼운 용착물에 적용

- 보다 좋은 표면상태 및 정확한 치수로 처리해야 할때 적용

2) 기계적 처리 방법

d) 쇠솔질(Wire Brushing)

- 가볍게 용착된 스케일, 프럭 등을 제거할때 적용

e) 고압의 물 또는 스팀(Steam)

- 일반적으로 알카리 세척제 또는 청정제와 혼합하여 사용

- 절단유, 광택제, 그리이스, 칩(Chip), 전기방전 가공 용착물 등과 같이 기계가공 과정에서 발생되는 오물을 제거하는데 적용

- 시험체 표면에 손상을 주어서는 안되는 경우에 적용

f) 초음파 세척

- 일반적으로 청정제와 물 또는 용제와 혼합하여 사용

- 주로 소형 다량 부품에 붙어 있는 오물을 제거하는데 사용

3) 용제 세척법

3) 용제법

: 증기세척법, 용제분무법, 용제를 적셔 닦아내는 방법 및 용제를 사용한 초음파 침지법 등이 있는데 증기세척법이 가장 널리 사용되는 방법이고 초음파 침지법은 시험체 청정에는 가장 유효하나 장비 가격이 매우 비싸다.

a) 증기세척

- 일반적으로 기름, 그리이스 등과 같이 기계가공 과정에서 발생되는 오물을 제거하는데 적용

- 일반적으로 염소성분이 혼합된 용제를 사용한다.

- 티탄늄(Ti)에는 적용하지 않는다.

b) Solvent Wiping

- 용제를 깨끗한 천 등에 묻혀 시험면을 닦아내는 방법

- 손으로 세척하는 것을 제외하면 증기세척과 동일

- 염소 성분이 혼합되지 않은 용제를 사용할 수 있다.

- 크기가 작은 시험체의 부분 세척에 적합함

2) 침투처리

02

침투처리

시험면에침투제를 적용시켜서 표면에 열려있는 불연속부 속으로 침투제가 충분하게 침투되도록 하는 과정을 침투처리라 함.

침투제 특성

  • 매우 미세한 개구부에도 침투가 용이해야 함
  • 표면이 거친 시험체의 개구부에도 침투제가 남아 있어야 함
  • 증발이나 건조가 너무 빠르지 않아야 함
  • 적용된 표면으로부터 제가가 용이해야 함
  • 얕거나 넓은 개구부에 침투된 경우 쉽게 세척되지 않아야 함
  • 미세한 개구부에 침투된 경우에도 현상제가 적용되면 쉽게 나와야 함
  • 얇은 도포막을 형성해야 하며, 이 경우 색채와 형광이 유지되어야 함
  • 악취가 없어야 함
  • 시험체와 화학변화를 일으키지 말아야 함
  • 불연소성이라야 함
  • 유독성이 없어야 함
  • 가격이 저렴해야 함

2) 침투제 선택

침투제 선택

1. 수세성 침투액 : 수세성 침투제는 침투시간이 경과한 후 과잉침투제가 물로 직접 수세가 가능하도록 유화제가 섞여있는 침투제이다

2. 후유화제성 침투액 : 후유화제성 침투제는 물에 용해되지 않기 때문에 물수세만으로는 과잉침투제를 제거 할 수 없다. 즉 이는 별도로 유화제를 적용해야 물수세가 가능해진다. 유화제는 유화시간 동안 시험체 표면에 남아있는 과잉침투제와 반응하여 수세성 혼합물이 된다. 결함 속에 들어있는 침투제가 유화되어 세척되는 것을 방지하기 위해서는 무엇보다도 유화시간이 중요하다. 이 유화시간은 실험을 통해 결정하고 과유화가 되지 않도록 반드시 이를 지켜야 한다.

3. 용제제거성 침투액 : 용제 제거성 침투제는 오직 용제로만 세척되는 침투제로 세척방법은 깨끗한 천이나 휴지로 침투제 자국이 거의 없어질 정도로 닦아낸다. 용제제거성 침투제는 물이 필요하지 않으므로 검사장비가 단순하여 원거리 또는 야외검사시 많이 사용되며 국부적인 검사가 필요할때 많이 적용된다. 과세척이 되는 것을 방지하기 위하여 용제를 직접 시험체에 붓고 세척하는 것은 피해야 된다.

3) 침투제 적용방법

- 시험체에 적용하는 방법은 시험면을 상하지 않는 범위에서 시험면에 빠르고, 쉽고, 고르게 그리고 경제적으로 적용할 수 있는 방법을 택하여 적용

- 침지법(Dipping), 분무법(Spraying), 붓칠법(Brushing), 흘림법(Flow on)

침투제 적용방법

1. 침지법

: 침투액조에 넣어서 시험체가 침투액에 충분히 젖은뒤에 꺼내는 방식으로 침투제를 적용하는 방법

침지법

- 침지법 장단점

장점 :

- 소형 다량 부품검사에 적합하다.

- 형태가 복잡한 시험체에 적용하기 편리하다.

단점 :

- 침투액조가 필요하다.

- 대형 시험체 검사에는 부적합하다.

- 많은 침투제가 소요된다.

붓칠법

- 붓(Brush) 등을 이용하여 시험면에 침투액을 도포하는 방법

- 장점

: 도포의 정도를 조절하기 쉽다.

: 환기가 어려운 장소에서의 사용이 효과적이다

- 단점

: 다량 및 대형 시험체에는 부적당하다.

  : 침투제 적용시간이 침지법에 비해 오래 걸린다.

붓칠법

분무법

- 검사제 용기에 내장된 가스 압력이나 압축공기를 이용하여 침투액을 분사시켜 시험면에 침투액을 도포하는 방법

- 장점

   : 모든 침투제 적용에 사용할 수 있다.

   : 대형 시험체의 국부검사에 적합하다.

- 단점

   : 침투제가 공기에 비산되므로 적절한 환기를 해주어야 한다.

   : 대형 다량 부품 검사에는 부적합하다.

   : 침투제 적용시간이 침지법에 비해 오래 걸린다.

분무법

흘림법

- 시험체에 흘려서 적용하는 방법으로 대형시험체에 많이 적용한다.

- 간편하기는 하지만 많은 양의 침투제가 소요되므로 비경제적일수 있음

- 배액대 위에서 침투제를 적용하는 것이 효과적

흘림법

침투제의 침투시간

침투시간

- 침투제를 적용한 후 과잉침투제를 제거하기 전까지의 시간을 의미하는데 침투시간 동안은 침투제가 시험면 위에서 건조되지 않도록 해야하며 필요하다면 침투제를 가끔씩 다시 적용하여 침투시간 동안 시험면은 침투제로 적셔져야 한다.

- 침투시간은 침투제의 종류, 시험체의 재질 및 표면상태, 예상되는 결함의 종류와 크기 및 시험체의 온도 등을 고려하여 검사규격에 권고된 침투시간을 기준으로 하지만 일반적으로 침투탐상검사의 표준온도( 15-50 °C) 범위에서는 5-20분을 기준으로 한다.

- 미세한 결함을 탐상하기 위해서는 침투시간을 다소 길게 해야하며 저온에서 검사할때에도 일반적으로 침투시간을 다소 길게 적용한다

유화처리

① 목적

- 후유화성 침투탐상검사에서 적용되는 방법

- 물로는 세척할 수 없는 침투액에 적용되어 수세척이 가능하도록 만들어주는 처리

- 기름 베이스 유화제, 물베이스 유화제

03

유화처리

유화 처리 방법

- 침지법, 붓기법, 분무법

유화처리방법

유화시간

- 유화제를 적용하여 세척처리를 정확하게 할 수 있는 시간

- 기름베이스 유화제 : 형광침투검사는 3분 이내, 염색 침투검사는 30초 이내

- 물베이스 유화제 : 형광 및 염색 침투 2분 이내

유화제가 갖추어야 할 조건

- 후유화성 침투액과 서로 잘 녹아야 함

- 유화 및 세척성이 좋아야 함

- 침투액의 혼입에 의한 유화제의 성능 저하가 적어야 함.

- 침투성이 낮아야 함.

- 중성으로 부식성이 없어야 함

- 독성이 적어야 함.

- 온도에 안정성이 좋아야 함.

- 침투액과 서로 다른 색채를 가져야 함.

유화제

조건

세척 및 제거처리

침투시간이 경과한 후 불연속 내에 침투되어 있는 침투제는 제거하지 않고 시험면에 남아있는 과잉 침투제를 제거하는 과정을 세척처리라 한다

04

세척 및 제거처리

수세척

- 물로 세척하며 시험체가 작은 경우에는 직접 손으로 수세

- 일반적으로 물을 시험체에 분무시켜 세척하는데 표준수압은 KS기준으로 3.5Kgf/cm2 (340KPa)이하로 하고 분사구의 각도는 45도가 적당하며 물은 온수(30-45도) 정도가 적당함)를 사용하는 것이 세척력이 좋아진다.

- 형광침투 수세법에서의 세척처리에는 세척의 정도를 확인하기 위하여 자외선등 하에서 수행해야 한다

용제세척

- 용제제거성 침투제는 물로 세척되지 않으므로 반드시 용제를 사용하여 세척

- 세척 용제는 물에 비해 침투력이 크기 때문에 용제를 직접 시험체에 부어서 세척하면 불연속부 안에 있는 침투제도 세척되기 쉽기에 금기시 됨.

- 일차적으로 깨끗한 천이나 휴지로 과잉 침투제를 닦아내고 다시 세척 용제를 가볍게 적신 깨끗한 천이나 휴지로 시험체 표면에 남아있는 과잉 침투제를 제거

- 형광침투 용제법으로 검사하는 경우에는 자외선등을 비추어 보면서 세척의 정도를 확인

용제세척

현상처리

  • 세척처리가 끝난 후 불연속부 안에 남아있는 침투제를 시험체 표면으로 노출시켜 지시를 관찰하는 과정
  • 현상제는 불연속지시의 선명도 및 명암도가 높아지는 범위 내에서 가능한한 얇고 균일하게 도포
  • 세척처리 후 시험면을 건조시키고 현상제를 적용하는 방법과, 세척처리후 시험면을 건조처리 하지 않고 바로 현상제를 적용한 후 관찰하는 방법이 있다.

05

현상처리

현상법의 종류

  • 건식현상법
  • 습식현상법
  • 속건식 현상법
  • 무현상법

현상법의 종류

건식현상법

- 건식 현상제를 사용하는 경우에는 세척처리 후 시험면을 건조시킨 다음에 적용

- 매우 가벼우며 흡수성이 강한 초미립 백색 분말

- 액체침투탐상 보다는 형광침투탐상에 널리 사용

- 시험체의 크기가 작은 경우에는 건식 현상제 분말이 들어있는 용기에 시험체를 넣고 시험체 표면에 건식 현상제 분말을 충분히 적용시킨 후 시험체를 꺼내고 너무 많이 적용된 현상제는 시험체를 흔들어서 떨구어냄

- 대형 시험체는 시험체 표면에 현상제를 뿌리는 방법으로 적용하고 분무용기에 넣어 분무법으로 적용

건식현상법

습식현상법

- 세척처리 후 시험면을 건조시킬 필요없이 바로 습식현상제를 적용

- 대표적인 방법은 침지법으로 이 경우에도 역시 배액판을 사용하여 처리

- 건식현상제가 물과 혼합된 형태

- 침투제 제거 후 시험체의 건조과정 없이 직접 적용

습식현상법

속건식 현상법

- 현상제 분말을 휘발성 용제에 현탁하여 시험체에 적용하면 즉시 건조

- 형광침투제 사용시 검도가 가장 높음

속건식현상법

무현상법

- 현상제를 사용하지 않고 결함 지시모양을 형성시키는 방법

- 결함 검출 감도가 떨어짐

무현상법

현상제 특성

  • 입자가 매우 미세해야 함
  • 흡수력이 강해야 함
  • 주위 색깔과 구분되어야 함
  • 쉽고 균일하게 적용할 수 있어야 함
  • 표면에 균일한 피막을 형성해야 함
  • 형광침투제를 사용할 경우 현상제는 형광이 아니어야 함
  • 시험 후 쉽게 완전세척이 가능해야 함
  • 시험체나 시험장비에 유해하지 않아야 함
  • 무독성이어야 함

건조처리

세척처리 후 현상제의 종류에 따라 현상처리 전 또는 후에 시험면에 남아있는 세척액 또는 습식 현상제의 수분을 건조하는 처리

06

건조처리

건조온도와 건조시간

: 고온 장시간 - 형광휘도 및 색체가 열화되거나 침투액 증발 우려 높이는 등 검출감도 떨어짐

: 자연건조를 표준으로 함.

: 습식 현상제 경우 가능한 빨리 건조

: 건식 또는 속건식 현상재일 경우 현상처리 전에 시험면에 수분이 마를 정도로 건조

: 건조시에도 시험체 표면의 온도가 52 °C 이하이어야 함.

건조온도와 시간

관찰

현상처리가 끝나면 지시의 관찰을 시작하는데 일반적으로 현상제를 적용한 후 7~60분 사이에 실시하도록 되어있다

07

관찰

관찰 조건

  • 염색침투탐상검사 : 시험면의 표면 조도가 500Lx 이상
  • 형광침투탐상검사 : 조도 20Lx 이하

관찰 조건

후처리

  • 검사가 완료된 후 시험체 표면에 남아있는 시험제가 다음 공정에 지장을 줄 우려가 있는 경우나 시험체에 손상을 줄 우려가 있는 경우에 시험체 표면에 남아있는 침투제 및 현상제와 같은 검사제를 제거하는 과정을 후처리라고 한다
  • 시험체 표면에 손상을 주지 않으면서 검사제가 완전하게 제거될 수 있는 방법으로 하되 일반적으로는 물 또는 용제를 사용하여 수행
  • 용제제거성 침투제 및 비수성습식 현상제를 사용하여 검사를 수행한 경우에는 주로 용제를 사용하여 후처리
  • 그외의 경우에는 물을 사용하여 후처리

08

후처리

침투 탐상검사방법

침투탐상

검사방법

수세법 및

용제법

후유화제법

  • 건식현상제를 적용하는 경우

전처리- 침투처리- 유화처리- 세척처리- 건조처리- 현상처리- 관찰- 후처리

  • 습식현상제를 적용하는 경우

전처리- 침투처리- 유화처리- 세척처리- 현상처리- 건조처리- 관찰- 후처리

침투탐상 순서

침투탐상 사진

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