이종재료 접합재의 연구개발(R&D)이나 품질보증(QA)분야에서 최적 접합조건의 신속한 결정과 사용중 접합재의 접합강도에 결정적으로 영향을 미치는 접합계면의 박리 미접합부등의 비파괴진단 평가기법에 적극 활용되고 있는 초음파비파괴평가(UNDE)기법의 주된 특징과 적용한계, 향후 연구되어야할 과제등을 최근의 특징적인 연구경향과 적용예를 중심으로 소개하고자 한다. 본고(本稿)에서 기술하는 초음파비파괴평가기법은 부분적으로는 기술의 안정화단계에 까지 상당히 접근하여, 현재 국내 반도체산업의 품질보증분야에서는 접합재료 접합계면의 비파괴적해석에 그 유용성이 어느정도 확인되고 있으나 정량적비파괴평가(QNDE)와 검사시스템의 꽃이라 불리는 전문가시스템화에의 접근에는 아직 해결되어야할 문제가 많다. 따라서, 저자들은 앞으로 접합재료 접합계면의 비파괴적해석에 관련한 연구사례와 결과를 정량적비파괴평가의 중요성과 방향성에 초점을 두고 본학회지를 통하여 계속 연재할 계획이다.
물질 내부에서의 초음파(ultrasonics)의 전파특성을 분석하면 측정대상의 외형적 크기와 성분조성, 내부결함의 분포, 그리고 결정입경(grain size) 등과 같은 물질의 미세조직을 비파괴적으로 평가(NDE; non-destructive evaluation)할 수 있다. 초음파를 이용하는 비파괴 평가에 있어서 기존에는 주로 접촉식 압전변환기(PZT transducer)를 이용하여 초음파를 인가함과 동시에 이를 이용하여 측정대상 내부를 전파한 초음파를 검지하는 방식을 이용하여 왔다. 이와 같은 압전변환기를 이용한 비파괴 평가는 측정방법이 비교적 간단하고 초음파 에너지의 정량화가 용이한 장점이 있으나 측정방식이 접촉식이기 때문에 측정 시편이 고온이거나 움직이는 대상에는 적용이 어렵다. 따라서 비파괴 평가의 궁극적인 활용목표의 하나인 온-라인 평가를 실현하기 위해서는 비접촉식 초음파 평가방법이 정립되어야 한다. 이러한 관점에서 최근 레이저를 이용한 비접촉식 초음파의 생성 및 검지방법에 대한 연구가 진행되고 있다. (중략)
고온에서 장시간 사용된 재료는 재질의 열화현상으로 인하여 재료의 인성이나 물성이 저하되고 재료의 수명이 한계를 가지게 된다. 이러한 열화 되는 물리적, 기계적 특성 변화는 파괴적 또는 비파괴적 방법에 의해 측정이 가능하다. 비파괴적 방법은 대상기기의 평가부위가 한정된다는 단점이 있으나 실제 사용기기를 훼손하지 않고 재료의 상태를 파악할 수 있는 장점이 있기 때문에 파괴적 방법에 비하여 효율적이다. 재료의 인성이나 물성의 저하를 평가하는 여러 가지 비파괴적 방법들이 있지만 장시간 사용에 따른 열화정도를 판별할 수 있는 정량적인 비파괴적 방법은 아직까지 큰 성과를 얻지 못하고 있다. (중략)
최근 가속화되어 가는 산업발전으로 인하여 산업구조물 및 기계 부품의 안정성 및 비파괴 검사에 대한 요구가 크게 대두되고 있다. 이는 곧 산업구조물 및 제품의 품질 향상을 위한 기존의 검사방법으로는 제품의 완성도를 높이기 어렵다는 것을 의미하며, 제품의 질을 향상시키기 위해서는 새로운 비파괴 평가방법이 필요하다는 것을 의미한다. 또한 모든 구조물의 보수 유지 및 안전성 진단의 차원에서 모든 산업적 구조물의 변형과 응력, 진동모드, 미소3차원 형상에 대한 평가 및 해석은 구조물의 수명과 관계되어 그 중요성이 크다 할 수 있다. 이에 본고에서는 기존의 비파괴검사 방법들이 많은 장점이 있음에도 불구하고, 단점을 극복할 수 있는 평가 기술로서, 고체재료 및 산업구조물 - 기계구조물, 전자 부품, 배관, 토목건축 구조물 등 - 의 변형, 결함, 균열, 응력 등을 검사 및 평가할 수 있는 광학적인 비파괴 평가 방법에 대해 소개하고자 한다.
원자로 압력용기 재료의 중성자 조사 취화 문제는 원자력발전소의 안전성 및 수명 관리에 가장 중대 한 영향을 미친다. 재료의 조사 취화를 평가하기 위하여 수행하고 있는 충격 및 인장시험 같은 파괴적 시험 결과는 석출물 크기나 분포, 전위 밀도 등, 재료 자체의 조직학적 특성에 좌우되므로 한정된 시편을 이용한 평가에는 많은 불확실성이 존재하게 된다. 따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 비파괴기술을 이용한 조사 취화 평가에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 현재 원자로 압력용기 재료의 조사 취화에 따른 미세 조직 변화를 분석하기 위하여 응용되고 있는 비파괴기술로는 전기, 자기, 전자기, 초음파 및 경도측정법 등이 있으나 비파괴피험 결과와 미세조직의 변화, 기계적 성질 및 취화 정도 등과의 상관 관계를 정립해야만 기존 파괴적 시험의 대체가 가능하게 된다. 따라서 현재까지 수행되고 있는 여러 비파괴기술을 이용한 조사 취화 평가 연구결과를 비교 분석하여 보다 실현 가능성 있는 비파괴기술을 검토하였다.
본 논문은 널리 사용되고 있는 표면 미세조직 검사 기술과 표면 및 표면직하의 평가가 가능한 마이크로/나노 비파괴평가 기술을 소개한다. 일반적으로 재료 표면에서의 마이크로/나노 결함과 조직 상태는 벌크재료의 기계적, 물리적, 화학적 특성에 크게 영향을 주게 된다. 표면 미세조직 검사 기술은 이러한 재료의 결함과 조직특성을 신뢰도 높게 평가하는 기술이다. 각 검사기술의 원리와 특징, 응용분야와 개발 등을 소개하였다. 따라서 비파괴산업에서 마이크로/나노 비파괴평가의 적용과 기술 개발이 폭넓게 가능할 것으로 판단된다.
용접과 관련되는 분야에서, 재료평가와 비파괴 검사법으로서의 Acoustic Emission의 응용을 살펴 보았다. 재료 평가법으로서의 AE는 다른 시험방법들이 검출해 내지 못하는 재료 내부에서의 미시적인 현상들을 정량적으로 평가할 수 있는 장점을 가지고 있다. 앞으로 새로운 용접재료의 개발이라든지, 고도의 신뢰성이 요구되는 용접부위의 정량적인 평가를 위해서 AE의 응용은 중요한 정보들을 제공하게 될 것이다. 한편 용접구조물의 비파괴적 평가법으로서의 AE는 균열의 동적인 거동 및 균열의 위치를 검지할 수 있다는 장점 때문에 응용범위는 더욱 넓어질 것이다. 여기서 유의하여야 할 점은, 목적으로 하는 AE신호를 수만배 까지 증폭시키는 과정에서 환경잡음의 영향을 무시할 수 없는 경우에는 우선적으로 잡음을 적극적으로 제거하는 고도의 연구도 함께 병행되어야 한다는 것이다.
복합재 압력용기의 제작 및 사용중에 발생하는 결함(손상)의 비파괴검사를 통해 구조물의 건전성을 평가하는 것은 제품의 품질보증 관점에서 아주 중요합니다. 복합재에서는 여러 종류의 결함이 동시에 존재할수 있으며, 결함-기계적 성질-비파괴특성 사이의 상호관계는 완전히 알려져 있지 않습니다. 이글에서는 복합재 연소관에 존재하는 결함의 위험도와 결함 탐지를 위한 비파괴 검사 기법에 대해 먼저 살펴보았습니다. Filament Winding으로 제조한 복합재 연소관의 Proof Testing과 관련해 음향방출(AE)법에 의한 최근의 연구결과를 살펴본 다음, 연소관의 신뢰도 확보를 위한 비파괴 평가 방법에 대해 앞으로의 연구 방향을 제시하였습니다
열차폐코팅은 극한의 열환경에서 사용되는 기계요소를 고온으로부터 보호하기 위하여 널리 이용하는 코팅으로, 관련 산업의 경제적 이윤과 사용자 안전에 관련한 중요한 기술이다. 따라서 이런 열차폐코팅의 비파괴적 손상 평가는 그 중요성이 높이 평가되어 왔으나, 코팅 파쇄의 원인이 되는 내부의 미세한 조성 변화를 감지하기 위한 기술적 난제를 안고 있는 연구 주제이다. 본 논문은 열차폐코팅의 비파괴적 손상 평가를 위한 유한요소해석 기반 고감도 와전류 센서 설계 과정을 소개하고, 설계한 센서를 제작하여 진행한 성능 평가를 통해 설계 과정을 검증하였다. 와전류 센서의 성능을 예측하기 위하여 유한요소해석을 수행한 결과, 열차폐코팅의 손상 정도에 따른 센서의 임피던스가 증가와, 마그네틱 쉴드를 적용하였을 때 자속집속에 의한 검출능 향상을 관찰할 수 있었다. 또한 실제 실험결과와 비교를 통해 유한요소해석 결과를 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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