자분탐상시험 MT(Magnetic Particle Test)ㅣ 강재 용접부 비파괴검사

본 글은 「시설물의 안전 및 유지관리 실시 세부지침(안전점검·진단 편) 해설서(공통편)」(2024, 국토안전관리원) 문헌의 내용과 이미지에서 발췌하였음을 알려드립니다.

 

자분탐상시험 MT(Magnetic Particle Test)

 

1) 시험일반

• 철강재료 등 자성체를 자화하게 되면 많은 자속을 발생한다. 자속은 자기의 흐름으로 나타나며, 자성체 중에서 자속은 쉽게 흐르지만 비자성체 중에서 자속은 흐르기 어렵다. 자속이 흐르는 길에 결함이 있으면 결함은 일반적으로 자성체의 불연속으로서 기체, 비금속 게재물 등 비자성체가 들어 있기 때문에 자속이 흐르기 어려워진다.
• 그러므로 자속은 결함이 가로막게 되면 결함이 있는 곳에서 결함을 피해가려는 모양으로 넓게 흐른다. 이로 인하여 얇은 표층부의 자속은 자성체의 표면 위의 공간으로 새어나간다. 이 결함부의 공간으로 새어나가는 자속을 누설자속이라 하고, 자성체 중에서 결함이 있는 곳으로 흐르는 자속이 많을수록, 자속을 가로막는 결함의 면적이 클수록, 또 결함의 위치가 자성체의 표면에 가까울수록 결함 누설 자속은 많아진다.
• 자성체중의 자속이 공기 중으로 새어나오는 곳에 N극이, 들어가는 곳에 S극이 형성되며, 이 자극의 강도는 결함 누설 자속이 많을수록 강해진다. 자화된 자성체의 표면에 색깔이 있는 자성체 미립자 즉 자분을 살포할 경우 자성체의 표면에 자속을 가로지르는 결함이 있으면 결함 누설 자속 내에 들어간 자분은 자화되어 자극을 가지는 작은 자석이 되며, 자분 서로가 얽혀 결함부의 자극에 응집 흡착한다. 이 결함부에 응집 흡착하여 생긴 자분의 모양을 결함 자분 모양이라 하며, 그 것의 폭은 결함의 폭에 비해 크게 확대되고 또 자성체 표면의 색과 콘트라스트가 높은 색의 자분을 사용함으로서 식별이 아주 쉬워진다.
• 이상과 같이 자성체인 어떤 시험체를 자화하여 자속을 흐르게 하고 자분을 탐상면에 뿌려서 결함부에 자분이 모여들어 형성된 결함 자분모양을 찾아내 그것을 평가함으로서 시험체 표층부에 존재하는 결함을 검출하는 과정을 자분탐상기를 이용하게 된다.

 

2) 자분탐상시험 방법 : 극간법(Yoke Method)

• 시험체의 표면 및 표면부근에 있는 균열, 기타 흠을 검출하는 것을 목적으로 하며, 강구조물의 용접이음부의 결함상태를 조사하고, 그 결과에 따라 결함의 영향을 평가하나, 자성체 시험부재에만 적용 가능.
• 극간법은 시험품의 부분 또는 전체를 전자석 자극사이에 놓고 자화시키는 방법으로서 시험품에 극부 선형자장을 유도함으로 양극 사이에 직각인 방향을 갖은 결함이 가장 잘 검출할 수 있다.

자분탐상 및 탐상기 점검 등의 절차

①용접부 표면처리(그라인더)	②자분용 화이트 도포	③용접부검사(MT)

 

3) 자분모양의 관찰

구분	내용
전처리	● 전처리 과정 ① 전처리의 범위는 시험범위보다 넓게 잡아야 한다. 용접부의 경우는 원칙적으로 탐상 범위에서 모재 측으로 약 20㎜ 넓게 잡는다. ② 시험체는 원칙적으로 단일부품으로 분해한다. 또, 자화되는 경우는 필요에 따라 탈자한다. ③ 시험체에 부착된 유지, 오염 그 밖의 부착물, 도료, 도금 등의 피막이 시험정밀도에 영향을 주는 경우 또는 검사액을 오염시킬 우려가 있는 경우는 이들을 제거하여 시험체를 청정하게 하여야 한다. ④ 건식용 자분을 사용하는 경우는 표면을 잘 건조시켜 둔다. ⑤ 타는 것을 방지하고 전류가 흐르기 쉽게 하기 위해 시험체와 전극의 접촉부분을 모두 깨끗하게 닦아 놓아야 한다. 또, 필요에 따라 전극에 도체패드를 부착한다. ⑥ 기름구멍, 그 밖의 구멍 등에서 탐상 후 내부의 자분을 제거하는 것이 곤란한 곳은 탐상 전에 해가 없는 물질을 채워두는 것이 좋다. ● 전처리 방법 ① 그라인딩 : 형상, 거칠기의 수정, 스패터, 스케일, 기타 이물질의 제거 ② 박리제의 도포 : 페인트의 제거 ③ 브러싱 : 녹 등을 제거 ④ 유기용제 세정 : 유지류의 제거 ⑤ 건조(건식법) : 수분의 건조 ⑥ 탈자 : 잔류자장에 의하여 검사에 영향을 미칠 우려가 있는 경우
기록	● 자분모양을 기록할 때에는 적당한 재료(투명바니시, 투명래커 등)로 탐상면에 고정하거나, 고성능 카메라로 근접촬영을 하며, 자분모양에서 흠의 깊이를 추정하는 것은 곤란하므로 이외의 방법에 따라야 한다. ● 자극간 및 자극주변의 가장 검출하기 쉬운 결함의 방향 ▷ 위 그림에서 P는 자극, 자극간을 잇는 실선은 자장을 나타내며, 화살표는 자장의 각점에 있어서 자장과 직교하는 방향 즉 가장 검출하기 쉬운 결함의 방향을 나타낸다.	① 시험품을 손으로 유지하며 관찰하는 경우는 우선 유지하고자 하는 부분부터 관찰하거나 관찰이 끝난 부분을 유지하도록 한다. ② 자분 지시모양이 관찰되면 우선 의사지시모양인가 결함 지시모양인가를 구별한다. 자분모양에는 결함이 아닌 것이 포함되어 있으므로 주의하여야 한다. ③ 관찰은 가급적 관찰면에 대하여 정면에서 하도록 한다. 관찰면에 대하여 비스듬히 관찰하는 것은 미세한 자분 지시모양을 빠뜨리거나 표면 요철부 등에 부착된 자분지시모양의 구별이 곤란하게 한다. ④ 관찰하기 위해 광선(자외선 조사 등 또는 가시광선 램프)은 관찰면에 대해 반사광이 없는 위치와 각도에서 조사하도록 한다. 특히 관찰면의 마무리 상태가 좋은 경우에는 관찰면에 강한 반사광이 발생하여 자분 지시모양의 관찰이 곤란하게 될 때 가 있으므로 주의하여야 한다. ⑤ 자분 지시모양의 상태로부터 결함의 깊이를 추정하는 것은 곤란하다.
탈자	● 일반적으로 시험한 때와 같은 자화 방법으로 자장의 방향을 서로 반전하면서 자장의 강도를 감소시켜 탈자 하며, 이때의 자장의 강도는 자화된 때 보다도 큰 값 또는 시험품이 포화한 자화값으로 부터 영(zero)에 가깝게 하여야 한다. 또한, 탈자 후는 필요에 따라서 탈자 상태를 확인한다.	● 다음의 경우는 탈자 하여야 한다. ▷ 연속하여 시험하는 자화가 전회의 자화에 의하여 나쁜 영향을 받을 염려가 있을 때 ▷ 시험품의 잔류 자기가 이후의 기계 가공에 나쁜 영향을 미칠 염려가 있을 때 ▷ 시험품의 잔류 자기가 계측 장치 등에 나쁜 영향을 미칠 염려가 있을 때 ▷ 시험품이 마찰 부분 또는 거기에 근접한 장소에 사용되는 것으로서, 마찰부분에 철분 등을 흡인하여 마모를 증가할 염려가 있을 때
자분 및 검사액	● 자분은 그 적용시의 분산매의 차이에 따라 건식용과 습식용으로 나누고 다시 관찰방법의 차이에 따라 형광자분과 비형광자분으로 분류하고, 시험체의 재질, 표면상황 및 흠의 성질에 따라 적당한 자성, 입도, 분산성, 현탁성 및 색조를 가진 것이어야 한다. ● 자분의 입도는 현미경 측정방법으로 입자의 정방향 지름을 측정하고 누적체 상 20% 및 80%를 표시하는 입자지름의 범위로 나타낸다. ● 습식법에는 KS M 2613에 규정하는 등유, 물 등을 분산매로 하여 필요에 따라 적당한 방청제 및 계면활성제를 넣은 검사액을 사용하고, 검사액 속의 자분 분산농도는 실제로 적용하는 위치에서의 검사액의 단위용적 중에 포함되는 자분의 무게(g), 또는 단위용적(100ml) 중에 포함되는 자분의 침전용적(ml)으로 나타내고 자분의 종류 및 입도를 고려하여 설정한다. 특히, 형광자분인 경우에는 자분의 입도 외에 자분의 적용시간 및 적용방법을 고려하여 자분 분산농도를 정하고 과잉농도를 피하여야 한다. ● 표준시험편 자장의 방향 및 영역의 적정성을 확인하기 위하여 KS D 0213에서 정하고 있는 시험편을 사용할 필요가 있으며 아래 그림은 그중 A형 표준시험편을 나타낸 것이다.

 

3) 자분탐상시험 예

구분	내용
개 요	● D교량은 준공 후 15년이 경과한 강교 플레이트 거더교로 하부플랜지와 덮개판 필렛 용접부의 균열발생 여부 조사
탐상방법	● 균열을 조사하기 위하여 본 현장에서는 자분탐상시험기 MP A3를 사용하였다.
탐상결과	● 탐상결과는 다음 사진과 같으며, 자분모양 분석결과, 이 결함은 반복하중에 의한 피로균열로 확인되었으며, 결함길이는 340mm로 측정되었다.