부품 소재종합기술지원사업부품 소재종합기술지원사업부품 소재종합기술지원사업부품 소재종합기술지원사업ㆍㆍㆍㆍ

기술지원성과보고서기술지원성과보고서기술지원성과보고서기술지원성과보고서

기계 가공된 유공압 실린더 및 로드의기계 가공된 유공압 실린더 및 로드의기계 가공된 유공압 실린더 및 로드의기계 가공된 유공압 실린더 및 로드의

품질향상 기술지원품질향상 기술지원품질향상 기술지원품질향상 기술지원

2004. 8.2004. 8.2004. 8.2004. 8.

지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원::::

지원기업 주 신우산업지원기업 주 신우산업지원기업 주 신우산업지원기업 주 신우산업: ( ): ( ): ( ): ( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 기계 가공된 유공압 실린더 및 로드의 품질향상 기술지원 지원기간“ ”(

과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다: 2004. 8. 1~2004. 7. 31) .

2004. 8.2004. 8.2004. 8.2004. 8.

지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원::::

대표자 박 화 영대표자 박 화 영대표자 박 화 영대표자 박 화 영( )( )( )( )

지원기업 주 신우산업지원기업 주 신우산업지원기업 주 신우산업지원기업 주 신우산업: ( ): ( ): ( ): ( )

대표자 구 인 회대표자 구 인 회대표자 구 인 회대표자 구 인 회( )( )( )( )

지원책임자 원 순 호지원책임자 원 순 호지원책임자 원 순 호지원책임자 원 순 호::::

참여연구원 현 양 기참여연구원 현 양 기참여연구원 현 양 기참여연구원 현 양 기::::

조 상 제조 상 제조 상 제조 상 제::::〃〃〃〃

최 재 돈최 재 돈최 재 돈최 재 돈::::〃〃〃〃

- 3 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원의 달성정도기술지원의 달성정도기술지원의 달성정도기술지원의 달성정도1.1.1.1.

기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용2.2.2.2.

기술지원에 따른 지적재산권 도출기술지원에 따른 지적재산권 도출기술지원에 따른 지적재산권 도출기술지원에 따른 지적재산권 도출3.3.3.3.

지원내용의 기업전략에의 기여도지원내용의 기업전략에의 기여도지원내용의 기업전략에의 기여도지원내용의 기업전략에의 기여도4.4.4.4.

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 추진일정 및 수행주체들의 담당업무 성과기술지원 추진일정 및 수행주체들의 담당업무 성과기술지원 추진일정 및 수행주체들의 담당업무 성과기술지원 추진일정 및 수행주체들의 담당업무 성과1.1.1.1.

수행방법수행방법수행방법수행방법2.2.2.2.

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부 록부 록부 록부 록

학회 세미나 전시회 등 요약보고서학회 세미나 전시회 등 요약보고서학회 세미나 전시회 등 요약보고서학회 세미나 전시회 등 요약보고서1.1.1.1. ㆍ ㆍㆍ ㆍㆍ ㆍㆍ ㆍ

기술지원 활용 기자재 및 시설 요약서기술지원 활용 기자재 및 시설 요약서기술지원 활용 기자재 및 시설 요약서기술지원 활용 기자재 및 시설 요약서2.2.2.2.

유압장치 시운전 및 보수점검유압장치 시운전 및 보수점검유압장치 시운전 및 보수점검유압장치 시운전 및 보수점검3.3.3.3.

관련 규격관련 규격관련 규격관련 규격4.4.4.4.

- 4 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

본 사업은 부품 소재 전문기업 등의 육성에 관한 특별 조치법 시행 법률(2001.4.1 /ㆍ

제 호 에 근거한 사업이다 본 사업의 목적은 공공연구기관이 보유한 연구역량6418 ) .

을 활용하여 부품 소재 전문기업 현장에서 발생하는 기술적 애로를 종합적으로 지ㆍ

원함으로써 부품 소재 전문기업의 기술력 향상 및 기술자생력 배양을 지원하는데, ㆍ

있다 년대 이후 기계류 부품 소재의 국산화를 위한 민 관의 노력에도 불구하. 80 ㆍ ㆍ

고 부품 소재 전문기업의 기술력은 여전히 취약하고 단일 기관에 의한 연구 책임ㆍ

자 전공위주의 기술지원만으로는 부품 소재분야의 기술융합화 복합화 추세에 대ㆍ ㆍ

응하기 곤란한 현황이다 부품 소재 산업 종합실태조사 에 의하면 부품. (2001. 4)ㆍ

소재전문기업들은 기술개발시의 최대애로요인으로 전문기술인력 부족 을(48.1%)ㆍ

지적하고 있다.

주 신우산업도 유공압 실린더 및 로드를 전문으로 생산하는 중소기업으로 고품질( )

고부가가치의 제품을 생산하기 위한 기술개발 의지에 반해 전문기술인력 및 시설ㆍ

의 부족으로 특별한 기술적 뒷받침 없이 제품을 생산하고 있어 생산품의 반품 및,

세계 시장 진입을 위한 노력에 애로를 겪고 있는 실정이다.

따라서 본 사업의 종합적 문제해결형 기술지원 기업의 기술개발(Problem Solving) ,

자생력 배양 신속한 기술지원 참여 연구원의 참여의식 고취 정부출현금 무상지원, , ,

등 기업부담 경감과 같은 특성을 살려 기술지원의 필요성이 있다.

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

본 사업의 기술지원 목표는 다음과 같은 사업 본래의 추진방향을 우선적으로 고려

하였다.

- 5 -

원칙원칙원칙원칙 1111 기업의 수요에 따른 기술지원기업의 수요에 따른 기술지원기업의 수요에 따른 기술지원기업의 수요에 따른 기술지원

원칙원칙원칙원칙 2222 기존 연구인프라의 최대 연계활용기존 연구인프라의 최대 연계활용기존 연구인프라의 최대 연계활용기존 연구인프라의 최대 연계활용

원칙원칙원칙원칙 3333 기업과 연구기관의 기술교량 역할기업과 연구기관의 기술교량 역할기업과 연구기관의 기술교량 역할기업과 연구기관의 기술교량 역할

원칙원칙원칙원칙 4444 문제해결중신의 종합기술지원방식문제해결중신의 종합기술지원방식문제해결중신의 종합기술지원방식문제해결중신의 종합기술지원방식

원칙원칙원칙원칙 5555 최종목표는 기업의 기술자생력배양최종목표는 기업의 기술자생력배양최종목표는 기업의 기술자생력배양최종목표는 기업의 기술자생력배양

주 신우산업의 기술요청 사항은 유공압 실린더 및 로드의 생산시 중간 및 최종 생( )

산품에 가공상태의 품질을 검사하고 평가할 수 있는 기술 및 이에 대한 결과를 제,

시할 수 있는 체계화된 기술적 지원으로 이를 통해 수요처가 신뢰하고 향후 해외,

수출을 위한 기반 기술을 확립하는 것이다.

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

기술지원 목표를 근거로 수행한 기술지원 내용을 요약하면 다음과 같다.

유공압 실린더 및 로드의 표면 및 표면하 미세 결함 평가 기술지원i )

비파괴적인 방법에 의한 표면 및 표면하 미세결함 검출-

평가기술에 대한 세부 요소기술 제시-

열처리 후 균질 열처리 상태의 평가 기술 지원ii)

비파괴적인 방법에 의한 열처리 상태 평가방안 제시-

불균일 열처리에 따른 국부 잔류응력 상태 평가-

상시 활용 가능한 평가 시스템 개발 지원iii)

생산현장에서 상시 활용 가능한 측정 평가 시스템 개발- ,

평가 기준 제시 및 품질 보증 데이터화-

- 6 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원의 달성정도기술지원의 달성정도기술지원의 달성정도기술지원의 달성정도1.1.1.1.

세부기술지원 내용에 따라 진행된 사업의 달성 정도는 아래 표 과 같다2.1 .

표 기술지원 내용 및 달성정도표 기술지원 내용 및 달성정도표 기술지원 내용 및 달성정도표 기술지원 내용 및 달성정도2.1.2.1.2.1.2.1.

지원항목 지원내용 달성도 (%)

자료조사 및

기술정보제공

유공압 실린더 관련 규격 제공○

신제품개발 관련 기술지원○

선진기술 및 관련 산업 동향 등의 기술정보제공 등○

100

생산공정 데이터

확보

실린더 및 로드의 생산공정 조사○

품질저하 요인 분석○100

유공압 실린더

및 로드의

시험평가

비파괴적인 시험 평가 기술 조사 제공,○ ㆍ

유공압 실린더 및 로드의 시험 평가를 위한 적용○ ㆍ

기술 및 선택적 사용방법

품질관리를 위한 데이터 관리 및 성적서 발행○

100

열처리 후

상태평가 기술열처리 후 비파괴시험 방법 및 절차○ 100

상시 활용

가능한 시스템

개발 지원

시스템 구성방법 및 활용방법○ 100

기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용2.2.2.2.

가 자료조사 및 기술정보 제공가 자료조사 및 기술정보 제공가 자료조사 및 기술정보 제공가 자료조사 및 기술정보 제공....

그동안 한국의 기계공업은 외형적으로는 많은 발전을 했지만 그 내부를 들여다보면

주요 부품 소재 등 핵심기술은 아직도 선진국에 많이 의존하고 있는 실정이다 유.ㆍ

압 실린더 부분에 있어서도 현재 품질 및 신뢰성면에서 외국 제품에 많은 부분이

잠식되어 있는 상황이다 그러나 다행히 근래 대우종합기계 주 동명중공업 주 현. ( ), ( ),

대중공업 주 및 볼보건설기계코리아 주 등의 건설 중장비 제작업체에서 윤활성( ) ( ) ,

밀폐성 등이 개선된 제품의 국산화를 추진해 왔고 관련 기술에 있어 많은 성과를

거두어 왔다.

- 7 -

그러나 제품 판매시 향상된 품질에 대한 정확한 근거를 제시할 수 있는 시험방법

또는 설비는 체계화되어 있지 않아 최종 생산된 유압 실린더의 내부 누유량 및 충

격 기타 외부의 저항 육안상 식별 불가능한 표면상태의 결함에 대해 정확히 판독, ,

하기가 어려운 상태이다 하지만 최종 생산된 제품에서 이러한 결함성 요인 문제점. ,

들을 정확하게 찾아내지 못한다면 아무리 성능이 우수한 실린더를 개발한다 하여도

신뢰성을 갖지 못할 것이다.

지금까지 유압 실린더가 국산화되는 과정에서도 사용처의 주요 부분에 대해서는 신

뢰성 저하로 외국에서 생산된 고가의 제품을 업체들은 선호하여 왔다 현재 국내. ㆍ

외 유압 실린더의 시장 규모를 살펴보면 우리나라가 세계 굴지의 건설 중장비 제조

업체를 가진 국가임을 제외하더라도 그 수요는 엄청나며 고품질의 실린더 생산에

대한 요구는 필수적으로 증가할 것으로 예측할 수 있다 따라서 필연적으로 국내.

자체의 고품질 실린더를 생산 품질보증 하기 위한 기반기술 개발이 경제 산업적, ㆍ

으로 중요하게 부각되고 있다 지속적인 제품의 수입은 국가 전반적인 경제적 손실.

및 기술종속으로 이어질 수 있고 국산품에 대한 조속한 품질보증 기술의 개발로 무

역역조 해소에 기여할 수 있다.

상술한 바와 같이 고품질의 유압 실린더 생산과 더불어 이를 품질 보증할 수 있는

기술 및 시험장비의 개발은 상당히 중요하다 그러나 현재 국내업체는 이러한 설비.

를 갖추고 있지 않다 독일 일본 등 선진국의 여러 나라들은 정확한 데이터로서 품. ,

질의 우수성을 자랑하고 있으며 시험 보고서 제출 요구시에도 시험 비, (test report)

용을 별도로 적용함으로서 제품을 보호하고 있다.

유공압 실린더 관련 규격 제공유공압 실린더 관련 규격 제공유공압 실린더 관련 규격 제공유공압 실린더 관련 규격 제공1)1)1)1)

시험을 수행하거나 제품의 생산시 가장 중요한 것은 규정되어 있는 규격의 조건을

만족하는지 그리고 합당한 조건에 의해서 수행되고 있는지를 충족시켜야 한다, .

- 8 -

그러나 우리가 쉽게 생각할 수 있는 국제 규격의 경우 중소기업에서는 실제로는 구

매비용 측면이나 구입면에서 번거로운 것이 사실이다 본 연구원에는 이나. ASTM

의 경우 실시간으로 새로운 규격을 검색하고 특히 은 실시간으로 인JIS, DIN , ASTM

쇄할 수 있는 조건을 구비하고 있다 본 보고서의 부록에 첨부한 참고 규격과 같이.

업체의 요구시 필요한 규격을 검색하고 즉시 논의할 수 있도록 기술 지원이 수행되

었다.

신제품 개발 관련 기술지원신제품 개발 관련 기술지원신제품 개발 관련 기술지원신제품 개발 관련 기술지원2)2)2)2)

아래 그림은 공압 유압 시스템의 구성도와 현재 이 분야에서 경쟁력을 갖고 있는/

제품을 생산하고 있는 업체를 도시한 것이다 주 신우산업도 일부 기술에 대해서. ( )

선진제품을 참고하고 있고 또한 신 제품의 납품에 따른 품질 보증을 수요처로부터

요구받고 있다 이러한 부분에는 제품을 구성하는 각각의 부품도 포함되어 있으며.

특히 유량 압력 온도와 관련한 부착 계측기의 검 교정이 필수적으로 요구된다, , .ㆍ

주 신우산업의 요청에 따라 소요되는 각각의 유량 압력계에 대해서도 본 기술지원( ) ,

을 통해서 검교정이 이루어 졌다.

그림 공압 구성도그림 공압 구성도그림 공압 구성도그림 공압 구성도2.1.2.1.2.1.2.1.

- 9 -

그림 공압 제어기기 주요 회사그림 공압 제어기기 주요 회사그림 공압 제어기기 주요 회사그림 공압 제어기기 주요 회사2.2.2.2.2.2.2.2.

그림 유압 구성도그림 유압 구성도그림 유압 구성도그림 유압 구성도2.3.2.3.2.3.2.3.

- 10 -

그림 유압 제어기기 주요 회사그림 유압 제어기기 주요 회사그림 유압 제어기기 주요 회사그림 유압 제어기기 주요 회사2.4.2.4.2.4.2.4.

선진기술 및 관련 산업 동향 등의 기술정보 제공선진기술 및 관련 산업 동향 등의 기술정보 제공선진기술 및 관련 산업 동향 등의 기술정보 제공선진기술 및 관련 산업 동향 등의 기술정보 제공3)3)3)3)

유압 실린더 생산에 있어서는 대우종합기계 주 동명중공업 주 및 볼보건설기계코( ), ( )

리아 주 외에 일부 중소기업을 중심으로 기술력을 보유하고 있지만 성능 시험설비( ) ,

에 관련한 기술에서는 전무한 실정이다 특히 전문 인력 및 기술의 부족으로 장비.

개발 및 품질보증을 위한 신뢰성 있는 데이터의 취득 최종 사용자에 제시하는 결,

과값을 얻기까지의 절차가 체계화되어 있지 못하다 그러나 실린더 완성품에 대한.

누유상태를 시험할 수 있는 기술적 를 주 신우산업에서 일부 보유하고know-how ( )

있고 표면의 결함상태를 할 수 있는 장비개발 능력은 유일하, on-line monitoring

게 한국기계연구원에서 보유하고 있다.

년 현재 전 세계적으로 건설 중장비와 산업기계 부품부분에서만 유압 실린더2003

및 로드 완성품 시장은 약 만대 정도로서 소재 기술이 발달된 일본에서 약 만10 5

대 독일 렉스로스사를 비롯한 기타 유럽의 제작업체와 미국의 케파필라사에서 약,

만대 그리고 국내에서 생산되는 유압 실린더가 나머지 만대 정도의 시장을 가지3 , 2

고 있다 이중 대부분의 외국 업체들은 생산된 제품에 대해 세부적인 성능시험 기.

술과 설비를 보유하고 있어 상당한 제품 경쟁력을 갖고 있다.

- 11 -

유압 실린더 시험장비의 개발은 국내에서는 최초로 시도되는 기술로 외국제품과,

경쟁할 수 있는 국산제품의 출시를 가능케 하는 것으로 유압 실린더 분야에서 현재

의 기술수준을 한 단계 향상시키는 결과를 기대할 수 있다 또한 표면의 결함상태.

를 판단하는 시험장비의 경우 실린더 원소재의 상태를 평가하는데도 적용할 수 있,

다 유압 실린더 완성품에 대한 시험평가 장비는 국내 제품의 우수성을 알릴 수 있.

는 계기가 형성되어 전체 국내시장에 대한 수입품 대체효과가 기대되며 해외 시장,

에서도 경쟁력 있고 신뢰할 수 있는 제품으로 국내 시장 이상으로 크게 영향을 줄

수 있다.

나 생산공정 데이터 확보나 생산공정 데이터 확보나 생산공정 데이터 확보나 생산공정 데이터 확보....

실린더 및 로드의 생산공정 조사실린더 및 로드의 생산공정 조사실린더 및 로드의 생산공정 조사실린더 및 로드의 생산공정 조사1)1)1)1)

주 신우산업에서 생산되는 실린더 및 로드의 생산공정을 살펴보면 다음 그림과 같( )

이 간단하게 요약할 수 있다.

그림 실린더 및 로드의 생산공정그림 실린더 및 로드의 생산공정그림 실린더 및 로드의 생산공정그림 실린더 및 로드의 생산공정2.5.2.5.2.5.2.5.

여기서 비파괴시험이 수행되는 부분은 원소재로부터 기계가공 후 그리고 성능시험

이 완료된 단계이다 즉 소재가 도입되면 내면에 발생된 기공이나 균열 등의(test) .

결함상태를 검출하여 소재로서의 적합성을 검사한 후 기계가공을 시작한다 기계가.

공 부분은 실질적인 형상 및 윤활유의 흡입부와 같은 세부 홀 을 가공하는 단(hole)

계로 이 공정 후에 시험 검사가 수행될 수 있다 마지막으로 성능시험은 실린더에.

로드가 결함된 상태로 사용조건에 맞추어 각 입력하에서 적당한 성능을 발휘하는지

를 시험하는 것으로 이 단계에서도 비파괴시험이 수행될 수 있다 다음 그림은 각.

각의 공정을 통해서 제품을 생산하는 과정이다.

- 12 -

그림 제품 생산 과정그림 제품 생산 과정그림 제품 생산 과정그림 제품 생산 과정2.6.2.6.2.6.2.6.

품질저하 요인 분석품질저하 요인 분석품질저하 요인 분석품질저하 요인 분석2)2)2)2)

상술한 바와 같이 품질저하 요인은 공정의 단순함 만큼 쉽게 인식할 수 있다 즉.

불량한 워소재는 결과적으로 불량한 제품을 만들 수 있다 따라서 일차적으로 워소.

재의 시험을 중요하게 고려할 수 있다 주 신우산업에서도 이러한 결함소재를 초기. ( )

에 제거하여 경제적 손실을 최소화 하고자 노력하고 있다 기술 지원전 주 신우산. ( )

업은 외주업체 발주에 의해 원소재의 검사를 수행하고 있었으나 본 사업의 수행으,

로 공인기관인 한국기계연구원의 지원을 받아 시험을 수행하게 되었다 또한 제품.

에 들어가는 개별 요소의 측정 불확도도 품질의 저하 요인이 되며 이를 당 연구원,

의 검 교정 시스템을 이용하여 정확도를 향상시켰다.ㆍ

- 13 -

그림 유량 압력계 데이터 및 검교정그림 유량 압력계 데이터 및 검교정그림 유량 압력계 데이터 및 검교정그림 유량 압력계 데이터 및 검교정2.7. ,2.7. ,2.7. ,2.7. ,

다 유공압 실린더 및 로드의 시험평가다 유공압 실린더 및 로드의 시험평가다 유공압 실린더 및 로드의 시험평가다 유공압 실린더 및 로드의 시험평가....

비파괴적인 시험 평가 기술조사 제공비파괴적인 시험 평가 기술조사 제공비파괴적인 시험 평가 기술조사 제공비파괴적인 시험 평가 기술조사 제공1) ,1) ,1) ,1) ,ㆍㆍㆍㆍ

비파괴 시험 평가기술은 초음파 방사선 전자기 레이저 등을 사용하여 그에 따르, , , ,

는 각종 물리적인 현상을 해석하여 평가대상물을 파손하지 않고 시험하는 기술이

다 주로 대상물의 제조 공정 및 사용 중에 발생되는 각종 결함을 탐지하거나 결함. ,

발생을 감시하는 기술이다 따라서 재료의 기계적 또는 물리적 특성의 변화를 측정.

하여 소재나 부품의 열처리 침탄 표면처리 상태 열화정도를 평가하고 재료의 두, , ,

께 결정립의 크기 밀도 등의 측정과 강종의 분류 원소의 분석 등을 수행하여 제, , ,

품의 품질평가 및 품질향상과 구조물의 안전성확보 등에 적용되는 산업기반 및 기

초원천기술이다 이와 관련하여 폭넓게 상용되는 비파괴시험 방법을 제시하면 다음.

과 같다.

- 14 -

가 액체침투탐상시험가 액체침투탐상시험가 액체침투탐상시험가 액체침투탐상시험))))

액체침투탐상시험의 원리는 모세관현상으로 설명된다 모세관현상은 가장 중요한.

자연현상중의 하나로 플라스틱관을 물병에 꽂았을 때 물분자가 플라스틱관으로 들, ,

어가고 주위 물분자를 끌어당기는 분자의 결합력 에 의해 관위로 올라간(cohesion)

다 이 과정은 수면의 표면장력이 동일하게 될 때까지 계속되고 분자의 결합력에. ,

의해 관속의 물은 떨어지지 않게 된다 비파괴시험에 응용된 모세관현상은 시험재.

의 표면상태에 따라 다소 달라진다 즉 표면상태에 따라 모세관현상이 방해를 받을.

수도 있고 더 활발해질 수도 있는데 상용으로 판매되는 액테침투탐상제는 낮은 장,

력과 높은 모세관력을 가지고 있다.

그림그림그림그림 2.8. Capillary Action2.8. Capillary Action2.8. Capillary Action2.8. Capillary Action

그림그림그림그림 2.9. Penetration of Surface Discontinuities2.9. Penetration of Surface Discontinuities2.9. Penetration of Surface Discontinuities2.9. Penetration of Surface Discontinuities

- 15 -

침투액을 시험재 표면에 적용한 후에는 표면 불연속부에 침투할 충분한 시간을 주

어야 한다 침투시간이 끝나면 과도하게 적용된 표면의 침투액을 제거하고 역 삼투.

압 작용을 위한 현상제를 적용한다 즉 현상제는 결함속에 침투된 침투액을 역삼투.

압 작용으로 흡출하고 흡출된 침투액은 지시로써 가시화된다 보통 실제의 결함크, .

기보다 더 크게 나타나며 경우에 따라 현상액의 적용 없이도 불연속의 지시가 충,

분히 가시적으로 나타날때도 있는데 이런경우는 특별히 현상제의 적용이 필요치 않

다.

그림그림그림그림 2.10. Reversed Capillary Action2.10. Reversed Capillary Action2.10. Reversed Capillary Action2.10. Reversed Capillary Action

기본적으로 액체침투탐상시험은 다음과 같이 단계로 수행된다6 .

시험재의 표면처리 및 건조 전처리i) ,

침투액의 도포 및 충분한 침투시간 적용ii)

과잉 도포된 침투액의 제거iii)

현상액의 적용iv)

가시화된 결함지시의 관찰v)

시험재에 남아있는 현상액 및 침투액의 제거 후처리vi) ,

- 16 -

액체침투탐상검사는 침투액의 종류에 따라 염색침투탐상검사 형(visual color dye),

광침투탐상검사 및 두 특성을 모두 갖춘 이중감도침투탐상(fluorescent penetrant)

검사 로 분류할 수 있고 적용 공정에 따라 수세성(dual sensitivity penetrant) ,

후유화성 용제제거성 액(water-washable), (post-emulsified), (solvent-removed)

체침투탐상검사로 분류할 수 있다.

적용방법을 선정하는데 있어서는 시험재의 수량 표면조건 형상 물 전기 또는 압, , , ,

축공기의 사용가능성 시험장소 등의 선정방법에 영향을 미치며 표면에 열려져 있, ,

는 불연속 및 관통된 결함을 검출하는데 적용된다 결함은 주로. fatigue crack,

shrinkage porosity, cold shuts, grinding and heat-treat crack, seam, forging

등이고 대상은 알루미늄 마그네슘 동 철강 스테인리스강 티타늄과lap, burst , , , , , ,

같은 금속 및 세라믹 플라스틱 고무 분말금속 제품 유리 등과 같은 제료로 폭넓, , , ,

게 적용할 수 있다 일부 플라스틱이나 고무제품은 탐상액에 손상을 받을 수 있으.

므로 적용전에 예비실험을 하는 것도 바람직하며 니켈합금 일부 스테인리스 재, , ,

료 티타늄 등은 황이나 염소성분의 영향을 받으므로 사용에 주의해야 한다, .

그림그림그림그림 2.11. Sequence of Liquid Penetrant Tests2.11. Sequence of Liquid Penetrant Tests2.11. Sequence of Liquid Penetrant Tests2.11. Sequence of Liquid Penetrant Tests

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그림그림그림그림 2.12. Visible Dye and Fluorescent Penetrant Processes2.12. Visible Dye and Fluorescent Penetrant Processes2.12. Visible Dye and Fluorescent Penetrant Processes2.12. Visible Dye and Fluorescent Penetrant Processes

그림그림그림그림 2.13. Dual Sensitivity Penetrant Processes2.13. Dual Sensitivity Penetrant Processes2.13. Dual Sensitivity Penetrant Processes2.13. Dual Sensitivity Penetrant Processes

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나 자분탐상시험나 자분탐상시험나 자분탐상시험나 자분탐상시험))))

자분탐상시험을 보폄적으로 가장 많이 사용되는 비파괴시험법 중의 하나이다 먼저.

자장에 끌리는 작은 입자를 시험재 표면에 적용함으로서 자장이 유도되는 후 동안/

에 재료에 존재하는 불연속을 검출하게 된다 그러나 불연속의 검출능은 표면 및.

표면하에 제한되며 시험을 수행하는데 있어서는 시험편의 이력사항 유사재질에 대, ,

한 시험 경험 발생가능한 불연속에 대한 이해 등이 필수적이다 간략하게 아래 그, .

림으로 설명할 수 있다.

그림그림그림그림 2.14. Orientation of Molecuels2.14. Orientation of Molecuels2.14. Orientation of Molecuels2.14. Orientation of Molecuels

그림그림그림그림 2.15. Attraction and Repulsion2.15. Attraction and Repulsion2.15. Attraction and Repulsion2.15. Attraction and Repulsion

그림그림그림그림 2.16. Magnetic Field Surrounding Bar Magnet2.16. Magnetic Field Surrounding Bar Magnet2.16. Magnetic Field Surrounding Bar Magnet2.16. Magnetic Field Surrounding Bar Magnet

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그림그림그림그림 2.17. Poles in Straight Bar, Horeseshoe, and Broken Magnet2.17. Poles in Straight Bar, Horeseshoe, and Broken Magnet2.17. Poles in Straight Bar, Horeseshoe, and Broken Magnet2.17. Poles in Straight Bar, Horeseshoe, and Broken Magnet

그림그림그림그림 2.18. Vector Field Diagram2.18. Vector Field Diagram2.18. Vector Field Diagram2.18. Vector Field Diagram

그림그림그림그림 2.19. Consequent Poles2.19. Consequent Poles2.19. Consequent Poles2.19. Consequent Poles

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그림그림그림그림 2.20. Cut-and-Fused Bar Magnet Illustrating Opposite Polarity2.20. Cut-and-Fused Bar Magnet Illustrating Opposite Polarity2.20. Cut-and-Fused Bar Magnet Illustrating Opposite Polarity2.20. Cut-and-Fused Bar Magnet Illustrating Opposite Polarity

그림그림그림그림 2.21. Leakage Fields2.21. Leakage Fields2.21. Leakage Fields2.21. Leakage Fields

자기의 정의로부터 자성체는 자기로 인력을 발생시키는 것이다 이러한 재질을 상.

자성체 라 부르고 반대로 척력을 발휘하는 재질을 반자성체(Paramagnetism) ,

라 부른다 자분탐상시험에서 주 관심사는 상자성 재질중 강자성(Diamagnetism) .

으로 정의되는 강자성체 이다 반자성체 및(Ferromagnetic) (Ferromagnetic Material) .

상자성체의 특징은 표 에 나타낸 바와 같다2.2 .

도체를 통해서 전류가 흐를 때 자기장이 전도체 주위에 형성된다 특히 전도체가, .

균일한 형상일 때 자장의 밀도는 전도체 길이방향 임의지점에 있어서 균일하게 된,

다 이대 전도체상에서 자기장은 전도체의 표면에서 가장 강하고 도체로부터 거리. ,

가 멀어짐에 따라 균일하게 감소하게 된다.

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표표표표 2.2. Magnetic Characteristics of Materials2.2. Magnetic Characteristics of Materials2.2. Magnetic Characteristics of Materials2.2. Magnetic Characteristics of Materials

Diamagnetic MaterialsDiamagnetic MaterialsDiamagnetic MaterialsDiamagnetic Materials Paramagnetic MaterialsParamagnetic MaterialsParamagnetic MaterialsParamagnetic Materials

Cannot Be Magnetized Can Be Magnetized

Are Repelled By Meagnetism Are Affected by Magnetic Fields

Ferromagnetic (Sub Class of Paramagnetic)

Materials

Cab Be Strongly Magnetized

Are Strongly Attracted to Magnetic Fields

Can Be Magnetic Particle Tested

그림그림그림그림 2.22. Right-Hand Rule2.22. Right-Hand Rule2.22. Right-Hand Rule2.22. Right-Hand Rule

그림그림그림그림 2.23. Longitudinal Field Inside Coil2.23. Longitudinal Field Inside Coil2.23. Longitudinal Field Inside Coil2.23. Longitudinal Field Inside Coil

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몇몇 자기용어를 정의하면 다음과 같다.

자기플럭스 자기회로내에 존재하는 자력선(magnetic flux): , Maxwell ( )Ω

플럭스밀도 단위면적당 지나가는 자력선의 수(flux density): , Gauss (B)

투자율 주어진 재질에서 자기플럭스가 만들어지기 쉬운 정도를 나타(permeability):

내는 척도

자성체에 유도되는 플럭스의 형성을 저해하는 것Reluctance:

잔류자장 자력이 제거된 후에도 자성체에 남아있는 자기량(residual magnetism):

보자성 잔류자장의 양보다 더 많이 또는 적게 보유하는 성질(retentivity):

항자령 시험체를 탈자시키기 위해 잔류자장을 제거하는데 필요한(coercive force):

역 자기장

자화방법으로는 원형자화와 선형자화방법이 있다.

직접 원형자화 그림 의 헤드샷 및 프로드법이 있고 의 프로드법에: 2.24 (a) (b) (b)

있어서 가장 효과적인 프로드 간격은 이다6-8" .

간접 원형자화 그림 의 중심도체법 방법: 2.24 (c)

아래 그림 는 대부분의 강자성 재질에 쉽게 적용할 수 있는 방법 및2.26 - 2.35

기술을 서술한다 자분탐상시험의 분류는.

자화시기에 따라 잔류법과 연속법,

자화방법에 따라 원형자화법 및 선형자화법,

사용전류에 따라 교류 직류 반파직류법 등으로 구분한다, , .

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그림그림그림그림 2.24. Circular Magnetization by Direct and Indirect Current induction2.24. Circular Magnetization by Direct and Indirect Current induction2.24. Circular Magnetization by Direct and Indirect Current induction2.24. Circular Magnetization by Direct and Indirect Current induction

선형자화 그림 코일법과 요크법이 있다: 2.25 (a) (b) .

그림그림그림그림 2.25. Longitudinal Magnetization2.25. Longitudinal Magnetization2.25. Longitudinal Magnetization2.25. Longitudinal Magnetization

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그림그림그림그림 2.26. Magnetic Particle Inspection of Solid Cylindrical Articles2.26. Magnetic Particle Inspection of Solid Cylindrical Articles2.26. Magnetic Particle Inspection of Solid Cylindrical Articles2.26. Magnetic Particle Inspection of Solid Cylindrical Articles

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그림그림그림그림 2.27. Magnetization of Multiple-Diameter Articles2.27. Magnetization of Multiple-Diameter Articles2.27. Magnetization of Multiple-Diameter Articles2.27. Magnetization of Multiple-Diameter Articles

그림그림그림그림 2.28. Magnetic Particle Inspection of Large Diameter Discs, Gears, etc.2.28. Magnetic Particle Inspection of Large Diameter Discs, Gears, etc.2.28. Magnetic Particle Inspection of Large Diameter Discs, Gears, etc.2.28. Magnetic Particle Inspection of Large Diameter Discs, Gears, etc.

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그림그림그림그림 2.29. Magnetic Particle Inspection of Very Short, Hollow Cylindrical2.29. Magnetic Particle Inspection of Very Short, Hollow Cylindrical2.29. Magnetic Particle Inspection of Very Short, Hollow Cylindrical2.29. Magnetic Particle Inspection of Very Short, Hollow Cylindrical

ArticlesArticlesArticlesArticles

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그림그림그림그림 2.30. Magnetic Particle inspection of Hollow cylindrical Articles2.30. Magnetic Particle inspection of Hollow cylindrical Articles2.30. Magnetic Particle inspection of Hollow cylindrical Articles2.30. Magnetic Particle inspection of Hollow cylindrical Articles

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그림그림그림그림 2.31. Magnetic Particle Inspection of Irregularly Shaped Articles2.31. Magnetic Particle Inspection of Irregularly Shaped Articles2.31. Magnetic Particle Inspection of Irregularly Shaped Articles2.31. Magnetic Particle Inspection of Irregularly Shaped Articles

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그림그림그림그림 2.32. Magnetic Particle Inspection of Solid Article With Hole Through End2.32. Magnetic Particle Inspection of Solid Article With Hole Through End2.32. Magnetic Particle Inspection of Solid Article With Hole Through End2.32. Magnetic Particle Inspection of Solid Article With Hole Through End

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그림그림그림그림 2.33. Magnetic Particle Inspection of Springs2.33. Magnetic Particle Inspection of Springs2.33. Magnetic Particle Inspection of Springs2.33. Magnetic Particle Inspection of Springs

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그림그림그림그림 2.34. Magnetic Particle inspection of Heavy Plate Wleds2.34. Magnetic Particle inspection of Heavy Plate Wleds2.34. Magnetic Particle inspection of Heavy Plate Wleds2.34. Magnetic Particle inspection of Heavy Plate Wleds

그림그림그림그림 2.35. Magnetic Particle Inspection by Means of Cable2.35. Magnetic Particle Inspection by Means of Cable2.35. Magnetic Particle Inspection by Means of Cable2.35. Magnetic Particle Inspection by Means of Cable

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그림그림그림그림 2.36. Flux Density Curve2.36. Flux Density Curve2.36. Flux Density Curve2.36. Flux Density Curve

그림그림그림그림 2.37. Induced Current Magnetization - Longitudinal Field2.37. Induced Current Magnetization - Longitudinal Field2.37. Induced Current Magnetization - Longitudinal Field2.37. Induced Current Magnetization - Longitudinal Field

그림그림그림그림 2.38. Induced Current Magnetization - Circular Field2.38. Induced Current Magnetization - Circular Field2.38. Induced Current Magnetization - Circular Field2.38. Induced Current Magnetization - Circular Field

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그림그림그림그림 2.39. Magnetic Rubber Inspection Procedure2.39. Magnetic Rubber Inspection Procedure2.39. Magnetic Rubber Inspection Procedure2.39. Magnetic Rubber Inspection Procedure

다 초음파탐상방법다 초음파탐상방법다 초음파탐상방법다 초음파탐상방법))))

초음파는 인간의 귀로 들을 수 있는 음보다 더 높은 주파수를 갖는 음을 연구하고

응용하는데 붙여진 이름이다 정상적인 성인의 경우 의 소리를. 16,000 - 20,000 Hz

들을 수 있다 비파괴시험에 이용되는 초음파는 재료의 두께측정 또는 기공이나 균.

열과 같은 내부의 불연속을 검사하는데 사용되고 보통 의 주파수가, 0.1 - 25 MHz

사용된다 음은 매질에서 입자의 기계적 진동으로 음파가 재료내에서 진행할 때. , ,

입자는 고정된 위치에서 음파와 동일한 주파수로 진도한다 입자는 진행하지 않고.

파의 에너지 역할을 하는 것이다.

특정 음파의 골 골 또는 마루 마루를 파장으로 정의하는데 이는 항상 같은 거리이- , -

고 음속과의 연관식을 다음과 같이 정의된다, .

×

파장 주파수: , F :

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고체매질을 전파하는 음파는 몇 가지 형태를 갖는다 입자의 운동이 음파의 진행방.

향과 동일한 형태를 띠는 파형을 종파 또는 압축파 (longitudinal, compression

라 한다 그리고 입자의 운동방향과 음파의 진행방향이 서로 수직인 파형을wave) .

횡파 라 한다 또한 횡파를 발생시키는 특정 임계각에서 표(shear, transverse wave) .

면을 따라 진행하는 파가 발생하는데 이를 표면파 라 부른(surface, Rayleigh wave)

다 액체나 기체에서는 횡파나 표면파를 발생시킬만한 입자간 결합력이 없기 때문.

에 단지 종파만이 존재하고 고체에서는 종파 횡파 표면파 모두 전파할 수 있다, , , .

가장 짧은 초음파의 파장은 가시광선 파장의 크기와 동일한 차수를 갖는다 이러한.

이유로 초음파의 진동은 광선과 유사한 성질을 띤다 즉 반사 굴절 집속된다 고. , , .

주파수의 입자진동에 의한 음파는 동방매질에서 직진성의 광선과 같이 전파하고,

음파는 개스 액체 또는 전파매질과 다른 고체매질에서 반사하기 때문에 불연속의,

존재와 위치를 알 수 있다.

초기의 음파를 이용한 시험법은 나무망치를 이용한 철로의 시험에 사용된 것이다.

철로를 나무망치로 두드려 음의 변조가 있는 부분을 귀로 판단해 이상 유무를 판단

하곤 했다 년 초 박사가 내부의 결함을 검출하기 위해서 처. 1940 F. A. Firestone

음으로 펄스 에코 장비를 개발했다 기본적인 절차 및 최초의 실제적인 수침장비- .

제작이 와 에 의해 수행되었다 를 치면 공기W. c. Hitt D. C. Erdman . Tuning fork ,

입자를 진동시키고 압축에 의해 음파가 발생된다 이 파가 공기를 통해 진행하고, . ,

그림 과 같이 귀에 들리게 된다 마찬가지로 초음파시험은 전기적인 짧은 펄스2.40 .

가 처럼 진동하는 압전자를 여기시키고 물이나 기름같은 접촉매질을 통tuning fork ,

해 표면으로부터 시험편 내부로 파가 전파하게 된다 이러한 상황이 그림 에. 2.41

나타나 있다.

시험체에 빔을 발생시키기 위해서는 압전성의 송신자에 고주파의 전기적 펄스를 인

가시킨다 압전효과란 결정이 진동에 의해 전류를 발생시키고 또한 역으로 전류가. ,

결정에 흐를 때 결정이 진동하게 되는 성질을 말한다.

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즉 기계적 진동과 전기적 에너지가 서로 변환되는 성질로 음파는 시험체의 밀도와

탄성율에 따라 시험체에서 특정 속도로 전파하게 된다 시험체에 전파된 처음파는.

음극선관 또는 오실로스코프를 통해서 볼 수 있는데 이러한 표시법을 이라, A-Scan

부른다 초음파는 불연속부와 저면에서 반사되고 이것으로부터 시험체에 대해 중요.

한 몇몇 정보를 추론할 수 있다 그림 에서 불연속이 저면에 대해 의 위치. 2.42 2/3

에 있음을 알 수 있다.

그림그림그림그림 2.40. Sound Wave Generation2.40. Sound Wave Generation2.40. Sound Wave Generation2.40. Sound Wave Generation

그림그림그림그림 2.41. Ultrasonic Wave Generation2.41. Ultrasonic Wave Generation2.41. Ultrasonic Wave Generation2.41. Ultrasonic Wave Generation

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그림그림그림그림 2.42. Sound Beam Reflection2.42. Sound Beam Reflection2.42. Sound Beam Reflection2.42. Sound Beam Reflection

두 에코사이의 거리는 탐촉자와 시험체 표면사이의 거리에 비례한다.

그림그림그림그림 2.43. Time/Distance Measuring2.43. Time/Distance Measuring2.43. Time/Distance Measuring2.43. Time/Distance Measuring

그림 은 전형적인 초음파 직접접촉법의 시험구성과 결과적인 오실로스코프 표2.43

시를 보여준다.

그림그림그림그림 2.44. Typical Ultrasonic Contact Test Display2.44. Typical Ultrasonic Contact Test Display2.44. Typical Ultrasonic Contact Test Display2.44. Typical Ultrasonic Contact Test Display

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그림그림그림그림 2.45. Typical Cathode-Ray Tube2.45. Typical Cathode-Ray Tube2.45. Typical Cathode-Ray Tube2.45. Typical Cathode-Ray Tube

그림그림그림그림 2.46. Sweep Delay Adjustment2.46. Sweep Delay Adjustment2.46. Sweep Delay Adjustment2.46. Sweep Delay Adjustment

그림그림그림그림 2.47. Sweep Length Adjustment2.47. Sweep Length Adjustment2.47. Sweep Length Adjustment2.47. Sweep Length Adjustment

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그림그림그림그림 2.48. Range Markers2.48. Range Markers2.48. Range Markers2.48. Range Markers

장비를 켜고 시운전이 수행된 후 할 일은 장비의 각종 설정을 수행하는 것으로 다,

음과 같은 것이 있다 : scale illumination, sweep line intensity, focus, horizontal

centering, and vertical centering

그림 에 펄스 에코 초음파시험 장비의 전형적인 블록 다이아그램을 나타내었2.49 -

다 상용적으로 범위의 주파수가 초음파탐상에 사용되고. 0.4-25MHz , fine-grained

재질인 경우 주파수에 무관하게 초음파가 잘 전파하지만 재질에서, coarse-grained

는 고주파수의 초음파는 간섭을 받는다 따라서 침투깊이가 고려된다면 저주파수의.

사용이 권장된다 초음파는 고체나 액체에서는 상대적으로 빠른 속도로 전파하지만. ,

기체에서는 빠르게 감쇠된다 또한 동방매질에서는 속도가 일정하다 속도는 재료의. .

밀도와 탄성율에 의존하며 밀도 자체만으로는 속도를 설명할 수 없다 베릴름의 경, .

우는 알루미늄보다 밀도가 낮지만 극히 빠른 속도를 나타내고 물과 수온에서의 음,

속은 거의 동일하나 밀도는 수은이 물보다 약 배정도 크다 파의 종류는 다음과, 13 .

같다.

종파(Longitudinal, Compression wave)

횡파 종파속도의 대략 정도(Shear, Transverse wave) : 1/2

표면파 횡파의 모드변환으로 발생되며 속도는 횡파에(Surface, Rayleigh wave) : ,

비해 약 정도 느리다 표면파의 반사는 급격한 곡면의 변화 또는 표면의 불연속2% .

이 있을 때 발생한다.

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표표표표 2.3. Ultrasonic Velocity Differences2.3. Ultrasonic Velocity Differences2.3. Ultrasonic Velocity Differences2.3. Ultrasonic Velocity Differences

그림그림그림그림 2.49. Pulse-Echo Unit, Block Diagram2.49. Pulse-Echo Unit, Block Diagram2.49. Pulse-Echo Unit, Block Diagram2.49. Pulse-Echo Unit, Block Diagram

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그림그림그림그림 2.50. Longitudinal Wave Mode2.50. Longitudinal Wave Mode2.50. Longitudinal Wave Mode2.50. Longitudinal Wave Mode

그림그림그림그림 2.51. Longitudinal and Shear Wave Modes Compared2.51. Longitudinal and Shear Wave Modes Compared2.51. Longitudinal and Shear Wave Modes Compared2.51. Longitudinal and Shear Wave Modes Compared

그림그림그림그림 2.52. Mode Conversion2.52. Mode Conversion2.52. Mode Conversion2.52. Mode Conversion

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그림 과 같이 물을 매질로 종파가 시험체 강 에 수직입사할 때 투과된 빔은 제2.53 ( ) ,

및 매질에서 종파로 굴절은 일어나지 않는다1 2 100% .

그림그림그림그림 2.53. Normal incident Beam2.53. Normal incident Beam2.53. Normal incident Beam2.53. Normal incident Beam

그림 는 입사각이 가 아니기 때문에 굴절과 모드변환이 발생한다 종파의2.54 90° .

굴절각은 입사각의 배이고 횡파는 그보다 작은 약 배의 굴절각을 갖는다 종파4 , 2 .

의 굴절각이 가 되는 입사각을 제 임계각 횡파의 굴절각이 가 되는 입사각90° 1 , 90°

을 제 임계각이라 한다2 .

입사각이 일 때 종파는 모두 반사되고 횡파가 표면파로 모드 변환된다 액체와27° , .

기체에서 횡파는 전파할 수 없기 때문에 횡파의 반사는 일어나지 않는다.

그림그림그림그림 2.54. 5°Incident Beam2.54. 5°Incident Beam2.54. 5°Incident Beam2.54. 5°Incident Beam

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그림그림그림그림 2.55. 1st Critical Angle2.55. 1st Critical Angle2.55. 1st Critical Angle2.55. 1st Critical Angle

그림그림그림그림 2.56. 2nd Critical Angle2.56. 2nd Critical Angle2.56. 2nd Critical Angle2.56. 2nd Critical Angle

직접접촉법에서 표면파는 제 임계각에서 횡파의 모드변환으로 발생한다 즉 제2 . 2

임계각에서 파가 발생한다 여기서 스넬의 법칙은 다음과 같이 정의된다Rayleigh . .

여기서 입사각= , 굴절각 제 매질에서의 음속 제 매질에서의 음= , vi= 1 , vr= 2

속

공기중에 있는 시험체를 직접접촉법으로 초음파를 입사시킬 때 제 임계각에서 표, 2

면파가 발생한다 그러나 수침법에서는 매질이 액체이기 때문에 제 계각에서 발생. 2

된 표면파는 상당히 빠르게 감쇠된다.

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그림그림그림그림 2.57. Calculation of Refracted Angle2.57. Calculation of Refracted Angle2.57. Calculation of Refracted Angle2.57. Calculation of Refracted Angle

표표표표 2.4. Critical Angles, Immersion Testing2.4. Critical Angles, Immersion Testing2.4. Critical Angles, Immersion Testing2.4. Critical Angles, Immersion Testing

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표표표표 2.5. Critical Angles, Contact Testing2.5. Critical Angles, Contact Testing2.5. Critical Angles, Contact Testing2.5. Critical Angles, Contact Testing

재료를 전파하는 고주파 초음파는 결정립 경계에서 반사 산란되어 에너지를 잃고,

감쇠된다 이 손실은 결정립 크기 와 사용된 초음파의 파장. (grain volume)

에 비례하게 된다(wavelength) .

산란에 의한 손실은 파장이 결정립크기의 보다 작을 때 가장 크다 주파수가 낮1/3 .

고 결정립에 비해 파장이 크면 감쇠는 단지 파의 댐핑 에만 의존하게 된, , (damping)

다 댐핑에 의한 손실은 진동시 입자간의 마찰로 인해 열로 손실된 파의 에너지를.

말하는 것이다 빔의 세기는 그림 에 보는 바와 같이 특정하게 구분되는 두 개. 2.58

의 지역으로 나뉜다 이 지역을 근거리음장 과 원거리. (Near Field, or Fresnel Zone)

음장 이라 한다(Far Field, or Fraunhofer Zone) .

그림그림그림그림 2.58. Beam Profile2.58. Beam Profile2.58. Beam Profile2.58. Beam Profile

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근거리음장에서는 빔의세기가 국부적으로 매우 세고 또 국부적으로 매우 낮은 매,

우 불규칙한 형태를 띠는데 이는 탐촉자면에서 방출되는 음파사이의 간섭에 기인한

것이다.

탐촉자는 결정들의 모자이크로 간주할 수 있다 각 결정들은 같은 주파수로 진동하.

지만 위상은 다소 틀리다 결정면 근처에서 발생되는 빔은 주로 평면파이지만 구형, .

파로써도 전파하는 복잡한 양상을 띤다 이 파들은 결정면 주위에서 발생 전파되고. ,

는 간섭형 파형으로 작용한다side lobe .

근거리음장에서의 초음파탐상은 매우 다양한 패턴으로 신호가 얻어지지만 검사자,

는 근거리음장에 대한 적절한 지식으로 신호를 판단할 수 있다 근거리음장에 대한.

관계식은 다음과 같다.

여기서 근거리음장 탐촉자의 직경, L= , D- , 파장=

원거리음장 관계식은 다음과 같다.

여기서, 분산각= /2, 파장 탐촉자 직경= , D=

그림그림그림그림 2.59. Beam Spread in Steel2.59. Beam Spread in Steel2.59. Beam Spread in Steel2.59. Beam Spread in Steel

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그림그림그림그림 2.60. Soundbeam Radiation Patterns2.60. Soundbeam Radiation Patterns2.60. Soundbeam Radiation Patterns2.60. Soundbeam Radiation Patterns

상기 그림 에 보이는 또는 는 결정의 마운팅 방식이 원인2.60 secondary side lobe

이 되어 나타나는 이다 파는 표면을 따라 전파하고 표면의 불edge effect . Rayleigh ,

연속부나 급경사를 갖는 모서리부분에서 반사파를 발생시킨다 곡면형태에서는 주.

위로 파가 전파되고 따라서 모서리부나 표면 불연속부가 없는 폐곡면 형태에서는,

파가 완전히 일주하게 된다 봍오 표면에 손을 접촉시키는 것만으로 쉽게 감쇠되기.

때문에 그 전파경로를 손의 접촉으로 확인할 수 있다 침투깊이는 한 파장이하로. ,

그림 에 보는바와 같은 입자의 운동형태로 전파한다2.61 .

그림그림그림그림 2.61. Rayleigh or Surface Waves2.61. Rayleigh or Surface Waves2.61. Rayleigh or Surface Waves2.61. Rayleigh or Surface Waves

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그림 에 보여지는 파를 파라 부른다 보통 파장의 배 또는 그 이하의 두2.62 Labm . 3

께를 갖는 판재의 탐상에 응용한다.

그림그림그림그림 2.62. Symmetrical and Asymmetrical Lamb Waves2.62. Symmetrical and Asymmetrical Lamb Waves2.62. Symmetrical and Asymmetrical Lamb Waves2.62. Symmetrical and Asymmetrical Lamb Waves

빔은 각 위치에서 반사 분산되기 때문에 실제 탐촉자에 입력되는 신호는 출력된,

것에 비해 상대적으로 매우 약한 신호이다.

그림 와 같은 경우 입력된 신호는 동일 경우의 평판에 입사된 빔을 고려할 때2.64 ,

상대적으로 매우 약한 빔이 입력된다 반면에 의 경우는 반대로 포커싱의 효과. 2.65

가 있어 상대적으로 신호의 진폭이 크게 측정된다 하지만 결함이외의 부분에서 반.

사된 신호가 탐촉자로반사되어 들어옴으로써 신호의 해석이 보다 어려워진다.

그림그림그림그림 2.63. Irregular Back-Surface Effect2.63. Irregular Back-Surface Effect2.63. Irregular Back-Surface Effect2.63. Irregular Back-Surface Effect

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그림그림그림그림 2.64. Convex Surface Effect2.64. Convex Surface Effect2.64. Convex Surface Effect2.64. Convex Surface Effect

그림그림그림그림 2.65. Concave Surface Effect2.65. Concave Surface Effect2.65. Concave Surface Effect2.65. Concave Surface Effect

그림그림그림그림 2.66. Mode Conversion Caused by Beam Spread2.66. Mode Conversion Caused by Beam Spread2.66. Mode Conversion Caused by Beam Spread2.66. Mode Conversion Caused by Beam Spread

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그림그림그림그림 2.67. Dead Zone, Near Zone, and Far Zone2.67. Dead Zone, Near Zone, and Far Zone2.67. Dead Zone, Near Zone, and Far Zone2.67. Dead Zone, Near Zone, and Far Zone

불감대는 펄스길이에 의해 결정되는데 펄스의 가 시험편 표면에 맞닿, trailing edge

아 있으면 가 불감대까지 확장된다, leading edge .

공명은 반사된 파가 투과된 파와 정확하게 일치할 때 일어난다 즉 투과파와 반사.

파의 입자의 운동이 정확하게 같은 시간에 같은 방향이다 따라서 파의 에너지는.

증가되는 효과를 갖는다.

공명은 특정두께에서 차 공명주파수의 조화주파수 에서 발생하고 공명법1 (harmonic)

은 두께측정에 응용된다.

여기서 정수, n=

그림그림그림그림 2.68. Harmonic Frequencies2.68. Harmonic Frequencies2.68. Harmonic Frequencies2.68. Harmonic Frequencies

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라 방사선투과시험라 방사선투과시험라 방사선투과시험라 방사선투과시험))))

매질을 통과하는 또는 의 일부는 매질에 흡수되며 흡수량은 매질의 두x-ray -ray ,γ

께와 밀도에 의존하게 된다 따라서 매질에서 나온 선의 강도는 변하게 된다 이러. .

한 변화를 필름에 기록하여 매질내부에 대한 정보를 얻을 수 있다.

그림그림그림그림 2.69. Basic Radiographic Process2.69. Basic Radiographic Process2.69. Basic Radiographic Process2.69. Basic Radiographic Process

상의 최적 선명도는 다음과 같은 조건에서 얻어진다

선원 은 가능한 작아야 한다i) (source) .

선원 시료간 거리는 가능한 멀어야 한다ii) - .

시료 필름간 거리는 작아야 한다iii) - .

그림그림그림그림 2.70. Image Enlargement2.70. Image Enlargement2.70. Image Enlargement2.70. Image Enlargement

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그림그림그림그림 2.71. Image Sharpness, Penumbral Shadow2.71. Image Sharpness, Penumbral Shadow2.71. Image Sharpness, Penumbral Shadow2.71. Image Sharpness, Penumbral Shadow

그림그림그림그림 2.72. Effect of Source Size on Image Sharpness2.72. Effect of Source Size on Image Sharpness2.72. Effect of Source Size on Image Sharpness2.72. Effect of Source Size on Image Sharpness

시료면과 필름면 이 평행하지 않을 때 또는 빔의 입사방향이 필름면과 수직하지 않

을 경우 상의 왜곡이 발생한다.

와 는 고에너지 짧은 파장을 갖는 전자기 스펙트럼이다 방사 에너지의x-ray -ray , .γ

특징은 다음과 같다.

방사에너지는 그 파장에 간접적으로 비례하는 전자기 에너지인다i) .

전하와 질량이 없다ii) .

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빛과 같이 직진성을 갖는다iii) .

물체를 투과할 수 있고 그 투과깊이는 사용된 선원 에너지에 따라 다르다iv) , .

방사에너지는 매질의 밀도 및 두께에 직접적으로 비례하여 흡수된다 선원에너v) .

지와는 역으로 비례한다.

매질을 이온화시킬 수 있다vi) .

이온화로 필름에 상을 만들 수 있다vii) .

특정매질에서 형광을 발생시킬 수 있다viii) .

눈에 보이지 않고 감각으로 인지할 수 없다ix) .

그림그림그림그림 2.73. Image Distortion2.73. Image Distortion2.73. Image Distortion2.73. Image Distortion

그림그림그림그림 2.74. The Electromagnetic Spectrum2.74. The Electromagnetic Spectrum2.74. The Electromagnetic Spectrum2.74. The Electromagnetic Spectrum

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를 발생시키기 위해서 선원 타겟 전자의 가속 등이 요구된다x-ray , , .

선원 튜브내에서 음극에 해당된다: x-ray .

타겟 양극으로 워자번호가 높은 고체가 사용되며 일반적으로 텅스텐이 사용된다: , .

전자가속 자유전자가 음극에서 양극으로 가속 충돌에 의해 가 발생한다: , x-ray .

그림그림그림그림 2.75. Basic X-Ray Tube2.75. Basic X-Ray Tube2.75. Basic X-Ray Tube2.75. Basic X-Ray Tube

빔의 세기는 역자승법칙으로 표현할 수 있다 즉 아래 그림에서x-ray .

그림그림그림그림 2.76. Diagram of the Inverse Square Law2.76. Diagram of the Inverse Square Law2.76. Diagram of the Inverse Square Law2.76. Diagram of the Inverse Square Law

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그림그림그림그림 2.77. X-Ray Spectrum2.77. X-Ray Spectrum2.77. X-Ray Spectrum2.77. X-Ray Spectrum

그림그림그림그림 2.78. Effect of Increasing voltage on the Quality and Intensity of an2.78. Effect of Increasing voltage on the Quality and Intensity of an2.78. Effect of Increasing voltage on the Quality and Intensity of an2.78. Effect of Increasing voltage on the Quality and Intensity of an

X-Ray BeamX-Ray BeamX-Ray BeamX-Ray Beam

그림그림그림그림 2.79. Effect of a Change in Tube Current on an X-Ray Beam2.79. Effect of a Change in Tube Current on an X-Ray Beam2.79. Effect of a Change in Tube Current on an X-Ray Beam2.79. Effect of a Change in Tube Current on an X-Ray Beam

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그림그림그림그림 2.80. Ionization by Electromagnetic Radiation2.80. Ionization by Electromagnetic Radiation2.80. Ionization by Electromagnetic Radiation2.80. Ionization by Electromagnetic Radiation

그림그림그림그림 2.81. Internal Scatter2.81. Internal Scatter2.81. Internal Scatter2.81. Internal Scatter

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그림그림그림그림 2.82. Side Scatter2.82. Side Scatter2.82. Side Scatter2.82. Side Scatter

그림그림그림그림 2.83. Back Scatter2.83. Back Scatter2.83. Back Scatter2.83. Back Scatter

감마선의 세기는 로 측정된다 방사능roentigens per hour at one foot(rhf) . Activity(

물질의 양 는 방사능의 세기를 결정한다 이것은) . curie (3.7×1010disintegrations

로 측정된다per sec.) .

그림그림그림그림 2.84. Dated Decay Curve2.84. Dated Decay Curve2.84. Dated Decay Curve2.84. Dated Decay Curve

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유공압 실린더 및 로드의 시험 평가를 위한 적용기술 및 선택적 사용방법유공압 실린더 및 로드의 시험 평가를 위한 적용기술 및 선택적 사용방법유공압 실린더 및 로드의 시험 평가를 위한 적용기술 및 선택적 사용방법유공압 실린더 및 로드의 시험 평가를 위한 적용기술 및 선택적 사용방법2)2)2)2) ㆍㆍㆍㆍ

가 누설자속탐상법가 누설자속탐상법가 누설자속탐상법가 누설자속탐상법))))

법은 자장에 의해서 자화된 강자성 물질의 불연속부에서 정상적인 플럭스 유형MFL

으로부터 비정상적인 플럭스 유형을 검출하는 시험법으로 튜브와 와이어 검사에 오

랫동안 사용되어 왔다 예를 들어 검사되는 재질의 보자력 의 배에. (coercivity) 2~3

해당하는 낮은 자화력으로 검사표면의 부식을 검출하기에 충분하며 표면하 또는,

반대면의 부식을 검출하기 위해서는 검사재질을 자기적으로 완전히 포화시켜야 한

다 즉 바닥 양면을 검사하기 위해서는 포화자장 근처까지 자장을 걸어주어야 하며. ,

이때 부식부로부터 발생되는 을 검출하는 것이다MFL .

나 음향방출시험법나 음향방출시험법나 음향방출시험법나 음향방출시험법))))

재료에 외력을 가하면 전위가 움직여 어느 점에서 집적하거나 또는 쌍정 변형을 일

으켜 소성변형이 일어나게 되고 더 큰 힘을 받으면 균열이 발생한다 전자일 경우.

외부로 방출되는 에너지는 작고 연속적이나 후자일 경우 변위의 개방에 의해 큰 에

너지가 방출된다 이 에너지는 주파수 범위가 에서 정도의 초음파로. 50kHz 10MHz

방출되며 이 초음파를 검출함으로서 시험체 내부의 변화를 알아내고 파괴를 예지할

수 있게 된다.

음향방출 형태는 연속형과 돌발형의 두 가지로 나눌 수 있으며 연속형 음향방출은

저하중일 때에는 진폭이 작으나 하중이 증가하면 커진다 알루미늄 합금 등에서 소.

성변형으로 생기는 음향방출률은 이동 가능한 진위의 수와 일치하고 있다 이와 같.

은 연속형 음향방출은 탄성한계 내에서도 불가역성이 나타나며 이것을 카이저 효과

라 한다.

시험체에 하중을 가했을 때 처음에는 소성변형으로 진폭이 작은 연속형 음향방출이

일어나지만 균열이 발생하기 시작하면서 진폭이 큰 음향방출이 돌발적으로 일어나,

는데 이를 돌발형 음향방출이라고 한다 파단이 가까워지면 진폭이 큰 음향방출이.

빈번하게 일어나게 되므로 파단을 예측할 수 있게 된다.

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응력확대계수는 결함이 존재하는 재료의 강도를 나타내는 상수의 하나인데 이는 돌

발형 음향방출의 누적총수와 관계가 있음이 실험으로 밝혀졌다 음향방출의 누적.

총수는 응력확대계수 의 제곱에 비례한다 가 균열길이의 제곱에 비례하므로K 4 . K

음향방출의 누적총수는 균열면적에 비례하게 된다 값이 커져서. K Kc값이 되면 재료

는 파단하므로 음향방출의 측정으로 값을 알고 파손위험에 대한 상황을 예측할 수K

있다.

품질관리를 위한 데이터 관리 및 성적서 발행품질관리를 위한 데이터 관리 및 성적서 발행품질관리를 위한 데이터 관리 및 성적서 발행품질관리를 위한 데이터 관리 및 성적서 발행3)3)3)3)

주 신우산업을 기술지원하는데 있어서 가장 중요한 목표중의 하나가 주 생산품에( )

유공압 실린더 품목에 대한 품질관리이다 일반적으로 품질관리라는 것은 시험에.

대한 체계적인 이력관리가 이뤄져야 하며 이런 측면에서 데이터의 관리는 일차적인

중요성을 가진다 따라서 상술한 각각의 시험에 대해서 체계적인 이력관리가 이루.

어질 수 있도록 성적서 제출시 본 연구원의 품질관리 시스템을 활용할 수 있도록

하였다 본 연구원은 비파괴시험 평가와 관련한 각종 인증서를 획득한 바 있고 현. ,

재는 인증을 획득 지정기관으로 등록된 상태이다KOLAS , .

라 열처리 후 상태평가 기술라 열처리 후 상태평가 기술라 열처리 후 상태평가 기술라 열처리 후 상태평가 기술....

유공압 실린더를 생산하는 한 공정으로 열처리를 수행하게 된다 일반적으로 금속.

재의 열처리는 소재에 중요한 영향을 끼치게 되는데 그 중에서도 열처리 후의 제품

의 상태이다.

열처리를 수행하게 되면 경우에 따라 국부 또는 전체적으로 잔류응력이 발생될 수

있고 향후 사용시 중요한 결함요인으로 작용할 수 있다 따라서 품질보증 측면에서.

이러한 공정상의 불신요인을 신뢰성있게 평가하여 제시함으로써 제품의 부가가치를

향상시킬 수 있다.

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다행스럽게도 현재 활용할 수 있는 비파괴평가 기술로 이러한 열처리 후의 잔류응

력을 평가할 수 있는 기술이 개발되어 있다 즉 바크하우젠 노이즈 측정방법은 국.

부응력 부위에서 발생되는 자기 노이즈를 측정함으로서 열처리로 발생된 국부 잔류

응력 등을 평가한다.

마 상시 활용 가능한 시스템 개발 지원마 상시 활용 가능한 시스템 개발 지원마 상시 활용 가능한 시스템 개발 지원마 상시 활용 가능한 시스템 개발 지원....

본 사업에서 계획했던 자기누설 측정 시스템의 구성 방법을 개요 및 구성품을 위주

로 간단히 요약하면 다음 그림과 같다.

그림그림그림그림 2.85. Magnetic flux leakage2.85. Magnetic flux leakage2.85. Magnetic flux leakage2.85. Magnetic flux leakage

그림그림그림그림 2.86. Basic configuration of MFL system2.86. Basic configuration of MFL system2.86. Basic configuration of MFL system2.86. Basic configuration of MFL system

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브리지 영구자석과 전자석브리지 영구자석과 전자석브리지 영구자석과 전자석브리지 영구자석과 전자석i) ( )i) ( )i) ( )i) ( )

강력한 영구자석이 현재 사용되고 있고 또한 현장적용으로 매우 적절하다 영구자, .

석은 시험체를 자화시키는데 있어서 요구되는 자속을 훨씬 잘 발생시킬 수 있다.

전자석은 자속을 쉽게 조절할 수 있고 필요에 따라 자속을 제거할 수 있다는 장점,

이 있으나 부피가 너무 크며 무거운 단점이 있다 영구자석의 경우 주기적으로 청.

소를 해주어야 감도를 유지할 수 있다.

센서의 형태센서의 형태센서의 형태센서의 형태ii)ii)ii)ii)

센서는 코일과 센서가 있으며 자속에 반응하고 응답하는 방식에 있어서 기본Hall

적인 차이가 있다 코일은 자장이 존재할 때 에 따르는 수동적인 기. Faraday's Law

구이다 코일이 자장을 지나가면 전압이 코일에 발생되며 전압의 발생정도는 감긴.

코일수와 의 변화량에 의존한다 따라서 코일에 의해 얻어진 신호는 검사속도MFL .

에 영향을 받는다는 것을 알 수 있다 센서는 자장을 지나갈 때 센서 회. Hall Hall

로의 전압이 자속밀도의 절대값에 따라 변한다 센서가 코일에 비해 감도가 훨. Hall

씬 높다는 것은 당연하나 표면조건이 좋지 않을 때 안정성과 신뢰성 면에서 코일,

이 현장조건에 훨씬 더 적절하다.

기술지원에 따른 지적재산권 도출기술지원에 따른 지적재산권 도출기술지원에 따른 지적재산권 도출기술지원에 따른 지적재산권 도출3.3.3.3.

현 지원상태에서 지적재산권은 발생되지 않았다.

지원내용의 기업전략에의 기여도지원내용의 기업전략에의 기여도지원내용의 기업전략에의 기여도지원내용의 기업전략에의 기여도4.4.4.4.

선진국 수준의 경쟁력과 고부가 가치 제품 생산은 제품의 신뢰성을 입증할 수 있는

데이터 즉 품질보증 측면의 객관적인 자료를 근거로 만들어 진다 앞서 설명한 바, .

와 같이 선진국의 경우 이미 제품에 대한 각종 시험을 통해 정량적인 데이터와 최

종 사용자가 선호할 수 있는 제품으로 고부가 가치를 추구하고 있다.

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이에 주 신우산업도 중소기업으로서 수행하기 힘든 비생산 부분인 품질보증에 투( )

자하여 장기적으로 경쟁력 있는 제품을 생산하고자 하는 전략적인 목표를 가지고

있다 이러한 측면에서 본 사업의 지원내용이 주 신우산업 기업전략에 밑거름이 될. ( )

것으로 평가된다.

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 추진일정 및 수행주체들의 담당업무 성과기술지원 추진일정 및 수행주체들의 담당업무 성과기술지원 추진일정 및 수행주체들의 담당업무 성과기술지원 추진일정 및 수행주체들의 담당업무 성과1.1.1.1.

가 추진일정가 추진일정가 추진일정가 추진일정....

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나 담당업무나 담당업무나 담당업무나 담당업무....

구 분 직급 성명 세부담당 역할참여기간

개월(12 )참여율

지원

기관

선임연 원순호 시험기술의 최적화 12 40

선임연 현양기 재료특성 분석 열처리 상태 분석, 12 10

기 원 조상제 비파괴적인 측정 시험 12 10

기 원 최재돈 측정실험을 위한 치구 제작 12 10

지원

기업

이사 구인회 제품 공정상의 불량 원인 분석 12 30

차장 이국일 대비시험편 제작 현장 적용시험, 12 50

수행방법수행방법수행방법수행방법2.2.2.2.

본 기술지원을 통해서 활용한 주요 기자재의 내용과 활용내역을 부록에 첨부하였

다.

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

이상에서 서술한 본 기술지원 사업의 결과를 종합으로 요약하면 다음과 같다.

주 신우산업의 주 생산품인 유공압 실린더 및 로드의 생산과 관련한 기술자료1. ( ) ,

관련 규격 국내외 기술현황 등을 조사 제공함으로써 현재의 기술적 위치를 제고, ㆍ

하고 그 자료를 지속적으로 활용토록 하였다.

본 기술지원의 주 목표인 품질보증 측면의 활용 가능한 기술을 체계적으로 학습2.

시키고 실 생산품에 적용하여 가능한 단기간에 습득할 수 있는 기술을 이전시켰다.

또한 보다 고차원적인 기술적용 측면에 있어서는 기술지원 완료 이후에도 한구기계

연구원의 관련장비와 기술을 지속적으로 활용할 수 있도록 하였다.

활용가능한 기술로는 상용되는 비파괴시험기술과 더불어 자체적으로 관련장비를3.

제작할 수 있는 기반기술을 제시하였다.

개념적 품질보증을 실제 생산품에 적용하여 매출의 증대에 직접적으로 기여할4.

수 있는 토대를 마련하였다.