[침투비파괴검사기사 필기] 22년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

와전류비파괴시험은 교류 자기장을 이용하여 시험체 표면 근처에서 와전류를 발생시키는 방법으로, 표피효과(skin effect)에 의해 전류가 표면에만 집중되므로 표면 및 표면 근처 결함 검사에 매우 효과적이다. 침투비파괴시험은 액체 침투제의 모세관 현상을 이용하므로 표피효과와 무관하고, 방사선비파괴시험은 투과성 방사선을 이용하므로 심부 검사에 적합하며, 누설비파괴시험은 자기장 누설을 감지하는 방식으로 표피효과와 직접 관련이 없다.

비파괴검사는 제한된 종류의 결함만 검출 가능하며, 모든 결함을 검출할 수 없다. 비파괴검사는 물리적 성질 변화(초음파 감쇠, 자기장 변화, 방사선 투과도 등)를 이용하므로 검출 원리에 맞지 않는 결함이나 검사 조건에서 식별되지 않는 미세 결함은 놓칠 수 있다. 2~4번은 모두 타당한데, 비파괴검사는 제품을 원형 보존하며(2번), 물리적 성질 변화 현상을 이용하고(3번), 결함 검출로 신뢰도를 높인다(4번)는 정의와 목적을 정확히 나타낸다.

X선 발생기는 전자를 가속하여 금속 표적에 충돌시켜 X선(전자기파)을 생성하는 장치로서, 중성자 발생 메커니즘이 전혀 다르며 중성자투과시험에 직접 활용되지 않는다.
중성자투과시험(neutron radiography)에서 중성자빔을 발생시키는 주요 원천들은 다음과 같다.
원자로: 핵분열 반응에서 중성자를 다량 방출한다.
입자가속기: 양성자 등을 가속하여 표적과의 핵반응으로 중성자를 생성한다.
방사성 동위원소(예: Am-Be, Ra-Be): 알파입자 방출로 중성자를 발생시킨다.

전자초음파탐상(EMAT)은 전자기 원리로 초음파를 비접촉 방식으로 생성·수신하므로 고온 환경에서도 센서가 시험체와 접촉할 필요가 없다. 전도성 재료 내부의 깊은 결함까지 탐상 가능하기 때문에 이 조건에 가장 적합하다.
고온의 전도성 시험체 내부 결함탐상을 위해서는 비접촉 방법이면서 전도성 재료에 적합해야 한다.
초음파탐상: 접촉식 센서가 필요하므로 고온 시험체에 부적합하다.
와전류탐상: 표면 근처 결함만 탐지 가능하며 내부 깊은 결함 탐상에 제한이 있다.
음향방출시험: 결함을 능동적으로 탐지하는 방식이 아니다.

적철광(赤鐵鑛)은 Fe₂O₃로 이루어진 철광석이다. 자철광은 Fe₃O₄, 갈철광은 Fe₂O₃·nH₂O(수화철산화물), 능철광은 FeCO₃(탄산철)로 각각 구성되므로, Fe₂O₃ 단독 성분으로는 적철광만 해당한다.

"분말의 유동도가 높으면 제품의 생산성이 떨어진다"는 틀렸다. 유동도가 높으면 다이 충전이 빨라져 생산성이 향상되는 것이 정상이므로 역설적 표현이다.
분말야금에서 분말의 유동도(flowability)는 다이 충전과 성형 효율을 직접 좌우하는 중요한 특성이다. 유동도가 높으면 분말이 다이 내에서 잘 흘러 충전이 균일해져 생산성이 향상되고 제품 특성도 균일해지므로, 성형 다이 설계 시 유동도를 고려해야 한다는 설명과 유동도가 높으면 제품 특성이 균일해진다는 설명은 타당하다.
각진 형태는 둥근 형태보다 모서리가 많아 입자 간 마찰이 크고 유동성이 낮아지기 쉽기 때문에 유동도 관리가 더욱 중요하다.

라우탈 합금은 Al-Cu계 합금으로, Al-Cr-Mo계 합금이라는 설명은 틀리다. 하이드로날륨은 Al-Mg계, 알드레이는 Al에 Mg와 Si를 첨가한 합금이며, 알클래드는 고강도 알루미늄 합금 표면에 순 Al 또는 내식성 Al 합금을 피복한 판재이다.

염색 침투제의 정의가 잘못되었는데, 염색 침투제는 가시광선 조건 아래에서 사용되며 자외선등이 아닌 일반 조명에서 명암도가 강한 색상(주로 빨강)으로 결함을 나타내야 하기 때문입니다. 따라서 "자외선등 아래에서"라는 표현은 형광 침투제의 특성이지 염색 침투제의 특성이 아니므로 오답입니다.
침투제: 결함 내부로 침투하여 결함지시모양을 만드는 액체로 올바릅니다.
유화제: 침투제를 물로 씻어내기 위해 표면에 도포하는 액체로 정의가 맞습니다.
형광 침투제: 자외선(UV) 조건 아래에서 형광을 발생하여 가시성을 높이는 침투액으로 정확합니다.

침투탐상검사에서 침투시간은 결함이 침투액을 흡수하는 데 필요한 시간으로, 예상 결함의 크기(1번)가 직접 영향을 미치며, 시험체의 온도(3번)는 침투액의 점도와 표면장력에 영향을 주고, 시험체의 재질(4번)은 다공성 정도에 따라 침투 속도를 결정한다. 반면 유화제의 종류(2번)는 침투 후 제거 단계에서 과잉 침투액을 유화(유화·제거)하는 데 사용되는 재료로, 침투 단계의 침투시간 결정에는 직접적인 영향을 주지 않는다.

수세성 형광 침투탐상검사는 물로 잉여 침투액을 제거할 수 있어 비교적 표면이 거친 시험체에 적합하며, 소형·다량 부품이나 나사부처럼 복잡한 형상도 효율적으로 검사할 수 있다. 용제제거성 방법은 국부 검사에 적합하고, 후유화성 방법은 표면 상태가 비교적 양호한 시험체에 적용한다.

솔벤트의 증기압이 높다는 것은 같은 온도에서 기체로 증발하려는 성향이 커 증발성이 높다는 의미이다. 증기압은 침투성보다 휘발성과 직접 관련되므로 해당 설명이 맞다.

침투액은 화재 위험을 줄이기 위해 뚜껑 없는 용기에 사용할 때 인화점이 높은 것을 사용해야 하므로, 인화점이 보통 120°F 이하인 것을 요구한다는 2번은 옳지 않다. 형광침투탐상에서는 적절한 필터로 불필요한 광선을 차단하고, 작업자는 앞치마와 장갑으로 피부 접촉을 피해야 하며, 건식현상제나 침투액 증기가 발생하는 제한 구역에는 환기 설비를 설치해야 한다.

용제제거성 형광침투탐상에서 솔벤트 세척제는 시험체 표면에 남은 잉여 침투액을 제거하는 데 사용된다. 결함 내부의 침투제까지 제거하면 지시가 손상될 수 있으므로 결함에서 침투제를 제거하는 것은 옳지 않으며, 유화속도 증가나 수세성 변화도 솔벤트 세척제의 역할이 아니다.

백점은 Ni, Cr, Mo 등을 함유한 특수강의 단강품에서 발생하며, 파단면에 미세균열이 나타나고 그 파면이 은백색을 띠는 결함이다. 고온균열은 응고·열간가공 중 고온에서 발생하는 균열이고, 편석은 성분이 국부적으로 불균일한 현상이며, 라미네이션은 층상 결함이므로 해당 설명과 일치하지 않는다.

다공질 재료나 세라믹 표면의 미세한 기공에 침투한 침투액을 여과하여 입자를 축적시키고, 그 축적된 미립자가 결함 지시를 나타내는 방법은 여과입자법이다. 역형광법은 형광 침투액을 이용하고, 하전입자법과 기체 방사성 동위원소법은 해당 원리와 다르다.

불연속에 의하지 않은 의사지시모양은 제거처리·전처리의 불량이나 검사면의 외부 오염 등으로 발생할 수 있다. 반면 현상처리의 부적당은 자분탐상에서 의사지시모양을 발생시키는 대표적인 원인으로 보기 어려우므로 가장 부적절하다.

침투액은 미세한 결함 내부로 잘 스며들어야 하므로 침투성이 좋고, 검사 후 쉽게 제거할 수 있도록 세척성도 좋아야 한다. 또한 화재 위험을 줄이기 위해 인화점이 높아야 하며, 휘발성이 높으면 침투액이 빠르게 증발해 감도가 저하되므로 적절한 휘발성을 가져야 한다. 따라서 틀린 특성은 휘발성이 높아야 한다이다.

기계적 불연속은 소재의 불균일성으로 인한 실제 결함(예: 편석, 편상조직)으로서 진정한 결함이므로 의사지시의 원인이 아니라 탐지해야 할 실제 결함에 해당한다.
침투탐상검사에서 의사지시(거짓지시)는 실제 결함이 아닌데도 결함처럼 보이는 신호를 말한다.
리벳이음부 나사산의 지시: 리벳 머리 주변이나 나사산 홈이 침투액을 보유하여 의사지시를 유발한다.
표면에 붙은 산화 스케일: 거친 표면에 침투액이 남아 지시를 일으킨다.
다공성 재료의 지시: 다공성 구조가 침투액을 과도하게 보유하여 의사지시를 만든다.

과잉 세척은 침투액이 불연속 내부에서 씻겨 나가 지시가 약해지게 하므로, 특히 얇고 넓은 불연속은 침투액 잔류량이 적어져 검출하기 어렵다. 반면 깊은 구멍은 침투액이 비교적 많이 남아 지시가 나타나기 쉽다.

유화처리에서 침투시간이 지난 후 유화제를 적용하는 방법에는 침적, 분무, 흘림 등이 있으며, 붓칠은 일반적인 유화제 적용 방법으로 보지 않는다. 따라서 틀린 것은 3번이다.

수세성 침투탐상검사의 무현상법은 현상제를 사용하지 않으므로 침투액을 제거하는 세척처리 후 건조처리 순서로 진행한다. 건식 현상법과 습식 현상법은 일반적으로 세척 후 현상처리를 하며, 속건식 현상법은 현상제의 용제가 증발하면서 현상이 이루어지므로 보기 1~3의 순서는 옳지 않다.

침투탐상검사의 현상방법은 KS B 0816 등 국제표준에서 기호로 구분되며, 기호 E는 특수 현상법(Special developer)을 나타낸다. 건식 현상법(D), 습식 현상법(W), 무 현상법(N)은 각각 다른 기호로 표기되고, 특수 현상법은 형광 유화제나 비수성 현상제 등 표준 방법에 해당하지 않는 특수한 현상제를 사용하는 경우에 적용된다.

에어로졸 형태의 침투탐상제는 일반적으로 25℃에서 290~490 kPa의 내부 압력을 갖는다. 따라서 제시된 범위에 해당하는 보기는 4번이다.

겹침(Lap)은 금속이 서로 겹쳐 접힌 형태의 결함으로, 침투액이 결함 내부로 침투하는 데 시간이 더 필요하므로 다른 결함과 침투 시간이 다르다. 콜드셧, 기공, 융합 불량은 일반적인 침투탐상 조건에서 동일한 침투 시간을 적용한다.

유화제의 적용 방법은 침지, 붓기 또는 분무이며, ‘붓칠’은 규정된 방법이 아니므로 틀리다. 유화시간은 유화제·침투액의 종류와 온도 등을 고려해 정하고, 수성 유화제는 유화 전에 물 분무로 예비 세척하며, 유화 후에는 필요에 따라 물 분무 또는 물속 침지로 유화를 정지한다.

염소 이온 농도는 시료에서 얻은 염화은(AgCl) 질량에서 블랭크 값을 뺀 뒤, 시료 질량으로 나누어 계산한다. 따라서 염소 중량 % = (P-B)×24.74/W이며, 이에 해당하는 식은 1번이다. 계수 24.74는 AgCl 질량을 염소 질량으로 환산하여 중량 백분율로 나타내기 위한 값이다.

용제제거성 침투액은 세척액을 묻힌 천이나 헝겊으로 표면의 잉여 침투액을 닦아 제거한다. 물은 수세성 침투액, 유화제는 후유화성 침투액에 사용하는 제거 방법이므로 해당하지 않는다.

녹이나 무기물처럼 표면에 부착된 이물질은 초음파 세척의 진동과 공동현상으로 제거하는 것이 가장 적합하다. 증기·세제·유기용제 세척은 주로 기름, 그리스 등 유기성 오염물 제거에 사용된다.

ASME Section V Article 6 침투탐상검사(Liquid Penetrant Testing)에서 표준온도 범위(약 16~27℃) 내에서 검사를 수행할 수 없을 때는 비교시험편(Reference Test Block)을 사용하여 침투액의 성능을 확인해야 한다. 이 비교시험편의 규격은 두께 10mm, 재질 알루미늄으로 정해져 있다.
이는 표준온도 범위 밖의 극저온 또는 고온 환경에서 침투액의 민감도와 대비도가 유지되는지 검증하기 위한 것이다. 비교시험편은 표준화된 규격을 통해 온도 변화에 따른 침투액 성능의 일관성을 보장하는 품질관리 도구로 사용된다.

검사 보고서에는 검사 대상체의 재질, 표면 상태, 모양·치수 등 침투탐상 결과에 영향을 주거나 대상을 식별하는 정보를 기록한다. 무게는 일반적인 침투탐상검사 대상체 정보의 필수 기록 항목이 아니므로 가장 거리가 멀다.

A형 대비시험편은 PT-A라는 기호로 표시한다. 알루미늄판 중앙부를 분젠버너로 520~530℃까지 가열한 뒤 가열면에 흐르는 물을 뿌려 급랭하면 갈라짐이 생긴다. 그런 다음 중앙에 홈을 가공해 2개로 나눈다. 따라서 열처리로에서 가열한다거나, 가열 전에 홈을 가공한다거나, 공기로 냉각한다는 설명은 모두 틀렸다.

유화처리 후에는 침투액과 유화제의 혼합물을 담금(Immersing) 또는 씻기(Rinsing) 방법으로 제거한다. 붓기, 분무, 솔질은 해당 규정에서 정한 유화처리 후 혼합물 제거 방법이 아니다.

후유화성 형광 침투액은 F, 무현상법은 N으로 표시하므로 기호는 FD-N이다. 여기서 수성 유화제는 후유화 방식의 세부 조건이며, 현상제를 사용하는 경우의 FD-S나 무현상법이 아닌 기호와 구별된다.

침투액의 유황 성분이 고온에서 니켈 합금과 반응하면 황화물을 형성하여 재질의 고온 특성과 건전성을 저하시킬 수 있으므로, 니켈 합금을 검사할 때는 침투액의 유황 함량을 확인해야 한다. 타이타늄 합금, 알루미늄 합금, 스테인리스강은 이 규정에서 해당 유황 함량 시험의 대상으로 지정된 재질이 아니다.

FA-D는 수세성 형광 침투액을 사용하는 방법으로, 침투 후 물로 세척하고 건조처리한 다음 현상처리를 실시한다. 따라서 검사 순서는 전처리 → 침투처리 → 세척처리 → 건조처리 → 현상처리 → 관찰 → 후처리이다.

KS B 0816(침투탐상검사 방법 및 침투 지시의 분류)에서 형광침투액 제거 단계에서 특별한 규정이 없는 경우, 세척 수온의 기준은 10℃ ~ 40℃로 규정되어 있다. 이 온도 범위는 형광침투액의 효과적인 제거와 동시에 모재나 침투액 성분의 손상을 방지하기 위한 최적의 조건을 나타낸다.

유성유화제 적용 시 세척수의 수압은 40 psi 이하, 물-공기 분무기의 공기압은 25 psi 이하로 관리하며, 유화제는 일반적으로 침지 또는 적절한 접촉 방식으로 적용하고 분무·붓칠은 사용하지 않는다. 물의 온도는 40℃ 이상이 아니라 규정된 범위 내에서 관리해야 하므로, “40℃ 이상을 유지한다”는 설명이 틀리다.

분산 침투 지시는 여러 개의 침투 지시가 일정한 면적에 흩어져 나타나는 형태로, 독립 침투 지시에 해당하지 않는다. 독립 침투 지시는 균열에 의한 지시와 같이 개별적으로 나타나는 지시이며, 형태에 따라 선상 침투 지시와 원형상 침투 지시로 분류된다.

건식 현상제는 검사면 전체에 균일하게 부착되도록 적용한 뒤 규정된 현상 시간을 유지해야 하므로 1번이 옳다. 속건식 현상제는 일반적으로 분무법으로 적용하며, 습식 현상제는 과잉 현상제를 배액한 후 건조하되 속건식·습식 현상제는 검사 표면이 완전히 가려지지 않을 정도로 얇고 균일하게 적용한다.

KS B 0816의 B형 대비시험편은 도금 균열 폭을 기준으로 구분하며, 표시 번호가 클수록 균열 폭이 크다. 따라서 PT-B50이 PT-B30, PT-B20, PT-B10보다 도금 균열의 폭이 가장 크다.