[침투비파괴검사산업기사 필기] 19년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

초음파탐상검사에서 탐상결과에 미치는 영향을 평가할 때, 시험편의 두께가 일정한 경우는 오히려 탐상에 유리한 조건이다.
두께가 일정하면 음파가 시험체를 통해 균일하게 전파되므로 결함 검출에 필요한 기준 신호(백스캔 신호)의 안정성이 높아져 탐상 정확도가 향상되므로, 탐상결과에 미치는 부정적 영향이 가장 적다.
표면이 거친 경우: 음파의 산란과 반사 손실을 야기한다.
결정 입자가 큰 경우: 음파의 감쇠와 산란을 증가시킨다.
탐상 표면과 저면이 평행하지 않은 경우: 음파의 반사 각도가 변하여 신호 수신을 방해한다.

비파괴검사는 재료의 물리적 성질(음향, 전자기, 방사선 등)이 결함의 존재에 의해 변화하는 원리를 이용하여 제품을 손상시키지 않으면서 내부 결함을 검출하는 검사 기법이다.
모든 종류의 결함 검출: 오답 — 초음파 검사는 표면 근처 결함에 민감하지만 깊은 층 결함 검출에는 제한이 있으며, 방법마다 검출 가능한 결함의 종류와 크기가 다르다.
모든 시험체에 모든 방법 적용: 오답 — 재료의 두께, 형상, 표면 상태 등에 따라 적용 가능한 검사 방법이 제한되므로 모든 방법을 항상 적용할 수는 없다.
결함 없는 완벽한 제품 제조·판매: 오답 — 비파괴검사의 목적은 완벽한 제품 제조가 아니라 허용 기준 범위 내의 결함을 판정하여 제품의 신뢰성과 안전성을 보증하는 데 있다.

비파괴검사법의 재질 적용성을 비교하면, 방사선투과시험이 시험체의 재질에 따른 제한을 가장 적게 받는다. 자분탐상시험은 강자성재료에만 적용 가능하고, 와전류탐상시험은 전도성 있는 금속재료로 제한되며, 침투탐상시험은 표면 결함만 검출하므로 재질별 적용 범위가 좁다. 반면 방사선투과시험은 금속·비금속·복합재료 등 거의 모든 재질에 적용 가능하며, 내부 결함 검출도 가능하여 재질 선택에 가장 제약이 적다.

형광 침투제 검사에서 세척 완료 여부를 확인하려면 자외선등(검은색등, Black Light) 아래에서 관찰해야 한다. 현상 전 세척이 제대로 되었다면 시험물 표면에 형광 침투제의 잔여물이 남아있지 않아야 하므로, 자외선등의 여기 하에서 형광이 고르게 발생하지 않으면 세척이 불완전한 것을 판단할 수 있다. 자연광 관찰(1번)은 형광 물질을 감지할 수 없고, 현상제 도포(3번)나 리트머스 시험(4번)은 침투제 검사의 표준 절차가 아니다.

W는 용체화처리한 것(불안정한 상태)을 뜻한다. '제조한 그대로의 것'은 F이다. O는 어닐링, H는 가공경화, T는 열처리로 F·O·H 이외의 안정한 질별로 만든 것이다.

합금주철에서 각 원소의 역할을 검토하면, Mo(몰리브덴)는 인장강도와 인성을 향상시키는 원소로 알려져 있어 정답이다. Ni은 오히려 탄화물 생성을 억제하고 흑연화를 촉진하므로 1번은 틀렸다. Cr은 강력한 카바이드(탄화물) 안정화 원소이지 베이나이트 안정환 원소가 아니므로 3번도 틀렸다. Si는 Fe₃C를 분해하여 흑연화를 촉진하는 원소인데, 4번은 "흑연화를 저지한다"고 잘못 표현되어 있다.

냉간 가공 금속의 풀림 과정에서 조직 변화는 회복(recovery) → 재결정(recrystallization) → 결정립 성장(grain growth) 순서로 진행된다.
회복 단계에서는 냉간 가공으로 인한 전위(dislocation)가 재배열되어 내부 응력이 감소하고, 이어 재결정 단계에서 냉간 가공된 결정립이 새로운 무변형 결정립으로 완전히 치환된다. 마지막으로 결정립 성장 단계에서는 가열 온도 증가에 따라 작은 결정립들이 소멸하고 큰 결정립이 성장한다.

헤어 크랙(hair crack)은 용접부 냉각 과정에서 발생하는 미세한 균열로, Ni-Cr 강에서 주요 원인은 수소(H)다. 수소는 용접 아크 또는 용접봉의 코팅에서 발생하며, 냉각 중 강에 확산·흡수되어 응고 균열 또는 냉각 균열을 유발한다. S, O, N 등은 기공이나 포함물을 형성하지만 헤어 크랙의 직접적 원인은 아니며, 특히 Ni-Cr 고강도강에서 수소 유입은 취성을 크게 증가시켜 박리된 얇은 균열을 만든다.

비중(밀도)은 단위 부피당 질량이며, 일반적으로 원자번호가 크고 원자량이 클수록 크다. 각 금속의 비중은 Ti(약 4.5 g/cm³), Pt(약 21.5 g/cm³), Cu(약 9.0 g/cm³), Mg(약 1.7 g/cm³)로, Pt(백금)이 약 21.5 g/cm³로 가장 높다. 백금은 귀금속 중에서도 가장 무거운 금속으로, 같은 부피의 다른 금속들에 비해 훨씬 더 높은 밀도를 가지고 있다.

수소저장합금의 부피 변화 거동을 정확히 이해하는 것이 핵심이다. 수소저장합금이 수소를 흡수·저장할 때는 수소 원자가 금속 격자 내에 침입하면서 격자가 팽창하므로 합금 전체가 팽창하고, 수소를 방출할 때는 격자가 수축하므로 합금이 수축한다.
따라서 "수소를 흡수·저장할 때에는 수축하고, 방출할 때에는 팽창한다"는 수축·팽창의 순서가 반대로 기술되어 틀렸다.
금속수소화물 생성: 정확한 설명으로, 수소가스는 금속과 반응하여 금속수소화물(MH) 형태로 변환된다.
단위부피 중 수소원자 수: $10^{22}$ 개는 금속수소화물의 높은 수소 저장 밀도를 나타내는 전형적인 수치로 타당하다.
–253℃ 저온 저장 용기: 정확하여, 액화 수소 저장에는 약 –253℃(액체 수소의 끓는점)의 극저온 용기가 필수이다.

강의 담금질성을 개선하는 합금원소 중 B(붕소)는 극히 소량(0.001~0.003%)만 첨가해도 담금질성을 비약적으로 향상시키는 가장 강력한 원소다. 특히 B는 오스테나이트 결정립의 핵생성 위치를 억제하여 마르텐사이트 변태를 촉진함으로써 소량으로도 극적인 효과를 발휘한다.
담금질성(hardenability)은 강재가 담금질에 의해 경화되는 능력으로, Jominy 거리로 측정되며 거리가 클수록 담금질성이 우수하다. Cu, Ni, Si는 담금질성을 개선하지만 B에 비해 영향력이 훨씬 작다.

7:3 황동에 Sn 1%를 첨가해 내식성을 높인 합금은 애드미럴티 황동이다. 6:4 황동에 Sn 1%를 첨가한 것은 네이벌 황동이다. 톰백은 Zn 함량이 낮은(약 5~20%) 황동이고, 니켈 황동(양은)은 Cu-Zn-Ni 합금이다.

용강을 레이들에서 Fe-Mn, Fe-Si, Al 등의 탈산제로 완전히 탈산하면 산소 함량이 극히 낮아져서 응고 시 가스 발생이 거의 없는 강괴가 된다. 이러한 완전 탈산강을 킬드강(Killed Steel)이라 하며, 강괴 표면이 매끄럽고 편석이 적으며 기계적 성질이 우수하다. 반면 림드강은 탈산을 최소화하여 응고 중 CO 가스로 자동충전되고, 캡드강과 세미킬드강은 부분 탈산으로 중간 정도의 가스 발생을 조절하는 방식이므로 완전 탈산과는 다르다.

알니코 자석강은 Ni(니켈), Al(알루미늄), Co(코발트)를 주성분으로 하는 소결 자석강이며, 명칭도 이 세 원소의 앞글자에서 유래한다. 따라서 해당 조합은 3번이다.

서브머지드 아크 용접(SAW)의 용융형 용제(Fused Flux)는 고온에서 용융·냉각되어 만들어진 유리질 물질로서, 이미 고온에서 완전히 용융·응고된 제품이므로 합금원소를 추가로 혼입하기가 어렵다. 따라서 "합금원소의 첨가가 용이하다"는 틀렸으며, 합금원소 첨가가 용이한 것은 피크드 플럭스(Bonded Flux)이다.
흡습성이 없다: 맞으며, 용융형 용제가 유리질이므로 물을 흡수하지 않아 보관이 용이하다.
비드 외관이 아름답다: 맞으며, 용제가 균일하게 녹아 깨끗한 비드를 만든다.
미용융 용제 재사용: 맞는데, 흘러내린 용제를 회수하여 재사용할 수 있다.

TIG 용접의 전극봉(텅스텐 전극)은 고융점, 우수한 열전도성, 양호한 전자 방출이 필요하다. 반면 전극봉의 전기 저항률이 높으면 줄 가열로 인해 과도하게 가열되어 용융·손상되므로 저항률이 낮아야 하며, 이는 텅스텐의 우수한 전기 전도도와 일치한다.
용융점이 높을 것: 텅스텐 전극이 아크의 열에 견디려면 융점이 높아야 한다.
열전도성이 좋을 것: 발생한 열을 효과적으로 방산하려면 열전도성이 우수해야 한다.
전자 방출이 잘 될 것: DC 음극 사용 시 전자 방출이 용이해야 한다.

피복 아크 용접의 용접 입열은 아크전압과 아크전류의 곱을 용접속도로 나누어 구하므로 $H=\frac{E I}{V}$이다. 따라서 H=EI/V로 표시된 식이 해당한다.

필릿 용접(fillet weld)의 기본 기호는 직각 이등변 삼각형 모양으로 표시된다. 이 삼각형은 용접선의 한쪽에 붙어 용접 위치와 방향을 나타내며, KS B 0080(용접기호)에서 규정하는 표준 기호이다. 보기 4번이 이 삼각형 형태의 필릿 용접 기호이므로 정답이다.

용접 후 잔류응력을 완화하는 방법으로는 노내 풀림, 국부 풀림(응력제거풀림), 저온 응력 완화법, 기계적 응력 완화법, 피닝법이 있다. 고온 응력 완화법은 여기에 포함되지 않는다.

자외선조사장치에서 320 nm 이하의 단파장(UVA보다 단파) 광선을 차단하는 주된 이유는 인체에 유해하기 때문이다. 320 nm 이하의 자외선은 UVB(280~320 nm) 영역으로, 피부 세포의 DNA를 직접 손상시켜 화상, 피부암, 백내장 등을 유발할 수 있어 산업 안전 기준에서 차단 또는 제한하고 있다.
형광지시모양 식별·제품 성질 변화: 파장대에 관계없이 발생하는 현상이다.
형광 발산: 이보다 장파장의 자외선(UVA, 320~400 nm)으로도 충분히 이루어지므로 굳이 단파장을 차단할 이유가 아니다.

침투액의 표면장력이 커지면 시험체 표면과의 접촉각이 증가하여 젖음성이 저하되고, 표면에서 잘 분산되지 않는다. 따라서 접촉면적은 커지는 것이 아니라 감소하므로, 시험체 표면과의 접촉면적이 커진다는 설명이 틀리다.

색채대비 비율은 염색에서 반사된 빛의 양과 주위 배경에서 반사된 빛의 양의 비를 기준으로 하므로 4번이 맞다. 즉, 검사 대상과 배경의 반사광량 차이가 클수록 눈으로 관찰되는 지시의 분별정도가 높아진다.

후유화성 침투탐상검사는 침투액을 유화제로 처리한 뒤 세척하므로 표면의 거칠기와 형상에 영향을 많이 받아 표면이 비교적 거친 부품에는 부적합하다. 미세 결함 검출이 가능하고, 유화시간이 너무 길면 결함 내부의 침투액까지 제거되어 검출이 어려워진다. 또한 수분에 의한 오염의 영향이 비교적 적은 편이다.

침투탐상 시험방법의 선정은 시험품의 용도와 표면거칠기, 예상 결함의 종류와 크기, 탐상제의 성질 등을 고려한다. 그러나 시험품의 밀도는 침투탐상 시험방법 선정 시의 주요 고려사항이 아니므로 틀린 항목이다.

ASME Sec. V Art. 6의 침투시간 표에서 알루미늄 단조품의 랩은 제시된 결함 중 최소 침투시간이 가장 길다. 강용접부의 균열, 플라스틱의 균열, 세라믹의 기공보다 알루미늄 단조품 랩에 요구되는 침투시간이 길므로 3번이 해당한다.

속건식 현상제는 건조처리 후 시험면에 분무, 붓칠 또는 부어 바르는 방법으로 얇고 균일하게 적용한다. 현상제 속에 시험체를 침지하는 방법은 속건식 현상제의 적용방법이 아니므로 틀린다.

KS B 0816에서 과잉 침투액 제거제로 사용하는 것은 물, 용제, 물 베이스 유화제이며, 물 분말 현탁액은 규정된 제거제에 해당하지 않는다.

침투처리 후 표면의 잉여침투액은 유화처리 또는 세척처리 전에 배액해야 하므로, 유화처리나 세척처리 후에 배액한다는 2번의 설명이 틀리다. 전처리 후에는 용제·세척액·수분을 충분히 건조하고, 물베이스 유화제 사용 시에는 유화처리 전에 물스프레이로 예비 세척을 하며, 형광침투액의 세척 수온은 일반적으로 10~40℃로 한다.

샘플링검사에서 합격품은 ⓟ 또는 황색으로 표시한다. 따라서 ⓟ 기호와 황색 표시를 제시한 보기가 기준에 맞는다.

침투시간은 일반적으로 재질의 표면 상태와 가공 상태에 따라 정하며, 알루미늄 주조품은 강 압연품·강 압출품·알루미늄 단조품보다 권고 침투시간이 가장 짧다. 따라서 해당 조건에서 가장 짧은 시험 대상품은 알루미늄 주조품이다.

침투탐상검사 후에는 잔류한 침투액과 현상제를 제거해야 하므로 유기 용제를 헝겊이나 종이수건에 적셔 닦아내는 방법이 적절하다. 와이어 브러시는 표면을 손상하거나 결함을 가릴 수 있고, 물 세척 및 증기세척은 검사 후처리용 세정 방법으로 적합하지 않다.

용접 덧붙임 가장자리(토우)에서 발생하고 침투탐상시험에서 날카로운 선형지시로 나타나는 결함은 용접 끝부 균열(Toe Crack)이다. 크레이터 균열은 용접 종단부의 크레이터에서, 연삭 균열은 연삭면에서, 단조 균열은 단조 공정 중 발생하는 균열이다.

유화제의 적용시간은 지나치게 길면 침투액까지 제거되어 검출 감도가 저하되므로 적정한 시간으로 관리해야 한다. 유화제는 적정량을 사용하고 분무 등으로 부드럽게 적용하며, 유성 침투액을 수세 가능한 상태로 만드는 데 사용한다.

다공성 세라믹 제품은 고온에 노출되면 내부에 발생한 미세 균열이나 기공을 통해 검사액이 스며들 수 있으므로 여과입자법이 효과적이다. 하전입자법은 전기적 입자 부착을 이용하고, 응력도료법은 변형·응력의 검출에, 유화성 색채 대비법은 주로 표면 결함의 대비 관찰에 적합하므로 해당 조건의 검사 방법으로는 여과입자법이 알맞다.

B형 대비시험편은 황동판 위에 먼저 니켈 도금(B)을 하여 중간층을 형성하고, 그 위에 갈라짐을 유도하는 크롬 도금(A)을 하여 도금층에 인위적인 균열을 발생시켜 표준 결함을 만든다. 따라서 (A)는 크롬, (B)는 니켈이 옳은 조합이다.