[침투비파괴검사산업기사 필기] 17년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

Co-60 감마선은 중금속(강, 구리, 청동 등)에 대한 투과력이 우수하여 주조품이나 용접부 검사에 적합하지만, 플라스틱은 저밀도 물질로 감마선 흡수가 적어 명확한 상(image)을 얻기 어렵다. 따라서 40㎜ 플라스틱 배관 이음부는 감마선조사장치의 적용 대상이 될 수 없다.
Co-60의 에너지 수준(약 1.25 MeV)은 금속 두께 검사에 최적화되어 있으며, 저밀도 비금속 재료 검사에는 저에너지 X선이나 베타선 같은 약한 방사선이 더 적합하다.

비파괴검사법(NDT)은 재료를 손상시키지 않으면서 내부 결함이나 성질을 측정하는 기술이다. 1번 형태는 육안검사나 초음파로 측정 가능하고, 3번 불연속(공극·균열·이물질)은 초음파·방사선·와류탐상 등 비파괴검사의 주된 목적이며, 4번 자기적 성질은 자분탐상법으로 측정할 수 있다. 반면 항복점은 재료의 응력-변형률 특성으로, 실제 응력을 가해 소성변형이 시작되는 지점을 파악해야만 측정 가능하므로 비파괴검사법으로 직접 측정하기가 극히 어렵다.

시험체의 두께는 1.2 ㎜이다.
초음파탐상시험의 공진법에서 시험체의 두께를 구하는 공식은 $d = \frac{nv}{2f}$이다. 여기서 기본공명(1차 공명)일 때 $n = 1$이고, $v$는 초음파 속도, $f$는 주파수다.
주어진 값들을 대입하면
$d = \frac{1 \times 4800 \text{ m/s}}{2 \times 2 \text{ MHz}} = \frac{4800}{2 \times 2 \times 10^6} = \frac{4800}{4 \times 10^6} \text{ m} = 1.2 \times 10^{-3} \text{ m}$
이를 밀리미터로 변환하면
$1.2 \times 10^{-3} \text{ m} = 1.2 \text{ mm}$

황(S)에 의한 적열취성을 방지하는 가장 효과적인 원소는 망간(Mn)이다. Mn이 황과 강하게 결합하여 MnS 화합물을 형성하고 이것이 연성을 가지므로 적열취성을 억제한다.
탄소강에서 황(S)에 의한 적열취성은 철-황 화합물(FeS)이 결정립계에 편석되어 고온에서 취성을 나타내는 현상이다.
W: 경화원소로, 황 제거 효과는 상대적으로 낮다.
Co: 강화원소로, 황 제거 효과는 상대적으로 낮다.
Si: 인성 향상에 주로 기여하지만 황 제거 효과는 상대적으로 낮다.
Mn은 강 제조 시 불순물인 산소를 제거하는 탈산제로도 사용되어 복합적으로 적열취성을 방지한다.

주철은 Fe에 C를 약 2.0% 이상(보통 2.0~6.67%) 함유한 합금으로, 인장강도에 비해 압축강도가 매우 크다. 청동은 Cu-Sn 합금, Y합금은 Al-Cu-Ni-Mg 합금, 두랄루민은 Al-Cu-Mg-Mn 합금이다.

"팽창계수가 작아 열변형을 일으키지 않는다"는 설명이 틀렸다. 고망간강의 팽창계수가 오히려 크다는 점에서, 팽창계수가 크면 온도 변화에 따라 팽창·수축이 크게 일어나 열변형을 일으키기 쉬우므로 사실과 반대다.
고망간강(manganese steel)은 망간 함량이 11~14% 정도로 높은 강으로, 오스테나이트 조직을 가지며 가공경화성이 매우 우수하다.
열전도성이 나쁘다: 맞는 설명이다.
가공경화성이 매우 크다: 고망간강의 특징이다.
해드필드강이며 오스테나이트 조직이다: 해드필드강(Hadfield steel)이 바로 이 고망간강의 대표 사례로서 오스테나이트 조직이 맞다.

방진합금은 기구별 분류에서 쌍정형, 강자성형, 전위형 세 가지로 나뉜다. 쌍정형 합금은 쌍정 운동으로 진동 에너지를 소산하고, 강자성형 합금은 자기 이력 현상으로 감쇠하며, 전위형 합금은 전위 이동으로 에너지를 흡수한다. 슬립형 합금은 방진합금의 기구별 분류 범주에 포함되지 않으며, 이는 일반 금속 변형의 슬립 개념과는 다른 분류 체계를 따른다.

"재료의 치수정밀도가 높고 잔류응력이 커야 한다"는 틀렸다. 리드 프레임은 높은 치수정밀도가 필요하지만 잔류응력은 오히려 최소화되어야 한다.
리드 프레임은 반도체 칩을 지지하고 전기적 연결을 담당하는 금속 구조물로, 우수한 성능이 요구된다.
열발산: 고집적화에 따른 열발산성은 필수 요구사항이다.
강도: 강도가 높아야 소형화·박형화가 가능하다.
도금성: 본딩 시 와이어나 솔더의 접착성을 위해 도금성(금, 니켈, 구리 등의 도금)이 우수해야 한다.
잔류응력이 크면 수축·변형, 피로파괴, 접합부 박리 등의 신뢰성 문제가 발생하므로 열처리를 통해 응력을 제거해야 한다.

한 방향으로 소성변형을 가한 후 역방향으로 하중을 가할 때, 역방향의 항복강도가 원래 방향의 항복강도보다 현저히 감소하는 현상을 바우싱거 효과(Bauschinger effect)라 한다. 이는 전위와 고용원자 간의 상호작용이 한 방향 변형에서 구축된 내부응력이 역방향 하중에서는 해소되기 때문에 발생한다.
슬립 효과: 결정면상의 원자 층이 미끄러지는 기본 변형 메커니즘이다.
제벡 효과: 열전 현상이다.
코트렐 효과: 온도 변화에 따른 항복강도 변화를 나타낸다.
따라서 이들은 문제의 정의와 맞지 않는다.

고로(용광로)는 철광석, 코크스, 석회석을 원료로 하여 약 1200°C 이상의 고온에서 환원 반응을 통해 철을 생산하는 설비다. 선철은 고로에서 직접 생산되는 철과 탄소 함유량 2~4.3%의 중간 생산물로, 이후 정련 공정을 거쳐 강철로 제조된다. 순구리는 동광에서 제련되고, 공석강과 특수강은 선철을 원료로 하여 전로나 평로 등의 별도 정련로에서 제조되므로 고로의 직접 생산물이 아니다.

테르밋 용접은 알루미늄 분말과 산화철의 화학반응 열을 이용하는 용접방법으로, 전기 저항열을 이용하지 않는다. 심 용접(시임 용접)은 롤러 전극 사이에서 발생하는 저항열로 이음매를 용접하고, 퍼커셔 용접은 첨두전극과 모재 사이의 저항열로 점용접을 하며, 프로젝션 용접도 돌기(프로젝션) 부위의 저항열을 이용한 점용접 방식이므로 모두 전기 저항열을 이용한다. 따라서 정답은 테르밋 용접이다.

교류 용접기의 역률은 출력 전력을 입력 전력으로 나눈 비로 구한다. 출력 전력은 아크 전류와 아크 전압의 곱이고, 입력 전력은 무부하 전압과 아크 전류의 곱이다. 출력 전력 = 200A × 30V = 6,000W, 입력 전력 = 60V × 200A = 12,000W이므로, 역률 = 6,000W ÷ 12,000W = 0.5 = 50%이다.

피닝(peening)은 용접 후 해머나 고압 매체로 용접부와 그 주변을 두드려 잔류 응력을 제거하고 재료 표면에 압축응력을 부여하는 공정이다. 용접 시 급속 냉각으로 인해 발생한 인장 잔류응력을 압축응력으로 전환하여 응력 완화, 균열 방지, 피로 강도 향상을 목적으로 한다. 정답은 3번으로, 용접 후 잔류 응력을 제거하기 위한 것이 주목적이다.

고온의 열에 방치된 후 냉각 과정에서 발생하는 망사(그물) 모양의 교차 균열은 열충격으로 인한 특징적 지시다. 재료의 표면과 내부 간 급격한 온도 차이로 인해 서로 다른 수축 응력이 발생하면서 무질서하게 교차하는 세밀한 균열 네트워크가 형성되며, 이는 열충격지시의 대표적 외관이다. 피로 균열은 반복하중에 의해 나타나고, 수축 균열은 건조·응고 과정의 균일한 수축으로 주로 직선적이며, 연삭 균열은 기계 가공 시 발생하므로 열충격지시와 구별된다.

침투탐상시험에서 비관련지시(nonrelevant indication)는 결함이 아닌데도 지시가 나타나는 경우를 말한다. 정답 3번 '부품의 형태, 구조 및 부분 용접에 의해 생긴 지시'는 대표적인 비관련지시로, 제품의 설계 기하학적 형태나 용접부 자체의 정상적인 특성으로 인해 발생하므로 결함 판정의 대상이 아니다. 
1번 비자성체 지시는 자분탐상에서만 발생하므로 침투탐상의 특성과 무관하고, 2번 다중지시는 한 결함이 여러 번 반복되어 나타나는 현상으로 관련지시의 변형이며, 4번 비선형지시는 표면 거칠기나 오염 등으로 인한 거짓 지시이지만 부품 자체의 정상적 특성은 아니다.

용제제거성 형광 침투탐상검사의 장점을 판단하는 문제다. 1번은 휴대용 장비로 현장 검사에 활용되므로 장점, 3번은 형광색소가 비형광색소보다 감도가 우수하므로 장점, 4번은 소량의 시약으로 국소 검사가 가능해 장점이다. 반면 2번 '검사 장소를 어둡게 해야 한다'는 형광 침투탐상검사의 필수 조건이자 제약사항으로, 검사 환경이 제한되는 단점이다. 따라서 정답은 2번이다.

현상제 첨가물 중 물에 녹아 이온으로 해리되는 황산마그네슘(MgSO4)이 전해질로 쓰인다. SiO2, Fe2O3, MgCO3는 물에 거의 녹지 않는 분말 성분이다.

침투탐상검사는 표면 열림 결함(표면 균열, 포자 등)을 검출하기 위해 침투액이 결함 내부로 스며들도록 하는 비파괴검사이므로, 다공질 재질에서는 배경 노이즈가 심해 결함 구분이 어렵다. 질그릇은 도자기 재질로 고유한 다공성을 가지고 있어 침투액이 표면 전체에 흡수되어 결함 위치 파악이 곤란하다. 유리, 티타늄, 알루미늄은 모두 조밀한 표면 구조를 가진 금속 또는 무정질 재질이므로 침투탐상검사 적용이 가능하다.