[침투비파괴검사산업기사 필기] 16년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

다공성 세라믹은 내부에 무수한 기공이 존재하여 침투액이 의도하지 않게 기공으로 스며들어 배경 노이즈가 증가하고, 결함 신호와 구분이 불가능해져 신뢰성 있는 검사가 불가능하다.
침투탐상시험(liquid penetrant testing)은 표면 개구부(열린 결함)를 감지하는 방법으로, 침투액이 결함 내부에 스며들어 색상 또는 형광으로 표시되는 원리이다. 검사 대상은 표면이 밀폐되어 있고 기공성이 낮은 재료에 적합하다.
유리, 플라스틱, 알루미늄은 모두 상대적으로 표면이 치밀하고 기공이 적어 침투탐상시험이 가능하다.

감마선 투과검사는 방사성 동위원소가 자연 붕괴하면서 방출하는 감마선을 이용하므로 외부 전원이 필요하지 않다. X선은 전자총에 고전압을 가해 발생시키기 때문에 반드시 전원이 필요하지만, 감마선은 방사성 물질 자체가 에너지원이 된다. 1번 이동성은 선원을 쉽게 옮길 수 있어 우수하고, 3번 소형 선원으로 좁은 곳 검사가 가능하며, 4번 선원의 배치에 따라 조사 각도를 조절할 수 있는 점도 감마선의 장점이다.

초음파탐상검사에서 결함 검출의 원리는 초음파가 결함의 경계면에서 반사되어야 하므로, 입사 방향과 결함 방향이 수직일 때 반사파가 최대가 되어 탐상감도가 가장 좋다. 따라서 입사 방향과 결함이 평행하면 초음파가 결함을 지나쳐버려 반사파가 거의 없으므로 탐상감도가 매우 낮아진다. 참고로 침투탐상은 표면 개구 결함만 검출 가능(1번 참), 방사선투과는 투과법으로 두께에 따른 감쇠를 이용(2번 참), 초음파는 방사선보다 두께 한계가 크다(3번 참).

강의 분류는 탄소 함유량에 따라 결정되며, 공석점(eutectic point)은 약 0.77%C이다. 0.6%C는 공석점(0.77%C)보다 낮은 탄소 함유량이므로 아공석강(hypoeutectoid steel)에 해당된다. 아공석강은 냉각 시 페라이트와 펄라이트 조직을 가지며, 과공석강(0.77% 초과)은 시멘타이트를 함유하고, 공석강(약 0.77%)은 완전히 펄라이트 조직을 이룬다.

양백(양은, nickel silver)은 Cu(구리)를 주성분으로 하고 Zn(아연)과 Ni(니켈)을 합금원소로 하는 합금이다. 일반적으로 Cu 50~70%, Zn 15~30%, Ni 5~20% 정도의 조성으로 이루어져 있으며, 은색 광택과 우수한 내식성·내마모성을 가진다. 1번의 Zn+Ni+Sn은 Cu를 포함하지 않고, 2번의 Cu+Ni+P는 Zn을 빠뜨렸으며, 4번의 Cu+Sn+Cr은 전형적인 양백 조성이 아니다.

물과 얼음이 평형을 이루는 조건에서 자유도는 1이다. 이는 물과 얼음이 평형을 이루는 온도(또는 압력) 중 하나만 독립변수로 자유롭고 나머지는 결정된다는 의미이다.
자유도는 깁스 상평형 법칙으로 구한다.
$F = C - P + 2$
여기서 $C$는 성분수(물 1개), $P$는 상의 개수(물과 얼음 2개), 2는 압력과 온도 변수이다.
$F = 1 - 2 + 2 = 1$
예를 들어 1기압에서 물과 얼음의 평형 온도는 0°C로 고정되며, 온도를 정하면 평형 압력이 결정된다.

황동(Cu-Zn 합금)의 기계적 성질은 Zn 함유량에 따라 변한다. 인장강도는 Zn 함유량이 약 40~45%일 때 최대값을 나타내며, 이 영역을 α+β 2상 혼합 조직의 경계 부근이라고 본다. Zn 함유량이 30%일 때는 단일 α상으로 강도가 낮고, 50% 이상에서는 취성이 증가하여 인장강도가 감소한다. 따라서 인장강도가 최대인 지점은 약 40%이다.

마그네슘 합금은 마그네슘을 주성분으로 하는 합금이다. 다우메탈은 Mg-Al-Zn 계 합금, 엘렉트론도 Mg-Al 계 합금으로 마그네슘 합금에 해당한다. 미쉬메탈은 희토류 원소(Ce, La 등)의 혼합물이지만 마그네슘을 포함하는 합금으로 분류된다. 반면 퍼멀로이(Permalloy)는 Fe-Ni 계 합금으로 철과 니켈을 주성분으로 하며, 마그네슘을 함유하지 않으므로 마그네슘 합금이 아니다.

고속도 공구강은 오히려 뛰어난 뜨임 저항성이 필수 특성이므로, "뜨임 저항성이 없어야 한다"는 명백히 오류다. 뜨임 저항성이란 높은 온도에서도 경도 저하가 적어야 한다는 의미이며, 이것이 고속도 공구강이 고속 절삭 가공 시 발생하는 마찰열에서도 경도를 유지할 수 있게 해주는 핵심 성질이다.
고속도 공구강(HSS)은 높은 경도, 내마모성, 적열강도(열에 견디는 강도)를 갖춰야 하는 재료다.

초전도상태는 임계온도, 임계자계, 임계전류밀도 이하일 때 일어나므로, "이상의 값"이라고 잘못 기술한 설명이 틀렸다.
대전류·강한 자계: 정확하다. 초전도선의 저항이 0이면 손실 없이 대전류를 통할 수 있고 강자계를 생성할 수 있다.
임계온도에서 전기저항이 0이 되는 재료: 정확하며, 임의의 재료를 충분히 냉각하면 어느 임계온도에서 저항이 0이 되는 현상을 초전도성이라 한다.
활용 사례: 고압송전선, 핵융합 자석, MRI 모두 실제 초전도 응용분야이다.

부하 전류가 증가할 때 단자 전압이 저하하는 특성을 수하(drooping) 특성이라 한다. 수하 특성은 용접기 내부 임피던스로 인해 전류가 증가하면 전압 강하가 커져서 출력 단자 전압이 감소하는 현상으로, 주로 용접봉(스틱) 용접이나 MIG 용접 등에 사용되는 정전류 특성을 나타낸다. 반대로 상승 특성은 전류 증가 시 전압이 상승하고, 정전압 특성은 전류 변화와 관계없이 출력 전압이 일정하게 유지되는 특성이다.

산화 스케일(녹, 산화막)은 무기질 피막이라 증기·알칼리·초음파 세척으로는 잘 제거되지 않는다. 산으로 녹여 없애는 산세척이 가장 효과적이다.

모래분사법(샌드블라스트) 같은 기계적 전처리는 연강처럼 무른 재질의 표면을 변형시켜 결함 개구부를 막을 수 있다. 그러면 침투액이 결함에 들어가지 못하므로 부적절하다. 알칼리 세척, 증기세척, 용제분무법은 개구부를 막지 않고 유분·오염을 제거한다.

침투탐상 지시모양은 길이가 나비의 3배 이상이면 선형지시모양, 3배 미만이면 원형지시모양으로 분류한다. 길이가 나비의 5배이므로 선형지시모양에 해당한다.

수세성 형광침투탐상검사는 침투액이 수용성(물에 녹는)이므로 수분이 있으면 침투액이 희석되거나 세척될 위험이 있어 성능이 저하된다. 따라서 2번은 장점이 아니라 오히려 단점에 해당한다. 반면 1번은 넓은 면적에 분무·침지로 간편하게 적용 가능하고, 3번은 표면 거칠기가 어느 정도 있어도 미세한 결함까지 침투되며, 4번은 액체이므로 복잡한 기하학적 형상의 모든 틈새에 침투 가능하다는 점에서 모두 실제 장점이다.