와전류 탐상검사 소개

전기 모터와 발전기, 릴레이 및 스테레오 스피커의 기본 원리인 자기 작용은 와전류 탐상검사 기기라고 하는 중요한 NDT 도구 범주를 작동하게 하는 힘이기도 합니다.와전류(EC) 탐상검사는 금속 부품 검사를 위한 비접촉 방식입니다.

와전류는 교류 전류가 프로브 어셈블리에 있는 하나 이상의 코일을 통과할 때 생성되는 교류 자기장입니다.검사 중인 부품 가까이에 프로브를 놓으면 교류 자기장이 검사 부품에서 와전류를 유도합니다.검사 부품의 불연속성이나 특성 변화는 와전류의 흐름을 변화시키고 검사 프로브에 의해 탐지되어 재료의 두께 측정 또는 균열과 부식 등의 결함을 탐지할 수 있습니다.

프로브 기술과 데이터 처리는 수년에 걸쳐 발전되었으며, 이제 와전류 탐상검사는 신속하고 간단하며 정확한 검사로 인식되는 지점에 이르렀습니다.이 기술은 이제 항공우주, 자동차, 석유화학 및 발전 산업에서 알루미늄, 스테인리스강, 구리, 티타늄, 황동, 인코넬® 합금 및 탄소강 같은 재료의 표면 또는 표면 근처 결함을 탐지하기 위해 널리 사용됩니다(탄소강은 표면 결함만 해당).이 문서에서는 와전류 탐상검사의 정의, 검사 원리, 일반적인 검사 분야 및 검사 방법에 대해 설명합니다.튜토리얼 내에서 와전류 탐상검사에 대한 보다 구체적인 세부 내용을 확인할 수 있습니다.
 

와전류 탐상검사 작동 방식

와전류 탐상검사는 전자기 유도의 물리적 현상을 기반으로 합니다.와전류 프로브에서 교류는 와이어 코일을 통해 흐르고 진동 자기장을 생성합니다.프로브와 그 자기장이 금속 시험편 같은 전도성 재료에 가까워지면 와전류라고 하는 전자의 원형 흐름이 물줄기에서 소용돌이치는 물처럼 금속을 통해 이동하기 시작합니다.금속을 통해 흐르는 와전류는 자체 자기장을 생성하고, 이 자기장은 상호 인덕턴스를 통해 코일 및 그 자기장과 상호 작용합니다.

금속의 두께 변화나 표면 근처 균열 등의 결함은 와전류의 진폭과 패턴 그리고 그 결과로 얻은 자기장을 방해하거나 변경합니다.이는 결국 코일의 전기 임피던스를 변화시켜 코일의 전자 이동에 영향을 미칩니다.와전류 기기는 임피던스 진폭 및 위상각의 변화를 표시하며, 숙련된 작업자가 시험편의 변화를 식별하는 데 사용할 수 있습니다.

와전류 밀도는 부품 표면 근처에서 가장 높기 때문에 부품 표면 근처는 검사 분해능이 가장 높은 영역입니다.표준 침투 깊이는 와전류 밀도가 표면 값의 37%일 때의 깊이로 정의되며, 검사 주파수와 검사 재료의 자기 투자율 및 전도도를 이용해 계산할 수 있습니다.따라서 검사 재료의 전도도, 해당 자기 투자율, 코일을 구동하는 AC 펄스의 주파수, 코일 형상에서 나타나는 변화는 모두 검사 감도, 분해능 및 침투에 영향을 미칩니다.

와전류 검사 기능에 영향을 미칠 수 있는 요인은 많이 있습니다.더 높은 전도도 값을 가진 재료에서 이동하는 와전류는 표면 결함을 탐지할 때 감도가 더 좋지만, 재료에 덜 침투하며, 검사 주파수에 따라 침투 깊이도 달라집니다.검사 주파수가 높을수록 표면 근처 분해능이 증가하지만 침투 깊이가 제한됩니다. 반면에 검사 주파수가 낮을수록 침투 깊이가 증가합니다.코일이 클수록 자기장이 시험편으로 더 깊이 흐르기 때문에 지정된 위치에서 더 많은 양의 재료를 검사하는 반면, 코일이 작을수록 작은 결함을 탐지할 때 감도가 더 좋습니다.재료의 투자율 변화는 노이즈를 생성하고 이는 더 큰 배경 변화로 인해 결함 분해능을 제한할 수 있습니다.

전도도와 투자율은 검사 재료의 특성이고 작업자의 제어 범위를 벗어나 있지만 검사 주파수, 코일 유형 및 코일 크기는 검사 요구 사항에 따라 선택할 수 있습니다.특정 검사에서 분해능은 프로브 유형에 따라 결정되고 탐지 기능은 재료 및 장비 특성에 따라 제어됩니다.일부 검사에서는 결과를 최적화하기 위해 여러 주파수를 거치거나, 가능한 모든 결함을 탐지하는 데 필요한 최상의 분해능과 침투 깊이를 얻기 위해 여러 프로브를 사용합니다.검사 성능을 최적화하려면 각 응용 분야에 적합한 프로브를 선택하는 것이 항상 중요합니다.
 

와전류 탐상검사 장비

일부 구형 와전류 기기에서는 간단한 아날로그 계측기 디스플레이를 사용했지만 이제 표준 형식은 x축의 코일 저항과 y축의 유도성 리액턴스를 그래프로 나타내는 임피던스 평면 플롯입니다.플롯의 변화는 시험편의 변화에 해당합니다.예를 들어, 아래 디스플레이는 알루미늄의 표면 균열 검사를 위한 설정을 보여줍니다.상단 곡선은 0.04인치 깊이의 표면 균열, 중간 곡선은 0.02인치 깊이의 균열, 가장 작은 곡선은 0.008인치 깊이의 균열을 나타냅니다.수평선은 알루미늄 부분에서 프로브가 “nulled”(균형 조정)되어 있는 리프트오프이며 공중에서 들어 올리면 신호가 왼쪽으로 바로 이동합니다.이 검사는 펜슬형 프로브를 사용하여 수행됩니다.

이 디스플레이에서는 기기가 보정된 것으로 볼 수 있습니다.매개변수가 일단 설정되면 검사 중에 변경해서는 안 됩니다.검사 측정은 참조 보정을 기준으로 한 신호의 비교에 전적으로 의존합니다.

또 다른 일반적인 검사에는 금속에 도장된 페인트 같은 비전도성 코팅의 측정이 포함됩니다.아래 화면 디스플레이에서는 알루미늄의 비금속 코팅을 보여줍니다.이 응용 분야의 경우, 프로브는 공기 중에서 “nulled”(균형 조정)된 후 샘플 위에 놓입니다.상단 선은 코팅이 전혀 없는 알루미늄의 신호를 보여줍니다.두 번째 선은 0.004인치 코팅, 그 다음은 0.008인치 코팅, 그리고 하단 선은 0.012인치 코팅입니다.이 이미지를 만들기 위해, 각 신호 사이의 분리를 표시하려고 각 측정 사이에 표시 위치를 변경해야 했습니다.이 보정이 완료된 후, 검사자는 재료를 측정하고 신호가 화면을 가로질러 이동하는 거리를 관찰합니다.코팅이 너무 두껍거나 너무 얇으면 경보 기능을 사용하여 검사자에게 알릴 수 있습니다.

전도성 재료의 비전도성 코팅 두께를 측정하는 두 번째 방법은 Olympus NORTEC™ 600 시리즈 기기(N600C, N600S, N600D 모델)의 전도도 측정 기능을 사용하는 것입니다.이 측정에서는 위에 보이는 표준 임피던스 화면 대신 아래 화면을 표시하는 특수 전도도 프로브를 사용합니다.이 측정은 재료의 전도도를 결정하는 데 가장 일반적으로 사용되지만, 재료의 “리프트오프”로 간주되는 코팅 두께를 알 수 있고 프로브가 전도성 재료의 표면에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지 확인할 수도 있습니다.이 예는 알루미늄 시험편의 0.004인치 코팅이었습니다.

와전류 탐상검사 기기는 사용되는 프로브 유형에 따라 다양한 검사를 수행할 수 있습니다.프로브를 신중하게 선택하면 검사 성능을 최적화하는 데 도움이 됩니다.

와전류 프로브의 일반적인 유형

ECT에 일반적으로 사용되는 몇 가지 프로브가 아래에 나와 있으며 이러한 프로브가 표적으로 하는 결함 유형 및 일반적으로 검사하는 부품에 대해서도 설명되어 있습니다.

표면 프로브: 금속 표면 위와 아래의 결함을 식별하는 데 사용되는 표면 프로브는 일반적으로 더 깊은 침투 또는 더 넓은 영역의 스캔을 위해 더 낮은 주파수를 수용할 수 있는 큰 직경을 가지고 있습니다.

펜슬형 프로브: 표면 근처 결함의 높은 분해능을 위해 고주파용으로 제작된 코일을 수용하는 작은 직경의 프로브입니다.

볼트 구멍 프로브: 볼트 구멍 내부를 검사하도록 설계된 이 프로브는 손으로 회전하거나 회전식 스캐너를 사용하여 자동으로 회전할 수 있습니다.

도넛형 프로브: 패스너가 제자리에 있을 때 항공기 패스너 구멍을 검사하도록 설계되었습니다.

슬라이딩 프로브: 항공기 패스너 구멍을 검사하는 데도 사용되는 슬라이딩 프로브는 도넛형 프로브에 비해 스캔 속도가 빠릅니다.

ID 프로브: 내부에서 열 교환기 및 이와 유사한 금속 튜브를 검사하는 데 사용되는 내경(ID) 프로브는 다양한 크기로 제공됩니다.

OD 프로브: 시험편이 코일을 통과하게 하여 외부에서 금속 튜브와 막대를 검사하는 데 사용됩니다.

여기에서 와전류 프로브 유형의 전체 목록과 사용 방법을 찾을 수 있습니다.
 

일반적인 응용 분야

와전류 탐상검사는 잠재적인 안전 또는 품질 관련 문제를 파악하기 위해 금속 박막 검사가 필요한 항공우주 산업과 기타 제조 및 서비스 환경에서 널리 사용됩니다.금속 시트 및 튜브의 균열 탐지 외에도, 항공기 외판 아래의 부식 식별, 전도도 측정, 열처리 효과 모니터링, 전도성 기판 위의 비전도성 코팅 두께 결정 등 특정 금속 두께 측정에 와전류 탐상검사를 사용할 수 있습니다.현장 휴대형 기기와 고정 시스템 기기 모두 다양한 검사 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

와전류 NDT는 넓은 영역을 매우 빠르게 검사할 수 있으며 커플링 액체를 사용할 필요가 없습니다.균열 탐지 외에도, 와전류 탐상검사는 이러한 특성이 중요한 응용 분야에서 금속 경도와 전도도를 확인하고 금속 부품의 페인트 같은 비전도성 코팅의 얇은 층을 측정하는 데도 사용할 수 있습니다.그와 동시에, 와전류 탐상검사는 전기를 전도하는 재료로 제한되므로 플라스틱에는 사용할 수 없습니다.경우에 따라 와전류와 초음파 검사가 보완 기술로 함께 사용되는데, 와전류는 빠른 표면 검사에 유리하고 초음파는 더 깊은 침투에 유리합니다.

가장 일반적인 와전류 탐상검사 응용 분야 목록이 아래에 나와 있습니다.

용접 검사 – 많은 용접 검사에서 표면 아래 검사를 위해 초음파 NDT를 사용하고, 용접 캡과 열 영향부(HAZ)에서 열린 표면 균열 탐지를 위해 표면을 스캔하는 데 보완적인 와전류 방법을 사용합니다.

전도도 검사 – 와전류 탐상검사의 전도도 측정 기능은 철과 비철 합금을 식별 및 분류하고 열처리를 확인하는 데 사용할 수 있습니다.

표면 검사 – 가공 부품 및 금속 스톡의 표면 균열은 와전류로 쉽게 식별할 수 있습니다.여기에는 항공기 및 기타 중요한 응용 분야의 패스너 주변 영역 검사가 포함됩니다.

부식 탐지 – 와전류 기기는 알루미늄 항공기 외피 같은 얇은 금속 내부의 부식을 탐지하고 수량화하는 데 사용할 수 있습니다. 저주파 프로브는 초음파로 검사할 수 없는 금속의 두 번째 및 세 번째 층에서 부식을 찾는 데 사용할 수 있습니다.

볼트 구멍 검사 – 볼트 구멍 내부의 균열은 흔히 자동 회전식 스캐너를 사용하여 볼트 구멍 프로브로 탐지할 수 있습니다.

튜브 검사 – 제조 단계의 튜브 인라인 검사와 열 교환기 같은 튜브의 현장 검사는 모두 일반적인 와전류 응용 분야입니다.균열과 두께 변화를 모두 탐지할 수 있습니다.

여기에서 와전류 탐상검사 응용 분야의 광범위한 목록을 찾을 수 있습니다.
 

와전류 탐상검사를 위한 참조 표준

기기와 프로브로 구성된 와전류 시스템은 항상 검사 시작 시 적절한 참조 표준을 가지고 보정해야 합니다.이 프로세스에는 지정된 시험편에서 기준 표시를 식별하는 작업 그리고 식별을 위해 의도된 검사 조건에서 이 표시가 어떻게 변경되는지 관찰하는 작업이 포함됩니다.결함 탐지 응용 분야에서, 일반적으로 이 보정 프로세스에서는 결함을 시뮬레이션하기 위해 톱 절단, 드릴 구멍, 밀링된 벽 등 인공적인 결함을 포함하여 시험편과 동일한 재료, 모양, 크기의 참조 표준을 사용합니다.두께 측정 응용 분야에서 참조 표준은 알려진 두께의 다양한 샘플로 구성됩니다.작업자는 참조 표준의 응답을 관찰한 후 시험편의 지시(indication)를 이러한 참조 패턴과 비교하여 부품을 분류합니다.적절한 참조 표준을 사용하여 적절하게 보정하는 것은 모든 와전류 검사 절차에서 필수 부분입니다.
 

와전류 배열

와전류 배열(ECA) 검사는 동일한 프로브 어셈블리에 나란히 배치된 여러 와전류 코일을 동시에 사용할 수 있는 기능을 제공하는 기술입니다.각 개별 코일은 그 아래 구조의 위상 및 진폭과 관련된 신호를 생성합니다.이 데이터는 인코딩된 위치 및 시간을 참조하고 평면 보기에서 구조를 보여주는 C 스캔 이미지로 그래픽이 표시됩니다.C 스캔 이미지 처리를 통해 시각화를 제공하는 것 외에도, ECA를 사용하면 높은 분해능을 유지하면서 한 번의 패스로 더 넓은 영역을 관찰할 수 있습니다.ECA에서는 더 간단한 픽스처링을 사용할 수 있고 시험편의 프로파일에 맞게 제작된 맞춤형 프로브를 통해 복잡한 모양의 검사를 단순화할 수도 있습니다.

와전류 탐상검사의 역사