P2-1022분
파괴검사 상세
인장, 굽힘, 경도, 충격 시험
🔵Reviewed — 교차 검증 완료
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파괴검사(Destructive Testing, DT)는 시편을 실제로 파괴하여 기계적 성질을 측정하는 시험입니다. PQR(절차 인정 기록) 작성 시 반드시 수행하며, ASME IX와 AWS D1.1에서 요구하는 주요 파괴시험을 다룹니다.
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1. 인장시험(Tensile Test)
용접 이음부의 인장강도를 측정하는 시험입니다.
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 시편 형태 | 용접부를 포함한 판상 시편 (환봉 시편은 모재용) |
| 측정값 | 인장강도(UTS), 항복강도(YS), 연신율(EL%), 단면수축률(RA%) |
| ASME IX 합격 기준 | 인장강도 ≥ 모재 규격 최소 인장강도 |
| 파단 위치 | 용접금속, HAZ, 모재 중 어디서든 합격 (강도만 충족하면) |
| 시편 수 | PQR당 2개 (개선 용접) |
인장시험 주요 용어:
- 항복점(Yield Point, YP): 영구 변형이 시작되는 응력
- 인장강도(UTS): 최대 하중/원래 단면적
- 연신율(Elongation): (파단 후 길이 - 원래 길이) / 원래 길이 × 100%
- 단면수축률(RA): (원래 면적 - 파단부 면적) / 원래 면적 × 100%
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2. 굽힘시험(Bend Test)
용접부의 연성(Ductility)과 건전성(Soundness)을 평가합니다. 미세 결함(용입 부족, 융합 부족)도 굽힘 시 표면에 드러납니다.
| 종류 | 인장면 | 주요 평가 부위 |
|---|---|---|
| 표면 굽힘(Face Bend) | 용접 표면(Cap)이 인장 | 용접 표면 품질 |
| 이면 굽힘(Root Bend) | 루트면이 인장 | 루트 용접 품질 |
| 측면 굽힘(Side Bend) | 용접 단면이 인장 | 두께 19mm 이상 시 적용 |
ASME IX 합격 기준:
- 굽힘 후 인장면에 3mm(1/8 in) 이상의 열린 결함이 없을 것
- 모서리 결함(Edge Crack)은 6mm 이하이면 무시 가능
- 굽힘 각도: 180° (지그 반경에 따라)
- 시편 수: PQR당 4개 (표면 2 + 이면 2, 또는 측면 4)
시험 핵심: "두께 19mm 이상에서 표면/이면 굽힘 대신 측면 굽힘을 하는 이유" → 두꺼운 시편에서 표면/이면 굽힘은 과도한 변형으로 인해 건전한 용접부에서도 균열이 발생할 수 있기 때문입니다.
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3. 경도시험(Hardness Test)
용접부, HAZ, 모재의 경도 분포를 측정합니다. HAZ의 과도한 경화(마르텐사이트)를 확인하는 데 특히 중요합니다.
| 시험법 | 압입자 | 하중 | 용도 |
|---|---|---|---|
| 비커스(HV) | 다이아몬드 사각뿔 | 1~120 kgf | 가장 정밀, 미소 경도 가능 |
| 브리넬(HB) | 강구/초경합금구 | 3,000 kgf | 모재 벌크 경도 |
| 로크웰 C(HRC) | 다이아몬드 원뿔 | 150 kgf | 빠른 측정, 경화재 |
경도 제한 기준 (일반적):
- 탄소강/저합금강 HAZ: HV 350 이하 (NACE MR0175에서는 HRC 22/HV 248 이하)
- Sour Service(H₂S 환경): 더 엄격한 기준 적용
- ISO 15614: 경도시험이 PQR 기본 요구 사항
경도 변환 (근사값):
- HV 350 ≈ HRC 36 ≈ HB 330
- HV 248 ≈ HRC 22 ≈ HB 237
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4. 충격시험(Impact Test / Charpy V-Notch Test)
재료의 인성(Toughness)과 연성-취성 천이 온도(DBTT)를 평가합니다.
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 시편 | 10×10×55mm, V-노치(2mm 깊이, 45°) |
| 시험 방법 | 진자 해머(Pendulum)로 충격 파괴, 흡수 에너지 측정 |
| 측정값 | 흡수 에너지(J 또는 ft·lb) |
| 시험 온도 | 사용 온도 또는 규격 지정 온도 (예: -29°C, -46°C) |
| 시편 수 | 일반적으로 3개 1조 (평균값 + 개별 최소값 기준) |
합격 기준 예시 (ASME VIII):
- 3개 평균: 27J (20 ft·lb) 이상
- 개별 최소: 20J (15 ft·lb) 이상
- 시험 위치: 용접금속, HAZ 각각 시험
파면 판독:
- 연성 파면: 딤플(Dimple) 형태, 섬유상(Fibrous), 흡수 에너지 높음
- 취성 파면: 벽개(Cleavage), 결정 무늬, 광택, 흡수 에너지 낮음
- 전단 파면율(Shear Fracture %): 연성 파면의 비율
ASME IX vs ISO 15614 차이: ASME IX에서는 충격시험이 Supplementary Essential Variable(건설 규격에서 요구 시만). ISO 15614에서는 기본 요구 사항이며 경도시험도 필수입니다.
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5. 매크로/마이크로 검사
| 검사 | 배율 | 목적 |
|---|---|---|
| 매크로 검사 | 5~20배 | 용접부 단면 전체 형상, 결함(기공, 슬래그, 융합불량) 육안 확인 |
| 마이크로 검사 | 50~500배 | 미세 조직 관찰(마르텐사이트, 펄라이트, 결정립 크기) |
매크로 시편 제작:
1. 용접부 단면 절단 → 연마(#80~#600)
2. 에칭(Etching): 탄소강은 니탈(Nital, 질산+에탄올) 5~10%
3. 건조 후 사진 촬영
매크로 검사 판독 포인트:
- 용입 깊이(Penetration Depth)
- 융합선(Fusion Line) 건전성
- 비드 형상(폭/깊이 비율)
- 기공, 슬래그 혼입, 균열 여부
- 각 패스의 배치 상태
1
시험편 채취
PQR 시험편에서 규정 위치(인장, 굽힘, 충격)별 시편을 채취하고 기계 가공합니다.
2
인장시험 실시
UTS ≥ 모재 최소 인장강도. 파단 위치(용접금속/HAZ/모재) 기록.
3
굽힘시험 실시
Face/Root/Side Bend. 180° 굽힘 후 결함 크기 3mm 이하 합격.
4
충격·경도시험
샤르피 V-노치 충격시험(요구 시), 비커스/브리넬 경도시험으로 용접부 성질 검증.
🎯 학습 확인 퀴즈⚠️ 자체 제작 문항1 / 8
ASME IX PQR 인장시험의 합격 기준은?