NDT 비파괴검사 4종 비교 — UT·RT·MT·PT는 언제 쓰나

비드가 예쁘다고 속까지 멀쩡한 것은 아니다

탱크나 압력용기를 인수할 때 대부분의 담당자가 가장 먼저 보는 것은 용접 비드의 생김새입니다. 물결이 고르고 폭이 일정하면 잘 만든 것 같고, 울퉁불퉁하면 불안합니다. 그런데 용접 결함 중 발주처에 실제 손해를 끼치는 유형은 대체로 겉에서 보이지 않는 곳에 있습니다. 용착 금속 안에 갇힌 기공, 층과 층 사이가 제대로 녹아 붙지 않은 융합 불량, 냉각 과정에서 생긴 미세한 균열은 표면만 매끈하게 마무리해 버리면 아무 흔적도 남기지 않습니다.

용접부의 강도나 연성을 정확히 알아보려면 잘라서 시험하는 방법이 가장 확실합니다. 하지만 납품할 제품을 자를 수는 없으니, 시편으로는 절차를 검증하고 실제 제품은 파괴하지 않고 확인하는 방법을 씁니다. 이것이 비파괴검사, 흔히 NDT라고 부르는 작업입니다.

발주 실무에서 NDT가 까다로운 이유는 기술 자체보다 계약의 모호함에 있습니다. 견적서나 사양서에 "비파괴검사 실시"라는 한 줄만 적혀 있는 경우가 의외로 많습니다. 이 문장은 사실상 아무것도 정하지 않은 것과 같습니다. 어떤 방법으로, 전체 용접선 중 어디를, 어느 시점에, 무슨 기준으로 합격 판정할 것인지가 빠져 있기 때문입니다. 네 가지 검사법의 성격을 알아 두면 이 빈칸을 채울 수 있고, 제작사와의 대화도 훨씬 빨라집니다.

네 가지를 가르는 두 개의 갈림길

먼저 짚어 둘 것은 모든 검사의 출발점이 여전히 육안검사라는 점입니다. 비드 형상, 언더컷, 오버랩, 용접 시작·끝단 처리, 아크 스트라이크 자국 같은 것은 조명과 확대경, 게이지만으로도 상당 부분 걸러집니다. 특수 장비를 동원하는 네 가지 검사는 육안으로 못 보는 영역을 메우는 수단이지 육안검사를 대체하는 것이 아닙니다.

갈림길 하나 — 결함이 표면에 있나, 두께 안에 있나

PT(침투 탐상)와 MT(자분 탐상)는 표면 계열입니다. 표면에 열려 있거나 표면 바로 아래에 있는 결함을 찾는 데 쓰며, 두께 한가운데 박힌 결함은 원리상 볼 수 없습니다. 반대로 RT(방사선 투과)와 UT(초음파 탐상)는 체적 계열로, 부재의 두께 방향 전체를 대상으로 삼습니다.

결함의 모양도 선택에 영향을 줍니다. 기공이나 슬래그 개재물처럼 부피를 가진 둥근 결함은 방사선 필름에 뚜렷한 농도 차이로 나타나 RT가 잘 잡아냅니다. 반대로 균열이나 융합 불량처럼 얇고 평평한 결함은 초음파가 되돌아오는 반사면이 되기 때문에 UT가 유리합니다. 같은 용접선을 두고도 무엇을 걱정하느냐에 따라 답이 달라지는 셈입니다.

갈림길 둘 — 재질이 자석에 붙나

MT는 자기력선을 이용하므로 강자성체에만 적용됩니다. 탄소강이나 저합금강 구조물에는 쓸 수 있지만, 식품·화학 탱크에 널리 쓰이는 오스테나이트계 스테인리스는 자성이 거의 없어 사실상 적용이 어렵습니다. 그래서 스테인리스 설비의 표면 검사는 재질을 가리지 않는 PT로 넘어가는 경우가 많습니다.

UT 역시 재질의 영향을 받습니다. 오스테나이트계 스테인리스 용접부는 결정 조직이 굵고 방향성이 있어 초음파가 산란·감쇠하기 쉽고, 그만큼 신호 판독이 까다로워집니다. 적용이 불가능한 것은 아니지만 전용 탐촉자와 경험이 필요하다는 점은 알아 두는 편이 좋습니다.

PT·MT — 표면 쪽을 훑는 두 방법

PT(침투 탐상) — 열린 틈으로 스며들었다가 다시 배어 나온다

침투 탐상은 모세관 현상을 이용합니다. 표면에 침투액을 바르면 눈에 보이지 않는 미세한 틈으로 액이 스며들고, 표면의 여분을 닦아 낸 뒤 현상액을 뿌리면 틈 속에 남아 있던 액이 다시 빨려 나와 실제 결함보다 훨씬 크게 번져 보입니다. 원리가 단순한 만큼 장비 부담이 적고 형상이 복잡한 부위에도 적용할 수 있습니다.

1. 전처리

   검사면의 기름, 슬래그, 스패터, 도장을 제거합니다. 이 단계의 청결도가 결과를 좌우합니다.

2. 침투액 도포

   검사면에 침투액을 고르게 바르고 결함 속으로 스며들 시간을 줍니다.

3. 여분 제거

   표면에 남은 침투액만 걷어 냅니다. 과하게 닦으면 결함 속의 액까지 빠져나갑니다.

4. 현상

   현상액을 얇게 도포해 결함 속 침투액을 표면으로 끌어올립니다.

5. 관찰·판정

   일정 시간 뒤 나타난 지시 모양과 크기를 보고 결함 여부를 판정합니다.

PT의 결정적인 한계는 표면으로 열려 있는 결함만 보인다는 것입니다. 표면 아래 1mm에 있는 기공은 아무리 정성껏 검사해도 나타나지 않습니다. 표면이 지나치게 거칠거나 다공질이면 배경 전체가 얼룩져 판독이 어려워지고, 3단계에서 여분을 너무 세게 닦아 내면 결함 지시까지 사라져 버립니다. 절차가 쉬워 보이는 검사일수록 수행자의 숙련도가 결과 차이를 만듭니다.

스테인리스나 니켈 합금에는 염소와 황 함유량이 관리된 검사액을 쓰는 것이 일반적입니다. 잔류 성분이 나중에 부식의 출발점이 될 수 있기 때문이며, 검사가 끝난 뒤 세정을 어디까지 할지도 미리 협의해 두는 편이 좋습니다. 식품용 설비라면 특히 챙겨야 할 부분입니다.

MT(자분 탐상) — 새어 나온 자속이 쇳가루를 붙잡는다

자분 탐상은 검사 부위를 자화시킨 뒤 미세한 자성 분말을 뿌리는 방식입니다. 결함이 있으면 그 지점에서 자기력선이 표면 밖으로 새어 나오고, 분말이 그 자리에 달라붙어 결함의 윤곽을 그립니다. 표면에 열린 결함은 물론 표면 바로 아래의 얕은 결함까지 잡아낼 수 있어, 강재 구조물에서는 PT보다 유리한 경우가 많습니다.

속도도 장점입니다. 침투 시간과 현상 시간을 기다려야 하는 PT와 달리, 자화와 동시에 결과가 나타나므로 긴 용접선을 훑어 나가기에 적합합니다. 대신 두 가지를 기억해야 합니다. 첫째, 결함이 자기력선과 나란히 놓이면 자속이 거의 새지 않아 지시가 흐리게 나타납니다. 그래서 방향을 바꿔 두 번 자화하는 것이 보통입니다. 둘째, 검사 후 남은 잔류 자기가 이후 용접이나 기기 작동에 영향을 줄 수 있어 필요하면 탈자 작업을 합니다.

RT·UT — 두께 안쪽을 들여다보는 두 방법

RT(방사선 투과) — 결과가 그림으로 남는다

방사선 투과 검사는 용접부 한쪽에서 방사선을 쏘고 반대편에 놓인 필름이나 디지털 검출기로 투과된 양을 기록합니다. 결함이 있는 부분은 방사선이 상대적으로 덜 흡수되어 다른 농도로 나타나고, 그 결과 용접부 내부가 한 장의 이미지로 남습니다.

RT의 가장 큰 강점은 이 기록성입니다. 검사 당시 현장에 없었던 사람도 나중에 원본을 다시 판독할 수 있어, 발주처와 제작사, 제3의 검사 기관이 같은 자료를 놓고 이야기할 수 있습니다. 준공 서류로서의 가치도 높고, 몇 년 뒤 문제가 생겼을 때 최초 상태를 확인하는 근거가 됩니다.

한계도 분명합니다. 균열처럼 얇은 면상 결함은 방사선의 진행 방향과 어긋나 있으면 이미지에 거의 나타나지 않을 수 있습니다. 선원과 필름을 마주 놓아야 하므로 양쪽 접근이 가능해야 하고, 판이 두꺼워질수록 촬영 시간이 길어집니다. 무엇보다 방사선을 다루는 작업이라 주변 구획과 출입 통제가 필요하고, 다른 공정이 멈춘 시간대에 진행하는 경우가 많아 일정에 영향을 줍니다.

UT(초음파 탐상) — 되돌아오는 신호로 깊이를 읽는다

초음파 탐상은 탐촉자로 고주파 진동을 재료 안에 넣고 되돌아오는 신호를 봅니다. 내부에 결함이 있으면 그 경계면에서 초음파가 반사되어 돌아오고, 왕복에 걸린 시간으로 결함이 어느 깊이에 있는지 계산할 수 있습니다. 두꺼운 부재일수록 RT보다 유리해지는 구간이 생기고, 무엇보다 한쪽 면만 접근할 수 있어도 검사가 된다는 점이 현장에서 큰 장점입니다.

균열이나 융합 불량 같은 면상 결함에 민감하다는 것도 RT와 대비되는 특징입니다. 방사선 관리 부담이 없어 다른 공정과 나란히 진행할 수 있고, 결과를 그 자리에서 확인해 필요하면 즉시 보수 용접으로 넘어갈 수 있습니다.

반면 결과가 화면상의 신호 형태로 나타나기 때문에 판독자의 기량에 대한 의존도가 높습니다. 같은 부위를 검사해도 탐촉자 각도, 접촉 상태, 감도 설정에 따라 다른 해석이 나올 여지가 있습니다. 수동 UT는 RT처럼 이미지가 남지 않고 검사 기록지 형태로 정리되므로, 기록이 중요한 프로젝트에서는 위상배열(PAUT)이나 TOFD처럼 신호를 영상으로 저장하는 기법을 별도로 요구하기도 합니다. 얇은 판이나 형상이 복잡해 탐촉자를 밀착시키기 어려운 부위는 적용이 제한됩니다.

4종 한눈에 비교

지금까지의 내용을 표로 정리하면 다음과 같습니다. 실제 적용 여부는 설비 종류와 계약 조건에 따라 달라지므로, 방법을 고를 때의 출발점 정도로 보시면 됩니다.

표를 한 문장으로 줄이면 이렇습니다. 표면을 볼 것인가 속을 볼 것인가를 먼저 정하고, 재질이 자성인지 확인한 뒤, 기록을 어느 수준까지 남길지 결정하면 대개 답이 나옵니다. 탄소강 압력용기라면 MT와 RT의 조합이, 스테인리스 저장탱크라면 PT를 중심에 두고 필요한 이음부에 RT나 UT를 더하는 구성이 흔히 검토됩니다.

검사 계획에서 미리 정해 둘 것들

검사법을 알아 두는 목적은 결국 계약서와 사양서를 구체적으로 쓰기 위해서입니다. 다음 여섯 가지는 제작 착수 전에 문장으로 남겨 두면 뒤탈이 거의 없는 항목입니다.

여섯 항목을 모두 발주처가 결정해야 한다는 뜻은 아닙니다. 오히려 제작사에 "우리 설비 조건에서는 어떤 조합을 권하십니까"라고 묻고, 그 답을 문서로 남기는 편이 실용적입니다. 검사 체계를 갖춘 제작사라면 설비 용도와 재질, 두께를 듣고 나서 권장안과 그 이유를 설명할 수 있습니다. (주)원성산업기계는 UT·RT·MT·PT 네 가지 검사 체계를 제작 검사 단계에 포함해 운용하고 있으며, 검사 범위와 기준은 착수 전 발주처와 협의해 확정합니다.

현장에서 자주 어긋나는 지점

NDT를 둘러싼 분쟁은 대체로 기술적으로 어려운 문제가 아니라 합의되지 않은 빈칸에서 생깁니다. 자주 반복되는 유형은 다음과 같습니다.

1. 재질을 고려하지 않은 방법 지정. 사양서에 관행적으로 MT가 적혀 있는데 실제 재질은 오스테나이트계 스테인리스인 경우가 있습니다. 적용 자체가 어려우므로 착수 전에 PT로 대체할지 협의해야 합니다.
2. 발췌 검사 대상 선정 방식 미합의. "일부 발췌"라고만 적으면 어느 이음부를 고를지가 제작사 재량이 됩니다. 어떤 부위를 우선 대상으로 삼을지 원칙을 정해 두는 편이 낫습니다.
3. 검사 시점 착오. 표면 처리나 도장, 보온이 끝난 뒤에 검사를 요구하면 마감을 다시 걷어 내야 합니다. 공정표에 검사 시점을 표시해 두면 예방됩니다.
4. 재검사 범위 누락. 결함이 나와 보수 용접을 했다면 어디까지 다시 검사할지가 문제가 됩니다. 보수 부위만인지 인접 구간까지인지 미리 정해 두십시오.
5. 입회 통보 리드타임 부재. 참관하겠다고 해 놓고 통보 기간을 정하지 않으면, 검사 전날 연락이 오거나 반대로 참관 없이 검사가 끝나 있습니다.
6. 서류 수령 시점 지연. 검사 성적서를 출하 후에 챙기려 하면 누락된 항목을 보완할 기회가 사라집니다. 납품 검사 단계에서 함께 받는 것이 원칙입니다.

여섯 가지 모두 착수 전 회의 한 번으로 정리할 수 있는 것들입니다. 비파괴검사는 품질을 새로 만들어 내는 공정이 아니라 이미 만들어진 품질을 확인하는 절차입니다. 확인의 기준이 흐릿하면 검사를 아무리 많이 해도 신뢰가 쌓이지 않고, 기준이 분명하면 검사 물량이 많지 않아도 양쪽 모두 근거를 갖게 됩니다.