레일용접부 초음파 탐상

1. 목적과 적용 범위
(1) 이 부록은 레일용접 개소의 용접결함 검출을 목적으로 하며, 용접시공시의 “레일 용접부의 비파괴 검사방법”중에 초음파탐상에 적용한다.
(2) 초음파탐상은 펄스반사법에 의한 기본 표시의 포터블 초음파 탐상기를 사용하며, 탐촉자의 수동 주사에 의한 직접 접촉법으로 한다.

2. 장치 및 부속품

(1) 탐상기
A-scope 표시의 펄스 반사식 초음파 탐상기를 사용한다.

(2) 탐촉자
1 주파수 2 MHz, 진동자 크기 10×10, 공칭 굴절각 45 ̊의 사각 탐촉자를 사용한다.
2 정밀도가 높게 결함의 위치를 찾기 위하여 KS B 0829에 규정된 초음파 탐상용 표준시험편(STB-A1)을 사용하여 탐촉자의 입사점, 굴절각을 정확히 측정한다.

가. 입사점의 측정
STB-A1 시험편의 100R 곡면을 향하여 초음파를 입사한다. 탐촉자를 전후로 이 동(전후 주사)시켜 곡면으로부터의 에코 높이가 최대가 되는 위치에서 고정한다. 이 때, 100R의 중심을 나타내는 표시(silt의 곡면측)에 대응시켜 탐촉자 측면의 입사점 눈금을 0.5 눈금 단위로 읽는다. 이 값이 사용 탐촉자의 입사점이다

※ 반드시 탐촉자 밑면에 쐐기를 부착한 후 사용한다.

입사각 측정방법

나. 굴절각의 측정
STB-A1 시험편의 45°부근에서 50φ 구멍을 향하여 탐촉자를 전후 주사하여 에코가 최대가 되는 위치를 구한다. 이때 1에서 측정한 입사점에 대한 표준 시험 편의 각도 눈금을 0.2 ̊ 단위로 읽는다. 이 값이 사용 탐촉자의 굴절각이다.

굴절각의 측정방법(STB-A1)

(3) 대비 시험편
대비 시험편(RW1-60형.레일 용접부 탐상용)은 JIS E 1101-1990에 규정된 60kg 레일을 가공한 것을 사용한다. 이에 대한 형상 및 크기는 그림 3과 같다.

레일 용접부 탐상용 대비 시험편 (단위 mm)

(4) 접촉매질
접촉매질은 원칙적으로 글리세린, 기계유를 사용한다.

3. 탐상준비
(1) 용접부 및 탐상면의 손질
1 두부 및 저부 측면의 덧살이 잘 제거되었는지를 확인한다. 탐상에 지장을 줄 수 있 는 단이 용접부 표면에 존재할 경우는 그 부분을 매끄럽게 마무리한다.

2 테르밋 용접부에 있어서는 특히 저부 측면의 덧살하부에 주의하여야 한다.
3 탐상면이 되는 두부면(용접부 양측 약 200mm의 범위), 두부측면(용접부의 양측 약 100mm) 및 저부측면(용접부 양측 약 150mm)에 대해서는 스패터, 녹, 페인트, 스케일 등을 제거하고, 탐촉자의 안정된 접촉과 주사를 할 수 있도록 평활하게 한다.

(2) 주파수.리젝션.펄스 폭 등의 설정
주파수는 2 MHz, 리젝션 및 DAC는 “0” 또는 “OFF", 펄스폭 및 파형은 “보통"으로 한다.
(3) 시간축의 조정
실제로 사용하는 탐상기와 탐촉자의 조합에 의해 일탐촉자법으로 조정한다.
1 대비 시험편(RW1-60형)의 결함 수직거리(탐상면에서 중심까지의 깊이)가 20 mm인 표준구멍을 직사에 의한 에코가 시간축 눈금 5에, 결함 수직거리가 140mm인 표준 구멍을 직사에 의한 시간축 눈금 35에 위치하도록 측정 범위 및 원점을 조정한다.
2 수직 결함 거리 40mm, 60mm, 80mm, 100mm의 표준 구멍으로부터의 직사에 의한 에코가 각각 시간축 눈금 10, 15, 20, 25 및 30이 되는지를 확인한다.
(4) 이(2)탐촉자법의 감도조정
1 두부를 탐상할 경우는 대비시험편 두부 상면의 표준구멍(A1)으로부터의 반사 에코 높이 가80%가되도록감도를조정한다.이때의에코위치는시간축눈금7~8부 근이 된다. 또한, 이 감도를 H2 기준 감도라 한다. 또한, 저부를 탐상할 경우에도 저부하면의 표준구멍(A2)으로부터의 반사에코 높이가 80%가 되도록 감도를 조정한 다. 이 때의 에코위치는 시간축 눈금 18 부근이 된다. 또한, 이 감도를 B2 기준감도 로 한다.
2 게인을 조정하여 H2 또는 B2 기준 감도에서 6dB만큼 감도를 내려 이 때의 에코 높 이 가 40 %임을 확인한다. 또한 기준감도에서 12dB내렸을 경우의 에코 높이가 20%, 18dB 내렸을 경우의 에코 높이가 10% 정도임을 확인한다.

(5) 일(1)탐촉자법의 감도조정과 거리진폭특성곡선
1 결함수직거리 140mm인 표준구멍의 직사에 의한 에코가 최대가 되는 위치에서 에코 높이가 60%가 되도록 감도를 조정한다. 이 때의 에코 선단위치를 눈금 상판에 플로트한다. 또한, 이 감도를 H 기준 감도로 한다.
2 게인을 조정하여 H 기준감도상에서 6dB만큼 감도를 내리고 이 때의 에코높이(에코 선단 위치)를 눈금상판에 플로트한다. 또한, 6dB만큼 감도를 내려 같은 형태로 플로트한다. 에코 높이가 5%를 넘을 때까지 이를 반복한다.
3 탐촉자를 이동하여 (2)에서 설정한 각 감도에 대하여 결함수직거리가 다른 표준 구멍의 직사에 의한 에코 높이를 눈금상판에 플로트한다.
4 결함 수직거리가 다른 표준구멍에 대해 에코 높이의 플로트 점을 각 감도별로 직선으로 연결하여 시간축상 눈금 35 이상은 45까지 직선을 연장한다. 또한, 시간축 눈금 5 이내는 5 눈금의 에코높이의 플로트 점과 같은 높이의 선으로 한다. H기준 감 도의 선을 H선, H선에서 6dB 낮은 선을 A선, A선에서 6dB 낮은 선을 B선, B선에 서 6dB 낮은 선을 C선, C선에서 6dB 낮은 선을 D선, D선에서 6dB 낮은 선을 E선 으로 한다. 이와 같이 하여 구해진 곡선군을 거리진폭 특성곡선이라 한다.

4. 탐상방법
레일용접부의 초음파 탐상은 이(2)탐촉차법과 일(1)탐촉차법에 의한 사각탐상을 병행 하여 용접부의 양측에 대하여 실시한다.
(1) 이탐촉자에 의한 탐상

1 탐상의 범위
탐상면은 두부 및 저부 양측면으로 하고, 탐상의 범위는 용접부 양측 0.5 skip내로 한다.
2 탐촉자의 주사
송신용 탐촉자로부터의 초음파 빔 중심이 직사이며, 용접부의 전체를 덮듯이 다소 의 목 돌림 및 좌우주사를 병행하여 0~0.5 스킵(skip)거리의 범위를 레일길이방향으로 주사한다. 이때, 수신용 탐촉자를 송신용 탐촉자의 이동과 역방향으로 이동 시켜 송신파가 용접결함에서 반사되었을 경우에 수신되는 기하학적 위치에 항상 대응시킬 필요가 있다.

3 시간축의 확인
저부의 용접부를 사이에 두고 송신용 탐촉자와 수신용 탐촉자를 대칭시켜 구해진 투과 에코가 나타나는 위치가 UIC 60 레일의 경우에는 시간축 눈금이 16부근임을 확인 한다.
4 탐상감도의 설정
탐상의 기본강도는 두부를 탐상할 경우는 H2 기준감도, 저부를 탐상할 경우에는 B2 기준 감도로 한다. 대비 시험편의 표준구멍(A1 및 A2)의 반사에코 높이가 80% 가 되는 감도이다.
5 결함 에코의 등급분류
결함에코는 최대 에코 높이를 기준으로 표 1과 같이 4개의 등급으로 분류한다. 용 접부의 양측 탐상으로 동일 결함으로부터의 에코를 구하여 그 결함등급이 다를 때 에는 하위의 급으로 한다.

6 결함 위치의 측정
송수신용 탐상면에 대한 탐촉자와 용접부 중심의 거리 및 굴절각으로부터 결함과 탐 상면의 수직거리 및 결함과 용접부 중심과의 거리를 구하여 결함의 위치를 정한다.
(2) 일탐촉자법에 의한 탐상

1 탐상의 범위
탐상면은 두부상면, 두부 양측면 및 저부 양측면으로 하고 용접부 양측의 0.5 스킵(skip) 거리에 60mm를 더한 범위로 한다.

2 탐촉자의 주사
탐촉자의 주사는 초음파 빔이 직사이며, 전 용접부를 덮도록 다소의 목돌림 및 좌 우주사를 병행한 전후주사를 한다.
3 시간축의 확인
측정 범위 및 원점의 위치가 거리 진폭 특성곡선 작성시와 같게 되도록 대비 시험 편의 결함 수직거리 20mm 및 140mm의 표준구멍을 사용하여 시간축을 확인한다.
4 탐상감도의 설정
탐상의 기본강도는 H기준 감도로 한다. 대비 시험편 표준구멍의 에코높이가 거리 진폭 특성곡선의 H선에 맞는지를 확인한다.

5 탐상감도의 변경
4에서 설정한 기본감도로 탐상하고 검출된 결함 에코높이가 100%를 넘을 경우는 100% 이하가 될 때까지 탐상감도를 6dB 스텝으로 내린다. 기본 감도보다 6dB 내 렸을 때의 탐상감도를 A감도, 12dB 내렸을 때의 탐상감도를 B감도, 18dB 내렸을 때의 탐상 감도를 C감도라 한다. A감도에 대한 특성곡선은 A선, B감도에 대한 특 성곡선은 B선, C감도에 대한 특성곡선은 C선이다.
6 결함 에코 높이의 영역구분
탐상감도와 대응하는 특성곡선보다도 18dB 낮은 곡선을 넘고, 12dB 낮은 곡선 이 하의 범위를 영역I, 6dB 낮은 곡선 이하에서 영역I을 넘는 범위를 영역II, 탐 상감도곡선에서 영역II를 넘는 범위를 영역III, 영역III(탐상감도의 곡선)을 넘는 범 위를 영역IV로 한다.

7 결함에코의 등급분류
결함에코는 최대 에코 높이의 출현 영역에 따라 4등급으로 분류한다. 두 방향 이상에서 탐상하였을 경우에 동일 결함 에코의 등급이 다를 때는 하위의급을 적용한다.

8 결함 위치의 측정
시간축상에서 에코의 위치, 탐촉자와 용접부 중심의 거리(입사점에서 용접중심까지 의 거리) 및 굴절각으로부터 결함과 탐상면의 수직거리 및 결함과 용접부 중심의 거리를 구하여 결함의 위치를 정한다.

5. 탐상기록
검사를 한 후에는, 사항을 기록한다.
(1) 공사건명 및 검사건명
(2) 탐상검사 시행개소명
(3) 탐상검사 년월일
(4) 탐상검사 기술자명
(5) 탐상기형식 및 번호(또는 관리번호)
(6) 탐촉자의 성능(굴절각, 입사점, H, H2, B2 기준감도)

(7) 용접부 번호 또는 기호
(8) 레일의 종류
(9) 용접의 종류
(10) 결함의 위치
(11) 결함의 크기(결함 에코 높이, 결함 등급, 탐상감도)