이미 오래전부터 국내외에서 석유화학공장 등의 보온 배관에서 보온재를 벗기지 않고 배관의 부식 손상 및 잔존두께를 평가하는데 방사선투과시험법을 적용해 오고 있다. 그러나 배관 용접부의 결함 탐상에 관한 방사선투과법에 대한 국제 및 국내 코드는 이미 마련되어 있지만 배관의 두께와 내부에 존재하는 부착물(deposit) 등의 두께를 측정하는 것에 관련한 국제 및 국내 코드는 미비되어 시험 절차 및 시험 결과에 대한 시비가 근본적으로 존재할 수 밖에 없을 뿐만 아니라 표준화된 시험 기술의 미비로 현장에서 많은 시행착오를 동반하였다. 그러나 최근 이 시험법에 대한 관련 원안(protocol)을 확정하기 위해 각국에서 개별적으로 수행되었던 기존의 연구 결과들이 취합되고 있으며 부족한 부분들에 대한 연구가 국제 공동 연구 형식으로 이뤄지고 있다. 따라서 본 연구에서는 tangential radiography를 적용하여 보온된 배관의 잔존 두께를 평가할 수 있는 시험 방법을 제시하고자 하였다.
비파괴검사방법에는 여러가지가 있는데 과거에는 주로 방사건 유도시험이 주역을 이루어 왔다고 볼수 있다. 그런데 최근에는 초음파를 이용한 탐상장치의 성능이 향상하였고 초음파를 이용하지 않으면 검사할수 없는 대상물의 검사가 필요하게 되었다는 점에 의하여 초음파의 이용이 상당히 급속하게 확대되어 그 응용범위도 수도관에서 원자연료까지 이루게 되었다. 그러나 방사선 투과식 시험에서는 검출곤란한 균열을 검출할 수 있는 기술적 특성및 고가인 소모품이 필요치 않고 또한 검사속도도 빠르다는 경제성에 주목하여 방사투과시험이 가능한 대상물에 대해서도 이용하게끔 되었다. 초음파에 의한 비파괴시험을 이용목적에 따라 분류하면 탐상과 계측으로 대별할 수 있다. 이하 이들의 각종방법에 대하여 순차적으로 그 개요를 설명하겠다.
필름을 사용하지 않는 방사선투과검사 시스템인 1차원 Radiometric scanning system을 개발하여 부식 및 침적물이 있는 배관의 두께평가에 적용해 보았다. 개발된 시스템은 단일 방사성 동위원소에서 나오는 방사선을 선형으로 접속하여 시험체를 투과시킨 방사선을 한개의 섬광형 검출기언 BGO를 사용하여 검출하는 single source-single detector alignment system을 제어하는 기계주사 시스템과 제어 프로그램을 개발하였다. 개발된 시스템의 성능을 GEMANT4 프로그램을 사용하여 예측하여 보았다. 그리고, 인공결함을 제작하여 넣은 시편과 두께 변화를 준 시편에 적용하여 실제 성능을 평가하였다. 이 시스템은 방사성 동위원소를 이용하여 배관의 부식과 침적물에 의한 두께 변화에 대하여 실시간으로 필름을 사용하지 않고 평가할 수 있는 가능성을 알 수 있었다.
내부가 비어 있거나 유체로 절반 채워진 보온 및 비보온 배관에 대해 방사선 조사 방향에 따른 투과두께와 농도 변화를 전산 시뮬레이션 하였다. 결과적으로 내부가 비어있는 배관의 경우 투과필름에서 농도 변화가 연속적이며 대칭적인 반면, 유체가 절반 채워진 배관의 경우는 방사선 조사 방향에 따라 농도 변화가 비대칭적이며 크게 달라질 수 있음을 알았다. 인공 결함을 가공한 탄소강 배관 시편을 방사선원 Ir-192로 방사선투과시험 한 뒤 농도 변화를 측정하고 이론적으로 계산한 농도 변화와 비교한 결과 산란 방사선에 의한 영향이 큰 가장자리를 제외한 부분에서는 농도 변화를 이용한 두께 평가가 가능함을 확인하였다.
방사선 관련 법의 개정으로 보일러관 비파괴검사 방법으로 방사선투과검사를 대체하여 위상배열초음파탐상검사를 시행하고 있다. ASME BPVC 제5장 4절에서 제시하고 있는 주요 결함별 정성적 특징과 실제 결함을 비교하여 결함종류 판별을 확인하였고 시험편에 대해 방사선투과검사와 위상배열초음파탐상검사를 시행하여 결함크기 해상 특성을 예측하였다. 위상배열초음파탐상검사는 면상결함군과 구상결함군 결함의 판별은 할 수 있으나 형태가 유사한 결함의 판별은 용이하지 않음을 확인하였다. 또한 결함크기가 합격 여부를 좌우하는 슬래그의 경우 결함의 위치나 방향에 무관하게 방사선투과검사 대비 과소 예측하였으며, 기공은 결함의 위치, 방향 및 군집 유무에 따라 과대 또는 과소 예측하는 정량적 특성이 나타나므로 결함크기 판별에 주의를 요함을 확인하였다.
문화재 방사선 비파괴 투과 조사 방식은 이미지플레이트(Image Plate, IP)를 사용하는 디지털 방사선영상시스템(Computed Radiography, CR)이 도입되면서 필름방식의 아날로그 이미지에서 점차 디지털 이미지로 교체되고 있다. 방사선 비파괴 투과 조사의 이미지 품질은 촬영 조건(관전압, 관전류, 노출시간), 영상 획득 매체, 촬영 거리, 유물의 두께 등이 영향을 미친다. 이 논문에서는 목재 문화재에 주로 사용되는 수종(소나무, 밤나무, 은행나무, 상수리나무)에 X선 선원의 투과 특성을 GE사(社)의 CR 영상 시스템을 통해 획득된 이미지의 그레이 스케일(Gray Scale)을 분석한 후 신호 대 잡음비(signal to noise ratio) 및 대조도를 평가하고, 이중-선 상질계(Duplex-wire image quality indicator), 구형파 차트(line-pair gauges), 선형 식별계(Image Quality Indicator)를 이용하여 이미지를 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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