용접부 용입의 조직 관찰과 불량 해석 방법
각종 플랜트 설비나 자동차 등 다양한 분야의 금속 접합에 이용되는 「용접」. 용접부의 용입·모재·비드는 장기 사용에 따른 응력 및 부식 등에 의해 불량이 발생하는 경우가 있습니다. 따라서 용접부 표면·단면의 관찰·해석이 중요합니다. 기존의 현미경을 이용한 관찰·해석의 개념을 크게 바꾼 최신 4K 디지털 마이크로스코프의 관찰·해석 사례와 함께 소개합니다.
용접 시 용입 해석의 중요성
금속의 접합 방법 중에서도 「용접」은 합리적이고 기밀성이 높기 때문에 다양한 상황에서 활용되고 있습니다. 인프라 설비부터 건조물, 자동차, 전기 제품, 전자 디바이스까지 용도 및 모재에 따라 각종 아크 용접이나 레이저 용접, 저항 스폿 용접 등 다양한 용접법이 이용되고 있습니다.
그 중에서도 각종 플랜트의 프로세스 설비는 수십 년이란 장기간의 사용을 전제로 하기 때문에 매우 고도의 용접 품질이 요구됩니다. 화력 발전 플랜트 및 석유를 원료로 새로운 소재를 만드는 석유 화학 플랜트 외에 일반 화학 제품·의약품·식품 등을 제조하는 플랜트, 오염수를 정화하는 수처리 플랜트, 재자원화 프로세스를 담당하는 산업 폐기물 처리 플랜트 등 매우 다양한 종류의 플랜트가 있습니다. 이러한 모든 플랜트는 다양한 성질·상태의 액체나 기체를 취급하는 대형 설비입니다. 따라서 용접 용입에 노후화 및 불량이 발생했을 때 금속 조직의 표면·단면의 관찰·해석은 불량과 그 원인을 특정하는 데 있어 중요하면서도 난이도가 높은 것으로 알려져 있습니다.
용접 용입(금속 조직)의 관찰 방법·해석 방법
플랜트 설비와 같은 대형 설비의 경우, 본래 상태 그대로는 마이크로 해석이 어렵습니다. 용접 부분의 융합 불량·슬래그 권취·균열(응력 부식 균열·피로 균열) 등이 나타난 표면 또는 내부 결함을 현미경으로 관찰·해석하는 경우, 대부분 아래와 같은 두 종류의 샘플 제작 방법이 이용됩니다.
- 수지로 채워진(포매) 샘플의 현미경 관찰
- 불량이 있었던 부분의 용접 부분을 잘라내어 샘플로 만들고, 수지를 채운(포매) 다음 용접 결함·불량을 현미경으로 관찰합니다. 샘플을 잘라내기 때문에 용입 단면을 관찰할 수도 있습니다.
- SUMP법(섬프 법)에 의한 현미경 관찰
- SUMP란 Suzuki’s Universal Micro Printing의 약칭입니다. 현미경 관찰용 샘플로 잘라내기가 어려운 경우, 현지에서 검체의 표면을 셀룰로이드 박막에 전사하여 현미경으로 관찰합니다. 전자 현미경 관찰 등에 이용되는 「레플리카」 샘플은 이 SUMP법이 기반이 되는 것으로 알려져 있습니다.
이렇게 샘플을 제작하여 실시하는 관찰 방법은 플랜트 설비 뿐만 아니라 용접 불량·결함이 대형 사고로 이어지는 자동차·항공 관련·철도 차량·선박 등에서도 이용되고 있습니다. 각각 표면 관찰·단면 관찰 등 다양한 방법으로 용접부의 금속 조직을 관찰·해석합니다.
용접 용입 관찰·해석의 최신 사례
최근에는 기술이 발달하여 디지털 마이크로스코프가 기존 현미경의 여러 과제를 해결하고, 용입 관찰·해석상의 샘플 확대 선명도와 작업성을 크게 바꾸었습니다.
KEYENCE의 초고해상도 4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 최첨단 고해상도 HR 렌즈·4K CMOS·조명·비전 시스템 기술로, 기존의 현미경에 비해 비약적으로 선명한 화상을 이용한 관찰, 그리고 합리적인 해석을 실현하게 되었습니다.
용접 용입 조직의 단면 관찰·불량 해석
기존의 현미경은 용접 용입 금속 조직을 관찰할 때 일부에만 초점이 맞아 관찰 작업 시간이 오래 걸렸습니다. 또한, 정도가 높은 관찰·해석을 실현하기 위해서는 숙련도가 필요했습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 「내비게이션 라이브 합성」에 의한 심도 합성을 통하여 신속하고 간단하게 샘플 전체에 풀 포커스가 맞는 화상으로 관찰할 수 있습니다. 따라서 숙련도와 관계없이 용입된 금속 조직의 상태나 미세한 모재의 균열 등도 놓치지 않고 선명하게 관찰할 수 있습니다.
용접 용입의 SUMP법 샘플에 의한 조직 관찰
기존 현미경의 경우, SUMP법으로 제작한 샘플은 고배율로 관찰해야 했기 때문에 초점이 일부에만 맞는 경우가 많았습니다. 또한, 레플리카는 색조가 옅어 관찰하기 어려운 경우가 있었습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 SUMP법의 샘플이나 레플리카의 요철 및 색조에 대해서도 선명한 고해상도 4K 화상과 「내비게이션 라이브 합성」에 의한 심도 합성을 통하여 샘플 전체에 풀 포커스가 맞는 화상으로 관찰·해석을 실시할 수 있습니다.
손에 들고 관찰하여 현장에서의 미크로 해석을 실현
기존에는 대형 피검체를 현지에서 현미경으로 관찰할 수 없기 때문에 잘라낸 샘플에 수지를 채우거나(포매) 잘라낼 수 없는 경우에는 SUMP법 등을 통한 전사 및 레플리카를 이용하여 관찰·해석해야 했습니다. 또한, 제작한 샘플의 품질이 관찰·해석의 정확성 및 작업성을 좌우했습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 손에 들고 관찰할 때도 전용 렌즈의 깊은 피사계 심도에 의한 선명한 확대 화상을 통해 관찰·해석할 수 있습니다. 샘플 제작 작업 및 공정 수와 시간이 생략되고 현지에서 실제 제품을 비파괴로 관찰·해석할 수 있습니다.
1대로 2D·3D의 다양한 계측·측정이 가능
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 선명한 확대·관찰 뿐만 아니라 기존의 현미경으로는 불가능했던 다양한 계측·측정과 수치 취득이 가능합니다.
간단한 마우스 조작으로 금속 조직 및 금속 제품 검사에 도움이 되는 평면 계측·3D 계측·거칠기 측정·오염 계측·결정 입도 측정 등이 이 1대로 간단하게 실현됩니다.
용접 용입 관찰·해석의 새로운 상식
다양한 금속 제품·설비의 안전성에 크게 관여하는 용접과 그 금속 조직의 관찰·해석은 매우 중요합니다. 따라서 관찰·해석에는 항상 정확성과 정도, 그리고 트러블의 경우 속도도 문제시됩니다.
「VHX 시리즈」는 그 밖에도 기존에는 불가능했던 여러 기능이 탑재되었습니다. 렌즈 교환 없이 20~6000배까지 간단한 조작으로 배율을 자동 변경하는 「심리스 줌」, 미세한 요철도 선명하게 표현하는 「Optical Shadow Effect Mode」 및 「멀티 라이팅」, 간단한 조작으로 실현하는 2D·3D 치수 측정, 저장한 데이터의 선택만으로 이루어지는 각종 설정의 자동 재현, 저장 데이터를 이용한 리포트 자동 작성 등 다수의 최첨단 기능을 탑재했습니다.
화상의 선명도는 물론 각종 작업 및 데이터 취득·저장·활용에서도 기존의 용접 용입 관찰·해석의 상식을 뒤집은 강력한 툴입니다.
「VHX 시리즈」에 관한 자세한 내용을 알아보시려면 아래의 버튼을 클릭하여 카탈로그를 다운로드하시거나 부담 없이 상담·문의해 주시기 바랍니다.
