고장분석) 파괴검사: 물체 내부의 비밀을 해독하다!

고장분석은 제품이나 시스템의 고장 원인을 분석하여 개선하는 과정으로, 제조업, 공학 분야에서 중요한 역할을 합니다. 이 중에서도 파괴검사는 물체 내부의 비밀을 해독하는 중요한 도구입니다. 이번 글에서는 고장분석분야에서의 파괴검사의 의미, 종류, 장단점 및 응용 분야에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

 

 

파괴검사란?

파괴검사는 제품이나 재료의 내부 구조나 특성을 알아내기 위해 표본을 파괴시켜 분석하는 방법입니다. 이는 표본을 파괴하게 되므로 비파괴검사에 비해 더 깊고 정확한 정보를 얻을 수 있습니다. 주로 실험실 환경에서 시행되며, 제품의 개발, 생산, 품질관리 등 다양한 단계에서 활용됩니다.

 

파괴검사의 종류

다양한 종류의 파괴검사가 있으며, 각각의 방법은 특정한 분석 목적과 시료 유형에 따라 선택됩니다. 이제 파괴검사의 주요 종류에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

1. 금속 파괴검사 (Metallography): 금속 소재의 내부 구조와 미세조직을 분석하는 방법입니다. 금속 조직을 관찰하여 입자의 크기, 분포, 상태 등을 확인하고, 금속의 강도, 경도, 연성 등 물리적 특성을 평가합니다. 주로 금속 제조업과 재료 연구 분야에서 활용됩니다.
2. 조직 구조 분석 (Microscopy): 미세한 구조와 입자의 형태, 크기, 분포 등을 현미경으로 관찰하여 분석하는 방법입니다. 빛 현미경과 전자 현미경을 사용하여 시료의 미세 구조를 확인하고 물성을 평가합니다.
3. 화학적 분석 (Chemical Analysis): 시료의 화학적 조성을 분석하는 방법으로, 시료 내의 원소나 화합물의 함량을 확인합니다. 원소 분석, 질량 분석, 스펙트럼 분석 등 다양한 방법이 사용됩니다.
4. 경도 및 인성 시험 (Hardness and Toughness Testing): 금속 재료의 경도와 인성을 평가하는 시험입니다. 물질의 표면에 경도 시험기나 타격 시험기를 사용하여 강도와 인성을 측정합니다.
5. 인장 시험 (Tensile Testing): 금속 또는 비금속 재료의 인장 특성을 평가하는 시험입니다. 시료를 특정한 조건에서 늘리고 압축하여 재료의 강도, 탄성, 인성 등을 측정합니다.
6. 스캔 전자 현미경 (Scanning Electron Microscopy, SEM): 시료의 표면 형태와 미세한 구조를 고해상도로 관찰하는데 사용되는 현미경입니다. 입자의 크기, 모양, 분포 등을 분석할 수 있습니다.
7. 에너지 분산 X선 분광법 (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDX): SEM과 연계하여 사용되며, 시료 표면에서 방출되는 X선을 분석하여 원소의 함량과 분포를 확인하는 방법입니다.
8. 열분석 (Thermal Analysis): 시료의 열적 특성을 분석하는 방법으로, 열전도도, 열팽창, 결정화 온도 등을 평가합니다.
9. 원소 분석 (Elemental Analysis): 시료 내의 원소의 종류와 함량을 분석하는 방법으로, 원소 분석기를 사용하여 시료를 분석합니다.
10. X선 회절 분석 (X-ray Diffraction, XRD): 결정체의 구조를 파악하는데 사용되는 방법으로, X선을 시료에 쏘아 특정한 각도에서 발생하는 빛의 회절 패턴을 분석합니다.

 

장단점

파괴검사는 내부 구조와 특성을 깊이 파악하기 위해 시료를 파괴하는 분석 방법으로, 다양한 장단점을 가지고 있습니다. 이를 자세히 살펴보겠습니다.

장점

• 정확한 정보 획득: 파괴검사는 시료 내부의 세부적인 정보를 얻을 수 있어 정확한 분석 결과를 얻을 수 있습니다. 이는 품질 향상과 재료 개발에 매우 유용합니다.
• 깊이 있는 분석: 비파괴검사에 비해 더 깊이 있는 정보를 얻을 수 있습니다. 내부 결함, 세부 구조, 화학적 조성 등을 정밀하게 분석할 수 있습니다.
• 다양한 특성 분석: 금속, 비금속, 화학물질 등 다양한 시료의 특성을 분석할 수 있습니다. 조직 구조 분석, 화학적 분석, 열적 특성 분석 등 다양한 종류의 파괴검사가 있습니다.
• 물리적 특성 평가: 금속 소재의 경도, 강도, 인성 등 물리적 특성을 평가하여 제품의 품질을 확인하고 향상시킬 수 있습니다.

 

단점

• 시료 손실: 파괴검사는 시료를 파괴시키므로 분석 후 재사용이 불가능합니다. 따라서 시료의 소모와 추가적인 시료 필요성이 발생할 수 있습니다.
• 비용 및 시간 소요: 파괴검사는 비용과 시간이 많이 소요될 수 있습니다. 시료의 제작, 분석, 평가 등에 필요한 비용이 높을 수 있습니다.
• 비파괴검사와 대조: 비파괴검사에 비해 시료를 파괴하는 단점이 있습니다. 때문에 시료를 유지하고 싶을 때나 대량 생산품에서는 비파괴검사가 더 적합할 수 있습니다.
• 기술 요구 사항: 파괴검사는 특수한 장비와 전문 기술이 필요합니다. 따라서 해당 분야의 전문가가 필요한 경우가 많습니다.

 

적용 분야:

• 제조업 및 생산: 제품의 품질 평가 및 품질 관리 목적으로 사용됩니다. 금속 제조업에서는 금속 소재의 내부 구조와 특성을 평가하는 데 활용됩니다.
• 재료 연구: 신규 재료의 특성 분석 및 평가에 사용되며, 새로운 재료의 개발과 향상을 위해 중요한 역할을 합니다.
• 법의학 및 화학 분석: 법의학 분야에서는 범죄 현장의 증거 분석이나 화학 물질 분석에 활용됩니다.

 

맺음말

고장분석분야에서의 파괴검사는 제품 및 재료의 내부 구조 및 특성을 깊이 분석하는 중요한 도구입니다. 정확한 정보를 얻기 위해 시료를 파괴하는 단점이 있지만, 제품의 품질 향상과 신규 재료의 개발에 큰 도움을 주는 중요한 분석 방법입니다. 다양한 분야에서 응용되며 혁신적인 기술 발전을 이끌어내는 역할을 하고 있습니다.

 

고장분석장비2: Scanning Acoustic Microscopy (SAM)

 

고장분석장비3: 폴리싱 장비 - 표면 처리와 단면 분석(Cross section)