초음파탐상검사 펄스반사법 vs 회절법 – 차이점 완벽 정리!

초음파탐상검사 펄스반사법 vs 회절법 – 차이점 완벽 정리!

초음파탐상검사(UT, Ultrasonic Testing)는 강재, 용접부, 주조물 등 다양한 구조물의 내부 결함을 검사하는 데 매우 유용한 비파괴검사 기법입니다. 특히 고주파 초음파를 이용해 재료 내부의 반사, 굴절, 회절 현상을 분석하여 결함을 찾아내죠.

이 초음파 검사 방식 중에서도 가장 널리 쓰이는 펄스 반사법과, 상대적으로 고난이도에 속하는 **회절법(TOFD)**은 현장 적용 방식이 확연히 다르며, 검사 목적에 따라 선택이 중요합니다. 오늘은 이 두 기법의 차이점과 특성을 전문 블로거 스타일로 꼼꼼하게 알려드릴게요.

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1. 펄스반사법(Pulse-Echo Method) – 반사를 이용한 전통적 검사 방식

개요

펄스반사법은 가장 오래되고 보편적인 초음파 검사 기법입니다. 탐촉자에서 초음파 펄스를 방사하고, 이 초음파가 결함이나 경계면에 부딪혀 반사되어 돌아오는 **반사파(Echo)**를 감지하여 결함의 위치와 크기를 파악합니다.

원리

• 탐촉자가 초음파를 송신 → 재료 내부에서 결함 또는 경계면에 반사됨 → 반사된 초음파를 같은 탐촉자(또는 별도 수신기)가 수신
• 수신된 시간(Time-of-Flight)을 통해 깊이, 반사파의 강도를 통해 결함의 크기 추정 가능

장점

• 장비가 간단하고 보편화되어 있음
• 다양한 결함(표면/내부, 평면/불규칙)에 대응 가능
• 단면 해석에 능숙한 검사자라면 고정밀 판독 가능

단점

• 반사 신호가 약한 경우 결함 검출 어려움
• 반사파의 위치에 따라 데드 존(near-surface blind zone) 발생 가능
• 결함의 크기나 형상에 따라 반사 신호가 왜곡되어 해석 난이도 증가

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2. 회절법(TOFD, Time of Flight Diffraction) – 회절파 기반 정밀 측정 기법

개요

TOFD는 '회절파'를 기반으로 결함을 분석하는 기법으로, 특히 **용접부의 내부 결함(루트 크랙, 포로시티, 슬래그 등)**에 정밀하게 대응할 수 있어 고정밀 검사에 사용됩니다.

원리

• 송신기(Probe A)와 수신기(Probe B)를 마주 보게 설치
• 초음파가 검사체를 통과하며 결함의 **모서리(edge)**에서 회절 발생
• 이 회절파를 수신하여 입사 시간 차(Time of Flight)로 결함의 위치/깊이 계산

TOFD는 반사 대신 ‘회절’을 이용하기 때문에 결함이 작거나 수직 방향이어도 잘 검출됩니다.

또한 A-scan이 아닌 B-scan 이미지를 제공해 시각적 판독이 용이하죠.

장점

• 결함의 위치, 깊이, 크기를 정밀하게 계측 가능
• 반사에 의존하지 않기 때문에 미세한 크랙에도 민감
• 결과를 B-Scan 형태로 저장 → 추후 이력 관리에 탁월
• 인적 오차가 적고 객관적인 데이터 분석 가능

단점

• 고가의 장비 및 전문 기술 필요
• 초음파 회절 신호가 약할 경우 노이즈 영향 받기 쉬움
• 용접 이면 비드, 표면 형상 변화에 민감 → 보정 필요
• 평판 또는 일정한 두께의 구조물에 적합, 복잡 형상에서는 적용 제한

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3. 두 기법의 비교 정리

항목펄스반사법회절법(TOFD)

기본 원리	반사파 분석	회절파 분석
탐촉자 구성	송수신 일체형 or 분리형	송신기 + 수신기 분리형
결함 위치 분석	반사 강도와 거리	회절파의 도달 시간
정밀도	중간~높음 (경험 의존)	매우 높음 (객관적 분석)
결함 방향 민감도	반사각 의존 → 경사진 결함 탐지 어려움	회절 중심 → 방향 무관
적용 예시	일반 강재, 주조물, 용접부 외관 결함	중요 용접부, 고압 배관, 원전 설비 등
이미지 출력	A-Scan	B-Scan (영상화)
장비 비용	상대적으로 저렴	고가, 고성능

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4. 실제 적용 예시

• 펄스반사법은 일반 강관, 철판, 용접부 초음파 검사에 널리 사용됩니다. 검사 속도가 빠르고 장비가 단순하여 이동 검사에도 적합하죠.
• TOFD는 고정밀 데이터가 요구되는 원자력 발전소 배관, 석유화학 플랜트의 고압 용접부, 압력용기 등에서 사용됩니다. 검사 기록이 남고 반복 추적이 가능해 정기 점검에 최적화되어 있습니다.

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마무리하며

초음파탐상검사는 결함을 "보이지 않는 방식"으로 잡아내는 과학이자 기술입니다. 그중 펄스반사법과 회절법은 검사 목적, 재료 형상, 결함 방향에 따라 선택해야 하는 상호보완적 기법입니다.

펄스반사법은 범용성과 속도에서 뛰어나고, 회절법은 정밀성과 객관성에서 강점을 보입니다. 현장의 검사 환경, 예산, 정확도 요구 사항에 따라 적절한 방법을 선택하면 품질 확보와 비용 효율을 동시에 만족시킬 수 있습니다.

비파괴검사 블로그를 운영하시는 분이나 검사 실무자라면, 이 두 방식의 차이를 정확히 이해하고 고객에게 상황에 맞는 검사법을 제안할 수 있는 역량이 무엇보다 중요합니다. 다음 검사 선택 시 꼭 이 포스팅이 도움이 되셨길 바랍니다