침투력은 침투액이 균열이나 틈새 등 불연속부로 얼마나 잘 들어가는가를 설명하는 개념으로, 모세관 현상이 근본 원리이다. 모세관 현상은 좁은 틈으로 액체가 자발적으로 들어가는 성질을 말하므로 '들어감'과 직접적인 관련이 있다.
침투액의 점성(또는 점도)은 침투의 '속도'를 지배하는 주요 인자이다. 점성이 높으면 유동 저항이 커져 결함 내부로 스며드는 속도가 느려지고, 점성이 낮으면 빠르게 침투한다. 따라서 검사 시간과 온도 관리에서 점성의 영향을 고려해야 한다.
반면 침투의 최종 깊이나 침투능력 자체는 표면장력, 접촉각, 적심성(침투제가 표면 오염을 뚫고 퍼지는 능력) 등 표면과 계면 현상이 더 크게 관여한다. 즉 속도와 힘(깊이)은 서로 다른 물리인자에 의해 결정되므로 혼동을 피해야 한다.
침투액의 상대밀도는 성능 규격의 한 요소로서 16°C에서 0.86~1.06 범위를 가지는 것이 바람직하다고 알려져 있다. 또한 온도가 낮아지면 점도가 급격히 증가하여 모세관 침투 능력이 저하되므로, 일반적으로 10°C 이하에서는 침투능력이 크게 떨어져 검사 감도가 저하된다고 본다.
적심능력은 표면에 오염물이 존재하더라도 침투제가 그 위를 뚫고 균일하게 전 표면에 도포되도록 하는 기능을 의미한다. 적심능력이 크면 표면장력을 극복하여 오염층을 부분적으로 배제하고 미세 결함으로 침투하므로 표면 오염 상태에서도 전반적인 도포 균일성을 확보할 수 있다.
예제
침투탐상에서 두 가지 혼동 사례를 살펴본다. 첫째, 점성이 낮을수록 침투력이 커진다고 주장하는 설명은 틀리다. 점성은 침투 속도를 빠르게 하지만 침투의 깊이와 힘은 표면장력 및 접촉각 등 모세관 관련 인자가 결정한다는 점을 적용하면 정답을 도출할 수 있다. 둘째, 표면이 기름으로 오염된 경우에 침투액이 전 표면을 덮는 능력을 물어보면 적심능력이 큰 침투제를 선택해야 한다는 원리를 기억해야 한다.
온도 관련 예로는 실제 공정에서 온도가 8°C로 내려간 상태를 생각할 수 있다. 이 경우 침투액의 점도가 급증하여 모세관 침투가 어렵고 검사 감도가 떨어지므로, 온도 보정이나 보온 조치가 필요하다는 판단을 내릴 수 있다.
검출 난이도 예로는 결함 형상에 따른 차이를 들 수 있다. 얕고 넓은 표면 결함은 모세관 힘이 약하여 침투액이 들어가기 어렵고 세척 시 지시가 사라지기 쉬우므로 검출이 어렵다. 반면 좁고 깊은 미세균열은 모세관 힘이 강해 침투·잔류가 잘 되어 검출이 용이하다는 원리를 적용하여 문제를 해결할 수 있다.
대표 기출 3문항
침투탐상검사의 침투성능에 간접적으로 영향을 미치는 특성 중 상대밀도에 대한 설명이다. 옳은 것은?
침투액의 상대 습도는 침투성능에 현저한 영향은 미치지 않지만 대부분의 침투액의 상대밀도는 16℃에서 0.86~1.06 범위이다.
침투액의 상대습도는 침투성능에 영향을 미치고 상대밀도 역시 15℃에서 0.86~1.06 범위이다.
침투액의 상대밀도는 4~52℃ 범위에서 0.86~1.06범위이고, 침투액의 상대습도는 침투성능에 영향을 미치지 않는다.
침투액의 상대밀도가 16℃에서 0.86~1.06 범위 중에 침투성능이 현격히 줄어든다.
정답과 해설 보기
정답 ① · 문제는 침투액의 상대밀도(비중)와 그 영향에 대해 묻고 있다. 표준 규격상 많은 침투액은 16℃에서 대략 0.86~1.06 범위의 상대밀도를 가지며, 상대습도(기재된 표현으로는 습도)는 침투성능에 현저한 영향을 미치지 않는 것으로 알려져 있다.
침투액의 상대밀도는 16℃에서 0.86~1.06 범위이며, 상대습도는 침투성능에 현저한 영향을 미치지 않는다.
침투탐상시험시 검출하기 가장 어려운 결함은 어떤 것인가?
깊이가 얕고 넓이가 큰 결함
깊이가 깊은 구멍
단조 겹침
깊이가 깊고 넓이가 작은 결함
정답과 해설 보기
정답 ① · 침투탐상시험은 표면으로 열려 있는 결함 내부로 침투액이 스며드는 모세관 현상을 이용합니다. 깊이가 얕고 넓이가 넓은 결함은 침투액이 쉽게 들어가지 못하고 표면장력에 의해 저항을 받으며, 세척 단계에서 쉽게 씻겨 내려가 정확한 지시를 얻기 매우 어렵습니다.
침투탐상은 모세관 현상을 이용하므로, 침투액 진입이 어려운 깊고 좁은 결함보다 진입이 쉬운 얕고 넓은 결함이 검출이 더 어렵다.
표면에 오염물질이 존재함에도 불구하고 침투제가 균일하고 일정하게 전 표면에 걸쳐 도포되도록 해줄 수 있는 침투제의 기능을 가장 잘 설명한 것은?
점성이 낮다.
점성이 높다.
적심능력이 크다.
증발 효과가 적다.
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문항은 표면 오염이 있어도 침투제가 균일하게 도포되게 하는 침투제의 특성을 묻고 있다. 오염을 극복하고 표면 전체에 균일한 피막을 형성하는 능력은 적심능력(wetting/creep ability)이라 부르며, 적심능력이 클수록 표면 장력을 극복하여 오염물 위로 퍼질 수 있다.
침투제의 적심능력이 크면 표면 오염물질을 뚫고 균일하게 침투하여 전 표면을 덮을 수 있다.