[논문]지상궤도전투장비의 비파괴검사 최적설계방안에 대한 연구

김병호; 서재현; 길현준; 김선형; 서상철

doi:10.7779/jksnt.2015.35.5.358

초록
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본 논문에서는 자주포, 전차 및 장갑차 등 지상궤도전투장비에 적용되는 비파괴검사 방안 검토 및 설계방안에 대해서 연구하였다. 비파괴검사 방안 중에서 지상궤도전투장비 비파괴검사자의 기량검증 요건은 미군규격에서 최초로 언급 되었으며, 이후 국내 지상궤도전투장비 무기 개발시 국방규격에도 적용되었다. 그러나 민 군 규격통일화사업을 통해 방산용 비파괴검사자의 자격은 기존 항공분야에서 적용중이던 NAS410이 항공/방산 공용규격으로 통합화 되었다. 본 연구에 대한 설계방안의 검증은 자주포에 사용되는 Al 단조품에 대해 최적설계된 액체침투탐상검사 방법을 적용하여 제품의 신뢰성 및 건전성을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, a nondestructive test (NDT) is performed to inspect the optimal design of a ground tracked combat vehicle for self-propelled artillery, tank, and armored vehicles. The minimum qualification required for personnel performing the NDT of a ground tracked combat vehicle was initially esta...

In this study, a nondestructive test (NDT) is performed to inspect the optimal design of a ground tracked combat vehicle for self-propelled artillery, tank, and armored vehicles. The minimum qualification required for personnel performing the NDT of a ground tracked combat vehicle was initially established in US military standards, and then applied to the Korean defense specifications to develop a ground tracked combat vehicle. However, the qualification standards of an NDT inspector have been integrated into NAS410 through the military and commercial specifications unification project that were applied in the existing aerospace/defense industry public standard. The design method for this study was verified by applying the optimal design to the liquid penetrant testing Al forging used in self-propelled artillery. This confirmed the reliability and soundness of the product.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

비파괴검사의 가장 큰 목적은 원재료나 부품 및 최종 완성품을 손상시키지 않은 상태에서 표면·내부의 불연속, 결함 등을 검출함으로써 검사체의 건전성과 완결성을 확보하는데 있다. 또한, 제품의 설계 및 제조단계에서부터 미리 발생 가능한 결함을 예측 및 예방함으로써, 최종 완성품에서의 품질 신뢰성을 제고하고 제조원가의 절감에 기여하는데 그 목적이 있다.
본 연구를 통해 자주포, 전차 및 장갑차 등 국내 방위산업중 지상궤도전투장비에 적용되는 검사 방법, 절차, 적용규격, 판정기준, 최적설계방안에 대한 연구 및 체계 장비 신규 개발시 설계상의 오류를 최소화하기 위한 최신 NDT 설계 가이드를 제시하고자 한다.
Table 1은 현재 방산품에 적용되고 있는 NDT에 대한 적용규격의 현황을 나타내고 있다. 본 연구에서는 지상궤도 전투장비에 적용되는 대표적인 NDT 방법을 검토하였으며 각 검사 방법별 특징은 Table 2와 같다.
본 연구에서는 지상궤도전투장비에 적용되고 있는 NDT에 대한 동향을 조사하였고, 최신 규격적용을 통해 얻은 결론은 다음과 같다.

제안 방법

검사품 표면청정처리를 위한 전처리는 알칼리세척액(blue gold)에 약 10분간 침지하였고, 중화처리, 세척 및 건조 순으로 진행하였다. 침투처리를 위해 검사품을 침투액조에 4분간 침지시키고, 8분간 배액(drain) 처리하였다.
침투액이 표면에 균일하게 도포되었는지를 확인한 다음 과잉의 침투액을 water spray를 이용하여 제거한다. 그다음 순환열풍식 건조로에서 약 60℃에서 20분간 건조후 꺼낸 다음, 에어로졸캔 타입의 속건식 현상제를 검사품에 도포하여 현상처리를 한다. 현상시간은 최소 10분에서 최대 1시간 이내로 설정하였다.
먼저, NAS410 자격요구에 따라 문서화된 절차서를 작성하였으며, Fig. 1은 검사품에 대한 비파괴검사 절차를 순서대로 나열하였다.
이때, 적용된 액체침투탐상검사 규격은 ASTME1417, 합격판정기준 및 허용등급은 일반적인 하중을 받고 있는 제품이기 때문에 MIL-STD-1907, Grade C를 적용하였다. 방산용 제품이기 때문에 NAS410 자격을 취득한 비파괴검사요원이 시험을 수행하였고, 검사절차는 다음과 같이 실시하였다.
앞서 기술한 비파괴검사의 설계반영기준을 적용하여 검증을 위해, 실제 자주포에 사용되는 동력장치 팬 구동장치용 구동용 판 부품인 KSD 6770 A2014 알루미늄 단조품(직경: 272.0 mm, 두께: 21.5 mm) 19개에 대해 형광액체침투탐상검사법을 실시하였다.
검사품 표면청정처리를 위한 전처리는 알칼리세척액(blue gold)에 약 10분간 침지하였고, 중화처리, 세척 및 건조 순으로 진행하였다. 침투처리를 위해 검사품을 침투액조에 4분간 침지시키고, 8분간 배액(drain) 처리하였다. 침투액이 표면에 균일하게 도포되었는지를 확인한 다음 과잉의 침투액을 water spray를 이용하여 제거한다.
판독은 현상제를 적용하자마자 관찰을 시작하여야 하며, 최소현상시간이 경과한 후 판독 및 합부판정을 실시하였다. 판정기준은 MIL-STD1907, Grade C는 Table 4와 같으며, 시험 결과 19개 검사품 모두 Grade B 이상으로 규격을 충족하였다.

이론/모형

이때, 적용된 액체침투탐상검사 규격은 ASTME1417, 합격판정기준 및 허용등급은 일반적인 하중을 받고 있는 제품이기 때문에 MIL-STD-1907, Grade C를 적용하였다. 방산용 제품이기 때문에 NAS410 자격을 취득한 비파괴검사요원이 시험을 수행하였고, 검사절차는 다음과 같이 실시하였다.

성능/효과

2) MIL규격의 비파괴검사원의 자격 또한 ASNT의 SNT-TC-1A 검사원 자격에서 항공/방산에서 적용되는 NAS410 자격으로 전환되었다.
3) 비파괴검사의 설계 및 적용을 위해서는 제품의 재질, 기능/중요도에 따른 적절한 검사방법(method)의 선정이 선행되어야 하고, 이에 따른 적합한 검사기법(technique), 시험절차(procedure & instruction) 및 합격판정 기준(acceptance criteria)이 수립되어야 한다.
4) 최적설계방안을 적용한 비파괴시험 결과 작업문서에 준한 검사로 검사 결과의 신뢰도가 우수하게 나타났으며, 검사 결과에 대한 검증/반복성/재현성이 향상된 것으로 나타났다.
본 실험을 통해 NAS410(검사원 자격), ASTM E1417(시험 절차) 및 MIL-STD-1907(합격판정기준)규격을 NDT 설계 기준으로 적용하여 지상 궤도전투장비 기운용 부품에 적용해 본 결과, 모든 기준을 충족하였으며, 본 연구에서 제시한 NDT 최적설계방안에 대한 입증 또한 충분하였다.
판독은 현상제를 적용하자마자 관찰을 시작하여야 하며, 최소현상시간이 경과한 후 판독 및 합부판정을 실시하였다. 판정기준은 MIL-STD1907, Grade C는 Table 4와 같으며, 시험 결과 19개 검사품 모두 Grade B 이상으로 규격을 충족하였다.

후속연구

모든 제품은 최초 설계/개발 초기단계에서 제품의 특성, 기능 및 중요도에 따라 해당 제품(원자재 포함)의 건전성을 평가하기 위해 비파괴검사의 적용유무를 결정하여야 하며, 원자재 상태에서 검사할 것인지 가공/완성품 상태에서 할 것인지 또는 양쪽 모두에서 검사를 할 것인지를 명확히 규정해주어야 한다. 특히, 사용될 제품이 고하중/고기능부인 경우에는 반드시 원자재 및 완성품 상태에서 비파괴검사를 실시하여 예상되는 결함을 사전에 검출하여 제거토록 하여야 한다.
본 연구는 방산분야의 비파괴검사 설계방안에 대한 내용으로 실제 적용을 위한 지속적인 연구가 추가로 필요하며, 향후 지상무기 설계시 비파괴검사의 설계 방안의 참고자료로 적용될 것으로 기대된다.
한편, 지금까지는 한국형 지상궤도전투장비의 개발시 NDT에 적용되는 규격은 MIL(미국 군사)규격과 ASTM 등이 적용되어 왔지만 , 앞으로의 변화 추세는 국제표준인 ISO로의 통합이 확실하므로, 향후에는 국내의 방위산업에 적용되는 규격을 미국규격에 국한하여 적용하는 것보다는 앞으로의 NDT 국제화, 통일화 추세로 볼 때 향후의 지상궤도전투장비 NDT 설계방안 연구시에는 MIL(미국 군사)규격과 더불어 국제표준규격(ISO)에 대한 호환성 검토 등 지속적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	산업사회의 발전이 다양하고 고도화됨에 따른 산업설비의 변화?	산업사회의 발전이 다양하고 고도화됨에 따라 다양한 산업설비 및 구조물이 복합화·대형화되고 있다. 최근 고도의 안전성과 신뢰성이 요구되는 항공우주산업과 더불어 방위산업 분야에서도 최신 비파괴검사(NDT: nondestructive testing) 기술 및 사회적인 관심이 급증하고 있는 추세이다 [1-4].
	방위산업에서 육군의 주요 핵심 무기체계?	최근 고도의 안전성과 신뢰성이 요구되는 항공우주산업과 더불어 방위산업 분야에서도 최신 비파괴검사(NDT: nondestructive testing) 기술 및 사회적인 관심이 급증하고 있는 추세이다 [1-4]. 방위산업에서 육군의 주요 핵심 무기체계인 자주포, 전차, 장갑차 등 지상궤도전투장비 분야는 개발 및 제작에 상당한 기간이 소요되고 또한 다양한 재료와 부품들이 사용되기 때문에 이에 대한 안전성과 신뢰성이 엄격히 요구되고 있다. 이들 재료나 부품의 제작공정, 완성품 및 운용중인 장비에 대한 안전성과 신뢰성을 확보하기 위해 적용되는 핵심기술이 비파괴검사 기술이다.
	NDT는 무슨 기술과 함께 발전 중인가?	최근의 비파괴검사는 센싱(sensing)기술과 함께 발전하고 있으며, 고감도 센싱기법, 극한 환경하의 센싱기법 그리고 비접촉식 센싱기법 등이 중요하다[5]. 기존의 방위산업 등에 적용되는 비파괴검사 방법으로는 방사선투과검사(RT), 초음파탐상검사(UT), 와전류검사(ET), 자분탐상검사(MT), 액체침투탐상검사(PT), 음향방출검사(AE)등이 있으며 주로 RT, MT, PT가 많이 사용되었으나, 향후 기술개발 방향은 UT, ET, AE방법을 중심으로 비첩촉・고감도・실시간 광역시험・무선통신기술 등으로 나아가고 있다.

참고문헌 (10)

K. K. Park, "NDT for aircraft maintenance," Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, Vol. 13, No. 2, pp. 81-93 (1993)
W. S. Song, S. G. Kim, H. J. Ahn, K. H. Kim and D. G. Kwon, "A study on utilizing instrumented indentation technique for evaluating in-field integrity of nuclear structures," Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, Vol. 33, No. 2, pp. 165-172, (2013)

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N. Y. Kim, "Assessment of multiple delamination in laminated composites for aircrafts using X-ray backscattering," Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, Vol. 30, No. 1, PP. 46-53 (2010)
J. M. Choi, Y. H. Kwon, H. S. Choi, S. H. Yang, S. W. Woo, S. M. Cho and S. J. Lee, "Statistical Analysis for NDI Results of Aircraft Engine Component for Determining Crack Initiation Period", Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A, Vol. 33, No. 12, pp. 1482-1487 (2009)

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S. S. Lee and K. B. Kim, "Recent Research Trend for Nondestructive Testing Technology," Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, Vol. 24, No. 1, pp. 64-85 (2004)
ASTM E1417 "Standard Practice for Liquid Penetrant Testing"
ASTM E1444 "Standard Practice for Magnetic Particle Testing"
ASTM E1742 "Standard Practice for Radiographic Examination"
NAS 410 "National Aerospace Standard - NAS Certification & Qualification of Nondestructive Test Personnel"
N. D. Jung, Y. S. Moon and S. P. Lee, "Study on Performance Demonstration Test Result of Ultrasonic Examination in Nuclear Power Plant," Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, Vol. 34, No. 5, pp. 384-389 (2014)

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