파손분석 개요

FORENSIC ENGINEERING TECHNOLOGY LAB.

 건설, 화학, 기계, 전기 설비 등의 안전사고의 주요원인은 기계구조물 및 부품 등이 파손, 손상되는 것에서 기인하며 정확한 구조물 파손 사고 원인 분석을 위해서는 구조와 설계기준, 응력분포 해석, 원소재, 제조공정 및 사용조건 등의 측면을 병행 고려해야 한다. 특히, 기계나 구조물 또는 수송기관들이 대형화, 대용량화, 고속화됨에 따라 파손이나 고장은 대형 피해나 사고로 이어질 가능성이 매우 높아 원인 규명에 대한 고도의 검사 및 시험 평가 기술은 사고 재발 방지를 위한 예방 측면에서도 필연적으로 요구되어 지는 기술이다.

 파손진단의 궁극적인 목적은 파손을 방지하여 안전한 운용을 꾀하는 것에 있는데, 파손에 대한 책임을 가려 사고 원인에 대한 책임 판단과 손해 배상과 보험을 통해 그 손실을 최소화하는 별도의 목적성이 있다. 본 연구소는 구조물 파손 유형별 구조물 파괴 및 파손사고 원인규명을 위해서 주사전자현미경(SEM), 나노인덴트, 크리프시험기, 피로시험기, 충격시험기, 파괴인성시험기 등 다양한 장비를 통해 재료 및 기계물성을 분석함으로써 이들의 결과를 종합적으로 검토하여 활용하고 있다.

연성파괴

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 연성파괴는 균열이 전파될 때 파단면 상에 상당한 소성변형이 발생되는 파괴형태로써 파단면은 찢어지는 느낌의 형상으로 구성되어 일반적으로는 큰 단면 감소율을 갖는다. 간혹 눈으로 보기에 취성파괴와 같은 평평한 파단면도 연성파괴로 판정되는데, 여기에 는 주사전자현미경(SEM)으로 확인할 수 있는 딤플(Dimple)이 형성되어 있어 이것이 미세한 소성변형의 공공이 부품의 연성적인 파괴에 기여한 것을 확인할 수 있다.

취성파괴

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 취성파괴는 소재에 내재된 특성에 기인하는 것과 사용시 하중이나 분위기 조건과 같은 외적 요인에 의하여 발생되는데, 파손이 설계 구조상의 노치(Notch)부분이나, 용접 시의 열 및 잔존 응력 부분에서 사용 시 하중변화나 운전 시작시의 열 충격 등에 의해 갑자기 발생되는 파손형태이므로 위험요소가 크고 사고 시 큰 손실이 예상되는 파손 유형이다. 파단면 상에는 취성파괴의 전형적인 형상으로 벽개파괴(Cleavage fracture) 형태인 물결무늬(River pattern)가 결정립 내를 통해 전파하는 취성파괴 양상을 나타낸다.

피로파괴

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 피로파괴는 응력이 반복적으로 가해져 점점 균열이 전파 및 확대하고 결국 파괴에 이르는 것으로 응력 진폭이 정적 강도 이하, 때로는 탄성한(彈性限) 이하에서도 일어난다. 거시적으로는 소성변형이 동반되는 경우가 거의 없지만, 미시적으로는 크든 작든 소성변형이 집적한 결과이다. 피로에 의해 발생한 파손에서 그 파단면은 취성파괴의 한 형태로 규정할 수 있다. 그러나 이것은 일반적인 취성파괴의 특징이 아닌 피로균열 전파에 따르는 새로운 파단의 전형을 갖는다. 피로 균열 전면에는 육안으로 확인되는 비치 마크(Beach mark)외에도 주사전자현미경의 관찰로써 확인할 수 있는 피로 줄무늬(Fatigue striation)가 또 다른 특징으로 발생되어 피로파손을 확인할 수 있는 중요한 근거가 된다.

용접부파단

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 용접부는 다양한 원인에 의해 용접결함이나 용접균열이 일어나기 쉽고, 이것이 파괴의 원인이 되는 때가 있다. 용접 균열은 용접 시 일어나는 현상으로 용접봉이 부적합하거나 접합부의 구속이 큰 경우, 모재에 유황량이 과다하게 많은 경우, 루트 간격이 너무 넓을 경우, 접합부가 냉각된 경우에 나타난다.