1. 금속학적 고장 분석 기법

Metallurgical Failure Analysis Methodology

 

기계 고장 분석가는 고장 부품의 금속학적 정밀 분석시 전문성이 부족할지라도 근본적인 고장 원인을 규명하여 해결책을 찾아야 한다. 그의 임무는 사고 원인을 규명하고 대책이나 예방책을 찾는 것이다. 금속학적 고장 분석중 수행되는 검사 목록은 표 2-1과 같다.

 

표 2-1 금속학적 고장 분석의 주요 단계

1. 기본 데이터 수집과 견본 선정
2. 고장 부분의 예비시험(육안 점검과 기록 유지)
3. 비파괴 시험
4. 기계적 시험(경도와 인성 시험)
5. 모든 시편의 청소나 보관, 선정, 규명
6. 현미경 시험 및 분석(파괴면, 2차균열, 기타 표면 현상)
7. 현미경 시험 및 분석
8. 금속 단면의 선정과 준비
9. 금속 단면의 시험과 분석
10. 파손 메커니즘의 규명
11. 화학적 분석
(Bulk, 국부, 면부식물, 침전이나 코팅, Microprobe 분석)
12. 파괴역학의 분석
13. 특별한 시뮬레이션 서비스 환경에서의 시험
14. 결론 유추를 위한 모든 상황의 분석
15. 권고를 포함한 보고서 작성

 

점검 전에 고장 분석을 위한 계획이 절대 필요하고, 고장의 원인과 일반적 특징에 관하여 충분히 조사해야 한다.

표 2-1의 여러 단계에서 예비 결론이 종종 나오며 조사 초기에 원인이 밝혀지면 나머지 시간은 예상되는 원인을 확인하여 다른 가능성을 줄이는데 할당해야 한다. 다른 경우의 조사는 그림 2-1의 논리 순서에 따라 다음 단계를 결정해야 하는데, 적절한 시험 설비를 이용할 수 있다면 분석가는 예비 결론을 내기 전에 기계적 시험, 화학적 분석, 파단별 사진, 현미경 검사 등의 결과를 수집하여 검토해야 한다.

조사 작업 감축을 위한 노력은 항시 해야 하고, 때로 파단면의 육안 검사나 한 개의 금속 조직 시편을 조사하는 것과 같이 분석 절차 측면에서 고장 원인에 대한 의견을 형성해야 한다. 최종 결론에 도달하기 전까지 당초 의견을 확인하는 추가 데이터를 구해야 한다. 금속 조직 단면과 같은 하나의 시편에서 얻은 결론은 유사한 파손 이력을 얻을 수 없으면 쉽게 의심받을 수 있다.

표 2-2의 점검 목록은 금속학적 조사 및 시험 그리고 가정한 결론에서 유추한 확증을 분석하는데 보조로 사용되어 왔다.

다른 고장 분석과 같이 조사의 마무리는 보고서 작성이다. 숙련된 조사자는 표 2-3과 같이 주요 부분으로 구분하여 보고서를 작성해야 한다고 제시하였다.

 

표 2-2 금속학적 고장 실험 목록

1. 고장 순서는 수립되었는가?
2. 균열이나 파괴 손상이 나타났다면, 초기 위치는 규명되었는가?
3. 표면이나 표면 아래에 균열이 시작되었는가?
4. 균열은 응력 집중과 관계가 있는가?
5. 균열은 얼마나 계속되는가?
6. 하중의 집중 정도는 얼마인가?
7. 하중의 형태는 무엇인가? : 정하중, 순환 하중, 간헐 하중
8. 응력은 어떻게 발생되었나?
9. 고장 메커니즘은 무엇인가?
10. 고장 발생시 온도는 어떠한가?
11. 온도가 고장에 영향을 주었는가?
12. 마멸이 고장에 영향을 주었는가?
13. 부식이 고장에 영향을 주었는가? 부식 형태는 무엇인가?
14. 적절한 재료가 사용되었는가? 더 우수한 재료가 필요한가?
15. 단면은 운전 등급에 충분한가
16. 재료의 질은 사양에 적합한가?
17. 재료의 기계적 요소는 사양과 대비하면 허용할 정도인가?
18. 고장 부품의 열처리는 적절한가?
19. 고장 부품은 적절히 제작되었는가?
20. 부품은 적절히 조립되어 설치되었는가?

 

표 2-3 금속학적 고장 보고서의 주요 부분

1. 고장 부품의 설명
2. 고장 발생시 운전조건
3. 주요 운전이력
4. 부품의 생산과 공정 이력
5. 고장에 대한 기계적, 금속적 연구
6. 품질의 금속학적 평가
7. 고장야기 메커니즘의 요약
8. 유사 고장 예방에 대한 권고 사항

 

그림 2-1 금속의 고장 원인 분류

 

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