최근 비파괴검사(NDT) 분야에서는 기존의 초음파탐상검사(UT)를 한 단계 발전시킨 위상배열 초음파탐상검사(PAUT, Phased Array Ultrasonic Testing)가 다양한 산업에서 활용되고 있습니다. 특히 조선, 플랜트, 발전, 석유화학, 철강, 항공우주 등 용접부의 품질을 중요하게 관리해야 하는 분야에서 PAUT에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

기존 UT가 하나의 탐촉자를 이용해 초음파를 주로 한 방향 또는 정해진 각도로 송수신하는 방식이라면, PAUT는 여러 개의 압전소자로 구성된 배열 탐촉자를 사용하고 각 소자에 가하는 시간 지연(Time Delay)을 전자적으로 조절해 초음파 빔의 방향과 초점을 제어할 수 있다는 차이가 있습니다. ASTM E2700-26 역시 PAUT가 전자적으로 빔을 조향하고 집속할 수 있으며, 여러 각도의 데이터를 한 번에 확보할 수 있다는 점을 주요 특징으로 설명합니다.

이번 글에서는 PAUT 원리, 기존 UT와의 차이, S-Scan과 E-Scan, 장점과 한계, 용접부 검사 절차, 활용 분야까지 비파괴검사 입문자도 이해하기 쉽게 정리해보겠습니다.

1. PAUT란 무엇인가?

PAUT는 Phased Array Ultrasonic Testing의 약자로, 우리말로는 위상배열 초음파탐상검사라고 합니다.

기본적인 검사 원리는 UT와 마찬가지로 초음파를 시험체 내부로 전달한 다음 결함에서 발생하는 반사 신호를 분석하는 것입니다.

하지만 PAUT에서는 하나의 단일 탐촉자 대신 여러 개의 소자가 배열된 다중 소자 탐촉자(Array Probe)를 사용합니다.

각 소자에 전달되는 신호의 시간을 미세하게 조절하면 초음파가 서로 간섭하면서 원하는 방향으로 진행하거나 특정 위치에 초점을 맞추도록 만들 수 있습니다.

쉽게 말하면 기존 UT가 “탐촉자의 각도를 사람이 바꿔가며 여러 번 검사하는 방식”에 가깝다면 PAUT는 “하나의 배열 탐촉자에서 전자적으로 여러 각도의 초음파 빔을 만들어 검사하는 방식”이라고 이해할 수 있습니다.

ASTM E2700-26은 PAUT의 핵심 기능으로 빔의 조향(steering), 형상 제어, 집속(focusing)을 들고 있으며, 이러한 특성 때문에 복잡한 형상의 검사와 데이터 영상화에 장점이 있다고 설명합니다.

2. PAUT는 어떻게 작동할까?

PAUT를 이해하려면 Array Element와 Focal Law을 먼저 알아야 합니다.

Array Element란?

PAUT 탐촉자 내부에는 여러 개의 작은 압전소자가 일정한 간격으로 배열되어 있습니다.

각 소자는 독립적으로 작동할 수 있으며, 여러 소자를 일정한 순서와 시간차로 구동하게 됩니다.

Focal Law란?

각 소자에 신호를 전달하는 시간차를 계산해 원하는 초음파 빔의 방향과 초점 위치를 만드는 설정값을 Focal Law라고 이해할 수 있습니다.

예를 들어 동일한 탐촉자를 사용하더라도 Focal Law를 변경하면 40°, 45°, 50°, 55°, 60°와 같이 서로 다른 굴절각의 빔을 만들 수 있습니다.

따라서 검사자는 탐촉자를 계속 교체하지 않고도 전자적으로 여러 검사각을 구성할 수 있습니다.

이것이 기존 단일 소자 UT와 PAUT를 구분하는 가장 중요한 특징 중 하나입니다.

3. 기존 UT와 PAUT의 가장 큰 차이

기존 UT와 PAUT는 모두 초음파를 이용하지만 검사 데이터의 확보 방식과 빔 제어 방식에서 차이가 있습니다.

구분	기존 UT	PAUT
탐촉자	일반적으로 단일 또는 제한된 구성	다중 배열 소자
빔 조절	탐촉자/웨지에 의해 제한	전자적 조향 가능
검사 각도	탐촉자 변경 또는 이동 필요	Focal Law로 여러 각도 구성
데이터	주로 A-Scan 중심	A-Scan + S-Scan 등
영상화	상대적으로 제한적	결함 위치·분포 시각화에 유리
데이터 저장	장비에 따라 제한적	디지털 데이터 저장에 유리
복잡한 형상	검사 조건에 따라 어려움	상대적으로 대응력이 높음
검사 속도	조건에 따라 다름	여러 각도 동시 확보 가능

ASTM E2700-26에서는 PAUT의 주요 장점으로 빠른 스캔, 여러 검사각 확보, 복잡한 형상 검사, S-Scan 영상화, 디지털 데이터 저장 및 재분석 등을 제시합니다.

4. PAUT에서 자주 보는 S-Scan과 E-Scan

PAUT 장비를 처음 접하면 가장 먼저 등장하는 용어가 S-Scan과 E-Scan입니다.

S-Scan이란?

S-Scan은 Sectorial Scan이라고도 하며, 일정한 범위 내에서 초음파 빔의 각도를 전자적으로 변화시키면서 얻은 데이터를 하나의 영상 형태로 보여주는 방식입니다.

예를 들어 40°부터 70°까지 여러 각도의 빔을 생성하면 검사 대상 내부의 결함 위치와 방향을 비교적 직관적으로 확인할 수 있습니다.

기존 UT에서는 여러 각도 탐촉자를 바꿔가며 확인해야 했던 정보를 한 화면에서 확인할 수 있다는 것이 큰 특징입니다.

ASTM E2700-26은 S-Scan이 사용자가 정한 각도 범위 전체를 동시에 다룰 수 있다는 점을 PAUT의 대표적인 특징으로 설명합니다.

E-Scan이란?

E-Scan은 Linear 또는 Electronic Scan이라고 불립니다.

일정한 굴절각을 유지하면서 배열 탐촉자의 활성 소자 그룹을 전자적으로 이동시켜 검사하는 방식입니다.

쉽게 설명하면 같은 각도로 초음파 빔을 여러 위치에 순차적으로 이동시키는 방식이라고 볼 수 있습니다.

따라서 검사 대상과 요구되는 검사 범위에 따라 S-Scan과 E-Scan을 적절하게 선택할 수 있습니다.

5. PAUT의 가장 큰 장점 6가지

① 여러 각도를 한 번에 검사할 수 있다

PAUT는 하나의 배열 탐촉자에서 여러 Focal Law를 구성할 수 있습니다.

따라서 용접부 내부에서 다양한 방향으로 초음파를 보내 결함 검출 가능성을 높이는 데 도움을 줄 수 있습니다.

특히 균열처럼 방향성이 중요한 결함을 검사할 때 여러 각도의 빔을 이용하는 것이 유리할 수 있습니다.

② 검사 결과를 영상으로 확인할 수 있다

기존 UT의 A-Scan은 숙련된 검사자가 파형을 읽고 결함의 위치와 특성을 판단해야 하는 경우가 많습니다.

반면 PAUT에서는 S-Scan 등 다양한 방식으로 데이터를 시각화할 수 있기 때문에 검사 대상 내부의 결함 위치와 분포를 상대적으로 직관적으로 파악할 수 있습니다.

③ 디지털 데이터 저장이 가능하다

PAUT의 중요한 장점 중 하나는 검사 데이터를 디지털 형태로 저장하고 재분석할 수 있다는 것입니다.

ASTM E2700-26도 데이터 저장 기능을 통해 검사 결과의 감사, 보관, 사후 처리 및 재처리가 가능하다고 설명합니다.

이는 단순히 검사 결과를 보는 것에서 끝나는 것이 아니라 향후 품질분석이나 재검토에도 활용할 수 있다는 의미입니다.

④ 복잡한 형상에 대응하기 좋다

플랜트 배관, 용접부, 두꺼운 구조물 등에서는 검사 대상의 형상 때문에 기존 UT만으로 충분한 검사가 어려울 수 있습니다.

PAUT는 빔의 방향과 초점을 전자적으로 제어할 수 있기 때문에 복잡한 형상이나 접근이 제한된 영역에 대응하는 데 장점이 있습니다.

다만 이것이 어떤 형상에서도 항상 PAUT가 더 좋다는 의미는 아닙니다. 실제 검사는 대상 재질, 두께, 용접 형상, 검사 범위, 절차서 등을 기준으로 판단해야 합니다.

⑤ 검사 속도 향상에 도움이 된다

기존 UT에서는 여러 각도의 검사를 위해 탐촉자 위치를 반복적으로 변경해야 하는 경우가 있습니다.

PAUT는 여러 빔을 전자적으로 구성하기 때문에 조건에 따라 검사 속도를 높일 수 있습니다.

ASTM은 여러 검사각을 한 번의 스캔에서 확보할 수 있는 점을 PAUT의 주요 장점으로 소개하고 있습니다.

⑥ 검사 결과를 비교하고 추적하기 쉽다

디지털 데이터가 저장되면 동일 부위의 과거와 현재 데이터를 비교하는 것도 가능해집니다.

특히 유지보수 검사에서는 동일 설비를 반복적으로 검사하면서 변화 여부를 추적해야 하는 경우가 있기 때문에 디지털 기록의 가치가 높습니다.

6. PAUT의 단점과 주의점

장점이 많은 기술이지만 PAUT가 기존 UT보다 무조건 우수한 것은 아닙니다.

장비 가격이 높다

PAUT 장비와 배열 탐촉자는 기존 단순 UT 장비에 비해 초기 비용이 커질 수 있습니다.

설정이 복잡하다

Focal Law, 굴절각 범위, 초점 위치, 검사 커버리지 등을 적절하게 설정해야 합니다.

따라서 단순히 장비를 켜고 스캔하는 것만으로 정확한 검사가 이루어지는 것은 아닙니다.

데이터 해석 능력이 필요하다

S-Scan 화면에 나타난 신호를 무조건 결함으로 판단하면 안 됩니다.

재질, 형상, 용접 구조, 빔 경로 등에 의해 다양한 신호가 나타날 수 있기 때문에 관련 지시인지 여부와 실제 결함인지 여부를 절차와 기준에 따라 평가해야 합니다.

결함 크기 산정에 주의해야 한다

ASTM E2700-26은 PAUT에서 지시 크기를 평가할 때 적절한 절차가 없으면 빔 확산이나 동일 지시에서 발생하는 복수의 가상 탐촉자 신호 등의 영향으로 지시가 실제보다 크게 평가될 가능성이 있으므로 주의가 필요하다고 설명합니다.

즉, “화면에서 크게 보인다 = 실제 결함이 크다”라고 단순하게 판단해서는 안 됩니다.

7. PAUT 용접부 검사 절차는 어떻게 진행될까?

실제 검사에서는 프로젝트와 적용 표준에 따라 절차가 달라질 수 있지만 일반적인 흐름은 다음과 같이 이해할 수 있습니다.

STEP 1. 검사 요구사항 확인

먼저 도면과 검사절차서, 검사 범위, 용접번호, 재질, 두께, 적용 코드 및 합격기준 등을 확인합니다.

STEP 2. 검사 장비와 탐촉자 준비

PAUT 장비, 배열 탐촉자, 웨지, 케이블, 접촉매질 등을 준비합니다.

STEP 3. 기준시험편 확인

검사 대상과 유사한 재질·두께·형상의 기준시험편 또는 적절한 기준을 사용해 장비의 설정과 검출 성능을 확인합니다.

STEP 4. Focal Law 설정

요구되는 검사 범위와 각도를 기준으로 적절한 Focal Law를 구성합니다.

STEP 5. Calibration 및 Standardization

검사 절차에서 요구하는 방식으로 거리, 감도, 각도 및 기타 필요한 항목을 설정하고 기준 반사체를 활용해 상태를 확인합니다.

STEP 6. 스캔

검사 대상의 지정된 범위를 일정한 속도와 방향으로 스캔합니다.

STEP 7. 데이터 분석

A-Scan, S-Scan 및 기타 표시 데이터를 분석하여 관련 지시를 확인합니다.

STEP 8. 결과 평가 및 보고서 작성

관련 규격과 검사절차에서 정한 기준에 따라 지시를 평가하고 검사 결과를 기록합니다.

ISO 13588은 용접부에 대한 반자동·완전자동 PAUT 적용에 관한 지침을 제공하며, 결함의 검출, 위치, 크기 및 특성화와 관련된 고려사항을 다룹니다. 또한 품질평가 방법은 규격에 따라 진폭 및 길이 또는 높이 및 길이 등을 사용할 수 있다고 설명하지만, 해당 ISO 문서 자체가 합격기준을 정하는 것은 아닙니다.

8. PAUT는 어디에서 많이 활용될까?

PAUT는 다양한 산업의 용접 및 구조물 검사에 적용할 수 있습니다.

조선·해양

선박 및 해양구조물의 용접부 검사에 활용할 수 있습니다.

석유화학·플랜트

배관, 압력용기, 용접부 등 중요한 설비의 검사에 활용됩니다.

발전산업

발전설비의 용접부 및 주요 구조물 상태를 확인하는 데 활용할 수 있습니다.

철강·제조

두꺼운 금속 구조물이나 생산품의 내부 불연속을 검사하는 분야에서도 활용됩니다.

항공우주

항공 분야에서는 높은 수준의 검사 절차와 자격요건이 요구되기 때문에 PAUT 역시 대상 부품과 적용 절차에 따라 활용됩니다.

ISO 13588도 PAUT 적용 대상으로 플레이트, 파이프, 용기 등의 금속 용접부를 제시하고 있습니다.

9. PAUT와 기존 UT를 한눈에 비교

다시 정리하면 다음과 같습니다.

기존 UT

탐촉자 → 초음파 발생 → 결함 반사 → A-Scan 분석

PAUT

배열 탐촉자 → 다수의 소자 제어 → Focal Law 생성 → 여러 방향 빔 → A-Scan/S-Scan 등 데이터 분석

따라서 PAUT의 핵심은 단순히 “초음파탐상기를 디지털화한 것”이 아니라, 여러 배열 소자를 전자적으로 제어해 초음파 빔을 원하는 방향과 초점으로 만들어 검사하고 그 결과를 영상 및 디지털 데이터로 활용하는 기술이라는 데 있습니다.

10. 2026년 PAUT 기술 동향에서 알아둘 점

PAUT 관련 표준 역시 계속 발전하고 있습니다.

현재 ASTM에는 E2700-26, Standard Practice for Contact Ultrasonic Testing of Welds Using Phased Arrays가 활성 표준으로 등록되어 있습니다. 해당 표준은 2026년 2월 3일 업데이트된 것으로 표시되어 있습니다.

ISO에서도 기존 ISO 13588:2019가 현재 유효한 표준으로 유지되고 있지만, 2026년에는 이를 대체하기 위한 ISO/CD 13588 제3판이 개발 단계에 들어가 있습니다. 즉 PAUT 용접검사 관련 국제 표준 역시 계속 개정·발전하는 상황입니다.

또한 ASTM의 2026년 NDT 표준 목록에는 PAUT와 함께 Total Focusing Method(TFM) 관련 표준인 E3517/E3517M-26도 확인됩니다. 이는 초음파 데이터의 디지털 처리와 고급 영상화 기술이 계속 확장되고 있다는 흐름을 보여줍니다.

마무리｜PAUT는 미래의 비파괴검사 기술일까?

위상배열 초음파탐상검사(PAUT)는 기존 UT의 기본 원리를 유지하면서도 전자적 빔 조향, 집속, 다중 각도 검사, S-Scan 영상화, 디지털 데이터 저장 등의 기능을 추가한 고급 초음파검사 기술입니다.

특히 용접부 검사에서는 검사 속도와 데이터 관리, 복잡한 형상 대응, 결함 위치 및 형태의 시각화 측면에서 많은 장점을 가지고 있습니다. ASTM E2700-26도 이러한 특성을 PAUT의 주요 이점으로 명시하고 있습니다.

하지만 PAUT 역시 장비 성능만으로 정확한 결과가 보장되는 것은 아닙니다. 적절한 검사절차, 기준시험편, 장비 설정, 검사자의 자격과 경험, 데이터 해석 능력이 함께 갖춰져야 합니다.

특히 실제 산업 현장에서는 PAUT라는 기술 자체보다 어떤 규격과 절차를 적용하고 어떤 합격기준으로 평가하는지가 중요합니다. ISO 13588 역시 PAUT를 이용한 결함 검출·위치·크기 평가에 대한 지침을 제공하지만 합격기준 자체는 별도로 정하도록 하고 있습니다.

따라서 비파괴검사 분야 취업이나 자격증을 준비하고 있다면 기존 UT를 충분히 이해한 뒤 PAUT → TOFD → TFM 등 고급 초음파검사 기술로 학습 범위를 확대하는 방법을 고려해볼 수 있습니다.

🔗 함께 보면 좋은 NDT 관련 글

비파괴검사(NDT)란? 대표 5가지 검사 종류와 특징 비교
초음파탐상검사(UT) A-Scan 해석법과 입사각 탐촉자 활용법
초음파탐상기(UT) 보정(Calibration) 절차와 시험편 활용법
용접 결함의 종류(기포, 균열, 슬래그)와 NDT 검출법
TOFD(시간차전파법) 초음파 검사의 원리와 결함 높이 측정법
비파괴검사 해외 취업 방법｜ASNT·PCN 자격증 준비부터 취업 전략까지