클린레이저 시스템을 적용한 강교량 표면처리

Abstract

노화된 강교량의 재도장 시 표면처리는 가장 중요한 역할을 한다. 현재 가장 많이 사용하고 있는 표면처리는 블라스팅 방법, 그라인드 방법, 화학적방법 등 표면처리 공법이다. 그러나 이러한 방법들은 유해물질이 포함 된 분진의 비산, 산업폐기물 증가, 소음 및 표면처리 실패로 인한 조기 열화 등의 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 표면재를 순간적으로 승화 및 증발 시켜 코팅과 녹을 제거하는 클린레이저(고에너지 밀도 레이저)를 이용한 세정 방법이 선진국의 주목을 받고 있다. 레이저 클리닝 공법은 타 공법에 초기비용이 많이 들며, 레이저 스캔 폭이 좁아서 넓은 면적을 작업하기 위해서는 다량의 반복작업이 필요하다. 또한, 레이저 건의 내구성이 취약하여, 장시간 사용이 어렵고, 레이저를 통한 도막 및 녹 제거 시 발생하는 비산물 회수 처리를 위한 집진기 설치도 반드시 필요하다. 그리고 클린레이저 사용에 있어서 적용 대상의 모재, 도장, 오염물질, 녹 등의 상황에 따라서 레이저 시스템의 레이저 타입, 레이저 출력, 레이저 주파수, 레이저 스캔 폭 및 스캔 속도 등의 세부적인 사양이 결정되어야 한다. 이 연구에서는 클린레이저를 이용하여 강교량에 사용되는 강재 SS235에 중방식도장을 한 실험편과 중방식도장 실험편에 스크래치를 내어 녹을 생성시킨 시험편 두 가지를 표면처리하여 실험을 실시하였다. 클린레이저 매개변수[레이저 파워, 레이저 주파수, 레이저 조사 속도, 레이저 조사 폭]에 따라 실험편에 표면처리를 실시한 후 도막두께측정, 조도측정, 표면 육안관찰, 마이크로스코프를 통한 표면관찰을 통해서 클린레이저의 성능평가를 실시하였고, 클린레이저가 강교량의 표면처리방법으로의 적합성을 분석하였으며 녹 및 도막을 제거하는 효율을 높이기 위한 최적의 조건을 도출하였다. 그리고 인장시험 및 부착력 테스트를 통해 클린레이저를 사용한 실험편의 건전성 평가를 통해 클린레이저의 안정성을 판단하였다. 그리고 이 연구에서는 도막두께 측정 실험을 통해 얻어진 클린레이저 사용 후 도막 감소량을 이용하여 클린레이저 매개변수와 도막두께 감소량의 정량적인 관계 및 평가식을 제안하기 위하여 하나의 식을 도출하여 설명하였습니다. 또한 클린레이저 시스템의 구조물 거동을 평가하기 위해 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 적용하였다. 이 프로그램은 가정된 열에너지 조건에 대한 비선형 열전도 분석이 포함되어 있다. 따라서 열조건과 시간이력을 고려하여 구조물의 비선형 온도 분포를 예측하기 위해 과도 열전달 해석을 수행하였다. 추가적으로 클린레이저의 경제성 평가를 위하여 전면 재도장 시 일반부 표면처리를 PS-Ball 블라스트 공법에 대한 비용과 클린레이저를 사용한 표면처리 방법에 대한 비용을 비교하였고, 부분 재도장 시 볼트부 표면처리를 동력공구 공법에 대한 비용과 클린레이저를 사용한 표면처리 방법에 대한 비용을 비교하여 분석하였습니다.