표면전처리 1. 표면처리의목적 1) 소지면을불활성화 ( 안정화 ) 하여내식성을향상 2) 소지면의여러가지이물질을제거하고표면조도를형성시키므로도료의밀착성을높힘. 3) 소지면의돌출부를제거하여소지면을평탄하게함. 4) 소지면과도료와의친화력과습윤성을줌. 즉, 도장의조기결함을유발시킬수있는모든이물질을소지로부터제거하고도장되는도료가양호하게부착될수있도록소지를깨끗하게처리하는것이다. 2. 표면처리의중요성 : 도장의성패를좌우하는가장중요한인자가표면처리이며, 도막의조기파손의 60~80% 는부적절한표면처리에기인한다고할수있다. 철표면은변질층이나산화층이덮여있고또한기름, 수분, 녹, 먼지등이부착되어있어도장하기전에이러한이물질들을완전히제거하지않고도장하게되면, 소지와의부착력이저하되고여러가지도막결함및조기발청의원인이된다. 배가신조후, 3 년혹은 5 년후에보수도장을위해 Docking 시일반적으로외판을기준으로첫 D/D 시 3 ~ 7% 정도의도막결함으로인한 Blasting 을실시한다. 배의수명이약 30~40 년으로본다면, 이에상응하는도막의성능을유지하기위해서는전처리가매우중요하다. 도장시각요인이도막의수명에미치는영향을보면다음과같다. 요인영향도 (%) 표면전처리 ( 전처리등급의차이 ) 도막횟수 ( 도막두께의차이 ) 도료의종류기타도장조건 50 20 5 25 1 페이지
3. 표면처리의종류 : 도장을위한전처리로는 Solvent Cleaning( 탈지 ), Chemical Cleaning( 산세정 ), Hand Too Cleaning, Power Tool Cleaning, Blast Cleaning 등이있다. 1) Solvent Cleaning : 기름, 그리스, 흙등소지표면에잔존해있는용해가능한오염물을제거하는데사용되며일반적으로 Blast cleaning 의전단계이다. 사용되는용제로는등유, 텔레빈유, 나프타, 톨루엔, 크실렌등이있다. 2) Chemical Cleaning : 황산과같은강한산을이용하여표면처리하는방법을말하며산세정 (Acid Pickling) 이라고한다. 주로비철금속표면처리나강재도금을위한표면처리의방법으로사용되고있다. 강재표면에기름, 페인트, 두꺼운녹은세정용산이표면에접촉하여 millscale 을제거하는것을방해하기때문에제거해야하며, 산세정후강재에잔존해있는세정용산이나반응중생성된염의막이표면에잔류하여말라버리면제거하기힘들고후속공정에문제가되기때문에산세정된강재가뜨거울때곧바로물로세척해야한다. 3) Hand Tool Cleaning : Wire brush, Sand paper, Scraper, Chipping hammer, 등을사용하여지시된수준으로들뜬녹, 들뜬흑피, 들뜬도막을제거하는방법을말함. 4) Power Tool Cleaning : Power brush, Disc Grinder, Needle scaler 등을사용하여소지표면에조도가형성되도록페인트, 단단한녹, 흑피등을제거하는방법을말하며주로 Blast Cleaning 이불가능한조건에서많이사용한다. < Hand-Tool 의종류 > < Power-Tool 의연마기종류 > Disc Grinder 의 Disc Paper 종류 : #16 메시와 #36 메시 2 가지종류가있고크기도 7 inch 와 4 inch 가있다. 주로 #16 메시 / 7 inch 가사용된다. Sand Paper 종류 : #50, #80, #120, #220 등주로 4 가지종류가사용된다.( 숫자가크면클수록코팅된연마재가부드러운 ( 고운 ) 것이다 ) < Power-Tool 의연마기기 > 5) Blast Cleaning : 적당한크기의연마재를원심력이나압축공기등을이용하여소지면에고속 (50~80m/s) 으로분사해소지의오염물, 녹, 흑피등을제거하는방법으로연소재의종류와연소재를분사시키는방식에따라여러가지가있다. 2 페이지
4. 표면처리의규격 1) 관련규격협회 : 강재의전처리규격으로다음 3 가지규격이보편적으로사용되고있다. 1 SSPC : 미국철강구조물도장협회 (The Society for Protective Coating) 2 SIS : 스웨덴규격협회 (Swedish Standards Institution) 3 ISO : 국제표준화협회 (International Organization for Standardization) 2) 철판의등급기준 : 표면처리전에원철판의등급을 "A, B, C, D" 네등급으로나눈다. ( 육안평가이며, SSPC-Vis 1 / ISO 8501-1 규격에따름 ) 1 A : 전면에 Millscale 이단단히덮혀있고녹이없거나아주조금있는상태 2 B : 철판표면이녹슬기시작하고 Milscale 이떨어져나가기시작하는상태 3 C : Millscale 이완전히녹으로진행되었으며, Pitting 은없는상태 4 D : Millscale 이완전히녹슬었고 Pitting 이넓게퍼져있는상태 평가의예 : A SP10 - 표면녹등급 A 인철판을 Blasting 하여 SP-10 수준으로작업 B Sa 2.5 - 녹등급 B 철판으로 Sa2.5 로작업 Millscale( 흑피 ) : 1) 철강이고온으로처리될때철판표면에생기는산화물임. 4) 표면처리규격의비교 2) 흑피가생성되는온도가 575 이상일때와이하일때에그조성이다르다. 3) 흑피의두께는강판이두꺼울수록두꺼우며일반적으로 20~50μm (900~1000 에서압연시 ) 정도이다. 4) 흑피는그조성상얼마간철을보호하는작용을하지만기계적충격이나온도변화에의해쉽게철표면에서분리된다. 철표면이노출되고부식환경에놓이게되면흑피부분은음극으로작용하여철표면의부식이촉진된다. 5) 도장전에흑피제거여부에따라 30~50% 정도의내구성의차이를나타낸다. 규정 표면처리등급용제세정 (Solvent Cleaning) 수동공구세정 (Hand Tool Cleaning) 동력공구세정 (Power Tool Cleaning) 완전나금속블라스팅 (White metal blast cleaning) 준나금속블라스팅 (Near white metal blast cleaning) 일반블라스팅 (Commercial blast cleaning) 브러쉬블라스팅 (Brush-off blast cleaning) SSPC SIS ISO 8501-1 내용 SP 1 - " 표면처리의종류참조 " SP 2 St 2 " 표면처리의종류참조 " SP 3 St 3 " 표면처리의종류참조 " SP 5 Sa 3 육안식별이물질완전제거 SP 10 Sa 2½ 육안식별이물질 95% 제거 SP 6 Sa 2 육안식별이물질 ⅔ 제거 SP 7 Sa 1 Cleaning 개념, Sweeping 3페이지
산세정 (Pickling) SP 8 - " 표면처리의종류참조 " B1 B2 B 2.5 B 3 B1 B2 B2.5 B3 5. 연마재 (Abrasive) : Blast Cleaning 에사용되는연마재에는크게금속연마재 (Metalic Abrasive) 와비금속연마재 (Non-metalic Abrasive) 로나누어진다. 작업여건에따라연마재의선택이필요하며주로연마재는경도 (Hardness), 밀도 (Density), 모양 (Shape), 크기 (Size) 에따라선택되어진다. Profile 에영향을주는요소 : 연마재의양, 종류, 경도, 크기, 분사속도, 연마시간등이다. 4 페이지
1) 금속연마재 (Metalic Abrasive) : 1 주로사용되는금속연마재로는 Shot, Grit, Cut Wire 등이있으며, 재질은여러가지가있으나경도의범위가넓고흑연침전의문제가없는주조강 (Cast Steel) 이주로사용된다. 2 Shot 는소지표면을깍아내기보다는 Hammer 효과로흑피등을제거하기때문에넓은부위의 blast cleaning 이요하는 1 차전처리 (Shopprimer Line) 에적합하다. Grit 는모양이불규칙한형태를가지고있어표면을깍아내는데유효하기때문에 2 차전처리 (Block 단계전처리 ) 에적합하다. < Shot Blasting > < Grit Blasting > 3 현대중공업의 Shopprimer Line 에서사용중인 Shot 은 0.8mm : 1.0mm : 1.2mm (= 1:2:1) 의비율로섞어서사용하고있고 2 차전처리에서는 Grit G25 를사용하고있다. < Shot 와 Grit 의규격 > 4 Cut wire 는자체생산량이적기때문에연삭률을높이기위해 Shot 와약간섞어사용하는데적용됨. 5 연마재는사용중에파손으로인하여크기가점점작아진다. 이로인하여정기적손실되는연마재의비율만큼재투입이필요하다. 6 연마재의종류별비교 Size(mm) Shot (SAE) Grit (SAE) 표면조도 ( μm ) 비고 1.2 S-390 G-18 130 ~ 170 1 S-330 G-25 90 ~ 125 5 페이지
0.7 S-280 G-40 70 ~ 90 0.5 - G-50 50 ~ 70 2) 비금속연마재 (Non-metalic Abrasive) : 1 주로사용되는비금속연마재로는모래 (Silica Sand), Grnet, Copper Slag 등이있다. 2 - 천연연마재 (Naturally Occuring Abrasives) : Silica Sand( 모래 ), Garnet, Zircon, - 부산물연마재 (By-Product Abrasives) : Slag, Grain,.. - 가공된연마재 (Manufatured Abrasives) : Aluminume Oxide(Stainless 세정에주로사용 ), Glass Bead, Plastic( 항공기에사용 ) 3 비금속연마재는사용후회수가불가능한옥외사용시혹은특수분야나비철금속의세정에사용된다. 3) 연마재선택조건 : 1 모양 (Shape) : Shot 와같은 Round 형과 Grit 와같은 Angular 형이있으며형태에따라세정효과가다르다. 2 경도 (Hardness) : Hard 할수록세정률이높고 Dust 가적게발생된다. 3 비중 (Density) : 모래 (2.5), Grit(7.5) 와같이같은속도, 같은양일때비중이무거운것이연삭력이강하다. 4 크기 (Size) : 작을수록세정률이높으나너무작으면쿠숀효과때문에세정력이낮아진다. 4) 주로사용되는표면처리의비교 구분 Sand Blasting Shot Blasting Grit Blasting 산세정 표면조도약 30 μm 40~70 μm 50~100 μm약 30 μm 처리속도느림매우빠름매우빠름빠름 특징 -Air Blast 방식 -Air Blast 방식 -Air Blast 방식 -가압 Spray or -통상실외시공 Impeller 방식 Impeller 방식 침전방식 -사용후회수불가 -주로실내시공 -주로실내시공 -재질의크기제한 -분진발생많음 -연마재회수가능 -연마재회수가능 -통상박판적용 -환경오염 -복잡한구조물에 -큰조도형성이 적용 불가능하다 6. Blasting 장비 : Blasting 방법에따라원심투사방식, 압축공기방식, 진공방식등으로나누어진다. 1) 원심투사방식 Blasting : 구동모터에의해고속으로회전하는 Wheel 로부터원심력에의해연마재를투사시키방식으로공기압축방식에비해시간과에너지소비를줄일수있고자동화가가능해작업능률이높아대량작업, 특히 Shopprimer Line 에설치에용이하다. 6 페이지
1 Wheel의지름 : 약 50 cm (8개) 2 동력 / 회전수 : 15 ~ 30 마력 / 약 2,250 rpm 3 회전속도 : 70 m/sec 4 처리량 : 약 90 m2 /h 5 연마재 : Grit, Shot ( 모래는기계판손 ) 6 장점 :- 간단하고증설이용이, - 동력이적다, - 자동화가가능하다. 7 단점 : - 기계파손이쉽고, - 복잡하고큰구조물은처리가어렵다 < Shopprimer Line 의 Blasting 단계 > 2) 공기압축방식 Blasting : 현재가장많이쓰고있는방식으로 Air Compressor 에서가압된공기가탱크에보내지고그공기탱크에나온고압 Air 가연마재와혼합되어분사시키는방식으로원심투사방식에비해이동이쉽고복잡하고큰구조물에대한 Blasting 이용이하다. 주요설비요소 - Air Compressor : 일정한압력과공기의양을공급되도록충분히크야함 - Air Hose : Hose 의내경이 Nozzle 내경보다 3 ~ 4 배정도크야함 - Air : 기름과수분에오염되지않아야한다. - Nozzle : 여러가지가있으나산화알루미나를주로사용 7 페이지
3) 진공방식 Blasting : Blasting 과동시에연마재와먼지를회수하는방식으로분사노출부는특수한 Ring Brush 가달려있는밀폐형으로되어있고그내부는 2 중구조로되어있어분사와흡입이동시에이루어진다. 4) 습식 Blasting : 위에서기술한것은건식 Blasting 의종류에대한것이고습식 Blasting 은연마재 ( 주로모래나 Slag) 와물이같이분사하는압축공기방식과물만고압으로분사하는습식분사방식이있다. 습식 Blasting 은따로 Ultra High Presure Water Jetting 에대한설명시자세하게다룰예정임. 7. Profile( 표면조도 ) : Blasting 된철판은일정한조도를형성하게되는데그조도는연마재의종류, Size, 양, 경도, 분사속도, Blasting 시간에따라서그형성과밀도가달라지게된다. 도장사양상의조도에대한언급이없다면표면조도는 25 μm ~75 μm이되도록처리하며, 조도가너무낮으면부착이불량해질수있고너무높으면도막이 Cover 하지못한조도의 Peak 부위에서녹이발생될수도있슴. 1) 표면조도의표시 : 표면조도는여러형태의거칠기가복합적으로구성되어있어거칠기자체를하나의숫자로표시할수없고조도의높낮이를말하는진폭크기의평균이라든가, 거칠기간격의평균, 등과같이통계적으로처리한다그표시방법 (Roughness Parameter) 은주로중심선평균거칠기 (R a ),10 point 평균거칠기 (R z ), 최대높이 (R max ) 로표시하며, 일반적으로 R max 를 많이사용한다. 하지만표면조도를가장잘나타낼수있는방법은미세한표면형상을확대하여보여주는것이다. 이것은표면을확대해서촬영하고그사진을해석해야되는번거러움 8 페이지
이많고비효율성이기때문에표면전체의거칠기를대표적인값으로나타내려고하는것이다. 1 중심선평균거칠기 (R a ) : 일정측정구간에서중심선을기준으로적분한평균값을말함. 중심선 R a 측정구간 210 point 평균거칠기 (R z ) : 일정측정구간을 10 등분하여측정한평균값을말함. 중심선 Z 1 Z 9 Z 10 Z 2 측정구간 R z = (Z 1 + Z 2 + + Z 9 + Z 10 ) 10 3 최대높이 (R max ) : 일정측정구간에서측정한최대값을말함 중심선 R max 측정구간 Dead Volume : The amount of paint needed to feel up for the surface roughness on a blast cleaned surface. Real DFT 도막 Dead Volume 소지면 도료의손실 (Loss) 9 페이지
2) 표면조도의측정 1) 표면조도에의한손실 ==> 조도 50 ~ 100 μm - DFT 35 μm손실조도 100 ~ 150 μm - DFT 60 μm손실 2) 도장작업시손실 ==> 로울러 / 붓작업 : 단순구조물 (5%), 복잡한구조물 (10~15%) Spray 작업 : 단순구조물 (20%), 복잡한구조물 (60% / 40% / 30%) 3) 도장작업장조건에의한손실 ==> 도장 Shop 내부 (5%), 거의바람이불지않은외부 (5~10%) 바람이부는외부 (20% 이상 ) 4) 도료자체의손실 : 용기자체의잔존도료, 도장기내도료, 가사시간초과로인한손실 ==> 1 액형도료 (5%), 2 액형도료 (5~10%) 1Testex Press-O-Film Tape(ASTM D 4417, Method C) : 복제용 Tape 를 Blasting 한소지면에대고유리막대로문질러표면 Profile 이묻어나오게형상을뜬다음마이크로미터기로측정한다. ( 측정값에서필름의두께를뺀값이표면조도의깊이가된다 ) 표면조도측정치에대한근거자료가필요한곳즉, 강교나플랜트에서많이사용한다. < 마이크로미터기 > < 복제용 Tape와마이크로미터기 > 2Dial Surface Profile Guage(ASTM D 4417, Method B) : : 측정전에유리시편에 0점조정을한다음직접 Blasting 소지면에대고측정하는것이다. 3Keane-Tator Comparator : < Dial Guage 의종류 > : 여러가지의표면조도비교판을가지고확대경으로비교해서판단하는것이다. 10 페이지
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