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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

문명기 (한국해양대학교, 한국해양대학교 대학원)

지도교수
경갑수
발행연도
2021
저작권
한국해양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수6

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2021

클린레이저 시스템을 적용한 강교량 표면처리
문명기 토목환경공학과 2021.01 학위논문

2019

강교량의 도장 제거를 위한 클린 레이저 적용성 평가
문명기 ,  박진은 ,  경갑수 대한토목학회 학술대회 2019.10 학술대회자료

초록· 키워드

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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.

목차

제1장 서 론
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구동향 4
1.3 연구내용 및 범위 7
제2장 클린레이저를 사용한 표면처리 실험개요
2.1 클린레이저 시스템 개요 8
2.2 실험편 제작 10
2.3 실험조건 및 실험편명 설정 12
2.4 클린레이저 표면처리 시 실험종류 및 측정방법 13
2.4.1 도막두께 측정방법 15
2.4.2 표면조도 측정방법 15
2.4.3 부착력 시험방법 15
2.4.4 표면 등급 평가방법 16
2.4.5 인장시험방법 17
2.4.6 마이크로스코프를 이용한 표면관찰방법 17
제3장 클린레이저 적용성 평가
3.1 도막두께 측정결과 및 분석 18
3.1.1 도막두께 측정결과 18
3.1.2 클린레이저 작업회수에 따른 도막 두께 변화 예측 모델 32
3.1.3 표면처리의 효율과 도막두께 감소량의 관계 33
3.2 조도 측정결과 및 분석 38
3.3 국제 표준에 따른 실험편의 표면 등급평가 43
3.3.1 SSPC표준, Sa표준에 따른 등급평가 43
3.3.2 JIS 기준에 따른 등급평가 47
3.4 마이크로스코프를 통한 표면관찰 및 분석 48
3.4.1 A실험편의 표면 관찰 48
3.4.2 B실험편의 표면 관찰 51
3.4.3 C실험편의 표면 관찰 54
3.4.4 부식실험편의 표면 관찰 57
3.5 부착력 시험결과 및 분석 60
제4장 시험편 건전성 평가
4.1 인장시험 결과 및 분석 62
4.2 ABAQUS 프로그램을 이용한 열전달 해석 64
4.2.1 구조분석에 대한 일반 소개 64
4.2.2 강재의 기계적 및 열적 특성 64
4.2.2.1 기계적 특성 64
4.2.2.2 열적 특성 65
4.2.3 분석 방법 67
4.2.4 열전달해석 모델 및 결과 68
제5장 클린레이저 표면처리 경제성평가
5.1 표면처리 전 단계 비용 정리 73
5.2 표면처리 종류에 따른 비용 74
5.3 클린레이저 및 블라스팅의 표면처리 별 경제성 평가 76
5.4 클린레이저 및 그라인딩의 표면처리 별 경제성 평가 78
제6장 결 론
6.1 연구결론 79
참고문헌 82

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