*다음은 드라이아이스세척의 안전성을 공학적이론에 근거하여 설명하였다.
즉 금속체를 드라이아이스로분사하였을 때 열변화를 그래프로 설명하였고
관계식으로 풀이하여/ 열충격치의 계산을 증명하였다
(FIGURE 4. 열부하 측정을 위한Thermocouple 장치).
시편을 30초 간 (통상의 blast요구 시간보다 오래) blast 후, 표면 온도는 급격한 변화 (50° C in about 5 seconds)를 보이는 반면, 일정 깊이의 온도는, 시편 전체의 온도 변화에 따라 매우 점진적으로 변화합니다. 2 mm 깊이의 온도는 30초 후 10도 씨 저하되는 데 불과합니다.
(FIGURE 5. 여러 깊이에서 측정한 온도 기록)
고무제품 공장에서 다른 실험이 있었던 바, 섭씨 149의 금속 몰드가 -78.3 °C 즉, 드라이 아이로 blasting 된 경우 입니다. 뜨거운 몰드와 드라이 아이스의 온도 차는 모재의 균열 현상을 나타내지 않았는데, 그 이유는, 급격한 온도 변화는 표면에 제한되어 나타나며, 열 충격량은 정상의 열처리 과정과 비교, 미미한 수준입니다.
온도 변화로 인한 영ㄹ부하 –thermal stress-는 하기 1.0식으로 계산할 수 있습니다.
(sy : stress (psi), DT: temperature gradient (°F), a: 열팽창계수, g : 쁘와송 상수).
1.0
계측치를 대입하면,
2.0
열부하 - thermal stress (psi) 계산결과
3.0
Figure 5. 에 따르면, 온도차는 135 °F / 57.2°C 입니다. 이 온도차로 인한 인장력은 30,240 psi / 2085 bar로 매우 낮은 수준입니다. 극단적으로, 금형 자체의 온도가 드라이 아이스의 온도와 동일해 진다 하여도 (실제로 일어날 수 없음) 그 온도 차는 459 °F / 237.2°C, 그 경우의 인장력 변화량 102,800 psi / 7088 bar로 항복점에는 훨씬 못 미치는 수준 입니다. 더구나, 이 정도의 온도 차는 일반적인 열처리 온도 즉, 500 °F / 260°C 수준과는 차이가 많이 있습니다.
드라이 아이스입자가 고속, 정면으로 세척 대상물 표면에 충격을 가하는 경우, 전통적인 매체를 이용한 blast (grit, sand, PMB, etc )에 비하여 충격량은 매우 작은 편입니다. 이것은 드라이 아이스의 경도가 매우 낮으며, 표면에 충돌하는 순간 승화되어 상 변환을 일으키기 때문입니다. 드라이아이스는 세척 대상 표면을 연마하지 않고, 열충격에 의하여 세척되는 이유로 모재에 손상이 없이 안전하게 사용됩니다. 황동이나 알루미늄 등 부드러운 재질 표면을 손상 (pinging, pitting, roughness) 없이 오염층을 분리, 제거 합니다.
결론
여러가지 질문중 드라이아이스분사를 하였을 때 열충격으로 금형,설비가 손상되지 않을까? 하는의문을 제기한다.
나름 아주 분석적 사고라고 하겠지만 한번더 생각해 보면
위의 내용에서와 같이 순간적 열충격에 따른 충격값은 금속의 강도에 비하면 아주 미비하다.
즉 손상과는 아주 먼 충격치 이다 .
촛불로 순간적인 속도( 대략 100 m/s)로 손을 지난다고 해서 손이 화상을 입지는 않는다.
한마디로 안전하다.
단 강도적 측면외 순브라스팅(입자의 마찰)으로 인한 파손은 별도로 살펴야 한다.
자세한 기술적문의는 아래로.....
기술사 정동섭 010 2785 2984 4000gocrown@hanmail.net
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