[공학나라] 기계 공학 기술정보

스테인리스강 부동태

앞서 부동태 (passivation) 처리 에서 간단히 언급을 했는데 좀 더 자세히 알아보자.

간단히 말하면 표면의 화학적 반응성을 낮추어서 부식저항성을 높이는 처리가 부동태이다.

여러 부동태 처리 방법이 있긴하지만 공통적으로

부동태 처리 전에 제품을 오염물로부터 세정하고 시험적으로 이를 검증하는 단계가 있다.

그리고 산성액 욕조에 담그게 된다. 보통 온도는 상온에서 60도씨 사이이고 최소 시간은 20~30분 정도가 된다.

그리고 산성액을 중화시키기위해 수산화나트륨 용액의 욕조에 담그고 물로 세척하고 말린다 (부동태 끝~). 

일반적으로 부동태과정은 ASTM A967과 AMS 2700 산업 표준으로 한다. 표준 안에서도 여러가지 방법이 있다. 이 방법들 모두 표면의 녹과 철을 제거하는 질산 (nitric acid) 혹은 시트르산으로 하기도 한다. 질산을 사용하는 경우(질산 자체도 몸에 좋진 않다) 크롬을 산화시키는 첨가제로 중크롬산 나트륨이라는 걸 종종 사용하는데 독성이 매우 높다. 그리고 질산 보다는 시트르산이 매우 환경 친화적이다.

좀 더 장황하게 설명하면

스테인리스강에서는 녹을 방지하기 위해 산성액을 이용하여 표면의 자유 Fe 을 제거한다. 이렇게 표면 Fe 가 제거되면 크롬이 산화되어 산화층을 형성하게 되고 산화 방지가 된다. 이런 표면은 기계적인, 열적인, 혹은 화학적인 이유로 손상될 수 있으며 이 경우에 Fe가 다시 산화가 시작된다. 이러한 이유로 부동태는 정기적으로 하면 좋기는 하지만 대부분 제품 출하시에 한번만 한다.

참고문헌

www.theruststore.com/What-is-stainless-steel-passivation-W85.aspx

en.wikipedia.org/wiki/Passivation_(chemistry)

www.electro-glo.com/passivation-vs-electropolishing-what-are-the-differences/

아래 내용 강추 (내용 추가 필요)

www.mmsonline.com/articles/how-to-passivate-stainless-steel-parts

튜브 경도 요구 조건

튜브의 요구 조건은 표면 조도, 재질, 경도, 벽두께가 있다. 벽두께는 압력과 온도에 따라 주로 정해진다. 

표면 조도는 ASTM A450에 저으이되어 있긴하나 대충 잘해봐 수준의 언급만 있다. 예를 들어 튜브는 곧고 결함이 있어서는 안되고 부드러워야 한다는 수준이다 (이 정도는 나도 말하겠다). 재질이야 스테인레스강, 알루미늄, 동, 합금 등 다양하게 있다. 

피팅이 사용되는 튜브에서 중요한 점은 피팅 소재 보다 튜브가 더 연해야 (softer, 혹은 경도가 낮아야) 한다는 점이다. 스웨즈락 카탈로그에 따르면 튜브는 200 HV 혹은 90 HRB의 경도 이하이어야 한다.

그런데 대부분 피팅의 소재와 튜브의 소재는 SUS 316L을 많이 사용한다. 둘이 똑같잖아라고 말할 수 있지만 엄밀히 말하면 다르다. SUS 316L은 열처리에 따른 경화가 일어나지 않지만 가공 경화가 가능하기 때문이다. 가공은 여러가지 가공 과정에서 발생할 수 있다. 심지어 기계 가공 과정에서도 발생할 수 있다. 괜히 튜빙 별거 아니라고 생각해서 기계가공해서 만들지 말고 파는 거 쓰자. 선무당이 사람 잡는다.

참고문헌

www.swagelok.com/downloads/webcatalogs/En/ms-01-107.pdf

오링 그루브 설계 상세

일단 아래 글을 읽고 오자

오링 설계 간편 가이드

초기 인장 설계

오링 설치시에 그루브에 잘 (snugly) 장착되기 위해 오링이 살짝 늘어나게 그루브를 설계한다 (2% 추천)

너무 많이 늘어나게 설계하게 되면 오링 수명이 짧아지게 된다.

오링은 비압축성이므로 살짝 늘이게 되면 단면적이 살짝 변하게 줄어들게 되는데 아래 표를 보면 대략 알 수 있다.

2%의 초기 인장을 적용하면 대략 2%의 단면 감소가 있게 된다. 물론 정확히 하려면 이러한 단면감소 분을 압축율 설계에 반영해야 한다.

압축률

압축률이 증가 (그루브 깊이를 감소) 하면 누설의 가능성은 감소한다. 그러나 여러가지 이유로 무작정 압축률을 올릴수는 없다.

위의 앞선 블로그 포스팅에서는 정적 씰의 압축률을 40%로 했다. 그러나 이 값은 변수가 워낙 많아서 제조사마다 조금 틀린듯 하다.

RLHUDSON 사의 경우는 정적씰의 경우는 최대 30%, 동적 씰의 경우는 16%로 한다. 동적 씰이 더 낮은 이유는 마찰과 마모를 고려하기 때문이다. 

엄밀하게 하면 압축률은 온도에 따라서도 변하게 된다. 예를 들어 작은 오링이거나 높은 온도를 경험하지 않는 오링의 경우는 압축률을 높일 수 있다. 또한 오링 성분에 따라서도 변하게 된다. (그러니 고민하지 말고 상용품의 추천 설계를 사용하자. 괜히 설계하려고 하지말길) 

참고문헌

RLHUDSON 오링 핸드북

rlhudson.com/wp-content/uploads/2018/04/rlhudson-o-ring-guide.pdf

SAE 오링 항공우주 표준 (Aerospace Size Standard for O-Rings AS568A)

다양한 오링 사이즈가 있지만 가장 많이 쓰이는 규격이다.

호칭경, 인치, 미리로 모두 표시된다. 표준 오링의 경우 규격번호는 A0001 부터 A0475 까지 있다. 이 규격에서 세자리 숫자로 내경과 두께를 정의한다 (세자리 숫자가 클수록 내경과 두께가 커진다).

내경 (ID), 외경 (OD), 단면적 직경 (CS)의 값으로 표시되며 호칭경은 3가지를 모두 정의하나 실제 사이즈는 3가지 중 2가지만 알아도 구할 수 있고 이경우에 내경과 단면적 직경으로 표시하고 공차를 포함한다.

가장 작은 A001의 경우 내경이 0.74 mm 에 공차 +- 0.1 mm, 단면적 직경 1.02 mm에 공차 +-0.08 mm 이다.

가장 큰 A0475의 경우 내경이 658.88 mm 에 공차 +- 3.05 mm 이다.

참고문헌 (아래 파일을 받으면 규격을 다 볼 수 있다)

hsianghos.com/img/AS%20568A.pdf

블라인드라는 말은 리벳 작업을 한쪽면에서만 한다는 의미이다. 일반적으로 알려진 리벳은 솔리드 리벳이라는 것으로 리벳팅 작업시에 양면에서 작업해야 하는 단점이 있다.

리벳 관련 부품은 이래저래 많이 쓰이는 결합 부품이라 쉽게 구할 수 있긴하지만 비교적 신뢰성이 높은 회사로 독일의 BOLLHOFF 라는 회사가 있다 (국내 지사도 있다.)

블라인드 리벳

그림 출처는 아래 유튜브 동영상

블라인드 리벳은 한쪽면에서만 작업이 가능하다. 즉, 상대면이 밀폐된 공간이라 접근할수가 없거나 접근하더라도 대형 구조물이라 양쪽면에서 동시에 작업하기 어려운 경우에 사용한다. 

위 그림을 보면 리벳에 맨드릴이라는 긴 막대가 끼워져 있는데 공구를 이용해서 아래와 같이 맨드릴을 잡아당기면 리벳이 변형되면서 부품을 체결시키고 맨드릴은 끊어지게 된다. 튜브형 리벳이라고 볼 수 있다.

그림 출처는 아래 유튜브 동영상

블라인드 리벳 너트

블라인드 리벳 너트는 부품을 연결시키는 역활도 하지만 미리 부품에 붙여 놓는 너트와 같은 역활도 한다. 블라인드 리벳과 마찬가지로 한쪽면에서만 리벳팅 작업과 이후의 볼팅 작업이 가능한 경우에 사용한다. 

아래 그림에서 블라인드 리벳 너트를 제품에 삽입하고 공구를 이용해서 당기면 아래와 같이 제품에 너트가 고정된 형태가 되어 나중에 볼트를 부착할 수 있게 된다. 즉 미리 너트를 붙여 놓는 작업을 하는 것이다.

그림 출처는 아래 유튜브 동영상