비산현상은 재료가 충돌·용접·집진·솔더링 등 고에너지·고온·고압 환경에서 기체·액체·고체 형태로 분리·분출되는 현상을 의미한다. 주로 금속 용접·전기집진기·납 솔더링 과정에서 관찰되며, 분출된 입자는 제품 표면 결함, 환경 오염, 설비 손상 등을 초래할 수 있다.
정의
- 일반적 의미: 고체·액체·기체 상태의 물질이 외부 힘(충격, 압력, 온도 변화 등)에 의해 원래 위치를 떠나 주변으로 흩어지는 현상.
- 전문 분야별 용어
- 용접 비산현상(Expulsion): 전기저항점용접(ERW)·아크용접 등에서 용접부 주변에 용융 금속·슬래그가 튀어나오는 현상.
- 재비산현상(Re‑expulsion): 전기집진기·전기정전기 집진기(Electrostatic Precipitator)에서 이미 포집된 미세 입자가 충돌·진동 등에 의해 다시 공기 흐름으로 재분산되는 현상.
- 솔더 비산현상: 납·땜질 과정에서 온도·전류가 과도하게 가해져 납이 튀어 나가는 현상.
주요 발생 분야
| 분야 | 구체적 사례 | 특징 |
|---|---|---|
| 자동차용 고강도강 전기저항점용접 | 첨단 고강도강(AHSS) 용접 시 비산 발생 | 용융 금속이 고압에 의해 용접 표면 밖으로 튀어 나와 용접 결함을 유발 |
| 전기집진기 | 재비산현상(재함입현상) | 집진된 입자가 입자층 표면에 충돌·진동하면서 다시 공기 흐름에 재포집 |
| 솔더링(납땜) | 납이 튀어 나오는 현상 | 온도·전류 조절 미비 시 스프레이 형태로 납이 분출 |
발생 메커니즘
- 압력·열 팽창
- 용접 시 급격한 전류 흐름으로 용융 금속이 순간적으로 고압·고온 상태가 되며, 내부 압력이 표면 장력을 초과하면 금속이 튀어 나간다.
- 충격·진동
- 전기집진기 내부에서 입자층에 입자가 충돌하거나 급격한 공기 흐름 변화가 일어나면 입자 간 전하 균형이 깨져 입자가 튀어 나온다.
- 표면 장력·점착력 감소
- 솔더링에서 저온에서는 비산이 감소한다는 보고가 있으며, 이는 금속의 점착력이 증가해 스프레이가 억제되기 때문이다.
예방·완화 대책
- 용접 조건 최적화
- 전류·전압·시간·전극 압력을 적정 범위 내에서 조정하고, 압력 해소를 위한 배기 구멍·가스 흐름을 설계한다.
- 집진기 설계 개선
- 공기 흐름 속도를 적절히 유지하고, 재비산 방지를 위한 바리케이드·충돌 방지 판을 설치한다. 또한, 먼지층의 습도·밀도를 관리한다.
- 솔더링 온도 제어
- 온도 프로파일을 낮게 유지하고, 스파터 방지용 전극(예: Hakko 375) 등을 사용한다.
연구 현황
- 자동차용 첨단 고강도강 전기저항점용접의 비산 현상(KCI, 2023)에서는 AHSS 재료의 미세 조직 변화와 용접 전류·시간 변수에 따른 비산 발생률을 실험적으로 분석하였다.
- 전기집진기 재비산 현상에 관한 블로그 기사(네이버)에서는 건조한 입자층에서 큰 입자가 충돌 시 재함입이 발생한다는 현장 사례를 보고하고 있다.
참고문헌
- 전기집진기 재함입현상(재비산현상) – 네이버 블로그. https://m.blog.naver.com/PostView.naver?blogId=heenam2&logNo=110099503718
- 자동차용 첨단 고강도강 전기저항점용접의 비산(expulsion) 현상 – KCI 논문. https://www.kci.go.kr/kciportal/ci/sereArticleSearch/ciSereArtiView.kci?sereArticleSearchBean.artiId=ART001614271
- 솔더링 시 납이 튀는 현상(비산) – 키보드랩. https://kbdlab.co.kr/index.php?mid=board_CDST33&document_srl=3727276