첨단 용접 기술이란 무엇인가요?
과학 기술의 발전은 용접 기술의 지속적인 발전을 이끌어 왔으며, 새로운 용접 방법의 등장을 가져왔습니다. 첨단 용접 기술은 기존의 용접 방법(예: 피복 금속 아크 용접, 서브머지드 아크 용접, 가스 금속 아크 용접)을 뛰어넘는 고급 접합 방법을 의미합니다. 이러한 첨단 용접 방법의 등장과 연구는 학제 간 융합의 결과입니다. 첨단 용접 기술(예: 고에너지 빔 용접, 레이저 아크 하이브리드 용접, 진공 확산 용접 등)은 다음과 같습니다.로봇 용접용접봉은 전자, 에너지, 자동차, 항공우주, 원자력 산업 및 기타 분야에 적용되어 왔습니다. 특수 재료 및 구조물 용접에 있어 필수적이고 대체 불가능한 역할을 수행하며 사회 및 기술 발전을 촉진합니다.
첨단 소재 용접은 하이테크 기술 발전과 밀접한 관련이 있으며, 독보적이고 대체 불가능한 기능을 수행합니다. 20세기에 급속한 발전을 거듭한 용접 기술은 현대 산업의 중요한 연결 고리로서, 수작업 생산에서 기계화, 자동화, 정보 기반, 지능형 생산으로 전환하며 성숙한 시스템을 갖춘 채 21세기에 접어들었습니다. 이는 용접 과학 및 공학에 새로운 시대를 여는 신호탄입니다.
(1) 레이저-아크 하이브리드 용접
고에너지 빔 가공 기술은 21세기에서 가장 유망한 가공 기술로 평가받으며, "재료 가공 및 제조 기술에 혁명적인 변화를 가져올 것"으로 여겨지고 있으며, 현재 가장 빠르게 성장하고 연구가 활발히 진행되는 기술 분야입니다.
발전용접 장비대규모화는 두 가지 의미를 내포합니다. 하나는 장비 출력의 증가이고, 다른 하나는 장비로 용접할 수 있는 부품의 크기 확대입니다. 특히 레이저 용접 및 전자빔 용접 장비와 같은 첨단 용접 장비는 초기 투자 비용이 높기 때문에, 출력 증대, 용입 깊이 향상 및 용접 공정 안정성 개선을 통해 용접 비용을 상대적으로 절감할 수 있어 산업계에서 수용 가능한 수준이 되었습니다. 따라서 레이저를 중심으로 한 하이브리드 용접 기술이 주목받고 있습니다. 사실 레이저-아크 하이브리드 용접은 1970년대에 이미 제안되었지만, 레이저 기술 및 아크 용접 장비, 특히 레이저 출력 및 아크 제어 기술의 발전에 힘입어 최근에야 안정적인 산업적 응용이 가능해졌습니다. 레이저-아크 하이브리드 용접은 레이저와 텅스텐 불활성 가스(TIG) 아크, 플라즈마 아크, 활성 아크를 결합한 것입니다. 레이저와 아크의 상호 작용을 통해 각 용접 방식의 단점을 극복하여 우수한 하이브리드 효과를 얻을 수 있습니다.
레이저-아크 하이브리드 용접은 두 가지 주요 효과에 기반하여 용접 효율을 크게 향상시킵니다. 첫째, 높은 에너지 밀도로 인해 용접 속도가 빨라지고 공작물의 열 손실이 줄어듭니다. 둘째, 두 열원의 상호 작용으로 인한 중첩 효과 때문입니다. 강재 용접 시 레이저 플라즈마는 아크를 안정화시키고, 동시에 아크가 용융 풀의 키홀로 들어가 에너지 손실을 줄입니다. 레이저와 TIG 용접을 결합하면 용접 속도가 TIG 용접의 약 두 배로 크게 향상됩니다. 또한 텅스텐 전극의 마모가 크게 줄어들어 수명이 연장되고, 홈 각도도 현저히 감소하며, 용접 단면적은 레이저 용접과 유사한 수준을 유지합니다. 레이저-단일 아크 하이브리드 용접과 비교했을 때, 레이저-이중 아크 하이브리드 용접은 용접 열 입력량을 25% 줄이고 용접 속도를 약 30% 향상시킬 수 있습니다.
레이저-아크(또는 플라즈마 아크) 하이브리드 용접의 주요 장점은 용접 속도와 침투 깊이의 향상입니다. 아크 가열로 인해 금속 온도가 상승하여 레이저에 대한 금속의 반사율이 감소하고 광 에너지 흡수율이 증가합니다. 이 방법은 저출력 CO₂ 레이저 용접뿐만 아니라 12kW CO₂ 레이저 용접 및 광섬유 전송 방식의 2kW YAG 레이저 용접에도 적용되어 로봇 레이저-아크(또는 플라즈마 아크) 하이브리드 용접의 기반을 마련했습니다. 최근 레이저-아크 하이브리드에서 파생된 하이브리드 용접 기술은 상당한 발전을 이루었으며, 항공우주, 군사 및 기타 분야의 복잡한 부품에 대한 적용이 점점 더 주목받고 있습니다. 현재 고에너지 빔과 다양한 아크를 결합한 하이브리드 용접 기술은 고에너지 빔 용접 분야에서 가장 주목받는 기술 중 하나입니다.
(2) 마찰교반용접
마찰교반용접(FSW)은 1990년대 초 영국 용접협회(TWI)에서 개발한 특허 용접 기술입니다. 이 기술은 융접 방식으로는 용접하기 어려운 비철금속을 용접할 수 있습니다.
마찰교반용접은 접합 공정이 간단하고, 용접 이음매에 미세한 결정립이 형성되며, 피로, 인장 및 굽힘 강도가 우수하고, 용접 와이어나 보호 가스가 필요 없으며, 아크가 발생하지 않고, 용접 후 잔류 응력과 변형이 적다는 장점이 있습니다. 유럽과 미국의 선진국 항공우주 산업에서 이미 적용되고 있으며, 저온에서 작동하는 알루미늄 합금 박판 압력 용기 용접에 성공적으로 사용되어 종방향 맞대기 용접과 원주 방향 맞대기 용접을 완성했습니다. 이 기술은 신형 차량의 구조 설계에 채택되었으며, 항공우주, 운송, 자동차 제조 등 다양한 산업 분야에 적용되고 있습니다.
(3) 진공 확산 용접
첨단 소재의 지속적인 등장으로 접합 기술에 새로운 과제가 제기되고 있습니다. 내열 합금, 고성능 세라믹, 금속간 화합물, 복합 재료 등 많은 신소재, 특히 이종 소재의 접합은 기존의 용융 용접 방식으로는 달성하기 어렵기 때문에 고체 확산 접합 등의 기술이 등장했습니다. 예를 들어, 초소성 성형 확산 용접 기술은 항공기 티타늄 합금 허니콤 구조에 성공적으로 적용되었습니다. 세라믹과 금속 또한 확산 용접으로 접합할 수 있으며, 특히 과도 액상 확산 용접 기술은 기존 방식으로는 해결할 수 없었던 경질 소재의 접합 문제를 해결했습니다.융합 용접과거에.
고체 접합은 크게 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 하나는 저온, 고압, 단시간 접합 방식으로, 공작물 표면의 밀착을 촉진하고 국부적인 소성 변형을 통해 산화막을 파괴하는 방식입니다. 소성 변형은 접합 형성에 있어 주요 요인입니다. 이러한 접합 방식에는 다음과 같은 것들이 있습니다.마찰 용접폭발 용접, 냉간 압력 용접, 열간 압력 용접 등 일반적으로 압력 용접이라고 하는 여러 종류가 있습니다. 또 다른 방법은 고온, 저압, 비교적 장시간에 걸쳐 진행되는 확산 접합 방식인데, 일반적으로 보호 분위기 또는 진공 상태에서 수행됩니다. 이 접합 방식은 최소한의 소성 변형만 발생시키며, 계면 확산이 접합부 형성에 있어 주요 요인입니다. 이러한 접합 방식에는 진공 확산 용접, 과도 액상 확산 용접, 고온 등방압 성형 확산 용접, 초소성 성형 확산 용접과 같은 확산 용접이 주로 포함됩니다.
첨단 용접 방법과 새로운 공정의 지속적인 등장(위에서 언급한 것들은 단지 몇 가지 예에 불과함) 외에도, 다양한 용접 방법의 기계화 및 자동화 수준은 끊임없이 향상되고 있습니다. 전자 기술, 센싱 기술, 컴퓨터 및 제어 기술의 발전은 용접 분야의 발전을 크게 촉진하여 용접 자동화를 지능형 제어 방향으로 이끌었습니다. 특히, 용접 로봇의 대규모 도입은 기존의 경직된 자동화 방식을 탈피하여 용접에 유연한 자동화 방식을 도입하고 용접 기술의 발전 가능성을 넓혔습니다. 용접은 현대 제조업에서 필수적인 가공 방법이 되었으며, 과학 기술과 사회경제적 발전에 따라 첨단 용접/접합 기술의 응용 분야는 계속해서 확대될 것입니다.
(4) 자동화 및 지능형 용접
기계화와 자동화는 용접 생산성 향상, 제품 품질 보장, 작업 환경 개선에 중요한 수단입니다. 용접 생산 자동화는 용접 기술의 미래 발전 방향입니다. 용접 공정 자체의 관점에서만 용접 생산의 효율성과 품질을 향상시키는 데에는 한계가 있습니다. 전자빔 용접, 레이저 용접, 마찰교반용접과 같은 용접/접합 방식은 용접 홈 형상과 조립 품질에 대한 요구 조건이 매우 엄격합니다. 자동 용접을 통해 용접 구조 전체가 깔끔하고 정밀하며 미려해지면서, 과거 용접 작업장에서 수작업이 지배적이었던 시대착오적인 현상이 사라지고 있습니다.
현대 제조 기술 발전과 신흥 기술 산업의 중요한 상징 중 하나인 로봇은 다양한 첨단 산업 분야에 중요한 영향을 미쳐 왔습니다. 용접 제조 공정의 복잡성과 엄격한 용접 품질 요구 사항, 그리고 종종 열악한 용접 기술 수준과 작업 환경으로 인해 용접 공정을 자동화하고 지능화할 수 있는 기술이 특히 주목받고 있습니다. 현재 전 세계 로봇의 30~40%가 용접 기술에 사용되고 있습니다. 용접 로봇은 초기에는 주로 자동차 산업의 점 용접 생산 라인에 적용되었으나, 최근에는 점차 다른 생산 분야로 확대되고 있습니다.
첫 번째 개발 중점 사항지능형 용접비전 시스템이란 무엇인가? 현재 개발된 비전 시스템은 로봇이 용접 중 특정 조건에 따라 토치 이동 궤적을 자동으로 수정할 수 있도록 하며, 일부 시스템은 홈 크기에 따라 공정 매개변수를 적시에 조정할 수도 있다.
게시 시간: 2025년 8월 20일
