| 해외특집/ 중국 내 선박 기계화, 용접자동화의 현황 |
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등록번호: 문화 라-08507 / ISSN 1599-4643(국제표준연속간행물번호)
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중국 내 선박 기계화, 용접자동화의 현황 대련조선중공용접기술연구소 정잔 |
| (본 자료는 2007년 중국기계공업출판사에서 월간[MM]에 게재한 자료입니다. 본 자료는 메탈넷코리아 사전 허가 및 승인 없이 무단복제, 변형하여 사용할 수가 없습니다. 본 원고의 사용시 메탈넷코리아의 사전 승인을 득 한 후 월간[웰딩코리아] 자료임을 표시 명기와 연락처를 기재하여야 합니다) |
용접의 기계화, 자동화 용접은 조선능력을 제고하며 용접품질을 보증하는 유력한 길이다. 그러나 로봇 용접의 개발응용은 투자가 크고 투자 원금이 돌아오는 가능성이 낮기 때문에 꼭 일부분부터 조금조금씩 시작하여 점차적으로 확대하여 최종적으로 완전한 시스템을 형성하여야 한다.
용접기술은 조선건설의 관건 공업기술 중의 하나로서 기계화, 자동화 용접은 선박공장의 조선능력을 제고하고 용접품질을 보증하는 유력한 길이다. 오직 기계화자동화용접을 대폭 채용해야만 조선공장이 생산효율을 높일 수 있으며 조선주기를 단축시킬 수 있다. 최근에 대련조선중공용접기술연구소에서는 중국 내 몇몇 대형 조선공장의 기계화, 자동화 용접 공예응용현황 및 발전추세를 대략적으로 연구, 분석하여 11차 5개년 계획에 더 빠른 발전을 가져오기를 바랬다. 1.중국 내 선박 기계화, 자동화 용접의 현황 
(1) 평면분단(段)
평면분단의 제작은 선체를 만드는 첫번째 순서로서 20세기 90년대 중반부터 시작하여 중국 내 큰 조선공장이 각각 잇달아 평면분단 생산라인을 도입하였다. 평면분단 생산라인의 도입은 조선공장의 평면분단 생산효율을 향상시켰을 뿐만 아니라 분단 건설의 속도를 극대(極大)로 가속화하였다. 중국 내 선박의 평면분단 생산라인은 대다수 일본 新日鐵에서 도입하였고 일부분은 노르웨이TTS, 일본 神鋼 등의 공장에서도 도입하였다. 도입한 평면분단 생산라인은 대다수가 삼사동받침(三絲銅받침) 용접제를 더한 단면용접 쌍면 성형 埋弧 자동용접공예(FCB법)으로 일부 조선공장에서는 사사(四絲)도 도입하였다. 사사FCB법은 용접사의 최대지름이 6.4mm, 최대용접속도가 1500mm/mln에 달할 수 있으며 일차용접 시 최대 파이프의 두께가 30mm에 달한다. 평면분단 생산라인이 다면용접과 판넬 사이를 용접할 때 가동시키지 않아도 되기에 조작시간을 절약하고 생산효율을 제고하였다. 그러나 결점도 있었는데 첫째는 종단열문(終端裂紋)이 쉽게 생기고 두 번째는 용접재료가 중국 외 독자 생산이기 때문에 가격이 높아 떨어지지 않았으며 이로 인하여 자본금이 너무 높았다. 종단열문의 기본적인 문제는 지금 이미 해결됐고 각 조선공장은 모두 비교적 성숙한 공예 방법으로 종단열문의 발생을 방지한다. 현재 각 조선공장이 종단열문을 방지하는 방법은 주요하게 먼저 봉고(封固)를 빨리 하는 법, 개조(開槽)법, 일부 가열법 등이 있다. 먼저 봉고를 빨리 하는 법은 용접틈새 시작 쪽과 끝나는 쪽을 먼저 봉고용접하고 전체 용접틈새가 용접을 완료한 다음 다시 봉고용접 틈새 뒤 부분을 기포(기체로 파다) 후 앙(仰)용접을 한다. 비록 이런 용접품질은 신뢰도가 높은 편이나 작업량이 많다. 어떤 조선공장은 종단인호 판넬 위에 협소한 틈새를 내어(12페이지의 그림1을 참조) 작업을 하며, 이렇게 하면 한번에 용접을 완료할 수 있어 작업시간을 비교적 절약할 수 있으나 신뢰성이 조금 떨어 진다. 중국 내 FCB의 용접재료 생산화는 중국 조선산업에 닥친 중요한 과제중의 하나로서 조선공장에서 중국 외 용접재료 생산업체가 시장을 독점하는 것과 고가의 가격을 극복해야 하지만 생산 원가를 하락할 수 있다는 중대한 의미가 있어 현재 진행 중에 있다. ?東中華 와 東橋용접재료회사연합연구로 개발한 삼사FCB의 용접재료는 이미 기술검증에 합격 되었고 이미 일부 조선공장에서 응용하고 수입제를 대체할 희망이 보인다. 종골(골격 골)은 현재 주요한 위치를 차지하는 용접으로, CO2자동각용접(각 角 용접기)과 쌍면 쌍사(두개 와이어)의 고속 CO2자동각용접이 있으며, 그 중 후자의 자동화 정도와 용접생산효율이 가장 높아 한번에 4~6개 종골(골격 골)을 용접할 수 있고 용접속도가 1500mm/min에 달해 현재 일부 조선공장에서 이미 이 용접설비를 도입하였다. (2) 입체(立體) 분단 일부 조선공장은 평면 분단 생산라인에 반입체 분단을 조립하였고 다시 외장(外場) 조립으로 입체 분단을 만든다. 태상(胎上) 이음, 판넬의 수평위치를 埋弧자동용접을 채용하고 고선면 위치는 대부분 도자(陶瓷)받침의 CO2반 자동용접의 단면 용접공예를 채용하고 각 틈새 용접은 CO2반자동용접을 채용한다. (3) 대합병 분단의 대합병은 선대(船臺) 혹은 선오(船塢)에서 진행된다. 현재 대현측(對현側), 내종벽(內縱壁), 종창벽(縱艙壁), 횡참벽(橫艙壁)과 벽돈(壁墩)의 입향용접 이음새는 SG-2법(수직 기전기용접)으로 용접을 진행하며, 용접속도가 빠르나 사용하는 용접설비나 용접와이어의 수입이 필요하다. 대형 콘테이너 선박의 두터운 판넬입향 용접 중 흔들릴 수 있는 자유 성형(成型) 된 CO2자동단면 용접을 채용한다. 일부 조선공장은 내저(內底), 갑반 등의 합병 용접을 위해 FAB법을 채용하는데 많은 조선공장에서는 도자(陶瓷)받침의 CO2반자동용접의 단면용접으로 밑부분을 가리고 埋弧 자동용접 덮는 면 공예를 채용한다. 현재 조선산업 선체평대(船體平對) 용접에 사용하는 전통방법과 대비하면 2003년 상해선박공예연구소와 ?東中華에서 개발한 쌍사(두 개 와이어) 단면(單面) MAG용접공예가 조립 시에 구속말판을 조립하지 않아도 되는 특징이 있다. 정면파(坡)구내 정위(定位) 용접을 하고 다시 散布 절단 용접와이어, 용접틈새 뒷면에 도자(陶瓷)받침을 붙이고 흔들림 쌍 전극으로 대선에너지 CO2 기체보호용접, 12~22mm 중간두께의 판넬을 한번에 단면(單面)용접하여 쌍면성형(成型)을 완료할 수 있다. 그러나 현재 이 공예는 조금씩 개진되는 단계에 있으며 연구성과는 아직 상품화되지 못한 상황으로 용접재료는 여전히 수입이 필요하다. 종용접 위치의 합병은 CO2반자동단면(單面)용접 쌍면성형(成型)공예를 채용하였다. 그러나 장비 정밀도가 아직 이러한 요구에 도달하지 못하여 아직 기계화 용접을 실현하지 못하였다. (4)파이프 파이프 기계화, 자동화 용접의 주요특징은 파이프와 파란용접의 자동화로 만은 조선 공장이 “4점 용접기”를 가지고 있어 파이프와 파란장비 정위(定位)와 자동화 용접이 함께 연결되었다. 이렇게 파이프 계열의 생산효율을 많이 높였지만 일부분 조선공장에서는 용접 로봇을 사용하여 자동제어를 하고 있다. 그 외 큰 지름의 파이프와 파란용접에 대해서 많은 조선공장은 흔들림기로 용접건이 움직이지 않고 물체가 움직이는 자동용접을 채용하여 비교적 실용적이다. TIG용접 중 일부 조선공장에서 자동용접 파이프기를 갖추어 용접틈새 모양이 더 균일하고 보기에 좋지만 사용률이 높지는 않다. 탄소강파이프 계열과 스테인리스 파이프 계열이 일반적으로 TIG용접을 사용함으로써 밑부분을 가려 내부 모양새 품질을 보증한다. 가는 파이프는 TIG 용접으로 덮는 면을 채용하고, 두터운 파이프는 CO2반자동용접 혹은 수공용접을 채용하여 덮는 면을 채운다. 어떤 조선공장에서는 밑부분 용접 시 미국 린컨 회사에서 개발한 STT용접기로서 용접을 시행한다. 용접기 전자회로의 과도한 용해방울을 제어했기에 날리는 것을 많이 줄였다. 때문에 용접도(道)의 모양새의 형성 품질을 높였을 뿐만 아니라 생산효율도 많이 높아졌다. 
2. 조선공장 기계화, 자동화 용접의 발전 추세
중국 조선업의 발전계획에 근거하여 11차 5개년 발전계획 기간 동안 톤급 선박을 만드는 것이 큰 폭으로 제고될 것이다. 조선능력의 급증에 따라 어떻게 용접의 생산효율을 높이는 가가 주목 받게 되었다. 기계화, 자동화 용접기술의 채용은 생산효율을 높이는 효과가 있는 수단이다. 때문에 대련조선중공용접기술연구소에서는 큰 조선공장의 기계화, 자동화 용접의 발전을 위하여 초보적인 방안을 만들어 보았다. (1)기계화, 자동화 용접공예 및 장비 현재 중국의 대형 조선공장은 모두 평면분단 생산라인을 도입하였다. 그러나 조선능력의 높아짐에 따라 많은 조선공장의 평면분단 생산라인이 이미 현재의 생산수요를 만족시키지 못하며 현재를 바탕으로 새로운 평면 분단생산라인을 증가시켜 대형 선박 판넬을 잇는 용접 수요를 만족시켜야 한다. 대형선박의 톤 급이 큰 선박은 판넬 너비 4,500mm, 길이 20,000~22,000mm까지 용접이 가능하며, 이러한 큰 사이즈의 강판(鋼板)을 사용하여 용접작업량을 줄여 전체 건설의 속도를 빨리 할 수 있다. 이는 평면분단 생산라인에 종골(縱骨) 장비, 용접설비를 추가해야 한다. 그 밖에 분단제조 단계에 곡면 분단생산라인을 증가해야 한다. 분단 곡면의 건설속도를 높일 수 있으며 곡면 분단생산라인에 기계화, 자동화 용접기를 설치 할 수 있다. 현재 분단 건설의 많은 부분을 외부협상 근로자 그룹에 임대를 맡겨 용접기 투자가 적고 수공(手工)아크용접이 차지하는 비중이 높기 때문에, 분단 건설 속도를 빨리 하려면 CO2반자동용접공예를 추진해야 하며 외부협상 근로자 그룹도 현재 수준의 설비를 새로 바꾸어 분단 건설의 요구를 만족시켜야 한다. 현재 각(角) 용접기의 응용비례는 부단하게 커지면서 당연하게도 CO2 각(角) 용접기의 사용을 더 한층 추진해야 한다. 대형 조선의 개발에 따라서 각(角) 용접기는 분단 제작 사용에서 선오(船塢){선대(船臺)}의 합병용접에도 응용하여 수직 부위 각 용접의 용접효율을 높여야 한다. 두 층의 하단부분 “계란 곽 구조”에 대해서는 SM-1 각 용접기로 立판넬과 내부 밑판의 각 용접틈새를 용접할 수 있다. 이러한 조건이 갖춰진 상황 하에서 쌍 와이어 단면(單) MAG용접공예의 시험연구를 진행해야 한다. 그리하여 갑반, 내부 밑판 합병용접의 속도를 더해야 한다. 비록 공예는 기술테스트에 합격했지만 아직 상업화 생산을 하지 못하고 있어, 공예, 설비가 더욱 완전하게 하여 결함이 없도록 해야 한다. 그 밖의 조건이 가능하면 용접 로봇의 시험연구 작업을 진행하여 반입체 분단 용접 중에 응용해 볼 수 있다. (2)기계화, 자동화 용접의 용접재료 현재 중국 내 대형 조선 기업의 대부분이 세계 일부 선진 기계화, 자동화 용접공예를 채용하고 있다. 예로 CO2자동, 반자동 용접, 수직기(氣) 전기 용접,평면분단 생산라인 중 FCB법과 고속CO2자동 각용접의 소모 용접재료는 대부분 수입에 의거한다. 그러나 CO2용접 약심(藥芯) 용접와이어는 중국 내 현재 여러 기업에서 개발 생산하고 있으며 이미 일정한 시장을 점유하고 있다.그러나 아직 성능(주요공예 성능)이 선진국의 수준보다 떨어지기에 중국 외 용접와이어는 아직도 일정한 시장을 가지고 있다. 그 밖에 중국 외의 용접 재료지만 그 성능과 가격 차이가 많아 품질이 좋고 가격이 싼 물건을 어떻게 고르는가가 용접 원가를 내리는데 주목해야 할 문제이다. 현재 CO2용접 약심(藥芯) 용접와이어 외에는 FCB법의 용접재료는 추진, 응용단계에 있으며 고효율 용접공예에 채용하는 동시에 그와 서로 맞는 용접재료를 연구, 개발하여야 기계화, 자동화 용접의 장점을 더 잘 발휘할 수 있다. 
3.조선산업 용접 로봇 응용 발전 전경
(1)한,중,일 삼국의 용접 기계화, 자동화율 비교 20세기 90년대 이래, 중국 선박 기계화, 자동화 용접이 비교적 큰 발전을 이룩해 왔지만, 한국, 일본 등 선진 조선 강국과 비교하면 아직 거리가 멀다.표1(13페이지)은 2001년 한,중,일 삼국의 용접 기계화, 자동화율을 비교하고 있는데 여기서 일본의 용접 자동화 정도가 제일 높아 99%로 수(手)공아크용접은 여러 사람의 힘이 쓰이는 용접에만 사용하고 있다. 그 다음은 한국으로 자동화율이 85%이고 중국이 62%였다. 그러나 용접 로봇은 일본이 25%, 한국이 18%를 차지했으나 중국은 0으로 이 영역의 응용을 진행하지 못하고 있었다. (2)일본 용접 로봇의 응용 현황 현재 일본의 각 산업에서 용접 로봇의 사용이 비교적 보편적으로, 조선산업이 제 6위를 차지하고 잇다. 조선산업에서는 주요하게 여러 부분에서 사용하는 로봇, 가지고 다니기 편한 용접 로봇과 고정용접 로봇을 대략적으로 발전시키고 있다. 용접 로봇은 고효율성을 지녀 한 대의 용접 로봇의 일 평균 용접 와이어 소모량이 40~50kg으로 중국 근로자 일 평균 용접 와이어 소모량의 4~5배일 뿐만 아니라 용접 로봇의 품질 합격률이 98%이다. 현재 선박용접 로봇의 응용범위는 주요하게 평면분단의 작은 합병구역, 중합병 입체 분단구역, 선대 대합병구역과 파이프 계열 장비 용접구이다. 이 구역들의 용접 로봇의 사용은 표2(14페이지)에 표시한 것과 같다. 현재 사용되는 용접 로봇은 주요하게 시교형(示敎형), 이선형(離線형)과 컴퓨터 보조로 시교형(示敎형) 등 몇몇 종류가 있다. 용접 로봇 응용은 정보 전달이 관건인데 현재의 정보 전달방식은 주요하게 접촉식 전달, 광전 감응식 전달, 회전 아크식 전달과 레이저 방향 인도 전달 등이다. 이런 전달 기술은 일본 조선공장의 용접 로봇에게 광범위하게 응용되고 있다.  (3)용접 로봇의 개발 전경 조선업의 발전 필요성에 근거하여 용접생산효율을 높여야 생산능력의 대폭 제고에 대한 요구를 만족시킬 수 있다. 때문에 한국, 일본의 조선강국으로서의 경험을 비춰보건대 용접 로봇의 응용개발은 꼭 가야 하는 길이다. 몇 년 전에 일본은 이미 용접 로봇 입체, 분단용접을 하고 있었다. 컴퓨터와 정보기술의 비약적 발전에 따라서 그들은 현재 용접 로봇의 자동화 수준이 이미 더욱 많이 발전하였다. 표1의 통계자료에서 볼 수 있는 바와 같이 일본의 용접 로봇은 이미 25%를 차지하나 중국은 아직 응용이 시작 되지 않았다. 컴퓨터와 전달기술의 발전을 통하여 더욱 고급화한 지능형 용접 로봇이 조선 산업의 더욱 많은 영역에서 큰 작용을 할 것이다. 자금이 가능한 상황 하에 용접 로봇의 응용을 연구 프로젝트로 선정하여야 한다. 물론 투자가 커서 금방 경제적 효율을 얻기는 힘들다. 하나의 시스템공정인 로봇으로 분단 제작을 진행하는 것은 오직 전체 공정을 컴퓨터와 인터넷 기술로 이어놓아야만 그 경제적 효율이 나타나기 때문이다. 때문에 용접 로봇은 우선 일부분부터 조금씩 시작하여 점차 사용범위를 넓혀 완전한 시스템을 형성하여야 한다. 용접 로봇 응용 개발 시작점은 선체 쌍층분단과 파이프계열의 용접이다. |
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