인터뷰: 레이저 용접 기술, 자동차 산업의 핵심 기술로 대두
무단전재 & 재배포 금지 - 제휴.제안&광고문의: Copyright ⓒ 월간 [용접저널]
레이저 용접 기술, 자동차 산업의 핵심 기술로 대두

한국기계연구원 광응용생산기계연구실 공학박사/책임연구원/연구실장 서정
Korea Institute of Machinery & Materials, Department of High Density Energy Beam Processing, Ph.D/Principal Researcher/Head, Suh Jeong
1. 자동차 분야에 있어 레이저 용접의 역할 및 중요성은?
최근 자동차의 경량화 및 고성능화를 위한 연구 개발의 가속화와 병행하여 차체의 고강도화, 경량화, 생산성 향상 기술 등이 지속적으로 연구 개발되고 있다. 따라서 기존의 저항 점용접(Spot 용접)을 기초로 한 자동차 설계 및 생산 방식의 경제적·기술적 한계를 극복하고 차체 경량화, 안전도 향상, 생산성 향상을 달성하기 위하여 TB(Tailored Blank) 레이저 용접 및 적용 기술과 3차원 레이저 용접 기술이 자동차 업계의 핵심 기술로 대두되고 있다.

2. 자동차 산업에 있어 레이저 용접의 적용 분야는?
TB 레이저 용접 기술은 국내 연구기관 및 자동차 업계를 중심으로 1992년도부터 연구를 시작하여 현재 TB가 일부 시작품(Door Inner, Bump Rail, Side Inner)에 적용 양산되고 있으며, TB 레이저 용접 시스템의 국산화를 이루었다.
선형(linear weld line) TB는 자동차의 Inner Door, Center Pillar, Tailgate, Bump Rail, Member류 등에 적용되는 반면, 용접 난이도가 높은 비선형(non-linear weld line) TB는 Door Ring, Floor Panel, Shock Absorber Mounting, Wheelhouse, Fender with Reinforce 등에 적용되는 기술로서 3차원 레이저 용접 기술과 접목하여 개발될 수 있다.(X-Y gantry type 또는 robot type)

3. 자동차 산업에 있어 레이저 용접 산업의 시장 규모는?
우리나라 자동차 산업은 전체 2차 산업의 15%를 차지할 정도로 국내 경제에 대한 직접적인 전후방 효과(160만 명 고용)가 가장 큰 산업이다.
선진국 자동차 산업에서는 생산품의 안전성 증대 및 가격 경쟁력을 확보하고 있는 로봇 기반 레이저 응용 생산 기술이 활발히 개발 사용되고 있으나, 국내 자동차 생산라인에는 저항 점용접 로봇을 사용하는 수준이므로 이를 대체할 레이저 용접 로봇 개발이 필요하다.
독일의 Optech Consulting사의 보고서(Perspectives of Laser Processing)에 의하면, 레이저 가공기(gantry type)의 세계 시장은 2010년에는 111억 달러에 이를 것이며, 이 중 용접 분야는 로봇으로 대체 가능할 것이다.
비선형 TB 레이저 용접 기술 및 시스템 구성 기술 확보는 수입 대체 효과를 가져올 뿐만 아니라 레이저 용접을 응용한 자동차 생산 기술 확보로 우리나라가 선진화 대열에 동참할 수 있도록 할 것이며, 후발 개도국의 저임금에 의한 추격을 피함과 동시에 가공 부분의 국제 경쟁력을 확보할 수 있도록 하는 데 최적의 역할을 할 것으로 생각한다.

4. 자동차 산업에 있어 국내 레이저 용접의 기술 수준 및 경쟁력은?
선진국의 경우 이미 1980년에 TB 레이저 용접 기술을 개발한 데 이어, 1995년에는 차체 조립에 기존의 SPOT 용접 공법 대신 레이저 용접 공법을 적용함으로써 경량화 및 고강도화를 실현하는 데 성공했다.
한편, 국내에서는 1999년에 TB 레이저 용접 기술이 도입되어 자동차 DOOR INNER에 양산 적용되었고, 2001년에는 TB 레이저 용접 시스템의 국산화 개발이 이루어졌다.
또한 같은 해 Nd:YAG 레이저를 이용한 차체 레이저 용접 기술이 차체 부품 조립 라인에 적용하게 됐다. 따라서 TB 레이저 용접 기술은 선진국과 동등한 수준이라고 판단할 수 있으며, 경쟁력을 확보했다고 할 수 있다.

5. 자동차 산업에 있어 향후 레이저 용접 기술의 개발 방향은?
선진국에서 1995년 자동차 차체 부품 양산에 적용한 레이저 용접 기술은 다관절 산업용 로봇에 Nd:YAG 레이저 헤드를 장착하여 용접 플랜지면을 용접하는 기술로, 기존의 Spot 용접에 비교하여 용접 시간을 45% 정도 단축함으로써 생산성을 향상시키는 쾌거를 이뤄냈다.
그러나 이러한 Nd:YAG 레이저 용접 로봇 시스템의 투자비가 기존 Spot 용접 시스템과 대비하여 6배 이상 고가의 용접 시스템이므로, 생산 라인에는 적용이 빠르게 확대되지 못하고 있는 상황이다.
따라서 Spot 용접 대비 생산성이 최소 5배 이상인 용접 기술로, 레이저 마킹 장치에 사용되는 스캐너(Galvanometric Scanner)와 로봇을 이용한 레이저 용접 기술이 외국 자동차 메이커(Daimler Chrysler사)에서 선행 개발되어 일부 부품에 적용 검토 중이며, 국내 자동차 업계에서도 체계적인 기술 개발 필요성이 요구되고 있으므로 제조업용 로봇 기반 원격 레이저 용접 기술 개발이 중요한 과제로 부각되고 있다.

6. 자동차 산업에 있어 레이저 용접 관련 국제 표준화 동향은?
자동차 산업에서 레이저 용접 관련 국제 표준화는 현재 없으며, 자동차 메이커 및 부품업체에서 나름대로의 평가 표준화 작업을 하고 있는 실정이다.
독일에서는 레이저 용접 규격을 마련하고 있으며, 이를 근거로 국내에서도 대한용접접합학회에서 수행한 바 있다.
향후 한국레이저가공학회나 고에너지연구회 등이 중심이 되어 자동차 산업에서의 레이저 용접 기술의 표준화를 준비해야 한다는 생각이다.

7. 자동차 산업 부문에 있어 국내 레이저 용접 산업의 당면 과제는?
레이저 용접 시스템에서 고출력 레이저 발진기는 전량 수입에 의존하고 있다. 즉, 아직까지도 우리나라의 경우 국내에서 선전하고 있는 외국 업체의 고출력 레이저를 사용해야 하므로 기술적 종속에서 완전히 벗어나기 어려운 실정이다.
따라서 단기간 내에 해결되지는 않아도 레이저 발진기를 국산화하는 연구 개발이 꼭 필요하다는 생각이다.
물론 선진국이 이미 독점하다시피 한 상황 속에서 후발업체인 우리나라가 레이저 발진기를 개발한다는 데에는 많은 노력과 자금이 요구될 뿐 아니라, 단기간 내에 해결될 수 있는 것도 아닐 것이다.
그러나 기술적 독립과 레이저와 관련한 국내 각종 산업군의 발전을 위해 레이저 발진기의 국산화는 학교 및 연구소, 업체들이 힘을 합쳐 반드시 극복해야 하는 당면 과제라는 생각이다.

8. 자동차 산업에 있어 향후 국내외 용접 관련 산업의 전망은?
부품 산업의 국가적 발전 계획과 더불어 레이저 용접의 응용은 자동차 산업을 중심으로 더욱 활발해질 예정으로, 향후 차량 경량화로 인해 용접 공정의 50%를 레이저로 대체할 것이라는 판단이다.
독자적인 스캐너 레이저 용접 기술 및 시스템 구성 기술을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 3D-레이저 용접 응용 박판 구조물 생산 기술 확립 및 고장력 강판 개발에도 박차를 가할 수 있게 될 것이다.
스캐너 레이저 용접 적용에 따른 재료비 절감 효과는 물론, 자동차 부품, 조립, 물류, 품질, 기술 향상을 고려하면 원가 절감 효과가 탁월할 것이며, 자동차 차체 용접 라인의 수입 대비 투자비도 30% 절감 및 공정 축소가 가능할 것이다.
레이저 용접의 이 같은 장점으로 인해 향후 국내 5개의 완성차 업체 및 45개의 자동차 차체 업체를 중심으로 레이저 용접 생산 시스템의 수요가 예상된다.
또한 이 개발된 기술은 경량화 및 안전화가 요구되는 고속전철, 조선, 항공기 분야 등에도 적용되어 레이저 응용 분야 확대에 기여할 것이다.

9. 국내 레이저 용접 관련 산업의 발전을 위한 정부 정책 및 육성 방안은?
동남권(울산, 부산, 경남)에 자동차 산업이 발달되어 있으나, 자동차 부품연구원, 한국기계연구원, RIST 등이 타 지역에 있는 관계로 업체에서 필요로 하는 레이저 용접 기술 교육 및 지원이 쉽게 이루어지지 못하고 있는 실정이라고 할 수 있다.
최근 한국기계연구원에서는 동남권에 레이저 가공 기술 산업화를 위한 센터를 구축하려는 계획을 수립하고 있는 상황으로, 이것이 계기가 되어 정부, 특히 지경부의 적극적 지원이 이루어졌으면 한다. 10. 동종업계나 정부 및 산하단체에 바라는 점이 있다면?
일부 자동차 부품업체에서는 레이저 용접을 활발하게 적용되고 있고 또한 적용하고자 노력 중이다.
따라서 자동차 메이커에서는 이들 부품업체의 레이저 용접 기술 개발에 대한 인센티브를 주어 레이저 용접 산업을 육성하는 데 기여해야 할 것이다.
향후 저항 점용접은 레이저 용접으로 대체될 것으로 예상되므로, 자동차 메이커를 중심으로 부품업체의 레이저 용접 기술 활성화를 유도해야 할 것이라는 생각이다.

■ 문의처: 한국기계연구원 ☎ 042-868-7445
부산국제용접&절단&레이저설비산업전시회
상 호: 메탈넷코리아 매체사업부문(Metal Network Korea Company)
주 소: 서울특별시 구로구 구로 3동 212-26번지 E-Space 310호 (우편번호)152-053
문의전화번호: 02-3281-5037(代表)         팩스번호: 02-3281-0280
Copyright ⓒ 1992-2010[창립18년] Metal Network Korea Company All rights reserved.