기술자료: H-BEAM & T-BAR 자동용접화 LINE의 개발
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인천국제용접&절단&레이저설비산업전시회
H-BEAM & T-BAR 자동용접화 LINE의 개발

(주)종합기계 기술연구소 상무 장 진 호
1. 현재 세계의 경제위기 현주소
2008년 후반 미국에서 시작된 금융위기는 전 세계로 확산되어 끔찍한 재앙이 되었다. 각 나라의 경제에 엄청난 타격과 긴장감을 조성하였으며, 우리 나라도 이러한 금융위기의 한파를 피해갈 수 없었다. 국내 금융시장이 휘청거렸고, 국내 수출의 효자노릇을 톡톡히 하던 자동차와 전자관련 산업이 침체에 빠졌다. 2009년 현재까지 이러한 전 세계적인 경제 위기는 회복의 기미가 보이지 않는 느낌이다.

건실한 기반을 가진 사업으로 생각되던 조선분야 역시 전 세계적인 불황에는 버텨낼 수 없었다. 2009년 들어 경기악화는 여전히 악재가 되었다. 해운시장의 하락은 선사들의 선박 발주 취소와 납기 연기라는 최악의 상황을 만들었고, 이에 따른 중.소 조선소는 자금조달의 어려움에 경영악화가 가중되었으며, 이는 국내 조선업계의 근본을 흔드는 위기가 되었다.

1990년대 후반 우리나라는 국가적 위기상황 이었던 IMF를 겪었고, 또한 슬기롭게 극복한 경험이 있다. 현재의 전 세계적인 경제적 불황도 재도약의 발판으로 만들 수 있는 저력을 우리나라는 가지고 있다고 믿고 있다. 우리나라의 세계적인 선박건조 기술과 고도의 용접기술은 전 세계 오대양을 누비는 선박의 질을 한 단계 상승시키는 계기가 된 것이 사실이다. 국내의 용접기술은 선박, 플랜트, 석유화학 분야 및 원자력 분야에 이르기까지 그 기술은 이미 품질로 인정을 받은 정상의 위치이다. 이러한 국내의 기술력은 앞으로 긴 불황의 터널을 빠져 나왔을 때 다시 한번 조선강국의 위상을 드높일 수 있는 초석으로 생각된다.

2. 1990년 대의 H-BEAM 용접 자동화 LINE의 개발
1990년대를 지나면서 국내의 건설붐에 맞추어 우리는 새로운 자동화 용접 설비의 개발을 시작한다. 그것은 H-BEAM 용접 자동화 LINE이었으며, 최대 12M의 H-BEAM 생산이 가능한 공장 자동화 설비이다. 국내의 우수한 용접기술은 12M 용접길이를 가진 H-BEAM 용접 자동화 LINE 설비에 적용 시 전혀 문제가 없었다. 하지만 긴 용접길이에 따른 H-BEAM의 변형이 문제가 되었고, 이에 대한 해결법이 설비의 마지막 단계에서 요구 되었다.
H-BEAM 변형에 대한 대응방안의 답은 의외로 간단한 아이디어에서 착안이 되었다. 바로 구부러 진 것은 똑바로 펴면 된다는 것이 그 해결 방법이었다. 용접 공정이 완료된 H-BEAM을 기계적인 방법으로 구조용 강에 강제적인 힘을 가하여 변형을 교정하는 설비를 개발 하였고, 이것은 H-BEAM 용접 자동화 LINE의 마지막 공정에 위치시켰다.



몇 년간의 시행착오를 거치며 3~4명의 최소인원으로 시간당 평균 3본의 H-BEAM을 생산해낼 수 있는 국내 최초H-BEAM 자동 용접 LINE의 설비 개발을 완료 하였다.

3. 2000년부터 T-BAR 수요 급증
2000년을 넘기면서 우리나라는 전세계 신조선 생산량의 30%~35%를 차지하는 호황을 누리게 되었다. 그야말로 전 세계의 바다를 누비는 선박 1/3은 우리나라에서 생산된 것이라 하여도 과언이 아닌 얘기가 되었다. 신조선박 수주의 호황은 선박 기자재의 국산화를 60%~70%까지 도달하도록 이루어 냈으며, 선박 선체 또는 LNG선과 같은 특수선에 설치되는 저장 TANK의 강도유지를 위한 T-BAR 수요도 급증하는 계기가 되었다.
국내 대형 조선소들은 생산성 향상과 원가절감이라는 목표를 내세웠고, 우리는 다시 한번 H-BEAM 자동생산 설비를 응용한 T-BAR 자동용접 LINE의 개발에 도전하였다.

4. T-BAR 자동용접 LINE의 개발
대기업 연구소의 기술지원과 우리회사의 축척된 기술적 노하우를 접목하여 T-BAR 자동용접 및 변형에 대한 설비 개발에 착수하였다. 초기 생산 LINE을 구성할 때 T-BAR 자동용접 LINE의 공정간 소요되는 TIME 분석과 분업의 일환으로 분리 구성하면서 최소인원으로 최대의 생산량을 얻기 위한 T-BAR 생산 SYSTEM에 초점을 맞추었다.
[그림 1 T-BAR LAY-OUT 도면 참조]
초창기 T-BAR 자동용접 LINE의 구성은 H-BEAM 생산 SYSTEM과 동일한 공정으로 구성하였다. H-BEAM 용접 자동화 LINE과 같이 T-BAR 제작을 위한 용접은 전혀 문제가 되지 않았다. 그러나 기계적 힘을 이용한 교정을 거친 T-BAR의 변형이 문제가 되었다.
우리가 제작한 T-BAR 자동용접 LINE에서 생산되는 T-BAR의 최대 길이는 21M였으며, 이것은 기계적 교정으로도 용접 변형을 바로 잡을 수 없었다.

5. 변형이 문제다.
H-BEAM 용접 자동화 LINE에서 고민하였던 용접 변형문제가 다시 부각되었다. 용접 중 변형과 용접 후 변형은 T-BAR 자동 생산에 크나큰 장애가 되었다. 우리는 다시 한번 용접변형이라는 난제에 직면하였다.
용접 변형의 원인은 용접 시 발생하는 입열량에 의한 구조용 강의 열변형이 원인이므로, 반대측에 동일한 입열량을 가하면 변형문제가 해결 될 것으로 단순하게 판단하였다.
우리는 지체 없이 용접 공정에 고주파 가열기를 부착하여 TEST를 실시하였고, 그 결과는 대 만족이었다.






Q1, Q2 : 용접시 발생된 입열량
Q3, Q4 : 반대쪽 대응 입열량
“C” : 부재(T-BAR)의 도심
[그림 2 T-BAR 자료 참조]
아래 수식은 용접시 발생되는 입열량과 반대쪽 대응 입열량에 따른 변형 발생에 관련된 간단한 내용이다.
1) Q1 + Q2 = Q3 + Q4 정상(용접 변형량이 공차 이내임)
2) Q1 + Q2 < Q3 + Q4
3) Q1 + Q2 > Q3 + Q4
[그림 3 입열량에 따른 T-BAR의 일반적 변형 해석 참조]

6. 고객 맞춤형 생산 LINE의 구성
고주파 가열기를 부착한다는 획기적인 아이디어로 우리는 고품질의 T-BAR 자동용접 LINE의 개발이라는 실적을 달성할 수 있었다. 전체 길이 21M에 달하는 T-BAR 생산 시 교정기를 통과 하기 전 T-BAR의 용접 변형량은 불과 4MM 이내가 되었고, 생산시간 또한 고작 20분이면 T-BAR 1본을 생산할 수 있게 되었다.
또한, 현재는 그 기술이 더욱 발전하여 곡 T-BAR와 L-BAR 도 생산할 수 있는 LINE의 개발이 완료 되었으며, T-BAR의 다양한 재질에도 대응 할 수 있을 정도로 기술적 DATA를 쌓아 왔다.
생산성 향상을 위해 부재 투입에서부터 이동, 출하에 이르기까지 전 공정을 자동 이동 시킬 수 있는 SYSTEM과 반자동 SYSTEM으로 구분하여 공급되어지며, 또한 공장여건에 따라 수동과 반자동도 겸할 수 있는 SYSTEM도 개발 공급 하고 있다.
고객이 요구하는 다양한 요건을 충족할 수 있는 기술적 노하우를 갖추게 된 것이다.
위기가 기회라 하듯이 현재의 우리는 또 다른 도전을 시작 할 준비를 하고 있다. 긴 불황의 터널을 빠져 나왔을 때 우리에게 따뜻하고 밝은 해가 미소 짓고 있기를 희망한다.
[사진 7 3-LINE, 4-LINE, 6-LINE T-BAR WELDING 공정 사진 참조]

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