용접 로봇 자동화 시스템에 있어 핵심은 로봇기술이 아닌 용접기술이다. 용접 품질이 뛰어나면서도 로봇에 적용하기 용이한 용접기술은 현장 생산성의 드라마틱한 변화를 가져온다. K-TIG의 키 홀 용접은 용접 작업에 새로운 변화를 가져오면서도 로봇과의 융합이 용이한 기술이다. 키 홀 용접은 용접 공정에서 소요되는 전반적인 코스트를 극단적으로 절감할 수 있는 혁명적인 기술로, K-TIG의 키 홀 용접 기술은 영국의 핵고급제조연구센터(NAMRC)와 호주국방재료기술센터(DMTC), 미국의 제너럴일렉트릭(GE)글로벌연구센터 등 첨단 기술을 연구하는 기관들로부터 선택받고 있다. 본지에서는 K-TIG 국내 공식 시스템 파트너인 삼진웰텍(주)의 도움을 받아 실제로 적용된 K-TIG 용접 기술이 공정을 개선한 사례를 연재한다.
사진. 로봇기술
빌핑거가 선택한 K-TIG
빌핑거(Bilfinger SE)는 독일 만하임에 본사를 둔 토목/건설, 산업 엔지니어링 및 서비스 분야의 글로벌 리딩기업으로, 파나마 운하의 100주년을 기념하는 파나마 센테니얼 브릿지를 건축한 기업으로 유명하다. 전 세계적으로 약 7만여 명의 직원을 보유한 이 회사는 산업, 에너지 부문 및 부동산을 위한 플랜트와 건물의 개발에서부터 건설, 유지관리, 운용까지 턴키로 수행한다. 빌핑거는 석유화학 플랜트가 하루 24시간 내내 안정적으로 운용되도록 함으로써 발전소가 최고 수준의 효율을 달성할 수 있도록 한다. 또한 기업 전체의 시설 관리를 책임지는 동시에 혁신적인 건물을 설계·건축하고 전체 수명주기 동안 건물을 운영한다.
빌핑거는 압력 용기(Pressure Vessel) 제작에 있어 더 높은 생산성과 효율을 달성하기 위해 K-TIG의 키 홀 용접 기술을 적용했다. 압력 용기는 고온·고압의 혹독한 조건에 견딜 수 있어야 하고, 크기와 중량이 상당하기 때문에 용접 난이도가 높다. 압력 용기는 석유화학, 발전 등 대부분의 플랜트에서 사용되기 때문에 시스템에서 요구하는 조건에 따라 크기나 모양, 재질 등이 상이하다. 빌핑거는 ASME Section IX(이하 ASME-IX) 기준을 충족하는 10㎜ 또는 3/8"의 321 스테인리스강 압력 용기 용접에 K-TIG의 용접 솔루션을 접목했다.
기존 MIG 용접 프로세스의 문제점
기존에 빌핑거가 압력 용기 용접에 적용했던 MIG 용접 프로세스는 본질적으로 느린 용접 속도와 이에 따른 긴 작업 시간, 많은 양의 가스와 전력 소비 및 높은 비용 등의 문제점을 지니고 있다. 그간 빌핑거는 MIG 용접을 포함해 검토했던 여러 용접 방식들이 10㎜ 두께 또는 3/8" 스테인리스강을 완전히 관통할 수 없어 모서리 가공을 시행할 수밖에 없었다. 회사는 용접 준비를 위해 방대한 양의 모서리 가공을 아웃소싱함에 따라 추가적인 비용과 리드 타임의 증가를 감내해야 했다. 또한 기존의 MIG 용접 프로세스에서는 용접 품질에 문제가 발생하기 쉽고, 다중 용접 패스를 작업해야 함에 따라 공정 시간이 증가했으며 고가의 와이어 등 소모품 요구량도 많았다. 여기에 용접 패스를 작업할 때마다 청소와 연삭 작업을 진행해야 해 생산성이 더욱 떨어졌다.
K-TIG 용접 솔루션으로 공정 개선
작업개요
K-TIG는 기존 GTAW보다 최대 100배 빠른 완전 침투 단일 패스 GTAW/TIG 프로세스로서, 이 응용 프로그램을 통해 약 9시간에 달했던 빌핑거의 압력 용기 용접 작업 시간은 1시간 미만으로 단축됐다. 또한 가스와 전력, 소모품 및 용접 사전 준비 작업과 노동력의 극적인 절감도 실현했으며, 단일 패스 용접이 가능해짐에 따라 다공성, 개재물, 용융 부족, 재작업 및 사후처리 횟수를 극적으로 줄였다.
빌핑거가 공개한 K-TIG 적용 결과
한편 빌핑거의 브렛 자고(Brett Jago) 생산 감독관은 “K-TIG 시스템은 버튼 하나로 완전히 자동으로 반복 용접 작업을 수행하거나, 사용자가 실시간으로 용접 매개변수를 변경하는 것이 가능한 개방형 프로그램”이라며 “조작이 매우 쉽다는 점 또한 K-TIG 용접 솔루션의 강점이다. 기본적인 용접 지식을 갖춘 사용자가 단 몇 번의 시연만으로 즉시 활용할 수 있었다.”라고 전했다.
