[논문]노즐 Overlay 용접용 자동 Hot-wire TIG 시스템 개발

노즐 Overlay 용접용 자동 Hot-wire TIG 시스템 개발
The Development of Automatic Hot-wire TIG System for Nozzle Overlay Welding 원문보기

박정채 (두산중공업(주) 기술연구원) , 문인채 (두산중공업(주) 기술연구원) , 정인철 (두산중공업(주) 기술연구원) , 김승원 (두산중공업(주) 기술연구원)

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이와 같은 노즐류의 오버레이 용접은 고품질을 요구하고 있지만 제품의 형상이 복잡하고, 인코넬 690 용가재에 대한 용접품질 확보가 어려워 현재까지 반자동 FCAW 및 수동 GTAW(Cold-wire TIG) 기법을 적용하므로 열악한 작업조건, 고기능 용접사 필요 그리고 작업 효율이 매우 떨어지는 실정으로 용접생산성 향상 및 용접환경개선이 필요하게 되었다. 따라서 원자력 노즐들에 대해 오버레이(Cladding & Buttering) 용접작업을 자동으로 수행하는 장치 개발과 Hot-wire TIG 기법을 이용한 용접성 평가를 실시하였다.
설정된 용접변수로 SA508 CL3 와 A516 Gr.70 판재에 초층 ER309L, 둘째층 이후 ER308L 용가재 (Ø1.2)를 이용한 Cladding(그림 3)과 SA516 Gr.70 판재에 ERNiCrFe-7 용가재(Ø1.2)를 이용한 Buttering 을 실시하여 비파괴 검사, 기계적 시험, 화학성분 분석 및 매크로 조직 시험을 실시하여 용접성을 평가하였다.
용접 시스템은 외경 Ø2OO~7OOmm, 길이 1,000mm 이하의 노즐류에 대해 적용이 가능하고 노즐 내면부 Cladding 및 노즐 플랜지부 Buttering 이 자동적으로 수행될 수 있도록 설정하였다.

Hot-wire TIG 용접 변수를 설정하기 위하여 일반 탄소강재(SA108-B) 파이프에 오스테나이트계 스테인레스강(ER308LorER309L) 용가재(Ø1.2)를 사용하여 Cladding(그림 2)을 실시하였다.

용접기법은 당사의 적용사례에 따라 인코넬 690 용가재에 대한 용접 신뢰성이 높은 Hot-wire TIG 기법을 채택하였다. Hot-wire TIG 은 Cold-wire TIG 에 비해서 동일한 용접품질을 유지하면서도 고속 용접이 가능하고 3배 이상의 용착 효율을 얻을 수 있다.

1) 수동용접이 불가피한 노즐류 Overlay 용접공정을 자동 용접을 실시하여 작업환경이 크게 개선되었다.
2) 수동용접 적용부에 Hot-wire TIG 기법을 적용하게 되어 우수한 품질과 함께 생산성이 향상되었다.
3) 용접자동화 전용설비를 자체적으로 개발하게 되어 수입대체 효과와 함께 대외 신인도 향상에 크게 기여하였다.
구동 제어장치는 다양한 형태의 노즐에 대해서 Cladding 및 Buttering 을 자동적으로 수행할 수 있도록 용접부위와 노즐형상에 따라 네 가지 구동 모드로 자동구동체계를 확보하여 용접구동 제어 프로그램을 제작하였으며 용접장치 Unit 와 Interface 를 실시하여 프로그램 상에서 자동용접이 가능하게 되었다.
을 만족하였다. 용접후열처리를 실시하지 않은 SA 508 C1.3 판재의 Cladding 시편에 대해서는 경도를 측정하였으며 최대 82HRB 로 나타났다.
최적용접변수 적용 용접시편에서 비파괴 검사(PT, UT) 결과 모두 양호한 결과를 얻었으며 굽힘 시험 결과 Cladding 시편과, Buttering 시편 모두 ASMESpec.을 만족하였다.

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