초록 ▼

1. 최종목표
- 불활성 가스를 사용하지 않는 초소형 경량구조 인버터방식의 휴대용 알루미늄 아크용접기 개발
- 1차년도 목표는 인버터 방식의 고효율 전류제어용 전원장치 및 제어회로 개발
- 2차년도 목표는 박판 알루미늄 고속용접 가능한 고효율 휴대용 알루미늄 용접기 개발
2. 개발내용 및 결과
- 고속박판 용접 현상 분석
- 전류제어 전원장치 개발
- 인버터 제어회로 및 DSP 제어기 개발
- 기존 장비와의 부품공용화 실현
- 저가 고효율의 인버터 사양설계
- 용접속도에 따른 아

1. 최종목표
- 불활성 가스를 사용하지 않는 초소형 경량구조 인버터방식의 휴대용 알루미늄 아크용접기 개발
- 1차년도 목표는 인버터 방식의 고효율 전류제어용 전원장치 및 제어회로 개발
- 2차년도 목표는 박판 알루미늄 고속용접 가능한 고효율 휴대용 알루미늄 용접기 개발
2. 개발내용 및 결과
- 고속박판 용접 현상 분석
- 전류제어 전원장치 개발
- 인버터 제어회로 및 DSP 제어기 개발
- 기존 장비와의 부품공용화 실현
- 저가 고효율의 인버터 사양설계
- 용접속도에 따른 아크 안정성 실험
- 출력극성비 변화에 따른 용접비드 실험
3. 사업성과
◦ 기술적 성과
- 알루미늄 용접 기술은 친환경 재질인 알루미늄의 용접을 이용하는 것으로 고부가가치 제품 개발시 효율향상에 따른 에너지 절감 및 탄소량 절감, 오염되고 협소한 작업공간에서 유지보수에 신속한 대처로 작업 생산성 극대화
- 고중량의 용접장비 및 불활성가스 휴대가 곤란한 작업지역에서도 자유로운 용접작업이 가능하며, 특히 산소 농도가 희박한 지역에서의 작업, 즉, LNG선박 내부 및 탱크내부에서 신속히 작업을 마무리해야 하는 지역에서 작업하는 용접작업자들에게 작업성을 향상시키는 기술효과 제공
- 고효율의 용접기 개발에 관련된 박판용접 기술, 전류제어 전력기술, 고속의 DSP 제어기술, 용접속도에 따른 아크안정성 기술, 고부가가치 분야인 알루미늄 용접장비의 저가화 다기능화 기술 발전에 기여
- DSP 제어기가 내장된 알루미늄 용접기 국산화 개발
- 아날로그 방식의 기존 용접기 개발기술을 디지털 방식으로 대처하여 아날로그회로의 단점인 성능편차를 최소화하여 용접기 품질 안정화에 기여
- 알루미늄 용접기 분야에서 국내의 기술경쟁력 향상에 기여
◦ 경제적 성과
- 알루미늄 용접기 국산화 개발기술 성공으로 오염지역에서의 신속한 작업이 가능해져서 기업에서의 생산성이 향상되고, 신속한 작업에 따른 산업재해 요인이 감소하여, 편안한 용접작업 수행에 따른 용접 품질 향상 등 경제적 이득 발생
- 휴대용 알루미늄 용접기 시장을 장악한 선진제품에 대한 경쟁력 확보로 수입절감에 따른 외화유출 절감 효과 발생
- 친환경소재로 각광받는 알루미늄에 대한 용접장비 개발기술 보유로 에너지 절감에 기여할 것으로 기대됨
- 선진국에 의해 잠식당해 있던 고부가가치 용접장비시장에서 선진 기술과 동등한 기술을 탑재한 용접장비를 생산할 수 있으므로, 국내기술의 경쟁력을 보유할 수 있어, 그동안 수입에 의존했던 고품질의 용접장비를 국산화 대체에 의한 수입 절감 효과가 있음
- 국내의 시장인 40억 규모의 알루미늄 용접기 시장에서 국산장비 활용에 따른 수입대체 효과 발생
- 범세계적인 환경규제 강화로, 친환경소재인 알루미늄과 그 합금을 사용하는 기업에서 자원의 재활용에 따른 경제적 이익효과 발생
- 에너지를 과다 사용하는 용접장비의 효율성 재고에 따른 에너지 소비에 대한 최소 5% 이상의 절감 효과 발생
◦ 사회적 성과(일자리 창출 등)
- 국가의 기간산업인 고속전철, 지하철 등의 철도차량 및 선박, LNG 선 탱크 제조에 알루미늄 적용이 확대되는 추세로 본 과제의 성공은 알루미늄 재료를 사용하는 기업에의 판매 실적으로 이어져 참여기업의 매출 급성장이 예상됨
- 알루미늄 용접기의 국산화 개발 성공으로 경쟁사들의 수입단가 인하 효과를 가져 올 것으로 판단되면, 장비 수출효과도 크게 기대됨
- 국내 용접기 분야에서의 신제품 출시로 알루미늄 용접기 개발 관련 국내업계의 생산량 증가에 따른 고용창출 효과 발생
- 알루미늄 용접기 제조관련된 생산라인 증설에 따른 일자리 창출에 기여
4. 기술개발결과 활용계획
- 국내의 용접장비 산업은 성장기이며, 본 사업을 통해서 알루미늄 용접기 개발을 성공시켜서, 국내 조영용접기 국내 유통망을 통해서 전국적으로 판매할 계획임
- 고부가가치 제품인 아크 알루미늄 용접기 개발로 국내시장 점유율을 높여가면서, 제품의 기술력을 홍보하여 국내 최고의 종합 용접설비 전문회사로 발전시키고자 함
- 본 장비는 소형 경량 구조로 휴대용에 적합한 구조이므로, 전기자동차, 전동카트, 전기자전거, 전기스쿠터 등 배터리 이동수단을 생산하는 중소기업에 널리 보급할 계획임
- 또한, 본 장비는 고부가가치 부품을 사용하는 건설현장, 알루미늄 차체를 개발하는 기업에 널리 보급할 계획임
- 오염된 작업장 및 협소한 지역에서 신속한 용접을 필요로하는 작업자들에게 보급하여 신속한 용접작업을 통한 생산성 향상효과 제공
- 친환경적이고, 내구성이 요구되는 국가의 기간산업에 알루미늄 적용이 확대되는추세이므로, 본 장비를 적용시켜 국내의 산업체에 널리 보급할 계획임
- 본 장비는 참여기업의 국내 유통망을 통해 보급 시켜, 아크 용접 및 알루미늄 용접을 필요로하는 기업에서 사용할 계획
5. 기술개발자료의 보안관리
◦ 보안등급 분류기준에 따른 등급부여 및 관련 의견 기술
. 용접기 기술은 국내외에서 널리 개발하고 있으나, 그중에서 알루미늄 용접기는 국내에서 기술개발이 이루어지지 않아, 선진국에서 국내의 시장을 독점해 왔음
. 알루미늄 용접기는 인버터 기술과 용접기술이 융합되는 일반 기술로 분류
◦ 연구개발의 기술임치 및 특허 출원 등록 실적
. 이중 교류입력전원을 사용하는 전기용접기
. 배터리 충전기

목차 Contents

• 산학연공동기술개발사업 최종보고서 ... 1
• 산연 공동기술개발지원사업 최종보고서 ... 2
• 최종보고서 제출서 ... 3
• 간접비 집행내역 ... 4
• 과제별 사업비사용실적보고서 ... 6
• 개발결과의견서 ... 11
• 최종보고요약서 ... 12
• 목차 ... 15
• 표목차 ... 19
• 그림목차 ... 22
• 제 1 장 서론 ... 29
• 제 1 절 기술 개요 ... 29
• 1. 기술 개요 ... 29
• 2. 기술개발의 필요성 ... 31
• 가. 개발 필요성 ... 31
• 나. 개발 중요성 ... 32
• 3. 국내외 개발 현황 ... 32
• 가. 국내 기술현황 ... 33
• 나. 국외 기술현황 ... 35
• 3. 국내외 시장 규모 ... 37
• 가. 국내 시장 규모 ... 37
• 나. 국외 시장 규모 ... 38
• 제 2 절 연구 목적 ... 39
• 제 3 절 연구 목표 및 내용 ... 42
• 1. 연구목표 ... 42
• 2. 개발 내용 및 범위 ... 43
• 가. 개발 내용 ... 43
• 나. 개발 범위 ... 44
• 3. 파급효과 및 활용방안 ... 46
• 가. 파급 효과 ... 46
• 나. 활용방안 ... 47
• 제 2 장 과제개발 내용 및 방법 ... 49
• 제 1 절 인버터 기술 ... 49
• 1. 기술 개요 ... 49
• 가. 인버터기술 ... 52
• 나. 인버터 분류 ... 60
• 다. 용접장비 인버터 기술 ... 74
• 2. 국내외 개발 현황 ... 79
• 가. 국내외 기술 수준 ... 80
• 나. 국외 현황 ... 85
• 다. 국내 현황 ... 86
• 제 2 절 용접 기술 ... 89
• 1. 용접기술 개요 ... 89
• 가. 용접 개요 ... 89
• 나. 용접기술 발전 ... 91
• 다. 국내 용접 및 용접재료, 설비산업의 성장과 현황 ... 92
• 라. 알루미늄 합금의 용접 ... 94
• 마. 용융금속의 이행 현상 ... 97
• 2. 용접 장치 ... 101
• 가. DC ARC 용접 ... 104
• 나. TIG 용접 ... 105
• 다. 가스 금속 아크 용접 ... 108
• 라. 논가스 금속 아크 용접 ... 114
• 마. 서지머지드 아크 용접 ... 115
• 바. 플라즈마 용접 ... 116
• 가. 플라즈마 아-크(Plasma ARC)의 발생원리 ... 116
• 나. 열집중 (THERMAL　PINCH) 효과 ... 117
• 다. 플라즈마 용접의 특징 ... 117
• 3. 용접전원 ... 118
• 4. 국내외 용접장비 ... 121
• 가. Migatronic 사 ... 121
• 나. 효성용접기 ... 125
• 다. Miller 용접장비 ... 126
• 라. WM 용접기 ... 126
• 마. Krisbow ... 127
• 바. PANATEK ... 127
• 사. MELZER ... 128
• 아. SURYA JAYA TEKNIK ... 128
• 자. PT.Indo Best Welder and Heater ... 128
• 차. MOSA ... 128
• 카. TIME ... 129
• 타. KOIKE ... 129
• 파. TAIWAN MACHINERY ... 130
• 하. 조영용접기 ... 130
• 기타. AUTOWEL ... 131
• 제 3 절 알루미늄 아크 용접기 개발 ... 132
• 1. 용접장비 개선 ... 133
• 2. 전원 필터 개발 ... 135
• 제 4 절 제어기 하드웨어 설계 ... 138
• 1. 하드웨어 구성 ... 138
• 가. TMS320F28x 주변 회로 ... 139
• 나. TMS320F28x 주변 회로 ... 141
• 2. 메인보드 설계 ... 143
• 가. 전원부 설계 ... 143
• 나. 전압 피드백 회로 설계 ... 145
• 다. 전류 피드백 회로 설계 ... 146
• 라. 바이메탈 및 볼륨 조절 회로 설계 ... 148
• 마. 전력변환부 회로 설계 ... 149
• 1). IGBT Gate 보호회로 ... 150
• 2). IGBT Gate 드라이브 회로 ... 151
• 바. DSP보드 연결부 설계 ... 152
• 3. DSP 보드 설계 ... 153
• 가. 전원부 ... 153
• 나. JTAG 및 부가회로 ... 154
• 다. RS-232 회로 ... 157
• 라. DSP 회로 ... 157
• 마. 버퍼회로 ... 159
• 제 5 절 실험 결과 ... 162
• 1. 개발 목표 ... 162
• 2. 용접 실험 ... 163
• 가. 알루미늄 박판 두께: 1.2t, 용접 전류: 50A, 핫스타트 전류: 100A ... 164
• 나. 알루미늄 박판 두께: 1.2t, 용접 전류: 70A, 핫스타트 전류: 110A ... 165
• 다. 알루미늄 박판 두께: 2.0t, 용접 전류: 50A, 핫스타트 전류: 110A ... 166
• 라. 알루미늄 박판 두께: 2.0t, 용접 전류: 80A, 핫스타트 전류: 110A ... 167
• 마. 알루미늄 박판 두께: 3.0t, 용접 전류: 60A, 핫스타트 전류: 118A ... 168
• 바. 알루미늄 박판 두께: 4.0t, 용접 전류: 68A , 핫스타트 전류: 80A ... 169
• 사. 알루미늄 박판 두께: 4.0t, 용접 전류: 70A, 핫스타트 전류: 118A ... 170
• 아. 알루미늄 박판 두께: 4.0t, 용접 전류: 80A, 핫스타트 전류: 118A ... 171
• 자. 알루미늄 박판 두께: 4.0t, 용접 전류: 80A, 핫스타트 전류: 118A, 역극성 ... 172
• 차. 알루미늄 박판 두께: 4.0t, 용접 전류: 80A, 핫스타트 전류: 120A ... 173
• 카. 알루미늄 박판 두께: 5.0t, 용접 전류: 85A, 핫스타트 전류: 120A ... 174
• 타-1. 아크 안정성 실험-1 ... 175
• 타-2. 아크 안정성 실험-2 ... 176
• 파-1. 안티 스턱 실험-1 ... 177
• 파-1. 안티 스턱 실험-2 ... 178
• 3. 실험 결과 분석 ... 179
• 가. 용접속도 ... 179
• 나. 박판최소두께 ... 179
• 다. 입력전원보상 ... 179
• 라. 아크 안정성 ... 181
• 마. 출력전압 변화량 ... 181
• 바. 용융속도 변화량 ... 181
• 사. 출력전류 변화량 ... 182
• 제 3 장 사업성과 ... 183
• 제 1 절 기술적 성과 ... 183
• 제 2 절 경제적 성과 ... 187
• 제 3 절 기타 성과 ... 189
• 1. 활용분야 ... 189
• 2. 사업화 방안 ... 190
• 가. 제품홍보, 판로확보, 판매전략 등의 사업화 추진전략 ... 190
• 나. 수입대체 및 수출증대효과 ... 191
• 다. 원가절감 효과 ... 193
• 라. 신규시장 창출가능성 ... 193
• 3. 해외전시회 참가 ... 193
• 가. 베트남 전시회 참가 ... 193
• 나. 인도네시아 전시회 참가 ... 195
• 4. 지적재산권 도출 ... 197
• 가. 이중 교류입력전원을 사용하는 전기용접기(출원번호:10-2012-0034684) ... 197
• 나. 배터리 충전장치 (출원번호 : 10-2012-0068534) ... 198
• 5. 전기용접기 인증 획득 ... 200
• 제 4 장 결론 ... 203
• 제 1 절 실험 ... 204
• 1. 정전압 제어실험 ... 204
• 2. 정전류 제어실험 ... 205
• 제 2 절 결과 및 고찰 ... 208
• 제 3 절 향후 계획 ... 209
• 1. 파급효과 ... 209
• 2. 활용방안 ... 209
• 가. clean energy 활용 ... 210
• 나. DC 전원 충전장치 활용 ... 211
• 다. 초소형 고출력 DC 모터 드라이버 활용 ... 211
• 참고문헌 ... 213
• 부 록 ... 214