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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국생산기술연구원 Korea Institute of Industrial Technology |
---|---|
연구책임자 | 강문진 |
참여연구자 | 김재성 , 조정호 , 조영태 , 이상철 , 최기갑 , 조기성 , 노화식 , 강상오 , 한기성 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2020-02 |
과제시작연도 | 2019 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO202200006770 |
과제고유번호 | 1415161712 |
사업명 | 산업소재핵심기술개발(R&D) |
DB 구축일자 | 2022-08-27 |
키워드 | 아크용접.대용착.펄스용접.탠덤용접.와이어 송급장치.용접토치. |
3. 개발결과 요약
■ 최종목표
□ 동기제어 3폴형 탠덤용접시스템 기술 개발
□ 탠덤 용접공정 및 해석 기술 개발
□ 현장 적용성평가
■ 개발내용 및 결과
□ 1차년도
○ 1.2 mm 직경 Steel 와이어용 DC 펄스 시너직 라인개발(생기원)
- 와이어 송급속도 3.0 ~ 15.0 m/min의 DC 펄스 시너직 개발 완료
○ 1.2 mm 직경 Al 와이어용 DC 펄스 시너직 라인개발(고기원)
- 와이어 송급속도 8.0 ~ 14.0 m/min의 DC펄스 시너
3. 개발결과 요약
■ 최종목표
□ 동기제어 3폴형 탠덤용접시스템 기술 개발
□ 탠덤 용접공정 및 해석 기술 개발
□ 현장 적용성평가
■ 개발내용 및 결과
□ 1차년도
○ 1.2 mm 직경 Steel 와이어용 DC 펄스 시너직 라인개발(생기원)
- 와이어 송급속도 3.0 ~ 15.0 m/min의 DC 펄스 시너직 개발 완료
○ 1.2 mm 직경 Al 와이어용 DC 펄스 시너직 라인개발(고기원)
- 와이어 송급속도 8.0 ~ 14.0 m/min의 DC펄스 시너직 개발 완료
○ 싱글용접용 전원 DC 플랫폼 개발 및 펜던트 개발(다원시스)
- 350A 급 싱글 펄스용접 전원 DC 플랫폼 개발 완료
- 용접전원 제어 및 펄스파형 입력기능이 가능한 펜던트 개발 완료
○ Al용 와이어 4 roll 와이어송급 장치 및 탠덤 용접 토치 개발(한토)
- 4 roll 송급 기구부 및 모터/감속부 설계 및 제작완료
- Al용 싱글 와이어 송급 장치 제작 완료
- 2 way – 1 노즐형 시험용 탠덤용접 토치 제작완료(와이어간 거리 5, 10, 15, 20 mm)
○ 용접기 본체-와이어 송급장치 통신 protocol 설계 및 프로그램 개발(한토)
- 싱글 용접용 와이어 송급장치 CAN 통신 규약 protocol 설계완료
- 싱글 용접용 와이어 송급장치-용접기 통신 프로그램 개발완료
○ 와이어 펄스피딩을 위한 푸쉬 타입 송급제어기 기술 개발(올제텍)
- 상용 제어기를 사용한 펄스피딩 이송모션 형상개발완료
- 펄스 피딩 모션의 기구 구동계 개발완료 및 시제품 제작
○ 용접토치 노즐의 보호가스 유동 해석 기술 개발 및 탠덤 토치 노즐 최적 형상 설계안 제시(충북대)
- 와이어 각도 및 거리에 따른 보호가스 유동양상 확인
- 보호가스 유동이 가장 안정적인 최적의 와이어 각도 및 거리 도출
○싱글 DC펄스 아크센싱 특성 및 아크플라즈마 해석(창원대)
- 용접전류/전압을 이용한 아크센싱 가능성 확인
- 싱글 DC펄스 아크플라즈마 해석 완료
□ 2차년도
○ 1.4, 1.6 mm 직경 Steel 와이어용 DC 펄스 시너직 라인개발(생기원)
- 와이어 직경 1.4 mm적용 와이어 송급속도 3.0 ~ 10.0 m/min의 DC 펄스 시너직 개발 완료
- 와이어 직경 1.6 mm적용 와이어 송급속도 3.0 ~ 9.0 m/min의 DC 펄스 시너직 개발 완료
○ 1.2 mm 직경 Steel 와이어용 AC 펄스 시너직 라인개발(생기원)
- 와이어 직경 1.2 mm적용 와이어 송급속도 3.0 ~ 12.0 m/min, 30 ~ 60 %의 EN ratio별 AC 펄스 시너직 개발 완료
○ Steel용 탠덤용접공정평가(생기원)
- 선진사 Fronius 탠덤용접시스템을 적용하여 탠덤용접수행 완료
- 비동기형 DC-AC 탠덤용접공정 평가 수행 완료: 선진사 Fronius 대비 더 많은 용착량을 확보할 수 있었음
- 비동기형 DC-AC 탠덤용접을 적용하여 3차년도 적용대상 부품 선행실험 수행: 건전한 용접품질 확보
○ 1.4, 1.6 mm 직경 Al 와이어용 DC 펄스 시너직 라인개발(고기원)
- 와이어 직경 1.4 mm적용 와이어 송급속도 6.0 ~ 13.0 m/min의 DC펄스 시너직 개발 완료
- 와이어 직경 1.6 mm적용 와이어 송급속도 3.0 ~ 9.0 m/min의 DC펄스 시너직 개발 완료
○ 1.2, 1.6 mm 직경 Al 와이어용 AC 펄스 시너직 라인개발(고기원)
- 와이어 직경 1.2 mm적용 와이어 송급속도 6.0 ~ 16.0m/min, EN ratio 10 ~ 40 %의 AC펄스 시너직 개발 완료
- 와이어 직경 1.6 mm적용 와이어 송급속도 3.0 ~ 10.0m/min, EN ratio 10 ~ 30 %의 AC펄스 시너직 개발 완료
○ 개발된 탠덤 토치의 DC-펄스형 적용성 평가(고기원)
- 와이어간 거리별 아크안정성 및 아크간섭특성 평가 완료: 최적 와이어간 거리 15 mm
- 보호가스별 아크안정성 및 아크간섭특성 평가 완료: 보호가스 100% He을 사용할 경우 용접품질이 우수하였음
○ 500 A급 싱글용접용 DC/AC 플랫폼 개발(다원시스)
- 40 kHZ / 500 A 인버터 파워스텍 및 AC용 추가 파워 / 스위치 모듈 개발 완료
- 탠덤 용접용 동기제어 기술 및 펜던트 기술 개발완료
- 용접로봇과 통신을 위한 통신 인터페이스 모듈 개발완료
○ 4 roll타입 와이어 송급장치 개발(한토)
- 탠덤용접용 일체형 와이어 송급제어 회로 설계 및 컨트롤 보드 제작 완료
- 탠덤용접용 와이어 송급장치 설계 및 제작 완료
○ 수냉식 합산전류 800 A급 탠덤용접용 토치 설계보완 및 시작품 제작(한토)
- 수냉식 탠덤토치 구조설계 및 토치 제작완료: 와이어간 거리 5, 10, 15, 20 mm (4ea)
○ 4 roll타입 와이어 송급장치 개발(한토)
- 탠덤용접용 일체형 와이어 송급제어 회로 설계 및 컨트롤 보드 제작 완료
- 탠덤용접용 와이어 송급장치 설계 및 제작 완료
○ 와이어 펄스피딩을 위한 푸쉬 타입 송급제어기 개발(올제텍)
- 보드 개발사양 선정 및 제작완료, 제어하드웨어 기능평가 완료
- 펌웨어 및 모션 소프트웨어 개발 완료
- 통신 기술 개발완료: CAN통신 적용
- 개발된 푸쉬타입 송급제어기 성능평가 완료: 20.5 Hz까지 동작이 가능함을 확인하였음
○ Full 3D 아크 용융지 해석모델 개발(충북대)
- 자유표면 추적 가능한 비압축성 뉴턴 유체 층류 유동해석 모델 개발완료
○ 2 pole 탠덤 아크용융지 해석 기술 개발(충북대)
- 전자기 상호 작용에 의한 아크 중심 편향모델로 가정하여 Steel. Al 용융지 해석: 용접부 단면 및 해석결과를 비교한 결과 유사한 형상 확인
○ 개발 탠덤용접 토치 아크센싱 특성 평가(창원대)
- 평균 전류 SN비를 이용하여 아크센싱 가능성 판단하였으며, 검증실험 완료
○ 탠덤 용접 아크 플라즈마 시뮬레이션(창원대)
- 3D 탠덤 용접 아크플라즈마 모델을 설립하고 전류대의 플라즈마 특징 확인
□ 3차년도
○ Steel용 3폴 용접 공정개발(생기원)
- 3폴 용접에서 14 mm의 최적와이어간 거리를 실험을 통해 도출
- 3폴 용접에서 필러와이어 정속제어시 최대 11 m/min까지 안정적인 용접품질을 확인
- 3폴 용접에서 필러와이어 펄스제어시 최대 15 m/min까지 안정적인 용접품질을 확인
- 최적의 3폴 용접공정 적용하여 활용기업 적용대상 부품 조인트 형상에 용접을 실시하였으며 탠덤용접대비 약 15 % 증가한 용접부 각장을 확보
○ 개발제품 현장 적용성 평가(생기원)
- 활용기관이 수산중공업, 건화, 삼우플랜트에 탠덤용접시스템을 공동 구축
○ Al용 탠덤 용접공정기술 개발(고기원)
- 비동기형의 경우 선행 DC, DC 펄스, 후행 DC펄스, AC 펄스에 대한 탠덤용접 특성 평가완료: 후행 용접이 AC펄스를 적용하였을 경우 아크안정성이 뛰어남을 확인
- 동기형 DC 탠덤용접특성 평가 수행완료
○ 3폴 용접용 제어기 개발(다원시스)
- 3폴용 40 kHz PWM회로, 고속 연산 제어용 DSP 제어기, 1 MHz 고속 전압, 전류신호 ADC 회로 설계 완료
- 3폴용 동기제어 프로그램 개발 및 펜던트 개발 완료
○ 현장 적용 용접전원 제작 및 적용성 평가(다원시스)
- 현장시스템을 고려한 용접기 전원 제작완료: 총 8대(수냉 4대, 공냉 4대)
- 현장적용성 평가결과 피드백 및 장비보완 완료
○ 탠덤 및 3폴형 와이어 송급장치 개발(한토)
- 현장시스템을 고려한 탠덤 와이어 송급장치 제작완료(총 3대)
- 3폴형 와이어 송급 기구부 설계 및 제작완료
○ 탠덤 및 3폴형 탠덤토치 개발(한토)
- 현장시스템을 고려한 수냉타입 및 공냉타입의 탠덤토치 제작 완료(수냉 2대, 공냉 2대)
- 3폴형 탠덤토치 설계 및 제작완료
○ 3 pole 탠덤 아크 용융지 해석 기술 개발(충북대)
- 3 pole 탠덤아크 용융지 해석 기술개발 완료
- 정속, 펄스송급에 대한 송급속도별 용융지 분석완료
- 3 pole 탠덤아크 용융지 해석과 용접단면 비교 시 유사한 비드폭 확인
○ 아크센서 로봇 적용 특성평가(창원대)
- 아크센싱 개발 알고리즘 적용시 0.5 mm 이내로 용접선 추적함
○ 대용착 탠덤 아크용접 공정의 크레인 붐 생산공정 적용(수산중공업)
- 탠덤용접용 Gantry형 이송장치 구축완료
- 탠덤용접시스템 구축완료
- 크레인 붐 제작 시 기존에는 용접속도 60 cm/min을 적용하였음. 탠덤용접공정 적용시 용접속도 200 cm/min으로 용접수행 가능
○ 대용착 탠덤 아크용접 공정의 중형/대형 굴삭기 생산공정 적용(건화 창원공장)
- 탠덤용접용 턴테이블형 캐리지 구축완료
- 탠덤용접시스템 구축완료
- 굴삭기 boom arm 제작 시 기준에는 3 pass로 용접을 수행하여 제작하였음. 탠덤용접공정 적용 시 1 pass로 제작 가능
- 현장요구조건에 만족하는 수준 확인(용접부 각장 15 mm이상)
○ 대용착 탠덤 아크용접 공정의 오크폴(통신탑) 종심 용접부 생산공정 적용(삼우플랜트)
- 탠덤용접용 캐리지 구축완료
- 탠덤용접시스템 구축완료
- 오크폴 제작 시 기존에는 2 pass로 용접을 수행하였음. 탠덤용접공정 적용 시 1 pass로 제작 가능
- 현장요구조건에 만족하는 수준 확인(완전용입, 용접부 결함 無)
■ 기술개발 배경
□ 조선 및 건설장비 산업동향
○ 범세계적 물류수송의 급감과 건설 경기 위축으로 인한 국내 조선 및 건설장비 산업위기
○ 대책: 제조원가 절감 및 생산성 향상. 저가 수주유지 전략이 필요
□ 아크용접전원 및 산업동향
○ 국내 용접기산업 기술경쟁력 약화: 지나친 납품 경쟁으로 기술보다는 단가위주의 경쟁
○ 아크용접 전원은 SCR형, 인버터, Full digital 인버터형으로 발전하고 있음
○ 대기업군을 제외하고는 용접기 기술개발 여력 없음
○ 대기업군도 기술력 부족으로 선진국과 기술격차가 10년이상
■ 핵심개발 기술의 의의
□ 탠덤용접시스템 개발
○ 탠덤용접을 위한 DC펄스, AC펄스 용접전원개발
- 500A급 DC/AC 펄스 용접전원개발: 국내 최초 / 추후 개선가능 성 有 / 개발난이도 上 / 국산화 기술 100 % / 플랫폼 수출 가능성 有
○ 탠덤용접을 위한 전원 동기화 기술
- 탠덤용접 동기위상제어: 국내 최초(위상차 변화: 세계최초) / 추후 개선 가능성 有 / 개발난이도 上 / 국산화 기술 100 % / 플랫폼 수출 가능성 有
○ 와이어 정속 송급장치 및 와이어 펄스피딩 장치
- 국내 최초 / 추후 개선가능성 有 / 개발난이도 上 / 국산화 기술 100 % / 제품수출 가능성 有
○ 탠덤용접토치 개발
- 국내 최초 / 추후 개선가능성 有 / 개발난이도 上 / 국산화 기술 100 % / 제품수출 가능성 有
□ 탠덤 용접공정 기술개발
○ Steel 용접용 DC 펄스, AC 펄스 용접시너직 라인개발
- 국내 최초 / 추후 개선가능성 有 / 개발난이도 上 / 국산화 기술 100 % / 기술수출 가능성 有
○ Steel 용접용 탠덤용접 시너직 라인개발
- 비동기 탠덤용접: 세계최초 / 추후 개선가능성 有 / 개발난이도 上 / 국산화 기술 100 % / 기술수출 가능성 有
- 동기 탠덤용접: 국내최초(위상차 변화: 세계최초) / 추후 개선가능성 有 / 개발난이도 上 / 국산화 기술 100 % / 기술수출 가능성 有
○ Al 용접용 DC 펄스, AC 펄스 용접시너직 라인개발
- 국내 최초 / 추후 개선가능성 有 / 개발난이도 上 / 국산화 기술 100 % / 기술수출 가능성 有
○ Al 용접용 탠덤용접 시너직 라인개발
- 비동기 탠덤용접: 세계최초 / 추후 개선가능성 有 / 개발난이도 上 / 국산화 기술 100 % / 기술수출 가능성 有
- 동기 탠덤용접: 국내최초(위상차 변화: 세계최초) / 추후 개선가능성 有 / 개발난이도 上 / 국산화 기술 100 % / 기술수출 가능성 有
□ 탠덤 용접공정 해석 및 센싱 기술개발
○ 탠덤용접 용융풀 해석기술
- 국내 최초 / 추후 개선가능성 有 / 개발난이도 上 / 국산화 기술 100 % / 기술수출 가능성 有
○ 탠덤용접 아크센싱기술
- 국내 최초 / 추후 개선가능성 有 / 개발난이도 上 / 국산화 기술 100 % / 기술수출 가능성 有
■ 적용 분야
□ 조선 및 건설장비 산업
(출처 : 최종보고서 초록 5p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
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