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용접 IT 랩

(2010-07-08 14:55:19, Hit : 5165, Vote : 1010)

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융복합부품소재 용접기술센터 국제신문기사(2010. 6.24일자)

세상 모든 것 하나로 붙인다" 용접, 친환경 첨단 공학으로
부경대 융복합부품소재 용접기술센터
원전 수명연장·선박 건조 등 고효율 고생산성 가진 첨단 용접기술 연구 개발
이질 소재 로봇 용접 '성과'
CO₂ 배출 감소 연구도 앞장

1986년 1월 28일 승무원 7명을 태운 미국의 우주왕복선 챌린저호는 발사 73초 만에 공중 폭발했다. 조사위원회는 보조 로켓인 부스터 접합부의 결함이 사고의 직접적인 원인임을 밝혀냈다. 우주왕복선을 쏘아올리는 로켓 부스터의 몸체는 주로 알루미늄으로 만든다. 로켓의 둥근 몸체는 알루미늄판을 용접한 것이다. 결과적으로 챌린저호는 로켓 용접부의 균열로 50만 갤런(1892㎥)의 액체수소가 누출돼 폭발한 것이다.

■첨단 용접 기술로 원전 수명 연장


  부경대 융복합부품소재 용접기술센터 조상명 센터장과 연구원이 레이저 용접기를 살펴보고 있다.

첨단 기술의 결집체인 우주왕복선부터 우리나라가 자랑하는 선박 건조, 원자력발전소, 자동차, 가전에 이르기까지 제품을 이루는 소재와 부품의 조립에 용접이 빠지지 않는다. 용접 결함으로 값비싼 우주왕복선이 공중 폭발하고 인명 피해까지 입은 것을 생각하면 용접의 중요성을 알 수 있다.

용접의 결함을 줄이고 생산성을 높이는 동시에 친환경적인 기술 개발에 앞장서는 곳이 부경대학교 융복합부품소재 용접기술센터다. 지난 4월 15일 문을 연 이 센터는 신소재와 금속·기계, 전기·전자, 컴퓨터공학 관련 교수 및 연구원들로 구성돼 있다. 원자력발전소 건설과 관련한 용접 기술 개발에 초점을 맞추고 있으며 선박 건조 때 발생하는 이산화탄소를 줄이는 친환경 고효율 용접 기술도 연구하고 있다.

이 센터는 최근 원자력발전소의 운전 수명이 늘어나는 데 맞춰 건설 과정에서 결함을 최소화하는 용접 기술 개발에 주력하고 있다. 원자력발전소의 수명을 지금까지 30~40년으로 보고 설계와 건설이 이뤄졌다. 1978년 우리나라에서 처음 상업운전을 시작한 고리원전 1호기는 설계 수명인 30년이 지났지만 안전성 평가를 거쳐 10년 연장했다. 그러나 우리나라가 개발한 신형 경수로인 신고리 3, 4호기 등 최근 건설하는 원자력발전소는 경제성과 효율성을 위해 대부분 수명을 60년으로 잡고 건설하고 있다.

원전의 수명 연장을 위해서 용접 기술도 기존과는 다른 기술이 적용된다. 원래는 분리된 두 부분을 접합하기 때문에 원전뿐 아니라 플랜트, 선박, 차량 등에서 용접부는 가장 취약한 부분일 수밖에 없다. 이 센터 조상명(신소재공학부) 센터장은 "기존 40년 수명의 원전 건설 때 용접 과정에서 발생하는 결함의 허용 수준이 1㎜였다면 수명을 60년으로 늘리려면 이를 0.5㎜ 이하로 줄여야 한다"고 말했다.

■CO₂ 발생량 줄이는 친환경 용접


  변형이 없고 다른 종류의 금속 용접이 가능한 레이저 용접기.

이 센터가 공을 들이는 또다른 기술이 용접 과정에서 이산화탄소를 사용하지 않는 친환경 용접 기술이다. 부산 경남 울산 등 동남권에는 전국 용접 관련 산업의 60%가 밀집해 있다. 특히 선박 건조에는 용접 기술이 빠질 수 없다. 선박 건조 때 전기로 용접 와이어를 녹여 두 개의 철판을 연결한다. 이때 공기 중의 산소와 질소가 녹은 금속 내부로 침투하면 용접 부위의 강도가 떨어진다. 탄산가스를 뿜어줘 산소와 질소의 침투를 막는 것이다.

문제는 이때 사용하는 탄산가스가 지구 온난화의 주범인 이산화탄소라는 것이다. 지난해 10월 국제에너지기구(IEA)가 발표한 자료에 따르면 2007년 기준 한국의 이산화탄소 배출량은 4억8870만t으로 세계 9위이며 1인당 연간 배출량은 10.1t이다. 용접에 사용하는 탄산가스는 연간 20만t으로 절대량으로 따지면 큰 비중은 아니지만 기후변화 감축 노력의 하나로 이산화탄소를 사용하지 않는 용접 기술을 개발하는 것이다.


  용접 면이 거친 탄산가스 용접(위)과 용접 면이 깨끗한 아르곤 용접.

기존에도 탄산가스 대신 아르곤가스를 이용한 용접 기술을 활용하고 있다. 텅스텐 전극을 이용한 아르곤용접은 친환경적인 데다 용접 부위가 깨끗하고 단단하다는 장점이 있지만 탄산가스를 이용한 용접보다 생산성이 5분의 1 정도로 크게 떨어졌다. 이 센터는 아르곤용접보다 생산성을 3배 이상 높이는 것을 목표로 연구를 진행 중이다. 기술 개발이 끝나면 조선소에서 사용하는 탄산가스 용접을 모두 대체할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

조 센터장은 수동납땜 방식으로만 용접할 수 있었던 이질적인 재료 간의 용접도 로봇을 이용해 자동 용접하는 기술도 개발했다. 스테인리스와 구리를 자동으로 접합하는 기술은 전기장치 제작에 광범위하게 활용된다. 조상명 센터장은 "첨단 부품을 제작하려면 서로 이질적인 소재를 접합하는 등 용접 기술도 첨단 기술이 필요하다"며 "친환경적이면서 생산성은 높이고 결함은 줄인 고품질 용접 기술을 찾아내는 게 센터의 연구 목표"라고 밝혔다.
이진규 기자 ocean@kookje.co.kr

  입력: 2010.06.23 20:02 / 수정: 2010.06.23 22:40

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