궤도 용접 기술은 새로운 기술은 아니지만, 특히 파이프 용접 분야에서 더욱 강력하고 다재다능하게 발전하고 있습니다. 매사추세츠주 미들턴에 있는 Axenics의 숙련된 용접공인 톰 해머와의 인터뷰를 통해 이 기술이 까다로운 용접 문제를 해결하는 다양한 방법을 알아볼 수 있습니다. (이미지 제공: Axenics)
궤도 용접은 약 60년 전부터 GMAW 공정에 자동화를 도입하여 사용되어 왔습니다. 이는 여러 용접 작업을 수행하는 데 있어 신뢰할 수 있고 실용적인 방법이지만, 일부 OEM 및 제조업체는 아직 궤도 용접기의 강력한 성능을 활용하지 않고 수동 용접이나 다른 방법을 사용하여 금속 튜브를 접합하고 있습니다.
궤도 용접의 원리는 수십 년 전부터 알려져 왔지만, 최신 궤도 용접기의 기능 덕분에 용접 작업 도구로서 더욱 강력한 도구가 되었습니다. 특히 많은 최신 궤도 용접기는 실제 용접 전에 프로그래밍 및 처리를 간소화하는 "스마트" 기능을 갖추고 있습니다. 빠르고 정확한 조정을 통해 일관되고 깨끗하며 신뢰할 수 있는 용접 결과를 얻을 수 있습니다.
매사추세츠주 미들턴에 있는 Axenics의 용접팀은 계약 부품 제조업체로서, 작업에 필요한 요소가 갖춰져 있다면 많은 고객에게 궤도 용접 기술에 대한 지침을 제공합니다.
"가능하다면 용접 과정에서 사람의 개입을 최소화하고 싶었습니다. 궤도형 용접기가 일반적으로 더 높은 품질의 용접 결과를 만들어내기 때문입니다."라고 Axenics의 숙련된 용접공인 톰 해머는 말합니다.
최초의 용접은 2000년 전에 이루어졌지만, 현대 용접은 다른 현대 기술 및 공정에 필수적인 매우 발전된 공정입니다. 예를 들어, 궤도 용접은 오늘날 거의 모든 전자 제품에 사용되는 반도체 웨이퍼 생산에 필요한 고순도 배관 시스템을 만드는 데 사용될 수 있습니다.
Axenics의 고객사 중 하나가 이러한 공급망의 일부입니다. 이 고객사는 생산 능력 확대를 위해 계약 제조업체를 물색했는데, 특히 웨이퍼 제조 공정을 통해 가스가 통과할 수 있도록 깨끗한 ​​스테인리스 스틸 채널을 제작 및 설치하는 데 도움을 줄 업체를 찾고 있었습니다.
Axenics에서는 대부분의 관형 작업에 궤도 용접 장치와 토치 클램프가 장착된 회전 테이블을 사용할 수 있지만, 그렇다고 해서 수동 용접이 불가능한 것은 아닙니다.
해머와 용접팀은 고객의 요구 사항을 검토하고 비용 및 시간 요소를 고려하여 질문을 했습니다.
해머에서 사용하는 회전식 밀폐형 궤도 용접기는 Swagelok M200과 Arc Machines 모델 207A입니다. 이 용접기는 1/16인치에서 4인치까지의 튜브를 고정할 수 있습니다.
"마이크로헤드를 사용하면 아주 좁은 공간에도 접근할 수 있습니다."라고 그는 말했다. "궤도 용접의 한계점 중 하나는 특정 접합부에 맞는 헤드가 있는지 여부였습니다. 하지만 요즘에는 용접할 파이프에 체인을 감을 수도 있습니다. 용접공이 체인 위로 지나가면서 용접할 수 있기 때문에 사실상 용접 크기에 제한이 없습니다. 20인치 파이프를 용접하는 장비도 본 적이 있습니다. 요즘 기계들이 할 수 있는 일은 정말 놀랍습니다."
요구되는 순도, 필요한 용접 횟수, 그리고 얇은 벽 두께를 고려할 때, 궤도 용접은 이러한 유형의 프로젝트에 적합한 선택입니다. 해머는 공기 흐름 공정 제어 배관 작업에서 316L 스테인리스강을 자주 용접합니다.
"그때가 바로 정말 미묘한 부분이죠. 우리는 종잇장처럼 얇은 금속을 용접하는 것에 대해 이야기하고 있는 겁니다. 수동 용접으로는 아주 작은 조정만으로도 용접 부위가 파손될 수 있습니다. 그래서 우리는 오비탈 용접 헤드를 사용하는 것을 선호합니다. 튜브의 각 부분을 정밀하게 조정해서 부품을 넣기 전에 완벽하게 만들 수 있기 때문입니다. 출력을 특정 값으로 낮춰 놓으면 부품을 넣었을 때 완벽한 상태가 될 것이라는 것을 알 수 있습니다. 수동 용접은 눈대중으로 조정하는데, 페달을 너무 세게 밟으면 재질을 직접 뚫고 들어갈 수도 있습니다."
이 작업은 완전히 동일해야 하는 수백 개의 용접으로 구성됩니다. 이 작업에 사용되는 궤도 용접기는 3분 만에 용접을 완료합니다. 해머가 최고 속도로 작업할 경우, 동일한 스테인리스강 튜브를 수동으로 용접하는 데 약 1분이 걸립니다.
"하지만 기계는 속도가 줄어들지 않습니다. 아침에 최고 속도로 가동하면 하루가 끝날 때까지 여전히 최고 속도로 작동합니다."라고 해머는 말했다. "저는 아침에 최고 속도로 가동하지만, 결국에는 그렇지 않습니다."
스테인리스강 튜브에 오염 물질이 유입되는 것을 방지하는 것은 매우 중요하며, 이것이 바로 반도체 산업에서 고순도 납땜 작업이 오염 물질이 납땜 부위에 침투하는 것을 막는 통제된 환경인 클린룸에서 수행되는 이유입니다.
해머는 오비터 용접기에 사용하는 것과 동일한 미리 날카롭게 연마된 텅스텐을 휴대용 토치에도 사용합니다. 순수 아르곤은 수동 및 궤도 용접에서 외부 및 내부 퍼징을 제공하며, 궤도 용접기는 밀폐된 공간에서 용접이 이루어진다는 장점도 있습니다. 텅스텐이 나오면 쉘이 가스로 채워져 용접 부위의 산화를 방지합니다. 휴대용 토치를 사용할 때는 용접 중인 튜브의 한쪽 면에만 가스가 분사됩니다.
궤도 용접은 가스가 튜브를 더 오래 덮기 때문에 일반적으로 더 깨끗합니다. 용접이 시작되면 용접공이 용접 부위가 충분히 식었다고 확신할 때까지 아르곤 가스가 보호막 역할을 합니다.
Axenics는 다양한 차량에 동력을 공급하는 수소 연료 전지를 제조하는 여러 대체 에너지 고객사와 협력하고 있습니다. 예를 들어, 실내용으로 제작된 일부 지게차는 화학 부산물이 식재료를 손상시키는 것을 방지하기 위해 수소 연료 전지를 사용합니다. 수소 연료 전지의 유일한 부산물은 물입니다.
고객 중 한 곳은 반도체 제조업체와 마찬가지로 용접 순도 및 일관성과 같은 여러 요구 사항을 가지고 있었습니다. 얇은 벽 용접에 321 스테인리스강을 사용하기를 원했습니다. 그러나 해당 작업은 여러 개의 밸브 뱅크가 각각 다른 방향으로 돌출된 매니폴드의 프로토타입 제작이었기 때문에 용접 공간이 매우 협소했습니다.
작업에 적합한 궤도 용접기는 약 2,000달러이며, 이를 사용하면 250달러 정도의 비용으로 소량의 부품을 제작할 수 있습니다. 따라서 경제적으로는 타당하지 않습니다. 하지만 Hammer는 수동 용접과 궤도 용접 기술을 결합한 솔루션을 제공합니다.
"이 경우에는 회전 테이블을 사용하겠습니다."라고 해머는 말합니다. "실제로는 오비탈 용접기와 같은 동작이지만, 텅스텐 전극이 아니라 튜브 자체를 회전시키는 것입니다. 저는 휴대용 토치를 사용하는데, 바이스로 토치를 고정해 놓으면 손을 자유롭게 사용할 수 있어서 손떨림이나 흔들림으로 용접 부위가 손상되는 것을 방지할 수 있습니다. 이렇게 하면 인적 오류 요소를 크게 줄일 수 있습니다. 밀폐된 환경이 아니기 때문에 오비탈 용접만큼 완벽하지는 않지만, 이 유형의 용접은 클린룸 환경에서 오염 물질을 제거하면서 진행할 수 있습니다."
궤도 용접 기술은 높은 순도와 반복성을 제공하지만, 해머와 그의 동료 용접공들은 용접 불량으로 인한 가동 중단을 방지하기 위해서는 용접 무결성이 매우 중요하다는 것을 알고 있습니다. 이 회사는 모든 궤도 용접에 대해 비파괴 검사(NDT)를 실시하고, 경우에 따라 파괴 검사도 시행합니다.
해머는 "모든 용접 작업은 육안으로 확인합니다."라고 말합니다. "그 후 헬륨 분광계를 이용해 용접 부위를 검사합니다. 사양이나 고객 요구 사항에 따라 일부 용접 부위는 방사선 검사를 실시하기도 합니다. 파괴 검사도 선택 사항입니다."
파괴 시험에는 용접부의 최대 인장 강도를 측정하기 위한 인장 강도 시험이 포함될 수 있습니다. 316L 스테인리스강과 같은 재료의 용접부가 파손되기 전에 견딜 수 있는 최대 응력을 측정하기 위해, 시험에서는 금속을 파괴점까지 계속해서 늘립니다.
대체 에너지 고객이 제작한 용접부는 대체 에너지 기계 및 차량에 사용되는 3채널 열교환기 수소 연료 전지의 구성 요소 용접부에 대해 초음파 비파괴 검사를 받는 경우가 있습니다.
"우리가 출하하는 부품 대부분에는 잠재적으로 위험한 가스가 통과하기 때문에 이 테스트는 매우 중요합니다. 스테인리스강에 누출 지점이 전혀 없는 완벽한 상태여야 한다는 것은 우리와 고객 모두에게 매우 중요합니다."라고 해머는 말합니다.
Tube & Pipe Journal은 1990년에 금속 파이프 산업만을 전문으로 다루는 최초의 잡지가 되었습니다. 오늘날에도 북미에서 유일하게 이 산업에 특화된 간행물이며, 파이프 전문가들에게 가장 신뢰받는 정보원으로 자리매김했습니다.
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