Novarc Technologies의 SWR+HyperFill은 Lincoln Electric의 2선식 금속 아크 용접 기술을 사용하여 파이프 용접부를 채우고 밀봉합니다.
짧은 파이프를 용접하는 것은 복잡한 공정입니다. 파이프의 직경과 벽 두께가 미묘하게 다르기 때문에 이는 어쩔 수 없는 특성입니다. 따라서 파이프를 맞추는 작업은 타협의 산물이며, 용접 또한 그에 맞춰 조정해야 합니다. 이러한 공정은 자동화하기 어렵고, 숙련된 파이프 용접공은 예전보다 훨씬 적습니다.
이 회사는 뛰어난 파이프 용접공들을 유지하고 싶어합니다. 숙련된 용접공이라면 회전하는 척에 파이프가 고정된 상태에서 1G로 8시간 동안 쉬지 않고 용접하는 것을 꺼릴 것입니다. 아마도 5G(수평, 파이프 회전 불가)나 6G(경사진 위치에 고정된 파이프) 용접을 경험해 봤을 것이고, 이러한 기술을 활용할 수 있기를 바랄 것입니다. 1G 용접은 숙련된 기술을 요구하지만, 경험이 풍부한 사람조차도 단조롭게 느껴질 수 있습니다. 게다가 작업 시간도 매우 오래 걸립니다.
하지만 최근 몇 년 동안 협동 로봇을 포함한 다양한 자동화 옵션이 파이프 제조 공장에 도입되고 있습니다. 2016년에 협동 스풀 용접 로봇(SWR)을 출시한 캐나다 브리티시컬럼비아주 밴쿠버의 노바크 테크놀로지스는 링컨 일렉트릭의 하이퍼필(HyperFill) 이중선 금속 아크 용접(GMAW) 기술을 시스템에 추가했습니다.
"이 시스템은 대량 용접에 필요한 더 큰 아크 기둥을 제공합니다. 롤러와 특수 접촉 팁을 사용하여 동일한 도관에 두 개의 와이어를 넣어 더 큰 아크 콘을 생성할 수 있으므로 거의 두 배에 달하는 용접 재료를 용접할 수 있습니다."
FABTECH 2021에서 SWR+Hyperfill 기술을 선보인 Novarc Technologies의 CEO인 Soroush Karimzade는 "0.5~2인치 두께의 파이프에서도 유사한 증착 속도를 얻을 수 있습니다."라고 말했습니다.
일반적인 설정에서 작업자는 코봇을 설정하여 하나의 토치로 단일 와이어 루트 패스를 수행한 다음, 평소처럼 토치를 제거하고 2선 GMAW 설정의 다른 토치로 교체하여 충진량을 늘립니다. 이렇게 하면 용착물과 막힌 통로를 줄일 수 있습니다. 카림자데는 "이러한 방식은 패스 횟수와 열 입력량을 줄이는 데 도움이 됩니다."라고 말하며, 열 제어가 용접 품질 향상에 기여한다고 덧붙였습니다. "자체 테스트에서 영하 50도까지 견딜 수 있는 높은 충격 테스트 결과를 얻을 수 있었습니다."
여느 작업장과 마찬가지로 배관 작업장도 다양한 사업을 운영합니다. 두꺼운 벽의 배관을 다루는 경우는 드물지만, 만일의 사태에 대비해 예비 시스템을 갖추고 있습니다. 협동 로봇을 사용하면 작업자는 얇은 벽의 배관에는 단일 와이어 설정을 사용하고, 기존의 서브아크 용접 시스템으로만 가능했던 두꺼운 벽의 배관 가공 시에는 이중 토치 설정(근관 용접에는 단일 와이어, 근관 충전 및 폐쇄에는 이중 와이어 GMAW)으로 전환할 수 있습니다.
카림자데는 유연성을 높이기 위해 이중 토치 설정을 사용할 수도 있다고 덧붙였습니다. 예를 들어, 이중 토치 협동 로봇은 탄소강과 스테인리스강 파이프를 모두 용접할 수 있습니다. 이 구성에서 작업자는 단일 와이어 구성으로 두 개의 토치를 사용하게 됩니다. 하나의 토치는 탄소강 작업에 필요한 용접봉을 공급하고, 다른 토치는 스테인리스강 파이프 작업에 필요한 용접봉을 공급합니다. 카림자데는 "이 구성에서 작업자는 스테인리스강 작업에 적합하게 설계된 두 번째 토치에 오염되지 않은 용접봉 공급 시스템을 사용할 수 있습니다."라고 설명합니다.
보고서에 따르면, 이 시스템은 중요한 루트 패스 작업 중에 실시간으로 조정할 수 있습니다. 카림자데는 "루트 패스 작업 중 가접을 할 때 파이프의 접합 상태에 따라 간격이 넓어지거나 좁아집니다."라고 설명합니다. "이를 고려하여 시스템은 접착 현상을 감지하고 적응형 용접을 수행할 수 있습니다. 즉, 가접 부위에서 적절한 접합이 이루어지도록 용접 및 동작 매개변수를 자동으로 변경합니다. 또한 간격 변화를 감지하고 동작 매개변수를 조정하여 용접 불량을 방지하고 정확한 루트 패스가 이루어지도록 합니다."
이 협동 로봇 시스템은 레이저 용접선 추적 기능과 카메라를 결합하여 용접공이 금속이 홈으로 흘러들어가는 와이어(또는 2선 용접 시 와이어 하나)의 움직임을 선명하게 볼 수 있도록 합니다. 노바크는 수년간 용접 데이터를 활용하여 AI 기반 머신 비전 시스템인 NovEye를 개발해 왔으며, 이를 통해 용접 공정을 더욱 자율적으로 수행할 수 있게 되었습니다. 궁극적인 목표는 작업자가 용접 과정을 지속적으로 제어하는 ​​대신, 용접 현장에서 벗어나 다른 작업을 수행할 수 있도록 하는 것입니다.
이 모든 것을 수동으로 근관을 형성한 후, 빠른 통과 및 분쇄기를 사용한 수동 열처리 과정을 거쳐 근관 표면을 깨끗하게 하는 시술과 비교해 보십시오. 그 후, 짧은 튜브가 최종적으로 충전 및 캡핑 채널로 이동합니다. 카림자데는 "이 과정에서 파이프라인을 별도의 위치로 이동해야 하는 경우가 많으므로 더 많은 재료를 다뤄야 합니다."라고 덧붙였습니다.
이제 동일한 앱에 협동 로봇 자동화 기능을 추가했다고 상상해 보세요. 단일 와이어 설정을 사용하여 근관과 덧씌우기 근관 모두에서 협동 로봇이 근관을 용접한 후, 근관 표면을 다듬는 작업을 멈추지 않고 즉시 근관을 채우기 시작합니다. 두꺼운 치관의 경우, 동일한 작업대에서 단일 와이어 토치로 시작하여 이후 패스에서는 이중 와이어 토치로 전환할 수 있습니다.
이러한 협동 로봇 자동화 시스템은 배관 공장에 혁신적인 변화를 가져올 수 있습니다. 전문 용접공들은 대부분의 시간을 회전식 척으로는 불가능한 가장 어려운 배관 용접 작업에 할애합니다. 초보자들은 숙련된 용접공들과 함께 협동 로봇을 조종하고, 용접 과정을 관찰하고 제어하며, 고품질 배관 용접 방법을 배우게 됩니다. 시간이 지나면서 (그리고 1G 수동 자세에서 연습을 통해) 토치 조작법을 익히고, 최종적으로 5G 및 6G 테스트를 통과하여 전문 용접공이 될 수 있습니다.
오늘날 협동 로봇을 사용하는 신입 작업자는 배관 용접공이라는 새로운 직업 경로를 시작할 수도 있지만, 혁신이 그 효율성을 떨어뜨리는 것은 아닙니다. 오히려 업계는 숙련된 배관 용접공, 특히 용접공의 생산성을 향상시킬 수 있는 방법을 필요로 합니다. 협동 로봇을 포함한 배관 용접 자동화는 앞으로 더욱 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.
팀 헤스턴은 <패브리케이터>의 수석 편집자로, 1998년부터 금속 가공 업계에 몸담고 있으며, 미국 용접 협회(American Welding Society)의 용접 잡지에서 경력을 시작했습니다. 그는 스탬핑, 벤딩, 절단부터 연삭 및 연마에 이르기까지 모든 금속 가공 공정을 다뤄왔습니다. 2007년 10월에 <패브리케이터>에 합류했습니다.
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