| 기술 분야 | 로봇 기술 |
| 기술 키워드 | 생산성 향상, 데이터 활용, 고품질화, 자동화, 고효율화, 효율화, i3-Mechatronics,로봇 |
2024년 5월 8일
제조 자동화 및 노동력 부족 해소에 대한 요구와 신흥국의 산업화 진전 등으로 국내외에서 아크 용접 로봇 시장이 확대되고 있습니다. 또한 제품 품질 향상, 생산 비용 절감, 안전한 작업 환경 제공 등의 관점에서도 아크 용접 현장에서의 로봇화 수요는 높아지고 있습니다. 특히 자동차 산업에서는 시트 프레임, 배기계 부품, 족회 부품 등의 접합에는 작업 효율이 높은 아크 용접이 이용되고 있습니다.
우리의 아크 용접 로봇은 다양한 기능과 구성 요소 외에도 풍부한 노하우를 활용한 로봇 기술로 다양한 고객의 요구에 부응합니다. 예를 들면, 바리에이션이 풍부한 로봇에 극저 스퍼터 용접 EAGL 공법을 장비한 “아크 용접 패키지”를 제공해, 최적인 로봇으로 스퍼터를 극한까지 저감한 고품질의 용접을 실현하고 있습니다.
또한 기존의 자동화 솔루션에 디지털 데이터 관리를 추가한 새로운 솔루션 개념 'i3-Mechatronics(아이큐브 메카트로닉스)」를 추진해, 데이터를 활용해 용접 현장의 설비 보전의 효율화와 품질 향상을 서포트하고 있습니다.
이 보고서는 새로운 용접 파형 제어와 새로운 서보 토치를 사용하여 더 빠르고 고품질의 최신 아크 용접 솔루션 사례를 소개합니다. 2024 국제 웰딩 쇼에서의 철 용접, 2023 국제 로봇전에서의 박판의 알루미늄 용접(이하 알루미늄 용접이라고 약칭함)의 실연에서는, 스퍼터 발생을 극한까지 억제해, 매우 높은 품질의 용접을 실현하는 것과 동시에, 스퍼터 대책 비용의 삭감을 실현하고 있습니다.
용접 작업에서는 고품질의 접합을 단시간에 실현하는 방법을 수립하는 것이 중요한 과제입니다.
일반적인 아크 용접에서는 로봇의 손끝에 설치된 토치에서 전달되는 와이어와 모재(워크)에 전류를 흘려 접합부를 용융시켜 용접을 합니다. 와이어는 일정 속도로 전달되어 워크에 접촉하여 단락한 순간에 큰 단락 전류가 흐르고 와이어를 용단합니다. 일정 속도로 와이어가 송출되고 있기 때문에, 이 단락을 반복하는 것으로, 용접을 실시합니다.
그러나, 이 와이어가 공작물과 접촉하는 단락시에, 용융 금속 입자(스퍼터)가 비산하는 것이 큰 문제가 되고 있다. 스퍼터가 공작물에 부착되면 스퍼터를 제거하는 공정이 필요하며 생산 효율이 저하됩니다. 또한, 스퍼터가 워크를 고정하는 지그에 부착한 경우, 워크의 위치가 어긋나거나 고정할 수 없게 되기 때문에, 정기적인 스퍼터 제거·청소 등의 작업이 발생합니다. 이러한 문제는 제조 비용의 증가와 생산 효율 저하에 직결되어 제품의 품질에도 악영향을 미칠 수 있으며, 그 해결이 과제가 되고 있다.
당사는 위의 문제를 해결하기 위해 2013년 12월에 새로운 공법인 "EAGL 공법(Enhanced Arc weldinG for Low spatter)"을 제품화했습니다. 이 공법에서는, 토치 선단에 설치된 와이어 이송 장치가, 와이어와 워크의 접촉을 감지한 순간에, 와이어의 복귀 처리를 실시합니다. 그림 1에 종래의 단락 용접법과 EAGL 공법의 원리를 나타냅니다. EAGL 공법은 용접시에 와이어를 정역 방향으로 반복 송급 제어함으로써 스퍼터의 대폭적인 저감을 실현할 수 있었습니다.
그림 1 EAGL 공법의 원리
이번에는 기존 EAGL 공법을 더욱 진화시킨 「신형 EAGL 공법」을 제품화했습니다. 신형 EAGL 공법의 최대의 특징은, 업계 최고의 모션 성능을 자랑하는 당사제 서보 모터 「∑-X(시그마텐) 시리즈」에 의한 와이어 송급과, 이것에 최적화한 신용접 파형 제어에 의한 극저 스퍼터 용접입니다. 또, 난이도가 높은 알루미늄재(이하 알루미늄재로 약칭함) 용접의 개량이나 용접 유도(워크의 편차가 어느 정도 있어도, 고품질의 용접이 가능한 범위)의 향상에 의해, EAGL 공법의 적용 범위를 확대시키고 있습니다. 종래의 서보 토치와 비교하여 용접시의 전압·전류·와이어의 이송을 더욱 고속·고정밀도로 제어하는 것이 가능해져, 고품질·고생산성을 실현하는 저스퍼터 아크 용접을 실현했습니다.
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철 아크 용접은 자동차 산업, 건축, 교량, 조선, 파이프라인 설치 및 수리 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 특히 자동차 산업에서 프레임과 바디 부품의 제조에서 아크 용접은 중요한 역할을합니다. 내구성과 안전성이 중시되는 부분의 제조에는 빠뜨릴 수 없습니다.
아크 용접에서 스퍼터링이 발생하기 쉬운 CO2용접에 있어서도, 신형 EAGL 공법이라면, 그림 2에 나타내는 공법별 스퍼터 발생량 비교로부터, 종래의 단락 용접법에 비해 최대 99%의 스퍼터 저감이 가능해집니다.
또한 MAG 용접에서는, 신형 EAGL 공법의 채용에 의해, 도 3의 비드 형상 비교에 나타낸 바와 같이, 종래 EAGL 공법에 비해, 비드 폭이나 용입량의 향상이 가능하게 됩니다(비교 조건: 용접 조인트는 중첩, 판 두께는 2.0mm, 용접 조건은 전류 200A, 속도. 비드 폭이 넓어져 워크의 어긋남이나 워크의 간극에 대한 용접 유도가 향상되어, 고품질의 아크 용접을 실현합니다.
그림 2 스퍼터 발생량 비교
그림 3 비드 형상 비교
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알루미늄 소재의 아크 용접은 특히 경량성과 내식성이 요구되는 분야에서 널리 사용됩니다. 자동차 산업에서는 최근 연비 효율 향상과 CO2배출량을 줄이기 위해 자동차의 경량화가 진행되고 있으며, 알루미늄재는 그 경량성으로부터 자동차의 보디 파트나 프레임 등에 널리 채용되고 있기 때문에, 알루미늄재의 용접의 중요성은 한층 더 늘어나고 있습니다.
신형 EAGL 공법에서는, 신형 서보 토치와 신용접 파형 제어에 의해, 판 두께 1.5mm의 박판 알루미늄재의 고속 용접을 실현했습니다(용접 조건: 전류 120A 속도 200cm/min). 이와 같이, 난이도가 높은 박판의 알루미늄 용접이라도, 용접 제어 속도를 향상시킨 신형 EAGL 공법이면 고속・안정하고 비드 요레가 없는 고품질의 용접이 가능합니다.
또한 알루미늄 용접 비늘 외관에 중점을 둔 고객을 위해 EAGL 공법과 펄스 용접을 결합한 새로운 용접 공법을 제공합니다. 신형 EAGL 공법에 의한 용접 파형 제어가 종래의 펄스 용접보다 저 스퍼터, 비드 폭이 균일하고 스매트※1이 적은 용접을 허용했습니다. 당사의 신형 서보 토치는 고속 응답성을 실현시킴으로써, 손으로 실시하고 있는 TIG 용접※240882_40967
그림 4 우로코 비드 외관도
※1 스마트란
용접 와이어 팁에서 이탈된 용적의 일부가 아크 열에 의해 증발하고, 실드 밖으로 비산, 산화, 응고에 의해 생성되는 흑색 또는 회흑색의 미세한 금속 산화물
※2 TIG 용접이란
불활성 가스를 사용하고, 비소모식의 텅스텐 전극을 사용한 불꽃을 흩어지지 않는(스퍼터 발생이 적은) 것이 특징인 아크 용접 공법
아크 용접을 수행하는 생산 현장에서는 다양한 과제가 있습니다. 예를 들어, 하나의 워크에 복수 개소의 용접을 할 때에는 각 개소에서 용접 조건이 다를 수 있습니다. 특정 장소에서 불량 등이 발생하는 경우, 작업자는 로봇의 프로그램을 조사하여 문제가 있는 용접 위치와 그 용접 조건을 특정하는 작업이 필요합니다.
또한 공작물 품종별로 각 용접 위치의 용접 조건을 관리하는 것은 품질 확보를 위한 가장 중요한 항목이지만, 고객의 부담이 되고 있어 이 해결이 요구되고 있습니다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 용접 작업의 시각화가 중요합니다.
41898_41929※3의 Arc Visualizer를 제공합니다.
Arc Visualizer는, 로봇마다나 워크 품종마다, 용접 작업 이력이나 알람 이력, 용접 파형 등을 분석할 수 있는 트레이서빌리티 기능을 탑재하고 있습니다. 이것에 의해 그림 5에 나타낸 바와 같이 가동중의 설비의 로봇 가동 정보, 용접 작업 이력, 알람 이력, 용접 조건 관리 등을 한눈에 알 수 있어, 보전 활동 보고나 해석 활동의 지원 등 보전 작업의 신속 효율화가 가능해집니다.
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※3 바카라 온라인 Cockpit이란
우리 솔루션 개념 'i3-Mechatronics' 실현의 구성요소 중 하나. 생산 현장의 설비나 장치의 데이터를 실시간으로 수집·축적·분석할 수 있는 소프트웨어
우리는 저 스퍼터링을 실현하는 EAGL 공법을 개발하여 고품질의 고효율 아크 용접 솔루션을 제공해 왔습니다. 또, 알루미늄재나 고장력 강철(하이텐재) 등의 난이도가 높은 멀티 머티리얼에의 대응이나, 용접 유도의 향상을 목표로 한 용접 기술의 개발에도 임해 왔습니다. 또한 아크 용접 작업의 시각화도 실현했습니다.
앞으로도 고객의 시점에서 과제를 해결하기 위해 노력하고, 아크 용접 공법의 보다 한층 고성능화·편리성 향상을 추진하겠습니다. 게다가 고객 설비의 보전 작업의 효율화나 생산성 향상 등에의 공헌에 의해, 아크 용접 시스템 전반에 걸쳐, 고품질·고생산성을 실현하는 솔루션을 제공해 가는 것으로, 고객에게 보다 한층의 가치를 제공해 가겠습니다.
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