산업용 용접에 시간을 투자했다면, 특히 알루미늄, 구리, 황동 또는 티타늄과 같은 비철 금속을 작업할 때 공정 유연성에 대한 질문이 매일 발생한다는 것을 알고 계실 것입니다. 7축 통합 용접기 공급업체로서 저는 다음과 같은 구체적인 질문을 끊임없이 던집니다.7축 일체형 용접기를 비철금속 용접에 실제로 사용할 수 있나요?짧은 대답은 '예'입니다. 그러나 이는 단순한 예/아니오 요청이 아닙니다. 이는 기계 구성 방법, 설정한 프로세스 매개변수, 올바른 지원 구성요소와 결합하는 방법에 따라 달라집니다. 지난 7년 동안 저는 토치 정렬부터 재료 호환성까지 모든 문제를 해결하면서 이러한 전환을 통해 제조 팀을 수십 번 안내했으며 여기서 실제로 작동하는 것이 무엇인지 분석하고 싶습니다.
먼저, 7축 통합 용접기가 일반적인 5축 또는 6축 모델과 다른 점을 살펴보겠습니다. 추가 축(일반적으로 로봇 팔 끝에 있는 회전 손목)을 사용하면 대부분의 경우 토치나 작업물의 위치를 수동으로 조정할 필요가 없습니다. 강철이나 탄소강과 같은 철금속의 경우 이는 일관된 대량 생산을 위한 판도를 바꾸는 것입니다. 그러나 비철금속은 조정이 필요한 독특한 특성을 가지고 있습니다. 물질적 특성부터 시작해 보겠습니다. 비철금속은 대부분의 철금속보다 녹는점이 낮습니다. 알루미늄은 약 1,220°F에서 녹는 반면, 강철은 약 2,750°F에서 녹습니다. 또한 열을 훨씬 빠르게 전도하므로 용접 영역이 고르지 않게 냉각되어 열이 제대로 제어되지 않으면 다공성, 균열 또는 융착 불량과 같은 결함이 발생합니다. 예를 들어 구리는 탄소강보다 열을 30배 더 빠르게 전도하므로 강철에 완벽하게 작동하는 용접공은 올바르게 보정하지 않는 한 구리 공작물을 똑바로 날려버릴 것입니다.
고객이 처음으로 당사의 7축 통합 용접기가 비철금속을 처리할 수 있는지 묻는 경우, 제가 수행할 첫 번째 단계는 이를 가능하게 하는 두 가지 핵심 구성을 안내하는 것입니다. 첫 번째는 용접 공정을 금속에 맞추는 것입니다. MIG(GMAW) 및 TIG(GTAW)는 비철금속에 가장 일반적이지만 펄스형 MIG는 얇거나 열에 민감한 부품에는 협상할 수 없습니다. 7축의 유연성을 통해 암은 토치 각도와 이동 속도를 실시간으로 조정하여 열 입력을 관리할 수 있습니다. 이는 더 작은 5축 소형 용접기 장치에서는 수행하기 어려운 트릭입니다. 예를 들어, 1/8인치 6061 알루미늄(자동차 및 항공우주 분야에서 흔히 볼 수 있는 비철금속)을 용접할 때 7축은 토치를 약간 위쪽으로 기울여 과도한 열을 용접 풀에서 멀리 보내도록 하여 강축 기계에서 흔히 발생하는 골치 아픈 번스루(burn-through)를 줄일 수 있습니다. 저는 항상 고객에게 5축 소형 용접기가 작고 단순한 비철 부품에 작동하는 반면 통합 모델의 추가 축은 항공우주 구조 브래킷이나 전기 자동차 배터리 인클로저와 같은 복잡하고 고정밀 어셈블리에 실행 가능하다는 점을 알려드립니다.
두 번째 중요한 구성은 7축 용접기와 쌍을 이루는 지원 구성 요소입니다. 아무리 유연한 로봇 팔이라도 열악한 토치 설계나 일관되지 않은 전압 추적을 해결할 수는 없습니다. 이것이 바로 제가 항상 당사의 용접 토치 마모 부품 라인을 비철 작업을 위한 협상 불가능한 추가 기능으로 강조하는 이유입니다. 표준 강철 용접 노즐은 몇 시간 내에 알루미늄 또는 산화 구리 스패터로 막혀 가스 적용 범위가 일관되지 않고 다공성 용접이 발생할 수 있습니다. 세라믹 노즐 및 구리 접촉 팁을 포함한 당사의 맞춤형 마모 부품은 비철 용접의 더 높은 스패터율과 더 빠른 열 사이클을 견디도록 설계되어 장시간 생산을 진행하는 작업장의 가동 중지 시간을 최대 40%까지 줄입니다. 또 다른 주요 구성 요소는 자동 아크 전압 추적기로, 7축 암이 곡선이나 울퉁불퉁한 비철 표면을 가로질러 이동할 때에도 안정적인 아크를 유지하기 위해 와이어 공급 속도와 전압을 실시간으로 조정합니다. 예를 들어, 배관 부품에 곡선형 황동 피팅을 용접할 때 아크 전압 추적기는 토치가 곡선을 따라갈 때 아크 길이를 조정하여 이러한 재료의 용접을 약화시키는 급격한 전압 강하를 방지합니다.
그러나 어떤 기계도 모든 용도에 적합할 수는 없으므로 한계에 대해 현실적으로 살펴보겠습니다. 기존 7축 통합 용접기가 1인치 두께의 구리판을 용접할 수 있기를 바라는 고객이 있었는데, 이는 무거운 구리 등급의 고전력 펄스 MIG 전원 및 수냉식 토치를 추가하는 등의 대대적인 개조 없이는 불가능합니다. 그러나 얇은 치수 재료(1/16인치 ~ 1/4인치)의 경우 7축이 이상적입니다. 작년에 한 항공우주 부품 제조업체가 티타늄 엔진 부품을 용접할 때 6축 기계의 결함률이 12%에 달했기 때문에 우리에게 연락했습니다. 자동 아크 전압 추적기 및 맞춤형 용접 토치 마모 부품과 결합된 7축 모델로 전환하면 2주 이내에 결함률이 1% 미만으로 줄어듭니다. 추가 축을 사용하면 토치가 전체 윤곽 부분에서 일관된 15도 이동 각도를 유지할 수 있으며, 전압 추적기는 암이 티타늄의 더 얇은 부분 위로 이동할 때 열 입력을 조정하여 번스루(burn-through) 및 융착 간격을 제거합니다.
7축을 사용한 비철 용접의 또 다른 일반적인 사용 사례는 수직 실린더 용접입니다. 유압 시스템이나 태양열 구성 요소용 알루미늄이나 구리로 만든 실린더는 곡선 길이를 따라 매끄럽고 일관된 용접이 필요합니다. 7축 통합 용접기는 실린더 축을 중심으로 회전하는 동시에 토치의 위치를 반경 방향으로 조정할 수 있으므로 용접 중간에 작업물의 위치를 변경하기 위해 생산을 중단할 필요가 없습니다. 이는 숙련된 작업자라도 회전하는 실린더에서 균일한 이동 속도를 유지하는 데 어려움을 겪는 수동 용접에 비해 큰 이점입니다. 우리는 최근 반자동 용접에서 7축 시스템으로 전환한 알루미늄 프로판 탱크 제조업체와 협력하여 탱크당 용접 주기 시간을 12분에서 3.5분으로 단축했으며 세로 및 원주 용접에 대한 재작업이 전혀 없었습니다. 이는 토치 각도의 작은 변화라도 부품을 망칠 수 있는 비철 작업에 대한 축 유연성의 힘입니다.
제가 회의적인 고객에게 항상 강조하는 한 가지는 비철 작업용 7축 통합 용접기에 투자하는 것은 단지 생산 속도에 관한 것이 아니라 품질과 일관성, 즉 항공우주, 의료 기기, 전기 자동차와 같은 산업 분야에서 비즈니스를 성패를 좌우하는 두 가지 지표에 관한 것이라는 점입니다. 비철금속은 중량 대비 강도 비율이나 내식성을 이유로 선택되는 경우가 많으므로 용접이 불량하면 이러한 모든 이점이 무효화될 수 있습니다. 예를 들어, 티타늄 고관절 교체품을 용접하는 의료 장비 회사는 환자의 신체에 손상을 줄 수 있는 다공성 용접을 감당할 수 없습니다. 동일한 토치 경로를 1,000회 연속으로 복제하는 7축 기능과 올바른 프로세스 설정이 결합되어 모든 용접이 ISO 13485 표준을 충족하도록 보장합니다. 이는 가장 숙련된 수동 용접공이라도 보장할 수 없는 사항입니다.
비용에 대한 질문도 받는데 이는 정당한 질문입니다. 언뜻 보기에 7축 통합 용접기는 5축 소형 용접기보다 비용이 더 많이 들지만, 특히 비철 작업에 필요한 구성 요소를 추가할 경우 ROI는 거의 항상 긍정적입니다. 앞서 언급한 항공우주 부품 제조업체를 예로 들어보겠습니다. 이 제조업체는 7축 시스템, 맞춤형 토치 마모 부품 및 자동 아크 전압 추적기에 120,000달러를 투자했습니다. 그 전에는 재작업 및 가동 중단 시간에 연간 80,000달러를 지출하고 수동 용접을 위한 인건비로 30,000달러를 추가로 지출했습니다. 18개월 이내에 시스템은 스크랩 감소와 생산 속도 향상을 통해 연간 45,000달러의 추가 비용 절감 효과를 얻었습니다. 중소 규모 상점의 경우 절감 시간이 조금 더 걸릴 수 있지만 여전히 측정 가능합니다. 특히 재료를 전환할 때마다 수동 설정이 필요한 소형 기계와 달리 재구성 없이 여러 비철 부품 유형을 처리할 수 있는 7축 기능을 고려할 때 더욱 그렇습니다.
즉, 비철 금속용 7축 통합 용접기를 사용할 계획이라면 따라야 할 몇 가지 모범 사례가 있습니다. 첫째, 장비뿐만 아니라 프로세스 교육 및 맞춤화를 제공하는 공급업체와 협력하십시오. 우리는 기계만 판매하는 것이 아닙니다. 고객과 협력하여 전력 수준, 가스 혼합물(알루미늄의 경우 아르곤, 구리의 경우 헬륨) 및 부품 설계에 따른 토치 각도를 조정합니다. 둘째, 고품질 마모 부품에 투자하십시오. 저렴한 일반 토치 부품은 더 많은 가동 중지 시간과 결함으로 이어질 것입니다. 마지막으로, 전원이 펄스 용접용 등급인지 확인하십시오. 이는 비철금속에 필요한 저열 입력을 관리하는 데 필수적입니다. 강철로 경화된 티타늄 합금과 같은 매우 단단한 비철 금속을 작업하는 작업장을 위해 우리는 가이드 바 pta 하드페이서 장치와 같은 추가 솔루션도 제공합니다. 이 장치는 많이 사용되는 구성 요소에 내마모성을 추가합니다. 이는 기본 비철 용접의 핵심 요구 사항이라기보다는 특수 추가 기능에 가깝습니다.
나는 너무 많은 기업이 7축 용접기를 강철에만 사용하는 것으로 간주하는 것을 보았으며 이는 실수입니다. 추가 축은 철 작업을 위한 사치품일 뿐만 아니라 열 제어, 토치 각도 일관성, 복잡한 부품 형상 등 비철 용접의 가장 큰 과제 중 일부를 해결하는 도구입니다. 알루미늄 EV 배터리 프레임, 황동 배관 부품, 티타늄 항공우주 부품 등 무엇을 용접하든 적절하게 구성된 7축 통합 용접기는 더 작고 덜 유연한 기계보다 더 높은 품질, 더 빠른 생산 및 더 낮은 장기 비용을 제공할 수 있습니다.
현재 비철 용접 공정의 결함을 다루고 있거나 수동 또는 반자동 용접에서 품질 저하 없이 대규모 생산으로 업그레이드하려는 경우 당사 팀에 문의하여 구체적인 요구 사항을 논의하세요. 우리는 올바른 용접 토치 마모 부품에 대한 권장 사항, 자동 아크 전압 추적 및 비철 금속에 최적화하기 위한 기타 구성 요소를 포함하여 부품 설계, 예산 및 생산 목표에 맞는 7축 시스템을 구성하는 데 도움을 드릴 수 있습니다.
참고자료
- 미국용접협회. (2022). 비철금속 용접: 공정 및 적용 지침. AWS 출판.
- 그루버, 하원의원(2020). 현대 제조의 기초: 재료, 프로세스 및 시스템(7판). 존 와일리 & 선즈.
- 항공우주산업협회. (2021). 티타늄 및 알루미늄 부품 용접 사양. AIA 표준위원회.
- 국제표준화기구. (2019). ISO 13485: 의료기기 - 품질 관리 시스템. ISO.
- 링컨 일렉트릭. (2023). 비철 재료의 펄스 MIG 용접: 열 입력 제어 기술. 링컨 전기 기술 게시판.