다중선상가열에 의한 강판의 열변형 특성에 관한 연구

Abstract

곡가공 공정(plate forming process)은 선박의 건조과정에서 가장 중요한 공정 중 하나임에도 불구하고 다른 공정에 비해 자동화가 이루어 지지 않고 있고, 아직까지도 숙련된 작업자의 경험과 기술에 전적으로 의존하고 있는 실정이다. 본 공정은 전형적인 3D 공정 (dirty, dangerous & difficulty) 으로서, 숙련된 작업자의 확보에 어려움이 예상되고 또한 본 공정의 생산성을 대폭 향상시키기 위해 기계화 내지는 자동화 시스템 구축이 시급하다. 기계화 내지는 자동화를 위해서는 가열선 정보를 정확하게 제공할 수 있는 시스템이 필수적이며 이를 위해 가열에 의한 변형을 정도 높게 예측하는 기술의 확보가 필요하고, 특히, 기계화 또는 자동화 장비의 생산성을 확보하기 위해서는 2개 이상의 가열선 (Multi-heating line)을 동시에 가열했을 때의 변형 결과를 정확하게 예측하는 기술의 확보가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 고효율의 곡가공 자동화 장치 개발을 위해 Multi-heating에 따른 변형의 특성을 분석하고 이를 통해 변형량을 정도 높게 예측할 수 있는 기술을 개발하는 데에 연구의 목적이 있다. 연구는 열원이 Gas torch인 Single 가열선에 대한 선상가열 실험 (1차 실험)과 열탄소성 해석을 수행하여 실험에서 사용한 토치의 열원 특성을 정의하고, Multi-line heating에 대한 실험 (2차 실험) 및 열탄소성 해석시 입열모델을 실시하여, Multi-line heating시 가열선 사이의 거리 (토치 사이의 거리), 판 두께 및 가열속도의 변화에 대한 Case study 및 결과 분석한다. 그리고 Multi-line heating시 횡수축과 각변형에 대한 변형 예측식 개발하여, Multi-line heating시 가열선 사이의 열속 간섭이 없는 최소 거리 정의 및 실험을 통한 검증 (3차 실험)하는 순서로 진행한다. 시험은 울산대학교 열변형시험실에서 제작한 장비를 이용하여 실험을 진행하였으며, 토치간 거리, 이동속도, 토치와 강판의 거리를 조정할 수 있는 장비를 이용하여 각 변수에 따른 선상가열을 직접 수행하였다. 도출된 결과를 기반으로 선상가열을 통한 목적곡면에 해당되는 가열선을 자동산출 할수 있도록 연구를 진행하였다.