STS 316L 강재의 PAW-TIG 하이브리드 텐덤 용접법에 관한 기초적 연구

Abstract

IMO 환경 규제 강화 등에 따른 현재 조선, 해운산업 시장은 친환경 패러다임으로 전환되고 있으며, 이를 위해 각 국가들마다 선제적 대응 및 연구, 개발에 앞장서고 있다. 친환경 선박은 수소, LNG, 암모니아 등의 친환경 연료를 사용하는 무탄소, 저탄소 선박 및 전기·하이브리드 등 차세대 추진 시스템을 갖춘 미래의 고부가 가치 선박이다. 그 중 LNG(Liquified natural gas)는 가스 상태의 천연가스를 액화시킨 것으로, 그 부피는 기체 상태일 때보다 1/600에 불과하여 저장과 운송에 용이하다. LNG는 전통적인 선박 연료인 벙커C에 비해 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 입자형 물질(PM) 등의 배출량이 각각 85~90 %, 100 %, 100 %의 저감이 가능한 친환경적인 연료이며, 또한 벙커C에 비해 발열량이 20 %이상 높아 연료 소모량이 적어 선박 운영비를 절감할 수 있는 장점이 있다. LNG를 엔진에 공급하기 위해서는 LNG 저장탱크, 연료 공급설비(FGSS), 이중관 설비 등을 설치해야하며, 천연가스의 기화온도는 약 –162 ℃이기 때문에 액체 상태를 유지하기 위해서는 그 이하의 극저온이 요구되며, 보관 및 운반하기 위해서는 신뢰성 높은 단열설비 및 극저온에서도 충분한 강도와 인성을 가진 재료의 선택이 중요하다. 본 연구에서는 LNG 선의 건조가 증가함에 따라 LNG 선에 주로 사용되는 저온 충격성이 우수하며, 신축성은 다소 떨어지지만 인장강도는 현저하게 증가되는 오스테나이트 스테인리스강에, 고에너지 밀도의 플라즈마 아크 용접 (PAW)과 안정적인 아크와 용접부 품질이 우수한 가스 텅스텐 아크 용접(TIG)을 이용하여 다중 패스 용접 중 하나인 PAW-TIG 하이브리드 텐덤 용접에 대한 실험을 진행하였다. 먼저 플라즈마 아크용접(PAW)과 TIG용접의 각각의 용접 특성 및 최적 조건 도출을 위한 다양한 매개변수를 고려하여 기초실험 진행하였다. 이를 통하여 확인된 최적 조건으로 플라즈마 아크 용접(PAW)를 이용한 키홀 용접법을 하부 용접으로 선행하게 되며, 비드표면의 용접 결함을 억제하기 위해 TIG용접을 상부 용접으로 후행하도록 하는 PAW-TIG 하이브리드 텐덤 용접을 진행하였고, 용접부의 인장 및 굽힘 등 기계적 성질 및 조직 특성에 대하여 확인하였다.