판금 제작

항공우주 분야에서의 용접: 용접 공정 및 그 용도에 대한 최신 연구 검토

12월 19, 2024

이 글에서는 항공우주 생산에서 용접이 얼마나 중요한지, 레이저 용접, 로봇 용접 및 비파괴 검사가 여객기 프레임 제작, 엔진 부품 접합, 항공기 용접 품질 평가에 어떻게 사용되어 산업 사양 및 표준을 충족하는지 살펴봅니다.

항공 우주 경이로움의 용접: 21세기의 금속 대 금속 접합

용접은 다음과 같은 분야에서 매우 중요한 것으로 밝혀졌습니다. 항공우주 제조 산업. 항공기 동체의 외피를 형성하는 알루미늄 스킨의 접합부터 지구 대기권 상층부의 높은 압력과 온도에 견디는 특수 합금을 사용하여 제트 엔진의 여러 부품을 정확하게 용접하는 작업까지, 용접은 엄격한 조건에서 작동할 수 있는 구조물을 제조하는 데 매우 중요한 역할을 합니다.

탑재 중량이 증가하고 연료 효율 표준이 더욱 엄격해짐에 따라 항공우주 제작업체의 용접은 더 가볍고 내구성이 뛰어난 항공기를 제작하기 위해 혁신적인 접합 기술을 지속적으로 개발하고 있습니다. 이 기사에서는 날개의 융합 로봇 용접부터 주요 산업 표준을 충족하는 적절한 용접을 보장하는 비파괴 검사에 이르기까지 다양한 항공 우주 기능에 채택된 고급 용접 기술과 기술적 품질에 초점을 맞출 것입니다.

고급 용접 기술

용접은 열을 사용하여 두 가지 이상의 재료(금속 또는 열가소성 재료)를 서로 결합시키는 제조 방식입니다. 현대 산업의 특정 접합 및 제조 요구를 충족하기 위해 새롭고 복잡한 용접 방법이 많이 개발되었습니다.

아크 용접

아크 용접은 가장 많이 사용되는 용접 기술 중 하나입니다. 이는 전기 아크를 사용하여 강철과 같은 다양한 금속을 결합하는 데 필요한 충분한 열을 생성합니다. 스테인리스 스틸. 항공 우주 기술의 일부 고급 아크 용접에는 다음이 포함됩니다:

아르곤 차폐 금속 아크 용접(ASMW)

텅스텐 불활성 가스 용접(TIG)으로도 알려진 GTAW는 고품질의 용접을 제공합니다. 마찰 교반 용접. 비소모성 전극인 텅스텐, 부품 및 필러 금속과 반응하지 않는 차폐 가스를 사용합니다. 결과적으로 아크의 모양 덕분에 얇은 판을 결합하고 서로 다른 재료를 접합하는 데 사용할 수 있습니다.

가스 금속 아크 용접(GMAW)

그 중 하나는 항공우주 분야에서 금속 불활성 가스 용접으로 알려진 GMAW로, 자동으로 공급되는 전극 와이어가 사용되며 SMF에 비해 용접 속도가 빠르지만 로봇 및 펄스 용접을 위해 제조 영역에서 사용되어야 합니다.

MIG 용접

일반적으로 MIG 용접은 연속 솔리드 와이어 공급 시스템을 사용하는 가스 금속 아크 용접(GMAW)을 포함합니다. 빠르고 매우 유연한 공정으로 대량 생산 시나리오에 이상적입니다. 몇 가지 주요 MIG 용접

단락 MIG

단락 MIG는 저전압을 사용하며 와이어와 공작물 사이에 순간적인 단락을 일으켜 전기 회로를 완성하고 아크를 시작합니다. 얇은 금속 및 판금에 적합합니다.

스프레이 아크 MIG

더 높은 전압과 와이어 이송 속도에서 스프레이 아크 MIG는 단락 모드가 아닌 스프레이 방식으로 금속을 이송합니다. 용접 금속을 빠르게 증착하며 자동화된 고증착 공정에 사용됩니다.

TIG 용접

TIG 용접은 소모품이 없는 텅스텐 전극과 차폐 가스를 사용하기 때문에 용접 품질과 제어가 우수합니다. 항공 우주 기술에서 사용되는 고급 TIG 용접에는 다음이 포함됩니다:

펄스 TIG

펄스 TIG는 아크 중에 전류를 빠르게 펄스하는 정교한 전원을 사용합니다. 초음파 용접 항공우주 분야에서 사용됩니다. 기존 TIG보다 용접 속도가 빠르며 다양한 재료의 모든 위치에서 깨끗하고 스패터 없는 용접을 제공합니다.

저항 용접

접촉 용접 방식은 공작물의 두 개 이상의 접촉 부분 사이에 전류 순환을 통해 열을 발생시킵니다. 있습니다: 전자빔 용접자동차 제조 및 기타 대량 생산 산업에서 널리 사용되는 심 용접 및 플래시 용접은 첨단 제어 시스템을 통해 미세 용접 및 새로운 조인트 설계가 가능해졌습니다.

결론적으로, 항공우주 기술에서 용접의 지속적인 혁신은 여러 산업 분야에서 설계 및 제작의 창의적 가능성을 확장했습니다. 또한 신소재는 안정적이고 효율적인 접합 기술의 한계를 뛰어넘고 있습니다.

자동 용접 시스템

자동 용접 시스템 더 높은 정확도 수준을 충족하는 동시에 생산 압력을 충족해야 한다는 지속적인 압박으로 인해 자동 용접 기술의 구현이 증가하고 있습니다. 다음은 항공우주 기술의 주요 자동 용접 기술입니다:

로봇 용접

로봇 용접은 널리 알려진 바와 같이 로봇을 사용하여 용접하는 공정입니다. 로봇을 통해 일관성을 유지하고, 인체공학적으로 작업자를 위험한 영역으로부터 보호하며, 로봇을 통해 24시간 연중무휴 제조가 가능합니다. 항공우주 분야에서는 자동차 차체 및 프레임 조립 라인 부품, 가정용 애플리케이션, 튜빙 및 기타 조립 라인 부품에 로봇 시스템을 가장 많이 적용하고 있으며 MIG, TIG, 플라즈마 및 레이저 용접이 가장 많이 사용됩니다. 로봇 심 트래킹은 접근하기 어려운 영역에서 다양한 금속 증착 작업에 맞춰 유연한 경로 처방과 조정 가능한 시퀀스를 제공합니다.

레이저 용접

레이저 용접은 전기 아크를 집중된 레이저 빔으로 대체하여 부품을 용접합니다. GTAW를 사용하면 다른 공정에 비해 열의 영향을 받는 영역이 작고 매우 좁은 반면 침투는 깊습니다. 레이저 시스템은 더 낮은 열 입력이 필요하므로 열 왜곡의 양을 줄이는 데 도움이 됩니다. 일반적인 응용 분야 레이저 커팅 자동차 제조에서 범퍼 및 섀시 모듈 제작을 위한 금속 부재 접합이 포함됩니다. 또한 노트북, 휴대폰 및 기타 전자제품의 항공우주 분야에서 스폿 용접에 사용하기에도 이상적입니다.

플라즈마 용접

플라즈마 용접은 레이저 용접보다 빠르며 대기 가스에서 전극과 공작물 인클로저 사이에 수축된 아크를 사용합니다. 이온화된 가스 플라즈마는 열 에너지를 매우 효율적으로 전달합니다. 자동차 차체 공장에서는 일반적으로 로봇 플러그 용접을 수행하기 전에 플라즈마 절단을 사용합니다. 휴대성 플라즈마 절단 시스템은 금속 제조 용접 작업에도 다양하게 활용할 수 있습니다. 첨단 플라즈마 용접 기술에는 두꺼운 재료 깊숙이 침투하는 완전 자동화된 키홀 용접이 포함됩니다.

자동 용접의 이점

그리고 자동화 용접 공정은 수작업 방식에 비해 많은 이점을 제공합니다. 로봇은 일관되고 반복 가능한 용접을 보장하며 어떤 위치에서든 항공우주 분야에서 용접이 가능합니다. 변수를 지속적으로 모니터링하고 제어하면 용접 품질을 보장하는 데 도움이 됩니다. 또한 자동화된 장비는 작업자를 위험한 환경으로부터 보호하여 작업자의 안전을 향상시킵니다. 자동화 용접의 정밀성, 속도, 변동성 감소는 산업 전반의 대량 생산에 필수적인 요소입니다. 전반적으로 자동화 용접 시스템은 까다로운 제조 애플리케이션의 생산성과 부품 품질을 향상시킵니다.

이국적인 합금

재료 과학은 기존 재료로는 필요한 특성을 구현할 수 없는 특수 응용 분야에 최적화된 새로운 이색 금속 합금을 지속적으로 개발하고 있습니다. 다음은 새로운 엔지니어링 합금의 몇 가지 예입니다:

항공우주 합금

항공우주 합금은 제트 엔진의 응력 및 항공우주 부품의 고고도 용접에 적합하도록 개발되었습니다. 티타늄과 니켈의 초합금은 기존 강재보다 항복 강도와 고온에서의 크리프에 대한 저항성이 향상되었습니다. 고급 복합재는 또한 금속 합금을 대체하는 높은 강도와 무게 비율로 인해 일부 페이 응용 분야에서도 사용되고 있습니다.

의료용 합금

예를 들어, 코발트-크롬 및 티타늄 임플란트 등급 합금을 사용하면 의료 기기 부식이나 독성의 우려 없이 살아있는 뼈 조직과 안전하게 통합될 수 있습니다. 니티놀 형상 기억 합금은 특정 형태를 유지하며 최소 침습 수술 기구에 통합됩니다. 벌크 메탈릭 글래스라고 불리는 신소재는 의료용에 적합한 강도, 경량, 생체 적합성을 갖추고 있습니다.

내식성 합금

특수 조성이 이색 합금에 통합되어 부식과 침식 특성을 개선하고 몰리브덴, 텅스텐 또는 니켈이 포함된 합금은 해양, 석유 및 가스 애플리케이션에 우수한 염수 또는 화학적 공격 저항성을 제공합니다. 크롬, 알루미늄, 이트륨을 함유한 초합금은 화학 공장이나 펄프 공장에서 흔히 볼 수 있는 고온의 부식성 환경을 견딜 수 있습니다.

미세한 수준의 새로운 합금 설계는 재료 과학의 창의적 경계를 계속 확장하고 있습니다. 맞춤형 이색 합금은 극한 조건에서 성능과 내구성의 한계를 뛰어넘는 애플리케이션의 가능성을 열어줍니다.

항공우주 용접

고강도 경량 소재를 안정적으로 접합해야 하는 항공우주 제조 분야에서 용접은 매우 중요한 역할을 합니다. 위험한 조건에서 오프라이트가 가능한 구조물을 제작하려면 특수 용접 기술이 필요합니다.

동체 조립

가압 동체는 일반적으로 항공우주 분야에서 자동화된 좁은 홈 용접을 사용하여 결합된 알루미늄 합금 시트로 제작되어 대형 일체형 항공기 동체를 생산할 수 있습니다. 레이저 빔 용접과 같은 기술은 깨끗하고 고강도 이음새를 제공합니다.

엔진 구성 요소

초합금 디스크, 샤프트 및 베인을 함께 용접하면 워터젯 엔진이 연소실 내부의 극한 온도를 견딜 수 있습니다. 회전 대칭 부품을 엄격한 공차 내에서 융합 용접하는 데는 일반적으로 특수 TIG 방식이 사용됩니다.

날개 조립

날개는 항공기에서 가장 큰 용접 구조물 중 하나입니다. 여러 개의 알루미늄 압출물과 스파를 결합하여 공기역학적 하중을 견딜 수 있는 견고하고 가벼운 날개로 만들기 위해 일반적인 GMAW와 고급 마찰 교반 용접 기술이 모두 사용됩니다.

열 입력 및 잔류 응력과 같은 변수를 신중하게 제어하는 것은 최대 수십 번의 가압 주기를 견딜 수 있는 완벽한 용접을 보장하는 데 매우 중요합니다. 전반적으로 항공우주 산업에서 용접은 대형 금속 기체와 신뢰할 수 있는 부품의 조립을 가능하게 합니다.

품질 관리

NDT 방법

염료 침투제, 엑스레이, 초음파, 와전류 등 다양한 비파괴 검사(NDT) 기술을 사용하여 구조적 무결성에 영향을 주지 않으면서 중요한 항공기 용접부의 결함을 평가할 수 있습니다. NDT 기술자는 특히 검사 결과에 대한 지식이 풍부하며 다음을 수행할 수 있습니다. 용접 연결 보장 를 필요에 따라 디자인에 추가할 수 있습니다.

용접 코드

항공우주 분야의 모든 용접은 AWS 및 ISO와 같은 기관의 용접 코드에 명시된 엄격한 표준을 준수해야 합니다. 자격 테스트는 용접기 및 절차가 규정을 준수하고 있음을 입증하여 가볍고 내구성이 뛰어난 비행 구조물에 적합한 일관되고 결함 없는 용접을 보장합니다.

결론

용접은 항공우주 산업 전반에서 제작에 없어서는 안 될 중요한 역할을 합니다. 로봇 및 레이저 용접을 통해 기체 생산 라인의 자동화가 향상되었으며 마찰 교반과 같은 특수 기술을 통해 핵심 부품의 무결성을 보장할 수 있게 되었습니다. 고급 합금의 구현은 고온 내식성과 같은 기능을 통해 구조 설계의 경계를 확장합니다. 모든 용접이 항공우주 표준을 충족하도록 보장하는 것은 안전에 있어 가장 중요하며, 전문화된 NDT 평가와 항공우주 코드의 산업 용접 준수가 필요합니다. 항공 여행 수요가 증가함에 따라 항공우주 제조 및 접합 기술의 혁신은 연료 효율이 높고 다목적이며 비용 효율적인 항공기 제조를 지속적으로 주도할 것입니다. 상업용 및 군용 항공의 미래는 신속한 품질 용접 솔루션에 달려 있습니다.