생기원, LNG 선박 연료탱크 스마트 용접기술 개발

레어저-아크 하이브리드 용접장비로 용접 중인 모습./한국생산기술연구원

한국생산기술연구원이 액화천연가스(LNG) 선박의 핵심 부품인 연료탱크를 더 빠르고 저렴하게 제작할 수 있는 스마트 용접기술을 개발했다.

지창욱 생기원 스마트정형공정그룹 수석연구원 연구팀은 극저온 특수소재에 맞춰 최적화한 ‘레이저-아크 하이브리드 용접기술(Hybrid Laser-Arc Welding·HLAW)’을 개발했다고 25일 밝혔다.

LNG 연료탱크는 선박 전체 건조 비용의 약 30~40%를 차지하는 핵심 부품으로, 고품질 정밀 용접이 필요해 제작 기간도 타 부품보다 길다. LNG 연료탱크 제작에는 아크 용접 방식이 주로 사용돼 두께가 두꺼운 극저온 특수소재의 경우 여러 차례 반복 용접을 해야 한다. 선박 제작 작업 시간이 늘어나고 제작비용이 증가하는 원인이었다.

연구팀은 정밀 접합이 가능한 레이저 용접과 이음부 간격이나 단차를 메울 수 있는 아크 용접의 장점을 결합한 HLAW를 9% 니켈강 등의 특수소재에 최적화했다. 이를 통해 추가적인 이음부 가공 없이 한 번에 빠르게 접합하는 단층(1-pass) 용접 방식 구현에 성공했다.

특히 용접 시 재료 내부까지 깊게 구멍을 뚫는 키홀(Keyhole) 형성 조건을 최적화해 곡선이나 복잡한 형상의 부품도 단층(1-pass) 용접만으로 깊고 단단하게 접합하는 데 성공했다. 키홀은 재료에 열을 깊숙이 전달해 주는 통로로 이 구조를 통해 두꺼운 소재도 한 번의 용접으로 강도 높게 이어 붙일 수 있다.

연구팀은 HLAW 공정에 실시간 품질 감지와 즉각 대응이 가능한 AI 기반의 공정 모니터링 시스템도 개발해 스마트 용접기술을 구현했다. AI 알고리즘이 용접 중 발생하는 자외선(UV)과 적외선(IR) 신호를 분석‧구분해 불량이 감지되면 작업자가 실시간으로 대응할 수 있게 했다.

지창욱 수석연구원은 “극저온 연료탱크 용접 공정의 시간과 비용, 결함을 모두 단축할 수 있는 스마트 용접공정 기반을 마련했다”고 말하며 “개발된 기술을 수소, 암모니아를 연료로 사용하는 친환경 선박의 탱크 제작에 확대 적용하는 연구를 추진 중”이라고 밝혔다.

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