국내 최초 두께 100mm 이상 강판 용접 가능, 잠수함 및 발사체 등 대형 구조물 용접 가능
향후 국부 진공 고출력 전자빔 용접시스템 국산화의 가능성도 확보

잠수함이나 발사체 외관 등 두께 100mm 이상 강철판을 용접할 수 있는 시스템을 국내 최초로 개발했다. 이를 통해 차세대 소형모듈원자로(SMR) 압력용기의 제작 시간을 획기적으로 단축할 수 있는 국부 진공 고출력 전자빔 용접시스템 국산화의 가능성도 확보했다.

SMR(Small Modular Reactor)은 전기 출력 300MW급 이하의 소형원자로이며, 정부가 발표한 12대 국가전략기술에 포함된다.

일반적인 전자빔 용접은 대형 진공 챔버 내부에 용접시스템을 설치하여 용접하므로 진공배기시간이 오래 걸리나, 국부진공은 용접부만 부분적으로 진공하는 소형 챔버를 사용하므로 진공배기시간이 매우 단축되고 챔버 제작 가격도 매우 저렴진다.

한국기계연구원(원장 류석현) 부산기계기술연구센터 레이저기술실용화연구실 서정 책임연구원 연구팀과 한국전기연구원, 부경대학교, (주)한라이비텍 연구팀은 국내 최초로 60kW급 고출력 전자빔 용접시스템 국산화 기술과 고신뢰성 공정 기술을 개발하고, 관련 연구성과를 ‘대한용접·접합학회지(Journal of Welding and Joining, 게재명 : Study on the Comparison of Electron Beam Welding and Hybrid Laser-Arc Welding of Thick High-Manganese Steel Palte for Cryogenic Applications, 게재일 : 2023.12)’에 발표했다.

기계연구원은 대형 전자빔 용접시스템에 전자총과 고전압 장치를 장착한 시스템 제작과 운전에 성공했으며, 대형 진공 챔버 내부에서 수행되는 용접 공정을 외부에서 모니터링하고 전자빔 용접선을 자동으로 추적하는 용접심 트래킹 기술도 개발했다. 이 기술은 향후 무인 자율 전자빔 용접 장비에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

기존에는 국내에서 전자총 등 일부 핵심 장비 개발에 많은 예산 소요와 기술적인 위험으로 대형 전자빔 용접 시스템 개발이 어려워, 전자총과 같은 핵심 장비를 독일과 영국, 프랑스, 일본 등에서 수입해 왔다.

기계연구원은 공동연구팀에서 국산화한 전자총을 탑재한 대형 전자빔 용접시스템을 설계·제작하고, 100mm 이상의 두꺼운 금속부품을 한 번에 용접할 수 있는 기술을 개발했다. 이는 수입 장비보다 50% 저렴하게 장비를 제작할 수 있으며, 향후 두께 200mm 이상인 강철판의 소형모듈원자로(SMR) 압력용기를 용접할 수 있는 시스템의 국산화도 가능할 것 보인다. 이를 통해, 기존 대비 제작 시간 단축과 원가절감이 가능해 원전산업 분야에서 수출 경쟁력이 향상될 것으로 기대된다.

기계연구원 서정 책임연구원은 “이번에 개발한 고출력 대형 전자빔 용접시스템 기술과 현재 기계연구원에서 개발 중인 국부진공챔버 기술을 접목하면 소형모듈원자로(SMR) 압력용기의 용접이 가능해진다”고 말하며 “용접 시간 단축과 경제성 확보로 고부가가치 창출이 가능하게 될 것”이라고 밝혔다.

류석현 기계연구원 원장은 “최근 기계연-부산시-부산상공회의소가 협약한 ‘SMR 제작지원센터 유치·구축’과 연계해서 이번에 개발한 전자빔 용접시스템이 소형모듈원자로(SMR) 제조기술 혁신에 큰 역할을 할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 산업통상자원부 제조기반생산시스템기술개발사업 ‘첨단소재부품용 전자빔 용접장비 개발’ 과제의 지원을 받아 수행됐다.