레이저 기술

용접 로봇은 로봇 본체와 용접 장비의 두 부분으로 구성됩니다. 용접 로봇을 사용하면 용접 품질을 안정화하고 향상시키며 생산 효율을 높일 뿐만 아니라, 용접 작업자의 기술 수준 요구를 낮추어 제품 업그레이드를 위한 준비 기간을 단축하고 관련 설비 투자 비용을 절감할 수 있습니다.

용접 와이어에 대한 용접 로봇의 요구 사항

로봇은 필요에 따라 드럼식 또는 리ール식 용접 와이어를 사용할 수 있습니다. 와이어 교체 빈도를 줄이기 위해 드럼식 용접 와이어를 사용하는 것이 바람직합니다. 그러나 와이어 공급 호스가 길기 때문에 저항이 커지므로, 와이어의 강성 등 품질이 높아야 합니다. 구리 도금 품질이 약간 낮은 용접 와이어를 사용할 경우, 마찰로 인해 와이어 표면의 구리 도금이 벗겨져 가이드 튜브 내부 윤활 부적합으로 인해 내경이 좁아질 수 있습니다. 이는 고속 와이어 공급 시 저항을 증가시켜 와이어가 원활하게 공급되지 않게 하며, 진동, 아크 불안정, 용접 품질 저하를 유발할 수 있습니다. 심한 경우에는 와이어 막힘 현상이 발생하여 로봇이 정지할 수도 있습니다. 따라서 용접 와이어 가이드 튜브는 정기적으로 청소해야 합니다.

용접 로봇의 용접 결함 분석 및 대처 방법

로봇 용접은 아르곤 기반 혼합 가스 보호 용접을 사용합니다. 일반적인 용접 결함으로는 용접 위치 이탈, 언더컷(오버컷), 기공 등이 있으며, 구체적인 분석은 다음과 같습니다:

(1) 용접 불정렬은 잘못된 용접 위치 또는 용접 토치의 위치 설정 문제로 인해 발생할 수 있습니다. 이 경우, TCP(용접 토치의 중심점 위치)의 정확도를 점검하고 필요에 따라 조정하십시오. 이러한 문제가 빈번히 발생하는 경우, 각 로봇 축의 제로 위치를 점검하고 재교정하십시오.

(2) 언더컷은 기재의 용접 엣지 부위에 홈 모양의 함몰이 생기는 결함으로, 일반적으로 상부 용접(캡 용접)의 양측면에 나타난다. 주요 원인으로는 용접 속도 과다, 진동 진폭 과다, 양측면에서의 정지 시간 부족 또는 용접 전류 과다 등이 있다. 대응 방법으로는 적절히 용접 속도를 낮추고, 진동 진폭을 감소시키며, 양측면에서의 정지 시간을 늘리는 것과 함께, 전방 경사각 5–10°로 푸시 방식 용접을 적용하는 것이 있다. 융합 불량 및 미완전 침투는 심각한 내부 결함으로, 일반적으로 용접 전류 부족, 용접 속도 과다, 비벨 각도 과다, 용접 토치 중심 편차, 또는 층간 청소 불완전 등에 의해 발생한다. 이러한 결함을 해결하기 위해선 용접 전류를 증가시키고, 용접 속도를 감소시키며, 진동 진폭을 확대하여 비벨 양측면을 충분히 커버하도록 해야 한다. 또한 층간 청소를 강화해야 한다. 두꺼운 판재에 대한 다층·다도선 용접의 경우, 특히 비벨 양측면 및 층간 접합부의 융합 상태에 특별한 주의를 기울여야 한다.

(3) 기공이 발생합니다. 기공은 주로 보호 가스와 관련이 있으며, 이에는 부적절한 가스 유량, 불충분한 가스 순도, 노즐 막힘, 가스 배관 누출, 작업물 표면의 유막 또는 녹, 용접 와이어의 습기 등이 포함됩니다. 이를 해결하기 위해 가스 파라미터는 15–25 L/min으로 최적화하고, 가스 시스템을 점검하며, 노즐을 청소하고, 작업 환경을 개선하여 풍속을 2 m/s 이하로 제어해야 합니다. 또한 용접 전에 작업물 표면을 철저히 세정해야 합니다. 과도한 스패터는 일반적으로 용접 파라미터 불일치, 지나치게 긴 와이어 연장 길이, 또는 낮은 품질의 용접 와이어에서 기인합니다. 이는 전압과 전류의 적절한 조합 조정, 와이어 연장 길이를 10–15 mm로 제어, 무동 코팅 또는 고품질 동 도금 용접 와이어 사용, 그리고 Ar+CO₂ 혼합 가스 사용을 통해 개선할 수 있습니다.

(4) 과도한 스패터는 용접 파라미터 선택 부적절, 보호 가스 조성 문제 또는 용접 와이어 삽입 길이가 지나치게 긴 데 기인할 수 있습니다. 출력 전력 조정을 통해 용접 파라미터를 변경할 수 있으며, 가스 혼합 비율 조정으로 혼합 가스의 비례를 교정할 수 있고, 용접 토치와 작업물 간의 상대 위치를 조정하는 것도 도움이 됩니다.

(5) 용접 종료 후 냉각 시 용접 끝부분에 아크 크레이터(아크 함몰)가 형성됩니다. 프로그래밍 시 크레이터 충진 기능을 추가하면 이 함몰을 채울 수 있습니다.

일반적인 용접 로봇 고장 및 해결 방안

(1) 토치 충돌. 이는 작업물 조립 편차 또는 용접 토치 TCP(Tool Center Point) 설정 오류로 인해 발생할 수 있습니다. 조립 상태를 점검하거나 용접 토치의 TCP를 재설정하세요.

(2) 아크 불점화 실패. 이는 용접 와이어가 작업물에 접촉하지 않거나 공정 파라미터가 너무 낮기 때문일 수 있습니다. 와이어를 수동으로 공급하거나, 용접 토치와 용접부 간 거리를 조정하거나, 공정 파라미터를 적절히 조정하세요.

(3) 차단 가스 모니터링 경보. 이는 냉각수 또는 차단 가스 공급에 이상이 있음을 나타냅니다. 냉각수 또는 차단 가스 배관을 점검하십시오.

작업물 품질 보장 방법

가르치고 재현하는 방식의 로봇인 경우, 작업물의 조립 품질 및 정밀도는 일관되어야 합니다.

용접 로봇의 적용에는 부품 준비 품질에 대한 엄격한 관리와 조립 정밀도 향상이 필요합니다. 부품의 표면 품질, 비벨 치수, 조립 정밀도는 용접 추적 성능에 영향을 미칩니다. 다음 사항들을 통해 부품 준비 품질 및 용접 조립 정밀도를 향상시킬 수 있습니다:

(1) 용접 로봇 전용 용접 공정을 개발하고, 부품 치수, 용접 경사면(비벨), 조립 치수에 대한 엄격한 공정 사양을 설정합니다. 일반적으로 부품 및 비벨 크기 허용오차는 ±0.8mm 이내로, 조립 치수 오차는 ±1.5mm 이내로 관리해야 합니다. 이를 통해 기공, 언더컷 등 용접 결함 발생 확률을 크게 낮출 수 있습니다.

(2) 고정밀 조립 지그를 사용하여 용접 부재의 조립 정확도를 향상시킵니다.

(3) 용접부는 기름, 녹, 용접 슬래그, 절단 슬래그 및 기타 이물질이 완전히 제거된 상태여야 하며, 용접 가능 프라이머(primer) 사용은 허용됩니다. 그렇지 않으면 아크 점화 성공률이 저하됩니다. 임시 용접(tack welding) 방식은 전극 용접에서 가스 차폐 용접으로 변경해야 하며, 동시에 임시 용접 부위는 잔류 슬래그나 기공을 방지하기 위해 연마 처리해야 합니다. 이는 아크 불안정성 및 심지어 스패터(spatter) 발생을 예방하는 데 필수적입니다.

프로그래밍 기법 요약

(1) 적절한 용접 순서를 선택합니다. 용접 순서는 용접 변형을 최소화하고 용접 토치의 이동 경로 길이를 단축하기 위해 결정되어야 합니다.

(2) 용접 토치의 공간 이동은 짧고 매끄럽고 안전한 이동 경로를 요구합니다.

(3) 용접 파라미터를 최적화합니다. 최적의 용접 파라미터를 확보하기 위해 용접 시험 및 공정 평가용 시편을 준비합니다.

(4) 적절한 포지셔너 위치, 용접 토치 자세 및 이음매에 대한 용접 토치 위치. 작업물을 포지셔너에 고정한 후 용접 이음매가 이상적인 위치와 각도에 있지 않다면, 프로그래밍 과정에서 포지셔너를 지속적으로 조정하여 이음매가 순차적으로 수평 위치에 도달하도록 해야 한다. 동시에 각 로봇 축의 위치도 지속적으로 조정하여 이음매에 대한 용접 토치의 위치, 각도 및 와이어 연장 길이를 합리적으로 결정해야 한다. 작업물의 위치가 결정된 후에는, 프로그래머가 시각적으로 이음매에 대한 용접 토치의 위치를 파악하기 어렵기 때문에, 프로그래머는 경험을 체계적으로 정리하고 축적하는 데 능숙해야 한다.

(5) 토치 청소 프로그램을 적시에 삽입하십시오. 일정 길이의 용접 프로그램을 작성한 후에는 즉시 토치 청소 프로그램을 삽입해야 합니다. 이를 통해 용접 비산물이 용접 노즐 및 접촉 끝부분을 막는 것을 방지하여 토치의 청결도를 유지하고, 노즐 수명을 연장하며, 안정적인 아크 점화를 보장하고, 용접 비산물을 줄일 수 있습니다.

(6) 일반적으로 프로그래밍은 한 번에 완료되지 않습니다. 로봇 용접 과정에서 지속적인 테스트와 수정을 거쳐 용접 파라미터 및 토치 자세 등을 조정함으로써 우수한 프로그램을 구축해야 합니다.

운영 비용 및 관리 분석

유사한 성능과 효과를 갖춘 윤활유는 보다 낮은 가격으로 대체할 수 있습니다. 용접 과정 중 정비를 강화하면 노즐 및 접촉 끝부분 등 소모성 부품의 수명을 연장할 수 있습니다. 또한 로봇 시스템에 대한 예방 정비는 구성품의 수명을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.

로봇이 최대 효율을 달성하기 위해서는 고도로 숙련된 관리자, 기술자 및 운영자가 필수적입니다. 기업의 용접 로봇 운영 성공 여부는 주로 해당 인력에 달려 있으므로, 안정적인 인력 확보가 매우 중요합니다.