화염 열원을 이용한 선박용 강판의 2차원 성형에 관한 연구

Abstract

선각을 제조하기 위한 강판의 곡가공(plate forming)은 건조 공정에서 상당히 중요한 위치를 차지하고 있다. 현장에서는 숙련공들이 직접 선상가열법을 통해 강판을 가공하고 있다. 그들의 경험에 의존한 가공공정은 서로간의 의사소통과 기술전수에 있어서 여러 문제점이 있다. 따라서 이러한 선박용 판재의 보다 효율적이고 질 좋은 생산을 위해 자동화 시스템이 요구된다. 자동화를 위한 단계로 먼저 어디를 얼마나 가열할지를 결정해야 한다. 즉 재료의 물성과 기하학적인 형상뿐만 아니라 각 공정변수에 따른 형상의 변화에 대한 정보를 확보해야 한다. 선상가열을 이용한 공정변수에 따른 형상 변화에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 하지만 역으로 목적형상으로부터 공정변수를 추출하는 과정에 관한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 역함수를 보다 기하학적인 접근을 통해 해결하였으며 특히 선상가열시 고려되는 변형된 부위에서의 곡률반경과 성형각과의 상관관계를 고려하였다. 또한 이러한 관계를 이용하여 2차원 역함수 해법을 제시하였다. 이와 같은 기하학적 접근법은 차후 3차원 성형에 이용될 것이다. 실험적 연구와 함께 성형공정에 있어 열전달 및 변형특성의 영향을 알아보고 보다 정확한 공정변수를 도출하기 위한 절차로 유한요소법을 통해 열탄소성 해석을 수행하였다. 이에 앞서 열원 모델을 성립하기 위해 반응표면 분석법을 통해 화염변수를 획득하였고 이중 가우시안 모델에 적용하였다. 해석결과와 실험결과가 유사한 경향을 보였으며 차후 이러한 열원 모델은 3차원 성형 및 용접변형 교정에 적용될 것이다.