DED 공정 기반 센서 내재형 구조물 제작을 위한 내부 열특성 연구

초록

현대의 철도차량 유지보수는 시간기반에서 빅데이터를 활용한 상태기반 기술 적용으로 전환되고 있다. 차체 및 대차 등 철도차량 주요 구성품에 적용되는 센서 확대는 상태기반 유지보수를 위한 필수 조건이다. 본 연구에서는 차량 운행 환경에서 센서 내구성 향상을 위해 구조물과 센서의 일체형 제작기술로 DED (Directed energy deposition) 공정기술을 고려할 때 구조물 제작에 따른 내부의 열특성 관련 시험분석을 진행하였다. 스트레인 게이지 등의 센서 장착을 가정하여 SUS316L 소재 구조물을 기계가공 후 센서가 장착되는 평면의 중앙부와 경계부에 K-type 열전대를 장착하였다. 그 상부에 단열재를 장착하고 상부 적층을 위한 동종 소재의 플레이트 장착 후 DED 공정을 통해 최종 구조물을 제작하였다. 공정조건으로는 삽입되는 단열재 개수와 레이저 출력을 변수로 정의하였다. 시험 결과 중앙부와 경계부의 온도 변화특성의 차이가 뚜렷하게 구분되었으며, 레이어 적층이 반복될수록 단열 효과가 저하됨을 확인할 수 있었다. 또한 레이저 스캐닝 패턴에 따라 중앙부와 경계부의 열영향 특성 차이가 발생하였다. 결과적으로 공정조건 변화에 따라 내부의 열특성 변화가 다양하게 구현되므로, 분석결과를 기반으로 구조물 내부의 열영향을 최소화하기 위한 공정 제어 전략 수립이 필수이다.

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