중공 구조물의 DED 공정 기술 적용 접합 특성 연구

초록

열차 차량의 유지보수를 위한 기준은 시간기반에서 상태기반으로 전환되고 있다. 또한 AI 기술발전으로 빅데이터를 활용할 수 있는 상태기반 유지보수 기술 개발에 대한 관심이 커지고 있다. 구조물 상태진단을 위한 필수 구성품인 센서의 종류와 개수가 증가함에 따라 센서의 강건성이 중요하게 고려된다. 본 연구에서는 센서 내구성 향상을 위한 방안으로 금속 구조물에 센서를 일체화하여 삽입할 수 있는 기술을 고려하였으며, 이를 위해 DED(Directed energy deposition) 공정기술을 활용하였다. 일체형 센서로는 K-type 열전대를 고려하였으며, 열전대의 외장 금속인 중공 실린더 구조물을 금속 구조물 내부에 접합할 때, DED 공정에 의한 중공 구조물의 형상 변화 특성에 대해 시험 분석을 진행하였다. 시편 제작을 위해 금속 모재, 중공 실린더 구조물 및 적층 파우더 소재로 SUS316L을 적용하였으며, 공정 조건의 영향에 대한 비교분석을 위해 레이저 출력은 900~1,200W, 레이저 스캔 스피드는 800~1,200mm/min의 범위에서 공정 조건 변수로 고려하였다. 시험 결과 레이저 출력이 높아지고 레이저 스캔 스피드가 낮아질수록 에너지 밀도가 증가하여 중공 구조물의 폭 대비 높이 변화 비율이 커짐을 확인하였다. 이는 에너지 밀도의 증가에 따라 접합 및 적층 공정 중 구조물의 열팽창 효과가 커지면서 최종 형상 변화의 결과로 이어지는 것으로 판단된다.

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