알루미늄 레저 선박 생산 공정 Part.4 알루미늄 소재 성형

알루미늄 레저 선박 생산 공정 Part.4  알루미늄 소재 성형

 

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목차

알루미늄 레저 선박 생산 공정 계획

알루미늄 소재 관리

알루미늄 소재 절단 가공

알루미늄 레저선박 조립용 치공구 제작

알루미늄 소재 성형

알루미늄 부재 조리

알루미늄 소재 성형

알루미늄 부재 조립

알루미늄 MIG 용접

알루미늄 TIG 용접

알루미늄 용접 검사

알루미늄 레저선박 품질 관리 

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알루미늄 소재 소재성형 

알루미늄 소재 성형하기 

1. 선제 건조 단계에서 선체를 구성하기 위한 절단된 부재들을 도면에 제시된 형상에 맞게 형태를 변형시키는 작업에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 

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1. 알루미늄 소재 성형 작업 준비하기  

 알루미늄 굽힘 성형공정

굽힘가공은(bending)은 넓은 의미로 모든 성형가공을 굽힘가공으로 볼 수 있다.

일반적 으로는 평평한 판재나 환봉봉, 원형․사각관 등을 X, Y, Z 값을 갖는 3차원 형상으로 가공하는 것을

‘굽힘가공’이라 한다.

‘굽힘가공’은 냉간가공과 가열 성형가공으로 구분된다.

1. 냉간가공 

상온 상태에서 기계적인 힘을 가하여 재료에 소성 변형을 일으켜 제작, 밴딩 룰러와 유압 프레스를 사용한다. 

(1) 밴딩 롤러는 3~4개의 롤러를 위아래 앞뒤로 장착 된, 롤러와 롤러 사이에 판재를 넣고 윗부분의 롤러를 유압등으로 압력을 가하며 룰러를 회신하여 강판을 굽힌다. 

 

(2) 프레스(유압, 전기, 수압)는 강판을 직각으로 굽힐 때 완만한 3차원 곡면판을 만들 때 등 다양한 굽힘 작업에 상됩니다. 

 

2. 가열 성형가공 

성형하고자 하는 가공부위를 부분가열 후 급속 냉각시키면, 가열 냉각한 부위가 수축하려는 성질을 이용하여 강판을 '굽힘 가공'하는 바업ㅂ이다.

선상 가열법(Linel heating)과 점 가열법이 있다. 기타로 굽힘가공요 기계로 'ㄱ', 형강이나 'T'자 형강을 굽히는 앵글밴더, 케이스를 제작하는 탄젠트 밴더 등이 있다. 

밴딩롤러

 

 알루미늄 단조 성형 공정 

소재를 가열하여 해머(hammer) 등으로 단련 및 성형하는 조작을 단조라 한다.

원판 절단 → 알루미늄을 프레스 과정 전에 일정한 크기로 자른다 → 금속재료를 해머 등으로 두들기거나

가압하는 물리․기계적 방법으로 원하는 형상으로 성형한다 → 프레스 한 가공품을 다듬는다 →

스프레이 후 다이아 커팅으로 단조로 양각 성형된 부분을 알루미늄 광택이 잘 나타나도록 가공하여 완성한다. → 단조의 상태, 스프레이 및 커팅 등을 검수한다

 

1. 단조의 종류 

단조란 금속을 고체상태의 및 소성 유동 상태에서(변형이 쉬운 상태) 물리․기계적 압력 또는 주조를

등의 방법을 통해 결정립 미세화시키고, 조직을 균일화 및 소정의 형상으로 성형가공하는 것을 말한다.

단조품은 우수한 기계적 강도와 인성을 가지므로, 높은 강성을 요구하는 부품의 재 료로 흔히 사용된다.

가스 절단은 절단하려는 부재를 가열하여 산화 반응이 일어나기 쉬운 온도로 만들어 놓고

고압의 산소를 공급하여 절단하는 방식이다.

대분류	소분류	내용
금형의 사용 여부	자유 단조	금형을 사용하지 않고, 금속 소재를 두 개의 평판대 사이에서 압축하여 가공 재료가 압축력 방향에 직각 방향으로 자유로이 유동 변형된다. 소재 구분 없이 성형, 주로 선박, 발전 등 대형 제품의 단조 공정에 적용한다.
	형 단조	형상을 갖는 금형에 소재를 넣고 가압하여 금형 형상으로 성형 한다. 대량 생산이 가능한 소형 제품과 자동차 부품 등 안정한 품질이 요구되는 제품에 적용한다.
작업 온도	열간 단조	재료를 가열해 재결정 온도 이상에서 단조, 변형 저항이 적다. 스케일에 의한 거친 표면과 치수 공차 등에 의해 기계 가공이 필요하다.
	냉간 단조	상온에서 수행하므로 정밀도가 높고, 고강도의 소형 제품 단조에 적용한다. 고생산성 및 자동화로 인해 대량 생산이 용이하다.
	온간 단조	소재의 녹는점은 정밀도가 높고, 고강도의 소형 제품 단조에 적용한다. 고생산성 및 자동화로 인해 대량 생산이 용이하다
특수 단조	롤 단조	다양한 형상의 롤을 사용해 임의 형상의 단조 제품을 생산한다.
	궤도 단조	일정한 궤도로 중심축을 흔들며, 점진적으로 소재를 압축해 단조 한다.
	회전 단조	외경을 줄이거나, 가변 형상의 제품을 단조한다
	링 단조	링 소재의 내외경을 확대해 내외경 대비 상대적으로 낮은 높이의 링 제품을 성형한다.
	유동 성형	롤러 경로에 의해 소재와 점진 접촉함으로써 원하는 형상의 제품 을 성형한다.

 

2. 단조의 재료  및 가열 

 

(1) 단조용 재료 

단조용 재료는 급격한 가공 하중을 받아도 소성 변형이 가능한 재료여야 한다.

단조 재료에 적합한 재료의 성질을 가단성이라고 한다.

알루미늄은 순도가 높으면 가단성이 커져 단조가 용이하지만, 기계적인 강도 및 기타 요구 조건 등을

만족해야 하므로 가단성은 떨어지더라도 충분한 기계적 강도를 갖는 알루미늄합금 재료를 사용한다.

(2) 재료의 가열 

모든 금속재료는 온도가 높을수록 변형 능력이 커져 단조가공이 쉬워진다.

각 금속재료는 재질의 성질에 따라, 단조 최고온도 및 단조 종료온도를 적정하게 적용하여야 한다.

단조 최고온도가 너무 높으면, 알루미늄의 경우 녹아 흘러내리는 현상이 발생한다.

단조 종료온도가 너무 낮으면, 재결정 온도 이상 남아 결정 입자가 성장하게 되어 기계적 성질이 나빠진다..

 알루미늄합금과 알루미늄 선박 도면  

알루미늄합금의 성형성은 강판에 비해 가공이 어렵다.

결정 구조의 차이점에서 발생하는 강판과 알루미늄합금의 차이점은 강판에 비해 일반적인 압연 때문에 집합조직을 발 달시키기 어렵다.

알루미늄합금의 냉간 단조와 온갖 단조에 대해 연구되고 있으며, 설계 시 이점을 반영하여 설계돼야 한다.

1. 알루미늄 선박 구조도면 

순 알루미늄은 강성이 너무 낮아 선박건조용 재료로서 부적합하다.

따라서 구리, 망 간, 니켈, 마그네슘을 첨가하여 해수에 적합한 알루미늄 5083 합급재를 사용한다.

가격이 상대적으로 비싸 중량 경감이 필요하고, 우수한 강성이 필요한 고속선, 군함, 해안 구조정 및 뛰어난 저온 안정성으로 LNG 탱크의 소재로 사용된다.

알루미늄 레저선박 건조 시 선체를 구성하는 소재, 가공, 규격, 용접, 등의 방법은 선급규정, 국제규정 및 협약 사항 등을 준수한다.

조선소 작업환경에 적합, 현장 생 산성을 높일 수 있도록 정해진 규칙에 따라 작성된 도면을 선박건조 작업 시 기준으로 활용한다.

도면 작성은 특별한 경우를 제외하고 좌현을 기준으로 작성한다.

선체의 구조가 좌․우현 대칭이 아닐 경우 도면에 좌현만 도식(port, p only) 또는 우현만 도식(stbd, s only) 표기를 하여야 한다.

(1) 관련 도면의 종류 

(가) 중앙횡단면도(midship section) 선체 중앙부의 횡단면을 나타내는 도면이다.

선체의 주요 구조 부재 치수, 선체구조 양식, 부재 상호 간의 고착 방법, 선체의 주요 치수, 각종 규정, 부재 치수 및 기타 일반사항 등을 나타낸다.

(나) 강재배치도(construction profile & deck plan) 선체 주요 구조 부재의 배치, 치수 및 형태와 기타 국부 보강재의 배치 및 치 수 등을 나타내는 도면이다. 갑판도(deck plan), 선저평면도(bottom plan), 선측부재도(stringer plan) 및 8 선체 종횡단면도(종부재, 횡부재, 거더, 격벽) 등으로 구성된다.

(다) 외판전개도(sheel expansion) 외판의 butt, seam, 판의 두께 및 부재 위치와 치수 등을 나타내는 도면이다. 외판전개도는 우현을 나타낸다.

(라) 배관 & 전선 통로 도면 (pipe & cable hole plan) 의장품 설치용 도면 및 보강, 각종 장비 설치 도면 등이다.

(마) 엔진룸 구조 도면(engine room construction) 엔진룸 장치 배치를 근거로 한 E/R 구조 도면이다.

main engine, pto, 연료 라인, 해수 스트레이너, 유압 라인 등 deck web, girder, piller 등의 배치를 한다.

(바) 선수․선미 구조 도면(bow/stern construction) 선수․선미의 구조 도면으로 트러스트, 밸러스트 탱크 및 계류용 장치의 설비 및 설치를 위한 구조 보강과 파도에 의한 충격, 스턴드라이브 및 워터젯 등 추진 장치의 설치 공간 및 부재 등을 나타낸다.

(2) 도면 기호 표기 기준 

공작 도면에 표기되는 각종 기호, 문자 및 선 등의 표기 방법에 대한 기준 

(가) 표기 요령 

국제표준화기구(ISO)와 대한민국 표준규격(KS)에서 각 산업 특성에 맞추어 제정한 국제표준 사항에 따른다. KS A 0106 도면의 크기 및 양식 KS, ISO 기계 제도의 통칙 KS A ISO128-25 조선 제도에 사용하는 선 등

(3) 공작 도면 도시 요

공작 도면에 표기되는 각종 기호, 문자 및 선 등의 표기 방법에 대한 기준 

(가) 도시 방향

1) 선미에서 선수로(looking fwd)

2) 위에서 아래로(looking down)

3) 오른쪽(s)에서 왼쪽(p)으로(looking port)

4) 특이사항은 화살표 및 기호로 방향을 지시한다.

(나) 도시 기준

1) 도면상 일반배치는 선수가 우측 또는 위쪽으로 향하게 도식한다.

2) 중심선(C.L) 좌․우 대칭선박은 횡단면의 좌현(P)만을 도식한다.

3) 도시하는 도면에는 plan, elevation, section, 화살표 도시가 있으며 plan은 위에서 아래로, elevation은 오른쪽에서 왼쪽으로, section은 선미에서 선수 방향으로 본 상태를 도식한다.

4) PLAN 도면은 위에서 아래로 본 단면을 나타내며, 각종 DECK, STR 등이 해당된다.

5) 종단면은 우측에서 좌측으로 본 단면을 나타낸다.

6) 횡단면을 도시하는 방법은 선미 쪽에서 선수 쪽으로 본 단면을 나타내며, 대칭이면 좌현만을 도식한다.

7) plan, elevation, section 등으로 도시가 곤란한 방향의 단면을 나타내고자 할 때는 화살표로써 보는 방향을 도시한 후에는 sec 등으로 나타낸다. 최근 3D 설계 시에는 ISO view 등으로 표기할 수 있다.

8) 모든 치수는 mould line을 원칙으로 한다

9) 다른 부재와 연관되어 한정되는 곳이 아니면, mould line이 아닌 부재 자체의 크기를 표기한다.

 

 

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알루미늄 레저 선박 생산 공정 Part.4 알루미늄 소재 성형 (1) 

전반적인 생산 공정 알루미늄 소재성형을  위한 1단계 정보에 대해 알아보았습니다.

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출처 
「알루미늄선박의 건조 단위공정별 작업표준에 대한 고찰 - 강병재 (2005)」

 「알루미늄합금제 연안소형어선의 설계 및 건조공법 연구 - 구현모 외 2명(2007).」
『Journal of the Korea Ship Safety Technology Authority』.