[Tech 스토리] 철을 잘못 용접하면..."목숨을 잃게 될 겁니다"

기사입력 : 2020년11월08일 07:53

최종수정 : 2020년11월08일 07:53

車·선박·가전제품·아파트 등 철 붙일 때 '용접'
재료 성질과 용접 방법에 따라 안전성 변화
성수대교·해양구조물 붕괴 등 이음매 용접 불량
포스코, 세계 최장 현수교에 용접 솔루션 제공

[편집자주] 기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 'Tech 스토리'라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 '힙(hip)' 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다.

[서울=뉴스핌] 김기락 기자 = #1 10년 전쯤 자동차에 머플러가 녹슬어 교환하기 위해 서울 장안동을 찾았습니다. 장안동은 중고차 매매단지부터 카센타, 부품점, 용품점, 타이어점, 중고부품, 재활용 부품 등이 다 모여있습니다.

이 가운데 '머플러의 장인'이라고 불리는 분을 찾아갔습니다. "머플러를 교환하려면 20만원 정도 들텐데, 내가 수리하면 2만원이면 돼", "어떻게 수리하는 건데요?"라고 물으니 퉁명스러운 말투로 "할꺼야 말꺼야"라는 답이 돌아왔습니다. 밑져야 수업료 2만원이라는 생각에 맡겼습니다.

놀랍더군요. 머플러의 부식된 부분만을 정교하게 오려내 그 부분에 새 철을 붙이더군요. 용접된 부분이 얼마나 강했는지 망치로 쳐도 끄덕 없었습니다. 그후 5~6년을 타도 머플러 문제가 없었고 차를 좋은 값에 팔았습니다. 머플러의 장인이라기 보다 '용접의 달인'이었죠.

#2 나무 젓가락 하나 정도는 쉽게 부러뜨릴 수 있습니다. 그런데 수십개 있다면 어떨까요? 부러뜨리기가 어렵습니다. 아무리 약한 나무 젓가락도 여러 개 모이면 일정한 힘에 대해 버티는 강성이 생기기 때문입니다. 튼튼해진다는거죠.

우리가 타는 자동차와 바다 위의 엄청난 크기의 배, 아파트는 물론 휴대폰처럼 작은 전자 제품에도 제조사의 품질 기준에 적합한 강성이 필요합니다. 이를 위해 철을 붙여야 하는 데 이 과정에서 필수 작업이 바로 용접입니다.

"지지직...퍽" 새로 짓는 아파트 등 건설 현장에서 용접하는 모습을 볼 수 있습니다. 보호 안경을 쓰고 철과 철을 붙이기 위해 지지는 겁니다. 불꽃이 튀기고, 하얀 연기도 올라오죠. 냄새는 그다지 좋지 못합니다. 사람이 용접하는가 하면 완성차 제조사에서는 로봇이 하기도 합니다.

여러 개의 로봇이 차체를 동시에 용접하는 데 BMW 독일 뮌헨 공장의 경우 12개의 로봇이 1분 만에 120곳을 용접할 만큼 굉장한 솜씨를 갖고 있습니다. 60초에 120번 이상의 불꽃이 튀는 데 그 모습이 현란할 정도여서 탄성이 나올 만합니다.

[서울=뉴스핌] 김기락 기자 = 용접하는 모습 [사진=게티이미지뱅크] 2020.11.06 peoplekim@newspim.com

이 같은 용접은 비교적 이음 구조가 간단하고 재료나 작업 공수의 절감이 가능해 경제적이라는 장점이 있습니다. 또 이음 효율이 좋고, 두께 제한도 없죠. 특히 철은 금속 중에서도 용접하기 가장 좋은 금속이에요. 때문에 철과 용접은 뗄레야 뗄 수 없는 관계입니다.

하지만 열을 가하는 작업인 탓에 재료의 성질이 변하고, 변형이 생겨 용접 과정에서 사고가 날 수 있습니다. 현대차 등 자동차 공장 및 조선소 등에서는 용접 대상 물체의 무게가 매우 무겁기 때문에 넘어지거나 사람과 충돌하면 큰 사고가 발생할 수 있습니다.

만약 용접 만큼 강하게 붙일 수 있는 방법이 나온다면 아마 용접 과정은 사라질 수 있을텐데 아직까지 그런 접착제가 나오지 않은 것을 보면, 아마도 지구상에 철이 있는 한 용접은 영원할 것 같습니다.

◆ 용접 불량 등 구조물 붕괴에 성수대교 참사

용접이 부실하다면 어떻게 될까요? 용접 부실은 대부분 대형사고로 이어지는 경우가 많습니다. 구조물이 붕괴된 사건들을 살펴보면 주원인으로 용접 불량이 꼽힙니다.

1994년에 발생한 성수대교 붕괴사고가 대표적입니다. 교량 상판을 떠받치는 철제 구조물의 연결 이음매 용접 불량으로 다리가 무너져 32명이 목숨을 잃었습니다. 완공된 지 불과 15년밖에 되지 않은 다리에서 믿을 수 없는 참사가 벌어졌습니다.

또 1980년 3월 북해에서 석유 노동자들을 위한 해양구조물(반잠수식 RIG)이 붕괴돼 123명의 목숨을 앗아갔습니다. 이 역시 용접 불량 등으로 인해 플랫폼 한쪽 다리에 균열이 생겼기 때문입니다. 그날 저녁 북해에 강풍이 있었지만 6m 높이 파도로 참사가 일어날 것이라고는 아무도 생각하지 못했다고 합니다.

벽을 지탱하는 구조물, 구조물을 이루는 철, 그리고 철을 잇는 용접이 그 만큼 중요하다는 얘기입니다. 철이 벽 보다 중요해서인지는 몰라도 '철벽' 수비라는 말도 있지 않습니까. 벽철 수비는 못 들어봤습니다.

포스코는 철강 제품 외에도 다양한 용접 기술을 연구하고 있습니다. 자동차, 선박 등 고객사와 협력해 그 제품에 가장 적합한 용접 솔루션을 제공하는 것입니다. 포스코가 철을 가장 잘 알고 있는 만큼 철을 이어주는 용접 특성에 대해서도 가장 잘 알고 있다고 합니다.

[서울=뉴스핌] 김기락 기자 = 2019년 11월 미국 시카코에서 열린 북미 국제가공용접전시회(FABTECH 2019)에서 포스코와 고려용접봉(KISWEL)이 공동개발한 자동차용 초고강도 도금강판 용접솔루션인 '포스젯(PosZETTM) 시연회'에 관람객들이 참관하고 있다. [사진=포스코] 2020.11.06 peoplekim@newspim.com

우선 튼튼하면서도 가벼운 철을 생산하고 있어요. 보통 철이 얼마나 단단한지 말할 때 '인장강도'라는 표현을 쓰는데. 인장강도는 철을 양쪽으로 잡아당겼을 때 얼마나 견딜 수 있는지를 뜻합니다.

특히 자동차에 들어가는 포스코의 '기가스틸'은 최대로 견딜 수 있는 인장강도가 1000 Mega Pa이에요. 가로 10㎝, 세로 15㎝ 크기의 기가스틸이 1톤(t) 가량의 소형차 1500대를 올려놓아도 견딜 수 있다고 합니다.

또 컨테이너선은 화물을 많이 적재해야 하기 때문에 배의 윗부분이 개방돼 있습니다. 윗부분이 무거울수록 선체 구조의 불안전성이 커지게 됩니다. 이를 보완하기 위해 선체 하부에서 상갑판부(Upper deck)로 갈수록 두껍고 강한 강재를 사용하는 것과 동시에 균열이 생기지 않도록 특수한 방법으로 용접한다고 합니다.

◆ 세계 최장 현수교에 포스코 용접 솔루션 적용

이렇게 튼튼하면서도 가벼운 철을 붙이기 위한 용접 기술도 포스코에서 개발하고 있습니다.

일명 레이저 용접기술. 이는 고밀도로 집속된 레이저 빔을 쏘아서 용접하는 방식인데, 초고장력강판(AHSS), 마그네슙(Mg)합금, 알루미늄(Al)합금, 이종금속 접합부 등의 맞대기, 겹치기, 모서리 등 다양한 이음부에 적용 가능하다는 장점이 있습니다.

이러한 용접 방식은 제품의 생산 속도를 증가시키고, 용접 부위를 강하게 만듭니다.

그렇다면 서로 다른 두 소재를 튼튼하게 이을 수 있는 방법도 필요하겠죠? 포스코는 레이저뿐 아니라, 손바닥을 비빌 때 생기는 열과 같은 마찰 에너지, 초음파 등을 이용해 알루미늄, 마그네슘, CFRP(탄소섬유 강화플라스틱, Carbon Fiber Reinforced Plastics) 등을 철에 접합하는 기술도 개발하고 있습니다.

[서울=뉴스핌] 김기락 기자 = 터키 차나칼레 현수교 조감도. 터키 국기색을 상징하는 붉은 주탑의 높이는 318m다. [사진=대한토목학회지 '20.1월호·포스코] 2020.11.06 peoplekim@newspim.com

또 주목할 점은 포스코의 스틸 교량입니다. 대표적인 '차나칼레 대교'는 터키 북서부의 차나칼레(Çanakkale)라는 도시에 지어지고 있습니다. 대교 총 길이 3563m, 주탑 간 거리 2023m인 세계 최장의 현수교로 2023년께 탄생할 예정입니다.

그동안 사람들은 해협 반대편으로 이동하기 위해 30분~1시간마다 오는 배를 이용해야 했는데 대교가 완성되면 차로 8시간 돌아가야 하는 거리를 10여 분이면 갈 수 있게 됩니다.

사업비 30억 달러, 우리 돈 3조5000억원에 달하는 스케일에 강재 소요량이 12만8000t입니다. 해당 공사에도 포스코의 용접 솔루션이 적용돼 있습니다. 포스코는 2018년 교량 기둥에 해당하는 주탑에 들어가는 후판 3만5000t을 수주한 데 이어 데크용 후판 5만2000t, 케이블용 선재 4만1000t을 따냈습니다.

국내에서는 인천대교, 광안대교, 이순신 대교에 포스코 스틸이 적용돼 있습니다. 바다 위에 포스코 제품이, 바다 속에는 포스코의 용접 솔루션이 우리를 안전하게 지켜주는 것이죠.

녹슨 머플러는 용접의 달인을 만나지 못하더라도 새 제품으로 교환하면 되지만 우리가 매일 타는 자동차, 태평양을 가로지르는 선박 그리고 초고층 아파트 등에 용접 문제가 조금이라도 생긴다면 어떻게 되겠습니까? 또 교량이 잘못 된다면요?

"목숨을 잃게될 겁니다."

peoplekim@newspim.com

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김승연 회장, 시흥R&D캠퍼스 첫 방문 [서울=뉴스핌] 김아영 기자 = 김승연 한화그룹 회장이 지난해 5월 공식 출범한 한화오션 사업장을 처음 찾았다. 한화그룹은 김승연 회장이 20일 '한화오션 중앙연구원 시흥R&D캠퍼스'를 방문했다고 밝혔다. 김승연 회장(가운데)이 한화오션 시흥R&D캠퍼스를 방문해 임직원들과 오찬 후 기념촬영을 하고 있다. [사진=한화그룹] 현장을 둘러본 김 회장은 미국 등 글로벌 시장 선점을 위한 초격차 기술경쟁력 확보를 강조했다. 해양 탈탄소 시대를 선도할 그린십(Green Ship) 기술과 방산 기술 혁신으로 조선·해양 분야에서 지속가능한 글로벌 강자로 자리매김할 것을 주문한 것이다. 이날 행사에는 김동관 한화그룹 부회장과 김희철 한화오션 대표이사, 손영창 한화오션 제품전략기술원장도 참석했다. 김승연 회장과 김동관 부회장이 한화오션 시흥R&D캠퍼스의 상업용 세계 최대 공동수조를 방문해 시연을 지켜보고 있다.[사진=한화그룹] 한화오션 시흥R&D캠퍼스는 상업용 세계 최대 규모의 공동수조와 예인수조, 국내 유일의 음향수조 등 첨단 시험 설비를 갖추고 있다. 이를 통해 조선·해양·방산 분야 친환경 초격차 기술 개발을 선도하는 핵심 연구 거점이다. 기술 리더십의 중요성을 강조해온 김승연 회장이 시흥R&D캠퍼스를 찾은 이유이기도 하다. 김승연 회장은 먼저 공동수조(Cavitation Tunnel)를 방문해 연구진의 시연을 지켜봤다. 상업용 세계 최대 규모의 한화오션 공동수조는 길이 62m, 높이 21m의 대형 터널로, 최대 출력 4.5MW 모터와 3600톤의 물을 통해 최대 15m/s의 유속을 형성할 수 있다. 특히, 선박의 추진력을 높이고 수중 방사 소음을 줄이는 연구 성과는 함정의 은밀성과 생존성을 강화하는 방산 기술 개발에도 활용되고 있다. 예인수조를 방문한 김 회장은 임직원들과 함께 수조 내 모형선을 끄는 예인전차에 탑승해 고품질 선박 성능 시험을 참관했다. 한화오션의 예인수조는 길이 300m·폭 16m, 담수량 3만3,600톤으로 세계 최대 규모 최신 시설을 자랑한다. 상선, 함정 등 다양한 선박의 저항, 운동, 조종 성능 등에 맞춤식으로 시험할 수 있다. 김승연 회장이 한화오션 시흥R&D캠퍼스 예인수조를 둘러본 후 임직원들과 기념사진을 촬영하고 있다. [사진=한화그룹] 김 회장은 이 날 임직원들과 함께한 자리에서 "여러분은 한화그룹의 자산이자 대한민국 산업의 자산"이라며 "대한민국의 국익과 국격에 기여한다는 뜨거운 사명감을 갖고 연구에 임해주기 바란다"고 당부했다. 이어 "더 밝게 빛날 한화의 미래에 조선해양 부문이 가장 앞에 서 있을 것을 믿어 의심치 않는다"며 "한화 가족 모두는 우리 그룹의 일원으로서 함께 나아갈 한화오션의 미래에 큰 기대를 가지고 있다. 여러분이 가진 무한한 잠재력과 기술 역량으로 새 시대를 선도해 나가길 바란다"고 덧붙였다. 김승연 회장은 3D 프린팅 기술을 활용해 동일한 형상으로 축소된 프로펠러 모형을 제작하여 다양한 성능을 예측·평가하는 모형제작워크샵에 대한 설명도 들었다. 이곳에서 김승연 회장은 한화오션이 수출형 모델로 독자 개발한 2000톤급 잠수함 모형에 'K잠수함 수출로 글로벌 No.1 도약을 기원합니다'라고 적고 친필 서명하며 해외 수출 성공을 기원했다. 한화오션의 2000톤급 잠수함은 현존하는 디젤 잠수함 중 최고로 평가 받는 장보고-III 플랫폼에 기반해 자체 개발한 중형급 잠수함으로 최신 기술과 다양한 요구사항을 적용한 모델이다. 김승연 회장은 직원 식당에서 임직원들과 오찬도 함께 했다. 김승연 회장이 한화오션 시흥R&D캠퍼스를 방문해 임직원들에게 격려의 메시지를 전하고 있다. [사진=한화그룹] 김 회장은 이 날 한화오션 임직원들에게 "한화는 여러분들이 마음껏 연구 역량을 펼칠 수 있도록 거친 파도를 막아주는 든든한 방파제가 될 것"이라며 굳건한 신뢰의 뜻을 전했다. 한화오션은 시흥R&D캠퍼스의 첨단 인프라를 바탕으로 지속 가능한 해양 솔루션을 개발하고 미래 해양 산업의 변화를 주도하는 글로벌 오션 솔루션 프로바이더로 도약하기 위한 행보를 이어갈 예정이다. aykim@newspim.com 2024-11-20 15:33