유틸리티 및 건설 산업에서는 장비 가동률(Uptime) 이 곧 프로젝트 수익성과 직결됩니다.
케이블 매설, 배관 공사, 지중 인프라 시공에 사용되는 트렌처(Trencher) 와 휠쏘(Wheel Saw) 는 좁고 깊은 굴착 작업을 수행하기 위해 설계된 장비로, 암석·마모성 토양·지하 이물질 등 매우 혹독한 작업 환경에서 운용됩니다.
이 장비의 핵심 절삭 부위인 커팅 휠(Cutting Wheel) 은 지속적인 충격과 마모를 직접 받으며, 휠을 구성하는 세그먼트(Segment) 는 대표적인 고소모성 부품입니다.
기존 유지보수 방식은 고가의 교체 부품을 구매하고, 교체 기간 동안 발생하는 다운타임을 감수하는 구조였습니다. 그러나 최근 업계는 단순 복원이 아닌, 기존 부품의 성능까지 향상시키는 첨단 보수 공정으로 빠르게 전환하고 있습니다.
1. 마모 메커니즘과 부품 열화 문제
이번 사례의 대상 부품은 트렌처 커팅 휠의 핵심 구성품인 트렌처 세그먼트입니다.
일반 작업 환경에서 세그먼트는 강한 마찰과 충격을 지속적으로 받으며, 절삭 형상이 빠르게 손상됩니다.
표면 보호층이 마모되면 내부 모재(Base Metal)가 급격히 닳기 시작하고, 결국 다음과 같은 문제가 발생합니다.
– 절삭 성능 급격한 저하
– 굴착 효율 감소
– 세그먼트 파손 위험 증가
– 장비 전체 작업성 저하
기존 표준 강재 세그먼트는 마모성이 강한 지반 환경에서 장시간 사용 시 빠르게 성능이 저하됩니다.
따라서 현장 운영자는 다음 두 가지 사이에서 늘 선택해야 했습니다.
– 빈번한 부품 교체에 따른 높은 비용
– 마모된 장비 운용으로 인한 생산성 저하
이 때문에 내마모성을 강화하면서도 구조적 강도를 유지하는 보강 솔루션이 반드시 필요했습니다.
2. 하드페이싱 공정에서의 금속학적 제어
마모 저항층을 표면에 형성하는 하드페이싱(Hardfacing) 은 오래전부터 사용된 기술입니다. 그러나 이를 정밀하게 적용하는 것은 전혀 다른 문제입니다.
기존 아크 용접 방식은 열입력이 높아 희석(Dilution) 문제가 자주 발생합니다.
희석이란 모재가 코팅층과 함께 녹아 들어가면서, 하드페이싱 소재의 성능이 약화되는 현상을 의미합니다.
즉,
– 코팅층 경도 저하
– 내마모성 감소
– 탄화물 성능 저하
또한 기존 공정은 열 분포가 일정하지 않아 다음 문제가 발생할 수 있습니다.
– 박리(Spalling)
– 균열(Cracking)
– 수리 부위 조기 파손
이번 프로젝트의 목표는 니켈 기반 매트릭스에 주조 텅스텐 카바이드가 포함된 NICARBW-LD 소재를 사용하여, 고밀도·균일 코팅층을 형성하는 것이었습니다.
핵심 목표는 다음과 같았습니다.
– 낮은 희석률 확보
– 텅스텐 카바이드 특성 유지
– 균열 없는 금속 결합층 형성
– 복잡 곡면 형상 정밀 코팅
3. Meltio를 활용한 클래딩(Cladding) 적용 방식
Welding Alloys와 협력하여 Meltio는 와이어-레이저 금속 적층 방식으로 2층 하드페이싱 공정을 수행했습니다.
사용 장비는 Meltio Engine Robot Integration 시스템으로, 트렌처 세그먼트의 곡면 형상에 대응하기 위해 6축 로봇 적층 제어가 적용되었습니다.
[적용된 5단계 클래딩 프로토콜]
1) 부품 평가 및 표면 준비
– 세그먼트 표면의 산화 상태를 점검하고, Meltio 멀티레이저 기능으로 레이저 클리닝 공정을 수행했습니다. 일부 구간에서는 기계 연마 없이도 표면 정리가 가능했습니다.
2) 디지털 복원
– 손상 부위를 기준으로 부품을 스캔하고, 리버스 엔지니어링을 통해 정확한 3D 메쉬 데이터를 생성했습니다.
3) 기준점 정렬
– 로봇 시스템 특성상 일반적인 센터링 방식이 어려워, 지그 위에 3개의 기준점을 설정해 좌표 기준을 구성했습니다.
4) 캘리브레이션
– 3-Point Calibration Method를 통해 실제 좌표값을 Meltio Space에 입력하여 디지털 경로와 실제 부품 위치를 정확히 일치시켰습니다.
5) 적층 실행
– NICARBW-LD 와이어를 사용해 하드페이싱 적층을 수행했으며, 용융풀 산화를 방지하기 위해 100% 아르곤 가스를 사용했습니다.
4. 금속학적 완성도와 운영 효율 향상
이번 Laser Metal Deposition(LMD) 적용 결과는 기존 하드페이싱 방식 대비 명확한 성능 향상을 보여주었습니다.
5. 결론
이번 사례는 와이어-레이저 금속 3D프린팅이 중장비 유지보수를 위한 산업용 수준의 실질적 솔루션임을 보여줍니다.
Meltio Engine의 정밀성과 로봇 자동화의 유연성을 결합함으로써, 토목·건설 기업은 단순 수리를 넘어 부품 성능 강화 전략(Component Enhancement) 을 실행할 수 있게 되었습니다.
즉, 현장으로 복귀하는 부품은 단순히 원상복구된 것이 아니라,
– 더 강하고
– 더 오래 사용 가능하며
– 더 낮은 유지비를 제공하는 부품
으로 재탄생합니다.
Welding Alloys와의 협업은 NICARBW-LD와 같은 고급 내마모 소재를 정밀 레이저 적층과 결합함으로써, 현장 하드페이싱 성능의 새로운 기준을 제시했습니다.
