△왼쪽부터 정영진 과장, 김하근 책임, 최상구 책임

현대중공업이 개발한 `저변형 용접기술에 의한 초대형 극후판 강구조물`이 2018년 제52주 차 IR52 장영실상을 수상했다. 

초대형 극후판 강구조물은 프랑스 카다라슈에 건설 중인 `국제핵융합건설로(ITER)`의 초전도자석을 보호하는 장치다. 후판은 철강으로 만든 두꺼운 강판인데 두께가 10㎜ 이상이면 극후판이라고 부른다. 현대중공업이 개발한 극후판 강구조물 1세트 폭과 높이는 각각 9m, 16.5m에 달한다.

무게는 180t이고 두께는 최소 100㎜다. 초전도자석구조물은 치수 정밀도 1㎜ 이하를 요구하는 정밀한 제작 공정이 필요하다. 현대중공업 연구진은 용접할 때 용접 대상물의 변형을 방지하는 변형제어 기술과 생산성 향상을 위한 자동용접 기술을 개발해 품질 확보와 용접 자동화를 확대하는 데 성공했다. 

핵융합 반응을 일으키려면 1억도에 가까운 초고온 플라스마를 오랜 시간 유지해야 한다. 이때 이처럼 높은 온도의 플라스마를 견딜 수 있는 소재가 없는 만큼 과학자들은 초전도자석을 이용해 플라스마를 공중에 띄워 핵융합 반응을 이끌어내는 아이디어를 내놨다. 한국, 미국, 일본, 유럽연합(EU) 등이 참여하는 ITER 역시 이 같은 방식의 핵융합로다. 플라스마를 띄우기 위해 가장 중요한 장치가 바로 초전도체이고 초대형 극후판 강조구조물이 초전도체를 덮어 플라스마의 뜨거운 온도에서 초전도자석을 보호하는 기능을 한다. 그런데 통상적으로 극후판에 한쪽 방향으로 용접을 하게 되면 구조물에 과다 변형이 일어나 정밀도를 확보하는 게 불가능하다. 그래서 외국 업체들은 양면용접 기술을 적용해 용접 시 나타나는 변형을 최소화하고 있다. 하지만 양면용접 기술은 오랜 시간이 걸리고 한쪽 면은 사람이 직접 용접을 해야 하는 만큼 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.

이 같은 한계를 극복하기 위해 현대중공업 연구진은 두 강판을 용접할 때 각도를 조절하는 방식을 고안했다. 연구진에 따르면 두 강판을 `U` 자형으로 붙이고 이 각도를 `5도`로 유지해 용접하면 한쪽에서 용접을 해도 정밀한 제어가 가능한 것을 확인했다. 극후판 용접에 적용할 수 있는 자동용접장치도 개발했다. 김하근 현대중공업 책임연구원은 "경쟁사 대비 2배 이상 생산성을 향상하기 위해 초대형 극후판 구조에 적용할 수 있는 자동용접장비를 개발했다"며 "특히 초전도자석구조물은 대부분 형상이 곡면 구조로 돼 있는데 곡면에 능동적으로 대응 가능하고 용접 토치와 구조물 간 분석을 통해 최적화된 토치 설계를 수행함으로써 용접 자동화율을 극대화했다"고 말했다.