전자빔 용접은 고진공(10⁻³~10⁻⁵ Pa) 환경에서 가속된 고에너지 전자빔(5~150 keV)을 공작물에 조사해 운동에너지를 열에너지로 변환, 극소 영역을 순간 용융·접합하는 고에너지 빔 용접법입니다. 1958년 독일 K.H. 슈타인발 개발. 극심한 깊이/폭비(10:1~30:1), 최소 열영향부, 초고순도 용접부로 항공우주, 원자력, 의료, 반도체 핵심 부품에 필수적입니다.
열전자 방출(텅스텐/탄탈럼 음극, 2,500°C) → 전계 가속(5~150 kV) → 전자빔 형성 → 전자렌즈(자기장)로 집속(스팟 지름 0.1~1mm) → 편향 코일로 빔 제어 → 공작물 충돌 → 운동에너지→열에너지 변환 → 키홀 형성 → 깊은 관입 용접.
빔 전류 제어(펄스/연속), 전압 안정도 < 0.1%. 빔 파워 = 전압 × 전류 (수 kW~100 kW급).
직열 음극(텅스텐/탄탈륨), 바이어스 전극(빔 전류 제어), 양극(가속). 빔 퍼브(perveance) 설계로 전압-전류 특성 결정.
응집 렌즈(집속), 편향 코일(빔 스캐닝/위치 제어). 빔 지름·위치 마이크로미터 정밀 제어.
3~5축 CNC 매니퓰레이터로 공작물 정위치·동기 이동. 고정구로 열변형 최소화.
오일 확산 펌프/터보 분자 펌프 + 로터리 베인 펌프. 압력 10⁻³~10⁻⁵ Pa 유지. 대형 챔버(수 m³) 펌프다운 시간 수십 분.
EBW는 '진공 속의 레이저'라 불릴 만큼 극한 정밀도와 관입력을 자랑합니다. 레이저 용접과 함께 고에너지 빔 용접 양대 산맥을 이루며, 진공 환경이 허용되는 고부가가치 정밀 접합에서 대체 불가능한 위치를 지킵니다. 최근에는 로컬 진공(노즐식), 저진공(10~100 Pa) EBW, 레이저 하이브리드 등으로 진공 제약 완화 및 장비 소형화 연구가 활발합니다.
제조공정
압출(Extrusion) 공정이란? 압출은 빌릿/잉곳에 압축력을 가해 다이를 통과시켜 단면적 감소·형상 부여하는 공정입니다. 인발(인장)과 대조적으로 압축 응력 주체로, 단일 패스 대변형(압출비 10~100:1) 가능. 알루미늄 프로파일, 강관, 플라스틱, 세라믹, 식품까지 전소재 적용. 금속 성형의 스위스 아미 나이프라 불립니다. 압출 공정: 컨테이너-빌릿-다이-플런저 시스템 작동 원리 빌릿(표준 단면/길이) 준비: 열간 시 가열로(400~500°C Al, 1100~1250°C 강) 압출 프레스(수평/수직)에 빌릿 로드
큐폴라 용해로(Cupola Furnace)는 코크스(Coke) 연소열로 주철(Pig iron, Scrap iron)을 연속 용해하는 수직 원통형 용해로입니다. 주조 공장의 심장으로 150년 이상 주철 대량 용해의 표준 설비였으나, 최근 유도로(Induction furnace) 전환이 가속화되고 있습니다. 이미지 출처 큐폴라 용해로 구조 (Construction) 쉘(Shell): 강판 원통 + 내화 벽돌/플라스틱 내화물 라이닝. 하부 점토/모래 바닥 라이닝(일회용) 탭 홀(Tap hole) & 슬래그 홀(Slag hole
