와이어 아크 적층 제조(WAAM, Wire Arc Additive Manufacturing)는 산업용 하중 지지 구조물 분야에서 점점 더 많이 채택되고 있습니다. 소재 포트폴리오를 더욱 확장하기 위해 MX3D는 까다로운 환경인 해양, 해상 구조물, 에너지 및 화학 공정 산업을 대상으로 WAAM 공정에 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강(ER2594)을 성공적으로 검증했습니다. 본 테스트에 사용된 와이어는 파트너사인 NovaMetal에서 공급되었습니다.
This is the title
생산 적용 가능성을 확인하기 위해 MX3D는 벨기에 용접 연구소(BWI)와 협력하여 광범위한 자격 검증 프로그램을 수행했습니다. 해당 프로그램에는 5 mm 및 50 mm WAAM 출력 시편을 대상으로 한 굽힘 시험, 인장 시험, 충격 시험, 그리고 방사선 검사(Radiographic Inspection)가 포함되었습니다.
굽힘 시험: 얇은 및 두꺼운 단면에서의 연성 확인
굽힘 시험은 ASME BPVC Section IX 기준에 따라 수행되었습니다.
- 5 mm와 50 mm 시편 모두 표준에서 요구하는 연신 조건을 적용하여 180° 굽힘 시험을 실시했습니다.
- 육안 검사 결과 모든 시편에서 균열이나 표면 결함이 발견되지 않았습니다.
이 결과는 두꺼운 WAAM 슈퍼 듀플렉스 부품에서도 **일관된 연성과 안정적인 적층층 간 결합(interlayer bonding)**이 확보되었음을 확인합니다.
This is the title
인장 시험: 강도 및 연신율 검증
인장 시험은 ISO 6892-1 (Method A) 기준에 따라 수행되었으며, 시험편은 WAAM 적층 방향에 수직 방향으로 채취되었습니다.
- 5 mm 시편의 결과는 다음과 같습니다.
항복강도: 약 550 MPa
인장강도: 약 760 MPa
연신율: 30% 이상 - 50 mm 시편에서는 더욱 높은 강도가 나타났습니다.
항복강도: 약 580 MPa
인장강도: 최대 850 MPa
연신율: 약 35%
모든 결과는 허용 기준을 충족했으며, 두께에 관계없이 안정적인 기계적 성능을 보여주었습니다.
거시 및 미세 조직 검사
미세 조직 검사를 통해 균일한 듀플렉스 미세 조직이 확인되었으며, 비정상적인 상(phase)이나 층간 결함은 발견되지 않았습니다. 이는 WAAM 공정이 안정적으로 수행되었음을 보여주며, 측정된 기계적 성능을 뒷받침합니다.
5 mm
This is the title
50 mm
This is the title
충격 시험: 요구 기준을 크게 상회하는 인성
샤르피 V-노치(Charpy V-Notch) 충격 시험은 ASTM SA-370 및 ASME BPVC Section IX 기준에 따라 –40 °C에서 수행되었습니다.
- 요구되는 최소 충격 에너지는 27 J였습니다.
측정된 값은 다음과 같습니다.
약 94 J ~ 158 J
평균값 100 J 이상 - 대표 값 119 J
이는 WAAM 소재가 요구 기준을 크게 초과함을 명확히 보여줍니다.
이 결과는 WAAM으로 제작된 슈퍼 듀플렉스 소재가 우수한 저온 인성을 가진다는 것을 입증합니다.
방사선 검사: 내부 품질 확인
얇은 단면과 두꺼운 단면 모두에 대해 방사선(X-ray) 검사가 수행되었습니다.
검사 결과 중대한 내부 결함은 발견되지 않았으며, 내부 품질은 주조 또는 단조 슈퍼 듀플렉스 부품과 유사한 수준으로 확인되었습니다.
This is the title
This is the title
산업용 WAAM 적용 의미
슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 성공적인 검증은 WAAM 공정이 고강도, 내식성, 그리고 우수한 인성을 가진 부품을 산업 규모로 생산할 수 있음을 보여줍니다.
기계적 시험과 검사에서 검증된 성능을 바탕으로 WAAM 슈퍼 듀플렉스는 다음 산업 분야에서 활용될 수 있습니다.
해양 산업
해상 구조물
에너지 산업
화학 공정 산업
이는 기존 제조 방식에 대한 강력한 대안 솔루션을 제공합니다.
