1. 개요

Joining은 두 개 이상의 부품을 하나의 구조 또는 기능 단위로 연결하는 제조 공정군이다. Primary Shaping이 원재료를 기본 형상으로 만들고, Forming이 재료를 변형시키며, Material Removal이 재료를 제거하여 정밀 형상을 완성한다면, Joining은 개별 부품을 결합하여 더 큰 구조, 조립체, 모듈, 장비를 완성하는 역할을 한다.

기계설계에서 Joining은 단순히 “붙이는 공정”이 아니다. 접합 강도, 열변형, 잔류응력, 피로 수명, 부식, 분해 가능성, 밀봉성, 청소성, 검사 가능성, 유지보수성까지 함께 고려해야 하는 중요한 제조 판단이다.

대표적인 Joining 공정은 다음과 같다.

• 용접

• 브레이징

• 솔더링

• 접착

• 리벳 접합

• 볼트 체결

• 핀 접합

• 클램프 접합

• 압입

• 크림핑

• 스냅핏

• 인서트 접합

Joining은 영구 접합과 분해 가능한 접합을 모두 포함한다. 용접, 브레이징, 접착, 리벳은 일반적으로 영구 접합에 가깝고, 볼트, 핀, 클램프는 분해 가능한 접합에 가깝다. 따라서 설계자는 부품을 단순히 연결할 것인지, 나중에 분해와 교체가 가능해야 하는지 먼저 판단해야 한다.

2. Joining의 역할

Joining의 핵심 역할은 개별 부품을 기능적으로 하나의 구조로 통합하는 것이다.

하나의 제품은 대부분 단일 부품으로 만들어지지 않는다. 프레임, 커버, 하우징, 샤프트, 브래킷, 배관, 센서 브라켓, 모터 마운트, 가이드, 씰링 구조 등 여러 부품이 서로 연결되어 최종 기능을 수행한다. 이때 Joining은 부품 사이의 힘, 위치, 운동, 밀봉, 전기적 연결, 유지보수 구조를 결정한다.

Joining의 역할은 다음과 같이 정리할 수 있다.

• 여러 부품을 하나의 구조로 결합한다.

• 대형 구조물을 분할 제작 후 통합한다.

• 서로 다른 재료를 연결한다.

• 하중을 전달하는 구조를 만든다.

• 밀봉 또는 기밀 구조를 만든다.

• 분해와 유지보수가 가능한 구조를 만든다.

• 제조, 운송, 조립의 제약을 해결한다.

• 제품의 강도, 강성, 정밀도, 수명에 영향을 준다.

예를 들어 대형 기계 프레임은 주로 용접으로 제작한 뒤 기준면을 후가공한다. 커버류는 볼트 체결 또는 클램프로 고정하여 유지보수가 가능하게 만든다. 식품기계의 접액부는 틈새를 줄이기 위해 용접과 연마를 적용할 수 있지만, 세척을 위해 분해가 필요한 부위는 클램프나 위생용 체결 구조를 선택해야 한다.

3. Joining의 기본 원리

Joining은 부품 사이에 기계적, 금속학적, 화학적, 물리적 결합을 형성하는 공정이다.

기본적인 접합 방식은 다음과 같이 나눌 수 있다.

기본적인 Joining 공정 흐름은 다음과 같다.

부품 준비
→ 접합면 가공 또는 세정
→ 위치 결정
→ 고정 또는 지그 세팅
→ 접합 공정 수행
→ 냉각, 경화 또는 체결 안정화
→ 후처리
→ 검사

부품 준비
→ 접합면 가공 또는 세정
→ 위치 결정
→ 고정 또는 지그 세팅
→ 접합 공정 수행
→ 냉각, 경화 또는 체결 안정화
→ 후처리
→ 검사

Joining에서 중요한 공통 요소는 다음과 같다.

• 접합면이 정확히 맞아야 한다.

• 접합 중 부품 위치가 유지되어야 한다.

• 열변형 또는 체결 변형을 고려해야 한다.

• 접합부가 하중을 전달할 수 있어야 한다.

• 접합부의 검사와 품질 확인이 가능해야 한다.

• 필요한 경우 분해와 유지보수가 가능해야 한다.

• 접합부가 부식, 오염, 누설의 원인이 되지 않아야 한다.

4. 대표 공정 분류

Joining은 접합 방식과 분해 가능성에 따라 여러 공정으로 나눌 수 있다.

이 공정들은 모두 부품을 연결하지만, 설계 기준은 서로 다르다. 용접은 강도와 열변형이 중요하고, 볼트 체결은 체결력과 풀림 방지가 중요하다. 접착은 표면 전처리와 접착 면적이 중요하며, 압입은 간섭량과 조립 하중이 중요하다.

5. 용접, Welding

용접은 열, 압력 또는 두 가지를 함께 사용하여 금속 부품을 접합하는 공정이다. 모재를 녹여 직접 접합하거나, 용가재를 추가하여 접합부를 형성한다.

대표적인 용접 방식은 다음과 같다.

• 아크 용접

• TIG 용접

• MIG 용접

• MAG 용접

• 스폿 용접

• 레이저 용접

• 플라즈마 용접

• 저항 용접

• 마찰 용접

• 초음파 용접

용접의 장점은 다음과 같다.

• 강한 영구 접합을 만들 수 있다.

• 대형 구조물 제작에 적합하다.

• 프레임, 탱크, 배관, 브래킷 제작에 널리 사용된다.

• 볼트나 리벳보다 외관이 단순할 수 있다.

• 밀봉 구조를 만들 수 있다.

용접의 한계는 다음과 같다.

• 열변형이 발생한다.

• 잔류응력이 남는다.

• 용접부 품질 편차가 발생할 수 있다.

• 후처리와 검사가 필요하다.

• 분해가 어렵다.

• 정밀 기준면은 용접 후 후가공이 필요할 수 있다.

설계자가 고려해야 할 항목은 다음과 같다.

• 용접 방식

• 용접부 형상

• 용접 길이

• 용접 순서

• 열변형

• 잔류응력

• 용접 접근성

• 용접 지그

• 후가공 기준면

• 비파괴 검사 가능성

• 용접 후 연마 또는 표면처리

용접 설계에서는 용접부가 하중을 어떻게 전달하는지 이해해야 한다. 단순히 용접 길이를 늘리는 것보다 하중 방향, 응력 집중, 용접부 위치, 변형 방향을 고려하는 것이 중요하다.

용접 설계
→ 하중 방향 검토
→ 용접부 위치 결정
→ 변형 방향 예측
→ 용접 순서 설정
→ 후가공 기준 확보

용접 설계
→ 하중 방향 검토
→ 용접부 위치 결정
→ 변형 방향 예측
→ 용접 순서 설정
→ 후가공 기준 확보

6. TIG, MIG, 스폿, 레이저 용접

6.1 TIG 용접

TIG 용접은 텅스텐 전극과 보호가스를 사용하여 정밀한 용접을 수행하는 방식이다. 스테인리스, 알루미늄, 얇은 판재, 위생 배관 용접에 많이 사용된다.

TIG 용접의 특징은 다음과 같다.

• 용접 품질이 우수하다.

• 얇은 재료와 정밀 용접에 적합하다.

• 스테인리스 용접에 많이 사용된다.

• 작업자 숙련도에 크게 의존한다.

• 속도는 MIG 용접보다 느릴 수 있다.

식품기계에서는 스테인리스 접액부, 슈트, 호퍼, 위생 배관, 탱크류에 TIG 용접이 많이 사용된다.

6.2 MIG, MAG 용접

MIG/MAG 용접은 와이어 용가재를 연속 공급하면서 아크로 용접하는 방식이다. 생산성이 높고 구조물 제작에 적합하다.

주요 특징은 다음과 같다.

• 용접 속도가 빠르다.

• 두꺼운 구조물에 적합하다.

• 자동화가 가능하다.

• 스패터가 발생할 수 있다.

• 용접 후 후처리가 필요할 수 있다.

6.3 스폿 용접

스폿 용접은 두 판재를 전극 사이에 놓고 전류와 압력을 가해 국부적으로 접합하는 방식이다.

주요 특징은 다음과 같다.

• 판재 대량 생산에 적합하다.

• 자동차 차체와 박판 구조에 많이 사용된다.

• 빠른 반복 생산이 가능하다.

• 접합 위치와 전극 접근성이 중요하다.

6.4 레이저 용접

레이저 용접은 고밀도 레이저 에너지를 이용하여 좁고 깊은 용접부를 형성하는 방식이다.

주요 특징은 다음과 같다.

• 열영향부가 작다.

• 정밀 용접이 가능하다.

• 자동화에 적합하다.

• 장비 비용이 높다.

• 접합 간격 관리가 중요하다.

7. 용접 설계 기준

용접 구조를 설계할 때는 단순히 용접 가능 여부만 판단해서는 안 된다. 용접 후 변형, 후가공, 검사, 조립까지 고려해야 한다.

주요 설계 기준은 다음과 같다.

7.1 용접 접근성

용접 토치나 전극이 접합부에 접근할 수 있어야 한다. 접합부가 깊은 내부에 있거나 간섭 구조가 있으면 용접 품질이 떨어질 수 있다.

7.2 용접 변형

용접은 국부적으로 높은 열을 가하기 때문에 수축과 변형이 발생한다. 특히 긴 프레임, 얇은 판재, 비대칭 구조에서는 변형이 커질 수 있다.

용접 열 입력
→ 국부 팽창
→ 냉각 수축
→ 잔류응력
→ 뒤틀림과 치수 변형

용접 열 입력
→ 국부 팽창
→ 냉각 수축
→ 잔류응력
→ 뒤틀림과 치수 변형

7.3 용접 순서

용접 순서는 변형량을 크게 좌우한다. 대칭 용접, 분산 용접, 지그 고정, 임시 용접을 통해 변형을 줄일 수 있다.

7.4 후가공 기준

정밀 기준면이 필요한 용접 구조물은 용접 후 가공을 전제로 설계해야 한다. LM 가이드 장착면, 베어링 장착면, 조립 기준면은 용접 후 밀링 또는 연삭이 필요할 수 있다.

7.5 용접부 검사

용접부는 외관 검사, 침투 탐상, 초음파 검사, 방사선 검사, 누설 검사 등으로 확인할 수 있어야 한다. 검사할 수 없는 용접부는 품질 보증이 어렵다.

8. 브레이징과 솔더링

8.1 브레이징, Brazing

브레이징은 모재를 녹이지 않고, 모재보다 낮은 융점을 가진 용가재를 녹여 부품 사이를 접합하는 공정이다.

브레이징의 장점은 다음과 같다.

• 이종 금속 접합에 유리하다.

• 복잡한 조립체를 한 번에 접합할 수 있다.

• 모재 손상이 적다.

• 얇은 부품 접합에 적합하다.

• 비교적 균일한 접합부를 만들 수 있다.

브레이징의 한계는 다음과 같다.

• 접합 강도는 용접보다 낮을 수 있다.

• 접합 간격 관리가 중요하다.

• 고온 사용 환경에서는 제한이 있을 수 있다.

• 플럭스 잔류물 제거가 필요할 수 있다.

브레이징은 열교환기, 배관, 초경 공구 팁, 이종 금속 접합, 정밀 조립체에 사용된다.

8.2 솔더링, Soldering

솔더링은 낮은 융점의 솔더를 사용하여 부품을 접합하는 공정이다. 주로 전기·전자 부품의 접합에 사용된다.

솔더링의 장점은 다음과 같다.

• 낮은 온도에서 접합 가능하다.

• 전기적 연결에 적합하다.

• 작은 부품 접합에 유리하다.

• 수리와 재작업이 가능할 수 있다.

솔더링의 한계는 다음과 같다.

• 기계적 강도는 제한적이다.

• 고온 환경에 약할 수 있다.

• 산화와 표면 청정도가 품질에 영향을 준다.

• 진동 환경에서는 보강 구조가 필요할 수 있다.

기계설계에서는 솔더링 자체보다 전장 부품, 센서, 커넥터, PCB 조립과의 관계에서 이해하는 것이 중요하다.

9. 접착, Adhesive Bonding

접착은 접착제를 이용하여 두 부품의 표면을 결합하는 공정이다. 금속, 플라스틱, 고무, 유리, 복합재와 같은 다양한 재료를 접합할 수 있다.

대표적인 접착제는 다음과 같다.

• 에폭시

• 아크릴

• 우레탄

• 실리콘

• 순간접착제

• 구조용 접착제

• 혐기성 접착제

• 실란트

접착의 장점은 다음과 같다.

• 이종 재료 접합에 유리하다.

• 넓은 면적으로 하중을 분산할 수 있다.

• 구멍을 뚫지 않아 응력 집중을 줄일 수 있다.

• 밀봉 기능을 동시에 제공할 수 있다.

• 외관이 깔끔하다.

접착의 한계는 다음과 같다.

• 표면 전처리가 중요하다.

• 경화 시간이 필요하다.

• 온도, 습도, 화학물질에 영향을 받는다.

• 박리 하중에 약할 수 있다.

• 장기 내구성 검토가 필요하다.

• 분해가 어렵다.

설계자가 고려해야 할 항목은 다음과 같다.

• 접착 면적

• 접착층 두께

• 표면 거칠기

• 표면 세정

• 경화 조건

• 전단 하중

• 박리 하중

• 온도 조건

• 내화학성

• 식품 접촉 적합성

• 검사 가능성

접착 설계에서는 하중 방향이 중요하다. 접착은 일반적으로 전단 하중에는 강하지만, 박리 하중이나 점진적 벗겨짐에는 약할 수 있다.

전단 하중
→ 접착면 전체가 하중 분담
→ 유리한 조건

박리 하중
→ 접착 가장자리에 응력 집중
→ 불리한 조건

전단 하중
→ 접착면 전체가 하중 분담
→ 유리한 조건

박리 하중
→ 접착 가장자리에 응력 집중
→ 불리한 조건

10. 기계적 체결, Mechanical Fastening

Mechanical Fastening은 볼트, 너트, 나사, 핀, 리벳, 클램프 등 기계적 요소를 이용하여 부품을 연결하는 방식이다.

대표적인 기계적 체결 방식은 다음과 같다.

• 볼트 체결

• 너트 체결

• 탭 구멍 체결

• 스터드 체결

• 리벳 접합

• 핀 접합

• 클램프 체결

• 스냅링

• 세트스크류

• 키와 키홈

기계적 체결의 장점은 다음과 같다.

• 분해와 재조립이 가능하다.

• 유지보수에 유리하다.

• 접합 품질 확인이 비교적 쉽다.

• 열변형이 없다.

• 이종 재료 접합에 사용할 수 있다.

• 조립 현장에서 적용하기 쉽다.

기계적 체결의 한계는 다음과 같다.

• 체결 공간이 필요하다.

• 부품 수가 증가한다.

• 풀림이 발생할 수 있다.

• 응력 집중이 생길 수 있다.

• 조립 시간이 필요하다.

• 씰링이 필요한 경우 추가 구조가 필요하다.

설계자는 체결 방식이 단순히 부품을 고정하는 기능만 하는 것이 아니라, 조립 순서, 유지보수성, 안전성, 진동 조건, 작업 접근성을 결정한다는 점을 고려해야 한다.

11. 볼트 체결, Bolted Joint

볼트 체결은 가장 널리 사용되는 분해 가능한 접합 방식이다. 볼트의 축력과 접촉면의 마찰을 이용하여 부품을 고정한다.

볼트 체결의 핵심 요소는 다음과 같다.

• 볼트 직경

• 볼트 강도 등급

• 체결 토크

• 축력

• 마찰계수

• 와셔 사용

• 나사산 물림 길이

• 체결 방향

• 공구 접근성

• 풀림 방지

• 반복 분해 가능성

볼트 체결 설계에서 중요한 것은 볼트가 단순히 “전단력을 직접 버티는 핀”처럼 작동하지 않도록 하는 것이다. 일반적인 마찰 접합에서는 볼트 축력으로 접촉면을 누르고, 접촉면 마찰로 하중을 전달한다.

체결 토크
→ 볼트 축력 발생
→ 접촉면 압착
→ 마찰력 형성
→ 하중 전달

체결 토크
→ 볼트 축력 발생
→ 접촉면 압착
→ 마찰력 형성
→ 하중 전달

설계자가 고려해야 할 항목은 다음과 같다.

• 충분한 나사산 물림 길이 확보

• 체결 공구 접근 공간 확보

• 와셔 또는 좌면 품질 확보

• 진동에 대한 풀림 방지

• 반복 분해 시 나사 손상 방지

• 체결 순서와 토크 관리

• 이종 금속 접촉 부식 방지

• 씰링이 필요한 경우 가스켓 적용

진동이 있는 장비에서는 스프링 와셔만으로 풀림 방지가 충분하지 않을 수 있다. 이 경우 나사 고정제, 이중 너트, 풀림 방지 너트, Nord-Lock 와셔, 핀 고정, 구조적 풀림 방지 설계를 검토할 수 있다.

12. 리벳, 핀, 클램프 접합

12.1 리벳 접합

리벳 접합은 리벳을 변형시켜 부품을 고정하는 방식이다. 판재 구조, 얇은 금속판, 항공기 구조, 커버류에 사용된다.

리벳 접합의 특징은 다음과 같다.

• 영구 접합에 가깝다.

• 얇은 판재 접합에 적합하다.

• 용접이 어려운 재료에 사용할 수 있다.

• 열변형이 없다.

• 분해가 어렵다.

12.2 핀 접합

핀 접합은 핀을 이용하여 부품의 위치를 정하거나 회전 가능한 연결을 만드는 방식이다.

핀 접합은 다음 부위에 사용된다.

• 힌지

• 링크

• 위치 결정 구조

• 회전 연결부

• 탈착식 고정 구조

• 전단 하중 전달부

핀 접합에서는 핀 직경, 구멍 공차, 전단 하중, 마모, 윤활, 빠짐 방지 구조를 고려해야 한다.

12.3 클램프 접합

클램프 접합은 클램프 힘을 이용해 부품을 고정하는 방식이다. 빠른 분해와 조립이 필요한 구조에 적합하다.

클램프 접합의 장점은 다음과 같다.

• 빠른 분해가 가능하다.

• 공구 없이 조작 가능한 구조도 가능하다.

• 세척과 유지보수에 유리하다.

• 배관, 커버, 가이드 고정에 적합하다.

식품기계에서는 위생 배관, 커버, 가이드, 세척이 필요한 부품에 클램프 구조가 많이 사용된다.

13. 압입과 간섭 끼워맞춤

압입은 축과 구멍 사이에 간섭을 주어 강제로 조립함으로써 마찰력과 접촉압으로 부품을 고정하는 방식이다.

대표적인 적용 예는 다음과 같다.

• 베어링 압입

• 부시 압입

• 핀 압입

• 기어와 샤프트 결합

• 허브와 축 결합

• 인서트 삽입

압입의 장점은 다음과 같다.

• 별도 체결 부품이 필요 없다.

• 구조가 간단하다.

• 동심도 확보에 유리할 수 있다.

• 반복 생산에 적합하다.

• 공간을 절약할 수 있다.

압입의 한계는 다음과 같다.

• 조립 하중이 필요하다.

• 분해가 어렵다.

• 과도한 간섭은 부품 파손을 유발할 수 있다.

• 얇은 하우징은 변형될 수 있다.

• 재조립 시 품질이 떨어질 수 있다.

설계자가 고려해야 할 항목은 다음과 같다.

• 간섭량

• 재료 탄성계수

• 표면 거칠기

• 조립 하중

• 열팽창 차이

• 하우징 두께

• 분해 가능성

• 윤활 여부

• 압입 방향

• 조립 지그

압입 설계에서는 간섭량이 매우 중요하다. 간섭이 부족하면 미끄러짐이 발생하고, 과도하면 조립 중 균열, 변형, 베어링 손상이 발생할 수 있다.

14. 이종 재료 접합

이종 재료 접합은 서로 다른 물성을 가진 재료를 연결하는 것이다. 금속과 플라스틱, 알루미늄과 스테인리스, 고무와 금속, 복합재와 금속의 접합이 이에 해당한다.

이종 재료 접합에서 중요한 문제는 다음과 같다.

• 열팽창계수 차이

• 전기화학적 부식

• 강성 차이

• 표면 에너지 차이

• 접착성 차이

• 온도 변화에 따른 응력

• 재활용과 분해성

• 식품 접촉 적합성

대표적인 이종 재료 접합 방식은 다음과 같다.

• 볼트 체결

• 인서트 체결

• 접착

• 오버몰딩

• 브레이징

• 클램프 구조

• 고무-금속 접착

• 플라스틱 스냅핏

예를 들어 알루미늄과 스테인리스가 직접 접촉하면 환경에 따라 갈바닉 부식이 발생할 수 있다. 이 경우 절연 와셔, 코팅, 실란트, 재료 조합 변경을 검토해야 한다.

플라스틱과 금속을 접합할 때는 열팽창 차이와 체결부 크리프를 고려해야 한다. 반복 하중이나 온도 변화가 있는 구조에서는 인서트 너트, 금속 부시, 넓은 체결면을 적용하는 것이 좋다.

15. Joining의 설계 기준

Joining에서 설계자가 검토해야 할 핵심 기준은 다음과 같다.

15.1 하중 전달 경로

접합부는 하중이 지나가는 경로에 위치한다. 하중 방향, 전단, 인장, 굽힘, 비틀림, 피로 하중을 고려해야 한다.

15.2 접합부 접근성

용접 토치, 체결 공구, 접착 도포 장비, 검사 장비가 접합부에 접근할 수 있어야 한다.

15.3 변형 관리

용접, 압입, 체결은 부품에 변형을 만들 수 있다. 정밀 조립 구조에서는 접합 후 기준면 변화와 위치 변화를 고려해야 한다.

15.4 분해 가능성

유지보수, 세척, 교체가 필요한 부품은 용접이나 영구 접착보다 볼트, 클램프, 핀 구조가 적합하다.

15.5 밀봉성

유체, 공기, 분진, 식품 잔류물의 누설 또는 유입을 막아야 하는 경우에는 가스켓, O-ring, 실란트, 용접 밀봉 구조를 고려해야 한다.

15.6 부식과 오염

접합부는 틈새 부식, 갈바닉 부식, 오염물 축적, 세척 불량의 원인이 될 수 있다. 특히 식품기계에서는 접합부 형상이 위생성과 직접 연결된다.

15.7 검사 가능성

접합부의 품질을 확인할 수 있어야 한다. 용접부, 접착부, 압입부, 체결부는 각각 다른 검사 방법이 필요하다.

16. 결함과 품질 문제

Joining 공정에서는 접합 방식에 따라 다양한 결함이 발생할 수 있다.

이러한 결함은 생산 조건만이 아니라 설계 구조와 직접 관련된다. 접합부 위치, 하중 방향, 재료 조합, 접근성, 공차, 후처리, 검사 방법을 설계 초기부터 고려해야 한다.

17. Joining과 후처리

Joining 이후에는 접합부의 기능과 품질을 확보하기 위해 후처리가 필요할 수 있다.

대표적인 후처리는 다음과 같다.

• 용접 비드 제거

• 연마

• 응력 제거 열처리

• 표면처리

• 방청 처리

• 패시베이션

• 세척

• 누설 검사

• 토크 검사

• 비파괴 검사

• 조립 검사

용접 구조물은 용접 후 변형을 보정하거나 기준면을 후가공할 수 있다. 스테인리스 용접부는 산화색 제거, 연마, 패시베이션이 필요할 수 있다. 볼트 체결부는 토크 확인, 마킹, 풀림 방지 확인이 필요할 수 있다.

접합 완료
→ 변형 확인
→ 후처리
→ 세척
→ 검사
→ 조립 또는 출하

접합 완료
→ 변형 확인
→ 후처리
→ 세척
→ 검사
→ 조립 또는 출하

후처리를 고려하지 않은 접합 설계는 제조 현장에서 큰 문제를 만든다. 특히 용접 후 연마가 불가능한 좁은 공간이나, 세척이 어려운 접합 틈은 품질과 위생 문제로 이어질 수 있다.

18. 생산 수량과 경제성

Joining 공정의 경제성은 생산 수량, 접합 방식, 자동화 가능성, 후처리 필요성에 따라 달라진다.

생산 수량과 Joining의 관계는 다음과 같다.

소량 생산
→ 수동 용접, 볼트 체결, 접착, 간단한 지그가 유리

대량 생산
→ 스폿 용접, 자동 용접, 리벳 자동화, 프레스 후 접합이 유리

소량 생산
→ 수동 용접, 볼트 체결, 접착, 간단한 지그가 유리

대량 생산
→ 스폿 용접, 자동 용접, 리벳 자동화, 프레스 후 접합이 유리

Joining을 선택할 때 검토해야 할 비용 요소는 다음과 같다.

• 접합 장비 비용

• 작업 시간

• 작업자 숙련도

• 지그 제작비

• 접합재 비용

• 체결 부품 비용

• 후처리 비용

• 검사 비용

• 불량률

• 재작업 가능성

• 유지보수 비용

• 분해와 교체 비용

용접은 부품 수를 줄일 수 있지만 후처리와 변형 보정 비용이 발생할 수 있다. 볼트 체결은 분해가 가능하지만 부품 수와 조립 시간이 증가한다. 접착은 외관과 이종 재료 접합에 유리하지만 경화 시간과 표면 전처리 비용이 발생한다.

19. 식품기계에서의 Joining 적용

식품기계와 육가공기계에서는 Joining이 위생성, 세척성, 내식성, 분해성에 직접 영향을 준다. 따라서 일반 산업기계보다 접합부 설계가 더 중요하다.

대표적인 적용 부위는 다음과 같다.

• 스테인리스 프레임

• 식품 접촉 슈트

• 호퍼

• 탱크

• 위생 배관

• 커버

• 가이드

• 분해 세척 부품

• 씰링 구조

• 모터 브래킷

• 센서 브래킷

식품기계에서 Joining을 적용할 때는 다음을 고려해야 한다.

• 접합부에 틈새가 없어야 한다.

• 용접 비드가 오염물 축적원이 되지 않아야 한다.

• 용접부를 연마할 수 있어야 한다.

• 물 고임과 세척액 잔류를 방지해야 한다.

• 분해 세척이 필요한 부위는 클램프 또는 볼트 구조를 적용해야 한다.

• 식품 접촉 부위에는 부적합한 접착제나 실란트를 사용하지 않아야 한다.

• 이종 금속 접촉으로 인한 부식을 방지해야 한다.

• 체결부에서 이물 발생 가능성을 줄여야 한다.

• 세척 후 재조립이 쉬워야 한다.

예를 들어 식품 접촉 슈트는 용접 후 연마하여 틈새와 비드를 제거하는 것이 좋다. 반면 청소를 위해 자주 분해해야 하는 가이드나 커버는 위생용 볼트, 클램프, 퀵 릴리즈 구조가 적합하다.

식품기계에서 Joining은 단순한 구조 접합이 아니라, 위생 설계와 유지보수 설계의 핵심 요소이다.

20. 다른 Knowledge Tracks와의 연결

Joining은 다른 Knowledge Tracks와 밀접하게 연결된다.

20.1 Material과의 연결

재료는 용접성, 접착성, 부식성, 열팽창, 체결 강도에 영향을 준다.

Material
→ 용접성, 접착성, 부식성, 열팽창 특성 결정

Joining
→ 재료에 적합한 접합 방식 선택

Material
→ 용접성, 접착성, 부식성, 열팽창 특성 결정

Joining
→ 재료에 적합한 접합 방식 선택

20.2 Mechanism & Motion과의 연결

운동 부품의 접합부는 반복 하중, 진동, 마모, 정렬 정밀도에 영향을 받는다. 링크, 힌지, 핀, 샤프트 결합부는 Joining 설계가 중요하다.

Mechanism & Motion
→ 하중, 운동, 진동, 마찰 조건 정의

Joining
→ 해당 조건을 견디는 접합 구조 형성

Mechanism & Motion
→ 하중, 운동, 진동, 마찰 조건 정의

Joining
→ 해당 조건을 견디는 접합 구조 형성

20.3 Assembly와의 연결

Joining은 Assembly의 핵심 요소이다. 접합 방식은 조립 순서, 작업 접근성, 분해 가능성, 공차 누적에 직접 영향을 준다.

Joining
→ 접합 방식과 고정 구조 결정

Assembly
→ 조립 순서, 공구 접근성, 유지보수성 적용

Joining
→ 접합 방식과 고정 구조 결정

Assembly
→ 조립 순서, 공구 접근성, 유지보수성 적용

20.4 Manufacturing Quality와의 연결

접합부 품질은 제품의 안전성과 수명에 직접 연결된다. 용접 검사, 토크 검사, 누설 검사, 접착 강도 검사가 필요할 수 있다.

Joining
→ 접합 강도, 변형, 누설, 풀림 관리

Manufacturing Quality
→ 접합부 검사와 기능 검증 수행

Joining
→ 접합 강도, 변형, 누설, 풀림 관리

Manufacturing Quality
→ 접합부 검사와 기능 검증 수행

21. 핵심 사고방식

Joining에서 중요한 사고방식은 다음과 같다.

부품을 연결하는 방식은 제품의 구조와 유지보수 방식을 결정한다.

강한 접합이 항상 좋은 접합은 아니다.

분해가 필요한 부위에는 영구 접합을 적용하면 안 된다.

용접은 강하지만 열변형과 잔류응력을 만든다.

볼트 체결은 분해 가능하지만 풀림과 체결 공간을 고려해야 한다.

접착은 이종 재료 접합에 유리하지만 표면 전처리와 하중 방향이 중요하다.

압입은 간단하지만 간섭량과 조립 하중이 중요하다.

접합부는 하중 전달 경로 위에 존재한다.

접합부는 검사할 수 있어야 한다.

식품기계에서는 접합부가 오염물 축적원이 되면 안 된다.

좋은 Joining 설계는 강도, 변형, 분해성, 위생성, 검사성, 유지보수성을 동시에 고려한다.

22. 결론

Joining은 두 개 이상의 부품을 하나의 구조 또는 기능 단위로 연결하는 제조 공정군이다. 용접, 브레이징, 솔더링, 접착, 리벳, 볼트 체결, 핀, 클램프, 압입과 같은 공정은 기계 제품의 구조, 강도, 조립성, 유지보수성에 직접적인 영향을 준다.

그러나 Joining은 단순히 부품을 붙이거나 고정하는 공정이 아니다. 설계자는 접합 강도, 하중 방향, 열변형, 잔류응력, 분해 가능성, 밀봉성, 부식, 공구 접근성, 후처리, 검사 가능성을 함께 고려해야 한다.

기계설계 관점에서 Joining의 핵심은 다음과 같다.

• 이 접합부는 어떤 하중을 전달하는가

• 영구 접합이 필요한가, 분해 가능한 접합이 필요한가

• 용접 또는 체결 후 변형은 허용 가능한가

• 접합부에 공구와 검사 장비가 접근 가능한가

• 접합부가 부식, 누설, 오염의 원인이 되지 않는가

• 후처리와 세척이 가능한가

• 유지보수와 교체가 가능한가

• 생산 수량과 비용에 적합한 접합 방식인가

따라서 Joining은 Manufacturing Track에서 개별 부품을 실제 제품 구조로 통합하는 핵심 항목이며, Material, Mechanism & Motion, Assembly, Manufacturing Quality와 밀접하게 연결되는 제조 지식이다.