• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
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• pp.64-64
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• 2010

최근 그린 친환경, 지구온난화방지와 환경 부하물질저감, 기기 고효율화, 연비향상 등의 관점에서 항공기, 자동차 등 운송기계와 휴대용 전자제품 등 경량화가 요구되는 분야에서 경량합금의 사용이 급증하고 있다. 특히, 경량합금 중 가장 가벼운 마그네슘 합금은 최근 주목을 받고 있는 금속재료이다. 그러나 마그네슘합금은 알루미늄합금과는 달리 상온 성형성 및 접합성이 양호하지 않은 관계로 판재를 이용한 구조부품의 제작을 위해서는 많은 연구가 필요하다. 이러한 관점에서 본 연구는 마그네슘합금 판재의 마찰 교반 점용접을 시도하였다. CNC 밀링머신을 사용하여 프로브의 회전 및 삽입 속도에 변화를 주어 접합 특성을 평가하였고, 각 변수의 영향을 조사하였다. 적외선 열화상기와 로드셀을 사용하여 마찰 교반 점용접 중에 발생하는 교반부 온도와 접합부에 가해지는 수직부가하중의 거동을 측정하였다. 마찰 교반 점용접 후, 시험편의 접합 상태와 접합부 단면 관찰을 통해 접합 상태를 조사하였다. 그리고 인장전단 실험을 실시하여 마찰 교반 점용접된 시혐편의 접합강도를 평가하였고, 파단된 시험편의 파면을 관찰하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권10호
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• pp.1347-1353
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• 2011

마찰교반용접은 일반적인 용접법에 비하여 기계적 성질, 용접결함의 감소, 재료 절감 그리고 짧은 생산시간과 같은 장점 때문에 제작공정에 광범위하게 사용되고 있다. 본 연구의 목적은 이전의 실험 결과를 이용하여 마찰교반용접의 최적 조건을 검토하고 최적의 마찰용접조건에서 접합된 7075-T651 알루미늄 판재의 3가지 다른 영역, 즉 용접재, 열영향부재 그리고 모재에 대한 피로균열전파의 거동을 고찰하는 것이다. 최적의 마찰교반용접조건은 회전속도 800rpm, 이송속도 0.5mm/sec로 결정되었으며, 최적의 마찰교반용접에서 용접된 시험편에 대한 피로균열전파율은 3가지 영역의 재질, 즉 용접재, 열영향부재, 모재와 균열의 구동력에 크게 의존함을 보였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제12권4호
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• pp.512-517
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• 2009

알루미늄합금 철도차량의 차제를 조립하기 위하여 적용하는 용접방식으로는 가스 메탈 아크용접과 가스 텅스텐 아크용접이 주로 적용되고 있다. 그러나 알루미늄합금은 강재에 비해 용접성이 불리하며, 용접결함을 제어하기 위하여 보다 엄격한 용접조건과 용접설비의 작업환경이 요구된다. 따라서 선진국을 중심으로 비 용융 고상접합 방식인 마찰교반용접(FSW)이 널리 상용화 되고 있다. 본 연구에서는 대형 중공형 알루미늄합금 차량에 적용되는 압출재 A6005 소재의 마찰교반용접 시 용접변수에 따른 용접부의 기계적 특성을 평가하고, 적용 공구에 대한 최적의 용접조건을 파악하고자 하였다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제31권2호
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• pp.26-29
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• 2013

마찰교반용접(FSW) 및 마찰교반처리(FSP) 기술 관련 국제 심포지움인 'Friction Stir Welding & Processing VII'에서 발표된 연구논문의 내용을 토대로 아래와 같이 최신 연구개발 동향을 정리하였다. ${\cdot}$ 알루미늄합금과 마그네슘합금의 경량금속에 대한 마찰교반용접이 주류를 이루었던 과거와 달리 최근에는 구조용 연강, 고강도강, 초내열합금 및 타이타늄 합금 등의 고융점 금속재료에 대한 마찰교반용접 공정기술 및 툴의 개발이 수행되고 있다. ${\cdot}$ 주조재 표면 조직의 균질화 및 나노 사이즈의 초미세 결정립 조직을 얻기 위한 개질(改質)을 비롯하여 CNTs 및 Graphene 등의 첨단 탄소소재를 판재의 표면에 코팅 또는 판재 내부에 분산시켜 금속기 나노탄소복합재(MMNCC: Metal Matrix Nano Carbon Composites)의 제조 및 기계적 특성 향상을 목적으로 하는 FSP 관련 연구가 다각적으로 수행되고 있다. ${\cdot}$ 마찰교반용접 공정 중의 접합부의 형성 및 금속유동(Metal flow)에 대한 모델링(Modeling) 관련 연구가 다수 진행되고 있으며, 수학적 해석 및 실시간 모니터링을 통한 연구가 의욕적으로 진행되고 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권7호
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• pp.434-441
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• 2016

마찰교반용접은 소재와 용접 툴 간의 마찰열에 의해 접합되는 고상접합 공정이다. 용접 시 발생하는 입열량에 따라 용접부의 건전성이 결정된다. 과도한 입열량은 산화물 및 기공결함의 원인이 되며, 불충분한 입열량은 터널결함 등의 문제점이 발생한다. 따라서 마찰교반용접부 중심에서의 온도 이력을 파악하는 것은 건전성을 판단하는 데 있어 매우 중요한 연구이다. 본 연구에서는 마그네슘 합금소재에 대한 마찰교반용접부의 온도분포 특성을 평가하였다. 이를 위해 유한요소해석을 통한 마찰교반용접부의 유동장 및 온도분포를 예측하였다. 유한요소해석을 위해 용접 툴 형상 간소화, 마찰 조건 선정 등 선행 해석을 수행하고 최적조건을 도출하였다. 또한, 해석모델의 검증을 위해 마그네슘 합금의 맞대기 마찰교반용접 시 용접부 중앙에서의 온도를 측정하였다. 유한요소해석 결과 마찰교반용접부의 온도에 영향을 미치는 주요변수의 기여도는 회전속도가 이송속도보다 더 높은 것으로 판단된다. 또한, 용접부 중심에서의 실측 온도와 유한요소해석 결과 사이에 5.4% - 7.7% 수준의 오차 내에서 잘 일치하였다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.67-67
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• 2009

알루미늄 합금 재질은 무게의 경량화와 기계적강도가 우수하며 다른 비철금속에 비하여 값이 저렴한 장점이 있다. 현재 산업현장에서 활용하는 가장 흔한 접합법으로 TIG, RSW 등과 같은 용융 용접법을 현재는 많이 사용 하고 있지만 열전도도가 높아 열 확산이 빠르고, 이에 따라 모재의 팽창이 일어나 열변형을 유발하며, 산화피막은 그 내부에 함유된 결정수가 아크용접 중 분해되어 수소를 방출함으로 기공이 발생하여 부도체로 저항용접시 전도성을 방해하는 등의 문제를 발생시킨다. 또한 철에 비해 4배정도 큰 전기전도율에 따라 저항용접시 대전류를 사용해야 하는 등의 문제점이 발생하고 있다. 이와 같은 알루미늄 합금의 용융용접 과정에서 발생하는 단점을 극복하는 기술로 고상접합 방법인 마찰교반용접법(Friction Stir Welding)이 활용되고 있다. FSW는 1991년 영국의 TWI에서 개발된 최신 용접법으로 모재를 용융점 아래에서 고상용접시키는 방법으로 용융에 따른 열변형과 흄가스(hume gas)와 스패터(spatter)를 억제시켜 주는 친환경적인 용접법이다. 이러한 마찰교반용접의 기술은 그동안 특허에 따른 로열티가 산업현장에서 사용하는데 문제가 되었으나 특허보호 기간인 20년이 1년정도의 기간밖에 남지 않은 상황에서 그 사용은 날로 증가하리라 본다. 이러한 마찰교반용접부의 결함을 평가하는 방법에는 UT, RT 등이 활용되고 있으나 얇은 박판에서의 결함검출은 용이하지 않다. 이리한 문제점을 해결하기위하여 초음파 가진을 이용한 적외선 열화상 검출 기법을 이용하여 마찰교반용접부의 결함 검출 가능성을 연구하였다. 20kHz의 주파수를 400Watt로 가진시켜 겹치기(lap joint) 마찰교반용접이된 A6061-T6의 용접부에 초음파를 입사하였을 때 발생하는 열을 적외선 열화상 카메라를 이용하여 측정함으로써 마찰교반겹치기 용접부의 결함 검출에 활용하였다. 용접부에 초음파를 입사하였을 때 부분적으로 온도차이가 발생하였고, 그에 따른 열화상을 검출 할 수 있었다. 이러한 열화상과 실제 시험편의 용접부의 강도를 평가하기 위하여 인장시험을 하였다. 그 결과 초음파 적외선 열화상 검출에서 발열부위가 나타난 부분이 인장시험에서 낮은 인장강도를 보였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권6호
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• pp.775-782
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• 2013

본 연구에서는 마찰교반용접재의 피로균열전파 거동의 공간적 불규칙성을 고찰하기 위한 연구의 일환으로써, 최적의 조건에서 마찰교반용접된 7075-T651 알루미늄 합금 용접부의 LT-방향의 각각 5개의 피로균열전파 시험편에 대하여 일정 응력확대계수범위 제어하의 피로균열전파 실험을 수행하여 마찰교반용접부의 교반용접부재(WM)와 열영향부재(HAZ) 그리고 모재(BM)에 대한 피로균열전파 거동을 실험적으로 고찰하였다. WM재의 피로균열전파율이 가장 빠르게 나타났으며, 그 다음 HAZ재와 WM재 순으로 나타났다. 게다가 시험편간 피로균열전파율의 변동성은 WM시험편에서 가장 높았고, 반면 BM재에서 가장 낮게 나타났다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.49-49
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• 2009

마찰교반접합법은 특정한 회전수로 회전하는 용접 툴을 이용하여 접합하고자 하는 피접합재의 맞댄면에 삽입시킨 후 툴을 이동시키거나 혹은 시편을 견고하게 고정시킨 장치(backing plate)가 움직여 고상 상태에서 접합이 이루어진다. 알루미늄, 마그네슘 등 비교적 융점이 낮은 저융점 재료의 재료에 처음 적용이 되어 많은 연구가 활발히 진행되었고 타 용접방법에 비해 우수한 접합특성을 나타내었다. 최근 이러한 마찰교반접합은 이러한 저융점 재료를 넘어서 스틸, 타이타늄, 니켈 등과 같은 고융점 재료 등에 대한 적용이 늘어나고 있다. 마찰교반접합을 이용하여 이러한 고융점 재료의 접합 경우 내마모성 및 내열성 등의 내구성이 갖추어진 툴과 이러한 툴을 냉각시킬 수 있는 냉각 장치 등이 필요로 하나 경제적 측면이나 접합부의 우수한 특성 등을 고려 할 때 그 적용 및 발전 가능성이 매우 높다고 볼 수 있다. 최근 무공해 연료로 각광받고 있는 액화천연가스 (LNG)의 수요가 급증함에 따라 LNG 저장탱크 소재로 널리 사용되고 있는 9% Ni강의 수요 또한 증가하고 있는 상황이다. 하지만 9% Ni 강은 극저온용 소재로 용접부의 저온인성 ($-196^{\circ}C$)이 가장 중요하기 때문에 저온인성을 확보하고자 Inconel 계나 Hastelloy계 등의 니켈 기 합금을 용접재료로 사용하고 있으나 이러한 용접재료는 가격이 매우 고가이며 또한 용접 후 용접부의 강도가 낮다는 문제가 제기되고 있다. 또한 LNG 탱크 제작시 사용되는 용접법은 GTAW, SAW 및 SMAW 이지만 국내에서는 주로 SMAW에 의존하고 있는 실정인 관계로 보다 더 경제적인 용접 프로세스의 적용 가능성이 검토되고 있는 상황이다. 본 연구에서는 마찰교반용접을 이용하여 두께 4mm의 9% Ni 강에 대해 맞대기 마찰교반접합을 실시하였다. 툴 회전 속도 및 접합 속도를 고정한 상태에서 접합을 실시 하였으며 접합 시 툴은 $Si_3N_4$로 제작된 툴을 사용하였다. 접합 후 외관상태 점검, 미세조직 관찰, 경도, 인장 강도 및 저은 충격 측정 등의 실험을 실시하였고, 이러한 결과를 이용하여 미세조직과 기계적 특성과의 관련성을 조사하였다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2007년 추계학술발표대회 개요집
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• pp.325-327
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• 2007

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2004년도 춘계 학술발표대회 개요집
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• pp.159-161
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• 2004

FSW공전은 특수하게 설계된 용접툴(tool)을 특정한 회전수로 회전시키면서 용접하고자하는 재료의 용접라인에 삽입하여 용접에 필요한 마찰열과 소성변형을 발생시키고, 그 후 용접라인을 따라 툴을 이동시킴으로써 용접이 이루어지는 매우 간단한 공정이다. (중략)