• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.42-42
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• 2009

마찰교반접합 (Friction Stir Welding)은 1991년 영국 TWI에서 개발된 접합 법으로서 회전하는 툴이 재료내부에 삽입되면 툴과 재료사이에서 발생하는 마찰열에 의하여 온도가 상승하게 되어 재료는 연화되고, 이러한 재료 내부에서 회전하는 툴이 이동하게 되면 재료 내부는 기계적 교반에 의해 소성변형이 일어남과 동시에 접합이 이루어진다. 마찰교반접합은 동적 재결정에 의한 접합부의 미세한 결정립 형성으로 인하여 기계적 특성이 향상되며 보호 가스가 필요 없어 친환경적임과 동시에 용융 용접 법에 비해 접합 시 에너지 소모가 적으며 또한 접합 후 접합부에서의 변형이 상대적으로 적다는 장점이 있다. 이러한 장점을 가진 마찰교반접합은 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 그리고 동 합금과 같은 저 융점 비철재료에 많은 연구와 적용 사례들이 있어왔다. 하지만 최근에는 일반 탄소강, 연강, 오스테나이트계 스테인리스강, 니켈 합금, 티타늄 합금과 같은 고융점 재료에도 연구 및 적용이 진행되고 있는 추세이다. 페라이트계 스테인리스강은 가격이 비싼 Ni을 함유하지 않아 오스테나이트계 스테인리스강에 비하여 강재의 가격은 낮으면서도 고온특성 및 내식성이 우수하여 건축용, 자동차 배기계용으로 널리 사용되고 있다. 하지만 이런 장점을 가진 페라이트계 스테인리스강을 기존의 용융 용접 법으로 접합 시 용접부 및 열영향부에서의 결정립의 조대화로 인한 인성 및 연성이 저하되며, 특히 예민화된 열영향부 입계 내에 Cr 탄화물이 석출되어 입계주변에 Cr 결핍 층을 형성되어 입계부식이 발생되는 문제점이 발생된다. 본 연구에서는 마찰교반접합을 이용하여 두께 3mm의 409 스테인리스강에 대해 맞대기 접합을 실시하였다. 접합 변수를 툴의 재료 (WC-12wt%Co, $Si_3N_4$)로 하여 접합을 실시하였고 접합 후 외관상태 점검, 광학 현미경과 주사 전자 현미경을 통하여 미세조직을 관찰하였으며 황산-황산동 부식 시험을 실시하여 접합부의 부식 특성을 평가하였다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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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.

• Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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• v.11 no.4
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• pp.338-344
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• 2010

Both ends of welding line are often closed by wall in the welding of ship blocks. In this research, seam tracking sensing system for butt welding in the condition with wall was developed. Seam tracking sensing system measures position of carriage from wall and detects root-pass of welding line. The system consists of the laser displacement sensors and ultrasonic sensors. The laser displacement sensor reciprocal1y rotates by the motor and measures a distance from laser sensor to the welding material. The ultrasonic sensor measures a distance between welding system and walls. The distance measured by the ultrasonic sensor is used to get X(driving) position and to determine initial and end point of the weld line. Y(weaving) and Z(height) of the weld line are obtained by the distance measured by the laser displacement sensor and the orientation of the sensor. The sensing system includes the controller that is independent from the welding carriage. The seam tracking sensing system is attached to both side of welding carriage so that interference between welding torch and sensing system can be avoided during the welding. And both side sensing system minimize dead zone. Finally, developed sensing system was adhered to welding carriage and verified usefulness by experiments.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.20 no.2
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• pp.7-13
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• 2019

This study aims to develop a FE Model to simulate dissimilar friction stir welding and to address its potential for fundamental analysis and practical applications. The FE model is based on Coupled Eulerian-Lagrangian approach. Multiphysics systems are calculated using explicit time integration algorithm, and heat generations by friction and inelastic heat conversion as well as heat transfer through the bottom surface are included. Using the developed model, friction stir welding between an Al6061T6 plate and an AZ61 plate were simulated. Three simulations are carried out varying the welding parameters. The model is capable of predicting the temperature and plastic strain fields and the distribution of void. The simulation results showed that temperature was generally greater in Mg plates and that, as a rotation speed increase, not the maximum temperature of Mg plate increased, but did the temperature of Al plate. In addition, the model could predict flash defects, however, the prediction of void near the welding tool was not satisfactory. Since the model includes the complex physics closely occurring during FSW, the model possibly analyze a lot of phenomena hard to discovered by experiments. However, practical applications may be limited due to huge simulation time.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.30 no.3
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• pp.102-110
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• 2023

This paper introduces scarf welding process of thin substrates using flexible laser transmission welding (f-LTW) technology. We examined the behavior of tensile strength relative to the scarf angle for flexible applications. Thin plastic substrates with the thickness of less than 100 ㎛ were bonded and a jig to form a slope at the edge of the substrate was developed. By developing the scarf welding process, we successfully created a flexible bonding technology that maintains joint's thickness after the process. The tensile strength of the joint was assessed through uniaxial test, and we found that the tensile strength increases as the slope of bonding interface decreases. By conducting stress analysis at the bonding interface with respect to the slope angle, design factor of bonding structure was investigated. These findings suggest that the tensile strength depends on the geometry of the joint, even under the same process conditions, and highlights the significance of considering the geometry of the joint in welding processes.