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철도차량에 대한 마찰교반접합의 적용

전문가 제언: ○ 차체 길이가 20m인 표준 철도차량의 중량을 합금별로 비교하면, 알루미늄합금 차량은 4,600㎏, 스테인리스강 차량은 6,200㎏, 보통강 차량은 10,000㎏로서, 알루미늄합금 차량은 보통강 차량의 1/2 이하로 차량의 경량화를 달성할 수 있다.

○ 이에 따라 선진국에서는 연료절감을 목표로 알루미늄합금 철도차량의 제작에 주력하고 있다. 특히 일본의 경우 1962년에 알루미늄합금으로 철도차량의 차체를 제작하였으며 매년 알루미늄합금 철도차량의 제작이 증가하여 현재는 신칸센에도 많이 사용되고 있다.

○ 이중외곽 구조는 단일외곽 구조의 특징을 한층 더 높여서 진보시킨 구조시스템이며, 이중외곽 구조는 수십 ㎜ 두께의 중공 압출형재를 사용하여 차량 전체를 덮기 때문에 단일외곽 구조에서 일부 존재하고 있는 골조 구조를 더욱 더 작게 하면서도 차체의 강성을 확보할 수가 있으며 더 나아가 경량화를 이룰 수 있다.

○ 이중외곽 구조의 패널 용접부는 직선으로 용접할 수가 있어 용접의 자동화가 용이하며, 실제 이중외곽 구조의 측면 패널을 용접할 때 자동 용접장치를 설치하여 철도차량의 제작공수를 크게 줄일 수 있다.

○ 현재 마찰교반접합은 공구(rod)를 개발하여 철강재와 스테인리스강에도 적용되고 있으며 특히 마찰교반을 이용한 점용접(SFW: Spot Friction Welding)이 개발되어 자동차 분야에서 많은 활용이 전망된다. 향후 마찰교반접합은 용접대상 재료가 확대되고 응용기술도 많이 개발되어 철도차량을 포함하여 적용의 폭이 확대될 것이다.

○ 알루미늄합금의 용접기술은 철도차량, 자동차, 선박, 항공우주기기와 같은 수송기기의 경량화를 이루는 데 있어서 핵심적인 생산기술이다. 석유, 석탄, 액화 천연가스 등 총 에너지 수요의 98%를 수입에 의존하고 있는 우리나라는 철도차량의 에너지 절감을 위해 부가가치가 높은 경량 용접구조물용 알루미늄합금소재의 용접기술 연구개발에 많은 노력을 기울여야 한다.

저자: Tomonori Miyamichi
자료유형: 학술정보