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연료전지 시스템 탑재용 서브프레임의 마찰교반 접합기술 개발

전문가 제언: ○ 툴의 회전작용과 접합모재와의 상대 이동에 의해 접합모재에 마찰열을 발생시키고 교반작용에 의한 소성 유동현상을 일으켜서 두 부재를 접합시켜 주는 마찰교반 접합기술은 접합에 따른 변형량이 적고 이음부의 구조를 간단하게 만들 수 있어 FC 서브프레임의 제작에 적합하다.

○ 마찰교반 접합기술은 지금까지 영국의 TWI의 특허 내지 기타의 주변 특허에 의해 제한적으로 사용되어 왔으나 향후 일반적인 접합기술로 변화되고 기술의 용도가 보다 많이 확대될 것으로 예상된다. 국제용접협회(IIW)에서는 현재 국제규격 승인을 목표로 마찰교반 접합의 ISO 원안을 작성하고 있으며 마찰교반 접합기술의 활용에 앞장서고 있는 유럽과 일본 등은 마찰교반 접합절차에 관한 시공요령 및 승인(Specification and Qualification of Welding Procedure)에 노력을 기울이고 있다.

○ 본고에서 소개되고 있는 마찰교반 점접합(Friction Stir Spot Welding)은 일반 저항점용접에 비해 작동원리가 간단하고 접합부의 품질이 우수하고 강도가 높으며 에너지의 절약과 생산비용의 절감 등의 장점을 지니고 있어서 알루미늄합금 점용접의 문제점을 획기적으로 해결할 수 있을 것으로 전망된다.

○ 마찰교반 접합에서 툴의 주요 기능은 모재의 국부적인 가열과 물질의 유동을 들 수 있으며 접합부의 미세조직 특성은 툴의 설계에 의해 지배된다. Frigaard의 공식에 따르면 마찰교반 접합시 모재에 투입되는 입열량은 교반부의 압력과 툴의 회전속도에 비례하고 숄더부의 직경의 3제곱에 비례한다.

○ 마찰교반 용접부의 물질유동을 규명하기 위해서는 2차원 전산 유체동역학 코드를 사용한 금속유동 상태(Colegrov), STIR-3D 열가공 유동모델(Smith), 연속기구와 열역학의 시간종속 함수를 풀 수 있는 3차원의 CTH 코드(Askari), 혼합지역 모델과 단일 슬립표면 모델(Stewart), 열간가공의 압출부를 참조한 모델(Arbegast) 등의 차등 전산코드, 수학적 모델링, 단순 기하학적 모델, 금속가공 모델을 참조하는 것이 유익하다.

저자: Mitsuru Sayana
자료유형: 학술정보