방전플라즈마소결법으로 제작 된 툴을 이용한 마찰교반용접에 적용 및 특성평가

Abstract

마찰교반용접(Friction Stir welding, FSW)는 고상접합법으로서 probe와 shoulder로 구성되는 Tool을 고속으로 회전시켜 용접하고자 하는 재료에 삽입하여 재료의 표면과 내부에서 발생하는 마찰열을 이용하여 재료를 연화함과 동시에 고온 소성유동을 일으켜 툴의 좌우에 배치된 재료의 일부를 상호간에 맞은편 영역에 교반혼입시켜 접합을 실현하는 고상 접합 방법이다. 이 접합방법은 마찰열을 이용한 소성유동에 의한 접합으로 기존의 용융 용접 방법들보다 발열이 최소한으로 억제된다. 따라서 접합 후 열에 의한 변형이 적으며 결함도 거의 발생되지 않는다. 또한 용접 공정중 환경에 유해한 요소가 발생하지 않아 친환경적이다. 이러한 장점으로 현재 자동차, 철도차량, 선박 및 항공우주분야 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 최근에는 동, 타이타늄, 고장력강 등으로 적용을 확대하기 위한 연구가 진행되고 있다. 하지만 기존의 툴을 사용하여 고융점소재 즉 타이타늄, 고장력강에 마찰교반용접을 적용시킬 경우 툴의 마모가 발생하여 건전한 접합체을 얻을 수가 없다. 그리하여 본연구에서는 Spark Plasma Sintering (SPS,방전유도소결법)을 Tool 재료 개발에 적용시켜, 고융점 소재에 대한 마찰교반용접의 최적화 공정을 개발하였다. 아울러 용접부에 대한 기계적성질을 평가하기 위해 인장시험, 경도시험을 실시하였고, 미세조직은 광학현미경과, 주사전자현미경을 사용하여 평가하였다.