마찰교반용접을 이용한 이종합금재료(Al6061-T6 + AZ31)의 기계적 특성에 관한 연구

Abstract

고도산업화에 따른 생산효율성의 증가는 기존의 비철금속의 영역을 더욱더 확장시켰으며, 그와 더불어 경량합금의 접합법 역시 중요한 산업기술의 요소로 부각되고 있다. 무엇보다 경량합금의 접합에 있어 크게 두각을 나타내는 마찰 교반 접합법은 기존의 용접법에 비해서, 친환경적이며, 낮은 용접변형과 용접구조물의 강도적 측면에서 뛰어남이 여러 연구 논문에서 이미 입증된바 있다. 마찰 교반 용접법의 영역은 빠르게 확대 되어가고 있으며, 접합대상이 기존의 마그네슘과 알루미늄 동종계의 경량합금에서 이종재의 경량합금의 접합 영역 뿐아니라 경합금과 철강재료의 접합의 영역까지 확대 되고 있다. 여기서 주목해야할 점은 마찰 교반 용접법의 해석에 있어 일반적인 물리적인 실험이 대부분 이며, 수치해석적인 측면에서의 이종 경합금간의 해석은 미흡한 단계이다. 그래서 본 연구에서는 알루미늄과 마그네슘 합금을 사용한 이종 재료의 접합을 수행하고 접합 기구를 규명하고자 하였으며, 더 나아가 마찰 교반 용접부에서의 유동현상을 SEM과 EDS를 이용하여 보다 구체적으로 관찰하였다. 본 연구는 동종 및 이재 접합 시 내부의 역학적 거동을 고찰하기 위해 유한요소 해석을 수행하였으며, 이를 위해 열전도와 열 탄소성 유한요소해석 프로그램을 개발하였다. 그리하여, 유한요소 해석에 의해 이종 재질 간 용접 시 발생되는 열 이동현상과 이에 따른 응력의 발생특성을 명확하게 고찰할 수 있었으며, 또한, 알루미늄합금과 마그네슘 합금 간의 이종재질 접합에서 열분포 특성, 잔류응력 등을 고찰함으로써 입열에 의한 재료의 역학적 열화정도를 평가할 수 있었다.