TIG-FSW Hybrid 용접기술을 이용한 이종재료 Al6061 Alloy - SS400 용접부의 용접성에 관한 연구

Abstract

차량, 항공기, 선박 같은 수송기기 산업에서는 환경문제와 함께 국제유가 상승으로 인한 경량화에 대한 요구가 부각 되면서 알루미늄 합금 같은 비철금속의 경량소재 사용이 시도 되고 있다. 경량합금 중에서도 알루미늄 합금은 경량으로 비강도가 우수하며 여러 분야에서 폭넓게 사용되고 있으나, 알루미늄 합금을 용융 용접하여 구조물을 제작하는 경우, 용접 열에 의한 변형 및 기공, 균열 등의 결함이 발생하기 쉬우며 접합부의 강도저하가 비교적 쉽게 발생하여 이에 대한 대책이 요구되고 있다. 또한 대부분 구조재료를 실 제품에 적용할 경우, 두 가지 이상의 재료가 사용되기 때문에 이 재료들 간의 접합이 필수적이라 할 수 있는데, 물리적 특성 차이가 상이한 재료의 접합일 경우 용융 용접법으로는 접합이 매우 어렵거나 불가능한 실정이므로 이에 대한 대책이 요구되어 지고 있다. 마찰교반접합(Friction Stir Welding : FSW)은 신개념의 용접법으로 1991년 영국 TWI(The Welding Institute)에서 처음으로 개발된 고상접합법의 하나로 용접에 의한 변형이 적고 비소모성 접합방법일 뿐만 아니라 용접결함, 흄, 소음 및 유해광선의 발생이 없이 고품질의 접합부를 얻을 수 있는 방법으로 각광 받고 있다. 따라서, 본 연구에서는 물리적 특성 차이가 상이한 이종재료의 접합 시 문제를 해결할 수 있는 새로운 기술로 FSW의 기술적 특징을 이용하였으며, TIG의 열원을 이용하여 소성유동을 높여 건전한 접합부의 구현 및 접합부의 신뢰성을 높이 고자 하였다. 실험방법은 3mm 두께의 이종재료 Al6061-T6와 SS400 판재를 툴의 회전속도 및 이송속도를 변수로 하여 접합을 실시하였으며, TIG와 FSW의 접합인자 즉, TIG 출력, 회전속도, 이송속도, TIG 조사 위치, TIG torch 각도 등을 고려하여 접합부의 특성을 고찰하였다. 용접 실험 후 각 조건별 특징을 알아보기 위하여 접합부의 기계적 특성평가 및 미세조직 분석을 실시하였다.