마찰교반용접이 Al 6061-T651 합금에 미치는 기계적 성질의 변화에 관한 연구 = Study on Mechanical Properties of Friction Stir Welded Al6061-T651Alloy

국문 초록 (Abstract)

1990년대 초반에는 마찰교반용접 기술은 특허료 관계로 이 접합법을 연구하는데 많은 제약이 있어 활발한 연구가 이루어지지 못하다가, 2000년대에 들어서 마찰교반용접에 대한 기술개발과, 용접기의 개발 등 관련 산업에서 연구가 진행되고 있다. 특히 미국, 일본 등이 선도적으로 기술이 도입되어 상용화되고 있는 것과는 달리, 우리나라는 아직까지 일부 연구기관에서의 연구 활동에 국한되어 있는 실정이다. 또한 영국의 용접기술연구소(TWI)의 특허에 대한 로열티 문제 등으로 인해 국내 연구개발 및 산업 적용에 많은 어려움이 있었다. 그러나 최근 들어 국내 중공업, 철도차량, 자동차업계 등에서 경량화의 대표소재인 알루미늄 구조재의 새로운 접합공정으로 마찰교반용접 기술의 도입을 매우 적극적으로 검토하고 있다. 이처럼 기술개발요구가 증대됨에 따라 연구기관에서 마찰교반용접 기술에 대한 지속적인 투자개발 및 연구수행으로 마찰교반용접 기술의 발전이 기대되고 있다.

우리도 시작은 늦었지만 마찰교반용접에 대한 다양한 연구가 진행 중이며 특히 알루미늄 합금의 접합기술에 대한 많은 관심과 기존 문제점 해결을 위하여 새로운 접합기술에 대한 실용화 기술 및 상업화가 계속적으로 요구되면서 여러 가지 접합조건에 따른 기계적 특성에 관한 연구 보고가 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 비강도가 우수하고 내식성, 용접성, 피로강도 등이 뛰어나 경량화소재 중 선두주자인 알루미늄 합금에서 Al6061-T651 합금의 마찰교반용접 접합조건에 따른 용접부의 기계적 특성을 용접부의 미세조직 및 경도거동 관찰, 인장시험을 통해 알아보고자 한다.

본 연구에서는 Al 6061-T651 두께 12mm의 판재를 회전속도 2000rpm,용접압력 30Mpa, 전진각 3°의 조건으로 숄더(shoulder)직경 12mm, 돌기(pin)직경 4mm의 tool을 이용하여 용접속도를 100mm/min 에서 300mm/min 까지 변화를 주어 마찰교반용접 후 용접부의 미세조직 관찰 및 기계적 특성을 관찰한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

1) 용접부의 조직은 크게 네 부분으로 나누어지는데, 교반부, 열-기계적영향부, 열영향부, 모재부로 명확히 구분되어지는 것을 확인하였다.

2) 용접부의 경도시험 결과를 관찰한 결과 대체로 열영향부의 최저경도는 약 69Hv 정도로로 모재의 경도 95Hv에 비해 현저히 낮아졌으며 용접속도가 빨라질수록 열영향부 영역의 폭이 줄어들어 용접부의 기계적 성질을 향상시키는 경향을 보여주었다.

3) 용접부의 인장강도는 용접 속도의 증가함에 따라 증가함을 보이나, 모재의 인장강도에 비해서는 약 2/3 정도 수준에 머물렀다. SEM을 통한 파단면 관찰결과, 용접속도가 증가하게 되면 소성유동의 부족이 발생하여 교반부 파단이나 인장강도 저하의 원인이 될 수 있음을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구 배경
• 1.2 연구 동향
• 1.3 연구 목적
• 제2장 이론적 배경 4
• 2.1 알루미늄(Al) 합금
• 2.2 마찰교반용접
• 2.2.1 마찰교반용접의 공정
• 제3장 실험방법 19
• 3.1 실험재료
• 3.2 실험방법
• 제4장 실험결과 및 고찰 28
• 4.1 용접부 미세조직
• 4.2 경도시험 분석
• 4.3 인장시험 분석
• 4.4 파단면 분석
• 제5장 결 론 40
• 참고문헌 41