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차체 중량을 줄이기 위한 경량합금의 적용은 교통 분야에서 획기적인 진보의 하나이다. 따라서 알루미늄과 마그네슘 합금과 같은 경량금속의 용접 기술이 차량의 성능 및 생산성을 향상시키기 위해 발전해 오고 있다. 최근 가장 각광받는 2가지 고상 용접기술인 마찰교반점용접(FSSW)과 초음파점용접(USW)의 적용이 자동차산업에서 진행되어 오고 있다. 이들 용접 기술은 고상 접합이기 때문에 용접 시 강도 저하를 초래하는 기존의 용융방식 용접에 비하여 각광을 받고 있다. 마찰교반점용접은 비소모성 회전공구가 랩구조 접합부의 앞면에서 공작물을 혼합하면서 뒷면으로 밀어내며 접합한다. 한편 초음파점용접의 경우, 혼/엔빌 팁 사이에 시험편을 넣고 접합을 하며, 혼이 내려와 시험편에 진동을 부가하여 시험편 표면에 존재하는 산화막을 제거시키고 야금학적 접합을 하게 된다. 본 연구에서는 마찰교반점용접과 초음파점용접 시스템의 설계와 구축을 다루고 있다. 또한 치구나 엔빌과 같은 용접부품과 통합된 형상의 툴/혼 설계를 포함하고 있다. 두 ...

차체 중량을 줄이기 위한 경량합금의 적용은 교통 분야에서 획기적인 진보의 하나이다. 따라서 알루미늄과 마그네슘 합금과 같은 경량금속의 용접 기술이 차량의 성능 및 생산성을 향상시키기 위해 발전해 오고 있다. 최근 가장 각광받는 2가지 고상 용접기술인 마찰교반점용접(FSSW)과 초음파점용접(USW)의 적용이 자동차산업에서 진행되어 오고 있다. 이들 용접 기술은 고상 접합이기 때문에 용접 시 강도 저하를 초래하는 기존의 용융방식 용접에 비하여 각광을 받고 있다. 마찰교반점용접은 비소모성 회전공구가 랩구조 접합부의 앞면에서 공작물을 혼합하면서 뒷면으로 밀어내며 접합한다. 한편 초음파점용접의 경우, 혼/엔빌 팁 사이에 시험편을 넣고 접합을 하며, 혼이 내려와 시험편에 진동을 부가하여 시험편 표면에 존재하는 산화막을 제거시키고 야금학적 접합을 하게 된다. 본 연구에서는 마찰교반점용접과 초음파점용접 시스템의 설계와 구축을 다루고 있다. 또한 치구나 엔빌과 같은 용접부품과 통합된 형상의 툴/혼 설계를 포함하고 있다. 두 용접공정은 양호한 접합부를 생산하기 위해 시험편 사이에서 발생하는 계면 반응을 제어하는 몇 가지 공정변수에 크게 의존하기 때문에 우수한 접합 품질을 달성하기 위한 파라메트릭시험을 수행하였다. 접합된 시험편의 접합품질은 광학현미경(OM), 주사전자현미경(SEM), X-선 회절분석기/에너지분산형 분광분석법(XRD/EDS) 그리고 전자탐침미량분석기법(EPMA) 장치를 각각 사용하여 접하부 표면 및 단면 조사를 통해 관찰하였다. FSSW동안 품질과 핀어깨 주위에서 재료유동은 트레이서물질 기법으로 가시화하였다. 동종 Al 및 Mg 합금의 FSSW에 의한 재료유동 방향과 세기를 명확히 하기 위해 개략도를 작성하였다. 동종 Al 및 Mg 합금의 USW접합을 위해 고려한 공정변수는 혼/엔빌 사이 간격(Initial gap), 진동 진폭, 용접시간 등 세 가지를 들 수 있다. 각 시험 조건에서 진동 진폭과 용접시간의 상호관계를 특징지었다. 각각의 용접 변수에 의한 변동은 독립적으로 용접강도에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 사용한 툴과 혼 팁 패턴에 따라 발생한 접합부 파단하중, 파괴 형식 그리고 온도상승 등의 결과를 비교 분석하였다. Al-Mg 합금의 이종 초음파용접 시 최대 파단강도, 파괴 형태를 구하기 위한 일련의 실험을 실시하였다. 이종 초음파점용접 시 lap-joint 접합부 시험편 위치에 따라서 파손 형태의 차가 나타났다. 이종, 다층 Cu-Al 박판의 초음파용접을 위해 Cu와 Al 박판을 사용하여 겹치기-접합 구조의 여러 가능성을 고려하였다. 접합부 전기저항을 측정한 결과, 초음파용접법으로 접합한 시료가 솔더링 접합한 시료보다 낮은 접합부 저항을 나타내었다. 끝으로 본 논문은 마찰교반점용접법(FSSW), 초음파점용접법(USW)에 대한 새로운 지식과 통찰력을 제공하고자 하였다. FSSW는 키홀 없이 양호한 품질의 접합이 가능한 반면, USW는 비교적 짧은 용접시간(0.4초 이하) 내에 높은 접합강도의 접합이 가능하다는 것을 보여주었다. FSSW는 회전 툴과 공작물의 접촉면적에 의한 영향으로 형성되는 훅킹 기구로 특징지을 수 있고, 반면 USW는 혼과 엔빌 팁에 의해 접합부 계면에서 시작된 미소 접합부의 확산기구로 나타낼 수 있다.

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