[논문]MSP시험의 미세강도에 의한 FSW 최적용접설계

양성모; 강희용; 정병호; 유효선; 손인덕; 최승준

doi:10.7467/ksae.2016.24.4.425

MSP시험의 미세강도에 의한 FSW 최적용접설계
Optimal Welding Design for FSW Based on Micro Strength by MSP Test 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.24 no.4, 2016년, pp.425 - 431

양성모 (전북대학교 기계시스템공학부) , 강희용 (전북대학교 기계설계공학부) , 정병호 (전북대학교 산업정보시스템공학과) , 유효선 (전북대학교 기계시스템공학부) , 손인덕 (전북대학교 기계시스템공학부) , 최승준 (전북대학교 기계시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The usage of Friction Stir Welding(FSW) technology has been increasing in order to reduce the weight in automobile industries. Previous studies that investigated on the FSW have focused on the aluminum alloy. In this study, Al6061-T6 alloy plates having 5 mm of thickness were welded under nine different conditions from three tool rotation speeds: 900, 1000 and 1100 rpm, and three feed rates: 270, 300 and 330 mm/min. Specimen size of Micro Shear Punch(MSP) test was $10{\times}10{\times}0.5mm$. The mechanical properties were evaluated by MSP test and Analysis of Variance (ANOVA). The specimens were classified by advancing side(AS), retreating side(RS), and center(C) of width of tool shoulder. The optimal welding condition of FSW based on micro strengh was obtained when the tool rotation speed was 1100 rpm and the feed rate was 300 mm/min. The maximum load measured AS, RS, and C in the weldment was measured 554.7 N, 642.9 N, and 579.2 N, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

용접부의 국부조직에 대한 기계적 특성평가 개발은 아직 해결되지 못하고 있는 실정이다. 이러한 배경 하에서 마찰교반용접부의 국부조직에 대한 기계적 미세특성을 시험하기 위하여 미소시험편을 이용한 MSP(Micro Shear Punch)시험기법에 의한 재료 평가 기술을 사용하였으며 마찰교반에서 최적용접조건을 분산분석(ANOVA)을 통하여 제시하였다.

제안 방법

본 연구에서는 많은 기계부품에 사용되고 있는 Al6061-T6합금을 9가지의 용접조건으로 마찰교반용접하여, 공구회전방향을 중심으로 전진측과 중앙부 그리고 후퇴측에 미소시험편을 제작하여 MSP 시험을 하였다. 최대하중의 기계적 특성을 평가하고 분산분석을 통해 얻어진 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

현재 마찰교반용접의 가장 큰 응용분야는 경량화가 요구되는 항공기나 고속전철 동체용 알루미늄 합금의 접합 분야로 선진국을 중심으로 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 알루미늄합금에서 Al6061-T6 합금을 사용하였다. 이러한 이유는 Al6061-T6 합금은 Al 2000 계 보다 물성이 낮으나 용접성과 내식성이 좋으며, T4에 비해 성형성은 떨어지나 정적 강도가 우수하여 많은 기계 부품에 사용되고 있기 때문이다.

성능/효과

1) 공구이송속도는 강도평균에 유의한 영향을 미치지 않으나 공구회전속도는 p=0.030으로 상당히 유의한 영향이므로 교반용접시 공구 RPM관리가 필요하다.
2) 평균강도가 가장 높은 최적용접은 공구회전속도 1100 RPM, 공구이송속도 300 mm/min에서 나타났으며, 전진측 554.7 N, 중앙 642.9 N, 후퇴측 579.2 N 이었다.

후속연구

향후 공구회전속도와 공구이송속도 두 인자 사이에 교호작용이 존재하므로 교호작용 검출을 위해 추가적인 반복 실험이 필요가 있다고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 Al6061-T6 합금을 사용한 이유는?	본 연구는 알루미늄합금에서 Al6061-T6 합금을 사용하였다. 이러한 이유는 Al6061-T6 합금은 Al 2000 계 보다 물성이 낮으나 용접성과 내식성이 좋으며, T4에 비해 성형성은 떨어지나 정적 강도가 우수하여 많은 기계 부품에 사용되고 있기 때문이다. Al6061-T6의 화학적 조성비와 기계적 특성을 Table 1과 Table 2에 나타냈다.
	마찰교반용접은 어떻게 수행되는가?	마찰교반용접(Friction Stir Welding : FSW)은 매우 간단하면서도 독특한 연속공정으로서 접합모재를 고정시킨 후 이음부의 맞대기면을 따라 특수 형상을 지니고 접합모재에 비해 경한 재질을 지닌 비소모식 회전 tool의 일부분이 삽입되어 tool과 접합모재의 상대적 운동에 의해 마찰열을 발생시켜 모재의 변형저항을 낮추어 연화시키기에 충분한 온도로 인접한 접합부를 가열시킨다. 이로 인해 tool의 삽입된 부분이 접합선을 따라 이동하여 가열된 부위가 probe의 전진측(advancing side)에서 후퇴측(retreating side)으로 압출되게 되고 마찰열과 기계적 가공의 조합에 의해 고상접합부가 만들어지므로 미소부분에 대한 강도해석이 요구된다.
	MSP 시험의 장점은 무엇인가?	4 mm의 강구를 놓고 이를 통하여 하중을 가함으로서 수행되며, 시간에 따른 시험편의 중앙변위(central displacement : δ )를 측정함으로서 하중의 거동을 조사하는 방법이다. 부가하중 속도에 따른 재료의 변화양상을 1 μm까지 정밀히 측정할 수 있어 값에 대한오차율도 매우 적은 시험방법이다.9,10)

참고문헌 (11)

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상세보기
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원문보기 상세보기
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Y. J. Lee, J. H. Song, K. J. Kim, H. S. Yu and S. M. Yang, "Evaluation for Fracture Energy on Friction Stir Welded Joint with 6061 Al Alloys by SPtest," KSAE Spring Conference Proceedings, pp.1737-1742, 2013.
S. H. Park, Experimental Design and Analysis, Minyoungsa, Seoul, 1998.

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