표면 온도 제어를 통한 알루미늄 합금의 맞대기 마찰 교반 용접 특성 연구

Abstract

본 연구는 자동차 에어컨용 압축기(Compressor) 내부에서 냉매를 고압으로 압축시키는 피스톤(Piston)에 적용된 마찰 교반 용접의 양산 공정에서 용접 시작부와 용접 중복부에서 발생한 결함 불량 개선 사례를 실험으로 재현하고 평가, 분석하였다. AL6061-T6 재질을 소재로 하여 예열 유무, 강제 냉각 유무에 따른 동일 용접 조건(용접 공구 이송속도 744mm/min, 용접 공구 회전 속도 2400rpm)으로 마찰 교반 용접하여 제작된 시편의 기계적 특성을 연구하였다. 제작된 시편의 용접 표면을 관찰하였고, 용접부 단면의 Macro structure 관찰과 파단 강도 및 경도 측정을 실시하였고 용접 시작부의 예열 시간 별, 용접 중복부의 강제 냉각 압력 별 실험을 추가적으로 진행하여 최적의 예열, 냉각 조건을 분석하였다. 실험 결과, 용접 시작부는 예열을 실시하고 강제 냉각을 실시하지 않는 조건에서 용접 특성(Macro 용접 상태 및 파단 강도)이 우수하였고 용접 중복부의 경우 강제 냉각을 실시하지 않는 조건에서 우수하며 예열 여부와는 큰 상관 관계가 없음을 알 수 있었으며 이를 통해 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다. 예열 시간 증가에 따라 용접부 표면 온도는 상승하였으며 1.0초에서 임계값을 갖는 특성 / 표면 온도 100도에 도달한 조건에서 Macro 용접 상태가 양호한 결과를 얻었다. 용접 중복부의 경우, 강제 냉각 압력이 증가함에 따라 표면 온도는 감소하였고 0.4MPa과 0.5MPa 조건의 경우 동일한 수준으로 관찰되어 강제 냉각 압력 0.4MPa에서 임계 특성을 나타내었다. 이상의 실험 결과 및 분석을 통해 용접부 표면 온도와 용접부 결함 발생 간의 상관 관계를 확인할 수 있었고, 용접 변수가 고정되어 있는 양산 공정의 경우 표면 온도 관찰을 통해 용접부 결함 여부를 검출할 수 있는 Error proof process로 활용 가능함을 입증할 수 있었다.