마찰 용접이란? 작동 및 응용

마찰용접이란?

마찰 용접은 재료를 소성적으로 변위시키고 융합시키기 위해 "업셋(upset)"이라고 하는 횡력을 추가하여 서로에 대해 상대적으로 움직이는 공작물 사이의 기계적 마찰을 통해 열을 발생시켜 공작물을 용접하는 고체 상태 용접 기술입니다.

용융이 일어나지 않기 때문에 마찰용접은 융착용접이 아니라 단조용접에 가까운 고체용접 기술이다. 마찰 용접은 다양한 항공 및 자동차 응용 분야에서 금속 및 열가소성 수지와 함께 사용됩니다.

실제로, 겉보기에 매끄러운 표면은 돌기라고 하는 많은 미세한 돌기로 구성됩니다. 한 표면이 다른 표면에 대해 이동할 때 이러한 돌기가 상호 작용하여 마찰을 생성하여 두 개 이상의 상호 작용하는 표면 사이의 움직임에 저항합니다.

탄성 및 소성 항복을 통한 이러한 돌기의 상호 작용은 열을 생성합니다. 마찰 용접은 이 현상을 접합 응용 분야에 활용합니다. 마찰 용접의 유도된 기계적 운동은 열을 발생시켜 접합되는 재료를 연화시키고 점성이 되게 합니다. 연화된 상태에서 공정의 기계적 운동은 재료를 혼합하여 결합을 만듭니다.

마찰열 및 재료 혼합이 발생하는 방식은 사용되는 마찰 용접 공정에 따라 크게 달라지며, 그 중 4가지 주요 공정이 있습니다: 마찰 교반 용접(FSW), 마찰 교반 점 용접(FSSW), 선형 마찰 용접(LFW) 및 회전 마찰 용접(RFW).

 

마찰 용접 작동원리

FSW는 비소모성 도구를 사용하여 작동하며, 이 도구는 회전되어 두 공작물의 인터페이스에 삽입됩니다. 그런 다음 도구가 인터페이스를 통해 이동하고 마찰열로 인해 재료가 가열되고 부드러워집니다.

그런 다음 회전 도구는 연화된 재료를 기계적으로 혼합하여 결합을 생성합니다. FSSW는 FSW의 변형이며 "스폿" 용접을 만들기 위해 랩 조인트 구성의 두 공작물로 비소모성 도구를 회전, 플런지 및 후퇴시키는 방식으로 작동합니다. FSSW 중에는 공작물을 통한 공구 이송이 없습니다.

LFW 및 RFW는 비소모성 도구가 필요하지 않습니다. 즉, 결합할 개별 공작물을 사용하여 마찰열 및 기계적 혼합을 생성합니다. LFW는 압축력을 받는 동안 하나의 공작물을 다른 공작물에 대해 선형으로 진동시켜 작동합니다.

진동하는 표면 사이의 마찰로 인해 열이 발생하여 인터페이스 재료가 부드러워지고 기계적으로 혼합됩니다. RFW는 공작물이 종종 둥글고 서로에 대해 회전한다는 점을 제외하고는 LFW와 유사합니다. LFW 및 RFW 동안 공작물은 일반적으로 압축력 방향으로 짧아져("연소") 플래시를 형성합니다.

연소 인터페이스 동안 산화물 및 이물질과 같은 오염 물질이 플래시로 방출됩니다. 오염 물질이 없으면 순수한 금속과 금속이 혼합되어 완전한 결합이 됩니다. 마찰 용접 시 발생하는 온도는 매우 높지만 재료는 고체 상태로 유지됩니다(즉, 용융이 발생하지 않음).

 

 

응용

마찰 용접은 더 나은 산업용 롤러, 튜브 및 샤프트를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 이 공정은 종종 산업용 프린터, 자재 취급 장비, 자동차, 항공우주, 해양 및 석유 응용 분야를 위한 이러한 하위 어셈블리를 제조하는 데 사용됩니다.

구성 요소의 다른 예로는 기어, 액슬 튜브, 드라이브라인, 밸브, 유압 피스톤 로드, 트럭 롤러 부시, 펌프 샤프트, 드릴 비트, 연결 로드 등이 있습니다.

 

마찰 용접의 장점

▷ 다른 접합 방법으로는 일반적으로 용접에 적합하지 않은 이종 재료의 접합을 가능하게 합니다.
▷ 좁은 열영향부 생성
▷ 완전 금속 융합의 일관되고 반복적인 공정
▷ 조인트 준비가 최소화됨 – 가장 일반적으로 사용되는 톱 절단면
▷ 더 빠른 처리 시간 – 현재 6개월 이상인 단조품의 긴 리드 타임과 비교됩니다.
▷ 설계 유연성을 크게 향상 - 블랭크의 각 영역에 적합한 재료 선택
▷ 단일 프로토타입에서 대량 생산에 이르기까지 다양한 수량에 적합
▷ 플럭스, 충전재 또는 가스가 필요하지 않음
▷ 환경 친화적 프로세스 - 연기, 가스 또는 연기가 발생하지 않음
▷ 고체 상태 공정 – 다공성 또는 슬래그 함유 가능성 없음
▷ 값비싼 툴링이나 최소 수량 요구 사항 없이 주조 또는 단조와 유사한 블랭크 생성
▷ 가공 노동을 줄여 부패하기 쉬운 툴링 비용을 줄이면서 용량을 늘립니다.
▷ 전체 표면 용접은 중요한 영역에서 우수한 강도를 제공합니다.
▷ 바이메탈 응용 분야에서 원자재 비용을 줄입니다. 고가의 재료는 빈칸에 필요한 곳에만 사용합니다.

 

마찰 용접의 단점

▷ 동일한 단면의 원형 철근에만 사용됩니다.
▷ 각진 및 평평한 맞대기 조인트로 제한됩니다.
▷ 설치 비용이 매우 높습니다.
▷ 공작물의 준비가 어렵습니다.
▷ 변형 불가능한 재료는 용접할 수 없습니다.
▷ 기계의 작은 부분에만 사용할 수 있습니다. 큰 부품은 호환되지 않습니다.

 

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