Abstract
Friction Stir Welding is a welding technique for metal materials that utilizes the heat generated by friction between the material to be welded and the welding tool that rotates at high speed. In this study, a numerical analysis method was used to analyze the change in the internal temperature of the welded material during friction stir welding. As the welding target material, AZ31 magnesium alloy was applied and the welding phenomenon was considered a flow characteristic, in which a melting-pool was formed. FLUENT was used as the numerical tool to perform the flow analysis. For flow analysis of the welding process, the welding material was assumed to be a high viscosity Newtonian fluid, and the boundary condition of the welding tool and the material was considered to be the condition that friction and slippage occur simultaneously. Analyses were carried out for various rotational speeds and the translational moving speed of the welding tool as variables. The analysis results showed that the higher the rotational speed of the welding tool and the slower the welding tool movement speed, the higher the maximum temperature in the material increases. Moreover, the difference in the rotational speed of the welding tool has a greater effect on the temperature change.
마찰교반용접(Friction Stir Welding) 기술은 금속 소재를 대상으로 하는 용접기술 중의 하나로 용접대상이 되는 소재와 고속으로 회전하는 용접툴 사이의 마찰로 인한 열을 활용하여 소재의 융점 이하 온도에서 접합하는 기술이다. 이번 연구에서는 마찰교반용접을 진행할 때, 용접 대상물의 내부 온도 변화를 분석하기 위한 방법으로 수치해석기법을 사용하였다. 용접소재로는 마그네슘 합금인 AZ31을 고려하였으며, 용접현상을 멜팅풀(melting-pool)이 생성되는 유동특성으로 간주하고 유동해석을 수행하기 위해 유동특성 수치해석 툴인 FLUENT를 이용하였다. 용접과정의 유동해석을 진행하기 위해 용접소재는 고점도 뉴턴 유체로 가정하였고, 용접툴과 용접대상 소재의 경계면은 마찰 및 미끄러짐이 동시에 발생하는 조건으로 경계조건을 선정하였다. 그리고 용접툴의 회전속도 및 용접속도를 변수로 하여 다양한 해석을 진행하였다. 해석 결과로부터 용접툴의 회전속도가 높을수록, 용접속도가 느릴수록 소재 내 최고온도가 증가함을 확인할 수 있었으며, 그 중 용접툴의 회전속도 차이가 온도 변화에 더 큰 영향을 보임을 확인하였다.