• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.42-42
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• 2009

마찰교반접합 (Friction Stir Welding)은 1991년 영국 TWI에서 개발된 접합 법으로서 회전하는 툴이 재료내부에 삽입되면 툴과 재료사이에서 발생하는 마찰열에 의하여 온도가 상승하게 되어 재료는 연화되고, 이러한 재료 내부에서 회전하는 툴이 이동하게 되면 재료 내부는 기계적 교반에 의해 소성변형이 일어남과 동시에 접합이 이루어진다. 마찰교반접합은 동적 재결정에 의한 접합부의 미세한 결정립 형성으로 인하여 기계적 특성이 향상되며 보호 가스가 필요 없어 친환경적임과 동시에 용융 용접 법에 비해 접합 시 에너지 소모가 적으며 또한 접합 후 접합부에서의 변형이 상대적으로 적다는 장점이 있다. 이러한 장점을 가진 마찰교반접합은 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 그리고 동 합금과 같은 저 융점 비철재료에 많은 연구와 적용 사례들이 있어왔다. 하지만 최근에는 일반 탄소강, 연강, 오스테나이트계 스테인리스강, 니켈 합금, 티타늄 합금과 같은 고융점 재료에도 연구 및 적용이 진행되고 있는 추세이다. 페라이트계 스테인리스강은 가격이 비싼 Ni을 함유하지 않아 오스테나이트계 스테인리스강에 비하여 강재의 가격은 낮으면서도 고온특성 및 내식성이 우수하여 건축용, 자동차 배기계용으로 널리 사용되고 있다. 하지만 이런 장점을 가진 페라이트계 스테인리스강을 기존의 용융 용접 법으로 접합 시 용접부 및 열영향부에서의 결정립의 조대화로 인한 인성 및 연성이 저하되며, 특히 예민화된 열영향부 입계 내에 Cr 탄화물이 석출되어 입계주변에 Cr 결핍 층을 형성되어 입계부식이 발생되는 문제점이 발생된다. 본 연구에서는 마찰교반접합을 이용하여 두께 3mm의 409 스테인리스강에 대해 맞대기 접합을 실시하였다. 접합 변수를 툴의 재료 (WC-12wt%Co, $Si_3N_4$)로 하여 접합을 실시하였고 접합 후 외관상태 점검, 광학 현미경과 주사 전자 현미경을 통하여 미세조직을 관찰하였으며 황산-황산동 부식 시험을 실시하여 접합부의 부식 특성을 평가하였다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1997년도 추계학술발표회 논문집
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• pp.114-121
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• 1997

회전 열파이프의 열전달 성능은 액막 두께 및 증발부로 귀환되는 응축 액막 유동율에 의해 결정된다. 그 동안 응축액 유동율을 촉진시키기 위하여 용기 내벽에 groove, 테이퍼 및 나선형 코일을 삽입하여 유동율을 높이는 방법들이 연구되었다. 본 연구도 회전 열파이프의 내부 관벽 구조에 관한 것으로써 삼각 단면을 갖는 회전 열파이프의 열전달 특성을 파악하고자 하였다. 삼각 단면을 갖는 회전 열파이프는 고속 회전 영역에서 모서리 부분으로 액막이 집중되어 관 내벽에 형성되는 액막 두께를 줄일 수 있으나 증발부에서 국부적인 과열이 발생되어 불안정한 작동 상태를 나타내었다. 따라서 본 연구에서는 개선방안으로 증발부에 부분적으로 원형관을 접합하였으며, 그 결과 dry-out의 억제와 함께 삼각 유동 단면에 의한 액막 두께 감소 효과를 볼 수 있었다. 회전체 발열부 냉각에 적용시키기 위해서는 앞으로 최적의 기하학적 형상에 따른 충전율 및 액막에서의 열전달에 대한 정량적인 해석 연구가 필요할 것으로 생각된다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제10권2호
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• pp.1-10
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• 1992

저탄소강은 일반적으로 용접성이 우수하지만 완전한 접합 강도와 용접부에서의 결함을 방지하기 위해서는 많은 주위가 필요하다. 용접부의 기계적 성질은 그 미세구조에 따라 좌우되는데, 이 구조는 모재의 화학조성, 용접 조건 그리고 후열처리에 의하여 결정이 된다. 이와 같이 용융용 접에 의한 저탄소강의 접합부는 저탄소함량으로 응고 균열에 대한 저항이 높다. 그러나 탄소의 함량이 증가하므로서 용접성은 저하하여, 0.3% 이상에서 용접부는 과열, 과냉, 저온 균열과 porosity에 취약하게 된다. 구조용강애 있어서는 용접성에 대한 일반적인 기준이 없으므로 이 러한 재료는 모재와 용접부의 기계적 성질, 고온 및 저온 균열성, 열간 및 냉각가공성등을 고려 하게 된다. 그러나 가장 중요한 것은 용접부의 신뢰도이다. 탄소강과 저합금강에 있어서 용접은 높은 강도를 얻을 수 있어야 하며 접합부에서 모재의 원래의 특성을 유지하여야 하고 결함이 없어야 할 것이다. 이와 같은 결함은 모재의 융접 이하에서 접합을 실시하는 고상접합으로 충 분히 억제할 수가 있다. 고상접합에서는 근본적인 미세조직의 결정화도 피할 수 있으며 고온균 일과 같은 결함의 위험도 배제할 수 있다. 고상접합은 용융용접과는 달리 모재를 용융시키지 않고 고체상태에서 접합을 하는데, 신금속 및 신소재의 개발과 첨단산업의 발달로 고상접합 기 술이 크게 각광을 받고 발전하게 되었다. 이와 같은 접합기술의 발전으로 기존의 용접으로는 접합이 불가한 소재, 용접기술의 적용이 곤란한 복잡한 형상, 복합기능 소재, 고품질 및 고정밀 성이 요구되는 소재등이 접합이 가능하게 되었다. 이러한 접합기술로는 brazing, 확산접합, 마찰 용접 등이 주로 많이 이용되고 있다. Brazing은 융점이 낮은 filler metal이 모재의 사이에서 용 융상태로 유입되어 냉각되면서 접합되는 방식이고 확산접합은 모재의 접합계면에서 원자의 상호 확산으로 접합을 하게 된다. 한편 마찰용접은 계면에서 회전에 의한 마찰열고 접합하는 방식 이다. 본 기술해설에서는 이러한 고상접합 기술을 이용한 철강재료의 접합에 대하여 고찰하도록 하겠다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제12권1호통권44호
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• pp.75-82
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• 2000

현재 접합부에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 구조물의 설계에서는 접합부를 강접합 또는 핀접합으로 가정하여 설계를 하고 있으나, 실제 접합부의 거동은 완전한 강접합도 핀접합도 아닌 반강접의 특성을 보이고 있다. 본 연구에서는 이러한 반강접의 분야 중 더블앵글에 의한 접합부의 거동을 파악하고자 한다. 중 저층 건물에서 가새의 지지능력을 상실하거나, 갑작스럽게 발생할지 모르는 축방향 인장력에 대한 더블앵글의 거동을 상용유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 3D 비선형 해석을 수행하였다. 3D 해석결과를 이용하여 더블앵글 접합부를 단순화한 앵글모델로 유도한 후 앵글의 코너에서의 회전강성을 찾아내어 더블앵글 접합부에 대한 설계 기초자료로 제시하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권11호
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• pp.124-129
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• 2017

본 연구에서는 철도차량의 경량 차체 소재로 주로 사용되는 알루미늄 합금 (Al-6005-T6) 압출재에 대한 마찰교반접합 적용 연구를 수행하였다. 용접속도를 300 mm/min으로 고정시킨 채 회전 공구의 회전속도를 600, 900, 1200, 1600 rpm으로 변화시킬 때 미세구조 및 기계적 특성의 변화에 대해 평가하였다. 특히, 동일 소재에 대해 전통적인 용접방법인 MIG 용접된 시편과의 비교를 통해 마찰교반접합법의 철도차량 적용성에 대해 논하였다. MIG 용접방법과는 달리, 마찰교반접합부에는 미세기공이 발견되지 않았으며, 경도 측정 결과 공구의 회전속도가 빨라질수록 높아진 입열량에 따라 heat affected zone (HAZ)의 범위가 넓어지고 결정립 조대화에 따라 HAZ의 경도 또한 낮아지는 것을 확인하였다. 인장시험 결과 HAZ지역에서 파단이 발생하였으며, 본 연구에서 설정한 공구의 회전속도 범위에서는 nugget 부의 경도 변화는 발견되지 않았으나 rpm이 올라갈수록 인장강도와 항복강도가 떨어지는 경향을 보였으며 이는 경도 시험에서와 같이 HAZ지역의 결정립 크기의 증가로 인한 현상으로 판단된다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제6회(2017년)
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• pp.586-591
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• 2017

얀센 메커니즘을 구현할 때 다리의 좌우 흔들림 문제를 다리의 접합부의 구조 안정화 설계를 통해 해결하였다. 이를 위해 다리 회전 부분의 최적 접합 공차를 찾아 동력전달 과정에서 생기는 손실을 최소화 하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권1호
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• pp.15-24
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• 2013

본 논문은 반복하중을 받는 CFT 합성골조의 더블 웨브앵글 접합부의 휨모멘트 내력에 대해 체계적으로 수행된 유한요소 연구로부터 얻은 결과를 제시하고 있다. 합성 부분강접 CFT 접합부의 회전강성, 휨모멘트 내력 및 파괴모드를 연구하기 위하여 3차원 비선형 유한요소 해석이 수행되었다. 부가적인 다양한 구조적 거동은 앵글의 두께 및 고강도 강봉 게이지 거리로 더블 웨브앵글 접합부의 파라미터에 대한 영향을 설명하고 있다. 해석모델의 적합성은 정적 유한요소해석 결과로부터 얻은 모멘트-회전각 곡선을 Richard의 회귀분석을 통하여 비교 분석하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권5호
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• pp.517-524
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• 2012

이 논문에서는 푸쉬오버해석을 통해 보-기둥 접합부 비탄성 전단거동과 고차모드를 고려한 횡하중 수직분포 형태가 구조물 거동에 미치는 영향을 알아보기 위해 지반조건 $S_B$ 내진설계범주 C에 대해서 5층 철근콘크리트 보통모멘트골조를 KBC2009에 맞게 구조설계 하였다. 보 및 기둥 부재의 휨모멘트-곡률 관계는 섬유모델(fiber model)로 확인하였으며 보-기둥 접합부 모멘트-회전각 관계는 simple and unified joint shear behavior model과 보-기둥 접합부 모멘트 평형관계를 이용하여 확인하였다. 푸쉬오버해석 결과 보-기둥 접합부를 강체로 고려하는 경우 구조물의 강성도 및 강도가 과대평가 되었으나 반응수정계수는 접합부 비탄성거동과 관계없이 KBC2009 보통모멘트골조 계수를 만족하여 구조 설계 과정에서 보-기둥 접합부의 비탄성 전단거동을 고려하지 않아도 문제가 없을 것으로 판단된다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
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• pp.24-24
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• 2010

마찰교반접합법은 특정한 회전수로 회전하는 용접 툴을 이용하여 접합하고자 하는 피접합재의 맞댄면에 삽입시킨 후 툴을 이동시키거나 혹은 시편을 견고하게 고정시킨 장치(backing plate)가 움직여 고상 상태에서 접합이 이루어진다. 알루미늄, 마그네슘 등 비교적 융점이 낮은 저융점 재료의 재료에 처음 적용이 되어 많은 연구가 활발히 진행되었고 타 용접방법에 비해 우수한 접합특성을 나타내었다. 최근 이러한 마찰교반접합은 이러한 저융점 재료를 넘어서 스틸, 타이타늄, 니켈 등과 같은 고융점 재료 등에 대한 적용이 늘어나고 있다. 마찰교반접합을 이용하여 이러한 고융점 재료의 접합 경우 내마모성 및 내열성 등의 내구성이 갖추어진 툴과 이러한 툴을 냉각시킬 수 있는 냉각 장치 등이 필요로 하나 경제적 측면이나 접합부의 우수한 특성 등을 고려 할 때 그 적용 및 발전 가능성이 매우 높다고 볼 수 있다. 2상 스테인레스 강은 금속 조직적으로 페라이트와 오스테나이트 상이 거의 1:1의 동등한 비율로 매우 미세하게 결합된 구조를 가지고 있다. 또한 이상 스테인레스 강은 각상의 개개의 특성에 기인하여 염소 분위기에서 응력부식 저항성이 우수하고, 공식과 틈부식에 대한 저항성이 매우 뛰어나다. 그리고 이상 스테인레스 강은 비교적 고가인 Ni이 일반 오스테나이트 스테인리스 강의 약 1/2의 수준으로 적게 포함이 되어 경제적인 이점을 지니고 있으며 또한 용접성이 좋아 산업계의 수요는 현재 점차 증가하고 있는 상황이다. 하지만 이러한 이상 스테인리스 강은 용접 후 페라이트 상의 조대화, 그리고 페라이트 상의 분율이 오스테나이트 상의 분율보다 높아지게 되어 용접부에서의 저온 인성 감소 및 내식성 저하 등의 문제가 발생하게 된다. 그리하여 용접 시 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 입열량의 조절이 가장 필요로 하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 마찰교반용접을 이용하여 두께 3mm의 대표적인 이상 스테인리스 강인 SAF2205 스테인리스 강에 대해 맞대기 마찰교반접합을 실시하였다. 툴 회전속도를 변수로 하여 접합을 실시하였으며 접합 시 툴은 $Si_3N_4$ 툴을 사용하였다. 접합 후 외관상태 점검, 미세조직 관찰, 경도 및 인장강도 측정 등의 실험을 실시하였고, 이러한 결과를 이용하여 미세조직과 기계적 특성과의 관련성을 조사하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.319-329
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• 1999

본 연구에서는 골조의 안정과 구조적인 거동에 영향을 미치는 2차 효과에 의한 기하학적 비선형 문제, 세장비가 작은 부재 단면의 소성, 보-기둥 접합부의 상태, 그리고 부재 내부에 발생되어 있는 기하학적 초기결함을 고려한 복합적인 비선형 해석프로그램을 개발하여, 철골조 구조물의 거동을 근사적으로 예측하고자 한다. 그리고, 각 비선형 해석의 신뢰성을 검증하고, 상호관계를 파악되기 위해서 각 해석에 따른 좌굴하중과 거동을 비교 검토한다.