1. 서 론 마찰교반접합(friction stir welding, FSW)은 고상 (solid state)에서 이루어지는 공정으로서 기존 용융용 접법으로는 접합이 매우 어렵거나 불가능한 것으로 여 겨져 왔던 재료 간의 접합에 새로운 가능성을 제시하고 있다. 마찰교반접합은 비금속인 폴리머부터 고융점의 티타늄 합금에 이르기까지 다양한 재료에 적용할 수 있 으나, 개발 초기부터 현재까지는 알루미늄 합금과 같은 저융점 재료를 중심으로 적용되어 자동차, 항공기, 철 도차량, 선박, 로켓연료탱크와 같은 수송 분야에 상업 화되어 사용되고 있다. 특히 자동차 산업 분야에서는 차체경량화를 위하여 경금속인 알루미늄과 마그네슘 합 금의 수요가 증가되었고, 이에 따라 엔진, 열교환기, 휠, 서스펜션 암, 범퍼빔, 차체 등에 적용되고 있다. 최 근에는 철강, 니켈 합금, 티타늄 합금과 같은 고융점 재료 및 이종 금속 간의 접합에 대한 연구과 활발히 진 행되고 있으며 그 적용이 점차 확대되고 있다 1-3)

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... . 마찰교반접합에 가장 많이 사용되는 알루미늄 합금은 넓은 고액공존영역, 큰 응고수축 및 열수축 그리고 저 융점의 금속간화합물 때문에 용융용접시 응고균열(solidification cracking) 및 액화균열(liquation cracking) 에 취약하며, 마그네슘 합금도 이와 유사한 문제점을 가지고 있다. 따라서 고상에서 이루어지는 마찰교반접 합을 사용하면 기공, 응고균열, 액화균열 등과 같이 용 융용접시 액상으로부터 냉각되어 응고되면서 발생하는 여러 가지 결함들을 방지할 수 있는 큰 이점이 있다. 그러나 최근 마찰교반접합에도 액화균열의 가능성이 제시되었고, 이러한 액화균열 또는 액화현상(liquation) 이 발생한다면 인장강도, 피로강도, 연신율, 충격특성과 같은 접합부의 기계적 성질이 감소되는 것은 분명하다. 또한 균열이 발생하지 않고 단순히 용융되었다 재응고 되는 부분용융부(partially melted zone, PMZ) 또는 액화부도 접합부의 특성에 악영향을 미칠 수 있다. 본 고에서는 마그네슘 및 알루미늄 합금의 마찰교반 접합시 액화균열 및 부분용융의 발생에 대한 연구를 체 계적으로 고찰하여 발생현황, 원인 및 기구를 조사하고 자 한다. 한편 마찰교반접합은 일반적으로 마찰교반 맞 대기접합을 의미하지만 이음형태를 명확히 식별하기 위 하여 마찰교반 점접합(friction stir spot welding), 마찰교반 겹치기접합(friction stir lap welding), 마찰 교반 맞대기접합(friction stir butt welding/friction stir seam welding)으로 용어를 구분하여 사용하도록 하겠다. 2. 액화현상의 발생 가능성 마찰교반접합은 고상접합으로서 최대 온도(peak temperature)가 고상선(solidus line)에 미치지 못하므로 용융현상은 발생하지 않는다고 알려져 있다. 마찰교반 접합시 과열을 초래하는 높은 회전속도에서 재료의 항 복강도는 고상선 온도에 근접하면서 급격하게 감소되 고, 항복강도가 감소하면 열발생률(heat generation rate)이 0에 도달한다. 따라서 국부용융(localized melting)이 표면에 발생하더라도 이러한 액화표면은 shear force를 전달하지 못하고 온도상승을 제한시키 는 self-regulating 작용을 하여 고상선 아래에서 설정 된 평형온도로 유지된다 4,5) . 그러나 실제로는 비평형상 태에서 국부용융이 일어날 수 있으며, 이러한 비평형상 태는 열발생(heat generation)이 순간적으로 매우 빠 른 반면, 열전달(heat transfer)은 시간이 걸리기 때 문에 발생이 가능하다 6) . 또한 재료의 용융점을 초과하 여 발생하는 직접적인 액화 이외에도 고상선 아래의 온 도에서 저융점 금속간화합물의 공정 또는 기타 반응에 의하여 incipient melting이나 조성적 액화(constitutional liquation)가 용융용접시 열영향부(heat affected zone, 이하 HAZ)에서 발생하는 것과 유사하게 발생할 가능성이 있다. 따라서 용융용접시 HAZ의 액화현상에 특집 : 마찰교반접합기술과 응용기술동향