인터뷰: 국내 FSW 산업 발전! 산업계와 연구계의 협력이 열쇠!
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인천국제용접&절단&레이저설비산업전시회
국내 FSW 산업 발전! 산.학.연의 협력이 열쇠!

경북대학교 공과대학 금속공학과 박경채 교수 박경채 교수
중소조선연구원 해양레저장비개발센터 기업지원팀 최준웅 연구원
1. 국내 마찰 교반 용접 설비 산업의 현실과 생산 현황은?
일반적인 마찰 용접은 두 재료를 맞대어 마찰시키고 마찰 열이 발생할 때 두 재료를 접합시키는 방식을 말하는데, 국내에는 이미 오래 전에 소개되어 상용화돼 왔다.
그 반면 마찰 교반 용접(FSW)은 마찰시켜 접합한다는 방식은 같지만, 두 개의 판재는 고정시켜 두고 두 재료를 접합시킬 부분에 툴을 회전시켜 마찰 열로 접합시키는 방식으로, 주로 자동차 및 철도, 선박, 항공기 등 수송기의 경량화를 목표로 적용되는 기술이다.
국내에는 경북대와 성균관대, 부산대 등 일부 대학과 RIST, 생산기술연구원 등 연구 기관에서 계속해서 연구 개발 중이며, 상업적으로 쓰이고 있는 것은 LCD 백 플레이트에 적용 중인 D업체가 유일하므로, 아직은 국내 마찰 교반 용접 산업은 ‘걸음마 수준’에 불과하다고 할 수 있겠다.
현재 철도 산업에서 상업화 추진 중이며, 자동차와 항공, 선박에는 상업화하기 위한 연구 기반을 구축 중인 것으로 알고 있다.
국내에서 마찰 교반 용접 장비를 만드는 회사는 한두 개 업체에 국한되어 있으며, 실질적으로 기기를 판매한 곳도 거의 연구 기관이기 때문에 시장이라고 할 만한 것이 형성되어 있지 않은 상태다.
그러나 점차 이 기술에 대한 관심이 늘어나면서 연구에 뛰어드는 사람들이 증가하고 있는 추세이기 때문에, 앞으로 개발 연구 인력과 회사가 늘어난다면 향후 5년 내에는 시장도 크게 형성되어 좋은 결실을 맺을 수 있을 것으로 생각한다.

2. 마찰 교반 용접 설비의 해외(선진국)의 기술 수준은?
유럽에서는 TWI(The Welding Institute)가 1991년에 원천 기술을 개발한 후 산업 전 분야로 확대 개발 중이며, EuroStir는 TWI가 주관하는 EU 공동 프로젝트에 참여하여 FSW의 상업화 기술을 개발하고 있다. 또한 WAFS는 13개 기업이 참여하는 우주 항공 사업으로 비파괴검사와 보수 기술, 규격화를 포함한 적용 기술을 개발했다.
한편 미국의 경우에는 Delta IV 프로젝트로 보잉 사가 중심이 되어 로켓, 항공 분야 실용화를 위해 계속 연구 개발 중이며, 일본은 1997년 신칸센 철도 차량 개발에 성공하여 산업 전 분야로 기술을 활용하고 있는 데다 국가 프로젝트로 채택하여 꾸준히 연구 개발 중이다.
중국은 TWI와 기술 제휴하여 2002년 CFSW 센터를 구축, 정부가 주도하여 FSW 산업을 육성하고 있는 등 적극적으로 FSW 산업 육성에 힘을 기울이고 있다.
스웨덴, 노르웨이 등 북유럽 국가에서도 알루미늄 합금 선박 제조에 FSW를 적용 중이고, 영국 British Areospace Airbus 사는 자동화하기 어려운 리벳 접합을 대신하여 FSW를 대체 수단으로 적용하고 있으며, 독일 Daimler Chrysler Aerospace Airbus 사는 여객기 동체 외판의 다양한 판넬 접합에 FSW를 적용하고 있다. 이처럼 세계 각국에서는 FSW 기술을 연구 개발하고 더욱 확대 적용하는 등 FSW 산업을 성장시키고 있다.

3. 마찰 교반 용접 설비 산업의 국내 생산 기술과 용접 기술 수준은?
국내 FSW 기술 수준을 연구 기관의 수준으로만 따진다면 해외 선진국의 기술과 거의 비슷하다고 본다. 그러나 이 기술이 실제적으로 자동차를 비롯하여 여러 산업 분야에 적용된다고 한다면, 곡면 접합 등 프로세스 면에서 현재 국내 기술로는 해결할 수 없는 문제점이 발생할 수 있을 것으로 본다.
하지만 이것은 아직 국내 FSW 기술의 경우 상업적으로 적용되는 사례가 없기 때문에 더욱 두드러지는 문제로, 향후 관심을 가지고 산업 적용에 더욱 주력한다면 각각의 산업 적용에 맞는 여러 기술들을 개발할 수 있을 것으로 생각된다.

4. 마찰 교반 용접 설비의 적용·응용 분야 및 시장 전망은?
한 마디로 무궁무진하다. 현재 수송 산업 분야에서 연비를 아끼거나 에너지 절약의 일환으로 경량화하려는 움직임이 크게 늘어나면서 알루미늄 등 비철 합금이 적용되는 산업이 급속도로 증가하고 있다. 이에 따라 알루미늄과 같이 경금속을 마찰하는 데 효과적인 마찰 교반 용접 시장도 늘어날 것으로 예상된다.
철도 및 자동차, 버스의 경우 알루미늄으로 차체를 대체하고 있으며, IMO(국제해사기구)에서 재활용이 불가능하여 환경 오염을 유발하고 있는 FRP(섬유강화플라스틱)사용을 규제하면서 선박 역시 점차 재활용이 가능한 알루미늄으로 바디를 대체하고 있다.
국내도 마찬가지로 소형 레저 선박의 간단한 표면 용접에 마찰 교반 용접을 적용하기 위해 진행 중이며, 그 외 수송 산업 분야뿐 아니라 전기 전자 분야에도 다양하게 적용하기 위해 연구 개발하고 있다. 또한 이와 더불어 알루미늄 합금 외에도 마그네슘, 타이타늄 등과 같은 소재의 산업 적용이 늘어남에 따라, 특수 합금의 마찰 교반 적용 연구도 진행되고 있어 시장 전망이 아주 밝다고 본다.
다만, 여기서 중요한 것은 향후 적용할 수 있는 분야를 더욱 확대시키는 등 ‘분야 개척’이라고 할 수 있다.

5. 마찰 교반 용접 설비의 국산화(개발·연구·사용)에 있어서 어려운 점은?
초기 설비 시설 구축의 높은 가격으로 인해 생산 기반의 구축이 어렵다는 점과 대량 생산성을 고려해야 한다는 것 그리고 정부의 관심 부족과 기술에 대한 인식이 부족하다는 것 등을 들 수 있다.
마찰 교반 용접 설비는 대량 생산에 적합해야 하는데, 이를 위해서는 ‘고정 지그’라는 구조 지지대뿐 아니라 회전부 및 압력부 등 부대설비를 많이 필요로 하며, 생산품의 특성에 맞게 제작되는 전용기 타입이 주로 쓰인다. 이로 인해 일반적인 용접 설비보다 초기 투자 비용이 많이 들기 때문에 자금력이 부족한 중소기업의 경우 생산 기반을 구축하기 어려운 경우가 많다.
또한 이 기술에 대한 인식 부족도 큰 문제다. 설사 기술을 안다고 해도 과연 이것이 검증된 기술인가, 산업에 적용 시 아무 문제도 발생하지 않을 것인가 등에 대해 의문점을 제시되곤 하므로 산업 적용이 어려워지기도 한다.
한편, 기술적으로는 국내 사정상 이미 국제적인 수준을 보유한 업체와 연구 기관은 갖추고 있음에도 관련 부속(제품 고정 지그, 접합 툴, 곡면 접합 프로세스) 등의 개발이 미비하여 실제 산업 시설 적용 시 어려움이 있으며, 이와 더불어 해외 기업체의 특허 경쟁으로 인해 우리나라에서는 이를 침해하지 않고 다른 방법으로 개발 연구해야 하므로 그만큼 연구 개발에 힘이 든다.

6. 국내 마찰 교반 용접 설비 산업의 육성 방안은?
우선 마찰 교반 용접 기술이 적용될 수 있는 상황을 만들어야 할 것으로 본다. 이를 위해서는 일단 적용 기술을 더욱 향상시키는 것이 필요하다. 그 대표적인 것이 앞서 언급한 바와 같이, 곡선 접합 프로세스 기술과 접합 툴, 고정 지그를 하루 빨리 개발하는 것이다.
현재 마찰 교반 기술은 주로 평면에서 작업 가능하므로 작업 공간이 대형인 우주 항공 분야나 철도 분야에는 그 기술 적용이 가능하지만, 자동차의 경우에는 소형인 데다 곡면이 많기 때문에 기술 적용이 원활하지 못한 상황이다. 따라서 현재로서는 자동차 산업에 FSW를 적용하는 데는 점 접합으로 이루어지고 있다. 하지만 자동차 산업 역시 대량 생산을 기본으로 하는 산업이기 때문에, 이러한 기술들이 개발된다면 국내 자동차 산업은 물론 다방면에서 FSW 기술이 적용될 수 있을 것으로 본다.
또한 접합 툴과 곡면 접합의 경우 국내 마찰 용접 설비 산업과 관련이 많은 산업이 바로 절삭 가공 산업이라 본다. 국내 절삭 가공 장비와 각종 소모성 가공 재료들을 생산하는 국내 기업들의 기술력이 세계 최고 수준임을 고려해볼 때, 이러한 기계 가공 산업을 기반으로 마찰 교반 용접 설비 산업을 접목한다면 아주 우수한 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 예상한다.
한편, 기존에는 소형 선박이나 호화 요트의 경우 FRP 소재로 많이 이루어졌으나, 최근 알루미늄 적용이 확대되면서 마찰 교반 용접을 적용하면 선박 생산 단가를 줄일 수 있고, 친환경적이면서 고품질의 선박을 대량 건조할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
그러나 현재 국내에는 알루미늄 전문 용접사 인력이 부족하여 그만큼 제작하는 데 인건비가 많이 들고, 이에 따라 알루미늄 소형 선박 제작 비용이 올라감으로써 알루미늄으로 소형 선박을 제작하지 않으려는 움직임도 일부 보이고 있다.
따라서 이를 해결하기 위해서는 국내 알루미늄 전문 용접 인력의 양성도 중요하다고 본다.

7. 동종업계나 정부 및 산하단체에 바람이 있다면?
가장 중요한 것은 FSW 기술의 중요성을 인식하여 정부와 대기업의 전폭적인 지원이 이루어져야 한다는 것이다. 중국의 경우 정부가 주도하여 TWI와 협약한 후 정부 연구 센터를 만들어 운영하는 사례가 있는 등 외국에서는 정부와 대기업이 먼저 나서서 대규모로 자금 투자하여 연구 개발함으로써 하루가 다르게 기술 개발이 이루어지고 있는 실정이다.
그 반면 우리나라의 경우 몇몇 중소기업과 대학, 연구 기관에서만 일부 소규모로 연구 개발이 진행되고 있어 다른 나라에 비해 특허 보유나 기술 적용이 매우 더딘 편이다.
이를 해결하기 위해서는 정부와 대기업이 기술을 개발하고 산업에 기술을 적용해야 하며, 사업체와 연구 기관이 함께 FSW 관련 프로젝트를 계획하거나 FSW 기술 인식 향상을 위한 세미나를 마련하는 등 산업계와 연구계가 힘을 합쳐 FSW 산업을 발전시켜야 할 것이다.
연구 기관에서는 연구 기관 본연의 역할에 충실하여 FSW 기술 개발 및 다양한 데이터베이스 구축에 힘쓰고, 기업은 이를 적극적으로 도입하여 전 산업에 적용함으로써 국내 FSW 기술이 전 세계 TOP이 될 수 있도록 노력해야 하겠다.

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