인터뷰: 국내 마찰교반 용접산업 발전 실마리? 조속히 특허 문제해결
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국내 마찰 교반 용접 산업 발전 실마리? 조속히 특허 문제 해결이 우선

성균관대학교 신소재공학부 교수/공학박사 정승부
Sungkyunkwan Univeristy, School of Advaned Materials Engineering and Science Prof. / Ph.D of Engineering Seung Boo Jung
1. 국내 마찰 교반 용접 설비 산업의 현실과 생산 현황은?
마찰 교반 접합은 1991년 영국 TWI (용접 연구소)에서 개발된 이래로 90년대 중, 후반부터 유럽을 필두로 한 일부 국가에서 산업계 적용이 시작됐다.
기존 용융 용접 방식과는 달리 재료가 고상상태에서 접합된다는 고유의 장점으로 인해, 구조재 접합이 요구되는 산업 전분야로 그 쓰임이 확대되고 있으며, 현재 국내 산업계에서도 마찰 교반 접합에 대한 관심이 점점 더 커지고 있는 상황이다.
하지만 접합 설비 등 제반 인프라에 대한 국내 산업계의 대비는 극히 미약한 수준이라 할 수 있으며, 특히 국내 마찰 교반 접합 및 그 설비 산업의 발전에 가장 큰 걸림돌은 ‘특허 문제’라고 판단된다.
접합 설비 제작뿐만 아니라 그 장비를 이용하여 제조되는 제품에 이르기까지, 모든 단계에서 적지 않은 로열티를 지불해야 하는 상황이므로 단순하게 기술의 우수성만을 고려한 투자는 국내의 어느 기업도 쉽게 결정할 사항이 아니기 때문이다.

2. 국내 마찰 교반 용접 설비 산업의 시장 규모와 유통 규모는?
마찰 교반 접합 관련 산업이 아직 국내에서는 활발하지 못한 관계로, 시장 규모 및 유통에 대해서 구체적으로 말하기는 어렵다.
기술적인 수준으로 볼 때에는 밀링, 선반 등 기계 가공에서 우수한 기술력을 보유한 국내 기술과 마찰 교반 접합 장비에서 필요한 기술 수준은 큰 차이가 없는 것으로 판단된다. 하지만 앞서 언급한 바와 같이, 특허 문제로 인해 설비 산업과 그를 이용한 제조 산업 모두가 활성화되지 못하는 상황이다.
근래에 들어 국내 극소수의 기업이 마찰 교반 접합 설비 시스템을 제작 및 판매 중에 있긴 하지만, 전체 산업구조로 보았을 때 공급자의 입장에서 특허 문제가 해결됐을 뿐 장비 구매자 입장에서는 여전히 특허 문제가 남아 있어 근본적인 해결책이 되지는 못한 실정이다.
최근 보고에 의하면 LCD 프레임 및 반도체.LCD 공정 중에 사용되는 서셉터, 백킹 플레이트 등을 마찰 교반 접합 방식으로 제작하고 있으며 그 매출액이 점점 증가하는 추세이기 때문에, 이러한 경향으로 볼 때에 원천 특허 문제가 해결될 경우 차후 국내에서의 마찰 교반 접합 관련 산업의 규모는 매우 커질 것으로 예상된다.

3. 마찰 교반 용접 설비의 해외(선진국)의 기술 수준은?
미국 및 일본, 유럽 등의 선진국에서는 이미 오래 전부터 마찰 교반 접합에 관한 개발이 이루어져 왔으며 이미 이를 이용하여 제작된 제품이 상용화되어 있는 상황이다.
이에 발맞추어 마찰 교반 접합 기기 및 접합 툴의 개발이 꾸준히 이루어져 오고 있으며, 주로 스웨덴의 ESAB, 일본의 Hitachi, Kawasaki, 미국의 MTS 사에서 마찰 교반 접합 기기를 설계 및 제작, 판매하고 있다.
또한 철 등의 고융접 금속의 접합을 위한 접합 툴의 경우 미국의 megastir 사에서 PCBN(Polycrystal Boron Nitride)을 이용한 접합 툴을 개발하여 현재 판매 중에 있으며, 이러한 접합 툴은 megastir 사가 가장 우수한 기술을 확보한 것으로 알려져 있다.

4. 마찰 교반 용접 설비 산업의 국내 생산기술과 접합 기술 수준은?
현재 국내에서 생산되는 마찰 교반 접합 설비의 경우 알루미늄 등의 저융점 금속에 대하여 충분히 접합을 할 수 있는 것으로 알려져 있다.
하지만 철 등과 같은 고융점 금속의 경우 몇 가지 문제점을 지니고 있다. 그 첫째로 장비의 파워를 들 수 있다.
고융점 합금의 접합 시에는 저융점 합금 접합 시보다 더 높은 마력의 모터를 지니는 장비가 필요하지만, 국내의 경우 이러한 마력을 지니는 장비의 개발은 현재 이루어지지 않은 상태이며 대부분 미국 또는 일본에서 수입하여 사용하고 있는 상황이다.
그래도 앞서 언급한 바와 같이, 국내의 우수한 기계 가공 기술을 고려할 때 기술 격차가 그리 크다고는 생각하지 않는다.
두 번째로는 접합 시 사용되는 접합 툴의 문제를 들 수 있다. 저융점 금속의 경우 일반 공구강을 소재로 제작을 하며 접합 후에도 툴의 마모는 거의 없다. 하지만 고융점 금속의 경우 앞에서 언급한 공구강이 아닌 다이아몬드계 소재 또는 초경합금 소재를 사용하여 툴을 제작해야 한다는 문제점이 있다.
국내의 경우 ‘I’ 업체에서 동일 재료를 생산하고는 있으나, 기계 가공 분야에 특화된 재료 개발이므로 재료의 성능 면에서 미세한 차이가 있는 것으로 안다.
따라서 이 마찰 교반 접합 기술에 적용하기 위해서는 고온 강도 및 내마모성 등에서 특성 향상이 필요한 상황이다. 현재 수입 판매되는 접합 툴의 가격은 매우 고가이므로 마찰 교반 접합의 본격적인 활성화를 위해서는 생산 설비 분야에서 반드시 해결되어야 하는 항목 중의 하나라고 판단된다.

5. 마찰 교반 용접 설비의 적용·응용 분야 및 시장 전망은?
외국의 경우 항공기, 우주선 동체 제조, 고속 전동차의 차체 제조, 에너지 수송용 line pipe 등 다양한 구조재 접합에 마찰 교반 접합이 폭넓게 사용되고 있다.
따라서 국내에서도 마찰 교반 접합의 적용 분야는 확대 가능성이 매우 크고, 그에 따라 설비의 시장 전망도 매우 밝다고 생각된다.
특히 알루미늄 및 마그네슘 등이 사용되는 구조 재료 측면에서는 마찰 교반 접합이 현재까지 알려진 방법 중에는 최고의 접합 결과를 가지는 방법이기 때문에, 필요에 따라 기존의 접합 공정을 완전히 대체하는 수준까지 그 영역이 확장될 수도 있다고 생각한다.
다만, 국내 경제 규모나 수요 산업의 특성 등을 고려할 때 외국과 동일한 분야와 수준으로까지 확장되지는 않을 수도 있다. 하지만 경량화가 요구되는 수송기기 제작 분야나 우리나라가 월등한 기술력을 가지는 전자 업계 분야에서는 국내 수요가 빠르게 성장할 것으로 예상된다.

6. 마찰 교반 용접 설비의 국산화(개발·연구·사용)에 있어서 어려운 점은?
가장 큰 문제는 마찰 교반 접합의 원천 특허를 들 수 있다. 이러한 특허 문제로 국내에서 마찰 교반 접합을 이용하는 경우 영국 TWI에 상업적 용도의 특허를 구입해야 하는 문제가 있다.
또한 이러한 원천 특허 문제보다 더 큰 문제는 마찰 교반 접합 설비 관련 세부 특허다. 마찰 교반 접합의 원천 특허는 수년 내에 풀릴 것이라는 전망이 있긴 하지만, 장비 개발 및 접합 툴 제작에 관한 특허는 대부분 미국과 일본 기업들이 그 권리를 가지고 있는 상황이다.
국내의 경우 후발주자로서 선진국의 특허를 피해서 기술 개발을 해야 하는 상황이며 이러한 문제가 가장 어려운 문제가 아닌가 싶다.

7. 국내 마찰 교반 용접 설비 산업의 육성 방안은?
현재 국내에서의 가장 큰 발전 저해 요인은 기술력의 부족이 아닌 ‘특허 문제’다. 그러므로 무엇보다도 특허 문제가 해결이 되어야 국내 마찰 교반 접합 관련 산업이 보다 쉽게 육성될 것으로 생각된다.
특허 문제 극복을 위한 노력은 국내 일부 연구소를 중심으로 진행되고 있긴 하지만, 아직 시원한 해결책이 보이는 상황은 아닌 것으로 여겨진다.
마찰 교반 접합 및 그 설비 산업을 보다 빨리 육성하기 위해서는 수요자 입장에 있는 기업과 기초 자료 확보가 가능한 대학 그리고 이를 아우를 수 있는 연구소까지 즉, 산·학·연이 한데 모여서 보다 체계적이고 조직적으로 준비하고 대응해야 할 것으로 생각된다.
상업적 용도가 아닌 학술적인 용도의 연구는 원천 특허에 의한 제약으로부터 비교적 자유로운 상황임을 고려하여, 대학과 정부출연 연구소를 중심으로 요소 기술 개발과 이를 토대로 한 응용 특허의 개발에 노력을 기울이고, 마찰 교반 접합의 활성화를 대비하여 다양한 재료와 적용 분야를 고려한 적절한 기초 자료를 확보하는 것이 반드시 필요하다.
이를 위해 국내에서는 지난 2008년 대한 용접·접합 학회 산하에 FSW 위원회가 구성되어, 이 단체를 중심으로 관련 분야 전문가들의 노력이 진행되고 있다.

8. 국내 마찰 교반 용접 설비 산업의 해외에서 경쟁력은?
안타깝지만 국내 마찰 교반 접합 설비 산업은 선진국 기술에 비해서는 경쟁력이 낮다고 생각된다. 하지만 국내에서도 기본적인 장비 기술은 어느 정도 갖추고 있으므로 이러한 기술이 더욱 개발된다면 향후 해외에서도 그 경쟁력을 갖출 수 있을 것이다.
그러나 더욱 큰 문제는 마찰 교반 접합 관련 세부 특허로, 현재 미국 및 일본 등에서는 마찰 교반 접합에 관련된 많은 파생 특허를 출원하고 그 권리를 가지고 있는 데 반해, 국내의 경우 이러한 세부 특허가 턱없이 부족한 상황이기 때문에 이러한 점에서 볼 때에 선진국 대비 경쟁력이 상당히 떨어지는 문제가 발생될 수 있다.
따라서 앞서 언급했듯이 산학연의 연계에 의한 노력으로 국내에서도 마찰 교반 접합 관련 세부 특허를 창출해 낸다면 해외에서도 그 경쟁력을 갖출 수 있을 것이라는 판단이다.

9. 동종업계나 정부 및 산하단체에 바람이 있다면?
마찰 교반 용접 관련 산업은 국내외적으로 현재 크게 증가하고 있으며, 고부가가치 산업으로 연계될 수 있는 중요한 기술 중의 하나다.
하지만 국내의 경우 그 기술 개발이 선진국에 비하면 매우 미약한 실정이다. 이러한 기술 개발을 정부 주도 차원에서 육성하여 국내 산업계가 해외에서도 경쟁력을 갖출 수 있도록 많은 지원이 필요하다고 생각된다.

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