기획특집: 대학교육 현장에 살아있는 용접 기술을 만들다
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2009년 국내 마찰 용접 기술의 현황과 전망은? 글 / 메탈넷코리아(월간 용접저널) 취재부 김미선 기자 |
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마찰 교반 용접(FSW)은 TWI가 91년에 개발한 기술로 일본에는 95∼96년경에 이미 도입, 현재 철도 및 자동차를 비롯한 각 산업에 상용화되고 있지만, 우리나라의 경우 FSW 기술은 약 8년 전에 학술 연구 | ||||
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 개발 | ||||
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 | ||||
마찰 교반 용접 장비의 경우 특허권을 가진 국가나 기업에 로열티를 지불하고 사용해야 하기 때문에, 시장 및 유통 규모를 말할 수 있는 정도로까지 산업이 성장하지 않았을 뿐 아니라, 정확히 국내에 어느 | ||||
마찰 교반 용접 설비 중 경합금 용접 및 플라스틱 본딩 작업을 대체하면서 적용 사례를 늘려가고 있는 소용량급 설비는 이미 국내 기술로도 제작되어 일부 업체에서는 자가 생산하여 제품 공정에 적용. | ||||
마찰 교반 용접기술은 국내에 소개된 지 얼마 되지 않은 신기술이다. 국내에서 FSW 설비를 제일 처음 개발한 당사의 경우에도 FSW 설비를 개발한 지는 불과 4~5년 정도밖에 되지 않았으며, 장비가 개발 | ||||
세계적으로 FSW(Friction Stir Welding, 마찰 교반 용접) 기술 관련 출원은 천여 개. 해외 출원 건수는 US(미국) 등록이 271건, JP 등록이 480건, EP(유럽) 공개가 287건이며, 한국 출원건수도 73건
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마찰 용접(Friction Welding)은 2개의 재료를 접촉시켜 상대 회전운동과 마찰 압력을 가하여 접촉면에 마찰열을 발생시키고, 이때 발생되는 마찰열로 접촉면 및 주위를 연화시킨 후 마찰 용접 온도에 도달 | |||
Ⅰ. 마찰 용접의 개요
마찰 용접(FW: Friction Welding)은 2개의 재료를 접촉시켜 상대 회전 운동과 마찰 압력을 가하여 접촉면에 마찰열을 발생시키고, 이때 발생하는 열로 접촉면 및 주위를 연화시켜 마찰 용접 온도에 도달하면 상대 운동을 정지시킨 후 단조 가압하여 2개의 재료를 접합시키는 고상 용접법이다. 마찰 용접 기술은 크게 필요한 마찰 에너지를 회전 운동에너지를 통해 공급하는 ‘회전 마찰 용접(Rotary Friction Welding)’과 용접할 두 소재를 선형(직선)으로 왕복 운동시키는 ‘선형 마찰 용접(Liner Friction Welding)’으로 분류되며, 그 외에도 접합하고자 하는 두 재료를 고정시킨 후 접합부에 삽입된 원형 로드를 접합선을 따라 고속으로 회전시킴으로써 접합하는 ‘마찰 교반 용접(FSW: Friction Stir Welding)’ 방식이 있다. 일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 방식의 마찰 용접은 ‘회전 마찰 용접’이며, 우리가 현재 ‘마찰 용접’이라고 부르는 것도 이 방식을 뜻하므로, 여기에서도 간단히 ‘마찰 용접’이라고 명칭하도록 한다. 한편 ‘선형 마찰 용접’은 ‘마찰 용접하려는 두 재료 모두 어느 한 쪽 접촉 단면은 반드시 원형이어야 한다’는 한계점을 해결하기 위해 개발 연구되고 있는 방법으로, 원형이 아닌 두 재료 간 마찰 접합에 용이하며, 주로 영국과 미국 등에서 개발 보급되고 있다. 또한 ‘마찰 교반 용접’은 현재 국내에서는 원 개발원인 영국 TWI(The Welding Institute: 용접기술연구소)와의 로열티 문제로 인해 개발 및 보급이 저해되고 있지만, Al 및 Mg 등 경량 금속 간 접합에 있어 가장 획기적인 기술로 인정받으며 개발 보급의 필요성이 대두되고 있는 접합 방식이다. ‘용접저널’ 8월호에서는 이 중에서 용융하지 않고 금속을 접합시키는 획기적인 기술로 향후 시장 적용이 대폭 증가할 것으로 예상되는 ‘마찰 용접(FW)’과 특허권에 따른 로열티를 둘러싸고 TWI와 국내 산업계 간에 첨예한 갈등이 빚어지고 있는 ‘마찰 교반 용접(FSW)’에 대해, 그 원리와 현 국내 산업 현황 및 전망을 집중 조명해 보도록 한다. 
1. 마찰 용접(Friction Welding)
(1) 마찰 용접의 원리 및 역사 (2) 마찰 용접의 장단점 1) 장점 2) 단점 |
| 2009년 국내 마찰 용접 기술의 현황과 전망은?
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| 2. 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding)
(1) 마찰 교반 용접의 원리 및 역사 (2) 마찰 교반 용접의 장단점 Ⅱ. 국내외 마찰 용접 산업 현황 1. 국내외 마찰 용접(FW) 산업 동향 및 적용 사례 (1) 국내외 마찰 용접 산업 동향 1) 해외 기술 및 시장 동향 앞서 언급했듯 마찰 용접 기술은 1960년대에 상용화된, 비교적 오랜 역사를 가진 기술로 유럽과 미국을 비롯해 일본, 러시아 등 전 세계에 걸쳐 다양한 산업에 기술 적용되고 있다. 2) 국내 기술 및 시장 동향 (2) 마찰 용접 적용 사례 1) 자동차 부품 2) 전기 및 배관 부품 3) 절삭 공구 4) 건설 기계 부품 및 OA 부품 2. 국내 마찰 용접 산업의 문제점 (1) 긴 역사의 공법, 그러나 국내에서는 생소한 신공법으로 인식 (2) 시장 수요 부족 < 3. 국내외 마찰 용접 교반(FSW) 산업 현황 (1) 국내외 마찰 교반 용접 산업 및 기술 동향 1) 해외 2) 국내 (2) 마찰 교반 용접 적용 사례 4. 국내 마찰 교반 용접 산업의 문제점 (1) 특허권을 둘러싼 첨예한 대립 (2) 기술에 대한 정보 및 인식 미흡 Ⅲ. 국내 마찰 용접 산업의 미래 1. 국내 마찰 용접(FW) 산업의 육성 방안 및 전망 마찰 용접은 환경 오염을 유발하는 가스를 발생시키지 않아 친환경적일 뿐더러 이종 금속 용접에 있어 탁월한 효과를 발휘하기 때문에, 해외 선진 업체의 경우 이미 50년 전부터 자동차 부품, 절삭 공구, 건설 기계 및 OA 부품, 전기 부품 및 배관 부품 등 다양한 산업군에 적용해 왔다. 우리나라 역시 원가 절감을 목표로 점차 마찰 용접에 대한 필요성이 늘어나는 추세며 다양한 방식의 마찰 용접기가 개발되고 있는 등 시장 확대의 움직임이 보이고 있으므로, 이번 기회를 살려 제품 및 모델을 다양화하고 해외 선진국에 비해 연구 개발이 뒤처지지 않도록 해야 할 것이다. 2. 국내 마찰 교반 용접(FSW) 산업의 육성 방안 및 전망 (1) TWI 특허 관련 법리적 해석이 정립 필요 (2) 대대적인 FSW 기술 홍보로 정부 차원에서 기술 개발 이루어져야 (3) 기술 개발 및 관련 인력 양성에 적극 투자해야 (4) 산학연관이 하나의 틀 안에서 같이 활로를 모색해야 Ⅳ. 맺음말 여기에서는 원가 절감 및 친환경 공법으로 최근 업계의 관심이 높아지고 있는 마찰 용접에 살펴보았으며, 그 중에서도 가장 일반적으로 쓰이고 있는 ‘회전 마찰 용법(여기에서는 ‘마찰 용법’이라고 표기)’과 특허권을 둘러싸고 갈등을 빚고 있는 ‘마찰 교반 용접’에 대해 집중 조명해 보았다. 본 내용은 관련 업체와 연구 기관 및 대학교를 방문해 인터뷰한 내용을 바탕으로 하여 작성된 것으로, 국내 산학연이 느끼는 현 상황을 현실감 있게 작성하는 데 주력했음을 미리 밝혀두는 바이다. 인터뷰를 통해, 국내에서 마찰 용접과 마찰 교반 용접의 산업 현황은 아직까지 다른 해외 선진국에 비해 그리 비중이 크지 않았음을 알 수 있었다. 마찰 용접(FW)의 경우에는 비교적 오랜 역사를 가지고 있는 기술임에도 국내에는 최근 도입된 신기술로 파악되고 있을 만큼 정보 및 인식이 부족한 형편이었으며, 마찰 교반 용접(FSW)의 경우에는 최근 친환경에 대한 요구와 부합하면서 전 세계적으로 널리 적용되고 있는 기술이지만, 국내의 경우 기술에 대한 정보 부족과 함께 TWI 특허권으로 인한 갈등 등이 문제가 되어 국내 FSW 산업 발전은 다소 주춤한 상황이었다. 하지만 이 기술들은 기존 공법과 달리 용융하지 않고 마찰시켜 접합함으로써 용접 재료가 들지 않는다는 점에서 원가 절감 효과가 뛰어날 뿐 아니라, 이산화탄소 및 흄 등을 발생하지 않아 친환경적이라는 점에서 21세기 차세대 접합 기술로 각광받고 있다. 특히 이종 금속 간 접합이나 알루미늄 및 마그네슘 등 경량 합금의 접합에 효과적이므로, 기존에는 불가능했던 것들을 가능하게 함으로써 더욱 필요성이 대두되고 있다. 전 세계가 마찰 용접 및 마찰 교반 용접 기술을 전 산업 분야에 널리 사용하며 기술을 발전해가는 것만큼, 우리나라도 이 기술에 대한 기술 홍보에 적극적으로 주력하여 우선 정부 및 대기업 차원에서 기술 개발 및 산업 적용이 이루어져, 점차적으로 전 산업에 기술 적용이 확대될 수 있도록 해야 할 것이다. 특히 마찰 교반 용접의 경우, 그 동안은 FSW 특허와 관련하여 기술 자체에 대한 인식 부족은 물론 이에 대한 법리적 해석에서도 무지했던 것이 국내 FSW 산업 발전에 큰 장애 요인으로 작용했음을 알고, 이제부터는 국내 사업체 스스로가 정확하게 어디까지 각 특허권이 적용되는가를 확실하게 짚고 넘어가야 할 것이다. 또 이에 따라 ‘원천 특허’와 관련하여 로열티 문제 등으로 인해 FSW 기술을 적용하는 데 위축되어야 할 필요가 없으므로, FSW 원천 기술을 응용한 ‘개량 기술’을 많이 연구 개발하는 것이 FSW 산업 후발 국가인 우리나라가 앞으로 해결해야 할 과제이자 숙제라고 생각한다. ■ 참고 문헌 2008/2009 마찰교반용접연구위원회 기술 세미나 자료 |
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