이종 접합기술 1864031 엄소연1 2 3 4 이종 소재 접합 기술의 정의 이종 소재 접합의 핵심 기술 이종 소재 접합 기술의 주요 제품 이종 소재 접합 기술의 시장 동향이종 소재 접합 기술이란 이종 소재 접합 시스템 기술은 Fe, Al, Mg, Ti 등의 다양한 금속소재와 CFRP 및 GFRP 등의 고분자소재 등의 다종 소재를 접합하기 위한 다양한 용접기술 , 기계적 , 접착본딩 등을 포함 하고 있다 . CFRP 란 ? 탄소섬유강화플라스틱 (Carbon Fiber Reinforced Plastic: CFRP) 탄소섬유를 강화재로 하는 플라스틱계의 복합재료로 고강도 , 고탄성의 경량구조재로 주목을 받고 있는 복합소재 GFRP 란 ? 유리섬유강화플라스틱 (Glass Fiber Reinforced Plastic: GFRP) 유기 비금속 및 무기 비금속 복합 플라스틱 매트릭스 복합 재료 , 우수한 전기 절연 성능과 접착 성능 , 높은 기계적 강도와 내열성을 갖고 있으며 , 수축률이 작고 , 부피가 작으며 시공이 편리하다이종 소재 접합 기술의 범위 Steel 재료와 고분자 소재부품을 연결해야 되는 경우에는 용융을 통한 원자 간의 금속결합을 유도하여 접합하는 전통적인 용접방식으로는 접근이 불가 확산 접합이 가능한 !확산접합 탄성 변형 영역 내에서 열과 압력을 가하고 그 접합면에 발생하는 원자의 확산을 이용하여 고상 상태로 접합하는 방법 . 접합 후의 열응력이나 변형이 적고 , 변형량이 적으며 , 조직 변화에 의한 재료의 열화가 적다는 등의 특징이 있다 . 서로 다른 금속끼리나 금속과 세라믹스와의 접합도 가능하다는 등 응용 범위가 넓다 .마찰교반접합 마찰교반점접합 마찰교반접합 (Friction Stir Welding: FSW) 회전 툴을 피접합 재료의 접합 경계면에 삽입한 후 , 피접합 재료와 회전 툴의 마찰열로 재료를 가열하고 이에 따라 연화 된 재료로 회전 툴로 교반 하여 소성 유동 시킴으로써 접합하는 기술이다 . 융점 이하에서 접합할 수 있는 고상 접합이기 때문에 접합 변형이 적고 결함이 잘 발생되지 않는 접합법마찰교반접합 마찰교반점접합 마찰교반점접합 (Friction Stir Spot Welding : FSSW 또는 Friction Spot Joining : FSJ) 마찰열만을 열원으로 한 고상 접합법으로 , 지금까지의 아크용접법과 비교하여 매우 작은 변형과 고강도의 양호한 접합품질 , 그리고 숙련 기능을 필요로 하지않는 탁월한 특징을 갖는 용접법이종 소재 접합의 제품 분류 관점의 범위 전략제품 제품분류 관점 세부기술 이종소재접합 시스템 접합기술 초음파 진동을 활용한 금속 -CFRP 확산접합 기술 FSW 및 FSSJ 의 고상용접 공정을 적용한 스틸 - 알루미늄 접합기술 초고강도용 리벳 부품의 국산화 기술 성형기술 이종소재로 접합된 부품의 제품 성형기술 핫스탬핑 공법 , Prepreg Compressing Molding (PCM) 성형 공법 , 금속 -CFRP 동시 성형 공법 기술 표면처리기술 이종소재 접합부의 갈바닉 부식 억제 기술 금속소재에 비전도성 표면처리 (silane coupling) 를 통한 계면 내식성 향상 기술 고강도강의 기계적 체결을 위한 국부 연화기술 신뢰성 평가기술 Al-Steel-CFRP 등 이종소재 별 접합부 평가기술 금속 /CFRP 접합 소재의 계면 내식성 ( 염수 / 갈바닉 ) 평가기술이종 소재 접합의 핵심 기술 ① 용접 기술 ② 기계적 체결 ③ 접착 본딩 기술핵심기술 ① 용접 기술 아크용접을 이용한 이종소재 접합기술 마찰교반용접을 이용한 Al/Fe 이종재료 접합기술 이종소재 저항 점용접 기술용접기술 ; 아크용접을 이용한 이종소재 접합기술 아크용접은 자동차 샤시 부품에 많이 사용되는 조립기술로 Al/Fe 접합에 사용될 때는 Al 계 와이어를 주로 이용하는 Al 부품에는 용접이 되고 Steel 부품에는 브레이징이 되는 용접 - 브레이징 기술용접기술 ; 마찰교반용접을 이용한 Al/Fe 이종재료 접합기술 마찰교반용접은 고상용접으로 저입열 구현이 가능하므로 이종재료 접합에 활발히 적용되는 공정 기술로 Al/Fe 이종재료의 마찰교반용접 기술을 공정 적용 시 철강재 적용이 가능한 수준의 공구의 개발이 필요함용접기술 ; 이종소재 저항 점용접 기술 자동차 차체 용접은 주로 저항 점용접으로 수행되고 있고 , 차량 1 대당 약 4,000~6,000 점의 저항 점용접 점이 필요함 , 자동차 경량화 요구로 인해 강에 대한 고강도화 뿐만 아니라 강에 비해 상대적으로 가벼운 알루미늄 합금과 마그네슘 합금에 대한 적용이 확대되고 있는 상황이고 이에 따른 동종 간의 접합 뿐만 아니라 강판과 알루미늄 합금과의 이종접합의 필요성이 증가하고 있음핵심기술 ② 기계적 체결 이종소재 기계적 체결 기술기계적 체결 ; 이종소재 기계적 체결 기술 난용접성 이종소재 접합을 위하여 접착제 접합과 더불어 기계적 체결이 가장 현실적인 대안으로 평가되며 다양한 기계적 체결 공법이 제안되고 있음 , 기계적 체결은 열변형이 없고 , 이종 소재 및 코팅 소재의 접합이 가능하며 , 상이한 강도의 소재 접합이 가능함 . 또한 짧은 공정 및 자동화가 가능하고 리벳 홀 아래에 센터링이 필요하지 않으며 환경 친화적이라는 장점이 있음핵심기술 ③ 접착본딩 기술 Al/Fe 접착본딩 기술 CFRP/metal 접착본딩 기술접착본딩 기술 ; Al/Fe 접착본딩 기술 접착본딩은 주로 에폭시 , 우레탄 등과 같은 유기계 접착제를 사용하여 도포→밀착→경화 과정을 통해 피착재들을 영구적으로 결합시키는 공법으로 , 공정온도가 상온 ~200 ℃ 정도로 비교적 낮고 조절이 용이하며 , 피착재 재질 및 치수에 대한 자유도가 높고 , 면 접합을 형성하여 응력분산에 유리하다는 특징이 있음접착본딩 기술 ; CFRP/metal 접착본딩 기술 CFRP 와 metal 간의 이종접합은 CFRP 의 비금속적인 특성상 용접이 곤란하기 때문에 주로 블라인드 리벳 , 셀프 피어싱 , 리벳팅 등의 기계적 체결접착 하이브리드 접합공법을 통하여 수행됨 , CFRP-metal 이종접합시 열팽창계수 차이와 접착제 경화시점으로 인해 발생하는 잔류응력의 영향을 완화시켜 휨 변형 및 접합부 파단을 방지하기 위한 방안으로써 국외에서는 접착제에 연신율을 부여하는 방법이 연구되고 있음이종 소재 접합 기술의 주요 제품 자동차 - 환경문제로 인한 차량의 차체 및 샤시 경량화를 위한 경량 금속 및 고분자 소재의 접합 , 성형기술 - 전기차 , 하이브리드차 등 친환경차에 사용되는 배터리팩의 이종소재 접합기술 조선 - 선박 중량 저감을 위한 철 및 , 비철금속의 이종 접합 기술 , 선박용 열교환기 , 대형선박 터보차져 샤프트 이종소재 접합기술 항공우주 - 동체 및 날개 경량화에 따른 Al,Ti 등 금속 소재 및 CFRP 고분자 소재의 이종접합 기술 및 접합부 신뢰성 평가 기술 통신 / 모바일 디바이스 - 모바일 디바이스 케이스의 감성 품질 향상 및 내부식 , 생활방수 특성을 향상 시킬 수 있는 이종소재 접합 , 성형기술 소형 배터리팩의 Cu, Al 이종소재 접합기술이종 소재 접합 기술의 시장 동향 해외시장 전 세계 용접 시장 ( 장비 , 부속품 , 소모품 시장 ) 은 2016 년 195 억 7000 만 달러에서 연평균 성장률 4.23% 로 증가하여 , 2021 년에는 240 억 7000 만 달러에 이를 것으로 예상이종 소재 접합 기술의 시장 동향 해외 업체 동향 미쓰이화학은 드론에 사용되는 금속소재와 CFRP 의 체결 방식을 접착제 방식으로 개선 , 기존의 금속물림쇠방식에 비해 50% 추가 경량화를 달성 닛신제강은 볼트 , 접착제 등을 쓰지 않고도 사출성형과 열압착으로 플라스틱접합이 가능한 특수표면개질강판 ‘ 프라이트 ’ 를 개발 아르셀로미탈 , 철강과 탄소섬유 결합을 통한 차량 경량화 기술 개발 중이종 소재 접합 기술의 시장 동향 국내시장 2015 년 용접 기술시장은 10 억 달러에서 2020 년 13 억 달러로 성장할 것으로 전망 , 연간 5.6% 의 성장률을 보일 것 수요산업과의 상호 연관성이 높고 기계 , 자동차 , 전자 , 조선 등 4 대 업종이 매출액의 80% 이상 차지하고 있으며 , 수동 용접에서 자동화로 신속한 작업 , 인건비 절감 및 효율성 증대를 위해 용접로봇 도입 추세이종 소재 접합 기술의 시장 동향 국내동향 이종 접합소재 기술을 도입한 차체 연구 사례로 다종재료를 사용한 경량 차체개발 ( 자동차기반기술개발사업 , 현대자동차 ) 이 진행되었음 ▶본 프로젝트는 차체 주요 골격에 알루미늄 압출재와 주조재를 적용하고 그 외 판넬류에 알루미늄 및 스틸 판재를 사용함 최근 현대자동차가 제네시스 모델에 차체 구조용 접착제를 사용하여 해외 경쟁모델에 비하여 가벼우면서 강성은 12~14% 우수하도록 개발에 성공함이종 소재 접합 기술의 시장 동향 국내동향 국내에서 기계적 접합은 파워트레인 등 타 자동차 부품에 널리 사용되고 있는 반면 , 차체 분야는 적용사례가 거의 미미한 실정임 이러한 원인은 국내 완성 차 업계에서 알루미늄 차체의 양산화를 구현한 사례가 없으므로 이종재료 및 난용접성 소재의 접합기술로 사용되는 기계적 접합을 차체에 적용할 기회가 없었기 때문인 것으로 판단 그러나 국내 자동차 업계도 경량소재의 활용을 점차 증가하고 있는 상황이므로 기계적 접합의 차체 적용은 조만간 이루어질 것으로 예상Q A{nameOfApplication=Show}
