마찰교반용접 열원의 유한요소 모델링

초록

본 연구의 모델에서는 재료의 소성변형에 의한 열은 무시하고 공구와 판의 마찰열만을 고려대상으로 한다. 공구와 판의 마찰은 숄드와 판, 공구의 핀 끝 면과 판, 그리고 핀의 표면과 판 사이에서 일어난다. 마찰에 의한 열은 마찰면에 작용하는 수직력과 마찰계수 그리고 접촉하는 두 물체의 상대속도에 의해 결정된다. 이렇게 발생한 마찰열의 일부는 공구로, 일부는 용접되는 금속으로 전달된다. 마찰열의 얼마가 용접금속으로 전달될지는 금속과 공구의 밀도, 비열 그리고 열전달계수의 값에 의해 결정된다. 가장 간단한 방법은 마찰열이 마찰면에 수직방향으로 일차원 유동을 한다는 가정하에 대류열전달을 무시하고 열전도방정식을 풀어 구할 수 있다. 본 연구에서는 50x240x6.0 mm 크기의 Al 6061-T6 판 두 개를 숄드 직경 24 mm인 공구로 마찰교반용접 하는 것에 대한 해석을 수행하였다. 3차원 유한요소해석으로 마찰교반용접 시 발생하는 알루미늄 판의 온도분포를 구하고 문헌의 실험결과와 비교 검토하여 본 연구의 모델링 방법이 마찰교반용접의 해석에 유용하게 활용될 수 있음을 보였다.