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 용접의 원리 및 역사 ‘마찰 용접’은 1954년에 구 소련의 A.I.Chudikov가 선반을 개조하여 금속 환봉을 마찰 용접하는 데 성공한 이래, 소련 연방전기용접연구소(VNIESO)에서 1958년 최초로 마찰 용접기를 개발했으며, 그 후 소련과 체코 등지에서 실용화하는 연구가 수행되어 1958년에 생산 공정에 도입된 바 있다. 유럽 및 미국에서도 관련 연구가 활발하게 연구가 진행되어 1960년대부터 시작품 제작에 들어갔으며, 일본도 마찬가지로 이미 1960년대 무렵부터 마찰 용접기를 생산 공정에 도입하는 등 전 세계적으로 상용화된 건 1960년대 중반 무렵으로 알려지고 있다. 즉, 우리가 일반적으로 ‘마찰 용접’이라고 부르는 이 기술은 반 세기 이상의 역사를 지닌 오래된 기술이라고 할 수 있으며, 외국 선진국의 경우 이미 산업 전반에 마찰 용접 기술을 적용해 많은 적용 사례를 보이고 있다. ‘마찰 용접’ 방법은 운동과 구동(에너지)에 따라, ‘Direction Drive(브레이크) 방식’과 ‘Inertia Drive(플라이휠) 방식’으로 나뉜다. 두 방식 모두 ‘모재를 회전시켜 맞댐면을 마찰함으로써 얻어지는 마찰열과 압력으로 접합시킨다’는 점에 있어서 그 기본 원리는 같다. 그러나 브레이크 방식은 한 쪽 소재를 고정시키고 다른 편 소재를 동일 축 상에서 회전시켜 가압 마찰하는 방법으로, 마찰부의 가열 상태가 어느 정도에 이르면 브레이크로 급히 회전축에 제동을 걸어 정지시키고 단조 가압을 가한 후 접합을 마무리하는 방식이다. 반면 플라이휠 방식은 한 쪽 소재를 플라이휠에 연결한 후 모터를 이용해 회전시키고 동일 축 상의 다른 소재에 마찰 추력을 가하여, 회전 에너지를 따로 공급하지 않아도 관성에 의해 계속해서 마찰이 이루어지도록 하여 접합하는 방식이다. 한편, 이와 같은 기본 방식의 ‘마찰 용접’ 말고도 재료의 상대 운동에 따라 마찰 용접 방식을 더욱 다양하게 나눌 수 있는데, 그 첫 번째가 앞서 언급했던 방식 즉, 접합 면을 맞대어 놓고 어느 한 쪽만 회전시키는 방법으로, 현재 가장 많이 적용되고 있다. 두 번째로는 두 소재를 서로 역방향으로 회전시켜 마찰 가압함으로써 접합시키는 ‘카운터 로테이션(Counter Rotation) 방식’이 있으며, 세 번째로는 서로 접합시킬 두 재료 사이에 연결 재료를 회전시키고 고정된 두 재료를 양쪽에서 전진시켜 용접하는 방식으로, 회전시키기 어려운 긴 소재 및 편심부의 마찰 용접 시 유용한 ‘센터 드라이브(Center Drive) 방식’, 네 번째로는 두 소재를 상하로 진동시키는 ‘트윈 웰즈(Twin Welds) 방식’ 등이 있다. (2) 마찰 용접의 장단점 1) 장점 ① 원가 절감 효과 탁월: 마찰 용접은 기존의 다른 용접법과 비교해 소비전력이 1/5∼1/20 정도로 에너지 효율이 높다. 또한 용접봉 및 용재, 가스 등의 소모품과 특별한 개선 가공 등이 불필요하여 러닝 코스트가 저렴하며, 이종 금속 및 비철금속의 접합이 가능하여 고가 재료를 필요로 하는 부분에만 선택적으로 사용함으로써 재료비 및 가공 공수를 줄일 수 있는 등 원가 절감에 효과적이다. ② 생산성 향상: 마찰 용접기는 가공 기계와 비슷한 구조로 되어 있는 등 주로 전용기 형태를 띠고 있으므로, 기계 조작이 간단하여 숙련된 작업자가 필요 없고 자동화가 용이하여 무인화가 가능하다. 또한 내구성이 높아 설비 가동율을 향상시킬 수 있다. ③ 품질 향상: 마찰 용접은 금속을 녹이지 않고 마찰에 의해 접합하므로 및 슬래그 및 기공, 응고 시 형성되는 수축공 등이 발생하지 않으며, 열 변형이 적어 높은 치수 정도를 얻을 수 있을 뿐더러 접합부는 모재와 동등한 접합 강도를 가짐으로써 용접 품질을 향상시킬 수 있다. ④ 친환경 공법: 기존 공법과 같이 용접 불꽃의 비산이나 아크 및 가스 발생이 없어 작업자와 환경에 무해하며, CO₂ 배출량이 적어 지구 온난화 방지에도 효과적이다. ⑤ 이종 재료 간 접합 가능: 접합 시 마찰부의 도달 온도 상한은 모재의 융점이나 그보다 낮기 때문에 용융되면 취약한 합금 또는 화합물을 형성하는 재료의 접합에 효과적이며, 또 재료를 과열시키거나 연소시키지 않아 이종재료의 접합에 유리하므로 특히 세라믹 접합에 주로 쓰인다. 2) 단점 마찰 용접에서는 주로 마찰 접합시키는 모재 자체를 회전시키기 때문에 길이가 길거나 고정되어 있어 회전시킬 수 없는 모재와 부피와 질량이 커서 회전시킬 수 없거나 비대칭 구조를 갖는 모재는 접합할 수 없다는 단점을 가진다. 즉, 접합하려는 모재의 형상에 제한이 있다는 것이다. 그러나 최근 앞서 언급한 바 있듯이, 접합하려는 두 재료는 고정시켜 놓고 두 재료의 맞댐면 사이에 연결 재료를 회전시켜 접합시키는 ‘센터 드라이브 마찰 용접기’나 두 재료를 맞대어 놓고 그 맞댐면 위에 또 다른 링 형태의 재료를 회전시킴으로써 마찰 접합하는 ‘레이디얼(Radial) 마찰 용접기’가 개발됨에 따라, 이러한 단점도 서서히 개선되고 있는 중이다. (1) 마찰 교반 용접의 원리 및 역사 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding)은 1991년 영국의 용접기술연구소(TWI: The Welding Institute)가 기존의 마찰 용접법을 응용하여 특허 출원한 이래, 90년대부터 산업 적용이 시작됐다는 점에서 가장 짧은 기간에 새로운 용접 공정의 실용화가 이루어진 기술로 간주된다. 모재를 회전시켜 마찰 접합하는 기존의 ‘마찰 용접’과 달리, 이 기술은 용접부에 삽입된 환봉(회전 공구: 툴)을 용접할 두 재료 사이 용접 라인을 따라 회전 이동시킴으로써, 용접부를 가열, 연화, 소성 유동화시켜 고상으로 용접한다.(<그림 1> 참조) 마찰 교반 용접 시 사용되는 툴(Tool)은 접합부에 삽입되는 작은 지름의 핀(Pin 또는 Probe) 부분과 접합부 외부에 위치하는 큰 지름의 숄더(Shoulder) 부분으로 구성되며, 이 두 개는 같은 축상에 위치한다. 접합되는 순서는 우선 툴을 모재 삽입 전에 미리 회전시켜 모재와 접촉 시 열이 발생하도록 하고, 그 후 숄더 부분을 접촉시켜 가열 영역이 확대되도록 한다. 그리고 나서 접합할 부분을 따라 이동시키면 툴 아랫부분이 마찰 열에 의해 접합이 이루어지게 되는 것이다. 최근 환경 보호와 에너지 절감에 대한 요구가 높아지면서 자동차 및 철도, 선박, 항공기 등 수송기의 경량화를 위한 기술의 필요성이 대두되는 가운데, 이 마찰 교반 용접 기술은 알루미늄 및 마그네슘 등 경량 합금을 접합할 수 있는 차세대 기술로 더욱 주목 받고 있다. (2) 마찰 교반 용접의 장단점 마찰 교반 용접의 가장 큰 특징은 알루미늄 및 마그네슘과 같은 경량 합금의 접합에 탁월하다는 것이다. 마찰 교반 용접으로 알루미늄을 접합시킬 경우, 차폐가스 및 용가재와 같은 용접 재료가 필요하지 않아 원가 절감 효과가 탁월할 뿐 아니라, 기존의 용융 용접에 비해 접합에 따른 변형이 거의 없다. 또한 접합 중 흄이나 적외선, 자외선 등 유해 광선도 발생하지 않아 환경 친화성 공법으로 더욱 각광받고 있다. 그러나 접합부에 툴의 돌기부(핀)에 의한 구멍이 남기 때문에 후처리 가공을 실시하거나 End-Tab을 부착하여 제품을 바깥쪽에 위치하도록 해야 한다는 단점이 있다. 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. 영국의 경우 대표적인 마찰 용접기 회사인 톰슨(Thompson) 사가 항공기에 적용되는 ‘리니어 마찰 용접기’를 비롯하여 전기식 위상 제어 마찰 용접기 등 최신 기술의 마찰 용접 설비를 출시한 바 있으며, 이와 함께 Caterpillar Tractor 사가 무한 궤도를 개발하며 시작된 미국의 마찰 용접 산업 역시 최근 MTI 사가 리니어 마찰 용접기 및 마찰 교반 용접기 등 최신 마찰 용접 기술을 개발하며 산업 적용을 활발히 하고 있다. 한편 일본의 경우 최근 센터 드라이브 마찰 용접기에 성공한 기타카와 사를 비롯하여, 철근 정착판 공법 마찰 용접기를 출시한 NITTO 사 및 IZUMI 사 등 많은 업체가 마찰 용접기 시장에 뛰어들어 산업 응용 사례를 넓혀가고 있으며, 독일 쿠카 로보틱스 사는 2000톤의 대용량 마찰 용접기를 출시하여 시장 접수에 나섰다. 이 외에도 우리나라와 인도, 중국 등도 뒤늦게 가세하여, 현재 영국, 미국, 독일, 일본 등지에서 선도적으로 개발, 생산하고 있으며 그 뒤를 우리나라와 중국, 인도 등 후발국가가 바짝 추격하고 있는 상황이다. 2) 국내 기술 및 시장 동향 마찰 용접 기술은 60년 가까이 된 오래된 기술임에도 불구하고, 아직 국내에서는 마찰 용접 기술이 신공업으로 인식되고 있을 만큼 국내 마찰 용접 산업은 열악한 상태라고 말할 수 있다. 국내에서 유통되는 대부분의 마찰 용접기는 해외 제품이며, 국내 마찰 용접기 개발은 N사가 1986년에 개발한 것이 최초로 당시에는 주로 학교 및 연구소에 연구용으로 보급됐을 뿐 적극적으로 국산화가 이루어지기 시작한 것은 불과 2∼3년 전으로 파악되고 있다. 그러나 최근 경기 불황으로 인해 원가 절감에 대한 요구가 높아지면서, 제품 코스트를 절감하는 데 탁월한 효과를 보이는 마찰 용접기에 대한 관심 또한 증가, 해외 선진 업체의 제품을 벤치마킹하여 국산화하는 업체가 하나 둘 늘어나고 있는 추세다. 또한 이전에는 유압을 이용한 마찰 용접기가 일반적이었지만, 근래 들어 CNC 마찰 용접기가 보급되기 시작한 데다 일본 기타카와 사가 센터 드라이브 마찰 용접기를 개발하는 등 전 세계적으로 마찰 용접 산업이 발전하면서 국내 역시 최근 이런 동향을 받아들여 새로운 기술을 적용한 제품을 개발하고 있는 상황이다. 하지만 국내 기술로는 항공 우주 산업 등에 적용되는 대용량급 설비 생산은 이루어지지 않고 있으며, 일반 산업에 적용 가능한 소용량급 설비 생산은 시장 규모가 그리 크지 않아도 경합금 용접 및 플라스틱 사출 성형에 있어 기존의 본딩 작업을 대체하며 그 시장 규모를 확대해가고 있는 것으로 파악되고 있다. (2) 마찰 용접 적용 사례 마찰 용접은 일반 자동차 부품, 선박용 부품, 산업용 기계 부품, 유압 부품, 전기 관련 부품, 항공 우주 부품에 이르기까지 광범위하게 이용되고 있으며, 철강재료는 물론 동합금, 티타늄 합금, 니켈 합금, 알루미늄 합금 등 거의 모든 금속 소재에 대해 적용할 수 있다. <표 2>는 마찰 용접이 주로 적용되는 산업 분야와 사례를 나타낸 것이다. ① 엔진 밸브: 마찰 용접을 적용하기 전 Flash Butt 용접으로 적용했을 때에는 접합 불량 빈도가 많았으며, 비파괴 검사 공정이 필요했다. 그러나 마찰 용접을 적용하면서 비파괴 검사 공정을 폐지할 수 있게 됐으며, Press 기계 내에서 Burr를 제거할 수 있게 됨으로써 공정 감소는 물론, 전기료 및 재료 손실율을 줄일 수 있게 됐다. ② 중공 Cam Shaft: 일체형의 단조품을 가공해 제작하는 Cam Shaft의 경우 기존에는 총 중량이 크고 회전 밸런스가 나쁜 데다 가공부가 많고 코스트는 높다는 단점이 있었다. 그러나 마찰 용접 기술을 적용하면서 중공 Pipe를 사용하게 되어 중량을 줄일 수 있게 됐으며, 회전 밸런스 향상으로 Camp 내부에 내마모성이 높은 최적 재료도 사용할 수 있게 됐다. ③ Torgue Converter Pump Shell: CO₂ 아크 용접으로 제작했을 때는 용접하지 않은 부분에서 오일이 새거나 하여 전수 기밀(누설) 검사를 실시해야 했으며, Spatter 제거 공정이 필요했다. 한편 마찰 용접 기술이 제작 공정에 적용되면서 접합부 기밀성이 향상되어 기밀(누설) 검사 공정을 폐지할 수 있게 됐으며, Hub 제동부 Spatter 제거 공정도 없애 원가를 줄일 수 있게 됐다. ④ Turbo Impeller Shaft: 이 제품 역시 일체형의 제품을 가공하여 제작했을 때는 절삭 가공이 곤란한 데다 일체형 제품이므로 소재 코스트가 높고 축측에 냉각이 필요했다. 그러나 마찰 용접을 적용하게 되면서 고가 재료는 선택적으로 사용할 수 있게 됐으며, 접합부의 종공화가 가능하여 축측으로 단열 효과가 향상됐다. ⑤ Propeller Shaft: CO₂아크 용접으로 제작했을 때는 밸런스가 잘 맞지 않았으며, 용접 불량 시 발견이 어려웠다. 그러나 마찰 용접을 하게 되면서 밸런스를 맞출 수 있게 됐으며, Yoke 접합부 형상을 맞대기로 접합함으로써 동일화할 수 있게 됐다. 또한 압접 조건을 관리 수 있어 불량품 유출이 전혀 없으며 접합 강도가 올라가 경량화도 가능해졌다. ⑥ Side Gear : 일체형의 단조품을 가공하여 사이드 기어를 제작했을 때는 단조비가 높은 데다 기계 가공 공수가 많았다. 반면 마찰 용접으로 제작했을 때는 분할 제작하여 Gear부를 냉각 단조하여 양산화할 수 있게 됐으며, 단소 비용도 절감할 수 있게 됐다. 또한 Gear 치절 가공할 필요가 없게 됐으며, 파이프 길이 변동 시 대응이 용이해졌다. ⑦ Rear Axle Housing End: CO₂ 아크 용접으로 제작했을 때에는 미용접 부분에서 오일이 새거나 End Bearing 구멍 가공비가 높았으며 용접 부분의 중량이 컸다. 그에 반해 마찰 용접으로 제작하는 경우 접합부의 기밀성이 향상되고 End 전체 가공품 압접과 공정 감소로 코스트가 절감됐다. 이와 함께 맞대기 압접으로 경량화할 수 있다는 장점이 있다. ⑧ Steering Rack Shaft: 마찰 용접이 도입되기 전에는 일체형의 봉을 가공하여 제작했으며, 이로써 건 드릴 가공 공수가 크고 툴링 비용이 많이 들었을 뿐 아니라 기계 가공수도 많았다. 그러나 마찰 용접 공정을 적용하면 분할 파이프 접합으로 건 드릴 가공을 줄일 수 있으며, Rack부는 접합 전에 치절, 열처리 완료 가능한 데다 툴링 비용 및 가공 코스트를 절감할 수 있다. 2) 전기 및 배관 부품 ① Motor Shaft: 마찰 용접 전에는 SUS 일체형을 가공하여 제작했으며, 기계 가공 공수 및 재료 코스트가 많이 들었다. 그러나 마찰 용접 공법을 적용한 후 가공 공수가 줄어들었으며, 분할 가공이 가능해져 내식성이 필요한 부분에만 SUS를 사용하므로 재료 코스트를 절감할 수 있다. ② 전선 단자: 전선 단자의 경우 일체형의 동으로 제작하여 알루미늄 전선 Caulking부에 전기 부식이 일어날 확률이 높았으나, 마찰 용접 방법을 적용하면 알루미늄과 동을 맞댐 용접하게 되어 전기 부식 발생 문제를 해결할 수 있다. ③ 고압호스 Mouth piece: CO₂ 아크 용접으로 제작했을 때는 오일이 샐 염려가 있어 누설 검사를 실시하거나 Spatter 제거 공정을 실시했으나, 마찰 용접으로 제작하면 접합부 기밀성이 향상되어 오일이 새지 않아 오일 누설 검사 및 Spatter 제거 공정을 줄일 수 있다. 또한 소재 코스트 절감은 물론 접합부 강도가 향상되는 효과가 있다. ④ Ratchet 렌치: SS 소재 일체형의 단조품으로 Head 부품 Header로 성형했기 때문에 단조 양산화하기 어려웠으며, Head부의 변형이 생길 확률이 높았다. 그러나 마찰 용접 공정을 적용하면 Head부만 SCM 소재를 사용할 수 있으므로 단조비를 줄일 수 있으며, Head부의 경우 냉간 양산화가 가능해진다. 3) 절삭 공구 ① Drill, TAP: Flash Butt 용접으로 제작한 기존의 경우에는 접합부 불량 발생품을 발견하기 어려웠으며 정도(흔들림, 휨)가 나빴다. 그러나 마찰 용접 방식으로 제작하면 접합 불량이 거의 없어 접합 품질 및 정도가 향상되며, 홈 가공이 필요 없다. ② End Mill: 기존에는 일체품으로 생산하여 가공 공수가 늘어났지만, 마찰 용접 방식을 적용하면 분할 제작 가능하므로 소재 원가 및 기계 가공비를 절감할 수 있다. ③ 굴삭 비트: 납땜 방식으로 제작한 굴삭 비트는 절삭 시 열에 의한 파손이 발생하거나 접합부 끼워 맞춤 가공으로 제작이 까다로웠다. 그러나 마찰 용접으로 제작하면 접합부는 맞댐으로 접합이 가능하여 제작이 간단해졌을 뿐 아니라 접합 강도도 대폭 향상된다. 4) 건설 기계 부품 및 OA 부품 ① Copy Roller: 카피 롤러의 경우 기존에는 압입 가공함으로써 공기 누설로 인해 종이 이송 불량이 발생할 가능성이 있었으며 압입부 기계 가공이 필요했다. 그러나 마찰 용접으로 제작하면 공기가 누설될 염려가 없어 공기압 누설 검사 공정을 줄일 수 있으며, 가공 코스트를 절감할 수 있다. ② 트랙 롤러: CO₂ 아크 용접으로 제작했을 때는 예열 공정이 필요하고 용접 후 변형이 컸을 뿐 아니라 끼워맞춤부의 살 두께가 커서 중량이 많이 나갔다. 마찰 용접으로 제작하면 제조 공정을 절감할 수 있으며 접합 품질이 향상된다. ③ 트랙 롤러 Bush: 기존에는 일체 합금인 주조품으로 생산했으므로 소재 코스트는 늘어나고 내마모성이 떨어지는 경향이 있었다. 그러나 마찰 용접 제작 시 분할한 후 SPC 소재에 Metal 소재를 붙임으로써 소재 코스트를 줄일 수 있으며 내마모성이 향상된다. ④ 유압실린더 Piston Rod: CO₂ 아크 용접으로 제작했을 때는 용접 강도가 떨어지는 데다 Spatter 제거 공정이 필요했지만, 마찰 용접으로 제작하게 되면서 접합 강도가 향상됐으며 Spatter 제거 공정이 줄어들었다. 2. 국내 마찰 용접 산업의 문제점 (1) 긴 역사의 공법, 그러나 국내에서는 생소한 신공법으로 인식 유진테크 김성윤 대표는 “마찰 용접 기술 자체는 이미 60년 가까이 되는 오랜 역사를 가진 기술이지만, 국내에서는 아직까지 신공법 및 신기술로 인식되고 있는 것이 가장 큰 문제”라고 지적한다. 외국에서는 이미 1960년대부터 상용화되어 다양한 산업 분야에 적용해오고 있는 데 반해, 국내에서는 최근 2∼3년 전부터 비로소 마찰 용접 기술에 대한 필요성을 느끼고 부랴부랴 도입하기 시작했기 때문이다. 다른 나라보다 기술 도입이 늦었기 때문에, 그 동안은 값비싼 수입 기계가 국내 시장의 90% 이상을 점유하도록 함으로써 외화 낭비를 초래했으며, 또 이것은 ‘아무리 마찰 용접 기술이 좋다 한들 비싸다’는 인식을 심어주게 되어 산업 적용을 늦추는 결과를 가져왔다. 최근 들어 마찰 용접 설비가 가진 친환경성, 생산성 및 품질 향상, 원가 절감 등의 장점이 부각되면서 국산화가 진행되고 산업 적용 사례가 늘어나고는 있지만, 아직까지도 국내에서는 마찰 용접 기술이 최근 개발된 신공법으로 인식, “검증 받지 못한 신기술을 어떻게 적용하겠냐”는 식의 태도를 보이는 사례가 발생함으로써 본격적으로 산업에 적용되어 시장을 확대하는 데에는 다소 시간이 걸릴 것이라는 판단이다. 이에 대해 유진테크 김성윤 대표는 “마찰 용접 기술은 최근 기술 개발된 신공법이 아닌, 이미 해외 선진국에서는 오래 전부터 산업에 적용하여 기술을 검증 받은 신뢰할 수 있는 기술임을 알아달라”면서, “최근 전 세계적인 경기 불황으로 인해 원가를 절감할 수 있는 대책 마련이 시급해지고 있는데, 마찰 용접 기술은 이를 해결할 수 있는 효과적인 기술이므로 향후 국내에서도 산업 적용이 늘어날 것”으로 전망했다. (2) 시장 수요 부족 기술 개발 및 설비 투자 시 아무리 자금이 많이 필요한 기술이라도 그에 따른 수요가 많기만 한다면 충분히 산업 적용이 가능하다. 마찰 용접 기술 또한 마찬가지다. 기술 개발하여 국산화하거나 산업체가 설비 투자하여 생산에 적용하기에는 다소 자금이 많이 필요한 기술이긴 하지만, 수요만 많다면 국내 마찰 용접 시장이 크게 확대될 것으로 예상되고 있다. 그러나 문제는 전제한 바와 달리, 국내에는 마찰 용접에 대한 수요가 아직까지는 그리 많지 않다는 것이다. “시장 논리와 같이, 공급과 수요의 상관 관계에 따라 실질적으로 생산 공정에 쓰이느냐 쓰이지 않느냐가 결정되기 마련인데, 국내 마찰 용접 시장의 경우 이론적인 연구는 활발히 이루어지고 있지만, 그 수요가 부족해 공급이 늦춰지고 있는 상황이다” 미국 MTI 사의 마찰 용접기를 수입하여 국내에 공급하고 있는 한미코퍼레이션 황성원 대표의 말과 같이, 수요가 많으면 누구라도 연구 비용을 투자하여 산업에 적용함으로써 대량 생산할 수 있는 설비로까지 구축하겠지만, 아직까지는 마찰 용접 시장이 작고 자동차 분야 등 수요가 한정되어 있다 보니 쉽사리 뛰어들 수 없는 실정이라는 것이다. 또 이와 함께, 유진테크 김성윤 대표도 “마찰 용접 기술을 국산화하는 것보다 국산화가 이루어진 후 직면할 어려움이 더 크다. 몇 년 동안 자금과 인력을 투자하여 설비를 국산화한다 해도 수요가 따르지 않으면 그 동안 수고한 보람도 없이 무용지물이 될 가능성이 크다”며, 수요가 적어 국내 마찰 용접 산업이 발전하지 못한다는 현상에 대해 의견을 같이 했다. 3. 국내외 마찰 용접 교반(FSW) 산업 현황 (1) 국내외 마찰 교반 용접 산업 및 기술 동향 1) 해외 마찰 교반 용접 기술은 영국의 TWI가 1991년에 원천 기술을 개발한, 비교적 최신 기술임에도 불구하고, 20여 년이 채 되지 않은 기간 동안 유럽 및 일본 등에서 마찰 교반 접합에 관한 새로운 기술 개발 및 이를 적용한 제품 상용화가 활발히 이루어지고 있으며, 이에 발맞추어 마찰 교반 접합 기기 및 접합 툴도 꾸준히 연구 개발되고 있는 상황이다. 유럽의 경우 영국과 독일을 비롯해 스웨덴, 노르웨이 등 북유럽 국가에서 알루미늄 합금 선박 및 수송 수단의 경량화를 위해 FSW 기술을 적용하고 있다. 그 중에서 특히 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. 또한 EuroStir 사는 TWI가 주관하는 EU 공동 프로젝트에 참여하여 FSW의 상업화 기술을 개발하고 있으며, WAFS 사는 13개 기업이 참여하는 우주 항공 사업으로 비파괴검사와 보수 기술, 규격화를 포함한 적용 기술을 개발한 바 있다. 한편, 미국의 경우에는 Delta IV 프로젝트로 보잉 사가 중심이 되어 로켓, 항공 분야 실용화를 위해 계속 연구 개발 중이며, 철 등의 고융접 금속의 접합을 위한 접합 툴의 경우 미국의 Megastir 사에서 PCBN(Polycrystal Boron Nitride)을 이용한 접합 툴을 개발하여 현재 판매 중에 있다. 일본은 Hitachi, Kawasaki 사 등에서 신칸센와 같이 알루미늄 차체를 가지는 철도 개발 당시 FSW 기술을 적용한 바 있으며, 그 후 산업 전 분야로 기술을 활용하고 있는 데다 국가 프로젝트로 채택하여 꾸준히 연구 개발 중이다. 중국의 경우에는 TWI와 기술 제휴하여 2002년 CFSW 센터를 구축, 정부 주도하에 FSW 산업 육성이 이루어지고 있다. 이처럼 유럽 및 미국 등 해외 선진국에서부터 일본과 중국 등 아시아 국가까지 전 세계에 걸쳐 FSW 기술 개발 및 산업 적용에 대한 움직임이 활발한 것으로 보고되고 있다. 2) 국내 1990년대 중반부터 FSW 기술이 도입되어 철도 및 자동차를 비롯한 각 산업에 상용화되고 있는 일본과 달리, 우리나라는 FSW 기술이 약 8년 전에 학술 연구 형태로 시작되어 현재까지 주로 연구기관 및 대학교에서의 연구 활동에 국한되어 있을 뿐 산업에 적용된 사례는 거의 없는 실정이다. 국내에서 FSW 설비를 제일 처음 개발하여 도입한 ㈜윈젠의 경우에도 개발을 시작한 것은 불과 4∼5년 정도밖에 되지 않았으며, 장비가 개발되어 시장에 유통되기 시작한 것도 이제 2년에 불과하다. FSW 기술을 연구하는 학교 및 연구기관 역시 경북대와 성균관대, 부산대 등 일부 대학과 RIST, 생산기술연구원 등 모두 합해 열 개 정도이며, 특히 TWI의 특허에 대한 로열티 문제 등으로 인해 연구 개발 및 산업 적용이 더욱 어려운 실정이다. 그러나 최근 대학 및 연구기관에서 FSW기술에 대한 체계적 연구 개발 필요성을 느끼고 있는 데다, 최근 미국이나 일본 등 해외에서 FSW 기술 관련 연구로 박사학위를 취득하고 돌아온 젊은 우수한 인력들이 교수로 채용되면서 FSW 산업 발전이 기대되고 있다. 한편 국내 FSW 기술 수준은 곡면 접합이나 툴 개발 등에서 몇 가지 문제는 안고 있지만, 기본적으로 기술 면에서는 해외 선진국의 기술과 거의 비슷할 정도로 개발이 이루어진 것으로 평가 받고 있다. 따라서 만일 국내 FSW 시장이 확대되어 적용 사례가 많아진다면 앞서 언급한 기술적 문제들은 단시간에 해결할 수 있을 뿐 아니라 그 외 여러 기술들도 개발할 수 있을 것이라고 관련 전문가들은 판단하고 있다. (2) 마찰 교반 용접 적용 사례 알루미늄과 마그네슘 등 주로 경량 합금 접합에 적용하는 FSW 기술은 지금까지 문제시되어 왔던 기존 공법을 대체할 수 있는 신공법으로, 이산화탄소 배출이 없고 원가 절감 효과가 탁월하며 ‘녹색 성장’을 실현하는 친환경 기술로 전 세계적으로 그 도입이 늘어나고 있다. 전 세계적으로 마찰 교반 용접이 가장 많이 쓰이고 있는 분야는 철도와 항공기, 조선, 자동차 등 수송 산업인데, 이는 차체를 가벼운 알루미늄으로 대체하여 연비를 아끼거나 에너지를 절약할 수 있게 됐기 때문이다. 해외에서는 철도 및 자동차, 버스는 물론 선박에도 재활용이 가능한 알루미늄으로 바디를 대체함에 따라, 알루미늄 접합에 최적인 방법인 FSW 기술이 활발하게 적용되고 있는 상황이다. 특히 자동차 산업의 경우 일본 및 유럽에는 스포츠 유틸리티 차량이나 고급 세단 차량 차체에 알루미늄이 사용되면서 FSW 기술이 적용되고 있으며, 국내의 경우에는 아직 알루미늄 차량이 생산되지 않아 FSW 기술을 적용이 이루어지지 못하고 있으나 차체 전부 모두 알루미늄으로 하지는 않아도 일부 트렁크 등에 알루미늄을 적용하는 것을 검토하고 있기 때문에 이 부분에서 FSW 기술이 적용될 것으로 예상되고 있다. 또한 철도 산업의 경우 일본 히타치(日立) 사가 FSW 기술을 적용하여 철도 차량 바디를 알루미늄으로 대체함으로써, 주로 스테인레스강을 사용하여 전량 미그 용접하는 우리나라의 철도 차량보다 가격을 현저하게 절감하는 등 해외 철도 산업 시장에서 가격 경쟁력을 높이고 있다. 한편 국내에서 기술 개발 혹은 FSW 기술이 산업에 적용되는 사례를 찾아보면, 우선 차세대 기차의 차체 및 도어(Door)를 FSW 기술로 조립하는 연구를 현대로템, 포항과학연원/부산대/울산대가 공동으로 진행 중에 있으며, ㈜윈젠과 중소조선연구소도 알루미늄 소형 요트 및 보트 제작에 FSW 기술 적용을 정부 과제로 진행 중에 있다. 실제로 산업에서는 국내 ‘D’ 업체가 LCD 생산 공정 설비 부품에 실질적으로 적용하고 있으며, 자동차 부품에는 Spot 방식으로 일부 적용하고 있는 것으로 조사됐다. 이 외에도 FSW 기술은 기존의 용접 방식으로는 도저히 용접할 수 없었던 부분이나 성질이 다른 두 재료 간 이종접합의 경우에도 적용 가능하므로 향후 그 시장이 무궁무진하게 늘어날 것으로 전망되고 있다. 4. 국내 마찰 교반 용접 산업의 문제점 (1) 특허권을 둘러싼 첨예한 대립 국내 FSW 산업을 저해하는 가장 큰 문제는 바로 FSW 특허권을 둘러싸고 빚어지고 있는 TWI와 국내 산학연 간의 대립을 들 수 있다. 이에 대해 생산기술연구원의 이창우 박사는 “국내의 경우 TWI의 로열티 문제로 마찰 교반 산업이 발전, 성장하지 못하고 있는 실정”이라고 안타까워한다. 국내 몇몇 기업들이 TWI에게 로열티를 지불하고 마찰 교반 용접 설비를 생산하고 있긴 하지만, 이 경우 마찰 교반 용접 설비를 구입한 사람에게도 일정액의 로열티를 요구하고 있어 국내 산업에 직접적으로 적용하는 데 있어 문제가 되고 있다는 말이다. 또 이와 함께 부산대 강정윤 교수 역시 “TWI 특허로 인해 국내 FSW 기술 개발이 위축되는 것이 가장 큰 문제인 것 같다”며 의견을 같이 했다. 강정윤 교수에 따르면, 현재 우리나라의 경우 FSW 기술을 산업적으로 적용하는 업체는 TWI에 연 2000만 원에 해당하는 로열티를 지불해야 하는데, 중소기업의 생리상 전 공정 중 하나의 공정에 불과할 뿐인 FSW 기술 설비를 굳이 돈을 들여가면서 도입해야 할 필요성을 느끼지 못하고 것이 현실이라고 설명한다. 따라서 많은 업체들이 FSW 기술에 대한 필요성은 인식하면서도 로열티에 대한 부담감으로 인해 도입을 망설이거나 아예 포기해 버리므로 국내 FSW 산업 발전이 다른 나라에 비해 늦어지고 있는 데 한몫하고 있다는 얘기다. 마찬가지로 성균관대의 정승부 교수도 “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 아니”라면서, 실제로도 국내 산업계나 연구계가 FSW 기술을 개발하여 산업에 실제적으로 적용하려고 할 때 TWI의 지나친 간섭으로 인해 연구를 포기하는 경우가 발생하기 때문에, 국내 FSW 산업 발전이 저해되는 요인 중 가장 큰 걸림돌은 바로 ‘특허’ 문제라고 판단하고 있다. 한편 이와 함께 FSW 기술은 개발된 지 오래되지 않은 신기술이기 때문에, 이를 적용 응용하는 파생 특허가 계속 개발되고 있는 것도 문제가 되고 있다. 전 세계적으로 FSW(Friction Stir Welding, 마찰 교반 용접) 기술 관련 출원은 천여 개가 넘는다. 해외 출원 건수는 US(미국) 등록이 271건, JP(일본) 등록이 480건, EP(유럽) 공개가 287건이며, 한국 출원 건수도 73건에 달한다. 종합해서 판단해 보면 일본이 가장 많으며, 그 다음이 유럽, 미국 순이다. 다출원인으로도 대부분 히타치, 보잉, 스미토모, 카와사키, 미쓰비시 등 일본 기업들이 많다. 히타치는 열차 차량 산업과 관련된 부분의 FSW 특허권을 많이 가지고 있고, 보잉은 기술 적용 및 응용에 관련된 특허권을 대다수 출원한 상태며, TWI는 FSW 기본 특허를 출원했다. 우리나라의 경우 2000년부터 FSW 관련 특허 출원이 증가하여 2001년에 12개까지 특허 출원한 바 있다. 1991년에 특허 출원한 마찰 교반 접합의 원천 특허의 경우에는 2011년경에는 풀릴 것이라는 전망이지만, 이와 같이 원천 기술에서 파생된 여러 기술 즉, 장비 개발 및 접합 툴 제작에 관한 특허는 대부분 미국과 일본 기업들이 그 권리를 가지고 있는 상황으로(<표 3>, <그림 2>, <그림 3> 참조), 우리나라의 경우 FSW 기술 후발주자로서 선진국의 특허를 피해서 기술 개발을 해야 하는 상황이라, FSW 기술 개발 및 산업 발전에 문제점이 되고 있는 것으로 파악되고 있다. (2) 기술에 대한 정보 및 인식 미흡 국내 FSW 산업을 저해하는 또 다른 문제점은 마찰 용접 기술(FW)과 마찬가지로, 이 기술에 대한 정보가 부족하고 기술 필요성에 대한 인식이 미흡하다는 것을 들 수 있다. 앞서 언급했듯이 해외의 경우 1991년에 기술이 개발되자마자 그 필요성을 인식하여 현재 산업 전반에 다양하게 기술을 적용하고 있지만, 우리나라는 일부 연구 기관에서 순수한 학문 연구 차원에서만 연구됐을 뿐 산업 적용은 아직까지 거의 이루어지지 않은 실정이다. ㈜ 윈젠의 박찬구 연구 소장은 “지금은 그나마 다소 나아졌기는 했지만, 2년 전 당사가 장비를 개발하고 나서 처음으로 홍보를 위해 전시회에 출품했을 때만 해도 FSW 기술이 무엇인지 아무도 알지 못했을 정도였다”고 말하며, 국내 FSW 기술 정보의 홍보 부족에 대한 심각성을 지적했다. 기술에 대한 인식이 부족하다는 말은 실질적으로 이 장비를 도입해야 하는 산업계에 있어 기술에 대한 확신을 주지 못한다는 말과도 상통한다. 더욱이 설사 이 기술에 대해 알고 있어도 과연 이 기술이 검증된 기술인지 아니면 산업 적용 시 기존의 공법에 비해 아무 문제도 발생하지 않을 것인가 등 의문점이 제시되는 실정이며, 이와 같은 잘 알려지지 않은 검증 안 된 기술에 굳이 설비 투자하는 사업가는 없기 때문에, 기술 연구는 활발하게 진행돼도 정작 산업 적용은 주춤하고 있는 것이다. 또한 사회 전반적으로 FSW 기술에 대한 정보가 미흡하고 그 필요성을 인식하지 못하기 때문에, FSW 기술에 적극적으로 자금 및 인력을 투자해야 할 정부의 도움도 받지 못함으로써 FSW 산업 발전이 더욱 어려워지고 있다. FSW 기술은 일반적인 용접 설비보다 초기 투자 비용이 많이 들기 때문에 자금력이 부족한 중소기업의 경우 생산 기반을 구축하기가 어려운 경우가 많다. 따라서 기술적으로는 국내 사정상 이미 국제적인 수준을 보유한 업체와 연구 기관은 갖추고 있음에도, 정부의 도움 없이 자금력이 부족한 중소기업이나 연구 단체가 기술 개발하게 됨으로써 실질적으로 산업 적용에 필요한 기술인 관련 부속(제품 고정 지그, 접합 툴, 곡면 접합 프로세스) 등의 개발이 미비한 실정이다. 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 앞서 언급했다시피, 국내 FSW 관련 전문가들은 TWI가 요구하는 로열티로 인해 국내 FSW 산업이 저해되고 있다는 데에 대해서는 의견을 같이하고 있음을 알 수 있었다. 그러나 누군가 자금과 시간을 들여 개발한 기술에 대해서는 그 특허권을 인정하여 기술에 대한 로열티를 지불하는 것은 당연한 일이므로, 국내 FSW 전문가들이 주장하는 것은 단지 로열티를 낸다는 사실에 대해서의 문제가 아니라, 정정당당하게 요구할 수 없는 기술에 대해서도 로열티를 지불하라는 TWI의 태도 때문인 것으로 판단된다. 즉, TWI 특허권을 둘러싸고 법리적인 해석이 정확하게 정립되지 않고 있기 때문에 문제가 발생하는 것이다. 이에 대해 유미특허법인의 오원석 변리사는 “현재 국내 기업 및 FSW 관련 연구진들은 TWI의 특허권으로 인한 과도한 로열티 때문에 FSW 기술 도입을 주저하거나 어려움을 겪고 있는 것으로 알고 있다. 그러나 이것은 FSW 특허권에 대해 잘 알지 못하고 있기 때문이며, 법리적인 해석으로 통해 살펴보면 실질적으로 국내 산업에 FSW 관련 기본 기술, 즉 원천 특허를 적용하기에는 그다지 큰 문제가 없다”는 사실을 전한다. 즉, 현재 많은 사람들은 TWI ‘원천 특허’에 대해서도 로열티를 지불해야 한다고 잘못 알고 있다는 것이다. 특허는 가장 기본이 되는 ‘원천 특허’와 그 원천 기술을 응용 적용해 새롭게 개량한 ‘개량 특허’로 나뉘는데, ‘원천 특허’의 경우 TWI가 FSW 기술 개발 후 우리나라를 대상으로는 특허 출원하지 않았기 때문에, TWI는 우리나라에 ‘원천 특허’에 대한 권리를 주장할 수 없게 되어 있다. 다시 말해, 우리나라 산학계 연구진들이 FSW 기본 원리 즉, 툴을 고속 회전시켜 마찰 열로 인해 용접을 시킨다는 기본 개념을 적용해 FSW 장비를 개발 생산 판매해도 TWI는 로열티를 요구할 수 없다는 말이다. 그럼에도 TWI는 1996년 우리나라에 특허 출원한 ‘개량 특허’ 청구항 1항(우리나라에서는 특허권을 주장할 수 없는 ‘기본 특허’의 개념과 거의 유사한 개념)을 빌미로, ‘원천 특허’에 대한 로열티까지 요구하고 있는 것이다. 오원석 변리사는 “기본적으로 남의 특허를 존중해줘야 하는 것이 옳지만, 그 요구는 정당해야 한다. 국내에 특허 출원된 ‘개량 특허’의 경우, 필요에 의해 국내 사업체가 적용하게 된다면 그에 합당한 로열티를 정정당당하게 지불하고 사용하는 것이 당연하지만, 특허 출원되어 있지 않은 기술에 대해서는 그 권리를 요구할 수 없는 것이다. 따라서 만일 TWI 측에서 ‘개량 특허’ 제1항을 제시하며 ‘원천 특허’ 기술에 대해 로열티 요구를 하거나 함으로써 법적 공방까지 간다면 최종 판단은 특허심판원과 법원에서 내리겠지만, 개인적으로는 그 요구가 부당하기 때문에 패소는 하지 않을 것”이라고 판단하고 있다. 그러나 여기서 문제는 이처럼 국내에서 TWI의 특허권에 대한 법리적 해석을 명확히 해야 함에도 불구하고, 이를 해결하기 위해 나서는 기업이 없다는 것이다. 오원석 변리사의 말처럼, 만약 ‘원천 특허에’ 대한 로열티 요구로 인해 국내 산업체와 TWI가 법적 공방까지 간다 해도 충분히 승소할 수 있지만, 만에 하나 패소하게 될 경우 사업을 정리해야 할 정도로 큰 위험 부담이 있기 때문에, 국내 기업들은 정정당당하게 기술 개발하지 못하고 지금처럼 FSW 산업을 정체시키고 있는 것이다. 이를 해결하기 위해서는 부산대 강정윤 교수의 말과 같이, “개인이나 중소기업으로는 정면 승부하지 못하는 TWI 특허권의 법리적인 해석은 산학연관이 협력하여 영국의 TW와 협약 조건 등을 해결”하거나, ㈜윈젠의 박찬구 연구소장의 말처럼 “일본의 경우와 같이 지자체가 나서서 FSW 위원회를 만들어 회사나 학교, 연구소에 연구 개발을 지원”하는 방법 및 중소조선연구원의 최준웅 연구원의 말처럼 “정부가 주도하여 TWI와 협약한 후 정부 연구 센터를 만들어 운영하는 중국의 예를 따르는 것”이 필요할 것이다. (2) 대대적인 FSW 기술 홍보로 정부 차원에서 기술 개발 이루어져야 인터뷰 시 TWI 관련 특허에 대한 법리적 해석의 정립이 필요하다는 대답만큼 중요하다고 꼽은 것은 바로 대대적으로 FSW 기술을 홍보하여 정부 차원에서 기술 개발 및 투자가 이루어져야 한다는 것이었다. 앞서 잠깐 언급했지만, 중국의 경우 FSW 기술 관련 정부 연구 센터를 만들어 정부 주도하에 FSW 기술 개발이 이루어지고 있으며, 일본 역시 정부는 아니더라도 지차체가 먼저 나서서 FSW 기술 개발을 위한 자금을 지원함으로써 하루가 다르게 기술 개발이 이루어지고 있는 실정이다. 그에 반해 우리나라의 경우 몇몇 중소기업과 대학, 연구 기관에서만 일부 소규모로 연구 개발이 진행되고 있어 다른 나라에 비해 특허 보유나 기술 적용이 매우 더디다는 것은 관련 산학계가 모두 통감하고 있는 바다. 이를 해결하기 위해서 중소조선연구소 최준웅 연구원은 “정부와 대기업이 기술 개발하여 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 것”이라고 말한다. 즉, 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 최고가 될 수 있도록 노력해야 한다는 것이다. 이와 더불어 FSW 기술이 기존의 공법보다 친환경적이고 유지 보수비가 덜 들어가는 효율적인 공법으로, 현재 가장 초점이 맞춰지고 있는 녹색 성장에 있어 기본이 되는 기술이라는 사실을 관련 학교 및 연구소, 산업체에 적극적으로 알림으로써 국내에서도 FSW 시장이 활성화될 수 있도록 해야 한다는 말을 전했다. 또 이와 함께, 부산대 강정윤 교수는 “대한용접접합학회 내 ‘마찰교반용접 연구위원회’를 설립하여 연 2회에 걸쳐 세미나를 개최한 적이 있었는데, 생각보다 많은 기업 및 연구기관에서 이 모임에 참가하는 모습을 보여줘 FSW 기술에 대한 관련 산업계의 관심을 확인해볼 수 있었다”고 말하며, FSW 기술 홍보를 위해서는 향후 이러한 세미나 등 정기적인 모임을 더욱 많이 개최해야 한다고 주장했다. 한편 ㈜윈젠의 박찬구 연구소장은 “FSW 기술 홍보만큼 이 기술이 검증된 기술임을 사용자들에게 알리는 노력도 필요하다”고 봤다. 기존의 용접 기술들은 KS나 ISO 등으로 규격화되어 있는 데 반해, 아직까지 FSW의 경우 규격화되지 않은 것도 적극적으로 홍보되지 않는 이유 중 하나라고 판단한 것이다. 더욱이 국내 산업 분야 중에는 규격화된 기술만을 적용해야 하는 방위산업이나 한국 전력 등 일부 산업 분야가 있으니만큼 우선은 ISO 및 KS 등을 획득하는 등 이런 절차적인 뒷받침이 필요한 것은 당연하다 하겠다. (3) 기술 개발 및 관련 인력 양성에 적극 투자해야 최근 생산 단가를 절감을 위해 알루미늄이 소형 선박에 적용 확대되면서 FSW 기술 적용도 늘어나고 있다. 그러나 정작 현재 국내에는 알루미늄 전문 용접사 인력이 부족하여 제작하는 데 그만큼 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 양성이 반드시 필요하다고 본다. 또 이와 함께 머지 않아 국내 FSW 산업이 활성화될 것임을 믿고, 미리 산업 적용 기술 개발에 더욱 적극적으로 투자해야 한다는 생각이다. 현재 마찰 교반 기술은 주로 평면에서 작업 가능하므로 작업 공간이 대형인 우주 항공 분야나 철도 분야에는 기술 적용할 수 있지만, 자동차의 경우에는 소형인 데다 곡면이 많기 때문에 일부 공정에 Spot 방식으로만 기술 적용이 이루어지고 있는 상황이다. 하지만 기본적으로 FSW 설비는 절삭 가공 장비와 기계적인 메커니즘이 유사하기 때문에, 절삭 가공 장비와 각종 소모성 가공 재료들을 생산하는 국내 기업들의 기술력이 세계 최고 수준임을 고려해 본다면, 접합 툴 및 곡면 접합 기술도 충분히 개발 가능할 수 있으리라는 판단이다. 한편 실질적으로 상용화되기 시작한다면 각 적용 사례에 대응한 많은 연구 결과들이 필요하므로 이런 기술 프로세스 개발뿐 아니라 하루 빨리 데이터베이스 구축도 이루어져야 할 것이다. 이처럼 데이터베이스를 구축하는 이유는 용량에 따라 기술 프로세스가 각기 다르며, 적용 사례에 따른 연구 결과 등 데이터를 갖춤으로써 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 그러나 아직 국내의 경우 데이터 구축이 미흡한 실정이므로, 연구소 및 대학들이 주축이 되어 데이터를 연구하여 기업에 제공해야 하는 등 산업계와 연구계가 상생하는 방법으로 연구 개발이 이루어져야 할 것이다. (4) 산학연관이 하나의 틀 안에서 같이 활로를 모색해야 현재 우리나라 기술력으로 FSW 설비를 개발한다고 하면 다른 나라에 비해 ‘가격 경쟁력’이 뛰어날 뿐 아니라 장비 기술도 어느 정도 갖추고 있으므로, ‘가격 경쟁력’과 함께 ‘기술 경쟁력’도 생길 것으로 전문가들은 판단하고 있다. 그러나 장비 판매를 위해서는 백업 데이터가 필요하므로, 지금부터라도 데이터베이스 구축에 힘써야 할 것이다. 이를 위해서는 산학연이 힘을 합쳐 하루 빨리 시스템을 정비하고 데이터를 구축해야 한다는 게 관련 전문가의 종합적인 의견이다. 생산기술연구원의 이창우 박사는 무엇보다 “관련 산학연들은 단지 돈을 위해서가 아닌, 굳건한 사명감을 가지고 산학연이 하나의 시스템을 구성하여 컨소시엄을 결성함으로써 공동으로 대응하고 책임을 지며, 공동으로 지원하도록 하는 것이 가장 중요하다”고 보고 있으며, 부산대 강정윤 교수 역시 “관련 산학연관 관계자가 함께하는 자리를 마련하여 기술 적용의 필요성 및 장점, 적용 사례 등 서로 정보를 공유하고, 이런 모임을 통해 원천 기술에서 파생된 새로운 기술들을 연구 개발하여 기술 경쟁력을 다지도록 해야 할 것이다. 또 이와 함께 항공우주연구소나 국방과학연구소, 원자력연구소 등 향후 FSW 기술을 적용할 수 있는 정부 산하단체와도 계속적으로 접촉하여 국내 FSW 산업 발전을 도모해야 할 필요가 있다”며 산학연관의 긴밀한 연계가 중요하다고 보고 있다. 그뿐 아니라 성균관대 정승부 교수 역시 “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, 산학연이 한데 모여서 보다 체계적이고 조직적으로 준비하고 대응해야 할 것”고 말하며, 산학연관이 하나의 틀을 만들어 힘을 합쳐 체계적으로 국내 FSW 산업을 발전시켜야 한다는 데 의견을 같이 했다. 최근의 기술 개발은 개인이나 중소기업의 힘으로는 달성하기 힘든 부분이 많다. 그러니 정부 및 산하단체, 대기업이 주축이 되어 연구소 및 학교와 협력한다면, 비록 우리나라가 다른 나라에 비해 기술 개발이 늦었다고 할 지라도 충분히 선진 기술을 따라잡을 수 있을 것이다. 또한 이처럼 산학연관이 정보를 공유하고 힘을 모은다면, IT 기술 등 최신 기술과 융합 혹은 하이브리드화를 통해 효율적이고, 환경친화적인 기술 개발을 창출할 수 있는 등 부가적인 이득도 얻을 수 있으리라는 판단이다. 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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