KR100268761B1

KR100268761B1 - 알루미늄 구동축에 기계적 균형부가용 금속합성체 및 그를 사용하는 알루미늄 구동축의 균형 잡는 방법

Info

Publication number: KR100268761B1
Application number: KR1019920011014A
Authority: KR
Inventors: 도널드에이로오다; 제프리에이더트키위즈; 제리이이구울드; 앤소니엠콕스
Original assignee: 수 에이 그리핀; 데이나코포레이션
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1992-06-24
Publication date: 2000-10-16
Also published as: BR9202370A; DE69211060T2; MX9203330A; JPH05263875A; EP0520719A1; DE69211060D1; EP0520719B1; CA2069386A1; KR930000194A; TW219917B

Abstract

본 발명은 알루미늄 구동축의 균형을 잡는 장치로서 철강 균형추를 알루미늄 구동축에 부착시키기 위해 전이 물질을 사용한다. 그 전이 물질은 알루미늄 구동축의 외부 표면과 철강 균형추의 내부 표면 사이에 배치된다. 그 다음 저항 용접 처리가 알루미늄 구동축, 철강 균형추, 및 전이 물질에 이루어져 철강 균형추를 알루미늄 구동축의 외부 표면에 저항 용접시킨다. 전이 물질은 알루미늄 구동축에 인접하고 알루미늄인 제 1 표면과 철강 균형추에 인접하고 철강인 제 2 표면을 갖는다. 알루미늄 구동축의 균형을 잡는 방법에서는 저항 용접 처리가 알루미늄 구동축, 철강 균형추, 및 전이 물질에 이루어져 철강 균형추의 내부 표면을 알루미늄 구동축의 외부 표면에 저항 용접한다.

Description

알루미늄 구동축에 기계적 균형 부가용 금속 합성체 및 그를 사용하는 알루미늄 구동축의 균형 잡는 방법

제1도는 철강 균형추를 알루미늄 구동축에 부착하는데 사용된 천이 물질의 상태를 나타낸 단면도.

제2도는 알루미늄 구동축이 축선을 중심으로 회전하도록 균형을 잡는 장치의 바람직한 실시예를 형성하는 층을 예시하는, 제1도에 예시된 천이 물질을 포함하는 확대도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 천이 물질 12 : 제 1표면

14 : 제 2표면 16, 18, 20, 22 : 층

24 : 기하형상 형태부 28 : 균형추

30 : 구동축

[발명의 배경]

본 발명은 천이(遷移) 물질(transition materials)의 사용에 관한 것으로, 특히 천이 물질을 사용하는 축선을 중심으로 회전하는 알루미늄 구동축의 균형을 이루는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 물질을 결합시키어 각 물질의 특성이 갖는 장점을 이용하는 것이 요망되는 경우가 흔하게 발생한다. 예를 들어, 차량용 구동축이, 철강 구동축에 실질적인 중량 감소 및 저하된 회전 관성을 제공할 수 있는 알루미늄으로 개발될 수 있을 것이다. 그리고, 축이 적당한 균형을 이루기 위해서는 균형추(counterweights)가 축에 부착되어야 할 것이다. 여기서, 철강이 알루미늄보다 질량 밀도(mass density)가 현저하게 크고 그리고 만일 알루미늄을 사용한다면 균형추로서 실행하는데 대형 조각의 알루미늄 조각이 필요하게 되기 때문에, 균형추로서는 철강이 양호한 물질이 된다. 그러므로, 이러한 상황에서는, 알루미늄이 갖고 있는 경중량, 열전도성, 전기 전도성 및, 내부식성 과, 강철이 갖고 있는 상당한 질량 밀도, 고강도 및 경도를 합성시킬 필요성이 있게 된다. 그러나 상기 2개 물질을 결합시키는 데에는 많은 문제가 제기된다.

알루미늄 과 철강을 결합시키는 일 방법으로 저항 용접법(resistance projection welding)이 있다. 그러나, 알루미늄을 철강에 결합시키는 전형적인 저항 용접법은 접합선 또는 용접부를 따라 바람직하지 않은 불연속부 또는 결함부를 형성하기 때문에 일반적으로 실행하기 어려운 것으로 여겨진다.

알루미늄을 철강에 결합시키는 다른 방법으로 용융 용접(fusion welding)이 있다. 그러나, 철강과 알루미늄의 용융점이 현저하게 차이가 나기 때문에, 용융 용접이 곤란하다. 특히, 철강과 알루미늄은 일련의 금속간 취성(a series of brittle intermetallics)을 형성한다. 그 결과, 철강을 알루미늄에 용융 용접하면, 용접선에서의 불연속, 철강과 알루미늄 같이 양자가 양립할 수 없는 물질 사이에 약한 용접, 차이가 나는 팽창과 수축으로 인한 파열, 이종(異種) 물질 사이에 경계면에 금속간 화합물의 취성을 형성하는 확산(diffusion), 용접 작업에서 발생되는 잔류 변형으로 인한 고응력(stresses) 및, 부식을 초래하는 전기 화학적 결합(galvanic couple)을 포함하는 많은 문제가 발생한다.

따라서, 알루미늄에 유입되는 열의 양을 감소시키어 알루미늄이 철강에 부착되는 동안 알루미늄의 열 팽창 및 변형을 감소시키는 것을 포함하는, 상기 문제를 극복하는 철강을 알루미늄에 부착시키는 공정이 필요함을 이해할 수 있다.

[발명의 요약]

상술된 필요는, 저항 용접(resistance projection welding)을 통해 철강을 알루미늄에 부착하는데 알루미늄-철강 천이 물질을 사용하는 본 발명에 따르는 장치와 방법에 의해 해결된다. 본 발명은 함께 접착되는 이종물질로 이루어진 2개 이상의 층을 포함하는 천이 물질의 사용을 제안한 것이다. 천이 물질에 저항 용접을 가하여, 철강으로부터 알루미늄으로의 열 흐름의 계량(the metering)이 허용되는 것이다. 천이 물질에 대한 저항 용접 공정은, 알루미늄으로부터의 중간 플래시(expulsion)를 제거하고 철강으로부터의 중간 플래시를 최소로 하는 부가적인 이점을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 면에 따라서, 장치는 알루미늄 구동축을 균형지게 하는 것이다. 알루미늄 구동축은 그를 중심으로 하여 회전하는 축선으로부터 방사 외방향으로 이격져 대면하는 외부 표면을 갖는다. 장치는 내부 표면을 갖는 적어도 1개 철강 균형추를 포함한다. 천이 물질은 알루미늄 구동축의 외부 표면과 철강 균형추의 내부 표면 사이에 배치된다. 끝으로, 상기 장치는, 철강 균형추의 내부 표면이 알루미늄 구동축의 외부 표면에 저항 용접되도록 알루미늄 구동축, 철강 균형추, 및 천이 물질에 저항 용접 공정을 적용하는 수단을 포함하는 것이다. 저항 용접 공정 중에 천이 물질을 사용하는 이점은, 알루미늄 구동축에 유입되는 열의 양을 감소시키어 균형추를 부착하는 동안 구동축의 열 팽창 및 변형을 감소시키는 것이다. 저항 용접 공정은 용접 공정 중에 알루미늄으로부터의 중간 플래시(expulsion)를 제거하고 철강에 있는 중간 플래시를 최소로 하는 부가적인 이점을 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 천이 물질은 알루미늄 구동축에 인접한 제 1표면과 철강 균형추에 인접한 제 2표면을 이루며, 제 1표면은 알루미늄이고 제 2표면은 철강이다. 장치의 저항 용접 시에, 저항 용접 공정 중에 철강에서 손실되는 열로 인해서 천이 물질의 제 1표면과 알루미늄 구동축 사이에는 알루미늄-알루미늄 접착이 창출된다. 유사하게, 철강 균형추와 천이 물질의 제 2표면 사이에는 저항 용접 공정 중에 철강 균형추에서 발생되는 열로부터 철강-철강 접착이 창출된다. 마지막으로 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 장치는 천이 물질의 제 2표면에 저항 용접 공정 중에 알루미늄으로 과도한 열이 전달되는 것이 방지되도록 복수 외향 돌출 기하형상을 부가로 포함 할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 또한 철강을 알루미늄에 부착하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 내부 표면을 갖는 적어도 하나의 철강 균형추를 제공하는 단계를 가진 복수 단계로 이루어진다. 다음, 천이 물질이 알루미늄 구동축의 외부 표면과 철강 균형추의 내부 표면 사이에 배치된다. 이 방법은 알루미늄 구동축, 철강 균형추, 및 천이 물질에 저항 용접을 적용하는 단계도 포함하는 것이다. 이러한 단계는 철강 균형추의 내부 표면을 알루미늄 구동축의 외부 표면에 저항 용접하는 역할을 하는 것이다. 알루미늄 구동축에 강철 균형추를 부착하는데 천이 물질을 사용하여, 알루미늄-강철 경계면에 전기 화학적 부식(galvanic corrosion) 가능성이 저하되는 이점이 제공되는 것이다.

[양호한 실시예를 통한 상세한 설명]

도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 알루미늄-철강 천이 물질을 저항 용접을 통해 철강 균형추를 알루미늄 구동축에 부착하는데 사용하는, 철강 균형추를 알루미늄 관 구동축에 저항 용접하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 천이 물질은 알루미늄 구동축의 외부 표면과 철강 균형추의 내부 표면에 사이에 배치된다. 구동축에 인접한 천이 물질의 표면은 알루미늄이며, 그리고 균형추에 인접한 천이 물질의 표면은 철강이다.

저항 용접 공정 중에, 철강 균형추에서 발생된 열은 균형추에 인접한 천이 물질의 표면과 균형추 간에 철강-철강 접합을 형성한다. 이러한 용접에서 손실된 열은 알루미늄으로 전도되고, 구동축과 그 구동축에 인접한 천이 물질의 표면 간에 알루미늄-알루미늄 접합을 형성한다. 균형추에 인접한 천이 물질의 표면에 복수 기하 형상체를 형성하여, 천이 물질로의 열의 적용을 국부적으로 하여 과도한 열이 알루미늄으로 전달되어 바람직하지 않은 용융을 초래하는 것을 방지할 수 있는 것이다.

제 1도는 본 발명의 천이 물질을 포함하는 층의 단면도이다. 천이 물질(10)은 제 1표면(12)과 제 2표면(14)을 갖는다. 표면(12)은 알루미늄이고 표면(14)은 철강이다. 천이 물질(10)은 적어도 2개, 바람직하게는 4개 층(16, 18, 20, 22)을 포함하는 것이다. 층(16, 18, 20)은 가변 등급으로 이루어진 알루미늄 층이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 층(16, 20)은 알루미늄 1145를 포함하고 그리고 층(18)은 알루미늄 5052를 포함하는 것이다. 제 4층(22)은 철강 층, 바람직하게는 철강 1008 같은 저탄소강이다.

도면을 참고할 때, 천이 물질(10)을 사용하는 것은 철강을 알루미늄에 직접 저항 용접하는 중에 만나게 되는 문제에 부딪히지 않고 철강 균형추(28)를 알루미늄 구동축(30)에 저항 용접 공정으로 부착하게 되는 것이다. 또한, 천이 물질(10)을 사용하는 저항 용접법은 알루미늄으로부터 중간 플래시(expulsion)를 제거하고 철강으로부터의 중간 플래시를 최소화 하는 것이다. 저항 스폿 용접기를 포함하는 임의의 적당한 수단을 사용하여 실행될 수 있는 저항 용접 공정을 알루미늄 구동축(30), 철강 균형추(28), 및 천이 물질(10)에 적용하여, 철강 균형추(28)로부터 알루미늄 구동축(30)으로의 열 흐름을 창출하는 것이다. 이러한 열 흐름은 저항 용접 공정 중에 철강 균형추(28)에서 발생되는 열의 양을 조절하도록 계량될 수 있는 것이다.

제 1도에서, 천이 물질(10)의 바람직한 두께는 매우 뛰어난 용접능과 용접 보전성이 달성되도록 대략 0.13cm(0.050인치)인 것이 바람직하다. 그 같이, 제 2도에 도시된 비교적 두꺼운 부착 철강 균형추(28)와 비교적 얇은 천이 물질(10)사이에 적당한 열 균형을 제공하기 위해, 반구체, 함몰체 또는 환형 링 같은 하나 이상의 기하 형태부(24)를 천이 물질(10)에서 외부 방향으로 돌출 형성시킬 수 있다. 기하 형태부(24)는 제 1도에 도시한 바와 같이 천이 물질(10)의 철강 표면(14)에서 외부방향으로 돌출한다. 기하 형태부(24)는 철강 균형추(28)에서의 열 발생을 철강 표면(14)에 집중시키고 저항 용접 공정 중에 열 균형을 개선, 알루미늄 구동 축(30)에 과도한 열이 전달되는 것을 방지하는 것이다. 기하 형태부(24)는 알루미늄 구동축(30)에 부착되는 철강 균형추(28)의 중량 과 크기에 따라 형성되는 다양한 형태중의 어느 하나 이다.

제 2도는 접합된 알루미늄 및 철강으로 이루어진 장치(26)의 바람직한 실시예를 형성하는 층을 확대하여 나타낸 도면이다. 제 2도에서, 천이 물질(10)은, 표면(12)이 알루미늄 구동축(30)의 외부 표면(32)과 접촉하여 저항 용접 공정 중에 손실된 열로부터 천이 물질(10)의 제 1표면(12)과 알루미늄 구동축(30) 간에 알루미늄-알루미늄 접착을 창출하도록 배치된다. 마찬가지로, 표면(14)은 철강 균형추(28)의 내부 표면(34)과 접촉하여 저항 용접 처리 중에, 철강 균형추(28)에서 발생하는 열로부터 천이 물질(10)의 제 2표면 과 강철 균형추 간에 철강-철강 접착을 창출하는 것이다. 기하형상 형태부(24)는 천이 물질(10)의 표면(14)으로부터 외부방향으로 철강 균형추(28)를 향하는 방향으로 돌출하여 저항 용접 공정 중에 철강 균형추(28)에서 발생한 열을 철강-철강 경계면에 집중시킨다.

본 발명은 철강 균형추(28)를 저항 용접을 통해 알루미늄 구동축(30)에 부착시키기 위해 알루미늄-철강 천이 물질(10)을 사용하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 천이 물질(10)은 양호하게 알루미늄-철강 천이 물질이다. 천이 물질(10)은 알루미늄 구동축(30)의 외부 표면(32)과 철강 균형추(28)의 내부 표면(34) 사이에 배치된다. 구동축(30)에 인접한 천이 물질(10)의 표면(12)은 알루미늄이고, 균형추(28)에 인접한 천이 물질(10)의 표면(14)은 철강이다.

다음, 균형추(28), 천이 물질(10) 및 구동축(30)은 저항 용접 공정을 받게된다. 상기 용접 중에, 철강 균형추(28)에서 발생하는 열은 균형추(28)와 천이 물질(10)의 표면(14) 사이에 철강-철강 접착을 형성한다. 이러한 용접에서 손실된 열은 알루미늄으로 전도되어, 구동축(30)과 천이 물질의 표면(14) 간에 접합부를 형성한다. 복수 기하 형상체(24)를 천이 물질로 이루어진 표면(14)에 형성하면, 천이 물질(10)에 열이 국부적으로 가해지게 되어 과도한 열이 알루미늄 구동축(30)으로 전달되는 것을 방지하여 불필요한 용융 동작을 방지할 수 있는 것이다.

Claims

알루미늄 구동축이 그를 중심으로 회전하는 축선으로부터 방사방향으로 이격 대면하는 외부 표면을 구비하고, 그 회전 중에 알루미늄 구동축의 기계적 균형을 부여하기 위해 알루미늄 구동축에 부착되는 금속 합성체에 있어서, 상기 금속 합성체는: 내부 표면을 갖는 하나 이상의 철강 균형추 와; 알루미늄 구동축의 외부 표면과 하나 이상의 철강 균형추의 내부 표면 사이에 배치된 천이 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 합성체.
알루미늄 구동축이 그를 중심으로 회전하는 축선으로부터 방사방향으로 이격 대면하는 외부 표면을 구비하고, 알루미늄 구동축을 균형지게 하는 방법에 있어서, 상기 알루미늄 구동축 균형 방법은: 내부 표면을 갖는, 하나 이상의 철강 균형추를 제공하는 단계; 알루미늄 구동축의 외부 표면과 하나 이상의 철강 균형추의 내부 표면 과의 사이에 천이 물질을 배치하는 단계; 및 알루미늄 구동축, 하나 이상의 철강 균형추, 및 천이 물질에 저항 융접 공정을 적용하여, 하나 이상의 철강 균형추의 내부 표면을 알루미늄 구동축의 외부 표면에 저항 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 구동축 균형 방법.
제1항에 있어서, 천이 물질은, 알루미늄 구동축에 대하여 배치되는 제 1알루미늄 표면과 철강 균형추에 대하여 배치되는 제 2철강 표면을 갖는 층구조물을 포함하고, 알루미늄 표면 및 철강 표면 사이에 하나 이상의 층간 구역이 설치되는 것을 특징으로 하는 금속 합성체.
제2항에 있어서, 천이 물질은, 알루미늄 구동축에 인접한 제 1표면과 철강 균형추에 인접한 제 2표면을 구비하며, 상기 제 1표면은 알루미늄이고 그리고 상기 제 2표면은 철강인 것을 특징으로 하는 알루미늄 구동축 균형 방법.