KR100460618B1 - 동합금의 세미솔리드구간을 이용한 접합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 면간접촉에 의한 마찰로 인해 발생되는 기계부품의 표면마멸 또는 손상을 방지하기 위해 사용되는 동합금을 이용한 접합방법에 관한 것으로,

모재와 크래드 동소재의 접합면의 접촉율이 60% 이상 유지되도록 모재와 크래드 동소재를 선삭 가공하는 가공공정과; 선삭가공된 모재의 접합면에 합금동을 전기도금하는 도금공정과; 전기도금된 모재와 크래드 동소재를 세척하여 불순물을 제거하는 세척공정과; 크래드 동소재와 가압블럭 사이에 동소재보다 용융점이 높은 소재로 분말 또는 판상의 접촉부 분리막을 형성하는 분리막 형성공정과; 접합로내에 도금된 모재와 크레드 동소재를 접합지그로 세팅하여 내입시키고 크래드 동소재의 상부에 가압블럭을 설치하는 세팅공정과; 접합로를 크래드 동소재의 세미솔리드(Semisolid) 구간인 940~960℃ 까지 가열하는 동시에 가압불럭에 의해 300~600g/㎠의 압력을 가하는 가열 및 가압공정과; 목표접합온도에 도달시 가열을 중단하고, 접합로내에서 600~650℃의 온도 까지 냉각하는 접합로내 냉각공정과; 접합로내에서 냉각된 크래드강을 접합로의 외부로 꺼내에 상온에서 다시 냉각하는 상온 냉각공정으로 이루어지므로서,

소요되는 에너지를 절약할 수 있으며, 고속의 후육 크래드 금속제조가 가능함은 물론, 작업성을 향상시킬 수 있는 것이다.

Description

동합금의 세미솔리드구간을 이용한 접합방법 {Welding method using semisolid section of copper alloy}

본 발명은 유압기기나, 건설기계, 산업기계 부품 등 고압하에 반복되는 면간접촉에 의한 마찰로 인해 발생되는 기계부품의 표면마멸 또는 손상을 방지하기 위해 사용되는 동합금을 이용한 접합방법에 관한 것으로, 특히 접합부의 형상과 동일한 고체상의 크래드(Clad) 동소재를 접합부에 면접시키고, 이를 가열하여 고체상의 동소재가 용융되기 시작하는 온도구간(이하, 세미솔리드(Semisolid)구간 이라함) 에서 일정한 압력을 가하여 접합하므로서, 작업성을 향상시킨 동합금의 세미솔리드구간을 이용한 접합방법에 관한 것이다.

고압하에서 반복되는 면간접촉에 의한 마찰로 인해 발생되는 기계부품의 표면마멸 또는 손상을 방지하기위해 사용되는 동합금은 작은 마멸계수를 가지고 있으며 열전도도 좋아 마찰열을 줄일 수 있어 윤활성도 우수하다.

이에 따라 마찰이 큰 부위에 적용되는 기계부품은 동합금으로 표면을 감싼동합금 크래드강의 사용이 주를 이루고 있다.

따라서, 이와 같은 동합금 크래드강의 제조방법은 용도와 부품형상에 따라 여러종류가 있는 데 주로 강표면에 동합금 분말을 압착소결하는 방법과, 용융동을 강표면에 융착 또는 분무하거나 삽입금속을 사용한 동브레이징 방법, 또는 체결 등을 들 수 있다.

그러나 상기와 같은 압착소결방법 또는 용융동 융착방법, 동브레이징 방법 은 제조시 매우 높은 압력 또는 고온을 필요로 하기 때문에 이들을 발생시키기 위한 각종 에너지의 소모가 매우 클 뿐만아니라, 고속의 후육 크래드 제조가 어렵고, 작업부위의 환경을 매우 높은 수준으로 유지해야 하므로 작업이 매우 까다로워 생산성이 저하되고 제조원가가 상승하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

접합할 부분의 모재와 동일한 형상으로 크래드 동소재를 가공하고, 이를 동소재가 용융되기 시작하는 세미솔이드(SEmisolid)구간의 온도로 가열하는 동시에 가압하여 접합할 수 있도록 하므로서,

소결식 또는 열간, 냉간압착 크래드 금속 제조 방식에 비해 비교적 낮은 압력과 온도를 가하여 접합이 가능하므로 소요되는 에너지를 절약할 수 있으며,

제조방법이 유사한 동브레이징 방법에 비해 상대적으로 고속의 후육 크래드금속제조가 가능함은 물론, 크래드 작업부위의 보호분위기가 낮은 수준에서도 가능하여 작업성을 향상시킬 수 있는 동합금의 세미솔리드구간을 이용한 접합방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 모재와 크래드 동소재의 접합면의 접촉율이 60% 이상 유지되도록 모재와 크래드 동소재를 선삭 가공하는 가공공정과;

선삭가공된 모재의 접합면에 합금동을 전기도금하는 도금공정과;

전기도금된 모재와 크래드 동소재를 세척하여 불순물을 제거하는 세척공정과;

크래드 동소재와 가압블럭 사이에 동소재보다 용융점이 높은 소재로 분말 또는 판상의 접촉부 분리막을 형성하는 분리막 형성공정과;

접합로내에 도금된 모재와 크레드 동소재를 접합지그로 세팅하여 내입시키고 크래드 동소재의 상부에 가압블럭을 설치하는 세팅공정과;

접합로를 크래드 동소재의 세미솔리드(Semisolid) 구간인 940~960℃ 까지 가열하는 동시에 가압불럭에 의해 300~600g/㎠의 압력을 가하는 가열 및 가압공정과;

목표접합온도에 도달시 가열을 중단하고, 접합로내에서 600~650℃의 온도 까지 냉각하는 접합로내 냉각공정과;

접합로내에서 냉각된 크래드강을 접합로의 외부로 꺼내에 상온에서 다시 냉각하는 상온 냉각공정으로 이루어 지는 것이다.

이하, 본 발명의 각 공정별 작용을 설명한다.

모재와 크래드 동소재의 가공공정 중 모재가공은 소재의 종류 또는 가공방법에 따라 주물소재에서부터 단조, 압연, 입발, 압출 및 기계가공소재까지 모두 포함되며, 크래드 동소재를 모재의 접합부와 동일한 형상으로 가공하여 모재와의 접촉율이 60%이상되게 가공하므로서 접합시 접착력을 극대화 할 수 있는 것이다.

모재의 접합면에 합금동을 도금시에는 전기도금방식을 적용하는데, 모재표면에 도금되는 합금동 도막의 성분은 플럭싱기능을 포함해 모재인 합금강과 크래드 소재인 동합금의 브레이징에 필요한 성분 즉 두 소재 사이에서 용융되고, 이 후 크래드강의 후가공 공정상 발생되는 열처리시의 온도이상으로 접합부 도막의 용융점이 높게 유지되도록 하는 조건에 맞는 융점구간의 성분으로 조성되어 있다.

도막의 두께는 모재와 크래드 소재의 경계에서 합금조직의 형성에 필요한 최소 도막두께를 적용범위로 했다.

크래드 동소재의 상면에는, 동소재의 가열시 동소재가 용융되면서 가압블럭과 접합되는 것을 방지하기 위하여 동소재보다 용융점이 높은 소재를 분말화 하거나 얇은 판상으로 가공하여 분리막을 형성는 것이다.

이와 같이 분리막을 형성한 크래드 동소재를 모재의 접합부에 면접시키고 동소재의 상면에 가압블럭을 설치하여 접합지그로 세팅시킨다.

접합지그로 세팅된 모재 및 동소재, 가압블럭을 접합로내에 넣고 가열하여 로내의 온도가 크래드 동소재의 반용융(Semisolid)상태가 되는 온도인 940~960℃까지 가열하는 동시에, 가압블럭에 의해 300~600g/㎠의 압력을 동소재에 지속적으로 가하게 되므로, 크래드 동소재가 세미솔리드 상태에서 모재와 접합되는 것이다.

이와 같이 모재와 동소재가 세미솔리드 상태에서 접합되면 가열을 중단하고 접합로내의 환경을 그대로 유지한 체 600~650℃까지 냉각시킨 후, 크래드강을 접합로에서 꺼내에 상온에서 다시 냉각시키므로서 접합공정을 마치게 되는 것이다.

이와 같이 접합된 크래드의 경도 및 인장강도를 시험한 결과 아래 표 1과 2와 같은 결과를 얻을 수 있었다.

경도시험(HBR)

구분	소재1	소재2
	동소재	접합후	동소재	접합후
1	40	39	40	42
2	42	45	50	56
3	51	53	45	43

접합부 인장강도시험(kg/㎟)

구분	소재1	소재2
	동소재	접합부	동소재	접합부
1	23	24	25	26
2	22	23	23	22
3	24	23	23	22

상기표 에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 접합방법에 의해 제조된 크래드강은 경도나 인장강도 등 그 물성이 매우 동일하거나 우수함을 알 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 크래드 동소재의 반용융구간인 세미솔리드구간 (940~960℃)에서 가압하여 접합하므로서 비교적 적은 에너지를 소모하여 제조가 가능하고 작업을 보다 편리하게 할 수 있도록 한 것이다.

상기와 같이 본 발명은 접합할 부분의 모재와 동일한 형상으로 크래드 동소재를 가공하고, 이를 동소재가 용융되기 시작하는 세미솔이드(Semisolid)구간의 온도로 가열하는 동시에 가압하여 접합할 수 있도록 하므로서,

소결식 또는 열간, 냉간압착 크래드 금속 제조 방식에 비해 비교적 낮은 압력과 온도를 가하여 접합이 가능하므로 소요되는 에너지를 절약할 수 있으며,

제조방법이 유사한 동브레이징 방법에 비해 상대적으로 고속의 후육 크래드 금속제조가 가능함은 물론, 크래드 작업부위의 보호분위기가 낮은 수준에서도 가능하여 작업성을 향상시킬 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 모재와 크래드 동소재의 접합면의 접촉율이 60% 이상 유지되도록 모재와 크래드 동소재를 선삭 가공하는 가공공정과;

   선삭가공된 모재의 접합면에 합금동을 전기도금하는 도금공정과;

   전기도금된 모재와 크래드 동소재를 세척하여 불순물을 제거하는 세척공정과;

   크래드 동소재와 가압블럭 사이에 동소재보다 용융점이 높은 소재로 분말 또는 판상의 접촉부 분리막을 형성하는 분리막 형성공정과;

   접합로내에 도금된 모재와 크레드 동소재를 접합지그로 세팅하여 내입시키고 크래드 동소재의 상부에 가압블럭을 설치하는 세팅공정과;

   접합로를 크래드 동소재의 세미솔리드(Semisolid) 구간인 940~960℃ 까지 가열하는 동시에 가압불럭에 의해 300~600g/㎠의 압력을 가하는 가열 및 가압공정과;

   목표접합온도에 도달시 가열을 중단하고, 접합로내에서 600~650℃의 온도 까지 냉각하는 접합로내 냉각공정과;

   접합로내에서 냉각된 크래드강을 접합로의 외부로 꺼내에 상온에서 다시 냉각하는 상온 냉각공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 동합금의 세미솔리드구간을 이용한 접합방법.