KR100492837B1 - 동시냉각을갖는마찰교반용접 - Google Patents

동시냉각을갖는마찰교반용접 Download PDF

Info

Publication number
KR100492837B1
KR100492837B1 KR1019970022167A KR19970022167A KR100492837B1 KR 100492837 B1 KR100492837 B1 KR 100492837B1 KR 1019970022167 A KR1019970022167 A KR 1019970022167A KR 19970022167 A KR19970022167 A KR 19970022167A KR 100492837 B1 KR100492837 B1 KR 100492837B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tool
welding
coolant
friction stir
stir welding
Prior art date
Application number
KR1019970022167A
Other languages
English (en)
Other versions
KR970073845A (ko
Inventor
제이. 콜리간 케빈
Original Assignee
더 보잉 캄파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=24630960&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR100492837(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 더 보잉 캄파니 filed Critical 더 보잉 캄파니
Publication of KR970073845A publication Critical patent/KR970073845A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100492837B1 publication Critical patent/KR100492837B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/06—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using friction, e.g. spin welding
    • B29C65/0681—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using friction, e.g. spin welding created by a tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/123—Controlling or monitoring the welding process
    • B23K20/1235—Controlling or monitoring the welding process with temperature control during joining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
    • B23K20/1255—Tools therefor, e.g. characterised by the shape of the probe
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/114—Single butt joints
    • B29C66/1142—Single butt to butt joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/349—Cooling the welding zone on the welding spot
    • B29C66/3494—Cooling the welding zone on the welding spot while keeping the welding zone under pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41—Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B29C66/43—Joining a relatively small portion of the surface of said articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8141—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
    • B29C66/81427—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined comprising a single ridge, e.g. for making a weakening line; comprising a single tooth
    • B29C66/81429—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined comprising a single ridge, e.g. for making a weakening line; comprising a single tooth comprising a single tooth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/818—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps
    • B29C66/8181—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the cooling constructional aspects
    • B29C66/81811—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the cooling constructional aspects of the welding jaws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/818—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps
    • B29C66/8181—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the cooling constructional aspects
    • B29C66/81811—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the cooling constructional aspects of the welding jaws
    • B29C66/81812—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the cooling constructional aspects, or by the thermal or electrical insulating or conducting constructional aspects of the welding jaws or of the clamps ; comprising means for compensating for the thermal expansion of the welding jaws or of the clamps characterised by the cooling constructional aspects of the welding jaws the welding jaws being cooled from the outside, e.g. by blowing a gas or spraying a liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
    • B29C66/836—Moving relative to and tangentially to the parts to be joined, e.g. transversely to the displacement of the parts to be joined, e.g. using a X-Y table
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8141—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
    • B29C66/81411—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat
    • B29C66/81421—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat being convex or concave
    • B29C66/81422—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat being convex or concave being convex
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/816—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the mounting of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8167—Quick change joining tools or surfaces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

마찰 교반 용접 방법 및 장치는 압출 성형 불능 알루미늄 합금 등과 같은 용접이 곤란한 재료에서 상당한 고속의 용접 속도로 표면 거칠기가 상당히 감소된 용접부를 생성한다. 상기 방법은 연화된 재료가 공구의 회전하는 핀 및 견부에 점착하는 가능성을 감소시키도록 용접 공정 중에 교반 용접 공구를 냉각하는 단계를 포함한다. 상기 장치는 용접 작업 중에 열을 제거하여 공구를 냉각시키도록 냉각제가 펌핑될 수 있게 하는 내부 공간 또는 외부 재킷을 갖는 공구를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 장치는 용접 중에 공구 및 주위의 공작물로부터 열을 제거하도록 용접 공구의 말단부의 외부면으로 냉각제를 분무하는 장치를 포함한다.

Description

동시 냉각을 갖는 마찰 교반 용접
본 발명은 마찰 교반 용접(friction stir welding)을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명에 따르면, 마찰 교반 용접 공정에서 발생된 과잉 열이 제거되어 보다 매끄러운 용접면이 생성되게 한다.
마찰 교반 용접(FSW)은 인가된 마찰열 하에 연화되어 혼합되는 금속, 플라스틱, 및 그 외의 재료로 된 부품들을 함께 접합하여 일체로 연결되게 하는 비교적 새로운 용접 방법이다. FSW 장치 및 방법은 국제 특허 공개 공보 제WO 93/10935호, 제WO 95/26254호 및 미국 특허 제5,460,317호에서 알 수 있으며, 이들 모두는 본 명세서에서 전체적으로 참조되었다. FSW를 위한 하나의 유용한 장치가 도1a 및 도1b에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 판(10A', 10B')으로 예시된 2개의 부품은, 함께 용접될 판들의 모서리들이 받침판(backing plate, 12') 상에서 직접 접촉하여 유지되도록 정렬된다. FSW 공구(W')는 말단부에 있는 견부(14')와, 견부로부터 중앙에서 하방으로 연장되는 비소모성 용접핀(16')을 구비한다. 회전하는 공구(W')가 판(10B')과 판(10A') 사이의 경계부와 접촉하게 됨에 따라, 회전하는 핀(16')은 도시된 바와 같이 2개의 판의 재료와 접촉하게 된다. 재료 내에서의 핀의 회전과 재료의 상부면에 대한 견부의 마찰은 용접 공구 및 판 경계부 모두에서 큰 마찰열량을 발생시킨다. 이러한 열은 회전하는 핀 및 견부 부근에서 판 재료를 연화시켜 재료를 혼합시키며, 이는 경화시 용접부를 형성한다. 공구는 판(10A', 10B')들 사이의 경계부를 따라 길이 방향으로 이동됨으로써, 판들 사이의 경계부 전체를 따라 긴 용접부를 형성한다. 용접 공구의 견부(14')는 판들의 연화된 재료가 상방으로 빠져나가는 것을 방지하고 재료를 용접 접합부 내로 가압한다. 용접부가 완성된 때, 용접 공구는 후퇴된다.
종래 기술의 마찰 교반 용접 방법에 의해 생성된 용접부는 몇몇 재료에 대해서 매끄러운 용접부를 생성할 수 있지만, 압출 성형이 불가능한 알루미늄 합금에 대해서는 최대 스핀들 속도가 용접 공구 견부 및 핀에 대한 재료의 점착에 의해 심각하게 제한된다. 알루미늄 합금 7075, 2014, 2090 및 2024로 예시되는 이러한 합금에 대해서는, 스핀들 속도가 증가하고 이에 대응하여 용접부로의 열 입력량이 증가함에 따라, 용접부의 상부면의 표면 질감은 더 거칠게 됨으로써 불량하게 된다. 더욱 높은 스핀들 속도 및 열 입력량에서, 알루미늄 재료가 용접 공구 견부 상에 점착 및 성장하게 되어 용접면의 측면으로부터 재료를 파열시킨다. 장기간의 용접 동안, 이러한 조건은 계속되는 용접을 불가능하게 하는 과도한 성장을 야기할 수 있다. 또한, 과열된 용접 공구는 때때로 용접면의 중앙으로부터 표면 재료를 부분적으로 파열시킬 수 있어, 용접부의 상부면 상에 "물고기 비늘" 외관을 나타내는데, 이는 용접부의 길이를 따라 점진적으로 악화된다. 어떤 적용예에 있어서는, 이러한 거친 용접면은 바람직하지 않으며, 매끄러운 표면을 생성하기 위해 추가의 기계 가공을 필요로 한다. 거친 표면은 종종 피로 균열 개시점을 제공하며, 따라서 특히 용접된 부품이 주기적인 인가 하중 조건 등과 같이 피로를 야기할 수 있는 조건 하에서 사용된다면 바람직하지 않다. 대부분의 적용에 대해서 후속의 기계 가공을 필요로 하지 않으며 균일하고 매끄러운 표면 질감을 갖는 감소된 표면 거칠기의 용접부를 생성하는 FSW 방법에 대한 필요성이 있어 왔다.
본 발명은 종래의 마찰 교반 용접 장비에 의해 지금까지 성취된 것보다 더욱 매끄러운 표면을 가지며, 압출 성형이 불가능한 알루미늄 합금 등과 같은 용접이 곤란한 재료들의 마찰 교반 용접부를 생성하는 방법 및 장치를 제공한다. 이러한 용접부는 고속으로 생성되며, 대부분의 목적에 대해 후속의 기계 가공을 요구하지 않도록 상업적으로 허용 가능한 표면 거칠기를 갖는다.
본 발명에 따라, 용접 속도가 증가함에 따라 용접면의 거칠기가 증가하는 것에 의해 주어지는 압출 성형 불능 재료에 대한 용접 속도 제한은 공구와 용접되는 공작물 사이의 접촉면에서의 마찰 교반 용접 공정 중에 발생되는 과잉 열에 기인한다는 것을 알았다. 소정량의 열은 용접부를 형성하기 위해 재료를 연화시키는 데 필요하지만, 과잉 열은 연화된 재료가 마찰 교반 용접 공구의 회전하는 핀 및 견부에 점착되게 한다. 이러한 점착력에 대항하는 공구의 회전 이동 및 측방향 이동은 불규칙한 용접면을 야기한다. 따라서, 본 발명은 과잉 열을 제거하기 위하여 용접 공정 중에 용접 공구를 동시에 냉각시키는 단계를 포함하는 마찰 교반 용접 방법을 제공한다. 이러한 방법은 용접 속도를 상당히 증가시키게 하는데, 양호하게는 적어도 약 20 %를, 더욱 양호하게는 적어도 약 100 % 증가시키도록 하면서, 허용 가능한 용접 거칠기를 유지한다. 더구나, 본 발명은 냉각제에 의해 냉각되는 마찰 교반 용접용 장치를 제공한다.
일 실시예에서, 냉각제는 공구의 본체 내에서 순환되어 과잉 열을 제거한다. 본 실시예에서, 본 발명의 마찰 교반 용접 공구는 교반 용접되는 부품들에 모두 적합하게 된 회전 가능 비소모성 핀 및 견부를 말단부에서 갖는 공구 본체를 구비한다. 공구 본체는 용접 공구의 핀과, 양호하게는 견부와도 열전도에 의해 연통하는 내부 공간을 갖는다. 내부 공간은 견부 및 핀으로부터 전도된 열을 포함하는 공구로부터의 과잉 열을 제거하기 위해, 냉각제가 내부 공간을 통해 유동하도록 되어 있다.
다른 실시예에서는, 공구 본체의 말단 부분들을 둘러싸는 재킷에 의해 마찰 교반 용접 공구로부터 열이 제거된다. 재킷은 냉각제 공급원과 유체 연통하는 유입구와, 가열된 냉각제의 배출을 위한 유출구를 구비한다. 따라서, 공구가 사용될 때, 냉각제는 공구로부터 열을 제거하는 재킷을 통해 유동하여, 과잉 열이 회전 가능 핀 및 견부로부터 제거되도록 한다.
또 다른 실시예에서는, 용접 단계 동안에 (저온 공기, 또는 물 등의 액체 냉각제와 같은) 냉각제를 공구 위로 분무하여 용접되는 표면을 둘러쌈으로써 열이 제거된다. 양호하게는, 냉각되는 공구 부분에는 열 제거를 용이하게 하기 위하여 냉각핀(fin)이 설비되어 있다.
본 발명에 따르면, 심지어 압출 성형이 불가능한 알루미늄 합금의 마찰 교반 용접부도 상업적으로 유용한 속도로 생성되며, 상업적으로 사용될 수 있는 감소된 표면 거칠기 질감을 갖는다.
본 발명의 전술한 태양 및 많은 부수적인 이점은 첨부 도면과 관련한 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 보다 더 쉽게 이해될 수 있다.
본 발명에 따르면, 압출 성형이 불가능한 알루미늄 합금 등과 같이 용접이 곤란한 재료로서 연화된 재료와 공구 사이의 점착 정도를 감소시키기 위하여 마찰 교반 용접 공구(FSW)로부터 과잉 열이 제거되어, 매끄러운 표면을 갖는 용접부가 고속으로 생성되도록 한다. 이러한 매끄러운 표면의 용접부는 심미적인 것뿐만 아니라, 피로 균열 및 부식의 개시의 위험성을 감소시키는 데 있어서 많은 잠재적인 이점들을 갖는다. 더구나, 이러한 용접부의 생성은 매끄러운 표면을 생성하기 위하여, 비용 상승 요인인 추가 기계 가공을 용접부에 대해 할 필요성을 제거 또는 감소시킨다. 또한, 본 발명은 보다 높은 FSW 공구 회전 속도를 허용함으로써 용접 속도를 증가시킨다.
본 발명의 방법에 따르면, 과잉 열은 마찰 교반 용접부가 형성되면서 마찰 교반 용접 공구로부터 제거된다. 따라서, 열 제거는 용접 작업과 동시에 이루어진다. 본 발명의 방법 및 장치는 마찰 교반 용접을 받는 모든 종류의 재료에 대해 적용 가능하지만, 본 발명은 2024, 7075, 2014 및 2090 합금으로 예시되는 압축 성형 불가능한 알루미늄 합금과 같은 마찰 교반 용접이 곤란한 재료에 적용되는 경우에 특히 유용하다. 종래 기술에서, 후속의 기계 가공이 필요 없이 상업적으로 허용 가능한 표면 거칠기를 가지며 공작물 전체에 걸쳐 연장되는 용접부를 생성하기 위하여, 이러한 합금들은 통상적으로는 압출 성형 가능 알루미늄 합금보다 훨씬 낮은 속도로 용접된다. 따라서, 합금 6061 등과 같은 6.35 mm(1/4 in) 두께의 압출 성형 가능 알루미늄 합금은 1600 rpm으로 회전하는 마찰 교반 용접 공구에 의해 381 mm/min(15 in/min)의 속도로 용접되어 매끄러운 용접부를 생성할 수 있지만, 압출 성형이 불가능한 합금은 저속의 공구 회전 속도 및 저속의 용접 속도로 용접되어야 한다. 통상적으로, 종래 기술에서, 합금 2024와 같은 3.175 mm(1/8 in) 두께의 압출 성형 불능 합금은 88.9 mm/min(3.5 in/min)의 속도를 위해 약 500 rpm의 공구 회전 속도로 용접될 수 있다. 이는 후속의 기계 가공에 대한 필요성이 없이 허용 가능한 거칠기의 표면을 구비한 용접부를 공작물 전체에 걸쳐 생성한다. 본 발명에 따르면, 동일한 3.175 mm(1/8 in) 두께의 2024 합금은, 공작물 전체에 걸쳐 연장되고 상업적으로 허용 가능한 매끄러운 표면을 갖는 용접부를 약 203.2 mm/min(8 in/min)의 속도로 생성하도록, 적어도 약 800 rpm의 공구 회전 속도로 용접될 수 있다. 마찬가지로, 3.175 mm(1/8 in) 두께의 7075 알루미늄 합금(압출 성형 불능 합금)은 공작물 전체에 걸쳐 연장되고 후속 기계 가공이 필요 없는 허용 가능 거칠기의 표면을 갖는 용접부를 생성하도록, 1100 rpm으로 회전하는 공구에 의해 330.2 mm/min(13 in/min)의 용접 속도로 용접될 수 있다. 본 발명의 공구 및 방법을 사용하지 않는 종래 기술에서, 동일한 7075 합금 공작물은 600 rpm으로 회전하는 공구에 의해 용접되어 단지 177.8 mm/min(7 in/min)의 속도로 용접부를 생성한다.
전술한 것으로부터, 본 발명은 마찰 교반 용접 공구의 회전 속도를 상당히 증가시키면서 이에 수반하여 mm/min(in/min)인 용접 속도를 극적으로 증가시킨다는 것이 명백하다. 양호하게는, 본 발명은 용접 속도를 적어도 약 20 %, 가장 양호하게는 적어도 약 100 % 증가시킴과 동시에, 후속의 기계 가공이 특정 적용예에 있어서 선택적으로 수행될 수도 있지만 통상적으로는 후속의 기계 가공을 요구함이 없이 상업적으로 허용 가능한 용접면 거칠기를 유지할 수 있다.
본 발명은 과잉 열을 제거하는 종류의 장치를 제공하며, 이러한 장치의 양호한 실시예가 설명을 용이하게 하기 위하여 첨부 도면에서 도시되어 있다. 명확하게는, 더욱 매끄러운 용접면이 더욱 빠른 속도로 생성되도록 과잉 열을 제거하는 동일한 기능을 수행하는 다른 장치도 본 발명의 범주 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 장치의 양호한 실시예의 개략 측면도인 도2를 참조하면, 원통형 용접 공구 본체(30)는 공구를 회전시키는 구동 모터에 대한 작동 연결을 위한 기단부(34; proximal end)와, 견부(38) 및 견부의 중심을 통해 축방향으로 하방으로 연장되는 원통형 핀(40)이 구비된 말단부(36)를 구비한다. 도시된 바와 같이, 핀(40)은 팁(42)과, 나선형으로 홈이 형성된 외부면을 갖는다. 견부(38)는 원형 외주로부터 그 중심에 있는 핀(40)까지 약 10°의 각도로 상방으로 약간 뾰족하게 되어 있다.
본 발명에 따르면, 노즐(50)은 공작물(20)이 받침판(24) 상에서 용접될 때 용접 공구 본체(30) 부근에서, 특히 말단부(36) 부근에서 연장된다. 회전하는 원통형 핀은 말단부에서 팁(42)을 가지며, 팁(42)은 팁과 받침판(24) 사이에 최소 간극을 제공하는 깊이까지 공작물(20)을 통해 연장된다. 따라서, 핀은 공작물(20)의 전체 두께를 통해 연장되어 공작물 전체에 걸쳐 연속적인 용접부(26)를 생성하도록 한다. 노즐은 압력 하에 노즐로 공급되는 액체 또는 공기 등의 냉각제의 공급원과 유체 연통하여 있어, 냉각제가 공구의 말단부(36) 및 주위의 공작물(20) 상에 직접 충돌하는 안개 형태로 노즐을 빠져나가게 한다. 따라서, 냉각제는 용접 중에 공작물(20) 위에 있는 견부(38)의 노출된 부분과, 공작물(20) 자체와, 형성되는 용접부(26)로부터 과잉 열을 제거한다. 열은 회전하는 핀(40) 및 견부(38)로부터 이들 주위로, 즉 공작물(20) 및 용접부(26)로 전도에 의해 이동하며, 이때 냉각제는 공작물 및 용접부로부터 열을 제거한다. 결국, 회전하는 견부(38)의 표면 및 공작물의 온도는 냉각제가 공급되지 않는다면 발생하게 되는 온도보다 충분히 낮게 된다. 전술된 바와 같이 과잉 열의 제거에 의해 초래되는 이러한 감소된 표면 온도는 더욱 빠른 용접 속도로 더욱 매끄러운 용접면을 제공한다. 냉각제의 양은 용접 작업을 방해할 정도로 많은 열을 제거하지 않도록 제어되어야 한다. 약 0.01 갤론/분(gpm)의 냉각제 유량이 통상적으로 적당하며, 유량은 특정 적용을 위하여 용이하게 최적화될 수 있다.
도3은 본 발명에 따른 내부 냉각식 FSW 공구를 개략적인 단면으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 원통형 공구 본체(60)는 공구를 회전시키는 모터에 결합하는 기단부(62)와, 나사 형성 말단부(64)를 구비한다. 원형 견부 기부(65) 및 내부 나사 형성 칼라(collar, 67)를 갖는 캡형(cap-shaped) 견부(66)는 FSW 공구의 말단부(64)에 나사 결합되어, 공구 본체(60)의 기부(63)와 견부의 기부(65) 사이에서 내부 원통형 공간(74)을 생성하도록 한다. 양호하게는 외부에 나선 홈이 형성된 핀은 견부의 기부의 중심으로부터 하방으로 연장된다. 공구는 냉각제의 공급원 및 가열된 냉각제를 수용하는 싱크(sink)와 유체 연통하여 있는 내부 공간, 양호하게는 꾸불꾸불한 또는 꼬인 내부 공간을 포함한다. 도시된 실시예에서, 내부 공간은 수직으로 이격된 수평 보어들로 구성된다. 따라서, 수평 유입 보어(70)는 원통형 공구 본체(60)의 말단부(64)의 중심 주위까지 관통한다. 중앙 수직 보어(72)는 공간(74)과 유체 연통하도록 수평 유입 보어(70)의 가장 먼 부분으로부터 공구 본체(60)의 말단부(64)의 기부(63)로부터의 출구까지 연장된다. 중앙 보어(72)와 동심인 환형 공간(76)은 중심 보어(72)를 둘러싸며, 공구 본체(60)의 기부(63)로부터 수평 유입 보어(70) 아래까지 연장된다. 따라서, 중심 보어(72)는 공구 본체(60)의 말단부(63)에서 내부 공간(74)을 통해 환형 공간과 유체 연통한다. 유출 보어(78)는 환형 공간(76)의 상단부로부터 연장된다. 유입 보어(70)로 들어가는 냉각제 유체는 중앙 보어(72) 아래로 유동하여 내부 원통형 공간(74) 및 환형 공간(76) 내로, 그리고 유출 보어(78) 외부로 유동한다.
냉각제를 안내하기 위하여, 공구 본체(60)와 동심으로 되어 공구 본체로부터 이격된 원통형 냉각제 칼라(80)는 유입 보어(70) 및 유출 보어(78)를 둘러싼다. 칼라(80)는 유입 보어(70) 위에서 상부 O-링 시일(82)에 의해 공구의 본체(60)에 대하여 밀봉되고, 유출 보어(78) 아래에서 하부 O-링 시일(84)에 의해 공구 본체에 대하여 밀봉된다. 게다가, 칼라(80)는 유입 보어(70)와 유출 보어(78) 사이에 위치된 O-링(86)에 의해 공구 본체(60)에 대하여 밀봉된다. 따라서, 칼라(80)는 유입 보어(70)와 유체 연통하는 별개의 유입 격실(90)과, 유출 보어(78)와 유체 연통하는 유출 격실(96)을 형성한다. 냉각제 유입 호스(92)는 칼라의 유입 격실(90)에 대해 결합되고, 냉각제 유출 호스(98)는 칼라(80)의 유출 격실(96)에 결합된다. 냉각제 유동의 제어는 공구를 과도하게 냉각하여 용접 공정을 방해하는 것을 방지하기 위하여 중요하다. 약 0.1 갤론/분(gpm)의 냉각제 유량이 적당하다.
외부 냉각 재킷을 사용하는 다른 실시예가 도4에서 개략적으로 도시되어 있다. 본 실시예에서, 원통형 용접 공구 본체(100)는 공구를 회전시키는 수단에 결합되도록 된 기단부(102)와, 중앙에서 하방으로 연장되는 핀(106)이 설비되고 견부(108)에 의해 둘러싸인 말단부(104)를 구비한다. 공구 본체(100)의 원통형 말단부(104)에는 열을 발산시키도록 설계된 외부 구조체가, 본 경우에서는 일련의 원주 방향으로 연장된 냉각핀(fin, 120)이 설비된다. 이러한 구조체는 말단부의 표면적을 증가시킴으로써, 보다 효과적인 냉각을 위하여 보다 많은 양의 열을 제거하도록 한다. 원통형 재킷(110)은 공구(100)의 냉각핀 형성(finned) 말단부(104)를 둘러싸고, 상부 O-링(112) 및 하부 O-링(114)에 의해 공구 본체(100)에 대하여 밀봉된다. 따라서, 재킷(110)은 냉각핀(120)을 둘러싸며, 냉각핀(102)으로부터 이격되어 있어, 재킷의 유입구(116) 및 유출구(118)와 유체 연통하는 환형 구역(122)을 제공하도록 한다. 사용시, 냉각제 유체는 유입구(116)로 들어가서 환형 공간 내로 그리고 냉각핀(120) 둘레로 유동하고, 유출구(118)로부터 빠져나가, 공구(100)의 표면으로부터 열을 제거한다. 유입하는 냉각제의 온도 및 그 유량을 제어함으로써 제어될 수 있는 과잉 열의 제거는 알루미늄 2024 또는 7075 등의 고강도 알루미늄 합금이 용접될 때라도 균일한 거칠기를 갖는 용접부가 훨씬 빠른 속도로 생성될 수 있게 한다. 전술한 바와 같이, 통상적으로 약 0.1 gpm의 냉각제 유량이 적당하고, 유량은 임의의 특정 적용예에 대하여 실험에 의해 용이하게 최적화될 수 있다.
도5에 개략적으로 도시된 또 다른 실시예에서, 용접 공구는 냉각제로서 저온공기를 사용함으로써 냉각된다. 본 예에서, 전술한 바와 같이, 용접 공구(100)에는 일련의 원주 방향으로 연장된 냉각핀(120)이 용접 공구의 말단부(104) 상에 설비된다. 그러나, 둘러싸는 재킷(110) 대신에, 냉각을 제공하기 위해 용접 공구의 냉각핀(120) 상으로 저온 공기 또는 다른 저온 가스를 연속적으로 송풍하도록 적어도 하나의 노즐(125)이 배치된다. 전술한 바와 같이, 이러한 과잉 열의 제거는 용접 공구를 더욱 냉각하여, 균일하고 매끄러운 상부면을 갖는 용접부가 보다 빠른 속도로 생성되도록 한다.
본 발명에 따르면, 종래 기술의 마찰 교반 용접 기술 및 공구에 의해 성취될 수 있는 것보다 훨씬 더 매끄러운 용접부가 생성된다. 알루미늄 합금 2024 교반 용접부의 8배율의 광학 현미경 사진인 도6a로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술에 따라 생성된 용접부는 거칠어 상부면에서 개방된 균열 틈을 갖는다. 용접부는 640 rpm의 FSW 공구 회전 속도 및 160.02 mm/min(6.3 in/min)의 용접 속도로 생성되었다. 동일한 재료에 대한 동일 배율의 광학 현미경 사진인 도6b에 의해 예시된, 본 발명에 따라 생성된 용접부는 표면 균열 틈이 없는 균일하고 매끄러운 표면을 갖는다. 이러한 용접부는 640 rpm으로 회전하고 160.02 mm/min(6.3 in/min) 속도로 용접하는 FSW 공구에 의해 생성되었다. 도6b에 도시된 용접면은 용접 방향의 반대편에서 공구 견부와 용접면 사이의 접합부에 공기/물 안개 분무가 인가되어 생성되었다.
이러한 거칠기의 감소는 피로 균열 개시 및 표면 부식의 가능성을 감소시켜서, 용접 부품들의 수명(및 안전성)을 연장시키게 된다. 또한, 견부에서 재료가 성장하지 않고 길이가 긴 용접이 수행될 수 있게 한다.
본 발명의 단지 몇 개의 예시적인 실시예가 이상에서 상세히 설명되었지만, 당해 기술 분야의 숙련자는 본 발명의 신규한 내용 및 이점으로부터 실질적으로 벗어남이 없이 많은 수정이 예시적인 실시예들 내에서 가능하다는 것을 쉽게 알 수 있다. 따라서, 이러한 모든 수정은 이하의 특허 청구의 범위에서 한정된 본 발명의 범주 내에 포함된다. 특허 청구의 범위에서, 임의의 수단 및 기능에 관한 구절은 인용하는 기능을 수행하는 명세서에 기재된 구조와, 구조적 균등물과, 균등 구조물을 포함하는 것이다. 따라서, 못 및 나사는 목재 부품을 체결하는 상황에서 못이 목재 부품들을 함께 고정하도록 원통형 표면을 채용하는 반면에 나사는 나선형 표면을 채용하므로 구조적 균등물일 수 없지만, 그럼에도 불구하고 못 및 나사는 균등 구조물일 수 있다.
도1a는 종래 기술의 마찰 교반 용접 공구의 개략도.
도1b는 사용시의 종래 기술의 마찰 교반 용접 공구를 도시하는 개략 단부면도.
도2는 냉각제를 제공하는 노즐을 포함하는 본 발명의 마찰 교반 용접 장치의 개략도.
도3은 본 발명의 내부 냉각 용접 공구의 실시예의 개략 단면도.
도4는 본 발명의 공구의 외부 재킷형 실시예를 부분 단면으로 도시하는 개략 측면도.
도5는 본 발명의 공냉식 냉각핀 형성 실시예의 개략 측면도.
도6a는 종래 기술의 마찰 교반 용접 공구를 사용한 용접부의 표면의 상세부를 나타내는 광학 현미경 사진.
도6b는 본 발명에 따라 이루어진 용접부의 표면의 광학 현미경 사진.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
20 : 공작물
26 : 용접부
30, 60, 100 : 공구 본체
34, 62, 102 : 기단부
36, 64, 104 : 말단부
38, 108 : 견부
40, 106 : 핀
50, 125 : 노즐
74 : 내부 공간
50, 125 : 노즐
110 : 재킷
120 :냉각핀

Claims (14)

  1. (가) 마찰 교반 용접이 가능한 재료로 구성된 공작물을 용접하기 위하여 회전식 마찰 교반 용접 공구를 사용하는 단계와,
    (나) 상기 마찰 교반 용접 공구를 사용함으로써 생성된 과잉 열을 동시에 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  2. 제1항에 있어서, 과잉 열을 제거하는 단계는 회전하는 공구를 공구의 내부 공간을 통해 냉각제를 유동시킴으로써 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 과잉 열을 제거하는 단계는 용접하는 단계 중에 공구 상으로 냉각제 연무를 분무함으로써 공구를 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 과잉 열을 제거하는 단계는 냉각제를 공구의 외부면 둘레에 유동시킴으로써 공구를 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 냉각제는 공기 또는 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용접은 과잉 열을 제거하는 단계 없이 수행할 때보다 빠른 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  7. 함께 용접될 부품과 접촉하여 회전할 때 부품들 사이에서 용접부를 형성하는 마찰열을 발생시키도록 된 핀 및 견부를 말단부에서 갖는 공구 본체를 구비하는 마찰 교반 용접 공구에 있어서,
    용접 공구의 본체 내에 형성된 내부 공간을 포함하며,
    상기 내부 공간은 냉각제 공급원과 유체 연통하여 있고, 내부 공간의 벽은 공구 본체의 말단부와 열전도에 의해 연통하여 있으며, 냉각제가 용접 작업 중에 내부 공간을 통해 유동할 때 말단부가 냉각되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 공구.
  8. 제7항에 있어서, 내부 공간은 공구 본체를 둘러싸는 칼라와 유체 연통하여 있으며, 상기 칼라는 유입부 및 유출부로 분할되고, 칼라의 유입부는 내부 공간의 유입구 및 냉각제의 공급원과 유체 연통하여 있는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 공구.
  9. (가) 함께 용접될 부품과 접촉하여 회전할 때 부품들 사이에서 용접부를 형성하는 마찰열을 발생시키는 핀 및 견부를 말단부에서 갖는 공구 본체를 구비하는 마찰 교반 용접 공구와,
    (나) 냉각제 공급원과 유체 연통하여 있고, 공구가 용접에 사용될 때 공구 본체의 말단부 둘레로 냉각제를 안내하도록 정렬된 냉각제 분배 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 장치.
  10. 제13항에 있어서, 냉각제 분배 장치는 냉각제 연무를 내부를 통해 생성할 수 있거나 저온 공기를 내부를 통해 송풍할 수 있는 노즐인 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 장치.
  11. 용접될 공작물과 접촉하여 회전할 때 용접부를 형성하는 마찰열을 발생시키도록 된 핀 및 견부를 말단부에서 갖는 공구 본체를 구비하는 마찰 교반 용접 공구에 있어서,
    공구 본체의 말단부를 둘러싸는 재킷을 포함하며, 상기 재킷은 냉각제 공급원과 유체 연통하는 유입구와, 가열된 냉각제를 배출하는 유출구를 구비하고, 냉각제가 용접 중에 재킷을 통해 유동할 때 과잉 열이 공구 본체의 말단부로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 공구.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용접은, 동일한 거칠기를 갖는 용접면을 생성하기 위하여, 동시 냉각 없이 성취할 수 있는 것보다 적어도 20 ％ 높은 속도로 되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용접은, 동일한 거칠기를 갖는 용접면을 생성하기 위하여, 동시 냉각 없이 성취할 수 있는 것보다 적어도 100 ％ 높은 속도로 되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공작물은 2014 합금, 2024 합금, 2090 합금 및 7075 합금으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 압출 성형 불능 알루미늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
KR1019970022167A 1996-05-31 1997-05-30 동시냉각을갖는마찰교반용접 KR100492837B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/655,926 1996-05-31
US8/655,926 1996-05-31
US08/655,926 US6516992B1 (en) 1996-05-31 1996-05-31 Friction stir welding with simultaneous cooling

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR970073845A KR970073845A (ko) 1997-12-10
KR100492837B1 true KR100492837B1 (ko) 2005-09-02

Family

ID=24630960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970022167A KR100492837B1 (ko) 1996-05-31 1997-05-30 동시냉각을갖는마찰교반용접

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6516992B1 (ko)
EP (1) EP0810056B2 (ko)
JP (1) JP3530342B2 (ko)
KR (1) KR100492837B1 (ko)
CN (1) CN1084654C (ko)
CA (1) CA2204570C (ko)
DE (1) DE69724326T3 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180125559A (ko) * 2016-04-28 2018-11-23 가부시키가이샤 히타치 파워 솔루션즈 마찰 교반 접합 장치
KR102231384B1 (ko) * 2020-09-02 2021-03-24 주식회사 태강기업 마찰 용접기

Families Citing this family (107)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3589863B2 (ja) 1997-07-23 2004-11-17 株式会社日立製作所 構造体および摩擦攪拌接合方法
KR19990083213A (ko) * 1998-04-16 1999-11-25 구마모토 마사히로 진공챔버부재와 그 제조방법
US6053391A (en) * 1998-05-14 2000-04-25 Tower Automotive, Inc. Friction stir welding tool
US6045028A (en) * 1998-07-17 2000-04-04 Mcdonnell Douglas Corporation Integral corrosion protection of friction-welded joints
NL1011908C1 (nl) * 1999-04-27 2000-10-30 Fokker Aerostructures Bv Wrijvingsroerlassen.
GB0010793D0 (en) * 2000-05-03 2000-06-28 Boc Group Plc Improvements in thermal welding
AU2001264580A1 (en) 2000-05-08 2001-11-20 Brigham Young University Friction stir welding using a superabrasive tool
DE10035332C1 (de) * 2000-07-20 2002-02-28 Eads Deutschland Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Reibrührschweißen
US6352193B1 (en) 2000-08-01 2002-03-05 General Electric Company Apparatus for joining electrically conductive materials
JP4809521B2 (ja) * 2000-09-19 2011-11-09 マンヨーツール株式会社 工具ホルダ及びその冷却装置
JP3818084B2 (ja) * 2000-12-22 2006-09-06 日立電線株式会社 冷却板とその製造方法及びスパッタリングターゲットとその製造方法
US6676004B1 (en) * 2001-02-13 2004-01-13 Edison Welding Institute, Inc. Tool for friction stir welding
US6732901B2 (en) 2001-06-12 2004-05-11 Brigham Young University Technology Transfer Office Anvil for friction stir welding high temperature materials
DE10139687C1 (de) * 2001-08-11 2003-02-20 Eads Deutschland Gmbh Reibrührwerkzeug zum Reibschweißen
SE522075C2 (sv) * 2001-10-23 2004-01-13 Svensk Kaernbraenslehantering Förfarande för friktionsomröringssvetsning
US6780525B2 (en) * 2001-12-26 2004-08-24 The Boeing Company High strength friction stir welding
JP4536992B2 (ja) * 2002-03-20 2010-09-01 川崎重工業株式会社 スポット接合方法
US6908690B2 (en) * 2002-04-29 2005-06-21 The Boeing Company Method and apparatus for friction stir welding
CA2494143C (en) * 2002-08-07 2011-07-19 Eclipse Aviation Corporation Method of friction stir welding surfaces with polymer sealant
US6776328B2 (en) * 2002-09-17 2004-08-17 The Boeing Company Radiation assisted friction welding
WO2004067218A2 (en) 2003-01-30 2004-08-12 Smith International, Inc. Out-of-position stir welding of high melting temperature alloys
WO2004091839A2 (en) * 2003-04-11 2004-10-28 Edison Welding Institute Method and apparatus for locally clamping components that are to be joined by friction stir welding
WO2004101205A2 (en) 2003-05-05 2004-11-25 Smith International, Inc. Applications of friction stir welding using a superabrasive tool
JP4916879B2 (ja) 2003-08-04 2012-04-18 エスアイアイ・メガダイアモンド・インコーポレーテッド 金属母材複合材料、鉄合金、非鉄合金、及び超合金を含む材料での、摩擦攪拌接合を使用したクラック修復システム及び方法
JP2005074451A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Toyota Motor Corp 摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合装置
US7121448B2 (en) * 2003-08-29 2006-10-17 General Electric Company Friction stir welding apparatus and associated thermal management systems and methods
US6913186B2 (en) 2003-09-11 2005-07-05 The Boeing Company Apparatus and method for friction stir welding with a variable speed pin
US6994242B2 (en) 2003-12-09 2006-02-07 The Boeing Company Friction stir weld tool and method
US7398911B2 (en) * 2003-12-16 2008-07-15 The Boeing Company Structural assemblies and preforms therefor formed by friction welding
US7225967B2 (en) 2003-12-16 2007-06-05 The Boeing Company Structural assemblies and preforms therefor formed by linear friction welding
JP4085988B2 (ja) * 2004-02-20 2008-05-14 マツダ株式会社 摩擦接合装置の回転ツール
US20060032333A1 (en) 2004-03-24 2006-02-16 Steel Russell J Solid state processing of industrial blades, edges and cutting elements
US20080142572A1 (en) * 2004-04-30 2008-06-19 Hidetoshi Fujii Method of Connecting Metal Material
US20100078224A1 (en) 2004-05-21 2010-04-01 Smith International, Inc. Ball hole welding using the friction stir welding (fsw) process
US7275675B1 (en) 2004-08-20 2007-10-02 United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Friction stir weld tools
US7401723B2 (en) * 2004-08-30 2008-07-22 Alcoa Inc. Advanced friction stir welding tools
US7383975B2 (en) * 2004-08-30 2008-06-10 Alcoa Inc. Fracture resistant friction stir welding tools
US7198189B2 (en) * 2004-09-28 2007-04-03 Alcoa Inc. Multi-shouldered fixed bobbin tools for simultaneous friction stir welding of multiple parallel walls between parts
CN100584510C (zh) 2004-10-05 2010-01-27 Sii米加钻石公司 用在搅拌摩擦焊中的可扩张心轴和提供该心轴的方法
DE102005029882A1 (de) * 2005-06-27 2006-12-28 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Vorrichtung zum Reibrührschweißen
US7497917B2 (en) * 2005-08-31 2009-03-03 Gm Global Technology Operations, Inc. Friction heating for joining dissimilar materials
US7508682B2 (en) * 2005-09-19 2009-03-24 Hitachi, Ltd. Housing for an electronic circuit
US8632850B2 (en) 2005-09-26 2014-01-21 Schultz-Creehan Holdings, Inc. Friction fabrication tools
US9511446B2 (en) 2014-12-17 2016-12-06 Aeroprobe Corporation In-situ interlocking of metals using additive friction stir processing
US9266191B2 (en) 2013-12-18 2016-02-23 Aeroprobe Corporation Fabrication of monolithic stiffening ribs on metallic sheets
US9511445B2 (en) 2014-12-17 2016-12-06 Aeroprobe Corporation Solid state joining using additive friction stir processing
US20080041921A1 (en) 2005-09-26 2008-02-21 Kevin Creehan Friction stir fabrication
US8875976B2 (en) 2005-09-26 2014-11-04 Aeroprobe Corporation System for continuous feeding of filler material for friction stir welding, processing and fabrication
US8550326B2 (en) 2005-10-05 2013-10-08 Megastir Technologies Llc Expandable mandrel for use in friction stir welding
US8056797B2 (en) 2005-10-05 2011-11-15 Megastir Technologies Expandable mandrel for use in friction stir welding
JP4327788B2 (ja) * 2005-11-08 2009-09-09 本田技研工業株式会社 摩擦攪拌接合方法
JP4768418B2 (ja) * 2005-11-28 2011-09-07 川崎重工業株式会社 摩擦撹拌接合方法
JP2007237282A (ja) * 2006-03-10 2007-09-20 Osaka Univ 金属材の接合方法
JP4861038B2 (ja) * 2006-03-31 2012-01-25 東急車輛製造株式会社 アダプタ、アダプタの冷却方法及び摩擦撹拌接合方法
GB0609669D0 (en) 2006-05-15 2006-06-28 Welding Inst Friction stir method
ITBO20060415A1 (it) * 2006-05-26 2007-11-27 Pei Protezioni Elaborazioni Dispositivo aspirante per macchine utensili, di saldatura, operatrici e simili
US20080217377A1 (en) * 2007-03-06 2008-09-11 Alcoa Inc. Fracture Resistant Friction Stir Welding Tool
CN100460131C (zh) * 2007-04-24 2009-02-11 中国航空工业第一集团公司北京航空制造工程研究所 阵列式射流冲击热沉搅拌摩擦焊接方法及装置
TW200932421A (en) * 2007-08-31 2009-08-01 Air Turbine Tech Inc Apparatus and method for machining
US7793816B2 (en) * 2007-09-07 2010-09-14 Alcoa Inc. Friction stir welding apparatus
US7854362B2 (en) * 2008-03-14 2010-12-21 Alcoa Inc. Advanced multi-shouldered fixed bobbin tools for simultaneous friction stir welding of multiple parallel walls between parts
FR2933016B1 (fr) * 2008-06-30 2010-12-24 Alcan Rhenalu Procede de soudage par friction malaxage pulse
US20100038405A1 (en) * 2008-08-13 2010-02-18 Garner Timothy D Spindle-integrated cooling and collection device for stir friction welder
CN101660032B (zh) * 2009-09-07 2011-04-13 重庆大学 一种熔化焊接头表面处理方法
EP2496381A4 (en) 2009-11-02 2017-07-05 Megastir Technologies LLC Out of position friction stir welding of casing and small diameter tubing or pipe
DE102009046816A1 (de) * 2009-11-18 2011-05-19 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Schweißvorbereitung zweier Kunststoff-Bauteile
EP2338632A1 (de) * 2009-12-22 2011-06-29 Harms & Wende GmbH & Co. KG Reibpunktschweisswerkzeug
US8141764B1 (en) 2010-04-06 2012-03-27 United Launch Alliance, Llc Friction stir welding apparatus, system and method
US7866532B1 (en) 2010-04-06 2011-01-11 United Launch Alliance, Llc Friction stir welding apparatus, system and method
US8123104B1 (en) 2010-04-06 2012-02-28 United Launch Alliance, Llc Friction welding apparatus, system and method
US20120080506A1 (en) * 2010-09-23 2012-04-05 Tecnara Fsw Company, Llc Method for holding high speed friction spot joining tools
KR101399301B1 (ko) 2010-10-08 2014-05-27 스미토모 게이 긴조쿠 고교 가부시키가이샤 알루미늄 합금 접합 부재
US8875980B2 (en) 2010-11-04 2014-11-04 Ihi Corporation Friction stir welding apparatus
RU2446926C1 (ru) * 2010-11-18 2012-04-10 Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") Инструмент для фрикционной сварки перемешиванием
CN102528268B (zh) * 2010-12-17 2014-05-07 中国科学院金属研究所 一种增强接头力学性能的搅拌摩擦焊接工艺
WO2013002869A2 (en) 2011-04-07 2013-01-03 Schultz-Creehan Holdings, Inc. System for continuous feeding of filler material for friction stir fabrication and self-reacting friction stir welding tool
JP5461476B2 (ja) * 2011-05-27 2014-04-02 三菱重工業株式会社 摩擦攪拌接合装置
CN103157893A (zh) * 2011-12-16 2013-06-19 宝山钢铁股份有限公司 正面同步水冷焊缝的焊接方法及装置
CN102615419B (zh) * 2012-04-06 2014-04-16 江苏科技大学 一种搅拌摩擦焊缝干式冷却装置及冷却方法
RU2517653C1 (ru) * 2012-12-20 2014-05-27 Михаил Михайлович Штрикман Инструмент для фрикционной сварки перемешиванием
CN103639588B (zh) * 2013-11-11 2015-10-07 江苏科技大学 一种用于搅拌摩擦焊的固态热沉装置及其焊接方法
US9010613B1 (en) * 2013-12-16 2015-04-21 The Boeing Company Apparatus for friction stir welding
CN105899320B (zh) * 2014-01-20 2018-11-16 通用汽车环球科技运作有限责任公司 焊接方法和系统
CN104070287B (zh) * 2014-04-30 2016-05-18 燕山大学 一种抑制高强铝合金搅拌摩擦焊接头软化的方法及装置
CN104014926B (zh) * 2014-05-30 2016-08-17 北京赛福斯特技术有限公司 无倾角自顶锻搅拌摩擦焊焊接方法及工具
DE102014010058B4 (de) 2014-07-07 2016-01-28 Grenzebach Maschinenbau Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum schnellen und sicheren Werkzeugwechsel bei dem Vorgang des Rührreibschweißens und ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens
EP3069812B1 (en) * 2015-03-18 2017-11-29 Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH Apparatus for friction stir welding with a shoulder comprising first and second through holes
RU2603341C1 (ru) * 2015-04-29 2016-11-27 Михаил Михайлович Штрикман Обрабатывающий инструмент с устройством для охлаждения
US10086396B2 (en) * 2016-03-28 2018-10-02 Nazila Sedaei Electro-anti deposit device for removing mineral deposits in drip irrigation systems
CN106181017A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种铜镍合金的搅拌摩擦焊接方法
US10279423B2 (en) * 2016-08-17 2019-05-07 The Boeing Company Apparatuses and methods for fabricating metal matrix composite structures
WO2018038776A1 (en) * 2016-08-22 2018-03-01 Novelis Inc. Components and systems for friction stir welding and related processes
CN106735856A (zh) * 2017-02-23 2017-05-31 江苏科技大学 一种搅拌摩擦头水冷装置及方法
WO2019016824A1 (en) * 2017-07-19 2019-01-24 Shiv Nadar University METHOD FOR MODIFYING THE STRUCTURE OF THE SURFACE GRAINS OF A MATERIAL AND APPARATUS THEREOF
US11130192B2 (en) 2017-08-30 2021-09-28 Mazak Corporation Instrumented tool handler for friction stir welding
EP3703888A4 (en) 2017-10-31 2021-08-18 Meld Manufacturing Corporation SYSTEM FOR GENERATIVE SOLIDS MANUFACTURING AND MATERIAL COMPOSITIONS AND STRUCTURES
CN108655668B (zh) * 2018-04-28 2020-06-19 武汉理工大学 铝合金拼焊板成形加工工艺
CN108772667A (zh) * 2018-06-20 2018-11-09 辽宁忠旺集团有限公司 一种轨道车体用铝合金薄板的搅拌摩擦焊接方法
CN108788447A (zh) * 2018-08-09 2018-11-13 湖南文理学院 一种轨道移动式搅拌摩擦焊接设备
RU2686494C1 (ru) * 2018-10-12 2019-04-29 Закрытое акционерное общество "Чебоксарское предприятие "Сеспель" Способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов
CN111438434B (zh) * 2020-05-15 2021-07-09 沈阳飞机工业（集团）有限公司 基于冷-热拉伸的搅拌摩擦薄板胶焊方法
RU2746930C1 (ru) * 2020-10-23 2021-04-22 Закрытое Акционерное Общество "Чебоксарское Предприятие "Сеспель" (ЗАО "Чебоксарское Предприятие "Сеспель") Устройство и инструмент для сварки трением с перемешиванием преимущественно листовых заготовок из титана и его сплавов
FR3122110B1 (fr) * 2021-04-22 2023-07-21 Inst Maupertuis Electrobroche équipée d’un circuit de refroidissement
US11660700B2 (en) 2021-06-04 2023-05-30 Dus Operating Inc. Welding and deburring system with cryogenic cooling
CN113319599B (zh) * 2021-07-09 2023-01-17 重庆市超群工业股份有限公司 汽车轮毂加工系统
CN113967783B (zh) * 2021-10-22 2022-08-02 南京工业大学 一种同轴喷雾冷却耦合辅助fsw的装置及使用方法
WO2024034268A1 (ja) * 2022-08-08 2024-02-15 国立大学法人大阪大学 摩擦攪拌接合方法及び摩擦攪拌接合用ツール

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5460317A (en) * 1991-12-06 1995-10-24 The Welding Institute Friction welding

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB591201A (en) † 1944-05-02 1947-08-11 Mallory Metallurg Prod Ltd Improvements in or relating to welding electrode cooling
US3234643A (en) * 1962-05-24 1966-02-15 American Mach & Foundry Friction welding
US3212182A (en) * 1962-05-24 1965-10-19 American Mach & Foundry Friction welding
US3717539A (en) † 1968-05-27 1973-02-20 E Systems Inc Ultrasonic welding apparatus
US4106167A (en) † 1970-10-23 1978-08-15 Penelope Jane Vesey Luc Frictional method and machine for seaming tubular sections
JPS51110455A (en) 1975-03-25 1976-09-30 Maruma Tractor & Equip Junkatsuzaifunyugatatoratsukurinkuno nikumoryosetsuhoho oyobi sonoreikyakuhogosochi
FR2659038B1 (fr) * 1990-03-02 1994-11-10 Snecma Procede de soudage par friction et machine de mise en óoeuvre.
US5138766A (en) * 1990-04-26 1992-08-18 Fuji Photo Equipment Co., Ltd. Roller for transporting sheet-like material and method for manufacturing the same
US5248868A (en) † 1992-05-22 1993-09-28 Cusick Iii Joseph B Melding gun
NO942790D0 (no) 1994-03-28 1994-07-27 Norsk Hydro As Fremgangsmåte ved friksjonssveising og anordning for samme
GB2306366A (en) * 1995-10-20 1997-05-07 Welding Inst Friction stir welding

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5460317A (en) * 1991-12-06 1995-10-24 The Welding Institute Friction welding
US5460317B1 (en) * 1991-12-06 1997-12-09 Welding Inst Friction welding

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180125559A (ko) * 2016-04-28 2018-11-23 가부시키가이샤 히타치 파워 솔루션즈 마찰 교반 접합 장치
KR102109654B1 (ko) * 2016-04-28 2020-05-12 가부시키가이샤 히타치 파워 솔루션즈 마찰 교반 접합 장치
KR102231384B1 (ko) * 2020-09-02 2021-03-24 주식회사 태강기업 마찰 용접기

Also Published As

Publication number Publication date
JPH1052770A (ja) 1998-02-24
EP0810056B1 (en) 2003-08-27
CN1084654C (zh) 2002-05-15
JP3530342B2 (ja) 2004-05-24
CA2204570A1 (en) 1997-11-30
DE69724326T2 (de) 2004-02-19
EP0810056A3 (en) 1998-12-02
US6516992B1 (en) 2003-02-11
DE69724326D1 (de) 2003-10-02
CN1167663A (zh) 1997-12-17
EP0810056A2 (en) 1997-12-03
KR970073845A (ko) 1997-12-10
DE69724326T3 (de) 2014-08-14
CA2204570C (en) 2005-07-12
EP0810056B2 (en) 2014-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100492837B1 (ko) 동시냉각을갖는마찰교반용접
KR100492835B1 (ko) 마찰교반용접공구및방법
KR102384638B1 (ko) 작업물에 채널을 형성하기 위한 방법 및 장치
EP1077787B1 (en) Friction stir welding tool
CN110653618B (zh) 一种随焊激冷、去除飞边的搅拌摩擦焊用搅拌工具系统
JP6354928B1 (ja) ボールねじの肉盛り方法、並びにこれを用いるねじ軸、ねじ装置、機械、及び車両の製造方法
JP7076866B1 (ja) 半固形スラリーに基づく表面前処理及び修復ロールプレス一体型装置
CN110524105B (zh) 一种用于摩擦焊的旋转焊具及焊接方法
JP2005506205A (ja) 摩擦攪拌溶接方法
WO1999060079A2 (en) Milling tool with rotary cryogenic coolant coupling
CN211305187U (zh) 一种用于摩擦焊的旋转焊具
GB2306365A (en) Friction plug extrusion
JPH1110367A (ja) 摩擦撹拌接合方法
CN111098016A (zh) 一种搅拌摩擦焊接设备及其冷却防护装置
JPH0751981A (ja) 切削加工方法とその装置
CN210253911U (zh) 一种工件内缩口加工车床
JP2017170525A (ja) 摩擦攪拌接合工具
CN220591876U (zh) 一种自发热的搅拌摩擦工具
KR100668705B1 (ko) 마찰 교반 점 용접장치
JPS5946708B2 (ja) 薄肉金属管の肉盛溶接方法
US6722014B2 (en) Energized sequential tool coating
KR100889962B1 (ko) 슬리브 구경 보강 장치
JP2007118029A (ja) アルミニウム又はアルミニウム合金長尺材の連続製造方法と、それに使用される凝固ロールと連続製造装置
Okokpujie et al. Overview of Advanced Machining Process
JP2010053920A (ja) ナット

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Publication of correction
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130508

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140513

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150511

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160511

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170515

Year of fee payment: 13