KR100494378B1 - 겹쳐서 서로 연결시킬 평판의 결합 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속제의 평판들을 서로 겹쳐서 연결시키는 결합에 관한 것이다. 상기 결합은 서로 연결시킬 평판이 예각으로 도입되는 롤 닙에서 이루어진다. 롤 닙에서 서로 가압되기 전에, 방사 에너지에 의하여 평판들의 대향면이 가열되나, 용융되지는 않는다. 적어도 하나의 롤러의 형성 표면 또는 하나의 평판을 적절히 프로파일링함으로써, 표면 가압은 겹쳐진 결합부의 영역에 제한되고, 겹쳐진 결합부 방향의 횡방향으로의 재료 유동이 방지된다.

Description

겹쳐서 서로 연결시킬 평판의 결합 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR JOINING FLAT PRODUCTS TO BE CONNECTED SUCH THAT THEY OVERLAP}

본 발명은 겹쳐서 서로 연결시킬 스트립, 시트, 시트 블랭크 형태와 같은 금속제 평판(flat product)들을 결합시키는 방법으로서, 모재가 용융되어 있지 않은 상태에서라도 복수의 평판들 중 적어도 하나의 평판의 표면을 이 표면이 다른 평판과 물리적으로 접촉하기 바로 전에 방사 에너지(radiation energy)로 가열시킨 후에 평판들이 서로 예각을 유지하며 롤닙(roll nip) 안으로 모아지게 도입되어서 롤 닙에서 서로 가압되는 평판을 결합시키는 방법에 관한 것이다. 이와는 대조적으로, 아연과 같은 저온 용융 피복재는 용융될 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 방법을 실행하는 데 적절하며 두 개의 롤러들과 롤닙 안으로 향하는 방사 열원을 주요 구성요소로 포함하는 장치에 관한 것이다.

상술한 유형의 공지된 방법과 장치에 있어서, 방사 에너지는 레이저 빔 열원에 의해 생성된다(DE 195 02 140 C1). 가열 중에, 아연과 같은 저온 용융 피복재가 아직 증발되지 않는 온도를 유지시킬 수 있으며, 피복 재료의 용융 또는 증발은 연결 강도에 악영향을 미치게 된다. 롤닙을 형성하는 두 개의 롤러들은 그들의 전체 길이에 걸쳐서, 겹쳐진 결합부를 양측으로 초과하는 평활한 원통형 형성 표면(generated surface)을 갖는다. 두 평판의 연결에 필요한 표면 압력(surface pressure)을 가하기 위하여, 가열 후에 평판에는 20% 이하의 변형도 내에서 성형 패스가 실시되며, 이 변형도는 압연 결합 클래딩(cladding)에 비하여 작다. 겹쳐진 결합부 측부의 평판의 비가열부도 열과 관련이 있기 때문에, 상당한 압연력이 요구된다. 특히 연성이 다른 재료의 경우에, 경질 평판의 가장자리에서 보다 연질인 평판이 전단되어 분리(shorn off)되는 것을 방지하기 위하여, 연질 평판은 지지 스트립(backing strip)에 의한 역압의 적용 또는 적절하게 보정된 롤러에 의해 지지된다. 어떠한 경우일지라도, 롤러들은 겹쳐진 결합부 측부의 적어도 하나의 평판에서의 인접부 두께를 바람직하지 않게 감소시킨다. 이러한 이유 때문에 공지된 방법은 바람직하지 못하다.

도 1은 두개의 스트립 또는 시트를 결합하는 장치의 종단면도이고,

도 2는 도 1의 I-I선 단면도로서, 도 1에서 나타낸 장치를 보인 도면이고,

도 3은 도 1의 I-I선 단면도로서, 도 1을 변형하여 나타낸 장치를 보인 도면이고,

도 4는 도 1의 I-I선 단면도로서, 도 1을 또 달리 변형하여 나타낸 장치를 보인 도면이다.

본 발명의 목적은, 겹쳐서 서로 연결시킬 금속제의 평판들, 특히 용융 용접이 가능하기는 하나 고도의 용접 기술을 필요로 하는 이종 재료들 또는 강/알루미늄, 강/구리, 강/티타늄, 강/특수강과 같은 경도 차이가 매우 큰 재료들을 저비용으로 결합시킬 수 있는 방법과, 상기 방법을 실행하기 위한 적절한 장치를 제공하기 위한 것이다.

이러한 문제는 롤닙 내에서의 표면 가압이 겹쳐진 결합부의 영역으로 제한되는 형태에 의해 상술한 종류의 방법을 통한 본 발명에 의해 해결된다. 롤닙 내에서 겹쳐진 결합부의 길이 방향으로 평판의 재료 유동은 방지되는 것이 바람직하다.

상기 문제는, 두 개의 롤러들 중 압력 작용 구역을 갖는 롤러의 형성 표면이 축 방향으로 롤러들의 전체 축 방향 길이보다 짧고, 압력 작용 구역을 갖는 롤러의 형성 표면이 바람직하게 원주 방향으로 형성된 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 장치에 의해 해결된다.

특히 재료의 유동에 미치는 영향과 관련하여, 롤닙에서의 표면 가압을 겹쳐진 결합부에 제한함으로써, 평탄하지 않은 재료라도 단면 감소 공정에 포함되는 선행 기술 방법보다 더 낮은 압연력으로 결합에 필요한 압력을 가할 수 있다. 만일 ST14Z/AlMoSi 연결에 필요한 압연력과 비교하면, 전형적인 방법에 있어서 25mm 폭의 알루미늄 스트립의 경우의 60KN으로부터, 9mm의 겹쳐진 폭을 갖는 본 발명에 따른 방법에 있어서의 5KN까지 압연력이 감소한다. 따라서 성형 효율은 투입된 방사 에너지에 대하여 최적화된다. 이에 따른 또 다른 결과로서, 필요한 장치가 실제적으로 더 경량으로 구성될 수 있다. 표면 가압이 일어나는 비교적 좁은 영역의 제한은 소정 형상의 시트 블랭크의 결합[예를 들면, 소위 "테일러드 블랭크(tailored blank)"]을 용이하게 하며, 결합부는 가끔 직선으로 형성되지 않고 곡선화된다. 정확하게 말하면, 작업 시에 가해지는 응력에 따라서 치수가 다르게 설정되는 이종 평판들로 이루어진 구성 부재들의 경우 및 그러한 구성 부재들의 경우 뿐만 아니라 그 외의 경우에도, 겹쳐진 결합부에 인접한 구성적 부위는 결합에 의하여 바람직하지 못한 영향을 받지 않아야 한다는 점이 중요하다. 본 발명에 따른 방법에 있어서, 가열과 성형은 겹쳐진 결합부에 제한되기 때문에, 한편으로는 열영향부가 가능한 한 적고, 다른 한편으로는 재료의 전체 두께가 평판의 인접부에서 유지되며, 이러한 점들은 단면 감소 공정을 갖는 선행 기술의 방법으로는 불가능하였다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 바람직하게 두 평판의 표면이 가열된다. 만일 두 개의 평판이 다른 경도의 재료라면, 겹쳐진 결합부의 폭은 더 연질의 재료의 평판 두께보다 적어도 1.5배에 해당되는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다.

전술한 겹쳐진 결합부의 길이 방향으로 평판의 재료 유동 방지는 여러 방법에 의해 구조적으로 성취될 수 있다. 본 발명의 실시예들의 본질적인 특징은, 표면 가압에 참여하는 요소들의 수용 공간으로 재료가 유입될 수 있다는 점이다. 예를 들면, 하나의 대안적 실시예에서, 표면 가압에 참여하는 요소(롤러/평판)들 중 하나의 표면에 프로파일이 형성된다. 표면 프로파일은 바람직하게 둘레 방향/길이 방향의 홈을 포함한다. 이 경우 홈은 적절한 표면 가압을 가능하게 하나, 그와 동시에 소재가 홈 내로 유동하므로 겹쳐진 결합부의 길이 방향 재료 유동이 방지된다. 홈은 또한 겹쳐진 결합부의 방향으로 평판을 안내하도록 제공된다. 홈이 형성된 롤러는 더 연질인 모재(base material)에 작용하는 것이 바람직하다. 모재들 중 하나에는 홈이 형성되고, 바람직하게는 더 경한 모재가 선택된다.

모식화된 도면들을 참조하여 본 발명을 설명하기로 하며, 도면들은 본 발명에 따른 방법을 수행하는 두 개의 선택 가능한 태양을 도시하고 보여준다.

도 1을 참조하면, 장치는 두 개의 롤러(1, 2)들을 구비하며, 하나의 롤러(1)는 원통형의 형성 표면(1)을 가지며, 다른 롤러(2)는 원주 방향으로 연장된 상승부(2a)를 갖는 형성 표면을 구비한다. 상기 형성 표면의 상승부(2a)는 하나의 롤러(1)의 원통형 형성 표면과 서로 상응하여 롤닙을 형성하며, 겹쳐서 공급되는 두 개의 평판(3, 4)들은 바람직하게 15도보다 작은 각도, 특히 10도의 예각으로서 서로 모아지면서 롤닙 내로 도입된다. 평판(3, 4)들의 두 개의 대향하는 표면은, 롤닙에서의 중첩부에서 겹쳐진 결합부의 폭만큼만이 레이저 빔 발생 열원(5)의 빔(5a)에 의하여, 평판(3, 4)들의 모재의 용융 온도에 도달하지 않도록 가열된다. 그 후, 두 개의 평판(3, 4)들은 겹쳐진 결합부에서의 표면 가압에 의해 롤닙 영역 내에서 연결된다. 표면 가압에 대한 상세도는 도 3과 도 4로부터 알 수 있다.

첫 번째 선택적 실시예에 있어서(도 2), 롤러(2)의 형성 표면의 상승부(2a)는 겹쳐진 결합부의 폭으로 제한된다. 이에 부가하여 상승부에는 둘레 방향으로 여러 개의 홈이 형성되어 있다.

도 3에 도시된 실시예는 상승부(2a)에 홈이 형성되어 있지 않다는 특징만이 도 2에 도시된 실시예와 다르다. 대신에 두 개의 평판들 중 하나 즉 평판 4에, 겹쳐진 결합부의 방향으로 연장되는 여러 개의 홈들이 형성되어 있다. 홈은 더 경질인 재료에 도입되는 것이 바람직하다.

상승부(2a)에 의하여, 두 개의 실시예에서 롤닙에서의 압력은 겹쳐진 결합부에 제한된다. 표면 가압의 상기와 같은 제한은 두 개의 평판(3, 4)들이 단지 겹쳐진 결합부 내에서 성형되는 것을 확보한다. 만일 홈이 제공된다면, 재료가 홈으로 유입될 수 있으므로 홈은 겹쳐진 결합부의 길이 방향으로의 재료 유동을 방지한다. 또한, 홈은 겹쳐진 결합부의 길이 방향으로 평판(3, 4)들의 안내를 유도한다.

상승부(2a)가 원추형으로 형성되어 있는 또 다른 선택적 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 상기 실시예는 횡 방향에서 재료의 유동을 활성화시키고, 길이 방향으로의 유동을 방지한다. 본 발명에 따른 방법의 또 다른 장점에 의하면, 평판은 겹침부의 외측에 가공경화 및/또는 열영향이 발생되지 않고, 형성된 결합부는 냉간 가공될 수 있다. 이는 다른 평판의 모서리를 둥글게 하여 준비하는 것을 가능하게 하며, 또한 후속하여 이어지는 냉간 가공에 적절한 효과를 갖는다.

Claims (8)

1. 겹쳐서 서로 연결시킬 스트립, 시트, 시트 블랭크 형태의 금속제 평판들을 결합시키는 방법으로서, 두 개의 평판들을 서로 예각이 유지되도록 하여 롤 닙 내로 모아지게 도입시키고, 두 개의 평판들이 물리적으로 접촉하기 바로 전에 두 개의 평판들 중 적어도 하나의 평판의 표면을 방사 에너지로 가열하되 모재가 용융되지 않은 상태로 가열한 후에, 롤 닙 내에서 서로 가압시키는 평판 결합 방법에 있어서,

   롤 닙 내에서의 표면 가압을 겹쳐진 결합부의 구역으로 제한하는 것을 특징으로 하는 평판 결합방법.
2. 제1항에 있어서, 두 개의 평판들이 가열되는 것을 특징으로 하는 평판 결합 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 두 개의 평판들이 다른 경도의 소재인 경우, 겹쳐진 결합부의 폭은 보다 더 연성인 재료의 평판 두께의 1.5배 이상인 것을 특징으로 하는 평판 결합방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 롤 닙 내의 각 평판의 재료가 상기 겹쳐진 결합부의 길이 방향으로 유동되는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 평판 결합방법.
5. 제4항에 있어서, 재료의 유동을 방지하기 위하여, 겹쳐진 결합부의 방향으로 형성된 길이 방향의 홈이 형성된 평판을 사용하거나, 압력 작용 구역에 둘레 홈이 형성된 롤러를 사용하는 것을 특징으로 하는 평판 결합방법.
6. 제4항에 있어서, 재료의 유동을 방지하기 위하여, 원추형으로 보정된 롤러를 사용하는 것을 특징으로 하는 평판 결합방법.
7. 두 개의 롤러들와 롤 닙 안으로 향하는 방사 열원을 포함하며, 금속제의 평판들을 겹쳐서 서로 결합시키는 평판 결합 장치에 있어서,

   두 개의 롤러(1, 2)들 중에서, 압력 작용 구역(2a)을 갖는 롤러의 형성 표면이 축 방향으로 롤러의 전체 축 방향 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 평판 결합 장치.
8. 제7항에 있어서, 압력 작용 구역(2a)을 갖는 롤러의 형성 표면이 원주 방향으로 연장된 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 평판 결합 장치.