KR100799076B1

KR100799076B1 - 레이저 용접을 이용한 이종파이프의 접합방법

Info

Publication number: KR100799076B1
Application number: KR1020070003749A
Authority: KR
Inventors: 이춘만; 정원지; 박동근; 박수현
Original assignee: 창원대학교 산학협력단
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2008-01-28

Abstract

본 발명은 얇은 스테인레스 강판 재질의 외부파이프를 탄소섬유강화플라스틱 재질의 내부파이프를 감싼 후 클램프로 지지한 상태에서 접합부를 롤러로 눌러주면서 레이저 용접을 하기 때문에 내부파이프와 외부파이프 사이에는 틈새나 간극이 생기 않게 되어 이종파이프를 장시간 사용하거나 고속회전시에도 접합부에서 틈새가 발생하지 않게 되어 내구성을 향상시키고, 단시간에 이종파이프를 접합할 수 있게 되어 가공시간과 제조효율성을 높일 수 있으며 가공단가를 절감하는데 그 특징이 있다.

이종파이프, 외부파이프, 내부파이프, 레이저용접

Description

레이저 용접을 이용한 이종파이프의 접합방법{The junction method of the diffrent kind pipe which uses a laser welding}

도 1은 종래 러빙롤러의 구성도

도 2는 종래 또 다른 러빙롤러의 구성도

도 3은 종래 이종파이프의 접합방법의 예시도

도 4는 종래 또 다른 이종파이프의 접합방법의 예시도

도 5는 본 발명 레이저 용접을 이용한 이종파이프 접합방법의 공정도

도 6은 본 발명 레이저 용접을 이용한 이종파이프 접합방법의 개념도

도 7은 본 발명 레이저 용접을 이용한 이종파이프 접합방법의 단면도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100. 이종파이프 110. 외부파이프

120. 내부파이프 130. 중공부

140. 접합부 150. 클램프

160. 롤러 170. 레이저용접기

180. 가열패드

본 발명은 레이저 용접을 이용한 이종파이프 접합방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 외부파이프는 두께가 얇은 스테인레스 강판을 이용하고 내부파이프는 탄소섬유강화플라스틱으로서 외부파이프로 내부파이프를 감싼 후 접합부에 레이저 용접기로 용접하는 공정으로 이종파이프를 접합하는 방법에 관한 것이다.

종래 이종파이프의 접합을 이용하여 제작된 러빙롤러는 도 1에서 도시한 바와 같이 특허출원 10-2003-0043475호가 있으며, 그 구성은 탄소 섬유 강화 플라스틱(41)으로 원통 형상을 형성한 외측에 도금층(44)을 형성한 스테인레스강(43)의 외부 원통을 접착제(42)로 고정하고, 도금층(44)의 표면에 도전성 접착제(45)로 러빙천(46)을 접착한 다층 구조의 러빙의 양단부를 스테인레스강의 플랜지(47)가 설치된 스테인레스 강판(48)으로 막은 구성이 있었다.

상기 도 1의 종래기술은 비교적 길이가 짧은 경우에는 제조가 가능하지만, 길이가 긴 경우에는 원통형의 스테인레스강판(43)을 튜브(41)에 끼우기가 힘들고, 튜브(41)와 스테인레스강판(43) 사이에 틈새가 생겨 러빙롤러의 고속회전시 편심회전이 발생하여 배향막의 배향처리가 균일하지 못하다는 문제점이 있었다.

또 다른 종래 러빙롤러는 도 2에서 도시한 바와 같이 원통형의 튜브(11)와, 튜브(11)의 양 측면에 플랜지(12)가 구비되고, 튜브(11)를 둘러싸고 있는 스테인레 스 강판(10)과, 스테임레스 강판(10)의 절개부에 용사되어 있는 스테임레스 용사부(14)로 구성되어 있다.

도 2의 제조방법은 스테인레스 강판(10)의 롤링단계와, 튜브(11) 제조단계와, 스테인레스 강판(10)과 튜브(11)의 조립단계와, 밴드부를 제외한 스테인레스 강판 절개부(10a)의 1차 용사단계와, 스테인레스 강판 나머지 절개부의 2차 용사단계와, 외경 연마단계로 제조되는 러빙롤러의 제조방법이 있었다.

그러나 상기의 종래기술은 러빙롤러가 고속회전시에 편심이 발생하여 배향막의 배향처리가 균일하지 못하다는 문제점과 튜브를 둘러싸고 있는 스테인레스 강판의 용사부와 튜브의 틈새가 생겨서 튜브와 스테인레스 강판이 동일한 회전속도로 회전하지 못하고 서로 다른 회전속도로 회전하므로 러빙롤러의 일정한 회전속도를 가질 수 없다는 문제점이 있었다.

도 3은 종래 이종파이프의 접합방법의 예시도로서, 이송용 샤프트에 사용되는 서로 다른 재질의 내부파이프와 외부파이프를 접합하는 이종파이프(300)의 접합방법에 있어서, 상기 내부파이프(320)는 탄소섬유강화플라스틱 재질로 구비하고, 상기 외부파이프(310)는 스테인레스스틸 재질로 구비하여, 내부파이프(320)를 외부파이프(310) 내에 삽입(220) 한 후 인발(230) 공정을 거쳐 이종파이프(300)를 접합하는 것을 특징으로 하는 이종파이프의 접합방법에 관한 것이 있었다.

도 4는 종래 또 다른 이종파이프의 접합방법의 예시도로서, 외부파이프(310)의 재질인 스테인레스스틸관을 내부파이프(320)의 재질인 탄소섬유강화플라스틱의 길이에 맞게 1차 인발하는 단계와, 상기 내부파이프(320)와 외부파이프(310)의 사 이에 공차를 계산한 틈새를 주어 외부파이프 내부에 내부파이프를 삽입하는 단계와, 상기의 틈새를 없애주기 위하여 다이(350)를 거쳐 2차 인발하는 단계의 공정으로 서로 다른 재질인 외부파이프(310)와 내부파이프(320)를 접합하는 이종파이프(300)의 접합방법에 있어서, 상기 외부파이프(310)가 삽입되는 가열파이프(330)는 관 형태로 다이(350)와 일체로 구비되며 다수개의 가열패드(340)에 의하여 가열파이프(330)를 가열하는 제2공정(220)과, 상기에서 가열된 가열파이프(330)의 내부에 외부파이프(310)를 삽입하여 가열하는 열박음 단계인 제3공정(230)을 특징으로 하는 이종파이프의 접합방법에 관한 것이 있었다.

그러나 상기의 종래기술은 인발을 이용한 공정인데, 인발공정을 이용하면 스테인레스스틸 파이프와 탄소섬유강화플라스틱의 접합은 용이하게 이루어지지만 스테인레스스틸 파이프의 두께가 두꺼워서 삽입 후의 가공시간이 너무 많이 소요되어 제조효율이 저하된다는 문제점과 긴 가공시간으로 인하여 제조단가가 상승한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이종파이프의 접합방법에서 외부파이프는 두께가 얇은 스테인레스 강판을 이용하고 내부파이프는 탄소섬유강화플라스틱으로서 외부파이프로 내부파이프를 감싼 후 접합부에 레이저 용접기로 용접하여 외부파이프와 내부파이프를 접합하는 방법을 제공하여 제조시간을 줄이며, 작업의 효율성을 높이는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 상세한 설명은 첨부되는 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저 본 발명의 상세한 설명에 앞서 본 발명은 이종파이프의 접합방법에 관한 것으로서 외부파이프는 스테인레스 강판이고 내부파이프는 탄소섬유강화플라스틱이며 외부파이프와 내부파이프를 접하는 공정에 관한 것임을 밝혀둔다.

도 5는 본 발명 레이저 용접을 이용한 이종파이프 접합방법의 공정도이고, 도 6은 본 발명 레이저 용접을 이용한 이종파이프 접합방법의 개념도이며, 도 7은 본 발명 레이저 용접을 이용한 이종파이프 접합방법의 단면도이다.

도 5에서 도시한 바와 같이 본 발명은 탄소섬유강화플라스틱 재질의 내부파이프(120)의 외부를 두께 약 0.5mm 정도의 스테인레스 강판 재질인 외부파이프(110)를 감싸며, 외부파이프(110)를 클램프(150)로 지지하여 내부파이프의 외부를 외부파이프가 감싼 상태를 유지시켜 주며(S 210), 다음 공정으로 외부파이프(110)의 외부에 하나 또는 다수개의 플렉시블한 가열패드(180)를 부착한 후 외부파이프(110)를 가열(S 220)시켜서 팽창시키며, 다음 공정으로 팽창된 외부파이프(110)의 접합부(140)에 레이저용접기(170)를 이용하여 레이저 용접(S 230)하여 접합부를 접합하고, 다음 공정으로 외부파이프(110)를 냉각시켜면 외부파이프(110)가 식으면서 내부파이프(120)를 조여주게 되어(S 240) 외부파이프와 내부파이프는 접합하게 되고 이종파이프(100)의 접합이 완료(S 250)되는 공정이다.

여기서, S 230 공정에서 레이저용접기(170)는 전·후에 두 개의 롤러(160)가 구비되어 있는데 그 이유는 외부파이프(110)를 클램프(150)만으로 지지한 상태에서 용접하게 되면 접합부(140)에 틈새가 발생하게 되므로, 이를 보완하기 위하여 롤러(160)로 눌러준 상태에서 용접하게 되면 접합부(140)에는 틈새가 발생하지 않으며, 롤러(160)는 외부파이프(110)의 접합부(140)를 전·후로 움직일 수 있으므로 작업의 편리성을 확보할 수 있다.

또한, 레이저 용접을 하는 이유는 다른 용접방법은 외부파이프(140)의 접합부(140)를 용접시에 내부파이프(120)에도 손상을 주기 때문에 접합부만 국부적으로 용접할 수 있는 레이저용접기(170)를 이용하여 레이저 용접을 한다.

도 6 내지 7에서 도시한 바와 같이 본 발명은 내부파이프(120)를 외부파이프(110)로 감싼 후 클램프(150)로 클램핑한 상태에서 가열패드(180)로 외부파이프(110)를 팽창시킨 후 전·후에 두 개의 롤러(160)가 구비된 레이저용접기(170)를 이용하여 접합부(140)를 눌러주면서 레이저 용접을 하면 접합부에서는 틈새가 발생하지 않으면서 용접이 되고 외부파이프(110)를 냉각시켜주면 팽창된 외부파이프(110)는 수축하면서 내부파이프(120)를 조여주게 되며 이종파이프(110)의 접합이 완료되는 구성이다.

여기서, 클램프로 팽창된 외부파이프를 지지한 상태에서 접합부를 롤러로 눌러주면서 레이저 용접을 하기 때문에 내부파이프와 외부파이 사이에는 틈새나 간극이 생기 않게 되는 것이다.

만약 접합공정이 완료된 후 접합부의 표면이 고르지 않다면 연마기를 사용하 여 외부파이프의 접합부를 연마하면 된다.

상기와 같이 본 발명은 얇은 스테인레스 강판 재질의 외부파이프를 탄소섬유강화플라스틱 재질의 내부파이프를 감싼 후 클램프로 지지한 상태에서 롤러가 구비된 레이저용접기로 용접하게 되면 단시간에 이종파이프를 접합할 수 있게 되어 가공시간과 제조효율성을 높일 수 있으며, 가공단가를 절감할 수 있게 된다.

상기의 구성에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 얇은 스테인레스 강판 재질의 외부파이프를 탄소섬유강화플라스틱 재질의 내부파이프를 감싼 후 클램프로 지지한 상태에서 접합부를 롤러로 눌러주면서 레이저 용접을 하기 때문에 내부파이프와 외부파이프 사이에는 틈새나 간극이 생기 않게 되므로 이종파이프를 장시간 사용하거나 고속회전시에도 접합부에서 틈새가 발생하지 않게 되어 내구성을 향상시고 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있으며, 단시간에 이종파이프를 접합할 수 있으므로 가공시간의 단축과 제조효율성을 높일 수 있으며 제조단가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims

이송용 샤프트에 사용되는 서로 다른 재질의 내부파이프와 외부파이프를 접합하는 이종파이프(100)의 접합방법에 있어서,

상기 탄소섬유강화플라스틱 재질의 내부파이프(120)를 얇은 스테인레스 강판 재질의 외부파이프(110)로 감싸며, 외부파이프(110)를 클램프(150)로 지지하여 감싼 상태를 유지하는 단계(S 210)와,

상기 외부파이프(110)를 가열패드(180)로 가열하여 외부파이프를 팽창시키는 단계(S 220)와,

상기 팽창된 외부파이프(110)의 접합부(140)를 롤러(160)로 눌러주면서 레이저용접기(170)로 용접하는 단계(S 230)와,

상기 접합부(140)가 레이저 용접된 외부파이프(110)를 냉각시키면 수축되면서 내부파이프(120)를 조여주는 단계(S 240)로 이종파이프를 접합하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접을 이용한 이종파이프의 접합방법.