KR101142509B1 - Friction stir welding device - Google Patents

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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치는, ⅰ)서로 맞닿은 모재들의 이음부를 따라 이동하며 회전 가능하게 구성되고, 상기 모재들의 이음부를 가압하며 마찰열을 발생시킬 수 있는 접합 툴이 구비된 회전부재와, ⅱ)상기 회전부재에 실질적으로 연결되게 설치되며, 상기 접합 툴의 내부로 예열 가스 또는 냉각 공기를 공급할 수 있는 볼텍스 튜브(vortex tube)와, ⅲ)상기 볼텍스 튜브와 연결되게 구성되어 상기 볼텍스 튜브로 상기 예열 가스를 공급하는 예열 가스 공급부와, ⅳ)상기 볼텍스 튜브와 연결되게 구성되어 상기 볼텍스 튜브로 냉각 공기를 공급하는 냉각 공기 공급부를 포함한다.The friction stir welding device according to the exemplary embodiment of the present invention is configured to be rotatable and move along the joints of the base materials in contact with each other, and is provided with a joining tool capable of pressing the joints of the base materials and generating frictional heat. A rotating member, ii) installed to be substantially connected to the rotating member, and configured to be connected to the vortex tube to supply a preheating gas or cooling air to the inside of the joining tool; And a preheating gas supply unit supplying the preheating gas to the vortex tube, and iii) a cooling air supply unit configured to be connected to the vortex tube to supply cooling air to the vortex tube.

마찰, 교반, 접합, 회전부재, 접합툴, 예열, 냉각 Friction, stirring, joining, rotating member, joining tool, preheating, cooling

Description

마찰 교반 접합 장치 {FRICTION STIR WELDING DEVICE}Friction Stir Welding Device {FRICTION STIR WELDING DEVICE}

본 발명의 예시적인 실시예는 마찰 교반 접합 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 맞닿은 모재들의 이음부와 접촉 상태로 회전하면서 발생하는 마찰열과 모재의 내부에서 발생하는 소성 유동을 이용하여 모재들의 이음부를 교반 접합하는 마찰 교반 접합 장치에 관한 것이다.An exemplary embodiment of the present invention relates to a friction stir welding device, and more particularly, to joint of the base materials using friction heat generated while rotating in contact with the joints of the base materials in contact with each other and plastic flow generated inside the base material. It relates to a friction stir welding device for stir welding parts.

자동차나 항공기 등과 같은 운송장치 그리고 건축/토목 분야 등 다양한 산업분야에서 알루미늄이나 마그네슘 등 경량소재를 활용한 경량합금이 널리 사용되고 있다.Light alloys using light materials such as aluminum or magnesium are widely used in various industrial fields such as transportation devices such as automobiles and aircrafts and construction / civil engineering.

이러한 경량합금을 이용하여 각종 기기, 구조물 등을 생산/제작하기 위해서는 이들 경량합금을 용접에 의하여 접합하게 되는 경우가 빈발하다.In order to produce / manufacture various devices, structures, etc. using such a light alloy, these light alloys are frequently joined by welding.

따라서 이들 경량합금을 접합하는 기술이 널리 연구되고 있으며, 근래에는 마찰 교반 접합(Friction Stir Welding; FSW)이 적용되고 있다.Therefore, techniques for joining these lightweight alloys have been widely studied, and recently, friction stir welding (FSW) has been applied.

마찰 교반 접합이란 금속의 접합 부위에 회전도구를 설치하여 회전도구와 접합 금속 사이에서 발생하는 마찰열에 의하여 분할된 금속을 접합하는 방법을 말한다.Friction stir welding means a method of joining a metal divided by the heat of friction generated between the rotating tool and the joining metal by installing a rotary tool at the joining portion of the metal.

상기와 같은 마찰 교반 접합은 고온의 용융 접합 시에 접합 균열과 접합 변형이 발생하기 쉬운 석출경화형 알루미늄 합금과 같은 비철재료의 판재에 주로 활용되고 있으며, 열 감수성이 높은 철강재료에 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.The friction stir welding as described above is mainly used for non-ferrous materials such as precipitation hardening aluminum alloys, which are susceptible to cracking and joint deformation during hot melt bonding. It is actively underway.

일반적으로, 마찰 교반 접합 장치는 접합되는 부재보다 경도가 우수한 재질로 이루어진 회전도구와 상기 회전도구를 회전시키는 구동부재를 포함한다.In general, the friction stir welding device includes a rotary tool made of a material having a higher hardness than the member to be joined and a driving member for rotating the rotary tool.

그리고 상기 구동부재는 분할된 금속의 접합부에 설치된 회전 부재를 회전시키면서 접합부를 따라 회전 부재를 이송한다.The driving member conveys the rotating member along the joint while rotating the rotating member provided at the joint of the divided metal.

이에 따라 회전 부재와 접합부 사이에는 마찰열이 발생하고 이러한 마찰열과 회전 부재가 가하는 압력에 의하여 연화된 접합부에 소성 유동에 의해 재질의 교반 작용이 활성화되면서 고상 접합이 이루어진다.Accordingly, frictional heat is generated between the rotating member and the joint, and solid-state bonding is performed while the stirring action of the material is activated by the plastic flow to the joint softened by the frictional heat and the pressure applied by the rotating member.

그런데, 상기한 마찰 교반 접합 기술을 이용하여 경량 합금이나 철계 합금을 접합할 경우에는 접합부의 특성 향상과 접합 툴의 수명 향상을 위한 해결책이 필요하다.However, when joining a light alloy or an iron-based alloy using the friction stir welding technique described above, a solution for improving the characteristics of the joint and improving the life of the joining tool is required.

또한, 이러한 종래의 마찰 교반 접합은 금속의 마찰로 발생하는 열만으로 접합부의 입열을 결정하는 문제가 있다. 특히, 스틸과 같이 경도가 높은 재료를 교반 접합할 경우에는 고출력의 회전과 큰 가압력이 요구되며, 이러한 접합 과정에서 높은 온도 상승으로 인해 접합 툴의 마모가 심하게 발생된다는 문제점을 내포하고 있다.In addition, such conventional friction stir welding has a problem of determining the heat input of the joint only by heat generated by the friction of the metal. In particular, in the case of stirring and joining a material of high hardness, such as steel, high output rotation and a large pressing force are required, and a high temperature rise during the joining process has a problem in that wear of the joining tool is severely generated.

따라서 본 발명의 예시적인 실시예는 상기에서와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 예열 가스 또는 냉각 공기를 필요에 따라 접합 툴로 공급하여 접합 툴을 예열 또는 냉각시킬 수 있도록 한 마찰 교반 접합 장치를 제공한다.Accordingly, an exemplary embodiment of the present invention has been created to improve the above problems, and provides a friction stir welding device in which a preheating gas or cooling air is supplied to a joining tool as necessary to preheat or cool the joining tool. to provide.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치는, ⅰ)서로 맞닿은 모재들의 이음부를 따라 이동하며 회전 가능하게 구성되고, 상기 모재들의 이음부를 가압하며 마찰열을 발생시킬 수 있는 접합 툴이 구비된 회전부재와, ⅱ)상기 회전부재에 실질적으로 연결되게 설치되며, 상기 접합 툴의 내부로 예열 가스 또는 냉각 공기를 공급할 수 있는 볼텍스 튜브(vortex tube)와, ⅲ)상기 볼텍스 튜브와 연결되게 구성되어 상기 볼텍스 튜브로 상기 예열 가스를 공급하는 예열 가스 공급부와, ⅳ)상기 볼텍스 튜브와 연결되게 구성되어 상기 볼텍스 튜브로 냉각 공기를 공급하는 냉각 공기 공급부를 포함한다.To this end, the friction stir welding device according to the exemplary embodiment of the present invention is configured to be rotatable and move along the joints of the base materials in contact with each other, and a joining tool capable of pressing the joints of the base materials and generating frictional heat. A rotating member provided, and ii) a vortex tube installed to be substantially connected to the rotating member and capable of supplying preheating gas or cooling air into the joining tool, and iii) being connected to the vortex tube. And a preheating gas supply unit configured to supply the preheating gas to the vortex tube, and iii) a cooling air supply unit configured to be connected to the vortex tube to supply cooling air to the vortex tube.

상기 마찰 교반 접합 장치에 있어서, 상기 회전부재는 구동 부재에 의해 회전 가능하게 구비되는 바디와, 상기 바디의 내부에서 상기 볼텍스 튜브와 실질적으로 연결되고, 상기 접합 툴이 고정되게 설치되는 공급 관로를 포함할 수 있다.In the friction stir welding device, the rotating member includes a body rotatably provided by a driving member, and a supply pipe substantially connected to the vortex tube inside the body and fixed to the bonding tool. can do.

상기 마찰 교반 접합 장치에 있어서, 상기 공급 관로는 상기 예열 가스 공급부 및 냉각 공기 공급부로부터 선택적으로 공급되는 예열 가스 또는 냉각 공기를 상기 접합 툴로 공급할 수 있다.In the friction stir welding device, the supply pipe can supply preheating gas or cooling air selectively supplied from the preheating gas supply part and the cooling air supply part to the joining tool.

상기 마찰 교반 접합 장치에 있어서, 상기 접합 툴은 내부에 상기 공급 관로와 연결되는 공간을 형성하며 상기 공급 관로에 고정되게 설치될 수 있다.In the friction stir welding device, the joining tool may be installed to be fixed to the supply line and form a space connected to the supply line therein.

상기 마찰 교반 접합 장치에 있어서, 상기 접합 툴은 상기 예열 가스 또는 냉각 가스를 상기 모재들의 이음부 측으로 배출하기 위한 다수의 제1 배출공들이 형성될 수 있다.In the friction stir welding device, the bonding tool may be provided with a plurality of first discharge holes for discharging the preheating gas or cooling gas to the joint side of the base materials.

상기 마찰 교반 접합 장치에 있어서, 상기 회전부재는 구동 부재에 의해 회전될 수 있는 바디가 구비되고, 상기 바디에 상기 접합 툴이 일체로 형성될 수 있다.In the friction stir welding device, the rotating member is provided with a body that can be rotated by a drive member, the bonding tool may be integrally formed on the body.

상기 마찰 교반 접합 장치에 있어서, 상기 회전부재는 상기 볼텍스 튜브와 실질적으로 연결되는 연결 통로가 상기 바디의 내부에서 접합 툴 쪽으로 형성되고, 상기 연결 통로와 연결되는 제2 배출공이 상기 바디에 형성될 수 있다.In the friction stir welding device, the rotating member may have a connection passage substantially connected to the vortex tube formed in the body toward the bonding tool, and a second discharge hole connected to the connection passage may be formed in the body. have.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 모재들의 마찰 교반 접합 시, 필요에 따라 예열 기체 또는 냉각 공기를 접합 툴의 내부 및/또는 모재들의 접합부로 공급함으로써 접합 툴 및/또는 모재들의 접합부를 예열 또는 냉각시킬 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention as described above, in friction stir welding of the base materials, if necessary, the preheating gas or cooling air is supplied to the interior of the joining tool and / or the joint of the base materials, thereby The joint can be preheated or cooled.

따라서, 본 실시예에서는 예열 가스 및 냉각 공기를 통해 접합 툴의 예열 및 냉각이 선택적으로 이루어지므로, 접합 툴의 마모를 방지할 수 있고, 접합부의 특성을 향상시킬 수 있으며, 이를 통하여 접합 툴의 수명 연장 및 구조 변형을 방지함으로써 접합부의 품질과 생산성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.Therefore, in the present embodiment, since the preheating and cooling of the joining tool are selectively performed through the preheating gas and the cooling air, wear of the joining tool can be prevented, and the characteristics of the joining part can be improved, whereby the service life of the joining tool can be improved. It is expected that the quality and productivity of the joint can be improved by preventing extension and structural deformation.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals designate like elements throughout the specification.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 개략적인 단면 구성도이다.1 is a perspective view schematically showing a friction stir welding device according to an exemplary embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic cross-sectional configuration of FIG.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치(100)는 알루미늄 또는 마그네슘 등과 같은 경량 합금을 접합하거나 스틸과 같이 경도가 높은 금속 재료를 접합하기 위한 것이다.Referring to the drawings, the friction stir welding device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention is for bonding a light alloy such as aluminum or magnesium, or for joining a metal material of high hardness such as steel.

이러한 마찰 교반 접합 장치(100)는 상기와 같은 금속의 접합 부위에 회전 도구를 설치하여 그 회전 도구와 접합 금속 사이에서 발생하는 마찰열을 이용하여 분할된 금속을 접합할 수 있는 구조로서 이루어진다.The friction stir welding device 100 is configured as a structure capable of joining a divided metal using a frictional heat generated between the rotating tool and the joining metal by installing a rotary tool at the joining portion of the metal as described above.

여기서, 본 실시예에 의한 상기 마찰 교반 접합 장치(100)는 경량 합금 또는 경도가 높은 스틸 등과 같이 서로 다른 소재로 이루어진 모재들(1)을 마찰 교반 접합하기 위한 것이다.Here, the friction stir welding device 100 according to the present embodiment is for friction stir welding the base materials 1 made of different materials, such as light alloy or high hardness steel.

본 실시예에 따른 상기 마찰 교반 접합 장치(100)는 접합 대상물인 모재들(1) 즉, 서로 맞닿으며 이음부(C)를 형성하는 모재들(1)을 마찰 교반 방식으로서 접합하기 위한 것으로서, 기본적으로는 구동부재(30)에 의해 회전하는 회전부재(10)를 포함하여 구성된다.The friction stir welding device 100 according to the present embodiment is for bonding the base materials 1 that are the bonding targets, that is, the base materials 1 which are in contact with each other to form the joint part C, by a friction stirring method. Basically, it comprises a rotating member 10 that is rotated by the drive member (30).

상기에서, 회전부재(10)는 모재들(1)의 이음부(C)를 따라 이동하며 회전 가능하게 구성되는 바, 구동부재(30)에 의해 회전되는 바디(11)를 포함하며, 그 바디(11)에는 모재들(1)의 이음부(C)를 가압하며 마찰열을 발생시킬 수 있는 접합 툴(15)이 구비되어 있다.In the above, the rotating member 10 is configured to be rotatable and move along the joint part C of the base materials 1, and includes a body 11 rotated by the driving member 30, the body 11 is provided with a joining tool 15 capable of pressing the joint C of the base materials 1 and generating frictional heat.

상기 구동부재(30)는 회전부재(10)를 회전시키기 위한 것으로서, 직결 구동 방식 또는 벨트 등의 동력 전달 부재를 이용한 간접 구동 방식으로서 회전 동력을 회전부재(10)에 전달할 수 있다.The driving member 30 is for rotating the rotating member 10, and may be a direct drive method or an indirect driving method using a power transmission member such as a belt to transmit rotational power to the rotating member 10.

여기서, 상기 마찰 교반 접합 장치(100)는 회전부재(10)를 상하 방향으로 이동시키고, 그 회전부재(10)를 모재들(1)의 이음부(C)를 따라 이동시키기 위한 별도의 구동부재(도면에 도시되지 않음)를 구비하고 있음은 자명한 사실이다.Here, the friction stir welding device 100 moves the rotary member 10 in the vertical direction, and a separate drive member for moving the rotary member 10 along the joint portion (C) of the base material (1) It is obvious that it is provided with (not shown in the figure).

이와 같이 회전부재(10)를 회전시키거나 이동시킬 수 있는 구동수단은 당 업계에서 널리 사용되는 공지 기술의 구동장치로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.As such, the driving means for rotating or moving the rotating member 10 is made as a driving device of a known technique widely used in the art, and thus a detailed description of its configuration will be omitted herein.

상기와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치(100)는 경량 합금이나 철계 합금 등 서로 다른 소재로 이루어진 모재들(1)의 마찰 교반 접합 시, 필요에 따라 예열 기체 또는 냉각 공기를 접합 툴(15)의 내부 및 모재들(1)의 접합부로 공급함으로써 접합 툴(15)의 마모 등을 방지하고, 모재들(1)의 접합부 특성을 향상시킬 수 있는 구조로서 이루어진다.Friction stir welding device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention as described above, when the friction stir welding of the base material (1) made of different materials such as lightweight alloy or iron-based alloy, if necessary, preheated gas or cooling air By supplying the inside of the joining tool 15 and the joining portion of the base materials 1 to prevent wear of the joining tool 15 and the like, and to improve the joining characteristics of the base materials 1.

이를 위해 본 실시예에 따른 상기 마찰 교반 접합 장치(100)는 접합 툴(15)의 내부로 예열 가스 또는 냉각 공기를 공급할 수 있는 볼텍스 튜브(50: vortex tube)와, 볼텍스 튜브(50)로 예열 가스를 공급하기 위한 예열 가스 공급부(70)와, 볼텍스 튜브(50)로 냉각 공기를 공급하기 위한 냉각 공기 공급부(90)를 포함하고 있다.To this end, the friction stir welding device 100 according to the present embodiment is preheated with a vortex tube 50 and a vortex tube 50 capable of supplying a preheating gas or cooling air into the joining tool 15. A preheating gas supply unit 70 for supplying gas and a cooling air supply unit 90 for supplying cooling air to the vortex tube 50 are included.

본 실시예에서, 상기 볼텍스 튜브(50)는 기계적 구동부가 전혀 없이 냉각 공기와 예열 기체의 흐름을 동시에 만들어 내며 접합 툴(15)에 와류 현상을 일으킬 수 있는 구조로서 이루어진다.In this embodiment, the vortex tube 50 is configured as a structure capable of simultaneously generating a flow of cooling air and a preheating gas without any mechanical driving part and causing a vortex phenomenon in the joining tool 15.

상기 볼텍스 튜브(50)는 회전부재(10)와 연결되게 구성되는 바, 그 회전부재(10)의 회전 및 구동부재(30)의 동력을 간섭하지 않으면서 예열 기체 또는 냉각 공기를 접합 툴(15)의 내부로 공급할 수 있다.The vortex tube 50 is configured to be connected to the rotating member 10, and the preheating gas or cooling air is bonded to the tool 15 without interfering with the rotation of the rotating member 10 and the power of the driving member 30. Can be supplied inside.

여기서, 상기 볼텍스 튜브(50)는 예열 기체를 접합 툴(15)로 흘려 보내기 위한 제1 주입구(51), 및 냉각 공기를 접합 툴(15)로 흘려 보내기 위한 제2 주입구(52)를 형성하고 있다.Here, the vortex tube 50 forms a first inlet 51 for flowing preheated gas to the bonding tool 15, and a second inlet 52 for flowing cooling air to the bonding tool 15. have.

이러한 볼텍스 튜브(50)는 당 업계에서 널리 사용되는 공지 기술이므로, 본 실시예에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the vortex tube 50 is a well-known technique widely used in the art, a more detailed description of the configuration will be omitted in this embodiment.

본 실시예에서, 상기 예열 가스 공급부(70)는 일정 온도로 예열된 기체, 예컨대 아르곤, 헬륨, 및 이들을 포함하는 혼합 기체를 볼텍스 튜브(50)로 공급하는 기능을 하게 된다.In the present embodiment, the preheating gas supply unit 70 serves to supply a gas preheated to a predetermined temperature, such as argon, helium, and a mixed gas containing them to the vortex tube 50.

이 경우, 상기 예열 가스 공급부(70)는 예열 가스를 저장하며 그 예열 가스를 소정의 압력으로서 배출시킬 수 있는 구조로 이루어지며, 제1 공급 라인(71)을 통해 볼텍스 튜브(50)의 제1 주입구(51)와 연결된다.In this case, the preheating gas supply unit 70 is configured to store the preheating gas and discharge the preheating gas at a predetermined pressure, and the first preliminary gas of the vortex tube 50 through the first supply line 71. It is connected to the inlet 51.

그리고, 상기 냉각 공기 공급부(90)는 냉각 공기를 볼텍스 튜브(50)로 공급하기 위한 것으로서, 공기를 압축 저장하는 에어 탱크로서 구비되며, 제2 공급 라인(91)을 통해 볼텍스 튜브(50)의 제2 주입구(52)와 연결된다.In addition, the cooling air supply unit 90 is for supplying cooling air to the vortex tube 50, and is provided as an air tank for compressing and storing air, and through the second supply line 91 of the vortex tube 50. It is connected to the second injection hole 52.

한편, 본 실시예에 의한 상기 회전부재(10)는 예열 가스 공급부(70) 및 냉각 공기 공급부(90)로부터 볼텍스 튜브(50)를 통해 선택적으로 제공되는 예열 가스 또는 냉각 공기를 접합 툴(15)로 공급하기 위한 공급 관로(21)를 포함하고 있다.On the other hand, the rotating member 10 according to the present embodiment joins the preheating gas or cooling air selectively provided through the vortex tube 50 from the preheating gas supply part 70 and the cooling air supplying part 90. It includes a supply line 21 for supplying the furnace.

상기 공급 관로(21)는 회전부재(10)의 바디(11) 내부에 설치되는 파이프 형태로서 구성되는 바, 볼텍스 튜브(50)와 실질적으로 연결되고, 언급한 바 있는 접합 툴(15)이 고정되게 설치된다.The supply conduit 21 is configured as a pipe installed inside the body 11 of the rotating member 10, and is substantially connected to the vortex tube 50, and the joining tool 15 as mentioned above is fixed. It is installed.

여기서, 상기 접합 툴(15)은 공급 관로(21)의 단부에 나사 결합식으로 고정되게 설치되고, 그 공급 관로(21)와 연결되는 내부 공간을 형성하고 있다.Here, the joining tool 15 is installed to be screwed to the end of the supply line 21 and forms an internal space connected to the supply line 21.

그리고, 상기 접합 툴(15)은 공급 관로(21)를 통해 상기한 내부 공간으로 유 입되는 예열 가스 또는 냉각 공기를 모재들(1)의 이음부(C) 측으로 배출시키기 위한 다수의 제1 배출공들(19)을 형성하고 있다. 이 경우, 상기 제1 배출공들(19)은 원형, 삼각형, 사각형 등 다양한 형태의 단면으로 형성될 수 있다.In addition, the joining tool 15 includes a plurality of first discharges for discharging preheating gas or cooling air introduced into the internal space through the supply pipe 21 to the joint C side of the base materials 1. Balls 19 are forming. In this case, the first discharge holes 19 may be formed in a cross section of various shapes, such as a circle, a triangle, a rectangle.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치(100)의 작동을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the friction stir welding device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치(100)의 작동을 설명하기 위한 단면 구성도이다.3 is a cross-sectional view for explaining the operation of the friction stir welding device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 우선 본 실시예에서는 접합의 대상이 되는 분할된 모재들(1)을 서로 맞닿도록 설치하고, 회전부재(10)를 모재들(1)의 이음부(C) 위로 위치시킨다.Referring to the drawings, first, in this embodiment, the divided base materials 1 to be bonded are installed to abut each other, and the rotating member 10 is positioned above the joint C of the base materials 1.

이 상태에서, 상기 회전부재(10)의 접합 툴(15)을 모재들(1)의 이음부(C)에 밀착 가압시킨 후, 구동부재(30)를 통해 회전부재(10)를 회전시키며 이음부(C)를 따라 이동시키게 되면, 접합 툴(15)과 이음부(C) 사이에서는 마찰열이 발생하고, 이러한 마찰열과 회전부재(10)가 가하는 압력으로서 연화된 이음부(C)에 소성 유동에 의한 재질의 교반 작용이 활성화되면서 고성 접합이 이루어진다.In this state, the bonding tool 15 of the rotating member 10 is pressed against the joint C of the base materials 1, and then the rotating member 10 is rotated through the driving member 30. When moved along the portion C, friction heat is generated between the joining tool 15 and the joint portion C, and the plastic flow flows to the softened joint portion C as the pressure applied by the frictional heat and the rotating member 10. As the stirring action of the material is activated, high bonding is achieved.

한편, 상기한 과정에서 본 실시예에서는 접합 툴(15)의 내부로 예열 기체를 공급하여 그 접합 툴(15)을 예열할 수 있다.Meanwhile, in the above-described process, in the present embodiment, the preheating gas may be supplied into the bonding tool 15 to preheat the bonding tool 15.

이 경우, 예열 기체는 예열 가스 공급부(70)로부터 볼텍스 튜브(50)로 공급되고, 도면에 실선 화살표로 표시한 바와 같이 공급 관로(21)를 통해 접합 툴(15)의 내부로 공급되는 바, 그 접합 툴(15)의 제1 배출공들(19)을 통해 모재들(1)의 이음부(C) 측으로 배출된다.In this case, the preheating gas is supplied from the preheating gas supply unit 70 to the vortex tube 50, and is supplied into the bonding tool 15 through the supply conduit 21 as indicated by the solid arrow in the drawing. The first discharge holes 19 of the joining tool 15 are discharged toward the joint C side of the base materials 1.

다른 한편으로, 상기한 과정에서 경량 합금 및 철계 합금 등과 같이 서로 다른 소재로 이루어진 모재들(1)을 교반 접합하는 경우, 회전부재(10)의 고출력 회전과 큰 가압력으로서 접합 툴(15)의 온도가 급격하게 상승하는 바, 본 실시예에서는 접합 툴(15)의 내부 및 모재들(1)의 접합부로 냉각 공기를 공급함으로써 접합 툴(15) 및 모재들(1)의 접합부까지 냉각시킬 수 있게 된다.On the other hand, when the base materials 1 made of different materials, such as lightweight alloy and iron-based alloy in the above process by stirring, the high output rotation of the rotating member 10 and the temperature of the bonding tool 15 as a large pressing force Is rapidly raised, in this embodiment, the cooling air is supplied to the inside of the joining tool 15 and the joining portion of the base materials 1 so that the joining portion of the joining tool 15 and the base materials 1 can be cooled. do.

여기서, 냉각 공기는 냉각 공기 공급부(90)로부터 볼텍스 튜브(50)로 공급되고, 도면에 점선 화살표로 표시한 바와 같이 공급 관로(21)를 통해 접합 툴(15)의 내부로 공급되는 바, 그 접합 툴(15)의 제1 배출공들(19)을 통해 모재들(1)의 이음부(C) 측으로 배출된다.Here, the cooling air is supplied from the cooling air supply unit 90 to the vortex tube 50, and is supplied into the bonding tool 15 through the supply conduit 21 as indicated by the dotted arrows in the drawing. The first discharge holes 19 of the bonding tool 15 are discharged toward the joint C side of the base materials 1.

따라서, 본 실시예에서는 모재들(1)의 마찰 교반 접합 시, 필요에 따라 예열 기체 또는 냉각 공기를 접합 툴(15)의 내부 및 모재들(1)의 접합부로 공급함으로써 접합 툴(15) 및 모재들(1)의 접합부를 예열 또는 냉각시킬 수 있게 된다. Therefore, in the present embodiment, in the friction stir welding of the base materials 1, preheating gas or cooling air is supplied to the inside of the joining tool 15 and the joining portion of the base materials 1 as necessary. It is possible to preheat or cool the joint of the base materials 1.

이로써, 본 실시예에서는 상술한 바와 같은 일련의 과정으로 접합 툴(15)의 예열 및 냉각이 이루어지므로, 접합 툴(15)의 마모를 방지할 수 있고, 접합부의 특성을 향상시킬 수 있으며, 이를 통하여 접합 툴(15)의 수명 연장 및 구조 변형을 방지함으로써 접합부의 품질과 생산성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.Thus, in this embodiment, since the preheating and cooling of the joining tool 15 are performed by a series of processes as described above, wear of the joining tool 15 can be prevented, and the characteristics of the joining portion can be improved. It is expected that the quality and productivity of the joint can be improved by preventing the extension of the life of the joining tool 15 and structural deformation.

도 4는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다. 여기서, 앞서 개시한 도면에서의 동일한 구성 요소는 동일한 도면 참조 부호를 부여한다.4 is a schematic cross-sectional view of a friction stir welding device according to another exemplary embodiment of the present invention. Here, the same components in the above-mentioned drawings are given the same reference numerals.

도면을 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 마찰 교반 접합 장치(200)는 전기 실시예의 구조를 기본으로 하면서, 회전부재(110)의 바디(111)에 접합 툴(115)이 일체로 형성되고, 그 접합 툴(115)의 내부로 예열 기체 및 냉각 공기를 선택적으로 공급할 수 있는 구조로서 이루어진다.Referring to the drawings, the friction stir welding device 200 according to the present embodiment is based on the structure of the previous embodiment, the bonding tool 115 is integrally formed on the body 111 of the rotating member 110, It consists of a structure which can selectively supply preheating gas and cooling air to the inside of the bonding tool 115. As shown in FIG.

이를 위해 본 실시예에서는 볼텍스 튜브(50)와 실질적으로 연결되는 연결 통로(121)를 바디(111)의 내부에서 접합 툴(115) 쪽으로 형성하고, 그 연결 통로(121)와 연결되는 제2 배출공(123)을 바디(111)에 형성하고 있다.To this end, in the present embodiment, a connection passage 121 substantially connected to the vortex tube 50 is formed toward the joining tool 115 inside the body 111, and a second discharge connected to the connection passage 121 is formed. The ball 123 is formed in the body 111.

따라서, 본 실시예에서는 예열 가스 공급부(70) 및 냉각 공기 공급부(90)를 통해 접합 툴(115)의 연결 통로(121)로 예열 가스 또는 냉각 공기를 선택적으로 공급하고 바디(111)의 제2 배출공(123)을 통해 배출시키면서 상기 접합 툴(115)을 예열 또는 냉각시킬 수 있게 된다.Therefore, in the present embodiment, the preheating gas or cooling air is selectively supplied to the connecting passage 121 of the bonding tool 115 through the preheating gas supply unit 70 and the cooling air supply unit 90, and the second body of the body 111 is provided. The bonding tool 115 may be preheated or cooled while being discharged through the discharge hole 123.

상기에서와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치(200)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예에서와 같으므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the rest of the configuration and operation of the friction stir welding device 200 according to the exemplary embodiment of the present invention as described above is the same as in the above embodiment, a more detailed description thereof will be omitted.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.Since these drawings are for reference in describing exemplary embodiments of the present invention, the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a friction stir welding device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 개략적인 단면 구성도이다.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of FIG. 1.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치의 작동을 설명하기 위한 단면 구성도이다.3 is a cross-sectional view illustrating the operation of the friction stir welding device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 마찰 교반 접합 장치를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.4 is a schematic cross-sectional view of a friction stir welding device according to another exemplary embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명><Description of reference numerals for the main parts of the drawings>

1... 모재 C... 이음부1 ... Base material C ... Joint

10... 회전부재 11... 바디10 ... rotating member 11 ... body

15... 접합 툴 19... 제1 배출공15 ... Joining tools 19 ... First outlet

21... 공급 관로 30... 구동부제21 ... Supply pipeline 30 ... Driving subsection

50... 볼텍스 튜브 51... 제1 주입구50 ... Vortex tube 51 ... First inlet

52... 제2 주입구 70... 예열 가스 공급부52 ... 2nd inlet 70 ... Preheat gas supply

71... 제1 공급 라인 90... 냉각 공기 공급부71 ... First supply line 90 ... Cooling air supply

91... 제2 공급 라인91 ... 2nd supply line

Claims (4)

서로 맞닿은 모재들의 이음부를 따라 이동하며 회전 가능하게 구성되고, 상기 모재들의 이음부를 가압하며 마찰열을 발생시킬 수 있는 접합 툴이 구비된 회전부재;A rotating member rotatably configured to move along the joints of the base materials in contact with each other, and having a joining tool configured to press the joints of the base materials and generate frictional heat; 상기 회전부재에 실질적으로 연결되게 설치되며, 상기 접합 툴의 내부로 예열 가스 또는 냉각 공기를 공급할 수 있는 볼텍스 튜브(vortex tube);A vortex tube installed to be substantially connected to the rotating member and capable of supplying preheating gas or cooling air into the bonding tool; 상기 볼텍스 튜브와 연결되게 구성되어 상기 볼텍스 튜브로 상기 예열 가스를 공급하는 예열 가스 공급부; 및A preheating gas supply unit configured to be connected to the vortex tube to supply the preheating gas to the vortex tube; And 상기 볼텍스 튜브와 연결되게 구성되어 상기 볼텍스 튜브로 냉각 공기를 공급하는 냉각 공기 공급부Cooling air supply unit configured to be connected to the vortex tube to supply cooling air to the vortex tube 를 포함하며,Including; 상기 회전부재는 구동 부재에 의해 회전 가능하게 구비되는 바디와, 상기 바디의 내부에서 상기 볼텍스 튜브와 연결되고 상기 접합 툴이 고정되게 설치되는 공급 관로를 포함하고,The rotating member includes a body rotatably provided by a drive member, a supply pipe connected to the vortex tube inside the body and fixed to the bonding tool, 상기 공급 관로는 상기 예열 가스 공급부 및 냉각 공기 공급부로부터 선택적으로 공급되는 예열 가스 또는 냉각 공기를 상기 접합 툴로 공급하는 마찰 교반 접합 장치.And the supply conduit supplies a preheating gas or cooling air selectively supplied from the preheating gas supply part and the cooling air supplying part to the joining tool. 삭제delete 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 접합 툴은,The joining tool, 내부에 상기 공급 관로와 연결되는 공간을 형성하며 상기 공급 관로에 고정되게 설치되고,It forms a space connected to the supply line therein and is fixedly installed in the supply line, 상기 예열 가스 또는 냉각 가스를 상기 모재들의 이음부 측으로 배출하기 위한 다수의 제1 배출공들이 형성되는 마찰 교반 접합 장치.Friction stir welding device is formed a plurality of first discharge holes for discharging the preheating gas or cooling gas to the joint side of the base material. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 회전부재는,The rotating member, 구동 부재에 의해 회전될 수 있는 바디가 구비되고, 상기 바디에 상기 접합 툴이 일체로 형성되며,A body is provided that can be rotated by a drive member, the bonding tool is integrally formed on the body, 상기 볼텍스 튜브와 실질적으로 연결되는 연결 통로가 상기 바디의 내부에서 접합 툴 쪽으로 형성되고, 상기 연결 통로와 연결되는 제2 배출공이 상기 바디에 형성되는 마찰 교반 접합 장치.And a connecting passage substantially connected to the vortex tube is formed in the body toward the joining tool, and a second discharge hole connected to the connecting passage is formed in the body.
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