KR101431101B1 - 마찰교반점용접 성능 평가용 시편 제조를 위한 지그장치 - Google Patents

Abstract

마찰교반점용접 성능 평가용 시편 제조를 위한 지그장치에 관한 것이다. 지그장치는 베이스부와, 한 쌍의 포스트들과, 안착부들과, 제1 고정기구들, 및 제2 고정기구들을 포함한다. 포스트들은 베이스부의 상면에 좌우로 서로 이격된 상태로 각 하단이 연결되고 서로 이격된 사이로 백킹 블록이 인입 또는 인출되게 한다. 안착부들은 포스트들의 각 상측 부위에 좌우로 관통되어 형성되고 관통된 내부에 각각의 시편의 하면과 후면을 지지하는 제1,2 지지면들이 형성된다. 제1 고정기구들은 안착부들의 각 상면부에 설치되어 각각의 시편의 상면 부위를 가압함에 따라 각각의 시편의 하면을 제1 지지면에 밀착시켜 고정한다. 제2 고정기구들은 안착부들의 각 전면부에 설치되어 각각의 시편의 전면 부위를 가압함에 따라 각각의 시편의 후면을 제2 지지면에 밀착시켜 고정한다.

Description

마찰교반점용접 성능 평가용 시편 제조를 위한 지그장치{Jig apparatus for manufacturing test piece for evaluating friction stir spot welding performance}

본 발명은 시편 제조를 위한 지그장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마찰교반점용접 성능 평가를 위해 사용되는 시편을 마찰교반점용접으로 접합할 때 시편을 고정하기 위한 지그장치에 관한 것이다.

현재 자동차 산업은 경량화를 위하여 자동차 차체 부품에서 강(Steel) 대신, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 합금과 같은 경합금이 적용되고 있다. 이러한 변화의 추이에 맞추어 이종 소재를 접합하고자 연구개발 되고 있는 기술 중 하나가 마찰교반점용접이다.

마찰교반점용접(Friction Stir Spot Welding)이란 비소모성 공구를 고속으로 회전시키면서 서로 맞대어 있는 피접합재들에 접촉시키면, 공구와 피접합재들과의 상호마찰에 의해 열이 발생하여 공구 주변의 재료가 연화되며, 공구의 교반에 의한 재료의 소성유동으로 피접합재들의 양쪽 재료들이 강제로 혼합되는 원리로 피접합재들이 상호 접합되는 것이다.

이러한 마찰교반점용접은 기존의 용융용접에 비해, 낮은 열로 용접이 이루어지기 때문에 작은 잔류응력, 적은 변형 등으로 인해 접합부의 기계적 강도가 우수할 뿐 아니라, 별도의 열원, 용접봉, 용가제 등이 불필요하며 접합과정에서 유해광선이나 유해물질이 배출되지 않기 때문에 경제적이면서 환경친화적인 접합기술로 평가를 받고 있다. 또한, 마찰교반점용접은 자동차, 항공기, 선박 산업 분야 등에서 널리 사용되고 있는 알루미늄이나 마그네슘 합금 등으로 제조된 재료의 용접에 적합한 장점이 있다.

한편, 마찰교반점용접 기술의 양산 적용을 위해 피접합재들의 접합부의 기초적인 접합 성능을 평가할 필요가 있다. 이를 위해, 시편들을 마련하고 마련된 시편들을 마찰교반점용접에 의해 상호 접합시키는 과정을 수행하게 된다. 이때, 마찰교반점용접은 공구를 회전시켜 고정 상태의 시편들과 상호마찰을 시키기 때문에, 공구의 회전력이 시편들에 전달된다. 따라서, 시편들의 접합부에 대한 성능 평가 결과를 보다 정확하게 도출하기 위해 마찰교반점용접시 시편들에 대해 종래의 용접법보다 우수한 구속력이 요구된다.

그런데, 종래에 따르면, 시편들의 양 끝을 클램프들로 고정하고 양쪽에서 작업자가 클램프를 잡아주는 방식이 주로 이용되고 있다. 이로 인해, 시편들을 접합하는 과정에서 강한 마찰력에 의한 시편들의 고정이 어려워 시편들의 비틀림 및 벌어짐 등이 발생되곤 하였다. 이로 인해, 접합부의 성능에 악영향을 미칠 뿐 아니라 안전사고의 우려가 있었다.

공개실용신안공보 제20-2011-0010476호(2011.11.07 공개)

본 발명의 과제는 마찰교반점용접시 시편들을 보다 우수한 구속력으로 고정함으로써 시편부들의 접합부에 대한 성능 평가 결과를 보다 정확하게 도출할 수 있게 하는 마찰교반점용접 성능 평가용 시편 제조를 위한 지그장치를 제공함에 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 마찰교반점용접 성능 평가용 시편 제조를 위한 지그장치는, 백킹 블록의 상면에 상하로 서로 맞대어 로딩된 시편들을 마찰교반점용접기에 의해 접합할 때 상기 시편들을 상기 백킹 블록의 상면에 고정하는 것으로서, 베이스부; 상기 베이스부의 상면에 좌우로 서로 이격된 상태로 각 하단이 연결되고 서로 이격된 사이로 상기 백킹 블록이 인입 또는 인출되게 하는 한 쌍의 포스트(post)들; 상기 포스트들의 각 상측 부위에 좌우로 관통되어 형성되고 관통된 내부에 상기 각각의 시편의 하면과 후면을 지지하는 제1,2 지지면들이 형성된 안착부들; 상기 안착부들의 각 상면부에 설치되어 상기 각각의 시편의 상면 부위를 가압함에 따라 상기 각각의 시편의 하면을 상기 제1 지지면에 밀착시켜 고정하는 제1 고정기구들; 및 상기 안착부들의 각 전면부에 설치되어 상기 각각의 시편의 전면 부위를 가압함에 따라 상기 각각의 시편의 후면을 상기 제2 지지면에 밀착시켜 고정하는 제2 고정기구들;을 포함한다.

본 발명에 따르면, 마찰교반점용접시 시편들을 보다 우수한 구속력으로 고정할 수 있으므로, 마찰교반 과정에서 시편들에 강한 마찰력이 가해지더라도 시편들 간의 비틀림 및 벌어짐 등과 같은 현상이 방지될 수 있다. 따라서, 접합부의 성능에 영향을 미치는 요인을 사전에 차단할 수 있으므로, 차후에 있을 시편부들의 접합부에 대한 성능 평가에서 보다 정확한 결과를 도출할 수 있다. 또한, 안전사고도 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰교반점용접 성능 평가용 시편 제조를 위한 지그장치에 대한 정면도이다.
도 2는 도 1의 지그장치에 대한 사시도이다.
도 3은 도 1에 대한 측단면도이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 지그장치에 의해 시편들을 고정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰교반점용접 성능 평가용 시편 제조를 위한 지그장치에 대한 정면도이다. 도 2는 도 1의 지그장치에 대한 사시도이다. 도 3은 도 1에 대한 측단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 마찰교반점용접 성능 평가용 시편 제조를 위한 지그장치(100)는, 백킹 블록(backing block, 10)의 상면에 상하로 서로 맞대어 로딩된 시편(1)들을 마찰교반점용접기(20)에 의해 접합할 때 시편(1)들을 백킹 블록(10)의 상면에 고정하는 것이다. 여기서, 시편(1)들은 마찰교반점용접 성능 평가를 위해 사용되는 피접합재들이다. 시편(1)들은 이종 소재로 각각 구성될 수 있다. 마찰교반점용접기(20)는 비소모성 공구를 고속으로 회전시키면서 서로 맞대어 있는 시편(1)들을 마찰교반시키도록 구성됨으로써, 시편(1)들을 상호 접합시킨다. 백킹 블록(10)은 시편(1)들에 대한 마찰교반점용접시 상부에서 하부로 가해지는 교반 하중을 받쳐줌으로써, 접합하고자 하는 시편(1)들이 뒤로 밀리는 것을 방지하는 역할을 한다. 백킹 블록(10)은 마찰교반점용접기(20)에 설치되어 후술할 포스트(120)들 사이로 인출입될 수 있다.

지그장치(100)는 베이스부(110)와, 한 쌍의 포스트들(Posts, 120)과, 안착부(130)들과, 제1 고정기구(140)들, 및 제2 고정기구(150)들을 포함한다.

베이스부(110)는 작업대나 지면 등에 놓여져 지그장치(100) 전체를 안정되게 지지할 수 있는 형태로 이루어진다. 한 쌍의 포스트(120)들은 베이스부(110)의 상면에 좌우로 서로 이격된 상태로 각 하단이 연결된다. 그리고, 포스트(120)들은 서로 이격된 사이로 백킹 블록(10)이 인입 또는 인출되게 배치된다. 예컨대, 포스트(120)들은 직육면체 형태로 각각 이루어지며, 한쪽 측면끼리 서로 마주하도록 배치될 수 있다.

안착부(130)들은 포스트(120)들의 각 상측 부위에 좌우로 관통되어 형성된 구조로 이루어진다. 안착부(130)들은 서로 멀리 떨어져 있는 각 바깥 관통 부위를 통해 시편(1)들이 각각 삽입될 수 있게 한다. 그리고, 안착부(130)들은 관통된 내부에 각각의 시편(1)의 하면과 후면을 지지하는 제1,2 지지면(131)(132)들이 형성된 구조로 이루어진다.

제1 고정기구(140)들은 안착부(130)들의 각 상면부에 설치된다. 제1 고정기구(140)들은 각각의 시편(1)의 상면 부위를 가압함에 따라 각각의 시편(1)의 하면을 제1 지지면(131)에 밀착시켜 고정한다. 예컨대, 각각의 제1 고정기구(140)는 제1 고정부재(141) 및 제1 조작레버(142)를 포함할 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 고정부재(141)는 안착부(130)들의 각 상면부에 나사 결합되어 회전 방향에 따라 내측 단이 각각의 시편(1)의 상면 부위를 가압 또는 해제하도록 동작한다. 제1 고정부재(141)는 둘레 면에 나사 탭이 형성되며, 안착부(130)에는 제1 고정부재(141)의 나사 탭과 나사 결합될 수 있는 나사 홈이 형성된다. 제1 조작레버(142)는 제1 고정부재(141)의 외측 단에 고정된다. 작업자가 제1 조작레버(142)를 정,역 회전시킴에 따라 제1 고정부재(141)를 각 시편(1)의 상면 부위에 대해 가압 또는 해제시키는 위치로 이동시킬 수 있다.

각각의 제1 고정기구(140)는 제1 고정부재(141)의 내측 단에 고정된 제1 푸싱 블록(143)을 더 구비할 수 있다. 여기서, 제1 푸싱 블록(143)은 고무, 우레탄 등과 같은 완충 재질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제1 고정부재(141)가 시편(1)을 가압하는 위치로 이동한 상태에서 제1 푸싱 블록(143)은 제1 고정부재(141)와 시편(1) 사이에서 완충 작용을 한다. 따라서, 시편(1)의 상면이 손상되는 것이 방지될 수 있다.

제2 고정기구(150)들은 안착부(130)들의 각 전면부에 설치된다. 제2 고정기구(150)들은 각각의 시편(1)의 전면 부위를 가압함에 따라 각각의 시편(1)의 후면을 제2 지지면(132)에 밀착시켜 고정한다. 예컨대, 각각의 제2 고정기구(150)는 제2 고정부재(151) 및 제2 조작레버(152)를 포함할 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 고정부재(151)는 안착부(130)들의 각 전면부에 나사 결합되어 회전 방향에 따라 내측 단이 각각의 시편(1)의 전면 부위를 가압 또는 해제하도록 동작한다. 제2 고정부재(151)는 둘레 면에 나사 탭이 형성되며, 안착부(130)에는 제2 고정부재(151)의 나사 탭과 나사 결합될 수 있는 나사 홈이 형성된다. 제2 조작레버(152)는 제2 고정부재(151)의 외측 단에 고정된다. 작업자가 제2 조작레버(152)를 정,역 회전시킴에 따라 제2 고정부재(151)를 각 시편(1)의 전면 부위에 대해 가압 또는 해제시키는 위치로 이동시킬 수 있다.

각각의 제2 고정기구(150)는 제2 고정부재(151)의 내측 단에 고정된 제2 푸싱 블록(153)을 더 구비할 수 있다. 이 경우, 안착부(130)들은 각각의 시편(1)의 전면 부위가 제1 지지면(131)보다 전방으로 돌출되도록 각 내부의 하면으로부터 절개된 형태의 수용 홈(133)이 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 제2 푸싱 블록(153)은 수용 홈(133) 내에서 제2 고정부재(151)의 가압 또는 해제 동작에 따라 이동한다. 안착부(130)들의 각 수용 홈(133)에 의해 시편(1)의 전면 부위가 제1 지지면(131)보다 전방으로 돌출된 상태로 있으므로, 제2 푸싱 블록(153)에 의해 시편(1)의 전면 부위가 밀리게 되면 시편(1)의 후면 부위를 제2 지지면(132)에 밀착시킬 수 있게 된다. 제2 푸싱 블록(153)은 강성 재질로 이루어질 수 있으나, 완충 재질로 이루어지는 것도 가능하다.

전술한 구성의 지그장치(100)에 의해 시편(1)들을 고정하는 과정에 대해, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 백킹 블록(10)을 포스트(120)들 사이로 인입시킨다. 그리고, 제1,2 고정부재(141)(151)를 각각 제1,2 지지 면(131)(132)으로부터 이격시켜 둔다. 이 상태에서, 시편(1)들을 각 안착부(130)의 바깥 관통 부위를 통해 삽입시킨다. 이때, 시편(1)들을 상하로 서로 맞대어 삽입시키되, 접합될 부위가 백킹 블록(10) 상에 위치하도록 삽입시킨다. 이후, 제1 조작레버(142)들을 회전시켜 제1 고정부재들(141)의 각 제1 푸싱 블록(143)에 의해 각각의 시편(1)의 상면 부위를 가압함으로써, 각각의 시편(1)의 하면을 제1 지지면(131)에 밀착시켜 고정한다. 그리고, 제2 조작레버(152)들을 회전시켜 제2 고정부재(151)들에 의해 각각의 시편(1)의 전면 부위를 가압함으로써, 각각의 시편(1)의 하면을 제2 지지면(132)에 밀착시켜 고정한다. 이 상태에서, 마찰교반점용접기(20)의 비소모성 공구를 고속으로 회전시키면서 시편(1)들의 서로 맞대어 있는 시편(1)들을 마찰교반시킴으로써 접합한다.

이러한 마찰교반 과정에서 시편(1)들에 강한 마찰력이 가해지더라도 시편(1)들은 지그장치(100)에 의해 안정되게 고정된 상태를 유지하므로, 시편(1)들 간의 비틀림 및 벌어짐 등과 같은 현상이 방지될 수 있다. 따라서, 시편(1)들의 접합부의 성능에 영향을 미치는 요인을 사전에 차단할 수 있으므로, 차후에 있을 시편(1)들의 접합부에 대한 성능 평가에서 보다 정확한 결과를 도출할 수 있다. 또한, 안전사고도 미연에 방지할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

110..베이스부 120..포스트
130..안착부 140..제1 고정기구
150..제2 고정기구

Claims (3)

1. 백킹 블록의 상면에 상하로 서로 맞대어 로딩된 시편들을 마찰교반점용접기에 의해 접합할 때 상기 시편들을 상기 백킹 블록의 상면에 고정하는 것으로서,
   베이스부;
   상기 베이스부의 상면에 좌우로 서로 이격된 상태로 각 하단이 연결되고 서로 이격된 사이로 상기 백킹 블록이 인입 또는 인출되게 하는 한 쌍의 포스트(post)들;
   상기 포스트들의 각 상측 부위에 좌우로 관통되어 형성되고 관통된 내부에 상기 각각의 시편의 하면과 후면을 지지하는 제1,2 지지면들이 형성된 안착부들;
   상기 안착부들의 각 상면부에 설치되어 상기 각각의 시편의 상면 부위를 가압함에 따라 상기 각각의 시편의 하면을 상기 제1 지지면에 밀착시켜 고정하는 제1 고정기구들; 및
   상기 안착부들의 각 전면부에 설치되어 상기 각각의 시편의 전면 부위를 가압함에 따라 상기 각각의 시편의 후면을 상기 제2 지지면에 밀착시켜 고정하는 제2 고정기구들;
   을 포함하는 마찰교반점용접 성능 평가용 시편 제조를 위한 지그장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 각각의 제1 고정기구는,
   상기 안착부들의 각 상면부에 나사 결합되어 회전 방향에 따라 내측 단이 상기 각각의 시편의 상면 부위를 가압 또는 해제하는 제1 고정부재와, 상기 제1 고정부재의 외측 단에 고정된 제1 조작레버를 포함하며;
   상기 각각의 제2 고정기구는,
   상기 안착부들의 각 전면부에 나사 결합되어 회전 방향에 따라 내측 단이 상기 각각의 시편의 전면 부위를 가압 또는 해제하는 제2 고정부재와, 상기 제2 고정부재의 외측 단에 고정된 제2 조작레버를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰교반점용접 성능 평가용 시편 제조를 위한 지그장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 안착부들은 상기 각각의 시편의 전면 부위가 상기 제1 지지면보다 전방으로 돌출되도록 각 내부의 하면으로부터 절개된 형태의 수용 홈이 형성되며;
   상기 각각의 제1 고정기구는 상기 제1 고정부재의 내측 단에 고정된 완충 재질의 제1 푸싱 블록을 더 구비하며;
   상기 각각의 제2 고정기구는 상기 제2 고정부재의 내측 단에 고정되며 상기 수용 홈 내에서 상기 제2 고정부재의 가압 또는 해제 동작에 따라 이동하는 제2 푸싱 블록을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰교반점용접 성능 평가용 시편 제조를 위한 지그장치.

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