KR101571120B1 - Friction stir welding method and apparatus thereof - Google Patents

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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

용접심의 파손 가능성을 최소화하는 것은 물론, 용접속도를 개선하며, 용접라인의 강도가 개선되는 마찰교반 용접방법 및 그 장치가 소개된다. 본 발명에 따른 마찰교반 용접방법은 선행코일(C1)의 후단과 후행코일(C2)의 선단을 접촉시켜 용접라인(L)을 형성하는 준비과정(S10); 상기 선행코일(C1)과 후행코일(C2)의 일측 강도가 저하되도록 상기 용접라인(L)을 따라 열을 가하는 제1가열과정(S20); 상기 용접라인(L)측으로 마찰교반 용접장치를 삽입하는 삽입과정(S30); 및 마찰력 및 소성유동현상을 이용하여 용접라인(L)을 따라 마찰교반 용접시키는 용접과정(S40)을 포함하며, 그 장치는 하우징(12)과 이 하우징(12)에 회전가능하게 장착된 심(14)을 포함하는 용접부(10); 상기 용접부(10)의 전방에 위치하는 제1고주파가열기(22)를 구비한 가열부(20)를 포함한다.A friction stir welding method and its apparatus are introduced which minimize the possibility of breakage of the weld seam, improve the welding speed, and improve the strength of the weld line. A friction stir welding method according to the present invention includes a preparation step (S10) of forming a weld line L by contacting a rear end of a preceding coil C1 with a tip end of a following coil C2; A first heating step (S20) of applying heat along the welding line (L) so that the strength of one side of the preceding coil (C1) and the trailing coil (C2) is lowered; An insertion step (S30) of inserting a friction stir welding apparatus into the welding line (L) side; And a welding process (S40) for performing friction stir welding along the welding line (L) using a frictional force and a plastic flow phenomenon, the apparatus comprising a housing (12) and a shaft (12) rotatably mounted on the housing 14), < / RTI > And a heating unit (20) having a first high frequency heater (22) positioned in front of the welding part (10).

마찰, 교반, 용접, 가열, 소성, 원자, 확산 Friction, agitation, welding, heating, calcination, atom, diffusion

Description

마찰교반 용접방법 및 그 장치{FRICTION STIR WELDING METHOD AND APPARATUS THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a friction stir welding method,

본 발명은 마찰교반 용접방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 마찰교반 용접 전의 가열과정을 통하여 탄소강을 연화(軟化)시킴으로써 용접심의 파손 및 마모를 감소시킴과 동시에 작업 속도를 개선하고, 마찰교반 용접 후의 가열과정을 통하여 탄소강의 강도(剛度)를 증가시킨 마찰교반 용접방법 및 그 장치에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a friction stir welding method and apparatus, and more particularly, to a friction stir welding method and apparatus therefor. More particularly, the present invention relates to a friction stir welding method and apparatus, To a friction stir welding method in which the strength (rigidity) of carbon steel is increased through a heating process after stirring welding.

탄소강을 재료를 용접할 때 용접 부위의 강도 및 용접 부위의 거칠기 등을 개선시키기 위해서 다양한 용접 방법들이 시도되고 있다. 일반적으로 주로 사용하는 용접 방법으로는 매쉬 심(mash seam)용접 방법, 레이저 용접 방법 및 플래쉬 버트 용접 방법 등이 있다. 이러한 용접방법들을 개략적으로 소개한다.Various welding methods have been tried to improve the strength of the welded portion and the roughness of the welded portion when welding the carbon steel material. Commonly used welding methods include mash seam welding, laser welding, and flash butt welding. These welding methods are outlined.

매쉬 심 용접 방법은 접합부의 소재를 겹쳐 놓고 상부에서 힘을 가하여 롤을 회전시켜 소재의 변형을 유도하여 용접하는 방법이고, 레이저 용접 방법은 접합부에 레이저를 가함으로써 접합부를 용접하는 방법이다. 또한, 플래쉬 용접 방법은 접합부를 맞댄 후에 전류를 통과시켜, 이러한 전류에 의해서 발생되는 열을 이용하 는 용접 방법이다.In the method of welding the seam seams, welding is performed by superimposing the material of the joints and applying a force from the upper part to induce deformation of the material by rotating the roll, and laser welding is a method of welding the joints by applying a laser to the joints. In addition, the flash welding method is a welding method in which a current is passed after a contact portion is turned back, and heat generated by the current is used.

상기한 용접 방법들은 모두 소재를 용융하여 접합하는 용융 용접 방법으로 고탄소강이나 특수한 합금이 함유된 탄소강을 접합할 경우, 접합부의 품질이 저하되는 단점이 있었다.All of the welding methods described above have a disadvantage in that when the carbon steel containing a high carbon steel or a special alloy is joined to a welding method in which the materials are melted and joined together, the quality of the joint is deteriorated.

따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 용융 용접으로 접합하기 곤란한 탄소강을 접합하기 위한 방법으로 마찰교반 용접방법이 제시되었다.Therefore, as shown in Fig. 1, a friction stir welding method has been proposed as a method for joining carbon steel which is difficult to join by fusion welding.

압연 공정을 연속적으로 수행하기 위해서는 선행코일(C1)과 후행코일(C2)을 서로 연결시키는 작업이 필요한데, 이러한 작업은 마찰교반 용접방법으로 수행된다.In order to continuously perform the rolling process, it is necessary to connect the leading coil C1 and the trailing coil C2 to each other, and this operation is performed by a friction stir welding method.

즉, 선행코일(C1)과 후행코일(C2)의 일측이 접하게 위치시킨 후에, 숄더(1)와 핀(3)을 포함하는 마찰교반 용접기를 이용하여 선,후행코일(C1,C2)을 연결시킬 수 있었다. 그러나, 이러한 마찰교반 용접기로 용접하는 경우, 탄소강인 선행코일(C1)과 후행코일(C2)의 강도가 매우 높기 때문에, 핀(3)이 쉽게 부러지거나 마모되고, 용접된 탄소강은 그 용접라인을 따라 강도가 저하되며, 용접 작업시 작업속도가 저하되는 문제점이 있었다.That is, after the front coil C1 and one side of the trailing coil C2 are brought into contact with each other, the friction stir welding machine including the shoulder 1 and the pin 3 is used to connect the wire and the trailing coils C1 and C2 . However, in the case of welding with such a friction stir welding machine, since the strengths of the leading coil C1 and the trailing coil C2 which are carbon steels are very high, the fins 3 are easily broken or worn, The strength is lowered and the working speed is lowered during the welding work.

상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as adhering to the prior art already known to those skilled in the art.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 용접심의 마모 및 파손을 방지하고, 용접 작업의 속도가 개선되며, 용접 후 용접라인의 강도가 개선된 마찰교반 용접방법 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a friction stir welding method and apparatus for preventing wear and tear of a weld seam, improving the speed of welding operation and improving the strength of a weld line after welding, have.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마찰교반 용접방법은 선행코일의 후단과 후행코일의 선단을 접촉시켜 용접라인을 형성하는 준비과정; 상기 선행코일과 후행코일의 일측 강도가 저하되도록 고주파 유도 가열된 코일 소재를 이용하여 상기 용접라인을 따라 열을 가하는 제1가열과정; 상기 용접라인측으로 마찰교반 용접장치를 삽입하는 삽입과정; 마찰력 및 소성유동현상을 이용하여 용접라인을 따라 마찰교반 용접시키는 용접과정; 및 고주파 유도 가열된 코일 소재를 이용하여 상기 용접라인을 따라 열을 가하는 제2가열과정을 포함하고, 상기 제1가열과정에서 상기 용접장치에 가까울수록 상기 용접라인과의 간격이 좁아지도록 틸팅되어 배치된 상기 코일 소재에 의해 상기 용접장치에 가까울수록 상기 용접라인에 가해지는 열이 많아지고, 상기 제2가열과정에서 상기 용접장치에서 멀어질수록 상기 용접라인과의 간격이 멀어지도록 틸팅되어 배치된 상기 코일 소재에 의해 상기 용접장치에 멀어질수록 상기 용접라인에 가해지는 열이 작아지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a friction stir welding method comprising: preparing a welding line by contacting a trailing end of a preceding coil with a leading end of a trailing coil; A first heating step of applying heat along the welding line by using a coil material having high frequency induction heating so that the strength of one side of the preceding coil and that of the trailing coil are lowered; Inserting a friction stir welding apparatus into the welding line; A welding process in which friction stir welding is performed along a welding line using friction force and plastic flow phenomenon; And a second heating step of applying heat along the welding line using a high frequency induction-heated coil material. In the first heating step, the distance between the welding line and the welding line is tilted so as to be narrower Wherein the first welding line and the second welding line are arranged such that a distance between the welding line and the welding line becomes longer as the distance from the welding line increases in the second heating process, And the heat applied to the welding line decreases as the coil material moves away from the welding apparatus.

상기 제1가열과정에서 가해지는 주파수의 세기는 상기 선행코일 및 후행코일의 두께와 관련하여 하기 식에 의해 연산되는 것을 특징으로 한다.The intensity of the frequency applied in the first heating process is calculated by the following equation with respect to the thicknesses of the preceding coil and the following coil.

δ= 503.3(ρ/fμi )1/2 ? = 503.3 (? / f? i ) 1/2

ρ; 저항율 [Ωm]ρ; Resistivity [Ωm]

μi; 비투자율 μ i ; Specific permeability

δ; 두께delta; thickness

f: 주파수f: Frequency

삭제delete

상기 제1가열과정은 300℃~1400℃에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.The first heating process is performed at 300 ° C to 1400 ° C.

상기 제2가열과정은 300℃~1400℃에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.And the second heating process is performed at 300 ° C to 1400 ° C.

상기 제1가열과정은 코일을 용접장치에 대하여 코일을 1°~8°틸팅하면서 이루어지는 것을 특징으로 한다.The first heating process is performed while the coil is tilted with respect to the welding apparatus by 1 DEG to 8 DEG.

상기 제2가열과정은 코일을 용접장치에 대하여 코일을 1°~8°틸팅하면서 이루어지는 것을 특징으로 한다.The second heating process is performed while the coil is tilted with respect to the welding apparatus by 1 ° to 8 °.

또한, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마찰교반 용접장치는 하우징과, 이 하우징에 회전가능하게 장착된 심을 포함하는 용접부; 상기 용접부의 전방에 위치하고, 상기 용접부에 대하여 일정각도 틸팅된 제1고주파가열기와, 상기 제1고주파가열기 및 용접부와 일직선상에서 상기 용접의 후방에 위치하고, 상기 용접부에 대하여 일정각도 틸팅된 제2고주파가열기를 구비한 가열부를 포함하고, 상기 제1고주파가열기는 상기 용접부에 가까울수록 용접라인과의 간격이 좁아지도록 틸팅되어 배치되며, 상기 제2고주파가열기는 상기 용접부에 멀어질수록 용접라인과의 간격이 멀어지도록 틸팅되어 배치된 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a friction stir welding apparatus comprising: a housing; A first high frequency heater located at a front of the welding portion and tilted at a predetermined angle with respect to the welding portion and a second high frequency heater positioned at a rear of the welding portion in a straight line with the first high frequency heating and welding portion, Wherein the first high frequency heater is arranged in a tilted manner so that the gap between the first high frequency heater and the welding line becomes narrower as the first high frequency heater is closer to the welding portion, And arranged so as to be spaced apart from the line.

삭제delete

본 발명은 상기한 기술적 구성으로 인해 선행코일과 후행코일이 맞닿아 형성되는 용접라인이 연화되어 용접시 용접심의 마찰 및 파손 가능성이 최소화되는 것은 물론, 용접 작업의 속도가 개선된다. 나아가, 용접 후 열처리 효과를 통하여 용접라인의 강도가 개선된다. In the present invention, the welding line formed by abutting the leading and trailing coils is softened due to the above-described technical structure, thereby minimizing the possibility of friction and breakage of the welding seam during welding, and also improving the speed of the welding operation. Furthermore, the strength of the weld line is improved through the post-weld heat treatment effect.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 마찰교반 용접방법 및 그 장치에 대하여 살펴본다.Hereinafter, a friction stir welding method and apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마찰교반 용접방법은 준비과정(S10), 제1가열과정(S20), 삽입과정(S30) 및 용접과정(S40)을 포함한다.As shown in FIG. 2, the friction stir welding method according to the present invention includes a preparation step (S10), a first heating step (S20), an inserting step (S30), and a welding step (S40).

준비과정(S10)은 선행코일(C1)과 후행코일(C2)을 연결시키기 위하여 선행코일(C1)의 후단과 후행코일(C2)의 선단을 접촉시켜 용접라인(L)을 형성하는 과정이다. 용접라인(L)은 후술할 마찰교반 용접장치가 이동하는 기준선이 되는 라인임과 동시에, 선행코일(C1)과 후행코일(C2)이 맞닿아 연결되는 부분이다.The preparing process S10 is a process of forming the welding line L by contacting the trailing end of the preceding coil C1 and the leading end of the trailing coil C2 to connect the trailing coil C1 and the trailing coil C2. The welding line L is a line serving as a reference line on which the friction stir welding apparatus to be described later moves and is a portion where the leading coil C1 and the trailing coil C2 are in contact with each other.

준비과정(S10)을 통하여 선행코일(C1)의 후단과 후행코일(C2)의 선단이 접촉된 상태에서 제1가열과정(S20)이 진행된다. 제1가열과정(S20)은 용접라인(L)에 열을 가하는 과정인데, 용접라인(L)을 기준으로 양 측에 위치하는 탄소강 재질의 선행코일(C1) 및 후행코일(C2)의 일측에 열이 가해지면, 이러한 탄소강이 연화(軟化)된다. 즉, 선행코일(C1)과 후행코일(C2)이 부드럽고 무르게 되는 것이다.The first heating process S20 is performed in a state where the trailing end of the preceding coil C1 and the leading end of the trailing coil C2 are in contact with each other through the preparation step S10. The first heating process S20 is a process of applying heat to the welding line L. The first heating process S20 is performed on one side of the preceding coil C1 and the trailing coil C2 of carbon steel material positioned on both sides with respect to the welding line L When heat is applied, such carbon steel is softened. That is, the leading coil C1 and the trailing coil C2 are smooth and soft.

제1가열과정(S20)을 통하여 용접라인(L)을 기준으로 선행코일(C1)과 후행코일(C2)의 일측이 연화되면, 삽입과정(S30)가 진행된다. 삽입과정(S30)는 용접라인(L)측으로 마찰교반 용접장치를 삽입하는 과정이다. 이러한 마찰교반 용접장치에 대하여는 후술한다.When one side of the leading coil C1 and the trailing coil C2 is softened with respect to the welding line L through the first heating process S20, the inserting process S30 proceeds. The inserting process S30 is a process of inserting a friction stir welding device into the welding line L side. Such a friction stir welding apparatus will be described later.

마찰교반 용접장치를 삽입한 후에 용접과정(S40)이 진행되는데, 이러한 용접과정(S40)은 마찰력 및 소성유동현상에 기초하여 이루어진다. 즉, 마찰교반 용접장 치가 용접라인(L)에 접촉되어 상기 용접라인(L)을 따라 이동하면 탄소강인 선행코일(C1) 및 후행코일(C2)의 일측에 마찰열이 유도된다. 이러한 마찰열이 발생된 상태에서, 선행코일(C1) 또는 후행코일(C2) 중 어느 한 코일에 일 방향 압력을 가하면, 소성유동현상에 의하여 용접된다. 따라서, 용접라인(L)이 가열된 상태, 즉, 탄소강인 선행코일(C1) 및 후행코일(C2)이 연화된 상태에서 용접이 이루어지기 때문에, 마찰교반 용접장치의 용접심의 마모 및 파손 가능성이 최소화되며, 용접 작업의 속도가 개선된다.After the friction stir welding apparatus is inserted, the welding process S40 is performed. This welding process S40 is performed based on the frictional force and the plastic flow phenomenon. That is, when the friction stir welding device contacts the welding line L and moves along the welding line L, frictional heat is induced to one side of the leading coil C1 and the trailing coil C2, which are carbon steels. When one directional pressure is applied to any of the coils of the preceding coil (C1) or the trailing coil (C2) in the state where such frictional heat is generated, it is welded by the plastic flow phenomenon. Therefore, since the welding is performed in a state where the welding line L is heated, that is, the front coil C1 and the trailing coil C2, which are carbon steel, are softened, the possibility of wear and breakage of the welding seam of the friction stir welding apparatus And the speed of the welding operation is improved.

한편, 본 발명의 마찰교반 용접방법은 제2가열과정(S50)을 포함하는 것이 바람직하다. 제2가열과정(S50)은 용접과정(S40) 이후에 선행코일(C1)과 후행코일(C2)이 연결된 부분인 용접라인(L)의 원자 확산을 촉진시켜 접합성을 향상시킨다. 용접과정(S40) 이후에 용접라인(L) 부분이 급냉되면, 용접라인(L)의 잔류응력이 증가하고, 취성이 증가하기 때문에, 선행코일(C1)과 후행코일(C2)은 용접라인(L)을 기준으로 파손될 가능성이 커지게 된다. 따라서, 제2가열과정(S50)은 용접라인(L)이 급냉을 방지하기 위하여, 용접라인(L)을 소정의 온도 범위로 다시 가열하는 과정이다. 즉, 용접라인(L)은 소정의 온도 범위에서 가열되어 급냉이 방지되기 때문에, 탄소강이 변형되거나 갈라지는 것이 방지된다.Meanwhile, the friction stir welding method of the present invention preferably includes a second heating step (S50). The second heating process (S50) promotes atom diffusion of the welding line (L), which is a portion where the preceding coil (C1) and the trailing coil (C2) are connected after the welding process (S40). The leading coil C1 and the trailing coil C2 are welded to the welding line L because the residual stress of the welding line L increases and the brittleness increases when the welding line L portion is quenched after the welding process S40 L) is likely to be damaged. Therefore, the second heating process S50 is a process of heating the welding line L again to a predetermined temperature range so as to prevent the welding line L from being quenched. That is, since the welding line L is heated in a predetermined temperature range to prevent quenching, the carbon steel is prevented from being deformed or cracked.

상기 제1가열과정 및 제2가열과정은 고주파 유도가열 방식으로 가열된다. 고주파 유도가열은 가열시간이 매우 짧고, 두께 방향으로 동시에 가열될 수 있는 특징이 있다. 예를 들어 2~5mm 소재를 800℃로 가열하는데 소요되는 시간은 약 10초 밖에 소요되지 않으며, 표면과 뒷면의 온도가 거의 비슷하게 상승한다. 소재를 가 열하는 두께는 아래의 식으로 계산된다.The first heating process and the second heating process are heated by a high frequency induction heating method. The high-frequency induction heating has a feature that the heating time is very short and can be simultaneously heated in the thickness direction. For example, it takes about 10 seconds to heat a 2 to 5 mm material to 800 ° C, and the temperature on the surface and the backside rises almost alike. The thickness of the material is calculated by the following formula.

δ= 503.3(ρ/fμi )1/2=(2ρ/μw)1/2 ? = 503.3 (? / f? i ) 1/2 = ( 2 ? / uw) 1/2

ρ; 저항율 [Ωm], μi; 비투자율, δ; 두께, f: 주파수, w: 각주파수ρ; Resistivity [Ωm], μ i ; Specific permeability, 隆; Thickness, f: frequency, w: angular frequency

본 발명에 따른 마찰교반 용접방법에서 용접이 수행되는 탄소강의 소재가 1~5mm라면, 사용되는 주파수는 150~350㎒ 이다.In the friction stir welding method according to the present invention, when the carbon steel material to be welded is 1 to 5 mm, the frequency used is 150 to 350 MHz.

상기한 제1과열과정과 제2가열과정(S50)은 300℃~1400℃ 범위 내에서 이루어진다.The first superheating process and the second heating process (S50) are performed at a temperature of 300 ° C to 1400 ° C.

제1가열과정(S20)이 300℃ 미만에서 이루어지는 경우, 탄소강을 연화시키려는 목적 달성이 어려워 마찰교반 용접장치의 심(14)이 부러지거나 심하게 마모되는 것을 방지하기 어렵고, 1400℃를 초과하여 진행되는 경우, 마찰교반 용접시 용접라인(L)이 과도하게 녹아 탄소강의 형상이 불균일해지는 문제점이 발생된다.When the first heating process S20 is performed at a temperature lower than 300 deg. C, it is difficult to achieve the purpose of softening carbon steel, so that it is difficult to prevent the shim 14 of the friction stir welding apparatus from being broken or severely worn. There is a problem that the welding line L is excessively melted at the time of friction stir welding and the shape of the carbon steel becomes uneven.

또한, 제2가열과정(S50)이 300℃ 미만에서 이루어지는 경우, 탄소강 원자를 촉진시키기 어려워 소정의 열처리 효과를 얻을 수 없고, 1400℃ 이상에서 진행되는 경우, 용접라인(L)의 형상이 의도하지 않는 형상으로 변형될 수 있기 때문에, 제2가열과정(S50)은 300℃~1400℃ 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.When the second heating process (S50) is performed at a temperature lower than 300 占 폚, it is difficult to accelerate the carbon steel atoms so that a predetermined heat treatment effect can not be obtained. When the heating process is performed at 1400 占 폚 or higher, the shape of the welding line L is not intended It is preferable that the second heating step (S50) is performed in the range of 300 占 폚 to 1400 占 폚.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1가열과정(S20) 및 제2가열과정(S50)은 용접장치를 기준으로 코일(22b)을 일정각도 틸팅한 상태에서 진행되는 것이 바람직하다. 즉, 가열된 시점과 용접이 이루어지는 시점 사이의 시간적 간격을 최소화하기 위하여, 용접장치에서 최대한 가까운 지점에서 가열이 이루어지도록 하는 것이다. 상기 한 바와 같이, 가열 효과를 최대화하기 위해 코일(22b)을 용접장치에 대하여 1°~8°틸팅한 상태에서 제1가열과정(S20) 및제2가열과정(S50)을 진행하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3, it is preferable that the first heating process (S20) and the second heating process (S50) proceed in a state where the coil 22b is tilted at a predetermined angle based on the welding apparatus. That is, in order to minimize the time interval between the heating point and the welding point, heating is performed as close as possible to the welding apparatus. As described above, in order to maximize the heating effect, it is preferable to perform the first heating step (S20) and the second heating step (S50) while the coil 22b is tilted by 1 ° to 8 ° with respect to the welding apparatus.

코일(22b)이 1°미만인 경우, 틸팅의 효과가 제대로 발휘될 수 없고, 코일(22b)이 8°를 초과하는 경우, 용접라인(L)과 이격된 코일(22b)부분이 용접라인을 가열하지 못하고, 스스로 가열만 되기 때문에, 코일(22b)에 손상이 일어나는 문제가 발생된다. When the coil 22b is less than 1 DEG, the effect of tilting can not be exhibited properly. When the coil 22b exceeds 8 DEG, the portion of the coil 22b separated from the welding line L is heated The coil 22b is damaged, and the coil 22b is heated only by itself.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마찰교반 용접장치는 용접부(10)와 가열부(20)를 포함한다.Meanwhile, as shown in FIG. 4, the friction stir welding apparatus according to the present invention includes a welding portion 10 and a heating portion 20.

본 발명에 따른 마찰교반 용접장치의 용접부(10)는 하우징(12)과 심(14)을 포함한다. 하우징(12)은 다양한 형상으로 제조될 수 있는 바, 이러한 하우징(12)에는 심(14)이 회전가능하게 장착된다. 하우징(12)으로부터 회전되는 심(14)의 회전력이 용접라인(L)에 맞닿으면, 이러한 심(14)과 용접라인(L)간의 마찰력에 의한 마찰열에 의해 선행코일(C1)과 후행코일(C2)의 일측이 맞닿아 있는 용접라인(L)의 온도가 상승하고, 선행코일(C1)과 후행코일(C2)의 소성유동현상에 의해 양 코일이 용접된다.A welding portion (10) of a friction stir welding apparatus according to the present invention includes a housing (12) and a shim (14). The housing 12 can be manufactured in various shapes, in which the shim 14 is rotatably mounted. When the rotational force of the shim 14 rotated from the housing 12 comes into contact with the welding line L, the frictional heat between the shim 14 and the welding line L causes the frictional force between the leading coil C1 and the trailing coil L, The temperature of the welding line L where one side of the second coil C2 is in contact with the first coil C2 is increased and both coils are welded by the plastic flow phenomenon of the preceding coil C1 and the following coil C2.

한편, 이러한 용접부(10)의 전방 일직선상에는 제1고주파가열기(22)가 위치한다. 이러한 제1고주파가열기(22)는 용접라인(L)이 용접부(10)에 의해 용접되기 전에, 용접라인(L)을 가열하여 연화시키는 기능을 한다. 이러한 제1고주파가열 기(22)는 용접부(10)와는 별도로 별물로 제조될 수도 있는 바, 용접라인(L)을 예열시키는 기능을 만족시키는 경우, 고주파 유도 가열장치가 이용될 수도 있으며, 다양한 형상 및 구조로 설계될 수 있다.On the other hand, the first high frequency heater 22 is located on the front straight line of the welding portion 10. The first high frequency heater 22 functions to heat and soften the welding line L before the welding line L is welded by the welding portion 10. The first high frequency heater 22 may be manufactured separately from the welding portion 10 and may be a high frequency induction heating device if it satisfies the function of preheating the welding line L, And structures.

또한, 가열부(20)는 제2고주파가열기(24)를 더 포함하는 것이 바람직한데, 이러한 제2고주파가열기(24)는 선행코일(C1)과 후행코일(C2)이 용접된 상태에서, 마무리 열처리를 하는 기능을 수행하면 충분하기 때문에, 이러한 기능을 만족시키는 경우, 고주파 유도 가열장치가 이용될 수도 있으며, 다양한 형상 및 구조로 설계될 수 있다. 다만, 설계시, 용접부(10)와 제1고주파가열기(22) 및 제2고주파가열기(24)는 일직선상에 놓여, 용접라인(L)을 따라 위치할 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다.It is preferable that the heating unit 20 further includes a second high frequency heater 24. The second high frequency heater 24 may be configured such that the leading coil C1 and the trailing coil C2 are welded And a finishing heat treatment is sufficient. Therefore, when such a function is satisfied, a high frequency induction heating apparatus may be used, and it may be designed in various shapes and structures. However, it is preferable that the welding portion 10, the first high frequency heater 22, and the second high frequency heater 24 are placed in a straight line and can be positioned along the welding line L at the time of designing.

제1고주파가열기(22)는 전자회로(미도시)가 내장된 공진박스(22a)와, 이러한 공진박스(22a)로부터 인출되어 형성된 코일(22b)을 포함한다. 전자회로에 전류가 인가되어 코일(22b)에 유도전류가 흐르면, 코일(22b)은 발열하게 된다. 이러한 코일(22b)은 상술한 바와 같이, 용접부(10)에 대하여 1°~ 8°틸팅된 상태를 유지하기 때문에, 가열 효과를 최대화할 수 있다. 제2고주파가열기(24) 또한, 제1고주파가열기(22)와 동일한 구조로 형성되는 바, 상세한 설명은 생략한다.The first high frequency heater 22 includes a resonance box 22a having an electronic circuit (not shown) incorporated therein and a coil 22b drawn out from the resonance box 22a. When a current is applied to the electronic circuit and an induced current flows through the coil 22b, the coil 22b generates heat. As described above, since the coil 22b maintains a state of being tilted by 1 DEG to 8 DEG with respect to the welded portion 10, the heating effect can be maximized. The second high frequency heater 24 is also formed in the same structure as the first high frequency heater 22, and a detailed description thereof will be omitted.

제1고주파가열기(22) 및 제2고주파가열기(24)는 용접부(10)와 동일한 프레임(미도시)상에 장착하는 것이 바람직하다. 용접부(10) 또는 제1고주파가열기(22) 및 제2고주파가열기(24)를 선택적으로 용접라인(L)을 따라 위치시키면, 나머지 구성은 자동적으로 용접라인(L)을 따라 위치하게 된다. 따라서, 각각의 구성을 별도 로 용접라인(L)을 따라 위치시키지 않아도 되기 때문에, 작업성이 개선된다.The first high frequency heater 22 and the second high frequency heater 24 are preferably mounted on the same frame (not shown) as the weld 10. When the welding portion 10 or the first high frequency heater 22 and the second high frequency heater 24 are selectively positioned along the welding line L, the remaining structure is automatically positioned along the welding line L . Therefore, since the respective components do not need to be placed along the welding line L separately, the workability is improved.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

도 1은 종래의 마찰교반 용접장치를 나타낸 도면;1 shows a conventional friction stir welding apparatus;

도 2는 본 발명의 마찰교반 용접방법을 나타낸 도면;2 shows a friction stir welding method of the present invention;

도 3은 본 발명의 마찰교방 용접장치를 나타낸 도면;3 is a view of a friction welding device of the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 마찰교반 용접장치의 개략도이다.4 is a schematic view of a friction stir welding apparatus according to the present invention.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※[Description of Reference Numerals]

S10: 준비과정 S20: 제1가열과정S10: preparation process S20: first heating process

S30: 삽입과정 S40: 용접과정S30: Insertion process S40: Welding process

10: 용접부 12: 하우징10: welding part 12: housing

14: 심 20: 가열부14: core 20: heating section

22: 제1고주파가열기 24: 제2고주파가열기22: first high frequency heating 24: second high frequency heating

22a: 공진박스 22b: 코일22a: resonance box 22b: coil

C1: 선행코일 C2: 후행코일C1: preceding coil C2: trailing coil

L: 용접라인L: Welding line

Claims (9)

선행코일(C1)의 후단과 후행코일(C2)의 선단을 접촉시켜 용접라인(L)을 형성하는 준비과정(S10);A preparation step (S10) of forming a welding line L by bringing the rear end of the preceding coil (C1) and the leading end of the following coil (C2) into contact with each other; 상기 선행코일(C1)과 후행코일(C2)의 일측 강도가 저하되도록 고주파 유도 가열된 코일 소재를 이용하여 상기 용접라인(L)을 따라 열을 가하는 제1가열과정(S20);A first heating step (S20) of applying heat along the welding line (L) by using a coil material of high frequency induction heating so that the strength of one side of the preceding coil (C1) and the trailing coil (C2) is lowered; 상기 용접라인(L)측으로 마찰교반 용접장치를 삽입하는 삽입과정(S30);An insertion step (S30) of inserting a friction stir welding apparatus into the welding line (L) side; 마찰력 및 소성유동현상을 이용하여 용접라인(L)을 따라 마찰교반 용접시키는 용접과정(S40); 및A welding process (S40) for performing friction stir welding along the welding line (L) using the frictional force and the plastic flow phenomenon; And 고주파 유도 가열된 코일 소재를 이용하여 상기 용접라인을 따라 열을 가하는 제2가열과정(S50)을 포함하고,And a second heating step (S50) of applying heat along the welding line using a high frequency induction-heated coil material, 상기 제1가열과정(S20)에서 상기 용접장치에 가까울수록 상기 용접라인(L)과의 간격이 좁아지도록 틸팅되어 배치된 상기 코일 소재에 의해 상기 용접장치에 가까울수록 상기 용접라인(L)에 가해지는 열이 많아지고,The closer to the welding apparatus, the closer to the welding apparatus, by the coil material arranged in a tilted manner so that the distance from the welding line (L) becomes narrower in the first heating process (S20) There is a lot of losing heat, 상기 제2가열과정(S50)에서 상기 용접장치에서 멀어질수록 상기 용접라인(L)과의 간격이 멀어지도록 틸팅되어 배치된 상기 코일 소재에 의해 상기 용접장치에 멀어질수록 상기 용접라인(L)에 가해지는 열이 작아지는 것을 특징으로 하는 마찰교반 용접방법.As the distance from the welding line (L) increases in the second heating process (S50), the distance between the welding line (L) and the welding line (L) And the heat applied to the friction stir welding is reduced. 청구항 1에 있어서, 상기 제1가열과정(S20)에서 가해지는 주파수의 세기는 상기 선행코일(C1) 및 후행코일(C2)의 두께와 관련하여 하기 식에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 마찰교반 용접방법.The method of claim 1, wherein the intensity of the frequency applied in the first heating step (S20) is calculated by the following equation with respect to the thicknesses of the preceding coil (C1) and the trailing coil (C2) Way. δ= 503.3(ρ/fμi )1/2 ? = 503.3 (? / f? i ) 1/2 ρ; 저항율 [Ωm]ρ; Resistivity [Ωm] μi; 비투자율 μ i ; Specific permeability δ; 두께delta; thickness f: 주파수f: Frequency 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 제1가열과정은 300℃~1400℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰교반 용접방법.The friction stir welding method according to claim 1, wherein the first heating process is performed at 300 ° C to 1400 ° C. 청구항 1에 있어서, 상기 제2가열과정은 300℃~1400℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰교반 용접방법.The friction stir welding method according to claim 1, wherein the second heating process is performed at 300 ° C to 1400 ° C. 청구항 1에 있어서, 상기 제1가열과정(S20)은 용접장치에 대하여 코일을 1°~8°틸팅하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰교반 용접방법.The friction stir welding method according to claim 1, wherein the first heating step (S20) is performed while the coil is tilted by 1 ° to 8 ° with respect to the welding apparatus. 청구항 1에 있어서, 상기 제2가열과정(S50)은 용접장치에 대하여 코일을 1°~8°틸팅하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰교반 용접방법.The friction stir welding method according to claim 1, wherein the second heating step (S50) is performed while the coil is tilted by 1 DEG to 8 DEG with respect to the welding apparatus. 하우징(12)과, 이 하우징(12)에 회전가능하게 장착된 심(14)을 포함하는 용접부(10);A welding section (10) comprising a housing (12) and a shim (14) rotatably mounted on the housing (12); 상기 용접부(10)의 전방에 위치하고, 상기 용접부에 대하여 일정각도 틸팅된 제1고주파가열기(22)와, 상기 제1고주파가열기(22) 및 용접부(10)와 일직선상에서 상기 용접부(10)의 후방에 위치하고, 상기 용접부에 대하여 일정각도 틸팅된 제2고주파가열기(24)를 구비한 가열부(20);를 포함하고,A first high frequency heater 22 positioned in front of the welding portion 10 and tilted at a predetermined angle with respect to the welding portion and a second high frequency heater 22 positioned in front of the welding portion 10 in a straight line with the first high frequency heater 22 and the welding portion 10. [ And a heating unit (20) located behind the welding unit and having a second high frequency heater (24) tilted at a predetermined angle with respect to the welding unit, 상기 제1고주파가열기(22)는 상기 용접부(10)에 가까울수록 용접라인(L)과의 간격이 좁아지도록 틸팅되어 배치되며,The first high frequency heater 22 is disposed at a tilting position so that the gap between the first high frequency heater 22 and the welding line L becomes narrower toward the welding portion 10, 상기 제2고주파가열기(24)는 상기 용접부(10)에 멀어질수록 용접라인(L)과의 간격이 멀어지도록 틸팅되어 배치된 것을 특징으로 하는 마찰교반 용접장치.Wherein the second high frequency heater (24) is tilted so that the distance between the second high frequency heater (24) and the welding line (L) becomes farther away from the welding portion (10). 삭제delete
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