KR101715299B1 - 구조적 컴포넌트 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

적어도 2개의 측벽 및 상기 측벽 사이의 공간을 포함하는 베이스 부재를 포함하는 구조적 컴포넌트가 제공되며, 베이스 부재는 핫 스트레치 성형을 이용하여 형성되는 기설정된 곡선 형상을 가진다. 구조적 컴포넌트는 적어도 2개의 측벽에 선형 마찰 용접되는 적어도 1개의 보강 부재를 포함하며, 이를 통해 보강 부재가 적어도 2개의 측벽 사이의 공간 내에 적어도 부분적으로 배치된다.

Description

구조적 컴포넌트 및 제조방법{STRUCTURAL COMPONENT AND METHOD OF MANUFACTURE}

본 발명은 일반적으로 구조적 컴포넌트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명의 실시예들은 베이스 부재와 베이스 부재에 부착된 적어도 하나의 보강 부재를 포함하는 향상된 구조적 컴포넌트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

항공우주 산업을 포함하는 다양한 산업은, 잔류 응력이 상대적으로 없으면서 실패 없이 가공될 수 있는 콤플렉스한 구조적 컴포넌트(complex structural components)를 요구하고 있다. 구체적으로는, 일반적으로 L형상 또는 U형상의 단면 프로파일(profile)을 갖는 곡선처리로 가공된 컴포넌트(curved finish machined components)에 대한 요구가 있으며, 이러한 L형상 또는 U형상의 프로파일은 컴포넌트의 길이를 따라 단면 형상에서 불일치를 초래하는 예를 들어 이음판(gussets), 핀(fins), 탭(tabs)과 같은 다양한 부속물(features)을 포함한다. 불행하게도, 단조, 레이저 용접, 퓨전 용접 및 이외에도 다른 알려진 방법과 같이 종래의 방법을 사용하여 L형상 또는 U형상의 부분(piece)을 곡선의 컴포넌트로 성형하고 이음판과 핀과 탭을 부가하는 것은, 수용할 수 없는 수준의 잔류 응력을 갖는 가공 컴포넌트를 만든다. 구체적으로, 이러한 잔류 응력은 컴포넌트를 성형하고 가공하는 동안 컴포넌트가 균일하지 않은 변형(inhomogenous deformation)에 노출됨으로 인해 컴포넌트에 잔류하게 된다. 잔류 응력을 갖는 컴포넌트는, 후속 가공 공정이나 사용 중에 고장(failure) 및/또는 형상이 변형(shape changes)되는 성향이 있으며, 베이스 조각(base piece)과 융합된 구성요소(combined elements) 간에 결합이 원하는 것보다 약한 결합력을 가진다. 이러한 결점 때문에, 이러한 컴포넌트는, 조각의 전체 길이 상의 부가물(additional features)을 포함하는 오리지널 압출(original extrusion) 또는 압연(rolled) 형상을 활용하여 성형되어야 하며, 원하는 부가물의 형상을 규정하기 위해 이러한 부분으로부터 재료를 제거해야 한다. 이러한 방법은, 최종 가공 과정 중 단면 형상의 나머지 부분으로부터 불필요한 재료를 제거하는 것이 상대적으로 고가의 장비와 숙련된 기술자들을 필요로 하는 시간을 소모하는 공정이기 때문에, 컴포넌트를 제조하기 위해 사용되는 원재료(raw material)의 무게와 비용을 상당히 증가시킬 뿐만 아니라 이러한 컴포넌트를 제조하기 위해 필요한 시간을 대체로 증가시킨다. 따라서, 요구되는 원재료의 사용량 및 후속 가공 공정 둘 모두를 줄일 수 있는 향상된 구조적 컴포넌트와 이의 제조방법이 요구된다.

본 발명은 구조적 컴포넌트 및 그 제조방법을 제공한다. 일 실시예에 따르면, 구조적 컴포넌트를 제조하는 방법은, 베이스 부재(base member)가 적어도 2개의 측벽(sidewall) 및 상기 측벽 사이의 공간(space)을 포함하도록 베이스 부재를 형성하는 단계를 포함한다. 베이스 부재는 핫 스트레치 성형(hot stretch forming)되며, 이를 통해 베이스 부재는 기설정된 곡선 형상(predetermined curvilinear configuration)을 가지게 된다. 적어도 1개의 보강 부재는 적어도 2개의 측벽에 선형 마찰 용접(linear friction welding)되며, 이를 통해 적어도 1개의 보강 부재는 적어도 2개의 측벽 사이의 공간 내에 적어도 부분적으로 배치된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 구조적 컴포넌트 제조방법은, 적어도 2개의 측벽 및 상기 측벽 사이의 공간을 포함하는 프로파일(profile)이 금형에 근접 형성되도록 프로파일을 금형이 배치된 단열 인클로저(heat-insulating enclosure) 내에 배치하는 단계를 포함한다. 프로파일은, 프로파일에 전류를 통과시킴으로써 작업 온도(working temperature)로 저항 가열(resistance heating)된다. 프로파일이 작업 온도에 있는 동안 프로파일과 금형은 서로에 대해 상호 이동되며, 이를 통해 기설정된 곡선 형상을 갖는 베이스 부재를 형성할 수 있다. 곡선의 베이스 부재는 장착 어셈블리(mounting assembly)에 탑재된다. 보강 부재는 선형 마찰 용접을 이용하여 적어도 2개의 측벽에 부착되며, 이를 통해 보강 부재가 적어도 2개의 측벽 사이의 공간 내에 적어도 부분적으로 배치된다. 일 실시예의 경우, 상기 부착하는 단계는, 상기 보강 부재와 제1 측벽 사이에 제1 접점(first interface) 및 상기 보강 부재와 제2 측벽 사이에 제2 접점(second interface)을 규정하기 위해, 상기 보강 부재를 상기 베이스 부재에 접하도록 배치하는 단계; 상기 제1 용접 접점에 각지게(at an angle relative to the first weld interface) 제1 단조 부하(first forge load)를 가하는 단계와, 상기 제2 용접 접점에 각지게 제2 단조 부하(second forge load)를 가하는 단계, 상기 제1 단조 부하와 상기 제2 단조 부하는 기설정된 크기를 가짐; 상기 보강 부재와 상기 베이스 부재를 가열하기 위해 상기 보강 부재를 기설정된 진동 진폭(oscillation amplitude)으로 진동시키는 단계; 상기 진동 진폭을 제로(0)로 감소시키는 단계; 기설정된 설정 포인트(set-point)로 상기 제1 및 제2 단조 부하를 증가시키고, 기설정된 시간 동안 유지하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 단조 부하를 제로(0)로 감소시키는 단계를 포함한다.

여기에 기술된 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 베이스 부재와 상기 보강 부재 중 적어도 하나는 티타늄 또는 티타늄 합금으로 형성된다. 여기에 기술된 방법의 다른 실시예에 따르면, 상기 베이스 부재와 상기 보강 부재 중 적어도 하나는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다. 여기에 기술된 방법의 다른 실시예에 따르면, 상기 베이스 부재와 상기 보강 부재는 동일한 재질로 형성된다. 여기에 기술된 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 베이스 부재와 상기 보강 부재는 상이한 재질로 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 구조적 컴포넌트는 적어도 2개의 측벽 및 상기 측벽 사이의 공간을 포함하는 베이스 부재를 포함하며, 이러한 베이스 부재는 핫 스트레치 성형을 이용하여 형성되는 기설정된 곡선 형상을 가진다. 구조적 컴포넌트는 적어도 2개의 측벽에 선형 마찰 용접되는 적어도 1개의 보강 부재를 포함하며, 이를 통해 적어도 1개의 보강 부재가 적어도 2개의 측벽 사이의 공간 내에 적어도 부분적으로 배치된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 구조적 컴포넌트는 베이스 부재를 포함하며, 상기 베이스 부재는, 적어도 2개의 측벽 및 상기 측벽 사이의 공간을 포함하는 프로파일(profile)이 금형에 근접 형성되도록 상기 프로파일을 상기 금형이 배치된 단열 인클로저(heat-insulating enclosure) 내에 배치하는 단계; 상기 프로파일에 전류를 통과시켜 상기 프로파일을 작업 온도(working temperature)로 저항 가열(resistance heating)하는 단계; 및 상기 프로파일이 상기 작업 온도에 있는 동안 상기 프로파일과 상기 금형을 서로에 대해 상호 이동시키는 단계를 통해 형성된다. 구조적 컴포넌트는 상기 베이스 부재에 부착되는 적어도 1개의 보강 부재를 포함하며, 상기 보강 부재는, 상기 보강 부재와 제1 측벽 사이에 제1 접점(first interface) 및 상기 보강 부재와 제2 측벽 사이에 제2 접점(second interface)을 규정하기 위해, 상기 보강 부재를 상기 베이스 부재에 접하도록 배치하는 단계; 상기 제1 용접 접점에 각지게(at an angle relative to the first weld interface) 제1 단조 부하(first forge load)를 가하는 단계와, 상기 제2 용접 접점에 각지게 제2 단조 부하(second forge load)를 가하는 단계, 상기 제1 단조 부하와 상기 제2 단조 부하는 기설정된 크기를 가짐; 상기 보강 부재와 상기 베이스 부재를 가열하기 위해 상기 보강 부재를 기설정된 진동 진폭(oscillation amplitude)으로 진동시키는 단계; 상기 진동 진폭을 제로(0)로 감소시키는 단계; 기설정된 설정 포인트(set-point)로 상기 제1 및 제2 단조 부하를 증가시키고, 기설정된 시간 동안 유지하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 단조 부하를 제로(0)로 감소시키는 단계를 통해 상기 베이스 부재에 부착된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 베이스 부재와 상기 보강 부재 중 적어도 하나는 티타늄 또는 티타늄 합금으로 형성된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 베이스 부재와 상기 보강 부재 중 적어도 하나는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 베이스 부재와 상기 보강 부재는 동일한 재질로 형성된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 베이스 부재와 상기 보강 부재는 상이한 재질로 형성된다.

따라서, 요구되는 원재료의 사용량 및 후속 가공 공정 둘 모두를 줄일 수 있는 향상된 구조적 컴포넌트 및 그 제조방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조적 컴포넌트를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로파일(profile)을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 2의 프로파일을 성형하는데 사용될 수 있는 스트레치 성형 장치(stretch forming apparatus)를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 3의 스트레치 성형 장치의 금형 인클로저(die enclosure) 내부에 배치된 금형(die)을 도시한 부분절개도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 마찰 용접 기계를 도시한 사시도.
도 6은 도 1의 선형 마찰 용접 기계를 도시한 사시도.
도 7은 성형된 프로파일에 직각으로 용접되는 보강 부재에 가해지는 단조력(forging forces)을 도시한 사시도.

이하에서는 몇 가지 실시예들을 도시한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 자세히 설명하기로 한다. 실제로, 본 발명은 많은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명이 이하 설명되는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 오히려, 이러한 실시예들은 그 공개 내용이 적절한 법적 요구사항을 만족하기 위해 제공된다. 유사한 식별번호는 유사한 구성요소를 참조한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 구조적 컴포넌트(10)가 제공된다. 몇 가지 실시예들에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 구조적 컴포넌트(10)는 베이스 부재(12)와 적어도 하나의 보강 부재(14)를 포함한다. 다른 실시예에 따르면, 구조적 컴포넌트(10)는 복수의 보강 부재(14)를 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 구조적 컴포넌트(10)는 금속재질로 이루어진다. 예를 들어, 베이스 부재(12) 및/또는 적어도 하나의 보강 부재(14)는 티타늄 또는 티타늄 합금으로 이루어질 수 있다. 또 다른 실시예의 경우, 베이스 부재(12) 및/또는 적어도 하나의 보강 부재(14)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.

다른 실시예의 경우는, 베이스 부재(12)의 단면 형상이 L형, U형, C형, T형 또는 그 영역 내에서 보강 부재(14)가 베이스 부재(12)에 부착될 수 있는 오픈 영역을 규정(define)하는 어떤 형상을 갖도록, 베이스 부재(12)는 바닥벽(bottom wall, 16)과 하나 이상의 측벽(sidewall, 18)을 포함한다. 비록 "바닥벽"과 "측벽"이 여기서 베이스 부재(12)의 일부를 지칭하는 것으로 사용되고 있으나, 이러한 용어들이 베이스 부재의 어느 특정 방향을 지칭하는 것으로 사용되는 것은 아니다. 즉, 여기서의 "바닥벽" 및/또는 "측벽"각각은, 베이스 부재가 그 원하는 작동 환경과 방향으로 설치될 때의 측벽(lateral sidewall), 상부벽(top wall), 또는 바닥벽(bottom wall)을 포함할 수 있는 일반적 "측벽"을 포함한다. 다른 실시예들에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 부재(12)가 대체적으로 평면 형태를 유지하는 바닥벽(16)의 평면에 수직인 하나 이상의 축을 중심으로 휘어지도록, 베이스 부재(12)는 곡선의 형상을 갖는다. 다른 실시예들의 경우, 구조적 컴포넌트(10)는 하나 이상의 탭(tab, 22) 또는 핀(fin, 24) 또는 다른 돌기(protuberances)를 더 포함할 수 있다. 이러한 탭(22) 또는 핀(24) 또는 돌기들은 베이스 부재(12)와 일체로 형성될 수도 있으며, 또는 아래 보다 상세히 후술하는 바와 같이 베이스 부재(12)에 부착될 수도 있다.

몇 가지 실시예들에 따르면, 베이스 부재(12)는 금속과 같은 재질의 부재인 프로파일(profile, 20)에 스트레치 성형 공정(stretch forming process)를 적용하여 형성된다. 프로파일(20)은 압출, 롤 단조법(roll-forged method), 또는 다른 제조방법을 통해 형성될 수 있다. 따라서, 몇 가지 실시예들의 경우, 베이스 부재(12)는 바닥면(16)과 하나 이상의 측벽(18)으로 규정된 베이스 부재(12)로서, 원하는 단면 형상을 갖는 프로파일로부터 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 프로파일(20)은 성형하기 전에 대체로 직선 형상을 가진다. 베이스 부재(12)의 곡선 형상을 얻기 위해서, 프로파일(20)은 가열되며 스트레치 성형 장치에서 성형된다. 스트레치 성형의 일반적 설명과 관련하여서는, 미국 특허 번호 U.S. Patent No. 7,669,452를 참조하기 바라며, 여기에 언급된 내용 전체가 본 출원에 기재되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 스트레치 성형 장치(30)는 메인 프레임(32)과 금형 장착면(die mounting surface, 34)과 상호 반대에 위치한 제1 및 제2 스윙암(36A, 36B)(여기서는 스윙암(36)으로도 지칭됨)을 포함한다. 스윙암(36)은, 메인 프레임(32)에 회동가능하게(pivotally) 장착되며, 유압 성형 실린더(38A, 38B, 또는 38)에 결합되며, 유압 텐션 실린더(40A, 40B)(여기서는 텐션 실린더(tension cylinder, 40)로도 지칭됨)를 탑재한다. 텐션 실린더(40)는 텐션 실린더(40)에 장착되며 유압식으로 작동하며 상호 반대에 위치하는 조 어셈블리(42A, 42B) (여기서는 조(jaw, 42)로도 지칭됨)를 가진다. 성형 실린더(38)와 텐션 실린더(40)와 조(42A, 42B)에 압력이 가해진 유압 유체를 제공하기 위해서 적절한 펌프와 밸브와 제어 컴포넌트가 제공될 수 있다. 앞서 언급한 구성요소들에 추가하여, 단열 금형 인클로저(heat-insulating die enclosure, 44)가 조 어셈블리(42A, 42B) 사이의 금형 장착면(34)에 장착된다. 몇 가지 실시예의 경우, 금형 인클로저(44)는 정렬되며 상호 반대에 위치한 제1 및 제2 개구부(opening)를 포함하며, 이런 개구부는 프로파일(20)의 단부를 수용한다. 또한, 금형 인클로저(44)는 프로파일(20)을 그 내부에 배치하고 그 내부로부터 프로파일(20)을 제거하기 위해 개방될 수 있으나, 개구부가 폐쇄되면 금형 인클로저(44)는 프로파일(20)의 단부를 위한 2개의 개구부를 제외하고는 완전히 폐쇄된다. 현재 도 4를 참조하여, 몇 가지 실시예들에서는, 금형(46)이 금형 인클로저(44) 내에 배치된다. 금형(46)은 작업면(working surface, 48)을 갖는 상대적으로 거대한 몸체이며, 이런 작업면(48)은 아래에서 보다 상세히 후술하는 바와 같이 프로파일(20)이 금형(46)을 따라 휘어짐에 따라 선택된 곡선(curve)이 프로파일(20)에 부여되도록 형성된다. 몇 가지 실시예들에 따르면, 프로파일(20)이 금형(46)의 작업면(48)에 대해 같은 높이가 되게 배치(placed flush against the working face)될 수 있도록, 작업면(48)의 단면 형상은 일반적으로 프로파일(20)의 단면 형상을 따른다.

몇 가지 실시예들에 따르면, 스트레치 성형 장치(30)를 이용하여 프로파일(20)을 구조적 컴포넌트(10)의 베이스 부재(12)로 성형하기 위해서, 프로파일(20)은 금형(46)의 작업면(48)에 근접하여 성형되도록 금형 인클로저(44) 내에 배치된다. 프로파일(20)은, 프로파일(20)의 상호 반대편에 위치한 끝단부가 그에 상응하는 금형 인클로저(44)의 제1 및 제2 개구부를 통해 연장되도록 그리고 프로파일(20)의 나머지 부분은 금형 인클로저(44) 내에 실질적으로 완전히 둘러싸이도록 금형 인클로저(44) 내에 배치된다. 조(42)는 금형 인클로저(44)의 개구부로부터 돌출되는 프로파일(20)의 상응하는 단부에 대해 고정된다. 몇 가지 실시예들에 따르면, 프로파일(20)은 조(42)와 금형(46)을 포함하는 어셈블리(30)의 구성요소들로부터 전기적으로 절연된다. 예를 들어, 금형(46)은 용융 실리카와 같은 세라믹 재질로 이루어진 복수의 부분들(pieces)로 이루어질 수 있다. 또한, 금형(46)은 다른 내화 물질로부터 제작되거나 또는 나중에 절연층으로 코팅되거나 절연층에 쌓인 비절연 물질로부터 제작될 수 있다.

몇 가지 실시예들에 따르면, 일단 프로파일(20)이 어셈블리 내에 배치되고 조(42)가 프로파일(20)의 반대편 단부들에 고정되면, 전류가 프로파일(20)을 따라 흐르면서 프로파일(20)에 저항에 따른 열을 발생시킨다. 저항에 따른 열을 발생시키기 위해서 전원과 연결된 커넥터가 프로파일(20)의 각각의 단부에 배치될 수 있다. 다른 실시예의 경우는, 상술한 바와 같이, 가열을 위한 전류연결이 조(42)를 통해 직접적으로 연결될 수 있다. 열전대(thermocouple) 또는 다른 온도 감지 장치를 이용함으로써, 전원은 온도 피드백 신호를 이용하여 제어되는 논리연산제어장치(programmable-logic-controller, PLC)일 수 있다. 이는 신속하면서도 일정한 가열을 위한 적절한 램프 속도(ramp rate)를 허용하며, 프로파일(20)이 목표하는 온도에 도달하게 되면 전류를 지연시킨다. 프로파일(20)의 온도가 성형 사이클 동안 변동됨에 따라 자동적으로 조절이 이루어지도록 하기 위해, 알려진 형태의 비례 적분 미분(proportional-integral-derivative, PID) 제어 루프가 제공될 수 있다. 이러한 제어는 성형 사이클 과정에서 활성화되고 프로그램화될 수 있다. 따라서, 목표로 하는 작업 온도 설정 포인트에 도달할 때까지, 열전대 또는 다른 온도센서로부터의 피드백을 활용함으로써, 프로파일(20)에 대한 폐쇄루프제어 가열(closed loop controlled heating)이 지속된다. 프로파일(20)을 설정 포인트로 가열하는 속도는 프로파일(20)의 단면과 길이에 따라 그리고 관련 열전대의 피드백 정보에 따라 결정된다. 스트레치 성형 공정 동안, 프로파일(20)은 섭씨 약 538도(화씨 약 1000도) 또는 그 이상으로 가열된다.

일단 작업 온도에 도달하면, 프로파일(20)을 베이스 부재(12)로 성형하는 작업이 진행될 수 있다. 몇 가지 실시예들에 따르면, 텐션 실린더(40)가 프로파일(20)을 원하는 포인트까지 길이방향으로 연장시키며, 작업 온도가 요구 조건으로 제어되는 동안 금형(46)에 대해 프로파일(20)을 접기 위해서 성형 실린더(38)가 스윙암(36)을 내측으로 회동시킨다. 따라서, 금형(46)은 곡선 형상을 베이스 부재(12)에 부여하게 된다. 스트레치 속도(stretch rates), 다양한 위치에서의 드웰 시간(dwell times) 및 온도 변경(temperature changes)은 성형 공정 중에 제어 시스템에 대한 피드백을 통해 제어될 수 있다. 일단 스윙암(36)으로부터의 위치 피드백 정보가 프로파일(20)이 최종 위치에 도달한 것을 표시하게 되면, 제어 시스템은 프로파일(20)의 구속을 해제할 준비가 될 때까지 위치 및/또는 장력(tension force)을 유지한다. 이러한 설정 포인트에 도달할 때까지, 제어 시스템은 금형을 통해 프로파일(20)을 가열하여 성형하는 것을 지속한다. 크리프 성형(creep forming)은, 필요한 만큼 온도를 제어하는 동안에 선택된 드웰 시간 동안 프로파일(20)을 금형(46)에 대해 유지시킴으로써 유도될 수 있다.

몇 가지 실시예들에 따르면, 전원을 통해 보조 열을 공급함으로써, 프로파일(20)이 자연 냉각에 비해 느린 속도로 냉각된다. 이러한 온도 감소 속도는 프로그램화되며, 온도 피드백을 통해 이를 모니터링하는 동안 프로파일(20)이 냉각되는 것을 허용한다. 일단 온도가 최종 설정 포인트에 도달하면, 프로파일(20)에 작용하는 힘이 제거되며, 전원으로부터의 전류 흐름이 차단된다. 프로파일(20)에 가해지던 힘이 제거된 후에, 조(42)가 개방될 수 있으며, 모든 전기 커넥터가 제거될 수 있으며, 성형이 완료된 베이스 부재(12)가 어셈블리(30)로부터 제거될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 성형 전에 프로파일(20)을 가열하는 단계를 포함하지 않는 스트레치 성형 공정을 통해 베이스 부재(12)가 프로파일(20)로부터 성형될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 실제로, 몇 가지 실시예들에서는, 앞서 상술한 가열 및 냉각 공정이 베이스 부재(12)를 성형하는데 활용되지 않을 수 있다. 구체적으로, 몇 가지 실시예들에 따르면, 스트레치 성형 장치(30)에 의한 저항 가열을 통해서든 다른 방식을 통해서든 프로파일(20)에 열이 제공되지 않으며, 최소한의 작업 온도에 도달하거나 또는 프로파일(20)의 온도를 제어하는 일 없이 베이스 부재(12)을 형성하기 위해서 프로파일(20)이 금형(46)에 대해 성형된다. 따라서, 이러한 실시예들의 경우, 프로파일(20)로부터 베이스 부재(12)를 성형하는 것은 스트레치 성형 장치(30)가 위치한 주위 온도(ambient temperature)에서 발생할 수 있다. 하지만, 가열 및/또는 냉각 공정이 적용되든 안되든, 그 성형 결과물인 베이스 부재(12)에는 잔류 응력(residual stress)이 실질적으로 존재하지 않으며, 이러한 잔류 응력은 바람직하게는 베이스 부재의 표면의 장력 잔류 응력을 포함하며 이에 한정되지 않는다.

앞서 상술한 공정을 통해 구조적 컴포넌트(10)의 베이스 부재(12)가 성형되고 나면, 적어도 하나 이상의 보강 부재(14)가 베이스 부재(12)에 부착된다. 몇 가지 실시예들에 따르면, 각각의 보강 부재(14)는 선형 마찰 용접(linear friction welding)을 통해 베이스 부재(12)에 부착된다. 다른 실시예들에 따르면, 싱글 단조축(single forge axis) 선형 마찰 용접 공정 또는 듀얼 단조축(dual forge axis) 선형 마찰 용접 공정이 활용될 수 있다. 이러한 용접 공정은, 하나 또는 두 개의 방향에서 작용할 수 있는 단조력(forging force)과 함께, 두 개의 금속 부분들(pieces) 간에 선형 진동 운동으로부터 생성된 마찰에 의한 국부적 열(localized heating)을 통해 두 개의 금속 부분들이 하나로 합쳐지는 것을 가능하게 한다. 듀얼 단조축 선형 마찰 용접의 일반적 설명과 관련하여서는, 미국 특허 번호 U.S. Patent No. 7,624,907을 참조하기 바라며, 여기에 언급된 내용 전체가 본 출원에 기재되어 있다.

몇 가지 실시예들에 따르면, 선형 마찰 용접 공정을 구현하기 위해 선형 마찰 용접 기계가 활용될 수 있다. 몇 가지 실시예들에서는, 선형 마찰 용접 기계는 용접 헤드(welding head)를 포함하며, 용접 헤드는 진동 및 싱글 단조축 또는 듀얼 단조축 부하(loading force)를 제공하기 위해 작동할 수 있으며, 싱글 단조축 또는 듀얼 단조축 부하는 보강 부재(14)를 베이스 부재(12)에 부착시키기 위한 용접을 생성한다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 듀얼 단조축 선형 마찰 용접 기계의 용접 헤드(50)는 다른 구성요소를 지지하기 위해 진동 블록(oscillation block, 52)을 포함한다. 몇 가지 실시예들에 따르면, 2 개의 Y축 진동 수압 베어링 액추에이터(Y-axis oscillation hydrostatic bearing actuator, 54)가 진동 블록(52)의 반대편 측면에 제공되며 이들 측면에 의해 지지된다. 4개의 Z축 단조 수압 베어링 액추에이터(Z-axis forge hydrostatic bearing actuator, 56)가 제1 단조축인 Z축을 따라 단조 부하(forge load)를 제공하기 위해 진동 블록(52)의 상면에 제공된다. 2개의 X축 수압 단조 액추에이터(X-axis hydrostatic forge actuator, 58)가 제2 단조축인 X축을 따라 단조 부하를 제공하기 위해 진동 블록(52)의 일측면을 따라 제공된다. 2개의 X축 카운터 부하 수압 베어링 액추에이터(X-axis counter-load hydrostatic bearing actuator, 60)가 X축 수압 단조 액추에이터(58)의 단조 부하에 대향하기 위해 2개의 X축 수압 단조 액추에이터(58)의 반대편에 위치한다. 4개의 Z축 카운터 부하 유동 실린더(Z-axis counter-load floating cylinder, 62)가 Z축 단조 액추에이터(56)의 부하에 대향하기 위해 진동 블록(52)의 코너 각각에 배치된다. 진동을 위해서 진동 블록(52)은, 보강 부재(14)를 고정하기 위한 클램핑 도구(clamping tool, 64)를 위한 장착면을 더 제공한다. 진동 블록(52)은 Y축 진동 수압 액추에이터(54)와 X축에서의 수압 단조 및 카운터 부하 액추에이터(58, 60) 및 Z축에서의 수압 단조 액추에이터 및 카운터 부하 실린더(56, 62) 사이에 위치된다. 복수의 수압 액추에이터 각각에는 작동을 위한 서보 밸브(servo-valve) 및 압력 위치 피드백 센서가 구비된다. 가속도 피드백을 위해서, 가속도계(accelerometer)가 수압 진동 액추에이터에 구비된다.

몇 가지 실시예들에 따르면, 구조적 컴포넌트(10)를 형성하기 위해서 보강 부재(14)를 베이스 부재(12)에 부착하기 위해서는, 각각의 보강 부재(14)는 용접 헤드(50)에 고정되며 베이스 부재(12)의 바닥벽(16) 및 측벽(18)에 접하도록 배치된다. 베이스 부재(12)는 용접 헤드(50)의 보강 부재(14)를 받아들이는 형태로 고정되어 안착된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 보강 부재(14)는 바닥벽(16)과 측벽(18)의 내측면에 의해 규정(정의)되는 평면을 따라 베이스 부재(12)에 직각이 되도록 용접된다. 구체적으로, X축 단조 액추에이터(58)는 X축 단조축 방향을 따라 단조 부하(forge load)를 제공한다. X축 카운터 부하 및 수압 베어링 액추에이터(60)는 X축에서의 수압 베어링에 요구되는 예압(preload)을 형성하기 위해 카운터 부하력(counter load force)을 제공한다. 이러한 배열은, X축에서의 진동 블록(52)을 억제하며, 용접 헤드(50)에 부하를 가할 필요 없이 단조 액추에이터(58)가 X축 상에서 위치 제어 및 유지를 가능하게 한다.

Z축 단조 액추에이터(56)는 Z축 단조축 방향을 따라 단조 부하를 제공한다. 역시 이 경우도, 수압 액추에이터에 필수적인 수압 베어링을 위한 예압(preload)이 요구된다. Z축 카운터 부하 실린더(62)는, 진동 블록(52)을 용접 헤드 하우징 내에 유지하도록 하기 위해 진동 블록의 하중 부하 및 수압 단조 액추에이터의 예압에 대응하기 위한 힘을 제공한다. 이러한 배열은, 용접 헤드(50)에 부하를 가할 필요 없이 수압 단조 액추에이터가 Z축 상에서 위치를 조절하는 것을 가능하게 한다. 어떤 임의의 2 집합(set) 액추에이터의 조합된 동작은 1개의 평면에서의 운동을 제공한다. 서로 직교하는 세 개의 집합 액추에이터는 3개의 평면에서의 용접 헤드 운동을 야기한다. 수압 진동 액추에이터는 Y축 상에서 헤드운동을 왕복시키는 고주파를 제공한다.

듀얼 축 단조 용접 공정과 관련하여 일반적으로, 진동 블록의 운동과 함께, 사전 조절된(conditioning) 단조 부하가 용접 접점들(weld interfaces)에 대응하여 0도에서 90도 각도로, 바람직하게는 실질적으로 직각이 되게 Z축 및 X축 방향으로 가해진다. 진동 운동 및 가해진 부하와 함께, 발생하는 마찰이 용접 접점들을 가소성이 좋은 재질 상태(plastic state of material)로 가열한다. 재료가 용접 접점들로부터 배출되며, 결과적으로 용접 표면을 청소하게 된다. 이러한 클리닝(cleaning) 과정에서 이동한, 즉 소비한 재료의 량을 파악하기 위해, 각각의 단조 축의 변위(displacement)를 제어 시스템이 모니터링하게 된다. 미리 설정된 클리닝 변위에 도달하게 되면, 최종 단조 운동(final forge motion)을 위해 부분(the part)을 위치시키기 위해, 진동 진폭(oscillation amplitude)을 제로(0)로 감소시킨다. 제로 진동 또는 제로 진동 근처에서, 사전 조절된 최종 단조 부하가 Z축 및 X축 방향으로 가해진다. 이렇게 가해진 단조 부하는 부분들을 하나로 만든다. 몇 가지 실시예들에 따르면, 단조 부하의 크기는 용접의 길이에 따라 좌우된다. 예를 들어, 측벽에 대한 용접이 바닥벽에 대한 용접보다 3배로 긴 경우, 측벽의 단조축(forge axis)을 따라 필요한 부하력은 바닥벽의 단조축을 따라 필요한 부하력보다 약 3배 정도 클 필요가 있다. 부하력을 가할 때, 단조 로딩 압력(forge loading pressure)은 상대적으로 일정하게 유지된다. 단조 변위는 모니터링되고 기록될 수 있다. 재료가 식어서 응고가 되면, 단조 변위는 멈춘다. 부분의 위치와 용접 품질을 확보하기 위해서, 단조 변위가 멈추 후에, 단조 부하는 기설정된 시간 동안 유지된다. 최종 용접 헤드의 위치가 기록될 수 있으며, 단조 압력(forge pressure)이 제로(0)로 감소되며, 부분을 고정하는 클램프가 해제되며, 용접 헤드가 회수됨으로써, 용접 공정 사이클이 완성될 수 있다. 따라서, 위에 상술한 듀얼 단조축 선형 마찰 용접 공정을 활용함으로써, 구조적 컴포넌트(10)를 형성하기 위해 보강 부재(14)가 베이스 부재(12)에 부착된다.

다른 실시예들에서는, 구조적 컴포넌트(10)를 형성하기 위해 보강 부재(14)를 베이스 부재(12)에 부착하기 위해서, 싱글 단조축 선형 마찰 용접 공정이 활용될 수 있다. 실제로, 몇 가지 실시예들에 따르면, 보강 부재(14), 탭(22) 및/또는 핀(24) 모두가 듀얼 단조축 선형 마찰 용접법 또는 싱글 단조축 선형 마찰 용접법을 이용하여 베이스 부재(12)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 보강 부재(14)는 듀얼 단조축 선형 마찰 용접법을 이용하여 베이스 부재(12)에 부착될 수 있으며, 원하는 탭(22) 및 핀(24)은 싱글 단조축 선형 마찰 용접법을 이용하여 베이스 부재(12)에 부착될 수 있다. 바닥벽(16)과 측벽(18) 사이의 공간에서 베이스 부재(12)에 직각으로 용접되는 것보다, 탭(22) 및/또는 핀(24)가 바닥벽(16) 또는 측벽(18)의 가장자리에 의해 정의되는 평면에 용접됨으로써, 탭(22) 및/또는 핀(24)을 부착함에 있어서 싱글 단조축 선형 마찰 용접법이 적절할 선택이 되도록 한다.

두 개의 부하가 X축과 Z축 양 방향으로 가해지기 보다는 오직 한 개의 단조 부하가 용접 헤드(60)에 의해 일 방향으로 가해지는 것을 제외하고는 싱글 단조축 선형 마찰 용접법은, 상술한 듀얼 단조축 선형 마찰 용접법과 유사한 방법으로 구현된다. 예를 들어, 한 개의 단조 부하가 Z축 방향으로 가해질 수 있다. 이런 실시예의 경우, 용접 헤드(60)에는 X축 단조 액추에이터(58) 또는 X축 카운터 부하 및 수압 베어링 액추에이터(60)가 구비되지 않을 수 있다. 부착하고자 하는 컴포넌트의 진동은, Y축 수압 진동 액추에이터(54)의 사용을 통해 여전히 Y축 방향에서 발생하며, 컴포넌트(the component)를 최종 단조 운동을 위해 위치시키기 위해서 미리 설정된 클리닝 변위에 도달하게 되면 진동 크기는 계속해서 제로(0)로 감소된다. 제로 진동 또는 제로 진동 근처에서, 미리 설정된 최종 단조 부하가 Z축 방향으로만 가해지며, 이렇게 가해진 단조 부하는 컴포넌트를 베이스 부재(12)에 부착시킨다. 단조 부하를 Z축 방향으로 가함에 따라, 컴포넌트의 위치와 용접 품질을 확보하기 위해서 단조 변위가 멈춘 후에 단조 부하 압력이 미리 설정된 시간 동안 유지된다. 따라서, 하나 이상의 보강 부재(14)와 탭(22)과 핀(24)을 베이스 부재(12)에 부착하기 위해서, 싱글 단조축 선형 마찰 용접법은, 대안으로 또는 상술한 듀얼 단조축 선형 마찰 용접법을 보완하는 것으로 활용될 수 있다.

유리하게는, 베이스 부재(12)에 부착되는 보강 부재(14)와 탭(22)과 핀(24)은 다양한 금속 재질과 금속 합금으로 형성될 수 있다. 이런 관점에서, 보강 부재(14)와 탭(22)과 핀(24) 및 베이스 부재(12)는 동일한 또는 다른 금속 및 금속 합금으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서는, 베이스 부재(12)와 이러한 베이스 부재(12)에 부착되는 부재는 각각 "난용접성(unweldable)" 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 난용접성 재질은 높은 전도성을 가지며 용접 조인트로부터 열을 신속하게 방출할 수 있는 재질이며, 및/또는 열팽창에 의해 발생하는 응력으로 인해 용접 조인트를 따라 균열을 형성하는 재질이다. 난용접성 재질은 종래의 퓨전 용접(fusion welding) 공정을 통해 용접될 경우 상대적으로 약한 용접 조인트를 만들며, 따라서 이러한 난용접성 재질은 대부분의 경우 항공우주 산업과 같이 고성능과 구조적 응용 디자이너들에게 활용되지 않는다. 이러한 재질은 티타늄, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 구체적으로 Ti-6Al-4V, AA2000, 7000 시리즈 합금과 같은 티타늄 합금을 포함할 수 있다. 유리하게는, 이러한 재료 대부분은 특수한 부식, 피로, 강도 또는 연성 특성을 가지며, 이러한 특성들은 특정 응용 분야, 구체적으로 항공우주 산업에서 요구된다.

보강 부재(14)와 베이스 부재(12)(또는 상황에 따라 탭(22) 또는 핀(24)) 사이에서의 진동은, 화씨 약 700도와 보강 부재(14)와 베이스 부재(12)를 형성하는 재료의 고상선(solidus) 바로 아래의 온도 사이의 온도로, 각각의 부재의 접촉면에 인접한 영역의 온도를 올리기 위한 충분한 마찰열을 생성한다. 선형 마찰 용접은 상당하게 변형되지만 용접 접점(weld interface)에서 실질적으로 잔류 응력이 없는 고도로 정련된 입자 구조(highly refined grain structure)를 만든다. 또한, 선형 마찰 용접은, 어떠한 퓨전 용접 공정과 비교하여도 상대적으로 열변형 영역(heat-affected zone)이 적으며, 기존 용접방식에 적합한 특성을 갖는 선택된 합금에 한정되지 않는다. 선형 마찰 용접은, 예를 들어 미세한 균열(micro-cracks), 낮은 연성(poor ductility), 융합성의 부족(lack of fusion), 다공성(porosity), 그리고 가장 중요하게는 왜곡의 최소화(minimization of distortion)와 같이 융합된 컴포넌트 부재의 형상과 허용 오차에 부정적 영향을 미치는 종래 용접과 관련된 수많은 결점을 제거한다.

따라서, 필요한 원료의 양 및 후속가공작업 모두를 줄일 수 있는 향상된 구조적 컴포넌트와 이러한 구조적 컴포넌트의 제조 방법이 제공된다. 유리하게는, 베이스 부재와 구조적 컴포넌트의 실시예들은, 상당한 잔류 응력 없이 만들어짐에 따라, 결과적으로 후속 가공 공정이나 사용 중에 실패(failure)하려는 경향, 및/또는 형상이 변형되려는 경향, 및/또는 베이스 조각(base piece)과 융합된 구성요소(combined elements) 간에 결합이 원하는 것보다 약한 결합력을 갖는 것과 같은 종래의 구조적 컴포넌트의 단점들을 보이지 않는다.

본 발명의 구체적 실시예들이 여기에 기술되어 있다. 본 발명의 많은 변형들 및 다른 실시예들이, 전술한 설명과 도면에서 제시하는 가르침의 효과로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 기술자에게 명백하다. 따라서, 본 발명은 여기 설명된 구체적 실시예들로 한정되지 않으며, 변형들과 다른 실시예들 및 이들 실시예들의 조합은 이하 청구항의 범위 내에 포함되는 것으로 이해될 것이다. 비록 여기서는 특정 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 일반적이고 설명의 관점으로만 사용되며, 권리 범위를 한정하는 것으로 사용되지 않는다.

Claims (21)

1. 적어도 2개의 측벽(sidewall) 및 상기 측벽 사이의 공간(space)을 포함하도록 베이스 부재를 형성하는 단계;
   상기 베이스 부재가 기설정된 곡선 형상(predetermined curvilinear configuration)을 가지도록 상기 베이스 부재를 핫 스트레치 성형(hot stretch forming)하는 단계; 및
   적어도 1개의 보강 부재(reinforcing member)가 상기 적어도 2개의 측벽 사이의 상기 공간 내에 적어도 부분적으로 배치되도록, 상기 적어도 1개의 보강 부재를 상기 적어도 2개의 측벽에 선형 마찰 용접(linear friction welding)하는 단계;
   를 포함하되,
   상기 적어도 1개의 보강 부재가 선형 마찰 용접되기 바로 전에, 상기 베이스 부재의 상기 적어도 2개의 측벽 중 상기 적어도 1개의 보강 부재가 선형 마찰 용접되는 부분에는 잔류 응력이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는, 구조적 컴포넌트 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 부재와 상기 보강 부재 중 적어도 하나는 티타늄 또는 티타늄 합금으로 형성되는, 구조적 컴포넌트 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 부재와 상기 보강 부재 중 적어도 하나는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되는, 구조적 컴포넌트 제조방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 부재와 상기 보강 부재는 동일한 재질로 형성되는, 구조적 컴포넌트 제조방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 부재와 상기 보강 부재는 상이한 재질로 형성되는, 구조적 컴포넌트 제조방법.
   
6. 적어도 2개의 측벽 및 상기 측벽 사이의 공간을 포함하는 프로파일(profile)이 금형에 근접 형성되도록 상기 프로파일을 상기 금형이 배치된 단열 인클로저(heat-insulating enclosure) 내에 배치하는 단계;
   상기 프로파일에 전류를 통과시켜 상기 프로파일을 작업 온도(working temperature)로 저항 가열(resistance heating)하는 단계;
   상기 적어도 2개의 측벽 및 상기 측벽 사이의 상기 공간을 포함하며 핫 스트레치 성형을 이용하여 형성된 기설정된 곡선 형상을 갖는 베이스 부재를 형성하기 위해, 상기 프로파일이 상기 작업 온도에 있는 동안 상기 프로파일과 상기 금형을 서로에 대해 상호 이동시키는 단계;
   상기 곡선의 베이스 부재를 장착 어셈블리(mounting assembly)에 탑재하는 단계; 및
   보강 부재가 상기 적어도 2개의 측벽 사이의 상기 공간 내에 적어도 부분적으로 배치되도록, 선형 마찰 용접을 이용하여 상기 보강 부재를 상기 적어도 2개의 측벽에 부착하는 단계;
   를 포함하되,
   상기 적어도 1개의 보강 부재가 선형 마찰 용접되기 바로 전에, 상기 베이스 부재의 상기 적어도 2개의 측벽 중 상기 적어도 1개의 보강 부재가 선형 마찰 용접되는 부분에는 잔류 응력이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는, 구조적 컴포넌트 제조방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 부착하는 단계는,
   상기 보강 부재와 제1 측벽 사이에 제1 접점(first interface) 및 상기 보강 부재와 제2 측벽 사이에 제2 접점(second interface)을 규정하기 위해, 상기 보강 부재를 상기 베이스 부재에 접하도록 배치하는 단계;
   상기 제1 접점에 대하여 경사각을 이루며(at an angle relative to the first weld interface) 제1 단조 부하(first forge load)를 가하는 단계와, 상기 제2 접점에 대하여 경사각을 이루며 제2 단조 부하(second forge load)를 가하는 단계, 상기 제1 단조 부하와 상기 제2 단조 부하는 기설정된 크기를 가짐;
   상기 보강 부재와 상기 베이스 부재를 가열하기 위해 상기 보강 부재를 기설정된 진동 진폭(oscillation amplitude)으로 진동시키는 단계;
   상기 진동 진폭을 제로(0)로 감소시키는 단계;
   기설정된 설정 포인트(set-point)로 상기 제1 및 제2 단조 부하를 증가시키고, 기설정된 시간 동안 유지하는 단계; 및
   상기 제1 및 제2 단조 부하를 제로(0)로 감소시키는 단계를 포함하는, 구조적 컴포넌트 제조방법.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 베이스 부재와 상기 보강 부재 중 적어도 하나는 티타늄 또는 티타늄 합금으로 형성되는, 구조적 컴포넌트 제조방법.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 베이스 부재와 상기 보강 부재 중 적어도 하나는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되는, 구조적 컴포넌트 제조방법.
   
10. 제6항에 있어서,
    상기 베이스 부재와 상기 보강 부재는 동일한 재질로 형성되는, 구조적 컴포넌트 제조방법.
    
11. 제6항에 있어서,
    상기 베이스 부재와 상기 보강 부재는 상이한 재질로 형성되는, 구조적 컴포넌트 제조방법.
    
12. 적어도 2개의 측벽 및 상기 측벽 사이의 공간을 포함하는 베이스 부재, 상기 베이스 부재는 핫 스트레치 성형을 이용하여 형성되는 기설정된 곡선 형상을 가짐; 및
    상기 적어도 2개의 측벽 사이의 상기 공간 내에 적어도 부분적으로 배치되도록, 상기 적어도 2개의 측벽에 선형 마찰 용접되는 적어도 1개의 보강 부재를 포함하되,
    상기 적어도 1개의 보강 부재가 선형 마찰 용접되기 바로 전에, 상기 베이스 부재의 상기 적어도 2개의 측벽 중 상기 적어도 1개의 보강 부재가 선형 마찰 용접되는 부분에는 잔류 응력이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는, 구조적 컴포넌트.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 베이스 부재와 상기 보강 부재 중 적어도 하나는 티타늄 또는 티타늄 합금으로 형성되는, 구조적 컴포넌트.
    
14. 제12항에 있어서,
    상기 베이스 부재와 상기 보강 부재 중 적어도 하나는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되는, 구조적 컴포넌트.
    
15. 제12항에 있어서,
    상기 베이스 부재와 상기 보강 부재는 동일한 재질로 형성되는, 구조적 컴포넌트.
    
16. 제12항에 있어서,
    상기 베이스 부재와 상기 보강 부재는 상이한 재질로 형성되는, 구조적 컴포넌트.
    
17. 베이스 부재; 및
    상기 베이스 부재에 부착되는 적어도 1개의 보강 부재를 포함하며,
    상기 베이스 부재는,
    적어도 2개의 측벽 및 상기 측벽 사이의 공간을 포함하는 프로파일(profile)이 금형에 근접 형성되도록 상기 프로파일을 상기 금형이 배치된 단열 인클로저(heat-insulating enclosure) 내에 배치하는 단계;
    상기 프로파일에 전류를 통과시켜 상기 프로파일을 작업 온도(working temperature)로 저항 가열(resistance heating)하는 단계; 및
    상기 프로파일이 상기 작업 온도에 있는 동안 상기 프로파일과 상기 금형을 서로에 대해 상호 이동시키는 단계;
    를 통해 형성되며,
    상기 보강 부재는,
    상기 보강 부재와 제1 측벽 사이에 제1 접점(first interface) 및 상기 보강 부재와 제2 측벽 사이에 제2 접점(second interface)을 규정하기 위해, 상기 보강 부재를 상기 베이스 부재에 접하도록 배치하는 단계;
    상기 제1 접점에 대하여 경사각을 이루며(at an angle relative to the first weld interface) 제1 단조 부하(first forge load)를 가하는 단계와, 상기 제2 접점에 대하여 경사각을 이루며 제2 단조 부하(second forge load)를 가하는 단계, 상기 제1 단조 부하와 상기 제2 단조 부하는 기설정된 크기를 가짐;
    상기 보강 부재와 상기 베이스 부재를 가열하기 위해 상기 보강 부재를 기설정된 진동 진폭(oscillation amplitude)으로 진동시키는 단계;
    상기 진동 진폭을 제로(0)로 감소시키는 단계;
    기설정된 설정 포인트(set-point)로 상기 제1 및 제2 단조 부하를 증가시키고, 기설정된 시간 동안 유지하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 단조 부하를 제로(0)로 감소시키는 단계;
    를 통해 상기 베이스 부재에 부착되며,
    상기 적어도 1개의 보강 부재가 선형 마찰 용접되기 바로 전에, 상기 베이스 부재의 상기 적어도 2개의 측벽 중 상기 적어도 1개의 보강 부재가 선형 마찰 용접되는 부분에는 잔류 응력이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는, 구조적 컴포넌트.
    
18. 제17항에 있어서,
    상기 베이스 부재와 상기 보강 부재 중 적어도 하나는 티타늄 또는 티타늄 합금으로 형성되는, 구조적 컴포넌트.
    
19. 제17항에 있어서,
    상기 베이스 부재와 상기 보강 부재 중 적어도 하나는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되는, 구조적 컴포넌트.
    
20. 제17항에 있어서,
    상기 베이스 부재와 상기 보강 부재는 동일한 재질로 형성되는, 구조적 컴포넌트.
    
21. 제17항에 있어서,
    상기 베이스 부재와 상기 보강 부재는 상이한 재질로 형성되는, 구조적 컴포넌트.

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