KR101731904B1

KR101731904B1 - 예열수단을 갖는 마찰용접장치 및 그 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법

Info

Publication number: KR101731904B1
Application number: KR1020160123418A
Authority: KR
Inventors: 문명성
Original assignee: 문명성
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2017-05-02

Abstract

본 발명은 마찰용접장치 및 마찰용접방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마찰용접을 수행함에 있어 양측의 제1,2 접합부재의 접촉면에 대하여 예열을 수행함으로써, 마찰시간의 단축으로 인한 접합부재의 마모 발생을 방지하며, 이에 따른 제품의 오차가 발생되는 것을 방지하고, 특히 접합부의 균일함의 유지에 따른 정밀한 접합이 가능하게 하며, 또한, 마찰시간의 단축으로 인해 접합부에 대한 버의 발생을 최소화시켜 후가공인 버 제거작업의 편리함 및 시간의 단축을 가져오게 하고, 특히 마찰작업에 소모되는 에너지의 절감과, 마찰용접으로 인한 제품의 생산성의 향상을 가져오게 하며, 또한, 마찰시간의 단축과 버 발생의 최소화 등에 따른 제작상의 편리함으로 자제원가의 절감이 가능하게 하고, 특히 용접시 발생되는 유해가스를 최소화시켜 환경오염을 예방하기 위한 예열수단을 갖는 마찰용접장치 및 그 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법에 관한 것이다.

Description

예열수단을 갖는 마찰용접장치 및 그 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법{Friction welding method and preheating means having friction welding device}

본 발명은 마찰용접장치 및 마찰용접방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마찰을 이용한 용접을 수행함에 있어, 제1,2 접합부재의 용접부에 대하여 예열을 수행후, 용접이 가능하게 함으로써 접합부재의 마모 방지와, 용접부에 대한 버(Burr)의 발생을 최소화시키는 등 용접성능의 향상을 가져오게 하기 위한 예열수단을 갖는 마찰용접장치 및 그 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 마찰 용접은 소재를 1분에 약 1600-2200rpm으로 회전시키면서 3-10ton 범위로 정지한 소재의 측면을 가압하여 접촉면에서 1000-1400℃의 마찰열이 발생되도록 하고, 이후로 회전하는 소재를 정지시키는 동시에 접촉면 방향으로 7-20ton 범위로 재차 가압하여 접촉면을 소성변형시킴으로써 용접하는 방식이다.

이러한 마찰용접은 에너지절감과 작업장 내의 환경개선(가스, 연기, 분진, 소음의 일소), 작업공정의 단순화에 따른 생산성 향상과 가공비용의 저렴화 등의 요구로 인해, 최근에는 자동차, 항공기, 철도차량, 선박 및 각종 기계장치 분야에 광범위하게 적용하고 있다.

한편, 이러한 종래의 마찰용접장치는 먼저 제1 접합부재가 장착되어 회전 가능하게 하는 회전 장착부와, 그 회전 장착부와 대항되게 형성되어 제2 접합부재가 장착되는 이송 가압부가 구비되는 것으로, 회전 장착부에 의해 제1 접합부재에 회전력을 부여함과 동시에 이송 가압부를 이송시켜 제2 접합부재의 단부를 회전하는 제1 접합부재의 단부에 접촉시켜, 이에 접촉면에서 발생되는 마찰열을 이용하여 용융 접합시키게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 마찰용접장치는, 제1,2 접합부재가 접촉되어 마찰열이 발생하는 동안 그 접촉면에 대한 마모가 발생하게 되는 것인바, 용접 완료시 제품의 오차 발생과, 불규칙한 마모로 인한 양측 접합부재의 뒤틀림이 발생하는 등 제품의 품질이 저하되고, 장시간에 걸친 마찰 및 마모로 인해 접합부에 대하여 상당량의 버(Burr)가 발생하게 되어 후가공인 버 제거작업에 소요되는 시간이 지연되고, 마찰시간의 지연으로 인해 상당한 에너지의 소모가 발생하게 되는 등 제품 생산성의 저하를 가져오는 문제점이 있었다.

대한민국특허등록공보 제10-1411220호.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 마찰용접을 수행함에 있어 양측의 제1,2 접합부재의 접촉면에 대하여 예열을 수행함으로써, 마찰시간의 단축으로 인한 접합부재의 마모 발생을 방지하며, 이에 따른 제품의 오차가 발생되는 것을 방지하고, 특히 접합부의 균일함의 유지에 따른 정밀한 접합이 가능하게 하기 위한 예열수단을 갖는 마찰용접장치 및 그 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

또한, 마찰시간의 단축으로 인해 접합부에 대한 버의 발생을 최소화시켜 후가공인 버 제거작업의 편리함 및 시간의 단축을 가져오게 하고, 특히 마찰작업에 소모되는 에너지의 절감과, 마찰용접으로 인한 제품의 생산성의 향상을 가져오게 하기 위한 예열수단을 갖는 마찰용접장치 및 그 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법을 제공함에 본 발명의 다른 목적이 있는 것이다.

또한, 마찰시간의 단축과 버 발생의 최소화 등에 따른 제작상의 편리함으로 자제원가의 절감이 가능하게 하고, 특히 용접시 발생되는 유해가스를 최소화시켜 환경오염을 예방하기 위한 예열수단을 갖는 마찰용접장치 및 그 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법을 제공함에 본 발명의 다른 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로는, 용접장치의 기초를 이루는 베이스와, 베이스의 상부 일측에 형성되어 제1 접합부재가 장착 및 회전력을 부여하는 회전 장착부와, 베이스의 상부에서 회전 장착부와 대항되게 형성되며, 제2 접합부재가 장착 및 레일을 따라 이송하는 이송 가압부로 된 마찰용접장치에 있어서,

베이스 상부에서 회전 장착부와 이송 가압부로부터 벗어난 위치에 형성되어 제1,2 접합부재의 접합부에 열을 가해 예열을 수행하는 예열수단;

예열수단의 이송을 단속하여 제1,2 접합부재와의 간격을 조절하는 예열 이동수단;

베이스 상부에서 회전 장착부와 이송 가압부로부터 벗어난 위치에 형성되어 이동하며, 제1,2 접합부재의 온도를 측정하는 센싱수단;

베이스에 형성되어 예열 이동수단과 센싱수단의 이동을 단속하는 컨트롤부; 및

센싱수단에 의해 측정된 온도 신호를 전송받아 예열수단의 작동을 제어하며, 마찰용접에 적합한 온도의 설정이 가능한 온도 제어부를 포함하여 구성하며,

회전 장착부와 이송 가압부에 각각 제1,2 접합부재를 장착하는 접합부재 장착공정;

제1,2 접합부재를 서로 근접시킨 상태에서 예열수단을 통해 제1,2 접합부재에 전류를 흘려 마찰용접에 적합한 온도로 예열하는 예열공정;

제1,2 접합부재로부터 예열수단을 제거한 상태에서 회전 장착부의 회전으로 제1 접합부재를 회전시킨 상태에서 이송 가압부를 회전 장착부 측으로 이송시켜 제2 접합부재의 접합부를 회전하는 제1 접합부재의 접합부에 접촉시켜 마찰열에 의한 용접을 수행하는 용접공정; 및

제1,2 접합부재의 용접부에 대하여 발생된 버(Burr)를 제거하는 버 제거공정을 수행함으로 달성할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치 및 그 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법은, 예열수단이 구비되어 마찰용접을 수행함에 앞서 제1,2 접합부재의 접합부에 대하여 용접에 적합한 온도로의 예열한 상태에서 마찰용접을 수행하게 됨으로, 마찰시간의 단축으로 인한 접합부재가 마모되는 것이 방지되고, 이에 따른 접합부의 균일함이 유지되는 등 정밀한 접합이 가능한 효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한, 마찰시간의 단축으로 인해 접합부에 대한 마찰 마모로 인한 버(Burr)의 발생이 최소화되어 추후 수행되는 버 제거작업이 매우 편리하면서도 시간이 단축되며, 특히 마찰작업시 회전력과 가압력을 부여하기 위해 소모되는 에너지를 절감할 수 있게 하는 등 마찰용접 제품의 생산성의 향상을 가져오는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한, 마찰시간의 단축과 버 발생의 최소화 등에 따른 제작상의 편리함으로 자제원가가 현격히 절감되고, 특히 용접시 발생되는 유해가스가 최소화되어 환경오염의 예방이 가능한 효과를 얻을 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치의 전체도.
도 2는 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치의 예열수단 요부도.
도 3은 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치의 예열수단 다른 실시예도.
도 4는 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치의 센싱수단 요부도.
도 5는 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법의 전체 공정도.
도 6은 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법의 접합부재 장착공정 간략도.
도 7은 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법의 예열공정 간략도.
도 8은 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법의 예열공정 다른 실시예도.
도 9는 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법의 예열공정 다른 실시예도.
도 10은 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법의 용접공정도.
도 11은 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법의 버 제거공정 간략도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치를 살펴보면,

도 1은 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치의 전체도이다.

도 1의 도시와 같이 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치(1)는, 용접장치의 기초를 이루는 베이스(10)와, 베이스(10)의 상부 일측에 형성되어 제1 접합부재(51)가 장착 및 회전력을 부여하는 회전 장착부(20)와, 베이스(10)의 상부에서 회전 장착부(20)와 대항되게 형성되며, 제2 접합부재(52)가 장착 및 레일(31)을 따라 이송하는 이송 가압부(30)로 된 마찰용접장치에 있어서,

예열수단(100)과, 예열 이동수단(200)과, 센싱수단(300)과, 컨트롤부(400)와, 온도 제어부(500)로 구성된다.

여기서 상기 예열수단(100)은, 용접하고자 하는 제1,2 접합부재(51)(52)의 접합부를 마찰용접에 적합한 온도로 예열을 수행할 수 있게 구성된 것으로, 예열수단은, 베이스(10)의 상부에서 회전 장착부(20)와 이송 가압부(30)로부터 벗어난 위치에 형성되게 구성된다.

이때, 예열수단(100)은, 도 2를 참조하여 먼저 고주파 전류의 발진이 가능한 고주파 발진기(110)가 구성된다.

그리고 상기 고주파 발진기(110)와 연결되어 고주파 전류를 인가받아 그 고주파 전류를 제1,2 접합부재(51)(52)에 전달하여 열을 발생시키는 열발생부재(120)가 구성된 것으로, 열발생부재(120)는 회전 장착부(20)와 이송 가압부(30)의 사이 측으로 돌출되는 형태를 이루게 구성된다.

이때, 상기 열발생부재(120)는, 한정되는 것이 아니고 다양하게 적용되어 제1,2 접합부재(51)(52)에 다양한 방식으로 열의 발생이 가능하게 구성된다.

먼저, 열발생부재(120)는, 도 2를 참조하여 제1,2 접합부재(51)(52)와 접촉되어 그 제1,2 접합부재(51)(52)에 고주파 전류를 흘려 접촉저항에 의해 발열을 수행하는 양측 한 쌍의 전극(121)(121')으로 구성할 수 있다.

또한, 열발생부재(120)는, 도 3을 참조하여 상호 근접하면서 비접촉되는 제1,2 접합부재(51)(52)에 고주파 전류를 흘려 와전류를 발생되게 함으로써 발열을 수행하는 유도코일체(122)(122')로 구성할 수 있다.

이때, 열방생부재(120)를 이루는 전극(121)(121') 또는 유도코일체(122)(122')의 길이는 용접하고자 하는 제1,2 접합부재(51)(52)의 직경에 따라 달리 구성할 수 있음은 당연할 것이다.

즉 예열수단(100)은, 고주파 발진기(110)로부터 고주파 전류의 발진 및 발진된 고주파 전류를 이용하여 열발생부재(120)의 전극(121)(121') 또는 유도코일체(122)(122')를 통해 제1,2 접합부재(51)(52)에 열을 발생시키게 된다.

이때, 고주파 발진기(110)를 통한 전류의 공급은 양측 한 쌍을 이루는 각각의 전극(121)(121') 또는 유도코일체(122)(122')로 공급 가능할 것이다.

상기 예열 이동수단(200)은, 상기 예열수단(100)의 이동을 단속하여 그 열발생부재(120)가 제1,2 접합부재(51)(52)와의 간격 조절이 가능하게 구성된 것으로, X축 이동수단(210)과 Y축 이동수단(220)으로 구성된다.

먼저 X축 이동수단(210)은, 회전 장착부(20)와 이송 가압부(30)의 길이 방향으로 왕복 이동이 가능하게 구성된 것으로, 먼저 회전 장착부(20)와 이송 가압부(30)의 벗어난 위치에서 베이스(10)의 상부에 배치되는 두개 한 쌍으로 된 LM 가이드 형태의 X축 이동레일(211)이 구성된다.

그리고 X축 이동레일(211)의 상부에는 X축 이동대(212)가 구성된 것으로, X축 이동대(212)는 X축 이동레일(211)을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 구성된다.

그리고 X축 이동레일(211)의 어느 한 단 측에서 베이스(10)에는 X축 실린더(213)가 구성된 것으로, X축 실린더(213)는 그 실린더로드(213a)가 X축 이동대(212)에 연결되어 X축 실린더(213)의 작동에 의해 X축 이동대(212)가 X축 이동레일(211)을 따라 왕복 이동이 가능하게 구성된다.

또한 Y축 이동수단(220)은, 회전 장착부(20) 및 이송 가압부(30)와 직각 방향으로 이동이 가능하게 구성된 것으로, 먼저 X축 이동대(212)의 상부에서 회전 장착부(20) 및 이송 가압부(30)와 직각 방향으로 배치되는 두개 한 쌍으로 된 LM 가이드 형태의 Y축 이동레일(221)이 구성된다.

그리고 Y축 이동레일(221)의 상부에는 Y축 이동대(222)가 구성된 것으로, Y축 이동대(222)는 Y축 이동레일(221)을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 구성되며, 그 Y축 이동대(222)의 상부에는 상기 예열수단(100)이 장착되게 구성된다.

그리고 X축 이동레일(211)의 어느 한 단 바람직하게는 후단 측에서 Y축 이동대(222)에는 Y축 실린더(223)가 구성된 것으로, Y축 실린더(223)는 그 실린더로드(223a)가 Y축 이동대(222)에 연결되어 Y축 실린더(223)의 작동에 의해 Y축 이동대(222)가 Y축 이동레일(221)을 따라 왕복 이동이 가능하게 구성된다.

즉, 예열 이동수단(200)은, X,Y축 이동수단(210)(220)예열수단(100)을 X축 및 Y축으로 이동시켜 열발생부재(120)가 제1,2 접합부재(51)(52)와 접촉 또는 근접 가능하게 한다.

상기 센싱수단(300)은, 도 4를 참조하여 상기 베이스(10)의 상부에서 예열수단(100)을 통해 제1,2 접합부재(51)(52)에 예열을 수행시 제1,2 접합부재(51)(52) 의 온도를 측정하게 구성된 것으로, 베이스(10)의 상부에서 회전 장착부(20)와 이송 가압부(30)로부터 벗어난 위치에서 상기 예열수단(100)과 반대측에 형성되게 구성된다.

이때 센싱수단(300)은, 먼저 각각의 제1,2 접합부재(51)(52)와 근접 또는 접촉되어 온도의 측정이 가능한 양측 한 쌍의 온도 감지센서(310)(310')가 구성된다.

또한 센싱수단(300)에는, 상기 온도 감지센서(310)(310')의 이동을 단속하여 그 온도 감지센서(310)(310')가 제1,2 접합부재(51)(52)와 근접 또는 접촉되게 하는 센서 이동수단(320)이 구성된 것으로, X축 센서이동수단(330)과 Y축 센서이동수단(340)으로 구성된다.

먼저 X축 센서이동수단(330)은, 회전 장착부(20)와 이송 가압부(30)의 길이 방향으로 왕복 이동이 가능하게 구성된 것으로, 먼저 회전 장착부(20)와 이송 가압부(30)의 벗어난 위치에서 베이스(10)의 상부에 배치되는 두개 한 쌍으로 된 LM 가이드 형태의 X축 센서이동레일(331)이 구성된다.

그리고 X축 센서이동레일(331)의 상부에는 X축 센서이동대(332)가 구성된 것으로, X축 센서이동대(332)는 X축 센서이동레일(331)을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 구성된다.

그리고 X축 센서이동레일(331)의 어느 한 단 측에서 베이스(10)에는 X축 센서실린더(333)가 구성된 것으로, X축 센서실린더(333)는 그 실린더로드(333a)가 X축 센서이동대(332)에 연결되어 X축 센서실린더(333)의 작동에 의해 X축 센서이동대(332)가 X축 센서이동레일(331)을 따라 왕복 이동이 가능하게 구성된다.

또한 Y축 센서이동수단(340)은, 회전 장착부(20) 및 이송 가압부(30)와 직각 방향으로 이동이 가능하게 구성된 것으로, 먼저 X축 센서이동대(332)의 상부에서 회전 장착부(20) 및 이송 가압부(30)와 직각 방향으로 배치되는 두개 한 쌍으로 된 LM 가이드 형태의 Y축 센서이동레일(341)이 구성된다.

그리고 Y축 센서이동레일(341)의 상부에는 Y축 센서이동대(342)가 구성된 것으로, Y축 센서이동대(342)는 Y축 센서이동레일(341)을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 구성되며, 그 Y축 센서이동대(342)의 상부에는 상기 온도 감지센서(310)(310')가 장착되게 구성된다.

그리고 X축 센서이동레일(331)의 어느 한 단 바람직하게는 후단 측에서 Y축 센서이동대(342)에는 Y축 센서실린더(343)가 구성된 것으로, Y축 센서실린더(343)는 그 실린더로드(343a)가 Y축 센서이동대(342)에 연결되어 Y축 센서실린더(343)의 작동에 의해 Y축 센서이동대(342)가 Y축 센서이동레일(342)을 따라 왕복 이동이 가능하게 구성된다.

즉, 센싱수단(300)은, 센서 이동수단(320)을 통해 온도 감지센서(310)(310')가 예열되는 제1,2 접합부재(51)(52)와 접촉 또는 근접하여 온도를 측정하게 구성된다.

상기 컨트롤부(400)는, 상기 베이스(10)의 상부에 형성되어 상기 예열 이동수단(200)과 센싱수단(300) 즉, 센서 이동수단(320)의 이동을 단속하게 구성된 것으로, 바람직하게는 예열 이동수단(200)의 X축 실린더(213) 및 Y축 실린더(223)의 작동과 센서 이동수단(320)의 X축 센서실린더(333) 및 Y축 센서실린더(343)의 작동을 스위치 등의 작동을 통해 컨트롤하게 구성된다.

상기 온도 제어부(500)는, 상기 베이스(10)의 상부에 형성되어 상기 센싱수단(300)의 각각의 온도 감지센서(310)(310')에 의해 측정된 온도 신호를 전송받아 예열수단(100)의 작동을 단속하게 구성된 것으로, 바람직하게는 온도 감지센서(310)(310')의 감지에 의해 제1,2 접합부재(51)(52)의 온도가 마찰용접에 적합한 온도로 상승시 이를 전송받아 예열수단(100) 즉 고주파 발진기(110)의 작동을 정지시키게 구성된다.

이때, 온도 제어부(500)에는 마찰용접에 적합한 제1,2 접합부재(51)(52)의 예열 온도가 설정됨은 당연할 것이다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법을 살펴보면,

도 5는 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법의 전체 공정도이다.

도 5의 도시와 같이 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법을 위해서는 상기 예열수단을 갖는 마찰용접장치(1)를 이용하되, 접합부재 장착공정(S100)과, 예열공정(S200)과, 용접공정(S300)과, 버 제거공정(S400)을 수행하여 된다.

먼저 접합부재 장착공정(S100)은, 새롭게 구현되는 것이 아니고 통상의 마찰용접시와 같이 도 6을 참조하여 회전 장착부(20)에 척 등을 통해 제1 접합부재(51)를 회전 가능하게 장착하고, 이송 가압부(30)에는 척 등을 통해 상기 제1 접합부재(51)와 대응되어 마찰용접을 수행하여 접합하기 위한 제2 접합부재(52)가 장착되게 된다.

이후, 예열공정(S200)은,

도 7 및 도 8을 참조하여 상기와 같이 장착된 제1,2 접합부재(51)(52)를 서로 근접시킨 상태에서 그 제1,2 접합부재(51)(52)에 전류를 흘려 마찰용접에 적합한 온도로 예열을 수행하게 된다.

이를 위해서는 먼저 예열수단 이동공정(S210)을 수행하되, 이는 도 1 내지 도 3을 참조하여 컨트롤부(400)를 통해 X축 이동수단(210)과 Y축 이동수단(220)을 제어하되, X축 이동수단(210)의 X축 실린더(213)의 작동으로 X축 이동대(212)의 이동 조절과, Y축 이동수단(220)의 Y축 실린더(223)의 작동으로 Y축 이동대(222)를 이동 조절함으로 예열수단(100)의 열발생부재(120)가 제1,2 접합부재(51)(52)와 접촉 또는 근접되게 장착한다.

이때 상기와 같이 접촉 또는 근접시킴에 있어서는, 도 2를 참조하여 도 7의 도시와 같이 열발생부재(120)를 접촉저항에 의한 발열을 수행하는 전극(121)(121')으로 구성시에는 각각의 제1,2 접합부재(51)(52)와 접촉되게 하면 되고, 도 3을 참조하여 도 8의 도시와 같이 비적촉식으로 와전류를 통한 발열을 수행하는 유도코일체(122)(122')로 구성시에는 근접시키면 되는 것으로, 근접시에는 각각의 유도코일체(122)(122')의 내부에 제1,2 접합부재(51)(52)의 단부가 수용된 상태를 이루게 하면 된다.

또한, 센싱수단 이동공정(S220)을 수행하되, 이는 도 4를 참조하여 컨트롤부(400)를 통해 X축 센서이동수단(330)과 Y축 센서이동수단(340)을 제어하되, X축 센서이동수단(330)의 X축 센서실린더(333)의 작동으로 X축 센서이동대(332)의 이동 조절과, Y축 센서이동수단(340)의 Y축 센서실린더(343)의 작동으로 Y축 센서이동대(342)를 이동 조절함으로 온도 감지센서(310)(310')가 제1,2 접합부재(51)(52)와 접촉 또는 근접되게 장착하면 된다.

이후, 고주파전류 발진공정(S230)을 수행하되, 이는 제1,2 접합부재(51)(52)와 접촉 또는 근접한 상태에서 고주파 발진기(110)를 이용하여 열발생부재(120)에 고주파 전류를 인가시키게 되는 것으로, 이렇게 인가된 고주판 전류를 제1,2 접합부재(51)(52)에 가해 그 제1,2 접합부재(51)(52)의 예열이 가능하게 된다.

즉, 상기에서와 같이 열발생부재(120)를 전극(121)(121')으로 구성시에는, 전극(121)(121')을 통해 제1,2 접합부재(51)(52)에 고주파 전류를 흘려서 접합부의 접촉저항에 의한 가열이 이루어지게 된다.

또한, 열발생부재(120)를 유도코일체(122)(122')로 구성시에는, 유도코일체(122)(122')에 고주파 전류를 흘리게 되면 제1,2 접합부재(51)(52)의 표면 가까이에 와전류가 생겨 그 와전류의 손실의 열로 가열이 이루어지게 된다.

즉, 고주파전류 발진공정(S230)에서는, 상기와 같이 전극(121)(121') 또는 유도코일체(122)(122') 중 어느 하나의 열발생부재(120)를 통해 제1,2 접합부재(51)(52)의 접합부의 가열이 가능하게 된다.

또한, 상기와 같이 고주파전류 발진공정(S230)을 수행하는 과정에서 온도 측정공정(S240)을 수행하되, 이는 도 4를 참조하여 제1,2 접합부재(51)(52)에 접촉 또는 근접된 온도 감지센서(310)(310')에서는 지속적으로 온도의 측정 및 이를 온도 제어부(500)로 전송하되, 그 측정된 온도가 마찰용접에 적합한 온도에 도달시 그 신호를 바탕으로 하여 고주파 발진기(110)의 작동을 제어하여 예열을 중단시키게 되며, 이때 예열 이동수단(200) 및 센서 이동수단(320)의 작동으로 예열수단(100) 및 센싱수단(300)을 장착의 역순으로 회수하면 된다.

한편, 상기와 같이 양측의 제1,2 접합부재(51)(52)의 용접을 수행함에 있어, 도 9의 도시와 같이 그 양측의 제1,2 접합부재(51)(52)의 직경을 서로 달리할 경우, 각각을 예열시 작은 직경의 제1,2 접합부재(51)(52)의 온도는 큰 직경의 제1,2 접합부재(51)(52)보다 빠른 예열이 가능하게 되는 것인바, 동일한 시간동안 가열하게 되면 가열에 따른 열손실의 발생 및 용융도의 차이를 가져오게 되어 용접시 균열 등을 발생하게 된다.

이에, 본 발명에서는 전극(121)(121') 또는 유도코일체(122)(122')가 각각의 제1,2 접합부재(51)(52)에 대한 예열이 가능하게 되어 각각이 적정 온도로 예열시 각각의 온도센서(310)(310')를 통해 각각의 제1,2 접합부재(51)(52)에 해당하는 온도를 측정 및 온도 제어부(500)를 통한 제어가 가능하게 되는 것인바, 열손실의 발생 및 용융도의 차이를 가져오게 되어 용접시 균열 등을 방지할 수 있게 된다.

이후, 용접공정(S300)은,

상기와 같이 예열수단(100)과 센싱수단(300)이 회수된 상태에서 마찰용접을 수행하되, 이는 새롭게 구현되는 것이 아니고 도 10을 참조하여 통상의 마찰용접과 같이 회전 장착부(20)를 작동시켜 그 회전 장착부(20)에 장착된 제1 접합부재(51)를 고속으로 회전시키고, 이후, 이송 가압부(30)를 이송 및 그 이송 가압부(30)에 장착된 제2 접합부재(52)의 접합부를 제1 접합부재(51)의 접합부에 접촉시키면 된다.

이에, 그 제1,2 접합부재(51)(52)의 접합부 에서는 서로간의 마찰에 의해 마찰열이 발생하게 되는 것으로, 그 마찰열을 통해 제1,2 접합부재(51)(52)의 접합이 가능하게 된다.

이때 상기와 같이 마찰용접을 수행시에는, 본 발명에서는 먼저 예열공정(S200)에서 그 제1,2 접합부재(51)(52)에 마찰용접에 적합한 온도로의 가열이 수행되어 있는 것인바, 오랜시간 마찰을 수행하지 않고도 단시간의 마찰로 접합이 가능하게 된다.

또한, 상기와 같이 그 제1,2 접합부재(51)(52)들간의 마찰을 최소화시킴으로 그 접합부에 대한 마모가 방지되어 접합후 제품의 오차가 최소화되고, 또한 마찰시 발생되는 버(Burr)의 발생을 최소화 시킬 수 있게 되며, 이에 따른 제조원가 절감 및 환경오염을 최소화 할 수 있게 된다.

이후, 버 제거공정(S400)은,

상기와 같이 제1,2 접합부재(51)(52) 들간의 접합이 완료된 상태에서 그 접합부에 형성된 버(53)를 제거하되, 이는 도 11을 참조하여 새롭게 구현되는 것이 아니고 통상의 마찰용접시 버 제거에 적용되는 선반 작업과 같이 바이트(Bite)(60)를 이용하여 절삭 제거하면 된다.

이때 본 발명에서는 상기 용접공정(S300)에서 마찰시간의 단축으로 인한 버의 발생이 최소화되는 것인바, 이에 따른 버 제거공정(S400) 시간의 단축을 가져오게 된다.

이에, 상기와 같은 일련의 공정을 통해 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법을 통한 마찰용접이 완료되게 되는 것으로, 이러한 본 발명 예열수단을 갖는 마찰용접장치 및 그 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법은 마찰용접을 수행함에 있어 정밀도의 향상으로 인한 제품 품질의 향상 및 생산성의 현격한 증대를 가져오게 된다.

10 : 베이스 20 : 회전 장착부
30 : 이송 가압부 51,52 : 제1,2 접합부재
100 : 예열수단 110 : 고주파 발진기
120 : 열발생부재 121,121' : 전극
122,122' : 유도코일체
200 : 예열 이동수단 210 : X축 이동수단
220 : Y축 이동수단
300 : 센싱수단 310 : 온도 감지센서
320 : 센서 이동수단 330 : X축 센서이동수단
340 : Y축 센서이동수단
400 : 컨트롤부 500 : 온도 제어부
S100 : 접합부재 장착공정 S200 : 예열공정
S300 : 용접공정 S400 : 버 제거공정

Claims

용접장치의 기초를 이루는 베이스(10)와, 베이스(10)의 상부 일측에 형성되어 제1 접합부재(51)가 장착 및 회전력을 부여하는 회전 장착부(20)와, 베이스(10)의 상부에서 회전 장착부(20)와 대항되게 형성되며, 제2 접합부재(52)가 장착 및 레일(31)을 따라 이송하는 이송 가압부(30)로 된 마찰용접장치에 있어서,
베이스(10) 상부에서 회전 장착부(20)와 이송 가압부(30)로부터 벗어난 위치에 형성되어 고주파 전류의 발진이 가능하도록 연결되는 고주파 발진기(110)로부터 고주파 전류를 인가받아 제1,2 접합부재(51)(52)에 전류를 흘려 열을 발생시키는 열발생부재(120)로서 구비되는 예열수단(100);
예열수단(100)의 이송을 단속하여 제1,2 접합부재(51,52)와의 간격을 조절하는 예열 이동수단(200);
베이스(10) 상부에서 회전 장착부(20)와 이송 가압부(30)로부터 벗어난 위치에 형성되어 이동하며, 제1,2 접합부재(51)(52)의 온도를 측정하는 센싱수단(300);
베이스(10)에 형성되어 예열 이동수단(200)과 센싱수단(300)의 이동을 단속하는 컨트롤부(400); 및
센싱수단(300)에 의해 측정된 온도 신호를 전송받아 예열수단(100)의 작동을 제어하며, 마찰용접 온도의 설정이 가능한 온도 제어부(500)를 포함하는 구성으로 이루어지며,
상기 예열 이동수단(200)은,
베이스(10) 상부에 배치되는 X축 이동레일(211)과, X축 이동레일(211)의 상부에 안착되어 슬라이딩되는 X축 이동대(212)와, 베이스(10)에 형성되어 X축 이동대(212)의 왕복을 단속하는 X축 실린더(213)로 구성되어 회전 장착부(20)와 이송 가압부(30) 방향으로 왕복 이동 가능하는 X축 이동수단(210); 및
X축 이동대(212) 상부에서 회전 장착부(20) 및 이송 가압부(30)와 직각 방향으로 배치되는 Y축 이동레일(221)과, Y축 이동레일(221)의 상부에 안착되어 슬라이딩되며 예열수단(100)이 장착되는 Y축 이동대(222)와, X축 이동대(212)에 형성되어 Y축 이동대(222)의 왕복을 단속하는 Y축 실린더(223)로 구성되어 회전 장착부(20) 및 이송 가압부(30)와 직각 방향으로 왕복 이동 가능하게 하는 Y축 이동수단(220)으로 이루어지고,
센싱수단(300)은,
제1,2 접합부재(51)(52)와 접촉 또는 근접되어 온도를 측정하는 온도 감지센서(310)(310')의 이동을 단속하는 센서 이동수단(320)이며,
상기 센서 이동수단(320)은,
상기 회전 장착부(20)와 상기 이송 가압부(30) 방향으로 왕복 하는 X축 센서이동수단(330)과, 상기 회전 장착부(20) 및 상기 이송 가압부(30)에 대해 직각 방향으로 왕복 이동 가능하게 구비되는 Y축 센서이동수단(340)으로 이루어지며,
상기 X축 센서이동수단(330)은,
베이스(10) 상부에 배치되는 X축 센서이동레일(331)과, X축 센서이동레일(331)의 상부에 안착되어 슬라이딩되는 X축 센서이동대(332)와, 베이스(10)에 형성되어 X축 센서이동대(332)의 왕복을 단속하는 X축 센서실린더(333)로 구성되어 회전 장착부(20)와 이송 가압부(30) 방향으로 왕복 이동 가능하게 구비되고,
상기 Y축 센서이동수단(340)은,
회전 장착부(20) 및 이송 가압부(30)와 직각 방향으로 배치되는 Y축 센서이동레일(341)과, Y축 센서이동레일(341)의 상부에 안착되어 슬라이딩되며 온도 감지센서(310)(310')가 장착되는 Y축 센서이동대(342)와, X축 센서이동대(332)에 형성되어 Y축 센서이동대(342)의 왕복을 단속하는 Y축 센서실린더(343)로 구성되어 X축 센서이동대(332) 상부에서 회전 장착부(20) 및 이송 가압부(30)와 직각 방향으로 왕복 이동 가능하게 구비되는 구성을 특징으로 하는 예열수단을 갖는 마찰용접장치.
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회전 장착부(20)와 이송 가압부(30)에 각각 제1,2 접합부재(51,52)를 장착하는 접합부재 장착공정(S100);
제1,2 접합부재(51,52)를 서로 근접시킨 상태에서 예열수단(100)을 통해 제1,2 접합부재(51,52)에 전류를 흘려 설정된 마찰용접 온도로 예열하는 예열공정(S200);
제1,2 접합부재(51,52)로부터 예열수단(100)을 제거한 상태에서 회전 장착부(20)의 회전으로 제1 접합부재(51)를 회전시킨 상태에서 이송 가압부(30)를 회전 장착부(20) 측으로 이송시켜 제2 접합부재(52)의 접합부를 회전하는 제1 접합부재(51)의 접합부에 접촉시켜 마찰열에 의한 용접을 수행하는 용접공정(S300); 및
제1,2 접합부재(51,52)의 용접부에 대하여 발생된 버(Burr)를 제거하는 버 제거공정(S400)으로 수행되도록 하며,
상기 예열공정(S200)은,
예열 이동수단(200)을 통해 고주파 발진기(110)를 이동시켜 열발생부재(120)를 제1,2 접합부재(51,52)와 각각 접촉 또는 근접시키도록 하는 예열수단 이동공정(S210);
센서 이동수단(320)을 통해 온도 감지센서(310,310')를 이동시켜 온도 감지센서(310,310')를 제1,2 접합부재(51,52)에 접촉 또는 근접시키는 센싱수단 이동공정(S220);
고주파 발진기(110)로부터 고주파 전류를 발진시켜 열발생부재(120)를 통해 제1,2 접합부재(51,52)에 접촉저항 또는 유도전류를 발생시켜 예열을 수행하는 고주파전류 발진공정(S230); 및
온도 감지센서(310,310')를 이용하여 예열되는 제1,2 접합부재(51,52)의 온도를 측정하는 온도 측정공정(S240)으로 수행되도록 하는 예열수단을 갖는 마찰용접장치를 이용한 마찰용접방법.
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