KR101802206B1 - 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치 - Google Patents

Abstract

버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치가 개시된다. 본 발명의 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치는, 한 쌍의 제1 파이프 부재와 제2 파이프 부재를 마찰교반용접 기술을 이용하여 서로 접합하는 접합장치로서, 상기 제1 파이프 부재를 고정함과 더불어 회전시키는 것이 가능한 제1 회전 고정부, 상기 제2 파이프 부재를 고정함과 더불어 회전시키는 것이 가능한 제2 회전 고정부, 상기 제1 파이프 부재와 상기 제2 파이프 부재의 연결 부위를 마찰교반하여 용접하는 마찰교반 용접부, 및 상기 제1 파이프 부재 또는 상기 제2 파이프 부재의 내측에 적어도 일부가 이동 가능하게 마련되고, 상기 마찰교반 용접부의 구동시 이와 더불어 작동하여 상기 제1 파이프 부재 및 상기 제2 파이프 부재의 내측에 발생하는 버(burr)를 제거하거나 상기 제1 파이프 부재 및 상기 제2 파이프 부재의 내측으로의 버 발생을 방지 가능한 버 제거유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 마찰용접 작업이 이루어지는 동안 동시에 또는 적절한 시간차를 갖고, 부연하자면 파이프 부재에 일정 이상의 온도가 형성된 상태에서 파이프 부재 내측에 발생한 버(burr)를 한층 용이하게 제거할 수 있으므로 버 제거효율을 향상시킬 수 있다.

Description

버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치{BURR REJECTION POSSIBLE FRICTION STIR WELDING APPARATUS}

본 발명은, 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 마찰 교반 용접 작업을 실시하는 것과 동시에 또는 설정한 시간차를 두고 용접똥을 제거할 수 있으므로 한층 용이하면서도 신속하게 제거 작업을 실시할 수 있을 뿐만 아니라 더불어 용접 대상체인 파이프 부재의 내면을 가공할 수 있는 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로, 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding; FSW)은 서로 결합할 부재를 대상으로 마찰 원리를 이용하여 충분한 양의 열을 발생시켜 부재 접촉면을 기점으로 소성영역(Plasticized zone)을 생성한 후 외력을 가하여 부재를 접합하는 기술이다. 마찰 교반 용접은 회전하는 툴과 소재의 물리적 마찰에 의해 발새하는 열을 이용하여 피용접부를 가열하고, 툴의 단부에 형성된 핀을 이용하여 가열된 소재에 소성 유동을 형성하여 접합하는 일종의 고상 접합법이다.

이러한 마찰 교반 용접 기술은 용융 온도 이하에서 접합을 하므로 청결하고 용접부 물성이 우수하여 알루미늄, 마그네슘 등 융점이 낮은 소재에 널리 사용되고 있다.

마찰 교반 용접 방식을 이용하여 한 쌍의 관형 파이프를 서로 용접할 때, 서로 접합되는 용접 부위의 외측 및 내측에 각각 용접 진행에 따른 용접똥이 발생한다. 이러한 용접똥은 파이프의 내부를 막아서 유체 유동을 방해하므로 유체의 유동 안정성 및 원활한 유동을 위해서는 용접똥을 제거해 주어야 한다. 한편, 파이프의 외측에 형성된 용접똥은 별도의 절삭기계를 통해 제거 가능하지만 파이프의 내측에 형성된 용접똥은 바로 제거해주지 못하는게 현실이다.

종래에는, 파이프 내측에 형성된 용접똥을 제거하기 위해 용접이 완료된 파이프를 별도의 천공 기계로 옮긴 후 내부 관통 작업을 실시하게 되는데 마찰용접 작업이 이루어지는 동안 용접부분이 열적변화로 인해 접합강도 등이 증가하게 되므로 관통 작업을 실시하기 위해서는 접합부위에 고주파 가열 작업을 미리 실시하게 된다.

이와 같이 종래에는 고주파 가열 작업의 추가로 인해 공정이 복잡해지고 고주파 가열 작업을 실시하는 동안 파이프의 가열부분의 강성이 약해지는 문제가 발생하였다. 또한, 마찰용접이 완료된 파이프를 별도의 천공 기계로 옮겨 장착한 후 실질적인 관통 작업을 위해 추가적으로 센터링 작업(천공툴과 파이프와의 센터링 작업)을 실시해야 하는 불편함도 발생하였다.

한국 등록특허공보 제10-1384408호 (2014. 04. 04 등록)

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 마찰 교반 용접 작업을 실시하는 것과 동시에 또는 설정한 시간차를 두고 용접똥을 제거할 수 있으므로 한층 용이하면서도 신속하게 제거 작업을 실시할 수 있을 뿐만 아니라 더불어 용접 대상체인 파이프 부재의 내면을 가공할 수 있는 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 한 쌍의 제1 파이프 부재와 제2 파이프 부재를 마찰교반용접 기술을 이용하여 서로 접합하는 접합장치로서, 상기 제1 파이프 부재를 고정함과 더불어 회전시키는 것이 가능한 제1 회전 고정부, 상기 제2 파이프 부재를 고정함과 더불어 회전시키는 것이 가능한 제2 회전 고정부, 상기 제1 파이프 부재와 상기 제2 파이프 부재의 연결 부위를 마찰교반하여 용접하는 마찰교반 용접부, 및 상기 제1 파이프 부재 또는 상기 제2 파이프 부재의 내측에 적어도 일부가 이동 가능하게 마련되고, 상기 마찰교반 용접부의 구동시 이와 더불어 작동하여 상기 제1 파이프 부재 및 상기 제2 파이프 부재의 내측에 발생하는 버(burr)를 제거하거나 상기 제1 파이프 부재 및 상기 제2 파이프 부재의 내측으로의 버 발생을 방지 가능한 버 제거유닛을 포함하는 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치를 제공한다. 상기에서, 상기 제1 회전 고정부와, 제2 회전 고정부는, 각각 제1 파이프 부재와 제2 파이프 부재를 고정시키되, 제1 회전 고정부가 제1 파이프 부재를 회전시키고 제2 회전 고정부는 제2 파이프 부재를 고정만 하는 형태, 또는 제2 회전 고정부가 제2 파이프 부재를 회전시키고 제1 회전 고정부는 제1 파이프 부재를 고정만 하는 형태, 또는 제1 회전 고정부가 제1 파이프 부재를 회전시키고, 제2 회전 고정부가 제2 파이프 부재를 회전시키는 형태를 모두 포함하는 것으로 해석한다. 즉, 상기 '회전시키는 것이 가능한'의 표현은 회전시키지 않고 고정만 하는 형태의 것도 포함한다는 의미이며, 적어도 마찰교반 용접이 이루어지도록 둘 다 또는 적어도 하나는 회전이 이루어지는 형태를 의미하는 것으로 해석한다.

상기 버 제거유닛은, 상기 제1 파이프 부재 또는 상기 제2 파이프 부재의 내측에 삽입 가능하여 상기 버를 제거하거나 버 발생을 방지 가능한 버 제거부; 상기 버 제거부를 선택적으로 회전시키는 것이 가능한 회전부; 및 상기 회전부를 상기 제1 파이프 부재 및 상기 제2 파이프 부재에 접근 또는 이격되게 직선 왕복이동시키는 왕복 이동부;를 포함할 수 있다.

상기 버 제거부는, 상기 제1 파이프 부재 및 상기 제2 파이프 부재 내측에 발생한 버에 접촉하여 상기 버를 제거하는 드릴 또는 펀칭 핀으로 적용될 수 있다.

상기 버 제거부는, 상기 제1 파이프 부재 및 상기 제2 파이프 부재 내측에 발생한 버를 용융시켜 제거하는 산소 및 플라즈마 노즐을 포함할 수 있다.

상기 버 제거부는, 상기 제1 파이프 부재 및 상기 제2 파이프 부재의 내경과 동일한 외경을 갖는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.

상기 버 제거부는, 상기 마찰교반 용접부에 의한 용접 작업이 이루어지는 동안 상기 제1 파이프 부재 또는 상기 제2 파이프 부재의 내측에 적어도 일부가 삽입된 상태를 유지할 수 있다.

상기 버 제거유닛은, 상기 제1 파이프 부재 또는 상기 제2 파이프 부재의 단부 영역에 마련되어 상기 마찰교반 용접부의 구동에 의해 상기 제1 파이프 부재 및 상기 제2 파이프 부재의 내주면측으로 유도되는 용접물을 수용 가능한 용접물 수용홈;을 포함할 수 있다.

상기 제1 파이프 부재는 동일한 내경을 갖도록 이루어지고, 상기 제2 파이프 부재는, 상기 제1 파이프 부재보다 작은 내경을 갖는 파이프 몸체; 및 상기 제2 파이프 몸체의 단부에 연결되어 상기 제1 파이프 부재 내측으로 삽입 가능한 파이프 삽입단;를 포함하고, 상기 용접물 수용홈은, 상기 파이프 몸체와 상기 파이프 삽입단의 연결 부위에 마련됨과 더불어 상기 제1 파이프 부재와 상기 제2 파이프 부재의 연결 부위와 연통 가능하도록 마련될 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명의 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치에 의하면, 마찰용접 작업이 이루어지는 동안 동시에 또는 적절한 시간차를 갖고, 부연하자면 파이프 부재에 일정 이상의 온도가 형성된 상태에서 파이프 부재 내측에 발생한 버(burr)를 한층 용이하게 제거할 수 있으므로 버 제거효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 더불어 용접 대상체인 파이프 부재의 내면을 가공할 수 있다.

또한, 마찰용접 작업이 이루어지는 동안 파이프 부재의 내측으로의 용접물 투입을 원천적으로 차단하여 파이프 부재의 내측면에 버가 발생하는 것을 미연에 방지함으로써, 별도 버 제거작업을 수행하지 않아도 되는 이점이 있다.

또한, 버 제거부가 파이프 부재의 내측에 적어도 일부가 삽입된 상태에서 마찰교반 용접 작업이 이루어지므로, 종래와 같이 파이프 부재의 내측에 형성된 버 제거를 위한 별도의 센터링 작업이 필요하지 않아 더욱 신속한 버 제거작업을 진행할 수 있게 된다.

또한, 파이프 부재의 내측에 형성된 버를 드릴로 파단 및 파손하거나, 펀칭으로 푸시하거나, 산소 플라즈마 절단하는 방식 등을 통해 제거 가능하게 되므로, 종래 버 제거를 위한 고주파 가열 과정을 생략하여 파이프 부재의 열변형 발생을 한층 최소화할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치를 이용하여 버를 제거하거나 버 발생을 방지하는 과정을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치(이하, '용접장치')는, 마찰교반 용접시 파이프의 내면에 발생하는 버(burr)를 신속하면서도 효율적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 경우에 따라서는 파이프의 내면에 버가 발생하는 것을 최소화하도록 마련된다.

이하 구체적인 설명에 앞서, 마찰교반용접(Friction Stir Welding)이라 함은 마찰열을 이용하여 재료내의 역성 유동에 의해 용접하는 고상 접합이므로 아크 용접, 레이저 용접, 전자빔 용접 등의 용융 용접에 비해 블로홀이나 갈라짐이 발생하지 않고 용접에 따른 변형이 적은 특징을 가지고 있다. 덧붙이자면, 마찰교반용접은, 회전하는 공구와 피용접재와의 사이에서 발생하는 마찰열에 의해 의해 상기 공구 근방의 피접합재의 변형저항이 저하 현상을 이용하여 복수의 피접합재를 서로 접함하는 기술이다. 여기서, 피접합재가 관 형상으로 이루어지는 경우, 마찰교반용접 작업이 이루어지는 동안 관 형상의 피접합재 외면 및 내면에는 각각 피접합재의 용융에 의한 용접물이 급속히 응고되어 버(burr)가 발생하게 된다. 본 발명은, 이와 같이 마찰교반용접시 발생하는 버를 신속하면서도 효율적으로 제거하거나 특히 내면 측에 버가 발생하는 것을 미연에 발생하는 것을 방지하는 구조를 제공한다. 상기 '용접물'이라 함은 용접시 모재가 용융되어 발생한 액체 상태의 용융물을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치를 이용하여 버를 제거하거나 버 발생을 방지하는 과정을 나타내는 도면이다.

이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 용접장치는, 한 쌍의 제1 파이프 부재(100)와 제2 파이프 부재(200)를 마찰교반용접 기술을 이용하여 서로 접합하는 접합장치로서, 제1 파이프 부재(100)를 고정함과 더불어 회전시키는 것이 가능한 제1 회전 고정부(미도시)와, 제2 파이프 부재(200)를 고정함과 더불어 회전시키는 것이 가능한 제2 회전 고정부(미도시)와, 제1 파이프 부재(100)와 제2 파이프 부재(200)의 연결 부위를 마찰교반하여 용접하는 마찰교반 용접부(400)와, 제1 파이프 부재(100) 또는 제2 파이프 부재(200)의 내측에 적어도 일부가 이동 가능하게 마련되고, 마찰교반 용접부(400)의 구동시 이와 더불어 작동하여 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)의 내측에 발생하는 버(300, burr)를 제거하거나 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)의 내측으로의 버 발생을 방지 가능한 버 제거유닛(500)을 포함한다.

먼저, 제1 및 제2 회전 고정부(미도시)는 각각 제1 파이프 부재(100)와 제2 파이프 부재(200)를 각각 고정한 상태에서 서로 접근하는 방향으로 이동시킬 수 있는 구조로 이루어져 있다. 또한, 제1 및 제2 회전 고정부는 각각 제1 파이프 부재(100)와 제2 파이프 부재(200)를 고정할 수 있는 콜릿척 구조를 포함하며 각각의 파이프 부재를 서로 접근하는 방향으로 가압한 상태에서 회전시킬 수 있게 이루어진다. 한편, 일반적으로 마찰 용접에서, 서로 접합하려고 하는 파이프를 모두 회전시키는 형태가 일반적이나, 둘 중 어느 하나만을 회전시키는 형태로도 가능할 것이며, 본 발명의 요지는 마찰 용접할 때, 이와 동시에 또는 아직 가열된 상태일 대 내부의 버를 제거하여 주는 것이 기술적 핵심이므로, 상기에서, 상기 제1 회전 고정부와, 제2 회전 고정부는, 각각 제1 파이프 부재와 제2 파이프 부재를 고정시키되, 제1 회전 고정부가 제1 파이프 부재를 회전시키고 제2 회전 고정부는 제2 파이프 부재를 고정만 하는 형태, 또는 제2 회전 고정부가 제2 파이프 부재를 회전시키고 제1 회전 고정부는 제1 파이프 부재를 고정만 하는 형태, 또는 제1 회전 고정부가 제1 파이프 부재를 회전시키고, 제2 회전 고정부가 제2 파이프 부재를 회전시키는 형태를 모두 포함하는 것으로 해석한다.

구체적으로 이러한 제1 및 제2 회전 고정부는, 제1 파이프 부재(100)와 제2 파이프 부재(200)를 각각 회전시킬 수 있는 회전모터와, 제1 파이프 부재(100)와 제2 파이프 부재(200)를 서로 접근하거나 이격되는 방향으로 이동시키기 위한 별도의 가압 및 이격수단(예를 들어, 기어-래크 모듈, 실린더, 엘엠 가이드, 볼 스크루 등으로 적용 가능)을 포함할 수 있는데, 이러한 구성들은 마찰교반용접장치에서 사용되고 있는 일반적인 구조로 적용 가능하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

다음, 마찰교반 용접부(400)는 제1 파이프 부재(100)와 제2 파이프 부재(200)의 연결 부위를 마찰교반하여 서로 일체로 용접하는 것으로서, 제1 파이프 부재(100)와 제2 파이프 부재(200)의 표면에 접촉하여 그 표면과의 사이에 발생하는 마찰열과 제1 파이프 부재(100)와 제2 파이프 부재(200)의 상호 압착을 통해 용접하는 마찰교반 숄더(410)와, 마찰교반 숄더(410)를 회전시키는 숄더 회전부(420)와, 마찰교반 숄더(410)를 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)로 접근 또는 이격시키는 이동부(430)를 포함한다. 즉, 제1 파이프 부재(100)와 제2 파이프 부재(200)는 서로 압착 이동한 상태에서 마찰교반 숄더(410)와의 사이에 발생하는 마찰열에 의해 부분적으로 용융되어 서로 압접될 수 있다.

다음, 버 제거유닛(500)은, 제1 파이프 부재(100) 또는 제2 파이프 부재(200)의 내측에 적어도 일부가 이동 가능하게 마련되고, 마찰교반 용접부(400)의 구동시 이와 더불어 작동하여 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)의 내측에 발생하는 버(burr)를 제거할 수 있게 된다. 또한, 선택적으로 버 제거유닛(500)은 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)의 내측으로의 버 발생을 미연에 방지할 수도 있다.

버 제거유닛(500)은, 제1 파이프 부재(100) 또는 제2 파이프 부재(200)의 내측에 삽입 가능하여 버(300)를 제거하거나 버(300) 발생을 방지 가능한 버 제거부(510)와, 버 제거부(510)를 선택적으로 회전시키는 것이 가능한 회전부(520)와, 회전부(520)를 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)에 접근 또는 이격되게 직선 왕복이동시키는 왕복 이동부(530)와, 회전부(520) 및 왕복 이동부(530)를 설치 바닥면에 대해 승강시키는 승강부(540)를 포함한다.

먼저, 버 제거부(510)는, 일 예로 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)의 용접 부위 내측에 발생하는 버(300)를 커팅하거나 푸시하여 제거하도록 이루어질 수 있고, 또한 마찰교반용접이 이루어지기전에 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200) 내측으로 충분히 삽입되어 마찰교반용접시 발생하는 용접물이 파이프 내측으로 유도되는 것을 방지하여 버(300)가 발생하는 것을 미연에 방지할 수도 있다.

부연하자면, 전자의 경우, 마찰교반 용접 작업이 이루어지는 동안 버 제거부(510)는 이와 동시에 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200) 내측의 버(300)를 제거할 수 있는데, 마찰교반에 의해 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)가 일정 온도 이상으로 가열된 상태에서 바로 버(300)를 제거할 수 있으므로 한층 용이하게 제거할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은, 승강부(540)에 의해 버 제거부(510)의 배치 위치가 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)의 중앙 관통공과 센터링 작업이 완료된 후, 전술한 바와 같이 버 제거작업이 이루어지므로, 실질적으로 버 제거작업이 이루어질 때 별도의 추가적인 센터링 작업이 요구되지 않는 이점이 있다. 즉, 버 제거부(510)는 승강부(540)에 의해 정위치에 센터링 완료된 상태로 버 제거작업을 위해 대기상태를 갖다가 마찰교반 용접부(400)의 구동시 이와 연동하여 이동하여 버를 제거할 수 있다. 버 제거부(510)는 마찰교반 용접부(400)의 구동 정지시 바로 작동하여 버를 제거할 수도 있다.

다음, 회전부(520)는, 버 제거부(510)를 선택적으로 회전시키는 것이 가능한 것으로서, 버(300)를 커팅하거나 푸시하는 방식으로 제거할 경우에는 버 제거부(510)를 회전시키게 되고 파이프 부재 내측으로의 버 발생을 미연에 방지하기 위한 경우에는 버 제거부(510)를 회전시키지 않을 수도 있다. 이러한 회전부(520)는 일종의 구동모터로 적용 가능한데 정역 회전 방향 변경과 회전수 조절이 자유로운 PLC제어가 가능한 서보모터로 적용되는 것이 바람직하다.

한편, 버 제거부(510)의 파손 및 손상 발생시 새로운 것으로 용이하게 교체 가능하도록, 버 제거부(510)와 회전부(520)에는 상호 분리 가능한 결합구조가 마련되는 것이 바람직하다.

다음, 왕복 이동부(530)는, 회전부(520)를 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)에 접근 또는 이격되게 직선 왕복이동시키게 된다. 구체적으로, 왕복 이동부(530)는 버 제거부(510)의 수리, 교체 및 작업 대기를 위해 파이프 부재로부터 이격되게 회전부(520)와 버 제거부(510)를 후방으로 이동시킬 수 있으며, 실질적인 버 제거작업을 위해서는 회전부(520)와 버 제거부(510)를 전방으로 이동시켜 버 제거부(510)가 파이프 부재 내측으로 일부 삽입된 상태를 갖도록 할 수 있다. 본 발명의 실시에에서, 왕복 이동부(530)는, 실린더, 엘엠 가이드 모듈, 기어-래크 모듈, 볼 스크루 등 대상체를 직선 왕복 이동시킬 수 있는 것으로 적용 가능하다.

다음, 승강부(540)는, 회전부(520) 및 왕복 이동부(530)를 설치 바닥면에 대해 승강 이동시키는 것으로서, 구체적으로 실질적인 버 제거 작업이 이루어지기 전에 회전부(520) 및 왕북 이동부(430)를 승강시켜 버 제거부(510)와 파이프 부재 사이에 센터링 조절 작업을 완료하게 된다. 이러한 승강부(540)도 왕복 이동부(530)와 마찬가지로 실린더, 엘엠 가이드 모듈, 기어-래크 모듈, 볼 스크루 등 대상체를 직선 왕복 이동시킬 수 있는 것으로 적용 가능하다.

이하, 버 제거부(510)에 대해 부연 설명하기로 하는데, 먼저 버(300)를 커팅하거나 푸시하는 방식을 통해 제거하는 구조에 대해 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 일 예로 버 제거부(510)는, 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200) 내측에 발생한 버(300)에 접촉하여 버(300)를 제거하는 드릴(511) 또는 펀칭 핀(512)으로 적용될 수 있다.

버 제거부(510)가 드릴(511)로 적용되는 경우, 드릴(511)은 마찰교반용접이 이루어지는 동안 이러한 마찰교반에 의해 일정 이상의 온도가 형성된 버(300)를 커팅하면서 파쇄하여 제거하게 된다. 이때, 회전부(520)는 드릴(511)을 정역방향으로 회전시켜 버(300) 제거 작업의 효율을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

버 제거부(510)가 펀칭 핀(512)으로 적용되는 경우, 마찬가지로 펀칭 핀(512)은 마찰교반용접이 이루어지는 동안 이러한 마찰교반에 의해 일정 이상의 온도가 형성된 버(300)를 푸시하여 파이프 부재의 내면으로부터 이탈시켜 제거하게 된다. 이때, 왕복 이동부(530)는 펀칭 핀(512)을 파이프 부재의 길이 방향을 따라 적절하게 왕복 이동시켜 버(300) 제거 작업의 효율을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에서, 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)의 내면에 부착된 버(300)를 더욱 확실하게 제거하기 위해, 도 3에 도시한 바와 같이 펀칭 핀(512)의 단부 중앙 영역에는 오목한 오목 홈부가 형성되는 것이 바람직하다.

도 4에 도시한 바와 같이, 다른 예로 버 제거부(510)는, 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200) 내측에 발생한 버(300)를 용융시켜 제거하는 산소 및 플라즈마 노즐(513)을 포함할 수 있다. 산소 및 플라즈마 노즐(513)은 플라즈마 제트와 작동 가스로서 산소를 버(300) 측으로 분사하여 버(300)를 절단하여 제거하게 된다. 버 제거부(510)는 산소 및 플라즈마 노즐(513)로 플라즈마 제트를 공급하기 위한 플라즈마 발생기(미도시)와, 산소를 공급하기 위한 산소공급 탱크(미도시)를 포함할 수 있으며, 산소 플라즈마 절단을 위한 보다 구체적인 내용은 본 발명의 기술분야의 당업자에게는 자명한 사항이므로 이하 생략하기로 한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 또 다른 예로 버 제거부(510)는 마찰교반 용접 작업이 이루어지는 동안 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)의 내측으로 버(300)가 발생하는 것을 미연에 방지하도록 이루어진다. 구체적으로, 버 제거부(510)는, 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)의 내경과 동일한 외경을 갖는 원통 형상의 세라믹 재질의 봉(514)으로 이루어질 수 있으며, 마찰교반 용접이 이루어지는 동안 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)의 연결부위까지 삽입되어 용접시 발생하는 용접물이 파이프 부재 내측으로 유도(투입)되는 것을 차단할 수 있게 된다. 마찰교반 용접 작업이 완료되면 버 제거부(510)는 후방으로 이동하여 파이프 부재로부터 이탈될 수 있다.

한편, 마찰교반 용접이 이루어지는 동안 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)는 일정 온도 이상으로 가열되고 발생하는 용접물 또한 상당한 고온으로 형성되는데 이러한 고온에 의해 버 제거부(510)가 용융되지 않도록 버 제거부(510)는 일정 이상의 내열성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 전술한 3가지의 경우에도 마찬가지로 적용된다.

다음, 버(300)를 커팅하거나 푸시하여 제거하는 방식이 아니고 전술한 바와 같이 파이프 부재의 내측에 원통 형상의 용접물 내부 투입 방지 구조물을 삽입한 상태에서 마찰용접 작업을 실시하는 방식이 아닌 기타 다른 방식으로 버 발생을 방지하는 경우를 설명한다.

전술한 설명과 이하 설명에서 버(burr) 발생을 방지한다는 의미는 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)의 내면에 버가 발생하는 것을 방지한다는 의미이고 그 외면에는 버가 발생하며, 외면에 발생한 버는 별도의 버 제거기(미도시)를 통해 절삭 가공하여 제거된다.

도 6에 도시한 바와 같이, 버 제거유닛(500)은, 제1 파이프 부재(100) 또는 제2 파이프 부재(200)의 단부 영역에 마련되어 마찰교반 용접부(400)의 구동에 의해 제1 파이프 부재(100) 및 제2 파이프 부재(200)의 내주면측으로 유도되는 용접물을 수용 가능한 용접물 수용홈(550)을 포함할 수 있다. 이러한 구조에서, 마찰교반 용접 작업을 실시할 경우 제1 파이프 부재(100)와 제2 파이프 부재(200)의 상호 용접 부위의 부분적인 용융을 통해 발생하는 용접물은 그 일부가 파이프 부재의 외면에서 응고하여 버(300)로 형성되지만 파이프 부재의 내측으로 이동한 나머지 일부는 용접물 수용홈(550) 내측으로 이동하여 수용될 수 있다. 따라서, 제1 파이프 부재(100)와 제2 파이프 부재(200)의 내면 측에는 별다른 버(300)가 발생하지 않게 되는 이점이 있다.

구체적으로, 제1 파이프 부재(100)는 그 길이 방향을 따라 전체적으로 동일한 내경을 갖도록 이루어지는데, 도 6에 도시한 바와 같이 제2 파이프 부재(200)는, 제1 파이프 부재(100)보다 작은 내경을 갖는 파이프 몸체(560)와, 제2 파이프 몸체(560)의 단부에 연결되어 제1 파이프 부재(100) 내측으로 삽입 가능한 파이프 삽입단(570)을 포함한다.

여기서, 용접물 수용홈(550)은, 파이프 몸체(560)와 파이프 삽입단(570)의 연결 부위에 마련됨과 더불어 제1 파이프 부재(100)와 제2 파이프 부재(200)의 연결 부위와 연통 가능하도록 마련되며, 이에 따라 용접물은 용접물 수용홈(550) 내부에 수용되며 파이프 부재의 내면 측으로 노출되는 현상이 방지 가능하게 된다.

정리하자면, 본 발명은, 마찰용접 작업이 이루어지는 동안 동시에 또는 적절한 시간차를 갖고, 부연하자면 파이프 부재에 일정 이상의 온도가 형성된 상태에서 파이프 부재 내측에 발생한 버(burr)를 한층 용이하게 제거할 수 있으므로 버 제거효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 마찰용접 작업이 이루어지는 동안 파이프 부재의 내측으로의 용접물 투입을 원천적으로 차단하여 파이프 부재의 내측면에 버가 발생하는 것을 미연에 방지함으로써, 별도 버 제거작업을 수행하지 않아도 되는 이점이 있다.

또한, 본 발명은, 버 제거부가 파이프 부재의 내측에 적어도 일부가 삽입된 상태에서 마찰교반 용접 작업이 이루어지므로, 종래와 같이 파이프 부재의 내측에 형성된 버 제거를 위한 별도의 센터링 작업이 필요하지 않아 더욱 신속한 버 제거작업을 진행할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은, 파이프 부재의 내측에 형성된 버를 드릴로 파단 및 파손하거나, 펀칭으로 푸시하거나, 산소 플라즈마 절단하는 방식 등을 통해 제거 가능하게 되므로, 종래 버 제거를 위한 고주파 가열 과정을 생략하여 파이프 부재의 열변형 발생을 한층 최소화할 수 있게 된다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않는다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100: 제1 파이프 부재 200: 제2 파이프 부재
300: 버 400: 마찰교반 용접부
500: 버 제거유닛 510: 버 제거부
520: 회전부 530: 왕복 이동부
540: 승강부 550: 용접물 수용홈

Claims (8)

1. 한 쌍의 제1 파이프 부재와 제2 파이프 부재를 마찰교반용접 기술을 이용하여 서로 접합하는 접합장치로서,
   상기 제1 파이프 부재를 고정함과 더불어 회전시키는 것이 가능한 제1 회전 고정부;
   상기 제2 파이프 부재를 고정함과 더불어 회전시키는 것이 가능한 제2 회전 고정부;
   상기 제1 파이프 부재와 상기 제2 파이프 부재의 연결 부위를 마찰교반하여 용접하는 마찰교반 용접부; 및
   상기 제1 파이프 부재 또는 상기 제2 파이프 부재의 내측에 적어도 일부가 이동 가능하게 마련되고, 상기 마찰교반 용접부의 구동시 이와 더불어 작동하여 상기 제1 파이프 부재 및 상기 제2 파이프 부재의 내측에 발생하는 버(burr)를 제거하거나 상기 제1 파이프 부재 및 상기 제2 파이프 부재의 내측으로의 버 발생을 방지 가능한 버 제거유닛;을 포함하며,
   상기 버 제거유닛은, 상기 제1 파이프 부재 또는 상기 제2 파이프 부재의 단부 영역에 마련되어 상기 마찰교반 용접부의 구동에 의해 상기 제1 파이프 부재 및 상기 제2 파이프 부재의 내주면측으로 유도되는 용접물을 수용 가능한 용접물 수용홈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 파이프 부재는 동일한 내경을 갖도록 이루어지고,
   상기 제2 파이프 부재는,
   상기 제1 파이프 부재보다 작은 내경을 갖는 파이프 몸체; 및
   상기 제2 파이프 몸체의 단부에 연결되어 상기 제1 파이프 부재 내측으로 삽입 가능한 파이프 삽입단;를 포함하고,
   상기 용접물 수용홈은, 상기 파이프 몸체와 상기 파이프 삽입단의 연결 부위에 마련됨과 더불어 상기 제1 파이프 부재와 상기 제2 파이프 부재의 연결 부위와 연통 가능하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 버 제거가 가능한 마찰교반 용접장치.

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