KR101954955B1 - The Process for Repairing Ex-Mani by Brazing - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 익스매니(Ex-Mani)의 접합방법에 관한 것으로서, 배기가스가 합류되어 관통되는 합류부 및 터빈 하우징을 구리계 합금 용가제 및 고주파 유도코일을 이용하여 인덕션 브레이징 공법으로 접합함으로써, 접합부의 피로강도를 완화하고, 열변형, 스패터(spatter), 균열 또는 백비드 등 접합불량을 방지하는 접합방법에 관한 것이다.
보다 더 구체적으로 본 발명은, 차량 엔진의 배기가스를 단일의 통로로 합류시켜 배기하는 합류부 및 터빈 하우징을 포함하는 익스매니(EX-MANI)에 있어서, 상기 합류부 및 터빈 하우징의 접합부위 외측에 고주파 유도 코일을 이격하여 장착하는 단계; 상기 합류부 및 터빈 하우징의 접합부위에 용가재(Filler Metal)를 도포 또는 인가하는 단계; 및 상기 고주파 유도 코일을 가열하여 상기 용가재를 용착하는 단계;를 포함하는 브레이징을 이용한 익스매니의 접합방법을 제공한다.
The present invention relates to a joining method of an Ex-Mani for a vehicle, in which joining portions and turbine housings through which exhaust gases are joined and joined are joined by an induction brazing method using a copper-based alloy applicator and a high-frequency induction coil, A fatigue strength of a joint portion is relaxed, and bonding defects such as thermal deformation, spatter, crack, or back bead are prevented.
More specifically, the present invention relates to an exhaust manifold (EX-MANI) including a merging section and a turbine housing for merging exhaust gases of a vehicle engine into a single passageway and exhausting the exhaust gas, wherein the merging section and the turbine housing The high frequency induction coil being spaced apart from the high frequency induction coil; Applying or applying a filler metal on the joining portion of the merging portion and the turbine housing; And heating the high frequency induction coil to melt the filler material. The present invention also provides a method of joining an Exmani using brazing.

Description

브레이징을 이용한 익스매니의 접합방법{The Process for Repairing Ex-Mani by Brazing}[0001] The present invention relates to a method of joining Exmani using brazing,

본 발명은 차량용 익스매니(Ex-Mani)의 접합방법에 관한 것으로서, 배기가스가 합류되어 관통되는 합류부 및 터빈 하우징을 구리계 합금 용가제 및 고주파 유도코일을 이용하여 인덕션 브레이징 공법으로 접합함으로써, 접합부의 피로강도를 완화하고, 열변형, 스패터(spatter), 균열 또는 백비드 등 접합불량을 방지하는 접합방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a joining method of an Ex-Mani for a vehicle, in which joining portions and turbine housings through which exhaust gases are joined and joined are joined by an induction brazing method using a copper-based alloy applicator and a high-frequency induction coil, A fatigue strength of a joint portion is relaxed, and bonding defects such as thermal deformation, spatter, crack, or back bead are prevented.

최근 차량에 대한 배기가스 규제, 연비 향상 요구 및 엔진의 다운사이징 추세에 대한 대응으로 터보 GDI 엔진에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다. Recently, the development of the turbo GDI engine has been actively pursued in response to the regulation of exhaust gas for vehicles, the demand for improvement of fuel efficiency, and the trend of downsizing of the engine.

상기 터보 GDI 엔진은 그 출력을 향상시키기 위하여 기존 MPI, GDI 엔진에 대비하여 고배기온(예; 950℃이상) 및 고배기압에 노출시킴으로써 엔진의 효율을 증대시키는데, 이러한 가혹한 조건에 대한 내구성 확보를 위하여 익스매니 런너와 합류부를 두께가 두껍고 강건한 주강 재질, 즉 주강일체형 익스매니(Ex-Mani)로 제작하고 있다. In order to improve the output of the turbo GDI engine, the efficiency of the engine is increased by exposing it to a high temperature (eg, 950 ° C. or higher) and a high pressure in comparison with the existing MPI and GDI engines. To ensure durability against such severe conditions The Exmani runner and the confluent part are made of a thick and strong cast steel material, ie Ex-Mani, which is a cast-steel integral type.

이와 같은 주강 재질은 내구성 측면에서는 우수하지만, 중량이 과다하고 촉매까지의 열전달 효율이 불리하여 초기 시동시 촉매가열시간(Light OFF TIME; LOT)이 다소 긴 단점이 있고 따라서 차량의 에미션 성능을 불리하게 한다. Such cast steel materials are excellent in durability but they are heavy and have a disadvantage in that the heat-transfer efficiency to the catalyst is disadvantageous and the catalyst off-time (LOT) during the initial start-up is somewhat long. .

이러한 배경하에 터보 GDI엔진에서 경량화 달성 및 에미션을 저감시키기 위한 방법 중의 하나로서 이중관 타입의 판재형 익스매니가 최근에 대두되고 있다. Under such circumstances, a double tube type excavator of plate type is recently emerging as one of the methods for attaining weight reduction and reduction of emission in the turbo GDI engine.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상기 에어갭 익스매니의 경우, 익스매니와 터빈 하우징 간에 어셈블리(assembly) 제작을 위해서는 내측 런러부(110)및 외측 런너부(120)와 주강으로 형성되는 터빈 하우징(140)의 접합을 시행하여야 하는데, 통상적으로 일반적인 아크 용접(MAG)을 실시할 경우, 용접 부위는 950℃의 가혹한 열피로와 진동을 받는 가장 취약한 부위로서, 열싸이클 및 진동 내구평가시 파단이 이러한 합류부(130)의 용접부위에서 발생하게 된다. Referring to FIGS. 1A and 1B, in the case of the air gap extruder, an inner runner portion 110 and an outer runner portion 120 for forming an assembly between the extraneous manifold and the turbine housing, and a turbine housing (MAG) is generally performed, the welded portion is the most vulnerable portion subjected to severe thermal fatigue and vibration of 950 DEG C, and the fracture occurs in the thermal cycling and vibration endurance evaluation And this occurs on the welding portion of the merging portion 130.

또한, 아크 용접을 실시할 경우, 모재가 융점까지 가열된 후 냉각되므로 용융에 의해 열응력이 발생할 수 있고, 냉각시 인장 잔류응력에 의해 용접부와 모재간 계면 즉, 열영향부에서 파손이 발생할 수 있으며, 용접 부위는 접합 각도가 작고(90~110°), 피로 응력에 취약한 단점이 있다. In addition, when arc welding is performed, the base material is heated to the melting point and then cooled, so that thermal stress may be generated by melting, and breakage may occur at the interface between the welded portion and the base material due to tensile residual stress (90 ~ 110 °), and it is vulnerable to fatigue stress.

그리고, 입열량 과다시 백비드 등이 발생하고, 스패터(spatter) 발생에 의해 상품성이 떨어지는 문제점이 발생하게 된다.In addition, when the amount of heat input is excessively large, back beads are generated, resulting in the problem that the spark plug causes the merchantability to deteriorate.

따라서, 이와 같은 문제점들을 해소할 수 있는 익스매니의 접합방법이 요구되고 있다.
Therefore, there is a demand for a junction method of the Exmani that can solve these problems.

본 발명은 기존의 아크 용접 방식이 아닌 인덕션 브레이징 방식을 이용하여 합류부와 터빈 하우징의 접합부위의 피로강도를 향상시켜 내구성이 보장되는 익스매니의 접합방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a joining method of an exmani which is improved in durability by improving the fatigue strength at the joining portion of the joining portion and the turbine housing by using an induction brazing method other than the conventional arc welding method.

또한, 본 발명은, 균열이나 백비드 등 접합불량을 방지하고, 접합부위의 열변형이나 스패터 발생을 억제하여 익스매니의 접합품질 및 상품성을 개선하는데 또 다른 목적이 있다. It is another object of the present invention to prevent junction defects such as cracks and back beads and to suppress thermal deformation and spatter generation at the junction regions to improve junction quality and merchantability.

또한, 본 발명에 의하면, 기존 아크 용접에 대비하여 적은 공정변수에 의한 공정제어가 손쉬운 익스매니의 접합방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Further, according to the present invention, another object of the present invention is to provide a method of joining Exmani, which facilitates process control by a small process variable in preparation for conventional arc welding.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical subjects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the present invention .

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 차량 엔진의 배기가스를 단일의 통로로 합류시켜 배기하는 합류부 및 터빈 하우징을 포함하는 익스매니(EX-MANI)에 있어서, 상기 합류부 및 터빈 하우징의 접합부위 외측에 고주파 유도 코일을 이격하여 장착하는 단계; 상기 합류부 및 터빈 하우징의 접합부위에 용가재(Filler Metal)를 도포 또는 인가하는 단계; 및 상기 고주파 유도 코일을 가열하여 상기 용가재를 용착하는 단계;를 포함하는 브레이징을 이용한 익스매니의 접합방법을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the conventional art described above, and it is an object of the present invention to provide an EX-MANI which includes a merging portion and a turbine housing for merging exhaust gases of a vehicle engine into a single passage, Mounting the high frequency induction coil on the outer side of the joining portion of the joining portion and the turbine housing; Applying or applying a filler metal on the joining portion of the merging portion and the turbine housing; And heating the high frequency induction coil to melt the filler material. The present invention also provides a method of joining an Exmani using brazing.

본 발명에서 상기 용가재는 구리(Cu)계 합금 용가재인 것이 바람직하다.In the present invention, the above-mentioned filler is preferably a copper (Cu) alloy filler.

본 발명에서 상기 구리(Cu)계 합금 용가재는, 구리(Cu)를 주성분으로 망간(Mn) 8.0 내지12.0중량%, 니켈(Ni) 2.0내지 6.0중량% 및 실리콘(Si) 1.0내지 3.0중량%을 함유하는 것이 바람직하다.In the present invention, the copper (Cu) based alloy filler comprises 8.0 to 12.0% by weight of manganese (Mn), 2.0 to 6.0% by weight of nickel (Ni) and 1.0 to 3.0% by weight of silicon (Si) .

본 발명에서 상기 고주파 유도 코일의 가열온도는 900 내지 1000℃의 범위내인 것이 바람직하다.In the present invention, the heating temperature of the high frequency induction coil is preferably in the range of 900 to 1000 ° C.

본 발명에서 상기 고주파 유도 코일의 가열은, 3 내지 10kW 의 출력으로 50내지 100초(sec)간 가열하는 것이 바람직하다.In the present invention, the heating of the high frequency induction coil is preferably performed at an output of 3 to 10 kW for 50 to 100 seconds.

본 발명에서 상기 익스매니는, 이중관 타입의 에어갭 익스매니인 것이 바람직하다.
In the present invention, it is preferable that the above-mentioned Exmani is a double-pipe type air gap expansive.

본 발명에 의한 브레이징을 이용한 익스매니의 접합방법에 의하면, 아크 용접 대비 접합 부위의 접합각도를 크게 형성함으로써 하중에 대한 응력집중 측면에서 유리하여 익스매니 합류부/터빈 하우징 접합 부위에서의 피로 강도를 크게 향상시킬 수 있고, 접합하려는 모재가 받는 온도가 기존 아크 용접에 비하여 상대적으로 낮아 (아크 용접: 1590℃ 이상, 브레이징: 약 1150℃), 열영향부에서의 피로강도가 향상되어 익스매니의 내구성이 개선되는 효과가 있다. According to the joining method of the Exmani using the brazing according to the present invention, since the joining angle of the joint portion is made larger than that of the arc welding, the fatigue strength at the joining portion of the Exmani junction portion / turbine housing is advantageous in terms of stress concentration with respect to the load (Arc welding: more than 1590 ° C, brazing: about 1150 ° C), the fatigue strength in the heat affected zone is improved and the durability of Exmani is improved There is an effect to be improved.

또한, 본 발명에 의하면, 아크 용접에서처럼 토치각 간섭 등의 문제가 없어 균열이나 백비드 등 접합불량이 발생할 확률이 적고, 열변형이나 스패터 등이 없어서, 접합품질 및 상품성이 개선되는 효과가 있다. Further, according to the present invention, as in arc welding, there is no problem such as torch angle interference, and there is little probability of occurrence of defective junctions such as cracks and back beads, and there is no thermal deformation or spatter, thereby improving junction quality and merchantability .

또한, 본 발명에 의하면, 전류, 전압, 속도, 토치각, 보호가스 조건, 용접봉 종류 및 용접봉 등을 고려하여야 하는 아크 용접에 비하여, 고주파 유도코일에 인가되는 전류 및 출력 시간만 고려하면 되므로, 공정변수가 적어 공정조건에 대한 제어가 쉬운 효과가 있다.
Further, according to the present invention, since only the current and the output time applied to the high frequency induction coil need to be considered in comparison with the arc welding in which the current, voltage, speed, torch angle, protective gas condition, welding rod type, There are few variables and it is easy to control the process conditions.

도 1a 내지 도 1b는 차량용 익스매니의 일구성도.
도 2는 종래기술에 따른 아크 용접을 하는 모습을 나타낸 예시도.
도 3a는 종래기술에 따른 차량용 익스매니의 합류부 및 터빈 하우징을 아크용접으로 접합하는 모습을 나타낸 예시도.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 익스매니의 합류부 및 터빈 하우징을 브레이징 공법으로 접합하는 모습을 나타낸 예시도.
도 4a는 종래기술에 따른 아크용접시 모재의 접합각을 나타낸 SEM 이미지.
도 4b은 본 발명의 일실시예에 따른 브레이징 공법 적용시 용가재의 접합각을 나타낸 SEM 이미지.
Figs. 1A to 1B are diagrams of a configuration of an automotive extemany. Fig.
Fig. 2 is an exemplary view showing an arc welding process according to the prior art; Fig.
FIG. 3A is an exemplary view showing a joining portion of a conventional extemal manifold and a turbine housing joined together by arc welding; FIG.
FIG. 3B is an exemplary view showing a joining portion of the automotive extruder and a turbine housing joined together by a brazing method according to an embodiment of the present invention. FIG.
4A is an SEM image showing a welding angle of a base material in arc welding according to the prior art.
FIG. 4B is a SEM image showing the joining angle of the spark plug in the brazing method according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 일실시예에 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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

본 발명은 가솔린 터보엔진에서 내구성 증대를 위한 신접합공정에 관한 것으로, 기존 아크용접 대비 고온에 대한 피로강도를 개선하고자 고안된 것이다. 익스매니의 합류부(130)와 터빈 하우징(140) 간의 접합시, 기존 아크용접에서 발생하는 열변형 및 피로강도 저하를 개선하기 위하여, 인덕션 브레이징 공법의 적용을 제안한다.The present invention relates to a new joining process for increasing durability in a gasoline turbo engine and is designed to improve fatigue strength against high temperature compared to conventional arc welding. The induction brazing method is proposed in order to improve thermal deformation and fatigue strength deterioration caused by conventional arc welding when joining the junction 130 of the Exmani and the turbine housing 140.

상기 브레이징(Brazing)은 용융점 이하에서 모재(Base Metal)는 상하지 않고 용가재(Filler metal)를 이용하여 열을 가한 후 두 모재를 접합하는 기술을 의미하는데, 접합하고자 하는 양 모재의 용융점 이하에서 용가재를 첨가하여 모재가 상하지 않고 동종금속이든 이종금속이든 다양한 접합이 가능함에 따라 자동차, 항공기, 전기 및 전자기기 등 산업전반에 대단히 광범위하게 사용될 수 있다. 이와 같은 브레이징 공법의 장점은 다음과 같다.Brazing refers to a technique of joining two base metals after heat is applied by using a filler metal without damaging the base metal at a melting point or less. When the base metal is melted or melted, It can be applied to various industries such as automobiles, aircrafts, electric and electronic devices and the like, since various kinds of joining are possible, whether they are homogeneous or heterogeneous metals, without damaging the base material. The advantages of such a brazing method are as follows.

첫째, 동종금속이든 이종금속이든 접합이 다양한 형상으로 가능함에 따라 재료원가가 절감되고, 형상의 자유도가 보장될 수 있으며, 다양한 부품설계가 가능하다.First, since it is possible to form various kinds of junctions between homogeneous metals and dissimilar metals, the material cost can be reduced, the degree of freedom of shape can be guaranteed, and various parts can be designed.

둘째, 다른 방식의 접합보다 비교적 강한 접합강도를 가지며, 경우에 따라 접합부의 인장강도(Tensile Strength)가 모재보다 강하도록 형성하는 것도 가능하다. Secondly, it is possible to have a relatively strong bonding strength than other bonding methods, and in some cases, the tensile strength of the bonding part is made stronger than that of the base metal.

셋째, 정교한 접합부위의 형성이 가능하고, 브레이징 후 깨끗한 조인트(Joint)를 얻을 수 있으므로, 그라인딩 또는 줄질 등 별도의 기계적 가공을 추가할 필요가 없다. Third, since it is possible to form elaborate joints and to obtain a clean joint after brazing, it is not necessary to add additional mechanical machining such as grinding or streaking.

넷째, 접합부위가 금속 야금학적인 접합이기 때문에 연성, 내충격성, 내진동성, 기밀성, 열전도성, 내부식성 등의 특성이 다른 방식의 접합보다 우수하다.Fourth, since the joint is a metal metallurgical joint, characteristics such as ductility, impact resistance, vibration proof, airtightness, thermal conductivity, and corrosion resistance are superior to those of other joints.

이하, 상기 브레이징 공법의 장점을 고려하여 본 발명의 특징에 대하여 기술한다.Hereinafter, characteristics of the present invention will be described in consideration of the advantages of the brazing method.

도 1a 내지 도 1b는 차량용 익스매니의 일구성도이다.Figs. 1A to 1B are diagrams showing a configuration of an automotive extemany.

차량 엔진의 배기가스는 다수의 분기관을 구비하는 내측 런러부(110)를 통해 배기관으로 연결되는데, 내측 런러부(110)는 판재 형상의 외측 런러부(120)에 의해 커버되게 되며, 이 때 다수의 분기관은 단일의 통로를 통해 배기관으로 연결되게 된다. The exhaust gas from the vehicle engine is connected to the exhaust pipe through an inner runner 110 having a plurality of branch pipes. The inner runner 110 is covered by the outer runner 120 in the form of a plate, A plurality of branch pipes are connected to the exhaust pipe through a single passage.

따라서, 다수의 분기관을 구비하는 내측 런러부(110)와 외측 런러부(120)는 합류부(130)를 통해 배기관과 연결되는데, 전술한 바대로 주강일체형 익스매니가 아닌 이중관 타입의 에어갭 익스매니는 주철 재질로 형성되는 매니폴드의 합류부(130)와 주강재질의 배기관을 연결하기 위해 터빈 하우징(140)을 구비하는 것이 일반적이다.Accordingly, the inner runner 110 and the outer runner 120 having a plurality of branches are connected to the exhaust pipe through the merging portion 130. As described above, the double runner type air gap Generally, the exhaust manifold 140 includes a turbine housing 140 for connecting the confluence portion 130 of the manifold made of cast iron and the exhaust pipe of the cast steel.

그러므로, 본 발명에서는 주철 재질의 합류부(130)와 주강 재질의 터빈 하우징(140)을 접합하는 방식과 관련하여 이종재질의 금속을 용이하게 접합하면서도 피로강도를 향상시켜 내구성을 보장할 수 있도록 상기 합류부(130)와 터빈 하우징(140)을 브레이징 공법에 의해 접합하게 된다. Therefore, in the present invention, with respect to the method of joining the confluence portion 130 of cast iron and the turbine housing 140 of the cast steel to bond the different kinds of metals with each other easily, fatigue strength is improved, The joining portion 130 and the turbine housing 140 are joined together by a brazing method.

도 2는 종래기술에 따른 아크 용접을 하는 모습을 나타낸 예시도이고, 도 3a는 종래기술에 따른 차량용 익스매니의 합류부 및 터빈 하우징을 아크용접으로 접합하는 모습을 나타낸 예시도이다.FIG. 2 is an exemplary view showing arc welding according to the prior art, and FIG. 3A is an exemplary view showing a joining part of a merging part and a turbine housing of a conventional automobile extinner by arc welding.

종래에는 익스매니와 터빈 하우징 간 어셈블리(assembly) 제작을 위해, 아크 용접(MAG)을 통해 합류부(310)와 터빈 하우징(320)의 접합을 시행하고 있었는데, 그 접합부위는 고온의 열피로와 진동을 받아 파단이 발생하게 되며, 모재가 용융에 의해 열응력이 발생할 수 있고, 냉각시 인장 잔류응력에 의해 용접부와 모재간 계면에서 파손이 발생할 수 있으며, 용접 부위는 접합 각도가 작고(90~110°), 피로 응력에 취약한 단점이 있다. Conventionally, joining of the confluence portion 310 and the turbine housing 320 is performed through arc welding (MAG) in order to manufacture an assembly between the Exmani and the turbine housing. The welded joints have a small joining angle (90 ~ 90 °), and the welded joints have a small joint angle, 110 °) and is vulnerable to fatigue stress.

더불어서, 과도한 열량의 입사로 인해 백비드 및 스패터(spatter)가 발생할 수 있어 접합면이 불균일하여 상품성이 저하되는 단점이 있었다. In addition, back beads and spatter may be generated due to incidence of excessive heat, resulting in nonuniform bonding surfaces, resulting in deterioration of merchantability.

도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 익스매니의 합류부 및 터빈 하우징을 브레이징 공법으로 접합하는 모습을 나타낸 예시도이다.FIG. 3B is an exemplary view illustrating a joining portion of the automotive extruder and a turbine housing according to an embodiment of the present invention joined together by a brazing method.

본 발명의 브레이징을 이용한 익스매니의 접합방법에 의하면, 먼저 합류부(310) 및 터빈 하우징(320)의 접합부위 외측에 고주파 유도 코일(350)을 이격하여 장착하는 단계를 거친다.According to the joining method of the Exmani using the brazing of the present invention, the high-frequency induction coil 350 is separated from the joining portion of the joining portion 310 and the turbine housing 320 and then mounted.

상기 고주파 유도 코일(350)은 정격전류 등을 고려하여 접합 부위로부터의 이격거리를 결정하여 배치할 수 있으며, 공지의 코일재료를 이용하여 형성할 수 있을 것이다. The high frequency induction coil 350 may be disposed by determining a distance from the bonding site in consideration of a rated current or the like, and may be formed using a known coil material.

또한 고주파 유도 코일(350)은 접합부위의 외곽을 커버하도록 원형, 사각형 등 각종 다각형의 형상으로 형성될 수 있으며, 발명의 필요에 따라 평행하는 직선형으로 구비될 수도 있을 것이다. In addition, the high frequency induction coil 350 may be formed in various polygonal shapes such as a circular shape and a quadrangular shape so as to cover the outer periphery of the joint portion, and may be provided in a linear shape parallel to the needs of the invention.

상기 고주파 유도 코일(350)이 장착되면, 발명의 필요에 따라 합류부(310) 및 터빈 하우징(320)의 접합부위를 미리 예열하는 단계를 거칠 수 있으며, 이는 용가제(340)의 도포 또는 흡착을 용이하게 하기 위함이다. When the high frequency induction coil 350 is mounted, it is possible to preheat the joining portion of the merging portion 310 and the turbine housing 320 according to the necessity of the invention, .

이어서, 상기 합류부 및 터빈 하우징의 접합부위에 용가재(Filler Metal)를 도포하는 단계를 거치게 된다.Subsequently, a step of applying a filler metal onto the joining portion of the merging portion and the turbine housing is performed.

상기 용가재(340)는 구리(Cu)계 합금 용가재를 이용하는 것이 바람직하며, 상기 구리(Cu)계 합금 용가재는, 아래의 표 1에서 볼 수 있듯이, 구리(Cu)를 주성분으로 망간(Mn) 8.0 내지12.0중량%, 니켈(Ni) 2.0내지 6.0중량% 및 실리콘(Si) 1.0내지 3.0중량%을 함유할 수 있다.
As shown in the following Table 1, it is preferable that the filler material 340 is made of a copper (Cu) alloy alloying material, and the copper (Cu) To 12.0 wt%, nickel (Ni) 2.0 to 6.0 wt%, and silicon (Si) 1.0 to 3.0 wt%.

Figure 112012041522449-pat00001
Figure 112012041522449-pat00001

상기 구리(Cu)는 강도 및 내식성을 강화하는 주원소로서 포함되게 되는데, 구리(Cu)계 합금 용가재는 일반적으로 고온에서 사용하고 있는 니켈(Ni)계 합금에 비해 제조비용이 저렴한 장점이 있다.The copper (Cu) is included as a main element for strengthening the strength and corrosion resistance. The copper (Cu) alloy alloying material is generally advantageous in manufacturing cost compared with the nickel (Ni) alloy used at high temperature.

또한, 상기 실리콘(Si)은 용가제의 융점을 낮추는 역할을 하도록 첨가되는 것으로서, 첨가량이 증가할수록 고온 산화특성을 개선하는데 매우 유효한 원소이다. 또한, 고온강도 및 입계 성장저항성에 매우 중요한 역할을 하며. 입계부식균열(SCC)을 억제하는데 상당한 효과가 있는 원소이다. 또한, 용가재에 들어있는 Ni과 함께 소정의 화합물을 형성하여 브레이징 강도를 확보하는데 중요한 역할을 하는 원소라 할 수 있다. The silicon (Si) is added so as to lower the melting point of the solvent, and is an effective element for improving the high-temperature oxidation characteristics as the amount of the silicon (Si) added increases. It also plays an important role in high temperature strength and grain growth resistance. It is an element which has a considerable effect in suppressing intergranular corrosion cracking (SCC). In addition, it can be said that it plays an important role in securing the brazing strength by forming a predetermined compound together with Ni contained in the filler.

상기 니켈(Ni)는 열전도성에서 중대한 손실 없이 브레이징 후 강도를 추가로 증가시키기 위한 것으로서, 용가제(340)가 브레이징 후 강도, 열전도성 및 내식성간 바람직한 평형에 도달하도록 조력하는 역할을 수행하게 된다.The nickel (Ni) serves to further increase the post-brazing strength without significant loss in thermal conductivity, and serves to assist the filler 340 to reach the desired balance between strength, thermal conductivity and corrosion resistance after brazing .

이와 같은 구리(Cu)계 합금 용가재는 와이어, 선재, 판재, 특수형상, 페이스트 등 다양한 형상으로 형성하여 접합부위에 도포 또는 인가가 가능하다.Such a copper (Cu) based alloy filler may be formed into various shapes such as wire, wire, plate, special shape, paste, and the like.

이어서, 상기 고주파 유도 코일을 가열하여 상기 용가재를 용착하는 단계를 거치게 되면, 합류부 및 터빈 하우징의 접합이 완료된다.Then, when the high-frequency induction coil is heated to melt the filler, the joining of the joining portion and the turbine housing is completed.

본 발명에서 상기 고주파 유도 코일(350)의 가열온도는 900 내지 1000℃의 범위일 수 있으며, 그 가열시간은 3 내지 10kW 의 전력으로 50내지 100초(sec)간 가열하는 것이 바람직할 것이다.In the present invention, the heating temperature of the high frequency induction coil 350 may be in the range of 900 to 1000 ° C, and the heating time may be preferably in the range of 3 to 10 kW for 50 to 100 seconds.

종합하면, 본 발명은 고주파 유도 코일(350)을 런너 합류부(310)/터빈 하우징(320)의 경계영역에 적용하고, 구리(Cu)계 합금 용가재(340)를 도포하거나 인가하여 고주파 유도 가열을 시킴으로써 모세관 현상(Capillary Action)에 의해 용융된 용가재(340)가 런너 합류부(310)/터빈 하우징(320) 사이로 확산하여 용착되게 된다.The present invention can be applied to the boundary region between the runner merging portion 310 and the turbine housing 320 by applying the high frequency induction coil 350 and applying or applying the copper alloy alloy filler material 340, The filler material 340 melted by the capillary action is diffused and welded between the runner merging portion 310 and the turbine housing 320.

이때, 양 모재인 합류부(310) 및 터빈하우징(320)과 용가재(340)의 친화력의 정도를 나타내는 성질을 젖음(Wetting)으로 표현할 수 있으며, 양 모재 접합간격(Joint Gap) 사이로 흘러 들어가게 하는 현상이 모세관 현상(Capillary Action)이라 할 수 있다.At this time, the property indicating the degree of affinity between the confluence portion 310 and the turbine housing 320 and the filler material 340 can be expressed by wetting, and the flow between the joint portions 310 and the jointing gap 340 The phenomenon is a capillary action.

즉, 브레이징의 주된 기본 원리는 모재에 용가재를 가하여 접합을 하면 젖음(Wetting)에 의해 용가재(340)가 양 모재에 녹아서 모세관 현상에 의해 양 모재 사이로 흘러 들어가는 것이라 할 수 있다.That is, the main basic principle of brazing is that when the joining is performed by adding a filler to the base material, the filler material 340 is melted into the base material by wetting and flows into the base material by capillary phenomenon.

이와 같이 피로강도를 크게 개선한 본 발명의 고주파 유도 가열을 이용한 인덕션 브레이징과 기존 아크용접을 이용한 단품에서 피로강도를 측정한 결과를 아래의 표 2에 에 제시하였다.
Table 2 below shows the fatigue strength of the single piece using the induction brazing and the conventional arc welding using the high frequency induction heating of the present invention in which the fatigue strength was greatly improved as described above.

Figure 112012041522449-pat00002
Figure 112012041522449-pat00002

표 2에서 확인할 수 있듯이, 고온의 두 조건에서 본 발명에 의한 브레이징의 피로강도가 아크용접보다 약 1.5배 향상됨을 확인할 수 있고, 터보 차저 가스온도인 950℃ 기준(메탈온도는 약 900℃)에 적용 가능하여 열영향부에서의 피로강도가 개선됨을 확인할 수 있다. As can be seen from Table 2, it can be seen that the fatigue strength of the brazing according to the present invention was improved about 1.5 times higher than that of arc welding under two conditions of high temperature, and the turbocharger gas temperature was 950 ° C (metal temperature was about 900 ° C) It can be confirmed that the fatigue strength in the heat affected zone is improved.

도 4a는 종래기술에 따른 아크용접시 모재의 접합각을 나타낸 SEM 이미지이고, 도 4b은 본 발명의 일실시예에 따른 브레이징 공법 적용시 용가재의 접합각을 나타낸 SEM 이미지이다.FIG. 4A is an SEM image showing the joining angle of the base material in the arc welding according to the related art, and FIG. 4B is an SEM image showing the joining angle of the spark plug in the brazing method according to an embodiment of the present invention.

도 4a의 접합 단면에서 보는 바와 같이 아크 용접의 경우 접합각(410)이 작아 접합부위가 응력집중의 노치작용을 하게 되어 피로강도가 약한 반면, 도 4b를 참조하면 본 발명에 의한 인덕션 브레이징은 접합 각도(420)가 크고 응력집중이 이완되어 피로강도가 증가하게 됨을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 4A, in the case of arc welding, the joining angle 410 is small, so that the joining portion acts as a notch of stress concentration and the fatigue strength is weak. On the other hand, referring to FIG. 4B, It can be confirmed that the angle 420 is large and the stress concentration is relaxed to increase the fatigue strength.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
Although the present invention has been described in connection with the specific embodiments of the present invention, it is to be understood that the present invention is not limited thereto. 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 appended claims and their equivalents. Various modifications and variations are possible.

110: 내측 런너부
120: 외측 런너부
130, 310: 합류부
140, 320: 터빈 하우징
210: 와이어
220: 보호가스
230: 아크
240: 모재
330: 용접 토치
340: 용가재
350: 고주파 유도 코일
410, 420: 접합각
110: Inner runner section
120: outer runner section
130, 310:
140, 320: Turbine housing
210: wire
220: Protective gas
230: arc
240: base metal
330: welding torch
340: Ingredient
350: high frequency induction coil
410, 420: joint angle

Claims (7)

아크용접법을 대체하여 에어갭 익스매니의 합류부 및 터빈 하우징을 접합하는 브레이징을 이용한 익스매니의 접합방법으로서,
상기 합류부 및 터빈 하우징의 접합부위 외측에 고주파 유도 코일을 이격하여 장착하는 단계;
상기 합류부 및 터빈 하우징의 접합부위에 망간(Mn) 8.0 내지 12.0 중량%, 니켈(Ni) 2.0 내지 6.0 중량%, 실리콘(Si) 1.0 내지 3.0 중량% 및 잔부의 구리(Cu)를 함유하는 구리(Cu)계 합금 용가재(Filler Metal)를 도포 또는 인가하는 단계; 및
상기 고주파 유도 코일을 가열하여 상기 구리(Cu)계 합금 용가재를 용착하는 단계;를 포함하며,
상기 접합부위의 접합각이 아크용접 시 보다 큰 것을 특징으로 하는 브레이징을 이용한 익스매니의 접합방법.
1. A jointing method for an excavation using brazing to join a joining portion of an air gap excavator and a turbine housing in place of an arc welding method,
Mounting the high frequency induction coil on the outer side of the joining portion of the merging portion and the turbine housing;
(Cu) containing 8.0 to 12.0 wt% of manganese (Mn), 2.0 to 6.0 wt% of nickel (Ni), 1.0 to 3.0 wt% of silicon (Si) and the balance of copper (Cu) on the junction of the merging portion and the turbine housing Cu) alloy alloy filler metal (Filler Metal); And
And heating the high frequency induction coil to deposit the copper (Cu) alloy alloy material,
Wherein the joining angle of the joining portion is larger than that of the arc welding.
제 1항에 있어서,
가열된 상기 합류부 및 상기 터빈 하우징의 온도는 아크용접 시 보다 낮은 것을 특징으로 하는 브레이징을 이용한 익스매니의 접합방법.
The method according to claim 1,
And the temperature of the combined joining portion and the turbine housing is lower than that in arc welding.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 브레이징의 온도는 1010 내지 1050℃인 것을 특징으로 하는 브레이징을 이용한 익스매니의 접합방법.
The method according to claim 1, wherein the temperature of the brazing is 1010 to 1050 占 폚.
제 1항에 있어서, 상기 고주파 유도 코일의 가열은,
3 내지 10kW 의 출력으로 50내지 100초(sec)간 가열하는 것을 특징으로 하는 브레이징을 이용한 익스매니의 접합방법.
The induction heating apparatus according to claim 1, wherein the heating of the high-
And heating at an output of 3 to 10 kW for 50 to 100 seconds (sec).
브레이징을 이용하여 에어갭 익스매니의 합류부 및 터빈 하우징을 접합한 단품에 있어서,
합류부 및 터빈 하우징의 접합부는 망간(Mn) 8.0 내지 12.0 중량%, 니켈(Ni) 2.0 내지 6.0 중량%, 실리콘(Si) 1.0 내지 3.0 중량% 및 잔부의 구리(Cu)를 함유하는 구리(Cu)계 합금 용가재(Filler Metal)를 포함하며,
상기 단품은 700~900℃에서 피로강도가 160MPa~125Mpa인 것을 특징으로 하는 단품.

In a single unit which is joined to a confluence portion of an air gapexmaney and a turbine housing by brazing,
The joining portion of the joining portion and the turbine housing is made of copper (Cu) containing 8.0 to 12.0 wt% of manganese (Mn), 2.0 to 6.0 wt% of nickel (Ni), 1.0 to 3.0 wt% of silicon (Si) ) Based alloy filler metal (Filler Metal)
Wherein the single piece has a fatigue strength of from 160 MPa to 125 MPa at 700 to 900 ° C.

브레이징을 이용하여 에어갭 익스매니의 합류부 및 터빈 하우징을 접합한 단품에 있어서,
합류부 및 터빈 하우징의 접합부는 망간(Mn) 8.0 내지 12.0 중량%, 니켈(Ni) 2.0 내지 6.0 중량%, 실리콘(Si) 1.0 내지 3.0 중량% 및 잔부의 구리(Cu)를 함유하는 구리(Cu)계 합금 용가재(Filler Metal)를 포함하며,
상기 단품은 터보 차저 가스의 온도가 950℃ 이상인 경우에도 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 단품.

In a single unit which is joined to a confluence portion of an air gapexmaney and a turbine housing by brazing,
The joining portion of the joining portion and the turbine housing is made of copper (Cu) containing 8.0 to 12.0 wt% of manganese (Mn), 2.0 to 6.0 wt% of nickel (Ni), 1.0 to 3.0 wt% of silicon (Si) ) Based alloy filler metal (Filler Metal)
Wherein the single unit can be used even when the temperature of the turbocharger gas is 950 DEG C or higher.

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