KR101982557B1 - 박판용 마찰교반용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박판용 마찰교반용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박판의 접촉면에 발생되는 마찰열을 이용하여 용접시키는 박판용 마찰교반용접 장치에 있어서, 용접툴의 용접진행 전방에 롤러가 설치되어, 롤러에 의해 상기 박판이 일정 가압력으로 눌려진 상태에서 용접이 이루어지는 가압롤러부를 더 포함하되, 상기 가압롤러부는 용접툴의 전방 일측에 결합되는 몸체와, 일측이 상기 몸체의 하단에 결합되고 타단부측이 상기 용접툴의 단부로 연장형성되는 연장브라켓과, 상기 연장브라켓의 타단부에 회동가능하게 결합되어 상기 박판의 상부면에 밀착되는 롤러와, 상기 몸체 내측에 설치되어 상기 연장브라켓이 상하로 완충되도록 하는 장력스프링을 포함하여 구성된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 용접툴 전방에 설치된 롤러로 박판을 가압시킨 다음 용접이 이루어지도록 함에 의해, 용접툴이 얇은 박판을 눌러 들뜨는 현상이 제거되어 접합 불량율을 줄여 제품 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 박판을 가압시키는 롤러의 위치를 작업자가 길이조절용 볼트를 회전시켜 수작업으로 간단하게 높이를 조절할 수 있도록 함과 함께, 다른 종류의 박판을 용접할 경우 롤러가 포함된 몸체가 용접툴에 장착된 상태에서 제2 몸체를 회전시켜 장력스프링의 상,하단부를 가압시켜 장력이 조절되도록 하여, 작업자가 롤러와 박판간의 간격 및 박판에 가해지는 가압력을 현장에서 즉각적으로 간편하게 설정할 수 있어, 생산효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

박판용 마찰교반용접 장치{Friction stir welding apparatus for thin plate}

본 발명은 박판용 마찰교반용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접툴 전방에 설치된 롤러로 박판을 가압시키도록 하여 용접시 박판의 들뜸 현상을 제거하여 접합 불량율을 최소화할 수 있는 박판 용접에 적합한 마찰교반용접 장치에 관한 것이다.

산업계에서는 환경보호와 에너지 절감에 대한 요구가 국내외적으로 높아짐에 따라 경량화에 대한 기술개발이 활발하게 진행되고 있다. 경량합금 중 내식성, 연신율, 가공성이 우수하고 재활용성이 좋은 알루미늄 합금이 주목받고 있다. 이에 따라 알루미늄의 접합 한계성을 해결할 수 있는 마찰교반용접(Friction Stir Welding :FSW) 기술 또한 적용분야가 매우 넓어지고 있다.

이러한 마찰교반용접 기술은 비소모식 공구를 이용해야 하며 비용융상에서 용접한다는 점이 타 용접과는 다르며, 또한 별도의 용접재료가 필요없으며 유해공선, 유해가스 등이 발생하지 않아 매우 친환경적인 공정으로, 마찰교반접합장치의 경우 높은 하중과 열이 장치에 그대로 전달되는 공정의 특성을 가지고 있어 이를 고려한 장비 설계 및 제작이 매우 중요하게 된다.

한편 제품의 소형화 및 경량화 됨에 따라 각 산업분야에 마찰교반접합을 이용한 두께 1 mm이하의 박판접합의 수요가 점차적으로 증가하고 있다. 박판의 특성상 큰 열변형과 고정법 그리고 접합장치의 높은 강성을 필요로 하는 어려움이 있다.

즉, 종래 일반적인 마찰교반용접 장비로 박판을 접합시킬 경우, 좁은 면을 누르면서 얇은 박판의 용접부위가 찢어지거나 용접툴이 박판을 누르면서 박판이 들뜨게 되어 박판을 상하로 겹쳐서 접합시킬 경우 틈새가 발생되어 접합 불량률이 매우 높아지게 된다.

아울러, 기존 클램핑 방식으로는 용접중 얇은 박판을 지지하기에는 다소 어려운 문제점이 발생된다.

따라서, 이러한 종래 마찰교반용접 장비의 불합리한 점을 극복하고 용접시 박판이 찢어지지 않고 들뜸현상을 제거하여 접합 불량율을 최소화할 수 있는 박판용접용 마찰교반용접 장치에 대한 요가가 높아지고 있는 실정이다.

한국등록특허 제 1616754호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 용접툴 전방에 설치된 롤러로 박판을 가압시키도록 하여 용접시 박판의 들뜸 현상을 제거하여 접합 불량율을 최소화할 수 있는 박판 용접에 적합한 마찰교반용접장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 롤러가 일정 탄성으로 박판을 가압시키도록 하여 용접공정간에 오차로 인해 박판 소재의 손상을 방지하도록 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 박판의 접촉면에 발생되는 마찰열을 이용하여 용접시키는 박판용 마찰교반용접 장치에 있어서, 용접툴의 용접진행 전방에 롤러가 설치되어, 롤러에 의해 상기 박판이 일정 가압력으로 눌려진 상태에서 용접이 이루어지는 가압롤러부를 더 포함하되, 상기 가압롤러부는 용접툴의 전방 일측에 결합되는 몸체와, 일측이 상기 몸체의 하단에 결합되고 타단부측이 상기 용접툴의 단부로 연장형성되는 연장브라켓과, 상기 연장브라켓의 타단부에 회동가능하게 결합되어 상기 박판의 상부면에 밀착되는 롤러와, 상기 몸체 내측에 설치되어 상기 연장브라켓이 상하로 완충되도록 하는 장력스프링을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 몸체에는 상하 길이방향으로 관통된 수용공이 형성되되, 상기 몸체 내측 하부에는 상기 수용공보다 더 큰 관경의 설치공이 상하 길이방향으로 형성되어 상기 장력스프링의 상단부가 상기 설치공의 상단부에 밀착되며, 상기 수용공 내측으로 설치되되, 상기 수용공의 상부로 노출된 상단부에 형성된 나사선에 길이조절용 볼트가 체결되어 상기 수용공의 상단부에 지지되고 하부에는 상기 장력스프링의 하단부가 안착되는 안착턱이 형성되며, 하단부에는 상기 연장브라켓의 일측이 결합되는 이동부재를 더 포함하여, 상기 길이조절용 볼트를 회전시켜 상기 롤러와 상기 박판과의 거리가 조절된다.

아울러, 상기 몸체는 브라켓에 의해 상기 용접툴의 일측에 결합되며, 상하 길이방향으로 관통되어 내측면에 나사선이 형성되는 결합공이 형성되며, 상기 결합공의 하부에 상기 장력스프링이 삽입되는 제1 몸체와, 외측면에 나사산이 형성되어 상기 제1 몸체의 내측 결합공에 나사결합되며, 상하 길이방향으로 내측에 수용공이 형성되어 상기 이동부재가가 삽입되며, 하단부에는 상기 장력스프링의 상단부가 밀착지지되는 제2 몸체를 포함하여, 상기 제2몸체가 상기 제1 몸체 내측에서 회전되어 상기 제2 몸체의 하단부와 상기 안착턱 간의 간격이 조절된다.

또한, 상기 제2몸체의 상단부 외측면에는 상하 길이방향을 따라 일정간격으로 높이 가이드 눈금선이 표시된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 용접툴 전방에 설치된 롤러로 박판을 가압시킨 다음 용접이 이루어지도록 함에 의해, 용접툴이 얇은 박판을 눌러 들뜨는 현상이 제거되어 접합 불량율을 줄여 제품 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 박판을 가압시키는 롤러의 위치를 작업자가 길이조절용 볼트를 회전시켜 수작업으로 간단하게 높이를 조절할 수 있도록 함과 함께, 다른 종류의 박판을 용접할 경우 롤러가 포함된 몸체가 용접툴에 장착된 상태에서 제2 몸체를 회전시켜 장력스프링의 상,하단부를 가압시켜 장력이 조절되도록 하여, 작업자가 롤러와 박판간의 간격 및 박판에 가해지는 가압력을 현장에서 즉각적으로 간편하게 설정할 수 있어, 생산효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 박판용 마찰교반용접 장치의 일부 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 박판용 마찰교반용접 장치의 이동부재의 위치이동에 관한 단면도이다.
도 3은 박판상에 본 발명의 일실시예에 따른 가압롤러부가 밀착되는 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박판용 마찰교반용접 장치의 구조를 나타낸 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 박판용 마찰교반용접 장치의 일부 구조를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 박판용 마찰교반용접 장치의 이동부재의 위치이동에 관한 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 접촉면에 발생되는 마찰열을 이용하여 용접시키는 마찰교반용접 장치의 용접툴(100) 전방에 가압롤러부(200)를 장착시켜, 박판 용접시 가압롤러부(200)에 의해 박판이 가압된 상태에서 용접이 이루어지도록 하여 얇은 박판의 들뜸 현상이나 찢어짐을 최소화시키도록 한다.

이를 위해 본 발명에 따른 가압롤러부(200)는 용접툴(100)의 전방 일측에 장착되는 몸체(210), 이동부재(240), 연장브라켓(220), 롤러(230) 및 장력스프링(250)을 포함하여 구성된다.

몸체(210)는 브라켓(300)을 통해 용접툴(100)의 용접 진행방향의 전방에 결합되며, 내측에는 수용공(211)이 상하 길이방향을 따라 관통형성된다. 아울러 몸체(210)의 내측 하부에는 수용공(211)보다 더 큰 관경으로 관통된 설치공(212)이 상하 길이방향을 따라 형성되며, 이러한 설치공(212) 내에는 장력스프링(250)이 삽입되도록 한다. 즉, 단턱진 설치공(212)의 상단부에 장력스프링(250)의 상단부가 밀착되며, 설치공(212)의 내측벽면으로 장력스프링(250)이 감싸지도록 설치된다.

이동부재(240)는 몸체(210)의 설치공(212) 내측으로 삽입되되, 몸체(210)의 외측으로 노출되는 상단부에는 나사선이 형성되며, 이러한 나사선에 길이조절용 볼트(241)가 체결되어, 이동부재(240)의 상단부가 수용공(211) 내측으로 삽입되지 않고 볼트에 의해 몸체(210)의 상단부에서 지지되도록 한다. 아울러 몸체(210)의 상단부에는 길이조절용 볼트(241)의 하단부를 지지하기 위한 지지턱이 돌출형성될 수 있다.

아울러 이동부재(240)는 설치공(212)과 대응되는 외경을 가지도록 하여 상하 길이방향으로 형성되며, 하단부에는 장력스프링(250)의 하단부가 안착되는 안착턱(242)이 돌출형성되어, 장력스프링(250)을 이동부재(240)의 상부측에서 끼워 하단부의 안착턱(242)에서 지지되도록 한다.

연장브라켓(220)은 일측이 이동부재(240)의 하단부에 일체로 결합되고, 용접툴(100)의 단부측 방향을 향하여 연장형성되며, 용접툴(100)에 인접한 타단부에는 롤러(230)가 결합된다. 이러한 연장브라켓(220)은 도면에 도시된 바와 같이 이동부재(240)의 안착턱(242) 하부에 볼트에 의해 고정될 수 있다.

롤러(230)는 연장브라켓(220)의 타단부측에 회동가능하게 결합되어 박판의 용접대상 상부면에 밀착된다. 이와 같이, 롤러(230)는 용접툴(100)의 전방에서 용접툴(100)의 진행방향으로 박판을 가압시켜 용접시 박판의 들뜸현상을 방지하도록 한다.

장력스프링(250)은 전술한 바와 같이 몸체(210) 내측에 설치되어 연장브라켓(220)이 장력스프링(250)에 의해 상하로 완충됨에 의해 롤러(230)에 의해 박판에 가해지는 가압력이 어느정도 유동적으로 변경되도록 하여 박판과의 높이 설정이 잘못되어 필요 이상의 높은 가압력으로 박판이 가압되어 손상되지 않도록 탄성력을 제공하도록 한다. 아울러, 이러한 장력스프링(250)은 용접되는 박판의 종류에 따라 가압력을 상이하게 설정할 필요가 있어, 다양한 장력을 가진 장력스프링(250)을 구비하도록 하여 필요시마다 교체하여 사용할 수 있다.

이러한 본 발명의 일실시예에서는 도 2에서와 같이 길이조절용 볼트(241)를 회전시켜 이동부재(240)의 상하 길이방향으로 볼트의 위치를 이동하여 롤러(230)와 박판과의 거리(d1, d2)가 조절되도록 한다.

아래에서는 본 발명의 일실시예에 따른 박판용 마찰교반용접 장치의 동작을 자세히 설명하도록 한다.

도 3은 박판상에 본 발명의 일실시예에 따른 가압롤러부가 밀착되는 구조를 나타낸 단면도이다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 용접대상 박판의 종류 및 두께에 의해 박판의 상부면에 접촉되는 롤러(230)의 높이를 설정하기 위해 도 3의 (a)에서와 같이 길이조절용 볼트(241)를 일정 회전수만큼 회전시켜 롤러(230)와 박판과의 거리가 조절되도록 한 다음, 도 3의 (b)에서와 같이 이동부재(240)가 상방으로 이동되면서 롤러(230)가 박판의 상부면을 가압시키게 된다.

이때, 본 발명에서는 연장브라켓(220)의 상부에 장력스프링(250)이 설치되어 작업자의 장비사용 오작동이나 장비의 손상 및 인발, 압출소재의 치수 등의 오차로 인해 롤러(230)와 박판 상부와의 간격이 일정치 않아도 장력스프링(250)의 탄성력에 의해 어느정도 보상되어 박판이 손상되지 않도록 한다.

이와 같이 본 발명은 박판이 롤러(230)에 의해 장력스프링(250)의 일정 가압력으로 가압된 상태에서 용접작업이 이루어져, 얇은 박판을 용접툴(100)이 누르는 동작에 의해 박판이 들뜨지 않도록 하여 용접불량율을 최소화시키도록 하며, 아울러 장비의 오차에 의한 공차가 장력스프링(250)으로 어느정도 보상되어 롤러(230)에 의해 박판이 손상되지 않게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박판용 마찰교반용접 장치의 구조를 나타낸 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 박판용 마찰교반용접 장치는 롤러(230)와 박판과의 거리가 조절됨과 함께 몸체(210) 내부에 설치되는 장력스프링(250)의 장력이 임의로 조절되도록 하여 다른 종류의 박판을 용접할 경우 불필요하게 다른 장력을 가진 장력스프링(250)으로 교체하기 위해 몸체(210)를 용접툴(100)에서 다시 분리시킬 필요없이 몸체(210)가 용접툴(100)에 장착된 상태에서 즉각적으로 장력스프링(250)의 장력이 조절되도록 하여 별도로 다른 규격의 장력스프링(250)을 구비할 필요없이 용이하게 작업전환이 이루어 질 수 있도록 한다.

이를 위해 본 발명의 다른 실시예에서는 본 발명의 제 일실시예에서와는 달리 몸체(210)를 외부와 내부의 제1, 제2 몸체(2110, 2120)로 분리시켜 제1, 제2 몸체(2110, 2120)간의 간격이 조절되도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에서의 제1 몸체(2110)는 상하 길이방향으로 관통되어 내측면에 나사선이 형성되는 결합공(2111)이 형성되고, 결합공(2111)의 하부측에 장력스프링(250)이 삽입되며, 브라켓(300)에 의해 용접툴(100)의 일측에 결합된다.

제2 몸체(2120)는 외측면에 나사산이 형성되어 제1 몸체(2110)의 내측 결합공(2111)에 나사결합되어 나사산을 따라 제1 몸체(2110)의 내측에서 상하 길이방향으로 이동되며, 상부에 볼트로 체결되어 볼트의 하부면이 제1 몸체(2110)의 상부면에 지지되도록 한다. 이러한 제2 몸체(2120)에는 상하 길이방향으로 내측에 수용공(2121)이 관통형성되어 이동부재(240)가 수용공(2121)으로 삽입되며, 제2 몸체(2120)의 하단부에는 결합공(2111)으로 삽입되는 장력스프링(250)의 상단부가 밀착지지되도록 한다.

이러한 본 발명의 다른 실시예에서는 이동부재(240)의 상단부에 결합된 길이조절용 볼트(241)를 회전시켜 롤러(230)와 용접대상 박판의 상부면과의 거리가 조절되도록 함과 함께, 제2 몸체(2120)가 제1 몸체(2110)의 내측에서 회전되어 제2 몸체(2120)의 하단부와 이동부재(240)의 하부 안착턱(242) 간의 간격이 조절되도록 하여 장력스프링(250)의 상하단부를 가압시켜 장력스프링(250)이 지니고 있는 장력이 변화되도록 한다.

이와 같이 본 발명의 다른 실시예에서는 다른 종류의 박판을 용접해야 할 경우, 상기와 같이 몸체(210)가 용접툴(100)에 장착된 상태에서 길이조절용 볼트(241)와 제2 몸체(2120)를 작업자가 직접 회전시켜 롤러(230)와 박판간의 간격 및 가압력을 즉각적으로 설정할 수 있도록 한다.

아울러, 본 발명의 다른 실시예에서는 작업자가 수작업으로 볼트를 회전시켜 미세한 이동거리를 쉽게 육안으로 확인할 수 있도록 제2 몸체(2120)의 상단부 외측면에 상하 길이방향을 따라 일정간격으로 높이 가이드 눈금선(L)이 표시되어 작업자가 수작업으로 정확하게 높이를 설정할 수 있도록 한다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

100 : 용접툴
200 : 가압롤러부 210 : 몸체
211 : 수용공 212 : 설치공
220 : 연장브라켓 230 : 롤러
240 : 이동부재 241 : 길이조절용 볼트
242 : 안착턱
250 : 장력스프링
2110 : 제1 몸체 2111 : 결합공
2120 : 제2 몸체 2121 : 수용공
300 : 브라켓

Claims (4)

1. 박판의 접촉면에 발생되는 마찰열을 이용하여 용접시키는 박판용 마찰교반용접 장치에 있어서,
   용접툴의 용접진행 전방에 롤러가 설치되어, 롤러에 의해 상기 박판이 일정 가압력으로 눌려진 상태에서 용접이 이루어지는 가압롤러부를 더 포함하되,
   상기 가압롤러부는
   용접툴의 전방 일측에 결합되는 몸체와,
   일측이 상기 몸체의 하단에 결합되고 타단부측이 상기 용접툴의 단부로 연장형성되는 연장브라켓과,
   상기 연장브라켓의 타단부에 회동가능하게 결합되어 상기 박판의 상부면에 밀착되는 롤러와,
   상기 몸체 내측에 설치되어 상기 연장브라켓이 상하로 완충되도록 하는 장력스프링을 포함하되,
   상기 몸체에는 상하 길이방향으로 관통된 수용공이 형성되되, 상기 몸체 내측 하부에는 상기 수용공보다 더 큰 관경의 설치공이 상하 길이방향으로 형성되어 상기 장력스프링의 상단부가 상기 설치공의 상단부에 밀착되며,
   상기 수용공 내측으로 설치되되, 상기 수용공의 상부로 노출된 상단부에 형성된 나사선에 길이조절용 볼트가 체결되어 상기 수용공의 상단부에 지지되고 하부에는 상기 장력스프링의 하단부가 안착되는 안착턱이 형성되며, 하단부에는 상기 연장브라켓의 일측이 결합되는 이동부재를 더 포함하여,
   상기 길이조절용 볼트를 회전시켜 상기 롤러와 상기 박판과의 거리가 조절되며,
   상기 몸체는
   브라켓에 의해 상기 용접툴의 일측에 결합되며, 상하 길이방향으로 관통되어 내측면에 나사선이 형성되는 결합공이 형성되며, 상기 결합공의 하부에 상기 장력스프링이 삽입되는 제1 몸체와,
   외측면에 나사산이 형성되어 상기 제1 몸체의 내측 결합공에 나사결합되며, 상하 길이방향으로 내측에 수용공이 형성되어 상기 이동부재가가 삽입되며, 하단부에는 상기 장력스프링의 상단부가 밀착지지되는 제2 몸체를 포함하여,
   상기 제2몸체가 상기 제1 몸체 내측에서 회전되어 상기 제2 몸체의 하단부와 상기 안착턱 간의 간격이 조절되는 것을 특징으로 하는 박판용 마찰교반용접 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제2몸체의 상단부 외측면에는 상하 길이방향을 따라 일정간격으로 높이 가이드 눈금선이 표시되는 것을 특징으로 하는 박판용 마찰교반용접 장치.
   

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