KR102007979B1 - 진동을 이용한 고주파 브레이징 방법과 이를 이용한 고주파 브레이징 장치 - Google Patents

진동을 이용한 고주파 브레이징 방법과 이를 이용한 고주파 브레이징 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진동을 이용한 고주파 브레이징 방법과 이를 이용한 고주파 브레이징 장치에 관한 것으로서, 고주파유도가열에 의한 모재의 브레이징 접합시 모재에 진동을 가함으로써 결합부위의 틈새로 용가재의 침투성을 강화시켜 생산성과 품질을 향상시킬 수 있는 고주파 브레이징 방법과 이를 이용한 고주파 브레이징 장치에 관한 것이다.
본 발명의 진동을 이용한 고주파 브레이징 방법은 제 1모재가 결합된 제 2모재를 고주파유도가열기의 유도코일 내측으로 위치시키는 준비단계와, 유도코일에 전류를 공급하여 제 1 및 제 2모재의 결합부위에 놓인 용가재를 용융시키는 용융단계와, 제 2모재에 진동을 가해 결합부위의 틈새로 용융된 용가재의 침투를 촉진시키는 진동단계를 포함한다.

Description

진동을 이용한 고주파 브레이징 방법과 이를 이용한 고주파 브레이징 장치{high frequency brazing method and apparatus}
본 발명은 진동을 이용한 고주파 브레이징 방법과 이를 이용한 고주파 브레이징 장치에 관한 것으로서, 고주파유도가열에 의한 모재의 브레이징 접합시 모재에 진동을 가함으로써 결합부위의 틈새로 용가재의 침투성을 강화시켜 생산성과 품질을 향상시킬 수 있는 고주파 브레이징 방법과 이를 이용한 고주파 브레이징 장치에 관한 것이다.
시스템 에어컨은 건물 설계 시에 적용되어 각 방마다 실내기를 다양하게 설치하여 개별 분산할 수 있는 공조 설비로서, 한 대의 실외기에 다수의 실내기를 냉매배관으로 연결하여 사용한다.
냉매는 압축, 응축, 팽창, 증발과정을 순차적으로 순환하는 과정에서 냉기를 발생시키는 냉동사이클을 이용하게 되는데, 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 토출시키는 압축기를 비롯하여 압축된 냉매를 외기와 열을 교환하여 냉기가 액체 상태로 변환되는 응축기(실외기)와, 응축된 냉매를 단열 팽창시켜 저온 저압의 액체상태로 변환시키는 팽창밸브 및 저온 저압의 냉매를 외기와 열교환시켜 저온 저압의 액체 상태의 냉매를 다시 압축기로 송출하는 증발기(실내기)로 구성된다.
이와 같은 과정에서 단독의 팽창밸브와 여러 개의 증발기와의 사이에는 냉매를 분배시켜 주는 냉매 분배기가 설치되어 팽창된 냉매를 각 증발기에 공급시켜 주게 된다.
이러한 냉매 분배기의 모습을 도 1 및 도 2에 도시하고 있다. 냉매 분배기(1)는 냉매가 유입되는 하우징(3)과, 하우징(3)에 결합되어 다수로 분기되어 각각 실내의 증발기와 연결되는 냉매배관(5)으로 이루어진다.
하우징(3)과 냉매배관(5)은 주로 브레이징 방법으로 접합된다. 하우징(3)의 상부에 구멍을 뚫은 후 구멍에 냉매배관(5)을 삽입하여 결합시킨 다음 고주파유도가열에 의해 용융시킨 용가재(9)를 결합부위의 틈새(7)로 스며들게 하여 하우징(3)과 냉매배관(5)을 접합한다.
브레이징(brazing)이란 450℃ 이상으로 가열하되 접합하고자 하는 모재(BASE METAL) 용융점(MELTING POINT) 이하로 가열하여 용가재(filler metal)를 용융시켜 2개의 모재를 접합하는 기술이다.
용접은 접합하고자 하는 모재의 용융점 이상으로 가열하여 모재를 용융시켜 접합하는 방법이며 브레이징은 모재의 용융점 이하로 가열하여 용융된 용가재로 모재를 접합한다는 점에서 차이가 있다.
통상적으로 브레이징은 접합하고자 하는 두 금속 사이의 결합부위에 용가재를 투입하고 고주파 또는 화염 등에 의한 고온의 열을 가하면 용가재가 녹으면서 모세관 효과에 의해 결합부위의 틈새로 미세하게 스며들도록 하는 야금학적 결합방식이다.
이러한, 브레이징은 냉장고, 에어컨, 냉동/냉장기기, 자동차, 건축용품 등의 다양한 분야의 장치들을 구성하는 부품을 접합하는데 유용하게 적용되며, 동일 종류의 금속성 모재를 접합하거나 또는 접합하고자 하는 두 모재가 서로 다른 이종의 금속을 접합할 수도 있어서 폭넓은 접합이 가능하다.
하지만, 종래의 고주파 브레이징 장치를 이용한 브레이징 방법은 용가재를 용융시켜 결합부위의 미세한 틈새로 스며들도록 하여야 하므로 용가재의 침투성이 약해 도 2의 확대도와 같이 결합부위(7)에 깊이 스며들지 못한다. 따라서 용입깊이가 낮아 접합강도가 약하고, 접합면이 균일하지 못해 냉매의 누설 우려가 발생하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1319375호: 철과 비철 금속의 접합을 위한 고주파 브레이징 장치
본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 고주파유도가열에 의한 모재의 브레이징 접합시 모재에 진동을 가해 결합부위의 틈새로 용가재의 침투성을 강화시킴으로써 생산성과 품질을 향상시킬 수 있는 고주파 브레이징 방법과 이를 이용한 고주파 브레이징 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진동을 이용한 고주파 브레이징 방법은 제 1모재가 결합된 제 2모재를 고주파유도가열기의 유도코일 내측으로 위치시키는 준비단계와; 상기 유도코일에 전류를 공급하여 상기 제 1 및 제 2모재의 결합부위에 놓인 용가재를 용융시키는 용융단계와; 상기 제 2모재에 진동을 가해 상기 결합부위의 틈새로 용융된 용가재의 침투를 촉진시키는 진동단계;를 포함한다.
상기 준비단계는 상기 유도코일의 하방에 설치된 지지프레임에 상기 제 2모재를 지지시키고, 상기 진동단계는 상기 지지프레임에 진동을 가해 상기 제 2모재에 진동을 전달한다.
그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진동을 이용한 고주파 브레이징 장치는 유도코일이 설치된 고주파유도가열기와; 제 1모재가 결합된 제 2모재가 상기 유도코일의 내측에 위치하도록 상기 제 2모재를 지지하는 지지프레임과; 상기 지지프레임에 진동을 가해 상기 제 1 및 제 2모재의 결합부위의 틈새로 용융된 용가재의 침투를 촉진시키기 위한 진동수단;을 구비한다.
상기 지지프레임은 상기 제 2모재가 고정되는 지그와, 상기 지그의 하부에 형성되어 상기 진동수단과 연결되는 포스트를 구비한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 고주파유도가열에 의한 모재의 브레이징 접합시 모재에 진동을 가함으로써 결합부위의 틈새로 용가재의 침투성을 강화시킬 수 있다. 이에 따라 브레이징 제품의 생산성과 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 플럭스 미사용으로 인해 작업장이나 작업자에서 유해할 수 있는 요소를 제거함으로써 작업환경을 개선할 수 있다.
도 1은 시스템 에어컨에 적용되는 냉매 분배기의 모습을 나타낸 이미지이고,
도 2는 도 1에 적용된 냉매 분매기의 요부를 발췌한 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 고주파 브레이징 장치의 측면도이고,
도 4는 도 3의 요부를 발췌한 사시도이고,
도 5는 본 발명에 따라 접합된 제 1모재(냉매배관)와 제 2모재(하우징)의 접합부위를 종래의 기술과 비교하여 보여주는 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 진동을 이용한 고주파 브레이징 방법과 이를 이용한 고주파 브레이징 장치에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 고주파 브레이징 장치는 유도코일(15)이 설치된 고주파유도가열기(10)와, 제 1모재가 결합된 제 2모재가 유도코일(15)의 내측에 위치하도록 제 2모재를 지지하는 지지프레임(20)과, 지지프레임(20)에 진동을 가해 제 1 및 제 2모재의 결합부위의 틈새로 용융된 용가재의 침투를 촉진시키기 위한 진동수단(30)을 구비한다.
고주파유도가열기(10)는 모재의 접합부위를 가열하여 용가재를 용융시키기 위한 것이다.
유도 가열은 전자유도 작용에 의한 것으로서, 교류 전류가 흐르는 코일 속에 위치하는 금속 등의 도전체는 와전류 손실과 히스테리시트(Hysteresis) 손실의 저항에 의하여 열이 발생한다. 특히 고주파 전류를 이용하는 것을 고주파 유도 가열(high-frequency induction heating)이라 한다. 이러한 고주파 유도 가열은 도체의 직접가열 또는 국부가열이 가능하고, 에너지 밀도가 높으며, 불꽃이 방출되지 않으며 용접 중 발생하는 흄(fume)이 저감되는 장점이 있다.
고주파유도가열기(10)는 통상적인 구조이므로 구체적인 설명은 생략한다. 고주파유도가열기는 모재의 크기 또는 재질, 용가재의 종류에 따라 적절한 용량을 사용할 수 있다. 일반적으로 철 계열은 10 ~ 50kHz 정도가 많이 사용되어지며, 비철금속의 경우(황동, 알루미늄, 스텐, 동 등)는 50 ~ 400kHz 대의 비교적 높은 주파수가 사용될 수 있다.
도시된 고주파유도가열기(10)는 전면에 유도코일(15)이 형성되어 있다. 유도코일(15)은 나선형으로 형성되어 내측에 위치하는 모재를 가열하는 역할을 한다. 유도코일(15)의 형상과 크기는 모재의 재질, 크기, 형상 등에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
지지프레임(20)은 고주파유도가열기(10)의 전면에 설치된다.
지지프레임(20)은 지그(21)와, 지그(21)의 하부에 형성되어 진동수단(25)과 연결되는 포스트를 구비한다.
지그는 유도코일의 하방에 설치된다. 지그(21)는 접합하고자 하는 접합대상물인 모재를 지지하기 위한 것으로서, 모재의 형태와 크기에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 도시된 일 예로 지그(21)는 에어컨의 냉매 분배기의 하우징(3)을 지지할 수 있도록 상부가 개방된 통 모양으로 이루어진다. 하우징(3)은 하부가 지그(21)의 내측에 삽입된 상태로 고정된다.
포스트(25)는 지그(21)의 하부에서 형성된다. 포스트(25)는 지그(21)를 지지하는 역할을 하는 것으로서, 주위의 구조물에 고정되거나 지면에서 일정 높이로 형성될 수 있다.
진동수단(30)은 모재에 진동을 가하는 역할을 한다. 진동수단(30)은 지지프레임(20)에 진동을 가해 모재에 진동을 전달할 수 있도록 한다. 가령, 진동수단(30)은 지지프레임(20)의 포스트(25)에 설치되어 포스트(25)를 진동시킬 수 있다.
진동수단(30)으로 진동을 발생시킬 수 있는 구조라면 제한 없이 다양한 종류의 공지의 진동수단을 이용할 수 있다. 일 예로 진동수단으로 압전소자를 이용할 수 있다. 압전소자는 전류를 기계적 진동으로 변화시키는 것으로서, 초음파 진동을 발생시킨다. 이러한 초음파 진동은 초당 10000회 이상의 진동을 발생시킴으로써 모재의 결합부위의 틈새에 용융된 용가재가 효과적으로 침투될 수 있도록 한다.
한편, 진동수단은 압전소자 외에도 모터와 편심캠을 이용하거나 솔레노이드를 이용하여 기계적인 진동을 발생시킬 수 있음은 물론이다.
상술한 본 발명의 고주파 브레이징 장치를 이용한 브레이징 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 접합할 모재를 준비한다. 도시된 예로 2개의 모재를 준비한다. 설명의 편의상 어느 하나의 모재를 제 1모재라 하고, 다른 하나의 모재를 제 2모재라 한다. 제 1모재와 제 2모재는 동일 종류의 금속 소재이거나, 서로 다른 이종의 금속소재일 수 있다.
본 발명은 에어컨, 냉장고, 냉동/냉장기기, 자동차, 건축용품 등의 다양한 분야의 장치들을 구성하는 부품을 브레이징 접합하는데 이용될 수 있다. 따라서 본 발명을 이용하여 접합하고자 하는 모재로 에어컨, 냉장고, 냉동/냉장기기, 자동차, 건축용품 등의 다양한 분야의 장치들을 구성하는 부품이 모두 해당될 수 있다.
도시된 일 예로 모재는 에어컨 냉매 분배기의 하우징(3)과, 냉매배관(5)이다. 따라서 이하에서는 제 1모재로 냉매배관(5)을, 제 2모재로 하우징(3)을 예로 들어 설명한다.
하우징(3)의 상부에 다수의 구멍을 형성한 후 각 구멍에 냉매배관(5)을 삽입하여 도 2와 같이 결합시킨다.
냉매배관(5)이 결합된 하우징(3)의 하부를 지그(21)의 내측에 삽입하여 고정시킨다. 지그(21)에 고정된 하우징(3)의 상부는 유도코일(15) 내측에 위치한다.
다음으로, 유도코일(3)에 전류를 공급하여 하우징(3)과 냉매배관(5)의 결합부위의 용가재를 용융시킨다.
유도코일에 전류가 공급되면 유도코일의 내측에 위치하는 하우징과 냉매배관의 결합부위가 가열되고 이에 따라 용가재가 용융된다.
용가재(filler metal)는 모재를 접합하기 위하여 첨가되는 금속으로서, 모재의 결합부위의 간격, 형상, 강도, 재질에 따라 선택적으로 이용할 수 있다. 용가재는 와이어(wire), 시트(sheet), 파우더, 페이스트 형태 중 어느 하나일 수 있다.
고주파유도가열기(10)는 모재와 용가재의 재질에 따라 유도전류의 크기와 주파수를 제어할 수 있으며, 모재의 종류 및 용가재의 재질에 따라 유도 전류의 시간을 설정할 수 있다.
다음으로, 하우징(3)에 진동을 가해 하우징(3)과 냉매배관(5)의 결합부위 틈새로 용융된 용가재의 침투를 촉진시킨다.
지지프레임(20)의 포스트(25)에 설치된 진동수단(30)을 작동시키면 진동수단에서 발생된 진동은 포스트(25)에 가해지고, 포스트(25)에 가해진 진동은 하우징(3)에 전달된다.
이에 따라 하우징(3)과 냉매배관(5)의 결합부위에 진동이 가해지면서 용융된 용가재의 유동성이 증대되어 결합부위의 틈새로 용가재가 용이하게 침투될 수 있다. 특히, 이종간 소재의 모재 접합시에도 용가재의 침투성이 월등히 우수하다.
도 5를 참조하면, 종래의 고주파 브레이징의 경우 제 1모재와 제 2모재의 결합부위의 틈새로 용가재가 깊이 스며들지 못해 용입깊이가 낮다. 반면에 본 발명의 경우 진동을 가하므로 용융된 용가재의 유동성이 증대되어 결합부위의 틈새로 용가재가 용이하게 침투된다. 따라서 종래의 방법에 비해 용입깊이가 훨씬 더 깊게 형성된다.
이와 같이 본 발명은 브레이징 접합시 모재에 진동을 가함으로써 결합부위의 틈새로 용가재의 침투성을 강화시켜 생산성과 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 용가재의 침투성이 강화되므로 플럭스를 사용하지 않아도 되므로 플럭스 미사용으로 인한 작업장이나 작업자에서 유해할 수 있는 요소를 제거할 수 있다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: 냉매 분배기 3: 하우징
5: 냉매배관 10: 고주파유도가열기
15: 유도코일 20: 지지프레임
21: 지그 25: 포스트
30: 진동수단

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 냉매가 유입되는 하우징 및 상기 하우징에 결합되어 다수로 분기되어 각각 실내의 증발기와 연결되는 냉매배관으로 이루어진 에어컨 냉매 분배기의 고주파 브레이징 방법에 있어서,
    제 2모재인 상기 하우징의 상부에 다수의 구멍을 형성한 후 상기 구멍에 제 1모재인 상기 냉매배관을 삽입하여 결합시키는 결합단계와;
    상기 제 1모재가 결합된 상기 제 2모재를 고주파유도가열기의 유도코일 내측으로 위치시킬 수 있도록 상기 제 2모재를 지지프레임에 지지시키는 준비단계와;
    상기 유도코일에 전류를 공급하여 상기 제 1 및 제 2모재의 결합부위에 놓인 용가재를 용융시키는 용융단계와;
    상기 제 2모재에 진동을 가해 용융된 용가재의 유동성을 증대시켜 상기 결합부위의 틈새로 상기 용융된 용가재의 침투를 촉진시키는 진동단계;를 포함하고,
    상기 지지프레임은 상부가 개방된 통 모양으로 이루어져 상기 제 2모재의 하부가 내측으로 삽입되어 고정되며 상기 유도코일의 하방에 설치되는 지그와, 상기 지그의 하부에 형성된 포스트를 구비하며,
    상기 진동단계는 상기 포스트에 진동수단으로 압전소자를 설치하여 상기 포스트에 진동을 가해 상기 제 2모재에 진동을 전달하는 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 에어컨 냉매 분배기의 고주파 브레이징 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
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