KR102091669B1 - Friction stir welding apparatus with automatic height adjustment function - Google Patents

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KR1020180127658A
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노태성
신길재
허두상
김덕호
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주식회사 윈젠
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Abstract

The present invention relates to a friction stir welding apparatus with an automatic height adjustment function comprising: a main body; a main shaft installed on one side of the main body to be moved vertically and installed to be rotated; and a welding unit coupled to a lower portion of the main shaft to rotate with the main shaft if the main shaft rotates, and provided with a welding tip formed on the lower end thereof. The welding unit includes: a body unit coupled to a lower portion of the main shaft to rotate with the main shaft if the main shaft rotates; a welding tip which is installed on the lower end of the body unit to rotate with the body unit if the body unit rotates, and comes in contact with one side of the base metal; and a machining control unit which is electrically connected to the main shaft, detects the height of an area to be welded of the upper surface of the base metal, and vertically moves the main shaft in accordance with the detected height information to control the machining position of the welding tip. According to the present invention, the height of a position to be welded in accordance with the curved shape of the upper surface of the base metal is detected, and the machining position of the welding tip is adjusted based on the detected height of the position to be welded to reduce welding defect rates and greatly improve welding quality.

Description

자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치{Friction stir welding apparatus with automatic height adjustment function}Friction stir welding apparatus with automatic height adjustment function

본 발명은 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모재 상면의 굴곡진 형상에 따른 용접대상위치의 높이를 검출하고, 검출된 용접대상위치의 높이에 기초하여 용접툴의 가공위치를 조절함으로써 용접불량률을 저감할 수 있으면서도 용접품질을 크게 향상시킬 수 있는 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치에 관한 것이다.The present invention relates to a friction stir welding device having an automatic height adjustment function, and more particularly, to detect the height of the welding target position according to the curved shape of the upper surface of the base material, and weld tool based on the detected height of the welding target position. It relates to a friction stir welding device having an automatic height adjustment function that can greatly reduce the welding quality while reducing the welding defect rate by adjusting the processing position of.

산업계에서는 환경보호와 에너지 절감에 대한 요구가 국내외적으로 높아짐에 따라 경량화에 대한 기술개발이 활발하게 진행되고 있으며, 경량합금 중 내식성, 연신율, 가공성이 우수하고 재활용성이 좋은 알루미늄 합금이 주목받고 있다.In the industry, as the demands for environmental protection and energy saving have increased at home and abroad, technology development for light weight has been actively conducted, and among light weight alloys, aluminum alloys with excellent corrosion resistance, elongation, workability and good recyclability are attracting attention. .

이러한, 알루미늄 합금의 경우 위와 같은 장점에도 불구하고, 알루미늄 합금과 알루미늄 합금간 접합이 어려운 문제점이 있는데, 최근에는 상기한 알루미늄 합금의 접합 한계성을 해결하기 위해 마찰교반용접(Friction Stir Welding :FSW)기술을 이용하고 있다.In the case of such an aluminum alloy, despite the above advantages, there is a problem in that the bonding between the aluminum alloy and the aluminum alloy is difficult. Recently, friction stir welding (FSW) technology is used to solve the above limitations of the bonding of the aluminum alloy. Is using.

상기한, 마찰교반용접(Friction Stir Welding)기술은 한 쌍의 박판 접합영역 상하부에 각각 용접팁이 접촉되고, 접촉된 한 쌍의 용접팁이 회전함에 따라 발생하는 마찰열을 이용하여 재표, 즉 박판 내 역성유동에 의해 용접하는 고상 접합으로서, 아크 용접, 레이저 용접, 전자빔 용접 등의 용융 용접에 비해 블로홀이나 갈라짐이 발생하지 않고 용접에 따른 변형이 적다는 특징을 갖는다.As described above, the friction stir welding technology uses a friction heat generated as the welding tips are in contact with the upper and lower portions of a pair of thin plate joining regions and the pair of contacted welding tips rotate, that is, in the thin plate. As a solid-state welding welded by inverse flow, it has a feature that there is no blowhole or cracking and less deformation due to welding than melt welding such as arc welding, laser welding, and electron beam welding.

그리고, 마찰교반용접은 초기 알루미늄 합금에 사용이 국한되었으나, 최근에는 기술의 발달로 인해 다양한 경량소재뿐만 아니라 일반 강재의 용접에까지 확대 사용이 가능하게 되었다. In addition, friction stir welding was limited to use in early aluminum alloys, but recently, due to the development of technology, it has been possible to expand and use various light materials as well as general steel.

뿐만 아니라 최근에는 복합재와 세라믹 등의 다양한 소재와의 접합기술을 요구하는 이종재료의 접합에서도 기존 다른 용접기술과 비교하여 상대적으로 좋은 용접성을 나타내고 있는 바 철도 차량, 항공기, 자동차 분양등으로 그 적용분야가 증대되고 있다.In addition, recently, the bonding of dissimilar materials that require bonding technology between various materials such as composite materials and ceramics shows relatively good weldability compared to other welding technologies. Is increasing.

도1은 종래의 마찰교반 용접장치를 도시한 도면이다.1 is a view showing a conventional friction stir welding device.

도1에서 보는 바와 같이 종래의 마찰교반 용접장치(100)는 접합하고자 하는 복수의 모재(M) 상부에 회전가능하게 설치되는 주축(110)과, 주축(110)의 단부에 결합되고 모재(M)의 일측 중 용접대상영역에 접하는 용접팁(121)이 형성된 용접부(120)와, 주축(110)을 회전시키는 구동부재(미도시)로 구성되며, 구동부재(미도시)가 모재(M)의 접합부 상부에 배치된 주축(110)를 회전시킴과 아울러 모재(M)의 접합영역을 따라 이송한다.As shown in FIG. 1, the conventional friction stir welding apparatus 100 is coupled to the ends of the main shaft 110 and the main shaft 110 rotatably installed on a plurality of base materials M to be joined, and the base material M It consists of a welding member (120) formed with a welding tip (121) contacting the welding target area on one side of the side, and a driving member (not shown) for rotating the main shaft (110), the driving member (not shown) is the base material (M) In addition to rotating the main shaft 110 disposed on the upper portion of the joint, it is transported along the bonding region of the base material M.

이에 용접팁(121)과 모재(M)의 접합영역 사이에 발생된 마찰력과, 주축(110)이 가하는 회전력에 의해 가소화된 모재(M)의 접합영역에 소성 유동이 발생되고, 소성 유동을 통한 각 모재(M)간 교반 작용으로 고상접합이 이루어진다.Accordingly, a plastic flow is generated in the joining region of the plasticized base material M by the frictional force generated between the welding tip 121 and the joining region of the base material M, and the rotational force applied by the main shaft 110, and the plastic flow is generated. Solid phase bonding is achieved by agitation between each base material (M).

그러나, 종래의 마찰교반 용접장치(100)는 온도, 습도 및 이에 따른 모재의 특성등 다양한 환경요인에 의해 상면이 굴곡진 모재를 마찰교반용접하는 경우 일정높이에서 일방향으로 전진하면서 마찰용접하는 용접팁이 용접대상면인 모재 상면의 굴곡진 형상으로 인해 용접대상면으로부터 들뜨면서 용접품질이 현저하게 저하되거나 모재의 일측을 과도하게 파고들면서 모재가 손상되는 문제점이 있었다.However, the conventional friction stir welding apparatus 100 is a welding tip for friction welding while advancing in a direction at a certain height when friction stir welding a base material having a curved upper surface due to various environmental factors such as temperature, humidity, and characteristics of the base material. Due to the curved shape of the upper surface of the base material, which is the welding target surface, the welding quality is significantly lowered while being lifted from the welding target surface or the base material is damaged while excessively digging one side of the base material.

또한, 종래의 마찰교반 용접장치(100)는 모재(M)를 마찰용접하는 과정에서 용접팁(121)과 모재(M)의 접합영역 사이에 발생되는 마찰력에 의해 모재(M)의 표면이 일어남에 따라 버(bur)가 발생되며, 이는 모재(M)의 용접작업을 완료한 후 모재(M) 표면에 발생한 버(bur)를 제거하기 위한 별도의 버 제거작업이 수행되는데, 버 제거작업에 상당한 시간과 별도의 인력이 요구되는 바 모재(M)의 용접작업시간이 크게 증가하고, 버 제거작업에 따른 인력비용이 증가하는 문제점이 있었다.In addition, in the conventional friction stir welding apparatus 100, in the process of friction welding the base material M, the surface of the base material M is caused by the frictional force generated between the welding tip 121 and the bonding region of the base material M. Depending on the bur, a separate bur removal operation is performed to remove burs generated on the surface of the base material M after the welding operation of the base material M is completed. Since a considerable amount of time and a separate manpower are required, the welding work time of the base material M is greatly increased, and there is a problem in that manpower costs are increased due to burr removal work.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 모재 상면의 굴곡진 형상에 따른 용접대상위치의 높이를 검출하고, 검출된 용접대상위치의 높이에 기초하여 용접툴의 가공위치를 조절함으로써 용접불량률을 저감할 수 있으면서도 용접품질을 크게 향상시킬 수 있는 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치를 제공함에 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and the object of the present invention is to detect the height of the welding target position according to the curved shape of the upper surface of the base material, and to detect the height of the welding tool based on the detected height of the welding target position. It is to provide a friction stir welding device having an automatic height adjustment function capable of reducing the welding defect rate by adjusting the processing position, and greatly improving the welding quality.

본 발명의 다른 목적은 숄더부를 통해 모재의 상면 일측을 가압하여 모재간 접합상태가 유지될 수 있도록 함과 동시에 마찰용접 과정에서 발생하는 버를 제거함으로써 별도로 버 제거작업을 수행하기 위한 시간과 인건비를 절감할 수 있고, 이에 작업시간 및 작업비용을 크게 절감할 수 있는 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to press the upper surface side of the base material through the shoulder portion so that the bonding state between the base materials can be maintained and at the same time removing the burr generated during the friction welding process, the time and labor cost for performing the burr removal operation separately. It is to provide a friction stir welding device having an automatic height adjustment function, which can be reduced, and thus can significantly reduce working time and operation cost.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 모재의 접촉면에 발생되는 마찰열을 이용하여 용접시키는 마찰교반 용접장치에 있어서, 본체와, 상기 본체의 일측에 상하방향으로 이동가능하게 설치됨과 아울러 회전가능하게 설치되는 주축과, 상기 주축의 하부에 결합되어 상기 주축이 회전하는 경우 동반회전하고, 하단부에 용접팁이 형성된 용접부를 포함하되, 상기 용접부는 상기 주축의 하부에 결합되고, 상기 주축이 회전하는 경우 동반회전하는 몸체부와, 상기 몸체부의 하단부에 설치되어 상기 몸체부가 회전하는 경우 동반회전하고, 상기 모재의 일측에 접촉되는 용접팁과, 상기 주축과 전기적으로 연결되고, 상기 모재의 상면 중 용접대상영역의 높이를 검출하고, 검출된 높이정보에 따라 상기 주축을 상하이동하여 상기 용접팁의 가공위치를 제어하는 가공제어부를 포함하되, 가공제어부는 상기 본체의 일측에 설치되는 지지브라켓과, 상기 지지브라켓의 하부 일측에 회전가능하게 설치됨과 아울러 상하방향으로 이동가능하게 설치되고, 상기 모재의 상면에 접촉되는 가압롤러부와, 상기 가압롤러부의 일측에 연결되고, 상기 가압롤러부가 상하이동하는 경우 동반 이동하는 검출플레이트와, 상기 지지브라켓의 일측에 설치되고, 상기 검출플레이트와의 이격거리를 검출하는 센서부 및 상기 센서부와 상기 검출플레이트간 이격거리에 기초하여 상기 모재의 상면 중 용접대상영역의 높이를 분석하고, 검출된 높이정보에 따라 상기 주축을 상하이동하여 상기 용접팁의 가공위치를 제어하는 제어유닛을 포함하는 것이 바람직하다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, in the friction stir welding apparatus for welding using the friction heat generated on the contact surface of the base material, the main body, and is installed to be movable in the vertical direction on one side of the main body In addition to the main shaft is rotatably installed, coupled to the lower portion of the main shaft and rotates when the main shaft is rotated, including a welding portion formed with a welding tip at the lower end, the welding portion is coupled to the lower portion of the main shaft, the When the main shaft is rotated, the body portion that rotates together, and when installed at the lower end of the body portion, rotates when the body portion rotates, and a welding tip contacting one side of the base material, electrically connected to the main shaft, and the base material It includes a machining control unit for detecting the height of the welding target area in the upper surface of the upper surface, and moving the main axis according to the detected height information to control the machining position of the welding tip, the machining control unit is installed on one side of the main body The bracket, rotatably installed on one side of the lower side of the support bracket and movably installed in a vertical direction, is connected to an upper surface of the base material, and a press roller part connected to one side of the press roller part, and the press roller part When traveling in Shanghai, the upper surface of the base material is based on a detection plate that moves together and a sensor unit installed on one side of the support bracket and detecting a separation distance between the detection plate and a separation distance between the sensor unit and the detection plate. It is preferable to include a control unit that analyzes the height of the welding target region and moves the main shaft up and down according to the detected height information to control the machining position of the welding tip.

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또한, 상기 가압롤러부는 상기 본체의 하부 일측에 상기 본체의 내외측방향으로 상하이동가능하게 설치되는 하우징과, 상기 하우징의 하부 일측에 회전가능하게 설치되고, 상기 모재의 상면 일측에 접촉되는 롤러유닛 및 상기 본체의 내면 일측과 상기 하우징 사이에 개재되어 상기 하우징에 하방으로 탄성력을 제공하는 탄성부재를 포함할 수 있다.In addition, the pressing roller unit is a housing that is rotatably installed on the lower side of the main body in the inward and outward direction of the body, and is rotatably installed on the lower side of the housing, and the roller unit contacting one side of the upper surface of the base material And an elastic member interposed between one side of the inner surface of the main body and the housing to provide an elastic force downward to the housing.

아울러, 상기 몸체부는 상기 용접툴을 감싸도록 형성되며, 상기 몸체부의 일측 중 상기 용접툴 부근에 설치되고, 마찰용접시 상기 모재의 상면에 접촉되어 마찰용접과정에서 발생하는 버를 제거하는 숄더부를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the body portion is formed to surround the welding tool, it is installed in the vicinity of the welding tool on one side of the body portion, the contact with the upper surface of the base material during friction welding to remove the shoulder portion generated in the friction welding process further It is preferred to include.

그리고, 상기 숄더부는 상기 몸체부의 일측 중 상기 용접툴 부근에 설치되는 블럭부와, 상기 블럭부의 저면 일측으로부터 돌출형성되고, 마찰용접시 상기 모재의 상면에 접촉되는 지지돌기를 포함하되, 상기 지지돌기는 일측 중 상기 용접툴의 용접진행방향과 대응되는 일측으로부터 내측방향으로 상향경사진 경사면이 형성될 수 있다.In addition, the shoulder portion includes a block portion installed near the welding tool on one side of the body portion, and a support protrusion that protrudes from one side of the bottom surface of the block portion and contacts the upper surface of the base material during friction welding. In one side, an inclined surface inclined upwardly from one side corresponding to the welding progress direction of the welding tool to the inner side may be formed.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 모재 상면의 굴곡진 형상에 따른 용접대상위치의 높이를 검출하고, 검출된 용접대상위치의 높이에 기초하여 용접툴의 가공위치를 조절함으로써 용접불량률을 저감할 수 있으면서도 용접품질을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, by detecting the height of the welding target position according to the curved shape of the upper surface of the base material, and adjusting the machining position of the welding tool based on the detected height of the welding target position, it is possible to reduce the welding defect rate There is an effect that can greatly improve the welding quality.

그리고, 본 발명은 숄더부를 통해 모재의 상면 일측을 가압하여 모재간 접합상태가 유지될 수 있도록 함과 동시에 마찰용접 과정에서 발생하는 버를 제거함으로써 별도로 버 제거작업을 수행하기 위한 시간과 인건비를 절감할 수 있고, 이에 작업시간 및 작업비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention reduces the time and labor cost to separately perform the burr removal operation by removing the burr generated during the friction welding process while simultaneously maintaining the bonding state between the base materials by pressing one side of the upper surface of the base material through the shoulder portion. It is possible to do this, there is an effect that can significantly reduce the working time and work cost.

도1은 종래의 마찰교반 용접장치를 도시한 도면,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치의 사시도,
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치를 개략적으로 도시한 단면도,
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 롤러유닛이 모재 상면의 굴곡형상에 따라 상하방향으로 이동되는 상태를 도시한 도면,
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 주축이 상하이동함에 따라 용접팁의 가공위치가 조절되는 상태를 도시한 도면,
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치의 단면도.1 is a view showing a conventional friction stir welding device,
Figure 2 is a perspective view of a friction stir welding device having an automatic height adjustment function according to an embodiment of the present invention,
Figure 3 is a cross-sectional view schematically showing a friction stir welding device having an automatic height adjustment function according to an embodiment of the present invention,
Figure 4 is a view showing a state in which the roller unit according to an embodiment of the present invention is moved in the vertical direction according to the curved shape of the upper surface of the base material,
5 is a view showing a state in which the machining position of the welding tip is adjusted as the main shaft moves up and down according to an embodiment of the present invention;
Figure 6 is a cross-sectional view of the friction stir welding device having an automatic height adjustment function according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치의 사시도이고, 도3은 본 발명의 일실시예에 따른 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.2 is a perspective view of a friction stir welding device having an automatic height adjustment function according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 schematically shows a friction stir welding device having an automatic height adjustment function according to an embodiment of the present invention It is one section.

도2 및 도3에서 보는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치(1)는 본체(10)와, 주축(20) 및 용접부(30)를 포함하여 구성된다.2 and 3, the friction stir welding apparatus 1 having an automatic height adjustment function according to an embodiment of the present invention includes a main body 10, a main shaft 20, and a welding part 30. do.

본체(10)는 설치대상영역 고정설치되어 후술하는 주축(20) 및 회전력제공수단(미도시)의 설치영역을 제공함과 아울러 주축(20)을 지지하여 주축(20)이 안정적으로 회전할 수 있도록 하는 역할을 한다.The main body 10 is fixed to the installation target area and provides an installation area of the main shaft 20 and rotational force providing means (not shown) to be described later, and supports the main shaft 20 so that the main shaft 20 can stably rotate. Plays a role.

주축(20)은 본체(10)의 일측 중 접합하고자 하는 복수의 모재 상부와 대응되는 일측에 회전가능하게 설치되고, 회전력제공수단(미도시)으로부터 회전력을 제공받아 회전하는 경우 그 회전력을 후술하는 용접부(30)에 전달하는 역할을 한다.The main shaft 20 is rotatably installed on one side corresponding to the upper portion of a plurality of base materials to be joined among the one side of the main body 10, and when the rotational force is provided by a rotational force providing means (not shown), the rotational force will be described later. It serves to transfer to the welding portion 30.

여기서, 주축(20)은 후술하는 용접부(30)의 용접팁(32) 위치를 조절할 수 있도록 본체(10)의 일측에 상하방향으로 이동가능하게 설치되는데, 주축(20)의 상하이동구조는 도면에 도시되어 있진 않지만 LM가이드를 이용함과 아울러 이동거리를 정밀하게 제어할 수 있도록 서브모터가 사용되는 것이 바람직하다.Here, the main shaft 20 is installed to be movable in the vertical direction on one side of the main body 10 so as to be able to adjust the position of the welding tip 32 of the welding part 30 to be described later, the shank structure of the main shaft 20 is a drawing Although not shown in the figure, it is preferable that a sub-motor is used to precisely control a moving distance while using an LM guide.

용접부(30)는 주축(20)의 하부에 결합되는 몸체부(31)와, 몸체부(31)의 하단부에 설치되는 용접팁(32) 및 주축(20)과 전기적으로 연결되는 가공제어부(33)를 포함하여 구성되며, 용접팁(32)이 모재의 상면에 접촉된 상태로 회전하면서 마찰교반용접을 수행하는 역할을 한다.The welding part 30 includes a body part 31 coupled to a lower portion of the main shaft 20, a welding tip 32 installed at a lower end of the body part 31, and a processing control part 33 electrically connected to the main shaft 20. ), And the welding tip 32 rotates in contact with the upper surface of the base material to perform friction stir welding.

몸체부(31)는 대략 원기둥형상으로 형성되고, 주축(20)의 하부에 결합되어 주축(20)이 회전하는 경우 동반 회전함으로써 하부에 결합되는 용접팁(32)에 회전력을 제공함과 아울러 용접팁(32)을 지지하여 용접팁(32)이 안정적으로 회전할 수 있도록 하는 역할을 한다.The body portion 31 is formed in a substantially cylindrical shape, and is coupled to the lower portion of the main shaft 20 to provide rotational force to the welding tip 32 coupled to the lower portion by rotating together when the main shaft 20 rotates, and also to provide a welding tip. (32) to support the welding tip 32 serves to stably rotate.

용접팁(32)은 몸체부(31)의 하부에 설치되고, 용접하고자 하는 모재의 표면에 접촉되는 바 주축(20)이 회전하는 경우 동반 회전하여 마찰열에 의해 용접하고자 하는 복수개의 모재를 상호 접합하는 역할을 한다.The welding tip 32 is installed on the lower portion of the body portion 31, and when the main shaft 20 rotates when it is in contact with the surface of the base material to be welded, it rotates together to jointly join a plurality of base materials to be welded by frictional heat. Plays a role.

가공제어부(33)는 모재의 상면 중 용접대상영역의 높이에 기초하여 용접팁(32)의 가공위치를 제어하는 역할을 하는 것으로서, 본체(10)의 일측에 설치되는 지지브라켓(33a)과, 지지브라켓(33a)의 하부 일측에 회전가능하게 설치되는 가압롤러부(33b)와, 가압롤러부(33b)의 일측에 연결되는 검출플레이트(33e)와, 지지브라켓(33a)의 일측에 설치되는 센서부(33d) 및 센서부(33d), 주축(20)과 전기적으로 연결된 제어유닛(33e)을 포함하여 구성된다.The processing control unit 33 serves to control the machining position of the welding tip 32 based on the height of the welding target area among the upper surfaces of the base material, and a supporting bracket 33a installed on one side of the main body 10, A pressure roller part 33b rotatably installed on one lower side of the support bracket 33a, a detection plate 33e connected to one side of the pressure roller part 33b, and one side of the support bracket 33a It comprises a sensor unit (33d) and the sensor unit (33d), a control unit (33e) electrically connected to the main shaft (20).

여기서, 지지브라켓(33a)은 본체(10)의 일측 중 하부 일측에 설치되고, 주축(20)의 일측 및 용접팁(32)을 둘러싸도록 형성되며, 가압롤러부(33b) 및 제어유닛(33e)의 설치영역을 제공하고 이를 지지하는 역할을 한다.Here, the support bracket (33a) is installed on one side of the lower side of the main body 10, is formed to surround one side of the main shaft 20 and the welding tip 32, the pressing roller portion (33b) and the control unit (33e) ) To provide the installation area and support it.

그리고, 지지브라켓(33a)은 하부에 가압롤러부(33b)가 설치되는 설치홈(33aa)이 형성된다.And, the support bracket 33a is formed with an installation groove 33aa in which a pressure roller part 33b is installed at the bottom.

가압롤러부(33b)는 본체(10)의 하부 일측 중 설치홈(33aa) 내에 상하이동가능하게 설치되는 하우징(33ba)과, 하우징(33ba)의 하부 일측에 회전가능하게 설치되는 롤러유닛(33bb) 및 본체(10)의 내면 일측과 하우징(33ba) 사이에 개재되는 탄성부재(33bc)를 포함하여 구성되며, 탄성부재(33bc)를 통해 모재의 상면에 접촉됨과 아울러 모재의 일측을 하방으로 가압하여 마찰교반용접시 모재간 들뜸현상을 방지하는 역할을 한다.The pressing roller part 33b includes a housing 33ba rotatably installed in the installation groove 33aa among the lower one side of the main body 10, and a roller unit 33bb rotatably installed on the lower side of the housing 33ba. ) And an elastic member 33bc interposed between one side of the inner surface of the main body 10 and the housing 33ba, and contacting the upper surface of the base material through the elastic member 33bc and pressing one side of the base material downward. Therefore, it serves to prevent the lifting phenomenon between the base materials during friction stir welding.

하우징(33ba)은 대략 내부에 수용공간(33baa)이 형성되고 상부가 개방된 박스형상으로 형성되며, 롤러유닛(33bb)을 지지함과 아울러 롤러유닛(33bb)이 상하방향으로 이동하는 경우 본체(10)의 내면을 따라 동반이동하면서 롤러유닛(33bb)의 상하이동동작이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하는 역할을 한다.The housing 33ba is formed in a box shape in which an accommodation space 33baa is formed inside and an upper part is opened, and supports the roller unit 33bb and the main body (when the roller unit 33bb moves in the vertical direction) 10) While moving together along the inner surface, the roller unit 33bb plays a role of stably moving up and down.

롤러유닛(33bb)은 일반적으로 시중에 판매되고 있는 롤러가 사용될 수 있는데, 모재의 상면 일측을 보다 넓은 영역으로 가압할 수 있도록 일정 길이를 갖는 롤러가 사용되는 것이 바람직하며, 모재의 상면을 하방으로 가압하여 마찰교반용접시 모재간 들뜸현상을 방지하는 역할을 한다.As the roller unit 33bb, a commercially available roller may be used, and it is preferable that a roller having a predetermined length is used to press one side of the upper surface of the base material to a wider area, and the upper surface of the base material is downward. It acts to prevent lifting between the base materials during pressurized stir welding.

탄성부재(33bc)는 앞서 설명한 바와 같이 본체(10)의 내면 일측과 하우징(33ba) 사이에 개재되고, 하방으로 탄성력을 제공함으로써 롤러유닛(33bb)이 모재의 상면을 탄성가압하도록 하는 역할을 한다.The elastic member 33bc is interposed between one side of the inner surface of the main body 10 and the housing 33ba as described above, and serves to make the roller unit 33bb elastically press the upper surface of the base material by providing an elastic force downward. .

검출플레이트(33e)는 대략 플레이트 형상으로 형성되되, 상기한 하우징(33ba)의 외측면 일측으로부터 본체(10)의 외측방향으로 돌출형성되고, 하우징(33ba)이 상하이동하는 경우 동반하여 상하이동함으로써 모재 상면의 굴곡형상에 따라 변화하는 롤러유닛(33bb)의 변위량을 센서부(33d)에서 검출할 수 있도록 하는 역할을 한다.The detection plate 33e is formed in a substantially plate shape, and protrudes from the outer side of the housing 33ba toward the outside of the main body 10, and when the housing 33ba moves up and down, it moves together. It serves to enable the sensor unit 33d to detect the displacement amount of the roller unit 33bb changing according to the curved shape of the upper surface of the base material.

센서부(33d)는 본체(10)의 일측에 설치되고, 검출플레이트(33e)와의 이격거리를 실시간 검출하고, 이를 제어유닛(33e)을 전달하는 역할을 하는 것으로서, 일반적인 위치감지센서 중 어느 하나가 사용될 수 있다.The sensor unit 33d is installed on one side of the main body 10, detects the distance from the detection plate 33e in real time, and serves to deliver it to the control unit 33e. Any one of the general position detection sensors Can be used.

제어유닛(33e)은 센서부(33d)와 검출플레이트(33e)간 이격거리 정보를 실시간으로 전달받고, 이에 기초하여 모재 상면 중 용접대상영역의 높이를 분석한 후 검출된 높이정보에 따라 주축(20)을 상하이동하여 용접팁(32)의 가공위치를 제어하는 역할을 하는데, 이러한 제어유닛(33e)의 제어동작은 후술하는 동작설명에서 보다 상세하게 설명하도록 한다.The control unit 33e receives the distance information between the sensor unit 33d and the detection plate 33e in real time, and on the basis of this, analyzes the height of the welding target area of the upper surface of the base material and then determines the main axis according to the detected height information ( 20) serves to control the machining position of the welding tip 32 by moving up and down, and the control operation of the control unit 33e will be described in more detail in the operation description to be described later.

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 롤러유닛이 모재 상면의 굴곡형상에 따라 상하방향으로 이동되는 상태를 도시한 도면이고, 도5는 본 발명의 일실시예에 따른 주축이 상하이동함에 따라 용접팁의 가공위치가 조절되는 상태를 도시한 도면이다.4 is a view showing a state in which the roller unit according to an embodiment of the present invention is moved in the vertical direction according to the curved shape of the base material, Figure 5 is a main axis according to an embodiment of the present invention as the spindle moves up and down It is a view showing a state in which the processing position of the welding tip is adjusted.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치(1)의 동작을 첨부된 도4 및 도5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the friction stir welding apparatus 1 having an automatic height adjustment function according to an embodiment of the present invention having such a configuration will be described with reference to FIGS. 4 and 5 as follows.

먼저, 접합하고자 하는 복수개의 모재를 용접부(30)의 하부에 배치하되, 모재의 접합영역이 용접팁(32)이 접촉되도록 함과 아울러 가공제어부(33)의 롤러유닛(33bb)이 모재의 상면 일측에 접촉되도록 한다.First, a plurality of base materials to be bonded are disposed under the welding part 30, but the joining area of the base material makes the welding tip 32 contact, and the roller unit 33bb of the processing control part 33 is the upper surface of the base material. Make contact with one side.

여기서, 롤러유닛(33bb)이 모재의 일측, 즉 용접대상영역을 하방으로 탄성가압함으로써 모재간 들뜸현상을 방지한다.Here, the roller unit 33bb is elastically pressed downward on one side of the base material, that is, the welding target region, thereby preventing the floating phenomenon between the base materials.

다음, 주축(20)이 회전하고, 주축(20)이 회전함에 따라 용접팁(32)이 동반 회전하며, 용접팁(32)의 회전력에 의해 용접팁(32)과 모재간 마찰력이 발생함과 아울러 주축(20)이 가하는 회전력에 의해 가소화된 모재의 접합영역에 소성 유동이 발생되고, 소성 유동을 통한 각 모재간 교반 작용으로 고상접합이 이루어진다.Next, as the main shaft 20 rotates, as the main shaft 20 rotates, the welding tip 32 rotates together, and the frictional force between the welding tip 32 and the base material is generated by the rotational force of the welding tip 32 and In addition, plastic flow is generated in the joining region of the plasticized base material by the rotational force applied by the main shaft 20, and solid phase bonding is achieved by agitation between each base material through the plastic flow.

이때, 모재 상면의 굴곡에 따라 모재 상면에 밀착된 롤러유닛(33bb)이 상하이동되는데, 롤러유닛(33bb)이 상하이동함에 따라 하우징(33ba)이 상하이동되고, 하우징(33ba)이 상하이동함에 따라 이에 결합된 검출플레이트(33e) 또한 상하방향으로 동반이동된다.At this time, according to the curvature of the upper surface of the base material, the roller unit 33bb in close contact with the upper surface of the base material moves up and down. As the roller unit 33bb moves up and down, the housing 33ba moves up and down, and the housing 33ba moves up and down. Accordingly, the detection plate 33e coupled thereto is also moved in the vertical direction.

센서부(33d)는 검출플레이트(33e)와의 이격거리를 실시간으로 검출하고, 이를 제어유닛(33e)에 전달한다.The sensor unit 33d detects the separation distance from the detection plate 33e in real time and transmits it to the control unit 33e.

제어유닛(33e)은 센서부(33d)로부터 전달된 센서부(33d)와 검출플레이트(33e)간 이격거리 정보를 통해 모재의 상면 일측, 즉 용접대상영역의 높이 분석하고, 분석된 높이정보에 기초하여 주축(20)을 상하방향으로 제어함으로써 용접툴의 가공위치를 조절한다.The control unit 33e analyzes the height of one side of the upper surface of the base material, that is, the welding target region, through the separation distance information between the sensor unit 33d and the detection plate 33e transmitted from the sensor unit 33d, and analyzes the height information. On the basis of this, the machining position of the welding tool is adjusted by controlling the main shaft 20 in the vertical direction.

이와 같이 모재의 상면 굴곡에 따라 용접팁(32)의 가공위치를 조절함으로써 모재 상면의 굴곡형상에 관계없이 용접대상영역에 대하여 용접팁(32)의 가공위치가 일정하게 위치하므로 용접품질을 크게 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 용접팁(32)이 모재에 과도하게 파묻히면서 모재가 손상되는 것을 방지할 수 있다.As described above, by adjusting the machining position of the welding tip 32 according to the bending of the upper surface of the base material, the welding position of the welding tip 32 is uniformly positioned with respect to the welding target area regardless of the bending shape of the upper surface of the base material, thereby greatly improving the welding quality. In addition, it is possible to prevent damage to the base material while the welding tip 32 is excessively buried in the base material.

도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a friction stir welding device having an automatic height adjustment function according to another embodiment of the present invention.

도6 실시예의 기본적인 구성은 도2 내지 도5의 실시예와 동일하나, 마찰교반용접 과정에서 발생하는 버를 마찰교반 용접작업 과정에서 제거할 수 있는 구조로 형성된 것이다.The basic configuration of the embodiment of FIG. 6 is the same as the embodiment of FIGS. 2 to 5, but is formed in a structure capable of removing burrs generated in the process of friction stir welding in the process of friction stir welding.

도6에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 전 실시예와 달리 몸체부(31)의 일측 중 용접팁(32) 부근에 설치되는 숄더부(40)를 더 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 6, this embodiment is configured to further include a shoulder portion 40 installed near the welding tip 32 among one side of the body portion 31, unlike the previous embodiment.

여기서, 숄더부(40)는 몸체부(31)의 일측 중 용접팁(32) 부근에 설치되는 블럭부(41)와, 블럭부(41)의 저면 일측으로부터 돌출형성되는 지지돌기(42)를 포함하여 구성된다.Here, the shoulder portion 40 includes a block portion 41 installed near the welding tip 32 among one side of the body portion 31 and a support protrusion 42 protruding from one side of the bottom surface of the block portion 41. It includes.

블럭부(41)는 대략 원통형상으로 형성되고, 중앙에 용접팁(32)이 통과하는 중공이 형성되며, 후술하는 지지돌기(42)가 모재에 접촉되는 경우 이를 지지함으로써 지지돌기(42)를 통해 버가 안정적으로 제거되도록 하는 역할을 한다.The block portion 41 is formed in a substantially cylindrical shape, a hollow through which the welding tip 32 passes is formed in the center, and the supporting projection 42 is supported by supporting the supporting projection 42, which will be described later, in contact with the base material. It serves to stably remove burrs.

그리고, 블럭부(41)는 손상 또는 파손시 쉽게 교환할 수 있도록 몸체부(31)에 탈부착가능하게 설치되는 것이 바람직하다.And, the block portion 41 is preferably installed detachably to the body portion 31 so that it can be easily replaced in case of damage or breakage.

지지돌기(42)는 앞서 설명한 바와 같이 블럭부(41)의 저면 일측으로부터 하방으로 돌출형성되되, 용접툴의 용접진행방향과 대응되는 일측으로부터 내측방향으로 상향경사진 경사면이 형성될 수 있는데, 이는 마찰용접과정에서 발생된 버를 경사면이 형성된 단부를 통해 제거함으로써 버 제거효율이 보다 향상될 수 있도록 하기 위함이다.The support protrusion 42 is formed to protrude downward from one side of the bottom surface of the block portion 41, as described above, may be formed inclined upwardly inclined upward from one side corresponding to the welding progress direction of the welding tool, which This is to remove the burr generated in the friction welding process through the end having the inclined surface so that the burr removal efficiency can be further improved.

이와 같은 본 실시예는 용접팁(32)이 회전하면서 다수의 모재를 마찰용접함에 따라 버가 발생하는 경우 용접팁(32) 후단에서 용접팁(32)과 일방향으로 동반 이동되면서 발생한 버를 긁어냄과 동시에 하방으로 가압함으로써 별도의 버 제거작업이 요구되지 않고, 버를 효과적으로 제거할 수 있는 특징을 갖는다.In the present exemplary embodiment, when a burr occurs as the welding tip 32 rotates and friction-welds a plurality of base materials, the burr generated while moving along with the welding tip 32 in one direction at the rear end of the welding tip 32 is scraped off. At the same time, by pressing downward, a separate bur removal operation is not required, and has a feature capable of effectively removing burrs.

그 외의 구조는 전술한 기본 실시예와 동일하므로 나머지 설명은 생략하기로 한다.Other structures are the same as the above-described basic embodiment, and the rest of the description will be omitted.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the invention has been described in connection with the preferred embodiments mentioned above, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the scope of the appended claims will include such modifications or variations that fall within the gist of the present invention.

10 : 본체 20 : 주축
30 : 용접부 31 : 몸체부
32 : 용접팁 33 : 가공제어부
33a : 지지브라켓 33aa : 설치홈
33b : 가압롤러부 33ba : 하우징
33baa : 수용공간 33bb : 롤러유닛
33bc : 탄성부재 33c : 검출플레이트
33d : 센서부 33e : 제어유닛
40 : 숄더부 41 : 블럭부
42 : 지지돌기10: main body 20: main shaft
30: welding portion 31: body portion
32: welding tip 33: machining control
33a: Support bracket 33aa: Installation groove
33b: pressure roller part 33ba: housing
33baa: accommodation space 33bb: roller unit
33bc: elastic member 33c: detection plate
33d: sensor unit 33e: control unit
40: shoulder portion 41: block portion
42: support protrusion

Claims (5)

모재의 접촉면에 발생되는 마찰열을 이용하여 용접시키는 마찰교반 용접장치에 있어서,
본체와;
상기 본체의 일측에 상하방향으로 이동가능하게 설치됨과 아울러 회전가능하게 설치되는 주축과;
상기 주축의 하부에 결합되어 상기 주축이 회전하는 경우 동반회전하고, 하단부에 용접팁이 형성된 용접부를 포함하되,
상기 용접부는
상기 주축의 하부에 결합되고, 상기 주축이 회전하는 경우 동반회전하는 몸체부와;
상기 몸체부의 하단부에 설치되어 상기 몸체부가 회전하는 경우 동반회전하고, 상기 모재의 일측에 접촉되는 용접팁과;
상기 주축과 전기적으로 연결되고, 상기 모재의 상면 중 용접대상영역의 높이를 검출하고, 검출된 높이정보에 따라 상기 주축을 상하이동하여 상기 용접팁의 가공위치를 제어하는 가공제어부를 포함하되,
가공제어부는
상기 본체의 일측에 설치되는 지지브라켓과;
상기 지지브라켓의 하부 일측에 회전가능하게 설치됨과 아울러 상하방향으로 이동가능하게 설치되고, 상기 모재의 상면에 접촉되는 가압롤러부와;
상기 가압롤러부의 일측에 연결되고, 상기 가압롤러부가 상하이동하는 경우 동반 이동하는 검출플레이트; 및
상기 지지브라켓의 일측에 설치되고, 상기 검출플레이트와의 이격거리를 검출하는 센서부; 및
상기 센서부와 상기 검출플레이트간 이격거리에 기초하여 상기 모재의 상면 중 용접대상영역의 높이를 분석하고, 검출된 높이정보에 따라 상기 주축을 상하이동하여 상기 용접팁의 가공위치를 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치.
In the friction stir welding apparatus for welding using the friction heat generated on the contact surface of the base material,
A body;
A main shaft rotatably installed on one side of the main body and rotatably installed;
When coupled to the lower portion of the main shaft, the main shaft rotates when it is rotated, and includes a welding portion formed with a welding tip at the bottom,
The welding part
A body part coupled to a lower portion of the main shaft and rotating together when the main shaft rotates;
A welding tip installed at the lower end of the body portion to rotate together when the body portion rotates, and to contact one side of the base material;
Includes a machining control unit that is electrically connected to the main shaft, detects the height of the welding target region of the upper surface of the base material, and moves the main shaft up and down according to the detected height information to control the machining position of the welding tip,
Machining control unit
A support bracket installed on one side of the main body;
A pressure roller part rotatably installed on one lower side of the support bracket and movably installed in a vertical direction and contacting an upper surface of the base material;
A detection plate which is connected to one side of the pressurizing roller part and moves together when the pressurizing roller part moves up and down; And
A sensor unit installed on one side of the support bracket and detecting a separation distance from the detection plate; And
A control unit that analyzes the height of the welding target area among the upper surfaces of the base material based on the separation distance between the sensor part and the detection plate, and moves the main shaft up and down according to the detected height information to control the processing position of the welding tip. Friction stir welding device having an automatic height adjustment, characterized in that it comprises a.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 가압롤러부는
상기 본체의 하부 일측에 상기 본체의 내외측방향으로 상하이동가능하게 설치되는 하우징과;
상기 하우징의 하부 일측에 회전가능하게 설치되고, 상기 모재의 상면 일측에 접촉되는 롤러유닛; 및
상기 본체의 내면 일측과 상기 하우징 사이에 개재되어 상기 하우징에 하방으로 탄성력을 제공하는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치.
According to claim 1,
The pressing roller part
A housing installed on the lower side of the main body to be movable up and down in the inner and outer directions of the main body;
A roller unit rotatably installed on a lower side of the housing and contacting one side of an upper surface of the base material; And
Friction stir welding device having an automatic height adjustment function, characterized in that it comprises an elastic member interposed between one side of the inner surface of the main body and the housing to provide an elastic force downward to the housing.
제1항에 있어서,
상기 몸체부는 상기 용접팁을 감싸도록 형성되며 상기 몸체부의 일측 중 상기 용접팁 부근에 설치되고, 마찰용접시 상기 모재의 상면에 접촉되어 마찰용접과정에서 발생하는 버를 제거하는 숄더부를 더 포함하는 것을 특징으로 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치.
According to claim 1,
The body portion is formed to surround the welding tip and is installed near the welding tip on one side of the body portion, and further comprising a shoulder portion that contacts the upper surface of the base material during friction welding to remove burrs generated in the friction welding process. It features a friction stir welding device with automatic height adjustment.
제4항에 있어서,
상기 숄더부는
상기 몸체부의 일측 중 상기 용접팁 부근에 설치되는 블럭부와;
상기 블럭부의 저면 일측으로부터 돌출형성되고, 마찰용접시 상기 모재의 상면에 접촉되는 지지돌기를 포함하되,
상기 지지돌기는 일측 중 상기 용접팁의 용접진행방향과 대응되는 일측으로부터 내측방향으로 상향경사진 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 자동 높이조절 기능을 갖는 마찰교반 용접장치.The method of claim 4,
The shoulder portion
A block portion installed near the welding tip of one side of the body portion;
It is formed protruding from one side of the bottom surface of the block portion, and includes a support protrusion contacting the upper surface of the base material during friction welding,
The support protrusion is a friction stir welding device having an automatic height adjustment function, characterized in that the inclined surface is inclined upwardly from one side corresponding to the welding progress direction of the welding tip.
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