KR102283378B1 - Apparatus for friction stir welding - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마찰교반 용접장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 마찰교반을 이용하여 대상물을 용접하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a friction stir welding apparatus, and more particularly, to an apparatus for welding an object using friction stir.
일반적으로, 마찰교반 용접(Friction stir welding; FSW)이란, 마찰열을 이용하여 재료 내의 역성 유동에 의해 재료를 용접하는 공법을 의미한다. 마찰교반 용접은, 특수 형상의 공구를 회전시켜 재료에 삽입하여, 재료에 발생되는 마찰열을 이용하는 고상용접방법이다. 이러한 마찰교반 용접은, 재료의 용융으로 인한 결함이 없으며, 친환경적인 기술로 경량비철금속(Al, Cu, Ti 등) 접합에 탁월한 성능을 가진다. 또한, 마찰교반 용접은, 아크 용접, 레이저 용접, 전자빔 용접 등의 용융 용접에 비해 블로홀(Blow hole)이나 갈라짐이 발생하지 않고, 용접에 따른 변형이 적다는 특징이 있다.In general, friction stir welding (FSW) refers to a method of welding a material by reverse flow in the material using friction heat. Friction stir welding is a solid-state welding method using friction heat generated in the material by rotating a special shape tool and inserting it into the material. This friction stir welding has no defects due to melting of the material, and has excellent performance in joining lightweight non-ferrous metals (Al, Cu, Ti, etc.) with an eco-friendly technology. In addition, friction stir welding does not generate blow holes or cracks compared to melting welding such as arc welding, laser welding, electron beam welding, and the like, and is characterized by less deformation due to welding.
한편, 마찰교반접합의 적용 대상물(예를 들면, 수중 알루미늄 구조물 등)에 따라, 마찰교반 접합 작업은 수중에서 행해질 경우가 발생할 수 있다. 수중 마찰교반접합은, 수냉에 의해 재료의 접합부 물성치의 개선이 기대될 수도 있으나, 이는 적절히 제어된 공정으로 작업 대상물을 물에 담그고 접합을 하는 경우에만 국한되며, 일반적으로는 유동이 있거나 불순물이 함유된 수중(하천/바다 속)에서의 작업 시에는 다른 물리/화학적 불이익이 더 크게 작용한다는 문제가 있다. 즉, 수중 마찰교반접합 시, 재료의 접합부와 공구의 산화가 가속화되며, 수냉에 의한 급속 냉각으로 인하여 재료의 접합부 표면에 균열이 발생되고, 수증기와의 지속적인 접촉에 의한 공구의 수명이 단축되는 문제가 있다.On the other hand, depending on the object to which friction stir welding is applied (eg, an underwater aluminum structure, etc.), the friction stir welding operation may be performed in water. In submerged friction stir welding, improvement of the joint properties of materials can be expected by water cooling, but this is limited only when the workpiece is immersed in water and joined in an appropriately controlled process, and generally there is flow or contains impurities. There is a problem that other physical/chemical disadvantages act more significantly when working in water (river/sea). That is, in the case of friction stir welding under water, oxidation of the joint part of the material and the tool is accelerated, the surface of the joint part of the material is cracked due to rapid cooling by water cooling, and the lifespan of the tool is shortened due to continuous contact with water vapor. there is
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 수중 마찰교반 용접작업 시 공구와 재료의 접합 부위가 물과 직접 접촉되는 것을 방지하는 마찰교반 용접장치를 제공하는 데 목적이 있다.The present invention has been developed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a friction stir welding apparatus that prevents a joint portion of a tool and a material from coming into direct contact with water during an underwater friction stir welding operation.
본 발명은, 가공 대상물을 용접하는 마찰교반 용접장치에 있어서, 가공 대상물의 일 측에 배치되는 프레임; 상기 프레임에 이동 가능하게 설치되며, 가공 대상물을 용접하는 가공수단; 및 상기 프레임에 설치되며, 상기 가공수단으로 기체를 공급하는 공급수단을 포함하는 마찰교반 용접장치를 제공한다.The present invention provides a friction stir welding apparatus for welding an object, comprising: a frame disposed on one side of the object to be processed; a processing means movably installed on the frame and welding the object to be processed; And it is installed on the frame, it provides a friction stir welding apparatus comprising a supply means for supplying gas to the processing means.
상기 공급수단은, 상기 가공수단이 가공 대상물에 접한 상태에서 상기 가공수단과 가공 대상물의 접합 부위로 기체를 공급하여, 상기 가공수단과 가공 대상물의 사이에 가스포켓(Gas pocket)을 형성한다.The supply means supplies gas to a joint portion between the processing means and the object to be processed while the processing means is in contact with the object to form a gas pocket between the processing means and the object to be processed.
상기 프레임은, 가공 대상물을 감싸도록 배치되며, 상기 가공수단 및 공급수단은, 상기 프레임의 내부에 배치된다.The frame is disposed to surround the object to be processed, and the processing means and the supply means are disposed inside the frame.
상기 프레임은, 가공 대상물이 설치된 백킹플레이트에 안착되며, 가공 대상물을 감싸도록 배치된다.The frame is seated on the backing plate on which the object to be processed is installed, and is arranged to surround the object to be processed.
상기 가공수단은, 가공 대상물의 상측에 배치되며, 상기 공급수단은, 상기 프레임의 내주면에서 하측을 향하도록 배치된다.The processing means is disposed above the object to be processed, and the supply means is disposed to face downward from the inner circumferential surface of the frame.
상기 가공수단은, 가공본체와, 상기 가공본체의 하부에 설치되며, 가공 대상물을 용접하는 가공팁을 포함하며, 상기 공급수단은, 상기 가공팁을 향하여 기체를 분사한다.The processing means, the processing body, is installed in the lower portion of the processing body, includes a processing tip for welding the object to be processed, the supply means, the gas is injected toward the processing tip.
상기 가공본체는, 상기 프레임의 내주면에 대해 경사를 이루는 경사면이 형성되며, 상기 공급수단은, 상기 경사면과 평행하게 이격 배치된다.The processing body has an inclined surface that is inclined with respect to the inner circumferential surface of the frame, and the supply means is spaced apart from the inclined surface in parallel with the inclined surface.
본 발명에 따른 마찰교반 용접장치는, 상기 프레임의 상측에 배치되는 안착플레이트와, 상기 안착플레이트와 가공수단의 사이에 배치되는 연결부재와, 상기 안착플레이트의 상측에 배치되며, 상기 연결부재를 회전시켜 상기 가공수단을 상하로 이동시키는 승하강수단을 더 포함한다.Friction stir welding apparatus according to the present invention, a seating plate disposed on the upper side of the frame, a connection member disposed between the seating plate and the processing means, is disposed above the seating plate, and rotates the connection member It further includes elevating means for moving the processing means up and down.
본 발명에 따른 마찰교반 용접장치에 의하면, 가공수단과 가공대상물의 사이로 기체를 분사하여 가스포켓(Gas pocket)을 형성하는 공급수단을 구비함으로써, 수중에서 가공 대상물에 대해 마찰교반 용접 작업을 수행할 시에, 가스포켓에 의해 가공수단과 가공대상물의 접합 부위가 물에 직접적으로 노출되어 접촉되는 것을 방지할 수 있다.According to the friction stir welding apparatus according to the present invention, by providing a supply means for forming a gas pocket (Gas pocket) by injecting gas between the processing means and the object to be processed, the friction stir welding operation on the object to be processed underwater. In this case, it is possible to prevent the joint portion of the processing means and the processing object from being directly exposed to water and contacting by the gas pocket.
이와 같은 본 발명에 의하면, 고압의 공기 또는 불활성 기체를 이용한 가스 포켓의 형성을 통하여, 수중에서의 작업 중 가공대상물의 용접 부위에서 산화가 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 용접 부위에 균열이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 용접 부위의 물성치 향상 및 용접 균일성 확보에 기여하며, 가스포켓의 크기를 조절함으로써 물과의 직접적인 접촉이 없는 상태에서도 가공 대상물의 수냉 효과를 유도할 수 있다.According to the present invention as described above, through the formation of a gas pocket using high-pressure air or inert gas, it is possible to prevent oxidation from occurring at the welding site of the object to be processed during operation in water, and cracks are generated at the welding site. This can be prevented, contributing to the improvement of physical properties of the welded area and securing of welding uniformity, and by adjusting the size of the gas pocket, it is possible to induce a water cooling effect of the object to be processed even in the absence of direct contact with water.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰교반 용접장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에나타낸 마찰교반 용접장치의 작동 전 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에서 가공수단이 하강하고, 공급수단에 의해 가스포켓이 형성된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에서 가공수단이 가공대상물을 용접하는 모습을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a friction stir welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a state before operation of the friction stir welding apparatus shown in FIG.
3 is a view showing a state in which the processing means is lowered in FIG. 2 and a gas pocket is formed by the supply means.
FIG. 4 is a view showing a state in which the processing means welds the object to be processed in FIG. 3 .
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰교반 용접장치(100)는, 수중(Underwater)에서 가공대상물(1)을 용접하는 것으로서, 프레임(110), 가공수단(120), 공급수단(130), 안착플레이트(140), 연결부재(150), 승하강수단(160)을 포함한다.1 to 4, the friction
도 1을 참조하면, 상기 프레임(110)은, 가공대상물(1)을 감싸도록 설치된다. 이때, 가공대상물(1)은 수중에 존재하므로, 상기 프레임(110)은 상기 가공대상물(1)을 감싸면서 물(10)을 함께 감싸게 된다. 한편, 가공대상물(1)은 수중에서 독자적으로 존재할 수도 있고, 도 1에 도시된 바와 같이, 백킹플레이트(Backing plate; 2)에 설치된 상태로 존재할 수도 있다. 만약, 가공대상물(1)이 백킹 플레이트(2)에 설치된 상태로 존재하는 경우라면, 상기 프레임(110)은 백킹플레이트(2)에 안착되도록 설치될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
상기 가공수단(120)은, 상기 프레임(110)에 상하로 이동 가능하게 설치되며, 가공대상물(1)을 용접한다. 더욱 상세하게는, 상기 가공수단(120)은, 상기 프레임(110)의 내부에 배치되며, 가공대상물(1)의 상측에 배치된다. 그리고 상기 가공수단(120)은, 가공본체(121) 및 가공팁(123)을 포함한다. 상기 가공본체(121)는, 외주면이 상기 프레임(110)의 내주면에 접하도록 배치되며, 외주면에는 하측으로 갈수록 상기 프레임(110)의 내주면으로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 배치되는 경사면(122)이 형성된다. 상기 가공팁(123)은, 상기 가공본체(121)의 하부에 설치되며, 가공대상물(1)에 선택적으로 접촉되어 가공대상물(1)을 용접한다.The processing means 120 is installed to be movable up and down on the
상기 공급수단(130)은, 상기 프레임(110)의 내부에 설치되며, 상기 가공수단(120)으로 기체를 공급한다. 여기서의 기체는, 공기는 물론, 헬륨, 네온, 아르곤과 같은 불활성 기체일 수도 있다. 상기 공급수단(130)은, 상기 가공수단(120)의 가공팁(123)이 가공대상물(1)에 접한 상태에서, 상기 가공수단(120)과 가공대상물(1)의 사이로 기체를 고압으로 분사한다. 이에 따라 상기 공급수단(130)은, 상기 가공수단(120)과 가공대상물(1)의 사이에 가스포켓(Gas pocket; 20)을 형성한다. 이 경우, 물(10)은 가스포켓(20)을 감싸고, 가스포켓(20)은 상기 가공수단(120)과 가공대상물(1)의 사이에서 상기 가공수단(120)을 감싸게 되므로, 상기 가공팁(123)은 물론, 가공대상물(1)의 용접 부위(3)는 물(10)과 직접 접촉하지 않게 된다.The supply means 130 is installed inside the
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰교반 용접장치(100)에 의하면, 상기 공급수단(130)이 상기 가공수단(120)과 가공대상물(1)의 사이로 기체를 분사하여 가스포켓(20)을 형성함으로써, 수중에서 가공 대상물(1)에 대해 마찰교반 용접 작업을 수행할 시에, 가스포켓에 의해 상기 가공수단(120)과 가공대상물(1)의 접합 부위가 물에 직접적으로 노출되어 접촉되는 것을 방지할 수 있다.According to the friction
따라서 이와 같은 본 발명에 의하면, 고압의 공기 또는 불활성 기체를 이용한 가스 포켓(20)의 형성을 통하여, 수중에서의 작업 중 가공대상물(1)의 용접 부위(3)에서 산화가 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 용접 부위(3)에 균열이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 용접 부위(3)의 물성치 향상 및 용접 균일성 확보에 기여하며, 가스포켓(20)의 크기를 조절함으로써 물과의 직접적인 접촉이 없는 상태에서도 가공 대상물(1)의 수냉 효과를 유도할 수 있다.Therefore, according to the present invention as described above, through the formation of the
상기 공급수단(130)은, 상기 프레임(110)의 내주면에서 하측을 향하도록 배치될 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 공급수단(130)은, 상기 경사면(122)과 평행하게 배치되며, 상기 공급수단(130)으로부터 반경방향 외측으로 이격 배치될 수 있다. 이 경우, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가공수단(120)이 하강하더라도, 상기 공급수단(130)은 상기 가공수단(120)과 충돌하지 않게 되며, 상기 가공수단(120)의 가공팁(123)을 향하여 기체를 지속적으로 분사할 수 있게 된다.The supply means 130 may be disposed to face downward from the inner circumferential surface of the
상기 안착플레이트(140)는, 상기 프레임(110)의 상측에 배치된다. 상기 연결부재(150)는, 상기 안착플레이트(140)와 가공본체(121)의 사이에 설치된다. 그리고 상기 연결부재(150)는, 상기 가공본체(121)에 고정되며, 상기 안착플레이트(140)에 대해 회전 가능하게 설치된다. 상기 승하강수단(160)은, 상기 안착플레이트(140)의 상측에 설치되며, 상기 연결부재(150)를 회전시켜 상기 가공수단(120)을 상하로 이동시킨다.The
도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰교반 용접장치(100)의 작동에 관해 설명하면 다음과 같다.2 to 4, the operation of the friction
도 2를 참조하면, 우선 상기 프레임(110)이 가공대상물(1)을 감싼 상태에서, 상기 가공수단(120)은 상기 안착플레이트(140)에 밀착된 상태를 유지한다.Referring to FIG. 2 , first, in a state in which the
도 3을 참조하면, 상기 승하강수단(160)은 상기 연결부재(150)를 회전시켜 상기 공급수단(130)을 하강시킨다. 이와 동시에, 상기 공급수단(130)은 상기 가공팁(123) 측으로 기체를 고압으로 분사하여, 상기 가공수단(120)과 물(10) 사이에 가스포켓(20)을 형성한다.Referring to FIG. 3 , the
도 4를 참조하면, 상기 승하강수단(160)은 상기 연결부재(150)를 이전과 같은 방향으로 계속 회전시켜 상기 공급수단(130)을 더 하강시킨다. 이와 동시에, 상기 공급수단(130)은 상기 가공팁(123) 측으로 기체를 고압으로 분사한다. 이 경우, 가공대상물(1)의 용접 부위(3)는 가스포켓(20)에 의해 감싸진 상태를 유지하게 되며, 본 마찰교반 용접장치(100)에 의한 마찰교반 용접 공정에서, 가공대상물(1)의 용접 부위(3)는 물(10)의 영향을 받지 않고 수행되게 된다.Referring to FIG. 4 , the elevating
1 : 가공대상물 2 : 백킹플레이트
3 : 용접부위 10 : 물
20 : 가스포켓 100 : 마찰교반 용접장치
110 : 프레임 120 : 가공수단
121 : 가공본체 122 : 경사면
123 : 가공팁 130 : 공급수단
140 : 안착플레이트 150 : 연결부재
160 : 승하강수단1: object to be processed 2: backing plate
3: welding part 10: water
20: gas pocket 100: friction stir welding device
110: frame 120: processing means
121: machining body 122: inclined surface
123: processing tip 130: supply means
140: seating plate 150: connecting member
160: elevating means
Claims (8)
가공 대상물의 일 측에 배치되는 프레임;
상기 프레임에 이동 가능하게 설치되며, 가공 대상물을 용접하는 가공수단; 및
상기 프레임에 설치되며, 상기 가공수단으로 기체를 공급하는 공급수단을 포함하되,
상기 공급수단은, 상기 가공수단이 가공 대상물에 접한 상태에서 상기 가공수단과 가공 대상물의 접합 부위로 기체를 공급하여, 상기 가공수단과 가공 대상물의 사이에 가스포켓(Gas pocket)을 형성하고,
상기 가공수단은,
가공본체와,
상기 가공본체의 하부에 설치되며, 가공 대상물을 용접하는 가공팁을 포함하며,
상기 공급수단은, 상기 가공팁을 향하여 기체를 분사하며,
상기 가공본체는, 상기 프레임의 내주면에 대해 경사를 이루는 경사면이 형성되며,
상기 공급수단은, 상기 경사면과 평행하게 이격 배치되는 마찰교반 용접장치.In the friction stir welding apparatus for welding the object to be processed,
a frame disposed on one side of the object to be processed;
a processing means movably installed on the frame and welding the object to be processed; and
It is installed on the frame and includes a supply means for supplying gas to the processing means,
The supply means, in a state in which the processing means is in contact with the object to be processed, supplies a gas to a joint portion of the processing means and the object to be processed, thereby forming a gas pocket between the processing means and the object to be processed,
The processing means,
processing body,
It is installed in the lower part of the processing body, and includes a processing tip for welding the processing object,
The supply means injects a gas toward the processing tip,
The processing body is formed with an inclined surface that is inclined with respect to the inner circumferential surface of the frame,
The supply means is a friction stir welding device that is spaced apart parallel to the inclined surface.
상기 프레임은, 가공 대상물을 감싸도록 배치되며,
상기 가공수단 및 공급수단은, 상기 프레임의 내부에 배치되는 마찰교반 용접장치.The method according to claim 1,
The frame is arranged to surround the object to be processed,
The processing means and the supply means are friction stir welding apparatus disposed inside the frame.
상기 프레임은, 가공 대상물이 설치된 백킹플레이트에 안착되며, 가공 대상물을 감싸도록 배치되는 마찰교반 용접장치.The method according to claim 1,
The frame is seated on a backing plate on which the object to be processed is installed, and a friction stir welding device disposed to surround the object to be processed.
상기 가공수단은, 가공 대상물의 상측에 배치되며,
상기 공급수단은, 상기 프레임의 내주면에서 하측을 향하도록 배치되는 마찰교반 용접장치.The method according to claim 1,
The processing means is disposed on the upper side of the object to be processed,
The supply means is a friction stir welding device disposed to face downward from the inner peripheral surface of the frame.
상기 프레임의 상측에 배치되는 안착플레이트와,
상기 안착플레이트와 가공수단의 사이에 배치되는 연결부재와,
상기 안착플레이트의 상측에 배치되며, 상기 연결부재를 회전시켜 상기 가공수단을 상하로 이동시키는 승하강수단을 더 포함하는 마찰교반 용접장치.The method according to claim 1,
a seating plate disposed on the upper side of the frame;
a connecting member disposed between the seating plate and the processing means;
Friction stir welding apparatus disposed on the upper side of the seating plate, further comprising a lifting means for moving the processing means up and down by rotating the connecting member.
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2020
- 2020-05-11 KR KR1020200056012A patent/KR102283378B1/en active IP Right Grant
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