KR102567656B1

KR102567656B1 - A Submerged Tool Assembly for A Same kind or Different Kind Materials Friction Stir Welding

Info

Publication number: KR102567656B1
Application number: KR1020230006715A
Authority: KR
Inventors: 강호연
Original assignee: 성진엔테크(주)
Priority date: 2023-01-17
Filing date: 2023-01-17
Publication date: 2023-08-17

Abstract

본 발명은 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체에 관한 것으로, 그 구성은, 내부가 관통되는 원기둥형상으로 형성되는 냉각홀더부와, 상기 냉각홀더부의 선단의 내부에 삽입되어 고정되는 원기둥형상으로 선단에 나사선이 마련되는 교반숄더부를 포함하고, 상기 냉각홀더부이 외주면에는 요입되는 냉각홈이 마련되는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different materials, the configuration of which is a cooling holder part formed in a cylindrical shape through which the inside is penetrated, and inserted into and fixed to the inside of the tip of the cooling holder part It is characterized in that it includes a stirring shoulder portion having a threaded tip in a cylindrical shape, and a concave cooling groove is provided on an outer circumferential surface of the cooling holder portion.

Description

A Submerged Tool Assembly for A Same kind or Different Kind Materials Friction Stir Welding}

본 발명은 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분해와 조립에 간편하고, 동중 및 이종재료를 타겟으로 마찰교반용접을 원활하게 진행할 수 있는 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체에 관한 것이다. The present invention relates to submerged tool assemblies for friction stir welding of the same and different materials, and more particularly, to a submerged tool assembly that is easy to disassemble and assemble, and that can smoothly conduct friction stir welding with the same or different materials as targets. It relates to a submerged tool assembly for material friction stir welding.

일반적으로, 산업현장에서 사용되는 용접기법은 융접, 압접, 납접 등으로 분류되고 있다. 이중 조선이나 철구조물 제조 공정에서 가장 널리 사용되고 있는 융접법을 세분화하면, 사용 전극이 소모되는 소모식(Consumable)과, 사용 전극이 소모되지 않는 비소모식(Non Consumable) 용접법으로 분류된다.In general, welding techniques used in industrial sites are classified into fusion welding, pressure welding, and soldering. If the fusion welding method most widely used in the double shipbuilding or steel structure manufacturing process is subdivided, it is classified into a consumable welding method in which electrodes are consumed and a non-consumable welding method in which electrodes are not consumed.

이와 같은 소모식 용접법 중에서 대표적으로 피복아크 용접법(Shield metal arc welding), 가스메탈아크 용접(Gas metal arc welding), 잠호 용접(Submerged arc welding) 등이 있다.Among such consumable welding methods, there are typically shield metal arc welding, gas metal arc welding, and submerged arc welding.

잠호 용접은 입상(粒狀)의 플럭스(Flux) 밑에서 와이어와 모재 사이에 아크를 발생시켜 얻어지는 열로 두 개 이상의 피접합물을 용접하는 방법을 말하며, 모재 위에 입상의 플럭스를 미리 쌓아 놓고 그 속에 전류가 흐르는 와이어를 연속적으로 공급하여 용접이 이루어진다.Submerged arc welding refers to a method of welding two or more objects to be joined with heat obtained by generating an arc between a wire and a base material under granular flux. Welding is performed by continuously supplying a flowing wire.

이때, 용접이 일어나는 용접선의 아크발생부는 플럭스에 의해 덮여져 있어 외부에는 보이지 않으며, 플럭스는 외부 공기를 차단하여 용접금속의 정련작용 시, 보호를 하게되며 용접비드나 슬래그 형성에 기여하게 된다.At this time, the arc generating part of the welding line where welding takes place is covered by flux and is not visible to the outside, and the flux blocks external air to protect the welding metal during the refining action and contribute to the formation of welding beads or slag.

잠호 용접은 일반적으로 사용 용접봉의 크기와 전류가 크기 때문에 용입이 깊고, 두꺼운 판 구조용강의 고능률 접합기법으로 많이 사용되는데, 이와 같은 용도를 살펴보면 선박건조, 강관제작 및 일반 철구조물의 제작시 맞대기 이음부나 필렛이음부, 덧살붙임 용접 등에 많이 사용되고 있는 대표적인 고능률 용접법이다.In general, submerged arc welding is widely used as a high-efficiency joining technique for thick plate structural steel with deep penetration due to the large size and current of the welding rod used. It is a representative high-efficiency welding method widely used for part, fillet joint, and patch welding.

그러나 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있었다. However, the prior art had the following problems.

서브머지드 툴 부분이 사용에 의하여 마모되어 교체를 해야 하는데, 툴전체를 교체해야되서 작업비용이 증가되는 문제점이 있었다. The submerged tool part is worn out by use and needs to be replaced, but there was a problem in that the entire tool had to be replaced, which increased work costs.

등록특허 제 10-2202888호Registered Patent No. 10-2202888

상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 사용 후 마모도에 따라 각 부분품을 교체하여 경제성 있게 사용할 수 있는 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체를 제공하는 것이다. In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and various materials that can be economically used by replacing each part according to the degree of wear after use.

또한, 본 발명의 다른 목적은 마찰교반용접을 원활하게 효율적으로 할 수 있는 구조를 가진 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체를 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide a submerged tool assembly for friction stir welding of the same type and different materials having a structure capable of smoothly and efficiently performing friction stir welding.

상술한 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명인 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체는, 내부가 관통되는 원기둥형상으로 형성되는 냉각홀더부와, 상기 냉각홀더부의 선단의 내부에 삽입되어 고정되는 원기둥형상으로 선단에 나사선이 마련되는 교반숄더부를 포함하고, 상기 냉각홀더부이 외주면에는 요입되는 냉각홈이 마련되는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different materials according to the present invention is inserted into a cooling holder part formed in a cylindrical shape through which the inside is penetrated, and the tip of the cooling holder part It is characterized in that it includes a stirring shoulder portion having a threaded tip in a fixed cylindrical shape, and a concave cooling groove is provided on the outer circumferential surface of the cooling holder portion.

상기 냉각홀더부는, 내부가 중공되어 길이방향으로 관통되는 원기둥형상의 홀더부와, 상기 홀더부의 선단에 상기 홀더부에 대하여 상대적으로 단면적이 크게 돌출되는 확장부와, 상기 홀더부의 선단의 내부에 상대적으로 내경이 큰 원기둥형상의 홈이 형성되는 교반숄더홈을 포함하는 것을 특징으로 한다. The cooling holder part includes a cylindrical holder part having a hollow inside and penetrating in the longitudinal direction, an extension part having a relatively large cross-sectional area protruding from the tip of the holder part with respect to the holder part, and a relatively large protruding part from the inside of the tip of the holder part. It is characterized in that it includes a stirring shoulder groove in which a cylindrical groove having a large inner diameter is formed.

상기 교반숄더부는, 내부가 중공되어 길이방향으로 관통되는 원기둥형상으로 상기 냉각홀더부의 교반숄더홈에 대응되어 삽입되는 숄더부와, 상기 숄더부를 관통하는 바 형상으로 형성되어 선단에 나사선이 마련되는 교반나사핀부와, 상기 교반나사핀부의 후단에 결합되어, 상기 숄더부의 외경과 동일한 크기의 원판으로 형성되어 상기 숄더부의 후단과 맞물리는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The agitating shoulder part has a cylindrical shape with a hollow inside and penetrates in the longitudinal direction, and a shoulder part inserted corresponding to the agitating shoulder groove of the cooling holder part, and a bar shape penetrating the shoulder part and having a screw thread at the tip. It is characterized in that it includes a screw pin part and a fixing part coupled to the rear end of the stirring screw pin part, formed as a disc having the same size as the outer diameter of the shoulder part, and engaged with the rear end of the shoulder part.

상기 숄더부의 선단에는 선단으로 갈수록 단면적이 좁아지도록 테이퍼부가 형성되고, 상기 테이퍼부의 선단에는 요입되는 교반홈이 형성되고, 상기 교반홈에는 상방으로 돌출되는 블레이트가 형성되는 것을 특징으로 한다. A tapered portion is formed at the tip of the shoulder portion so that the cross-sectional area becomes narrower toward the tip, a concave stirring groove is formed at the tip of the tapered portion, and a blade protruding upward is formed in the stirring groove.

상기 교반나사선부의 나사선은 상단으로 갈수록 단면적이 좁아지는 테이퍼형상으로 형성되고, 상기 나사선은 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 한다. The screw of the stirring screw is formed in a tapered shape with a cross-sectional area narrowing toward the top, and the screw is formed asymmetrically.

본 발명에 의한 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체에서는 다음과 같은 효과가 있다. The submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different kinds of materials according to the present invention has the following effects.

마찰교반용접이 이루어지는 부분의 재질을 초경으로 하여 내구성을 높이고, 전체적인 툴을 냉각홀더부 내부의 선단에 장착되는 교반숄더부로 구분하고, 교반숄더부는 선단에 교반홈과 블레이드가 형성시켜 마찰교반용접성능을 향상시키고, 교반숄더부에 별개로 장착되는 교반나사핀부를 구성하여 실제 툴의 고장시 수리 및 교체가 필요한 부분만 교체하도록 하여 전체적인 수리비용이 절감되는 이점이 발생한다. The material of the part where the friction stir welding is performed is made of carbide to increase durability, and the entire tool is divided into a stirring shoulder part mounted on the tip inside the cooling holder part, and a stirring groove and a blade are formed at the tip of the stirring shoulder part to improve friction stir welding performance And by configuring the stirring screw pin part separately mounted on the stirring shoulder part, there is an advantage of reducing the overall repair cost by replacing only the part that needs repair and replacement in case of actual tool failure.

도 1은 본 발명에 의한 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체의 바람직한 실시예를 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체의 바람직한 실시예를 보인 부분절개 사시도.
도 3은 도 2의 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체의 바람직한 실시예의 측면을 보인 측면도.
도 4는 본 발명인 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체의 바람직한 실시예를 구성하는 교반숄더부의 구성을 보인 사시도.
도 5는 도 4의 교반숄더부의 구성을 보인 분해사시도.
도 6은 도 4의 교반숄더부의 구성을 보인 부분절개사시도.
도 7은 본 발명에 의한 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체의 바람직한 실시예의 구성을 보인 분해사시도.
도 8은 도 7의 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체의 부분절개사시도.
도 9는 본 발명에 의한 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체의 바람직한 실시예를 구성하는 교반나사핀부의 구성을 보인 도면.
도 10은 본 발명에 의한 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체의 바람직한 실시예를 구성하는 교반숄더부의 교반부의 구성을 보인 도면.
도 11은 본 발명에 의한 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체의 바람직한 실시예를 구성하는 교반솔더부의 교반부의 구성을 다른 각도에서 보인 도면.
도 12는 본 발명에 의한 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체를 이용하여 겹치기 마찰교반용접의 개념을 보인 도면.
도 13은 본 발명에 의한 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체를 이용하여 맞대기 마찰교반용접의 개념을 보인 도면.1 is a perspective view showing a preferred embodiment of a submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different materials according to the present invention.
2 is a partially cutaway perspective view showing a preferred embodiment of a submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different materials according to the present invention.
FIG. 3 is a side elevational view of a preferred embodiment of the submerged tool assembly for friction stir welding of the same type and multiple materials of FIG. 2; FIG.
4 is a perspective view showing the configuration of a stirring shoulder part constituting a preferred embodiment of a submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different materials according to the present invention.
Figure 5 is an exploded perspective view showing the configuration of the stirring shoulder portion of Figure 4;
Figure 6 is a partial cutaway perspective view showing the configuration of the stirring shoulder portion of Figure 4;
7 is an exploded perspective view showing the configuration of a preferred embodiment of a submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different materials according to the present invention.
FIG. 8 is a partially cut-away perspective view of a submerged tool assembly for friction stir welding of the same type and multiple materials of FIG. 7 .
9 is a view showing the configuration of a stirring screw pin part constituting a preferred embodiment of a submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different materials according to the present invention.
10 is a view showing the configuration of a stirring part of a stirring shoulder part constituting a preferred embodiment of a submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different kinds of materials according to the present invention.
11 is a view showing the configuration of the stirring part of the stirring solder part constituting a preferred embodiment of the submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different kinds of materials according to the present invention from another angle.
12 is a view showing the concept of lap friction stir welding using a submerged tool assembly for friction stir welding of the same type and multiple materials according to the present invention.
13 is a view showing the concept of butt friction stir welding using the submerged tool assembly for friction stir welding of the same type and multiple materials according to the present invention.

이하 본 발명에 의한 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a preferred embodiment of a submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different materials according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명인 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부가 관통되는 원기둥형상으로 형성되는 냉각홀더부(10)와, 상기 냉각홀더부(10)의 선단의 내부에 삽입되어 고정되는 원기둥형상으로 선단에 나사선이 마련되는 교반숄더부(20)를 포함하여 이루어질 수 있다. As shown in FIG. 1, the submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different materials according to the present invention includes a cooling holder part 10 formed in a cylindrical shape through which an inside penetrates, and a front end of the cooling holder part 10. It may include a stirring shoulder portion 20 in which a screw is provided at the tip in a cylindrical shape that is inserted into and fixed to the inside of the.

먼저, 본 발명인 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체에는 냉각홀더부(10)가 마련된다. 상기 냉각홀더부(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 원기둥형상으로 형성되며, 내부에 길이방향을 따라 관통되는 통공(11)이 형성된다. First, the cooling holder unit 10 is provided in the submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different materials according to the present invention. As shown in FIG. 1 , the cooling holder part 10 is formed in a cylindrical shape, and a through hole 11 penetrating along the longitudinal direction is formed therein.

상기 냉각홀더부(10)의 선단의 통공(11)에는 아래에서 설명될 교반숄더부(20)가 삽입되어 고정되고, 상기 냉각홀더부(10)의 후단은 동력원에 결합되어 상기 냉각홀더부(10)가 회전하도록 동력을 전달받는 역할을 한다. An agitation shoulder portion 20 to be described below is inserted and fixed into the through hole 11 at the front end of the cooling holder portion 10, and the rear end of the cooling holder portion 10 is coupled to a power source so that the cooling holder portion ( 10) serves to receive power to rotate.

상기 냉각홀더부(10)는 상술한 기능을 위하여 다음과 같이 형성될 수 있다. The cooling holder unit 10 may be formed as follows for the above-described function.

상기 냉각홀더부(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부가 중공되어 길이방향으로 관통되는 통공(11)이 형성되는 원기둥형상의 홀더부(12)와, 상기 홀더부(12)의 선단에 상기 홀더부(12)에 대하여 상대적으로 단면적이 크게 돌출되는 확장부(14)와, 상기 홀더부(12)의 선단의 내부에 상대적으로 내경이 큰 원기둥형상의 홈이 형성되는 교반숄더홈(16)을 포함하여 이루어질 수 있다. As shown in FIG. 2, the cooling holder part 10 includes a cylindrical holder part 12 having a hollow inside and having a through hole 11 penetrating in the longitudinal direction, and the holder part 12 An expansion part 14 protruding relatively large in cross-sectional area with respect to the holder part 12 at the front end, and a stirring shoulder groove in which a cylindrical groove having a relatively large inner diameter is formed inside the front end of the holder part 12 (16) can be made.

상기 냉각홀더부(10)에는 상기 냉각홀더부(10)의 몸체를 구성하는 홀더부(12)가 마련된다. 상기 홀더부(12)는 도 2에 도시된 바와 같이 원기둥형상의 몸체에 내부가 상기 홀더부(12)의 길이방향을 따라 관통하여 통공(11)이 형성된다. The holder part 12 constituting the body of the cooling holder part 10 is provided in the cooling holder part 10 . As shown in FIG. 2 , the holder part 12 has a through hole 11 formed through the cylindrical body along the longitudinal direction of the holder part 12 .

상기 홀더부(12)의 내부 중공을 따라 아래에서 설명될 교반숄더부(20)에서 발생되는 열이 외부로 방출된다. Heat generated in the stirring shoulder part 20 to be described below is released to the outside along the inner hollow of the holder part 12 .

상기 홀더부(12)의 선단은 선단으로 갈수록 단면적이 좁아지도록 테이퍼진 모양으로 형성된다. 이는 상기 홀더부(12)가 회전시 안정적으로 동작하기 위함이다. The front end of the holder part 12 is formed in a tapered shape so that the cross-sectional area becomes narrower toward the front end. This is to stably operate when the holder part 12 rotates.

상기 홀더부(12)는 마찰교반용접을 위하여 내구성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 상기 홀더부(12)는 초경(텅스텐카바이드, WC)로 구성되는 것이 바람직하다. The holder part 12 may be made of a highly durable material for friction stir welding. The holder portion 12 is preferably made of cemented carbide (tungsten carbide, WC).

상기 홀더부(12)의 선단에는 확장부(14)가 마련된다. 상기 확장부(14)는 상기 홀더부(12)의 선단부분에 상기 홀더부(12)에 대하여 상대적으로 직경이 큰 돌출부분으로 형성된다. 상기 확장부(14)는 상기 원형의 홀더부(12)의 단면에 대하여 직경이 더 큰 원형의 단면을 가지도록 형성된다. An extension part 14 is provided at the front end of the holder part 12 . The expansion part 14 is formed as a protruding part having a relatively large diameter with respect to the holder part 12 at the front end of the holder part 12 . The expansion part 14 is formed to have a circular cross section having a larger diameter than the cross section of the circular holder part 12 .

상기 확장부(14)에는 원주방향으로 요입되는 냉각홈(15)이 마련된다. 상기 냉각홈(15)은 본 발명인 서브머지드 툴에서 발생되는 열이 외부로 배출되도록 안내하는 역할을 한다. The expansion part 14 is provided with a cooling groove 15 concave in a circumferential direction. The cooling groove 15 serves to guide heat generated in the submerged tool of the present invention to be discharged to the outside.

상기 냉각홈(15)은 상기 확장부(14)에 여러개가 형성될 수 있다. 상기 냉각홈(15)은 상기 확장부(14)의 외주면을 따라 원주 방향으로 홈이 형성될 수 있다. 또한, 상기 냉각홈(15)은 헬릭스 형상으로 홈이 형성될 수도 있다. A plurality of cooling grooves 15 may be formed in the expansion part 14 . The cooling groove 15 may be formed in a circumferential direction along an outer circumferential surface of the expansion part 14 . In addition, the cooling groove 15 may be formed in a helix shape.

상기 냉각홀더부(10)에는 교반숄더홈(16)이 마련된다. 상기 교반숄더홈(16)은 상기 홀더부(12)의 선단의 내부에 형성되는 홈으로, 상기 홀더부(12)의 내부에 관통되는 통공(11)보다 상대적으로 내경이 큰 원기둥형상으로 홈이 형성된다. A stirring shoulder groove 16 is provided in the cooling holder part 10 . The stirring shoulder groove 16 is a groove formed inside the front end of the holder part 12, and has a cylindrical shape with a relatively larger inner diameter than the through hole 11 passing through the inside of the holder part 12. is formed

상기 교반숄더홈(16)은 아래에서 설명될 교반숄더부(20)가 삽입되어 장착되는 공간을 제공한다. 상기 교반숄더홈(16)의 깊이는 교반숄더부(20)가 상기 교반숄더홈(16)에 삽입되었을 때, 상기 냉각홀더부(10)의 테이퍼부분과 교반숄더부(20)의 테이퍼부분이 서로 연결될 수 있는 정도의 깊이로 형성될 수 있다. The agitation shoulder groove 16 provides a space in which the agitation shoulder portion 20 to be described below is inserted and mounted. The depth of the agitation shoulder groove 16 is such that when the agitation shoulder portion 20 is inserted into the agitation shoulder groove 16, the taper portion of the cooling holder portion 10 and the taper portion of the agitation shoulder portion 20 are It may be formed to a depth that can be connected to each other.

상기 교반숄더홈(16)의 바닥면에는 단차홈(17)이 더 마련될 수 있다. 상기 단차홈(17)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 교반숄더홈(16)의 바닥면에 상기 교반숄더홈(16)보다 상대적으로 큰 내경으로 확장된 홈으로 형성되며, 상기 단차홈(17)은 교반숄더부(20)가 삽입될 때, 교반숄더부(20)의 저면이 상기 교반숄더홈(16)의 바닥면에 안정적으로 밀착되도록 한다. A stepped groove 17 may be further provided on the bottom surface of the stirring shoulder groove 16. As shown in FIGS. 2 and 3, the stepped groove 17 is formed on the bottom surface of the stirring shoulder groove 16 as a groove extending with a relatively larger inner diameter than the stirring shoulder groove 16, The stepped groove 17 allows the bottom surface of the stirring shoulder part 20 to be stably adhered to the bottom surface of the stirring shoulder groove 16 when the stirring shoulder part 20 is inserted.

그리고, 상기 홀더부(12)에는 제 1나사홀(18)이 마련된다. 상기 제 1나사홀(18)은 상기 홀더부(12)의 확장부(14)와 상기 교반숄더홈(16)을 수직으로 관통하는 홈으로 형성된다. 상기 제 1나사홀(18)은 제 1나사부(19)가 상기 제 1나사홀(18)에 체결되어 교반숄더부(20)가 상기 교반숄더홈(16)에 삽입될 때, 교반숄더부(20)가 상기 교반숄더홈(16)에 고정되도록 지지할 수 있도록 한다. Also, a first screw hole 18 is provided in the holder part 12 . The first screw hole 18 is formed as a groove vertically penetrating the expansion part 14 of the holder part 12 and the stirring shoulder groove 16 . The first screw hole 18 is formed when the first screw portion 19 is fastened to the first screw hole 18 so that the agitation shoulder portion 20 is inserted into the agitation shoulder groove 16, the agitation shoulder portion ( 20) can be supported so as to be fixed to the stirring shoulder groove 16.

그리고, 상기 교반숄더홈(16)에는 교반숄더부(20)가 마련된다. 상기 교반숄더부(20)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 원기둥형상으로 형성되어, 상기 교반숄더홈(16)에 맞물리는 형성으로 형성된다. And, the stirring shoulder portion 20 is provided in the stirring shoulder groove 16. As shown in FIGS. 4 and 5 , the agitation shoulder portion 20 is formed in a cylindrical shape and is formed to engage the agitation shoulder groove 16 .

상기 교반숄더부(20)는 선단에 나사선(21)이 형성되어, 상기 냉각홀더부(10)과 함께 회전하여 마찰교반용접이 이루어지도록 한다. The agitation shoulder part 20 has a thread 21 formed at its tip, and rotates together with the cooling holder part 10 so that friction stir welding is performed.

상기 교반숄더부(20)는 상술한 기능을 위하여 다양하게 구성될 수 있으며, 본 발명에서는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 다음과 같이 구성될 수 있다. The stirring shoulder unit 20 may be configured in various ways for the above-described function, and in the present invention, as shown in FIGS. 4 and 5, it may be configured as follows.

상기 교반숄더부(20)는, 내부가 중공되어 길이방향으로 관통되는 원기둥형상으로 상기 냉각홀더부(10)의 교반숄더홈(16)에 대응되어 삽입되는 숄더부(22)와, 상기 숄더부(22)를 관통하는 바 형상으로 형성되어 선단에 나사선(21)이 마련되는 교반나사핀부(24)와, 상기 교반나사핀부(24)의 후단에 결합되어, 상기 숄더부(22)의 외경과 동일한 크기의 원판으로 형성되어 상기 숄더부(22)의 후단과 맞물리는 고정부(26)를 포함하여 이루어질 수 있다. The agitating shoulder part 20 has a cylindrical shape with a hollow inside and penetrating in the longitudinal direction, and a shoulder part 22 inserted to correspond to the agitating shoulder groove 16 of the cooling holder part 10, and the shoulder part A stirring screw pin part 24 formed in a bar shape penetrating through 22 and having a thread 21 at the front end, and coupled to the rear end of the stirring screw pin part 24, the outer diameter of the shoulder part 22 and It may include a fixing part 26 formed of a disc having the same size and engaged with the rear end of the shoulder part 22 .

상기 교반숄더부(20)에는 숄더부(22)가 마련된다. 상기 숄더부(22)는 상기 교반숄더홈(16)에 대응되는 원기둥형상으로 형성되며, 내부를 길이방향으로 관통하는 관통공(23)이 형성된다. A shoulder portion 22 is provided on the stirring shoulder portion 20 . The shoulder part 22 is formed in a cylindrical shape corresponding to the stirring shoulder groove 16, and a through hole 23 penetrating the inside in the longitudinal direction is formed.

상기 숄더부(22)의 하단에는 제 1키홈(22a)이 마련된다. 상기 제 1키홈(22a)은 고정부(26)의 키(26a)와 맞물려 교반나사핀부(24)가 숄더부(22) 내부에 안전하게 고정되도록 한다. A first key groove 22a is provided at the lower end of the shoulder part 22 . The first key groove 22a engages with the key 26a of the fixing part 26 so that the stirring screw pin part 24 is safely fixed inside the shoulder part 22.

상기 숄더부(22)의 선단에는 테이터부(22d)가 마련된다. 상기 테이퍼부(22d)는 상기 냉각홀더부(10)의 테이퍼부(12a)와 연결되는 테이퍼부(22d)로 선단으로 갈수록 단면이 좁아지도록 형성된다. A data portion 22d is provided at the front end of the shoulder portion 22 . The tapered portion 22d is a tapered portion 22d connected to the tapered portion 12a of the cooling holder portion 10 and is formed such that its cross section becomes narrower toward the tip.

상기 숄더부(22)의 선단에는 교반홈(27)이 마련된다. 상기 교반홈(27)은 상기 숄더부(22)의 선단에 요입되는 홈으로 중앙에 교반나사핀부(24)가 노출되는 관통홈이 위치한다. A stirring groove 27 is provided at the front end of the shoulder part 22 . The stirring groove 27 is a groove recessed into the front end of the shoulder portion 22, and a through groove through which the stirring screw pin portion 24 is exposed is located in the center.

상기 교반홈(27)은 마찰교반용접이 진행되는 중에 플럭스 혼합물이 비산하거나 주변으로 이송되는 것을 방지하는 역할을 한다. The stirring groove 27 serves to prevent the flux mixture from scattering or being transferred to the surroundings while friction stir welding is in progress.

도 10에 도시된 바와 같이, 상기 교반홈(27)에는 상방으로 돌출되는 블레이드(28)가 마련된다. 상기 블레이드(28)는 상기 교반홈(27)에 여러개가 형성될 수 있으며, 상기 블레이드(28)는 상기 숄더부(22)가 회전하면서 교반이 원활하게 이루어지도록 한다. As shown in FIG. 10, the stirring groove 27 is provided with a blade 28 protruding upward. Several blades 28 may be formed in the stirring groove 27, and the blade 28 allows the shoulder portion 22 to rotate while stirring smoothly.

그리고, 상기 블레이드(28)는 상기 숄더부(22)의 회전방향에 따라 상기 블레이드(28)의 측면각도를 다르게 형성할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(28)의 진행방향의 측면의 각도를 타측면의 각도에 대하여 보다 직각에 가깝게 구성할 수 있다. 이는 상기 숄더부(22)가 회전할 때, 상기 교반홈(27)의 블레이드(28)의 교반성능이 극대화되도록 하기 위함이다. In addition, the blade 28 may have a different side angle of the blade 28 according to the direction of rotation of the shoulder portion 22 . As shown in FIG. 11, the angle of the side of the blade 28 in the traveling direction may be configured to be closer to a right angle than the angle of the other side. This is to maximize the stirring performance of the blade 28 of the stirring groove 27 when the shoulder part 22 rotates.

상기 숄더부(22)는 마찰교반용접을 위하여 내구성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 상기 숄더부(22)는 초경(텅스텐카바이드, WC)로 구성되는 것이 바람직하다. The shoulder portion 22 may be made of a highly durable material for friction stir welding. The shoulder portion 22 is preferably made of cemented carbide (tungsten carbide, WC).

또한, 상기 숄더부(22)에는 제 2나사홀(22c)이 마련된다. 상기 제 2나사홀(22c)은 제 2나사부(미도시)가 상기 제 2나사홀(22c)을 관통하여 상기 숄더부(22)에 교반나사핀부(24)가 고정되도록 한다. In addition, the shoulder portion 22 is provided with a second screw hole 22c. The second screw hole 22c allows a second screw part (not shown) to pass through the second screw hole 22c so that the stirring screw pin part 24 is fixed to the shoulder part 22 .

상기 숄더부(22)에는 제 2키홈(22b)이 마련된다. 상기 제 2키홈(22b)은 상기 숄더부(22)의 외주면 중 상기 제 1나사홀(18)에 대응되는 위치에 홈이 형성된다. 상기 제 1나사홀(18)을 관통한 제 1나사부(19)가 상기 제 2키홈(22b)에 맞물려 상기 숄더부(22)가 상기 냉각홀더부(10)에 고정되도록 한다.The shoulder part 22 is provided with a second key groove 22b. The second key groove 22b is formed at a position corresponding to the first screw hole 18 on the outer circumferential surface of the shoulder part 22 . The first screw part 19 penetrating the first screw hole 18 is engaged with the second key groove 22b so that the shoulder part 22 is fixed to the cooling holder part 10 .

상기 숄더부(22)에는 교반나사핀부(24)가 마련된다. 상기 교반나사핀부(24)는 원형의 바 형상으로 형성되어, 상기 숄더부(22)의 관통공(23)을 관통하여 선단이 상기 교반홈(27)에 노출되도록 하고, 타단은 고정부(26)와 결합되어 상기 숄더부(22)에 고정된다. The shoulder portion 22 is provided with a stirring screw pin portion 24. The stirring screw pin part 24 is formed in a circular bar shape, and penetrates the through hole 23 of the shoulder part 22 so that the front end is exposed to the stirring groove 27, and the other end is fixed part 26 ) and is fixed to the shoulder portion 22.

상기 교반나사핀부(24)의 선단에는 나사선(21)이 마련된다. 상기 나사선(21)은 마찰교반용접 시 동종 또는 다종재료가 서로 교반이 용이하게 이루어지도록 마찰교반력을 발생시키는 역할을 한다. A screw thread 21 is provided at the front end of the stirring screw pin part 24 . The thread 21 serves to generate a friction stirring force so that the same or different materials can be easily stirred with each other during friction stir welding.

상기 나사선(21)은 도 9에 도시된 바와 같이, 상단으로 갈수록 단면적이 좁아지는 테이퍼모양으로 형성될 수 있다. 이는 상기 교반나사핀부(24)의 파손을 감소시키고, 마찰을 증대하기 위함이다. As shown in FIG. 9 , the thread 21 may be formed in a tapered shape with a cross-sectional area narrowing towards the top. This is to reduce damage to the stirring screw pin part 24 and increase friction.

또한, 상기 나사선(21)은 나사선(21)의 모서리를 R형상으로 가공할 수 있다. 이는 나사선(21)의 용접성능강화를 위함이다. In addition, the thread 21 may be processed into an R shape at the corner of the thread 21 . This is to enhance the welding performance of the threaded wire 21.

그리고, 상기 나사선(21)은 비대칭나사형으로 형성할 수 있다. 이는 이종 및 다종재료의 교반접합시 작업효율을 극대화하기 위함이다. In addition, the thread 21 may be formed in an asymmetric thread shape. This is to maximize work efficiency when mixing and joining heterogeneous and multi-material materials.

상기 교반나사핀부(24)는 마찰교반용접을 위하여 내구성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 상기 교반나사핀부(24)는 초경(텅스텐카바이드, WC)로 구성되는 것이 바람직하다. The stirring screw pin part 24 may be made of a highly durable material for friction stir welding. The stirring screw pin portion 24 is preferably made of cemented carbide (tungsten carbide, WC).

상기 교반나사핀부(24)에는 제 3키홈(24a)이 마련된다. 상기 제 3키홈(24a)은 상기 교반나사핀부(24)의 외주면 중 상기 제 2나사홀(22c)에 대응되는 위치에 홈이 형성된다. 상기 제 2나사홀(22c)을 관통한 제 2나사부가 상기 제 3키홈(24a)에 맞물려 상기 숄더부(22)에 상기 교반나사핀부(24)가 고정된다. The stirring screw pin part 24 is provided with a third key groove 24a. The third key groove 24a is formed at a position corresponding to the second screw hole 22c on the outer circumferential surface of the stirring screw pin part 24 . The stirring screw pin part 24 is fixed to the shoulder part 22 by engaging the second screw part passing through the second screw hole 22c with the third key groove 24a.

상기 교반나사핀부(24)의 타단에는 고정부(26)가 마련된다. 상기 고정부(26)는 상기 숄더부(22)의 외경과 동일한 크기의 원판으로 형성되며, 상기 교반나사핀부(24)의 후단에 결합된다. A fixing part 26 is provided at the other end of the stirring screw pin part 24 . The fixing part 26 is formed as a disk having the same size as the outer diameter of the shoulder part 22 and is coupled to the rear end of the stirring screw pin part 24 .

즉, 상기 고정부(26)는 상기 교반나사핀부(24)가 상기 숄더부(22)의 관통공(23)에 삽입될 때, 상기 교반나사핀부(24)가 상기 숄더부(22)에 안정적으로 고정시키는 역할을 한다. 상기 고정부(26)에는 돌출된 키(26a)가 마련된다. 상기 키(26a)는 상기 숄더부(22)의 제 1키홈(22a)에 맞물려 상기 교반나사핀부(24)가 상기 숄더부(22) 내부에서 자유롭게 회전하는 것을 방지하고 상기 숄더부(22)와 상기 교반나사핀부(24)가 일체로 회전하도록 지지한다. That is, when the stirring screw pin part 24 is inserted into the through hole 23 of the shoulder part 22, the fixing part 26 stably attaches the stirring screw pin part 24 to the shoulder part 22. serves to fix it. The fixing part 26 is provided with a protruding key 26a. The key 26a is engaged with the first key groove 22a of the shoulder portion 22 to prevent the stirring screw pin portion 24 from freely rotating inside the shoulder portion 22 and The stirring screw pin part 24 is supported to rotate integrally.

다음으로, 본 발명에 의한 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체의 작용을 상세하게 설명한다. Next, the operation of the submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different materials according to the present invention will be described in detail.

먼저, 숄더부(22)에 고정부(26)가 결합되는 교반나사핀부(24)를 체결한다. 이때, 숄더부(22)의 제 1키홈(22a)에 상기 고정부(26)의 키(26a)가 맞물리도록 결합시킨다. First, the stirring screw pin portion 24 to which the fixing portion 26 is coupled is fastened to the shoulder portion 22. At this time, the key 26a of the fixing part 26 is engaged with the first key groove 22a of the shoulder part 22.

상술한 바와 같이 결합하면서, 상기 숄더부(22)의 제 2나사홀(22c)에 상기 교반나사핀부(24)의 제 3키홈(24a)을 위치시킨다. 상기 제 2나사홀(22c)에 제 2나사부를 체결하여, 상기 교반나사핀부(24)가 상기 숄더부(22)에 완전하게 결합되도록 한다. While combining as described above, the third key groove 24a of the stirring screw pin part 24 is positioned in the second screw hole 22c of the shoulder part 22. The second screw part is fastened to the second screw hole 22c so that the stirring screw pin part 24 is completely coupled to the shoulder part 22 .

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 교반나사핀부(24)가 체결된 상기 숄더부(22)를 냉각홀더부(10)의 교반숄더홈(16)에 삽입한다. 이때, 상기 숄더부(22)의 저면이 상기 교반숄더홈(16)의 바닥면에 밀착되도록 한 후 상기 숄더부(22)를 회전시켜 제 2키홈(22b)이 홀더부의 제 1나사홀(18)에 맞물리도록 위치시킨다. As shown in FIG. 7 , the shoulder part 22 to which the stirring screw pin part 24 is fastened is inserted into the stirring shoulder groove 16 of the cooling holder part 10 . At this time, after bringing the bottom surface of the shoulder part 22 into close contact with the bottom surface of the agitating shoulder groove 16, the shoulder part 22 is rotated so that the second key groove 22b is formed in the first screw hole 18 of the holder part. ) is positioned so that it engages.

그리고, 상기 제 1나사홀(18)에 제 1나사부(19)를 체결하여 상기 숄더부(22)가 상기 홀더부(12) 내부에 완전하게 고정되도록 한다. Then, the first screw part 19 is fastened to the first screw hole 18 so that the shoulder part 22 is completely fixed inside the holder part 12 .

그리고, 본 발명인 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체는 상술한 과정의 역순으로 분해할 수 있다. 상기 툴 조립체의 구성부품 중 숄더부(22), 교반나사핀부(24) 등이 손상되면 그 부품만 분해하여 교체하여 다시 활용할 수 있게 되어 유지비용이 감소되게 된다. In addition, the submerged tool assembly for friction stir welding of the same type and different types of materials according to the present invention can be disassembled in the reverse order of the above-described process. If the shoulder part 22, the stirring screw pin part 24, etc. among the components of the tool assembly are damaged, only those parts can be disassembled, replaced, and reused, thereby reducing maintenance costs.

또한, 본 발명인 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체는 겹치기 용접의 경우 도 12에 도시된 바와 같이, 각각의 재료를 적층한 후 본 발명인 툴 조립체의 선단인 숄더부(22)의 교반홈(27) 부분을 용접부분에 밀착한 후 구동시키게 되면 마찰교반용접이 이루어지게 된다. In addition, as shown in FIG. 12 in the case of lap welding, in the submerged tool assembly for friction stir welding of the same type and multiple materials according to the present invention, after laminating each material, the shoulder portion 22, which is the tip of the tool assembly according to the present invention, When the stirring groove 27 is driven after being in close contact with the welding part, friction stir welding is performed.

그리고, 본 발명인 동종 및 다종 재료 마찰교반용접용 서브머지드 툴 조립체는 맞대기 용접의 경우 도 13에 도시된 바와 같이, 각각의 재료를 밀착시킨 후 본 발명인 툴 조립체의 선단인 숄더부(22)의 교반홈 부분을 용접부분에 밀착한 후 구동시키게 되면 마찰교반용접이 이루어지게 된다. In addition, as shown in FIG. 13 in the case of butt welding, the submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different materials according to the present invention, after attaching each material, the shoulder part 22, which is the tip of the tool assembly according to the present invention, When the stirring groove part is brought into close contact with the welding part and then driven, friction stir welding is performed.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As such, it will be understood that the technical configuration of the present invention described above can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and their All changes or modified forms derived from equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 냉각홀더부 11: 통공
12: 홀더부 14: 확장부
15: 냉각홈 16: 교반숄더홈
17: 단차홈 18: 제 1나사홀
19: 제 1나사부 20: 교반숄더부
21: 나사선 22: 숄더부
22a: 제 1키홈 22b: 제 2키홈
22c: 제 2나사홀 22d: 테이퍼부
23: 관통공 24: 교반나사핀부
24a: 제 3키홈 26: 고정부
26a: 키10: cooling holder part 11: through hole
12: holder part 14: extension part
15: cooling groove 16: stirring shoulder groove
17: stepped groove 18: first screw hole
19: first screw part 20: stirring shoulder part
21: thread 22: shoulder portion
22a: first keyway 22b: second keyway
22c: second screw hole 22d: tapered portion
23: through hole 24: stirring screw pin part
24a: third keyway 26: fixing part
26a: key

Claims

A cooling holder part formed in a cylindrical shape through which the inside is penetrated;
A stirring shoulder portion having a screw thread at the tip in a cylindrical shape inserted into and fixed to the inside of the tip of the cooling holder portion;
including,
A concave cooling groove is provided on the outer circumferential surface of the cooling holder unit,
A tapered portion is provided at the tip of the stirring shoulder portion so that the cross-sectional area becomes narrower toward the tip centered on the screw line,
A submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and different materials, characterized in that a concave stirring groove is formed at the tip of the tapered part, and a blade protruding upward is formed in the stirring groove.

According to claim 1,
The cooling holder part,
A cylindrical holder portion having a hollow interior and penetrating in a longitudinal direction;
an extension portion protruding at a tip of the holder portion having a relatively large cross-sectional area with respect to the holder portion;
A stirring shoulder groove in which a cylindrical groove having a relatively large inner diameter is formed inside the tip of the holder part;
Homogeneous and multi-material submerged tool assembly for friction stir welding, characterized in that it comprises a.

According to claim 1,
The stirring shoulder part,
a shoulder portion inserted in correspondence with the agitating shoulder groove of the cooling holder portion in a cylindrical shape having a hollow interior and penetrating in the longitudinal direction;
A stirring screw pin portion formed in a bar shape penetrating the shoulder portion and having a screw thread at the tip;
a fixing part coupled to the rear end of the stirring screw pin part and formed as a disc having the same size as the outer diameter of the shoulder part and engaged with the rear end of the shoulder part;
Homogeneous and multi-material submerged tool assembly for friction stir welding, characterized in that it comprises a.

delete

According to claim 3,
Submerged tool assembly for friction stir welding of the same kind and multi-material, characterized in that the thread of the stirring screw pin part is formed in a tapered shape with a cross-sectional area narrowing toward the top, and the thread is formed asymmetrically.