KR102642940B1 - 마찰 교반 용접 툴 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마찰 교반 용접 툴에 관한 것으로서, 기둥 형상으로 형성되고, 피접합재의 접합면에 접촉하여 상기 피접합재를 마찰 교반시키는 프로브가 일단에 형성되는 접합 헤드; 상기 접합 헤드의 타단에 결합되어 상기 접합 헤드를 지지하는 몸체부; 원형으로 형성되어 상기 접합 헤드의 외면에 삽입되어 결합되는 절삭부; 및 상기 절삭부가 상기 몸체부의 하부로부터 상기 프로브가 형성된 일방향으로 밀리도록 상기 몸체부와 상기 절삭부 사이에 형성되는 탄성부;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 마찰 교반 접합 툴에 관한 것으로서, 더 상세하게는 접합부 열변형감소 및 공정 안정화를 위한 플래시 제거용 마찰 교반 용접 툴에 관한 것이다.
일반적으로, 마찰 교반 접합(Friction Stir Welding: FSW)이란 비소모성 공구를 고속으로 회전시키면서 피접합재에 접촉시키면, 공구와 피접합재와의 상호마찰에 의해 열이 발생하여 공구 주면의 재료가 연화되며, 공구의 교반에 의한 재료의 소성유동으로 회전하는 툴을 이용한 마찰열과 소재의 변형으로 발생하는 열과 소재의 교반을 이용한 접합 공정이다.
이러한 마찰 교반 접합은 기존의 용융접합에 비해, 낮은 열로 접합이 이루어지기 때문에 작은 잔류응력, 적은 변형 등으로 인해 접합부의 기계적 강도가 우수할 뿐 아니라, 별도의 열원, 용접봉, 용가제 등이 불필요하며 접합 과정에서 유해광선이나 유해물질이 배출되지 않기 때문에 경제적이면서 환경친화적인 접합기술로 평가를 받고 있다. 또한, 마찰 교반 접합은 자동차, 항공기, 선박 산업 분야 등에서 널리 사용되고 있는 알루미늄이나 마그네슘 합금 등으로 제조된 배터리 케이스, 냉각 플레이트 등의 접합에 적합한 장점이 있다.
특히, 자동차 산업의 알루미늄 소재의 적용증가로 인한 마찰 교반 용접 공정의 적용이 확대되고 있다.
그러나, 회전하는 접합툴을 피접합재에 삽입하여 마찰열을 발생시키고, 연화된 피접합재가 접합툴의 회전에 따라 교반이 발생하며 접합이 진행되는 이러한 종래의 마찰 교반 접합은, 접합툴을 피접합재에 교반시 열과 교반력으로 인하여 접합부에 플래시(Flash), 버(Burr) 등의 절단부 잔여물이 발생되거나, 생성된 플래시의 불규칙한 냉각효과에 의한 열변형이 발생되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 플래시를 제거하기 위한 별도의 절삭공정이 추가적으로 필요하게 되어, 공정 시간 및 비용이 소모되며, 플래시를 제거하기 위한 공구가 결합된 툴의 경우에도 용접부 표면을 파고드는 언더컷 현상이 발생되며, 용접부 두께가 감소하여 용접부 성능을 저하시키고 열변형을 증대시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 플래시 제거가 가능한 마찰 교반 용접 툴을 이용하여, 용접과 동시에 효과적으로 플래시를 제거하고, 과도한 언더컷을 방지하고, 용접부의 열변형을 감소시킬 수 있는 마찰 교반 용접 툴을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 마찰 교반 용접 툴이 제공된다. 상기 마찰 교반 용접 툴은, 원기둥 형상으로 형성되고, 피접합재의 접합면에 접촉하여 상기 피접합재를 마찰 교반시키는 프로브가 일단에 형성되는 접합 헤드; 상기 접합 헤드의 타단에 결합되어 상기 접합 헤드를 지지하는 몸체부; 원형으로 형성되어 상기 접합 헤드의 외면에 삽입되어 결합되는 절삭부; 및 상기 절삭부가 상기 몸체부의 하부로부터 상기 프로브가 형성된 일방향으로 밀리도록 상기 몸체부와 상기 절삭부 사이에 형성되는 탄성부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 절삭부는, 도넛형상으로 형성되며, 절삭부 외면 및 상기 접합 헤드에 결합되는 절삭부 내면이 형성되는 절삭부 몸체; 상기 절삭부 몸체의 하단면 소정영역에서 하부로 연장되어 형성되고, 연장된 부분의 양측에 용접시 발생되는 플래시를 제거하는 날부가 돌출되어 형성되는 절삭날; 및 상기 절삭부 내면에 형성되어 상기 접합 헤드의 적어도 일부분에 결합되는 고정키;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 접합 헤드는, 원기둥 형상의 측면에 길이방향의 홈부로 형성되는 키홈부;를 포함하고,
상기 절삭부는, 상기 절삭부의 내면에서 상기 키홈부에 대응되도록 형성되어 상기 키홈부에 결합되는 고정키;를 포함하고, 상기 키홈부에 상기 고정키가 삽입되고, 상기 고정키가 삽입된 상기 키홈부를 따라서 상기 절삭부는 상기 접합 헤드를 기준으로 상하 이동이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 접합 헤드는, 상기 프로브 주변에 상기 접합 헤드의 직경보다 큰 직경을 가지는 플랜지 형상으로 형성된 숄더부;를 포함하고, 상기 절삭부는, 상기 절삭부가 상기 접합 헤드의 외부로 이탈되지 않도록, 상기 절삭부의 내측에 상기 접합 헤드의 직경보다 크고 상기 숄더부의 직경보다 작은 내경으로 형성되는 단턱부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 절삭부는, 상기 절삭부의 단면에서 상기 절삭날을 연결하는 임의의 연장선이 상기 절삭부의 중심점에서 170 내지 178의 각도를 가지고 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 접합 헤드의 축방향 하중을 견디며, 상기 접합 헤드의 회전에 따라 상기 탄성부가 상기 접합 헤드와 동일하게 회전되지 않도록, 상기 탄성부의 상부 및 하부에 결합되는 탄성부 회전체;를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용접부의 표면에 발생하는 플래시를 용접 중 제거가 가능하고 블레이드의 상/하 이동으로 시편의 표면을 따라 제거 이를 통해 용접 후 표면처리 공정을 생량할 수 있으며, 압입하중을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라, 부하 안정화 및 용접부 열변형을 감소시키는 마찰 교반 용접 툴을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접 툴을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 마찰 교반 용접 툴을 나타내는 투시도이다.
도 3은 도 1의 마찰 교반 용접 툴을 나타내는 분해도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접 툴의 절삭부를 나타내는 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭부의 측부를 나타내는 투시도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭부의 상부를 나타내는 투시도이다.
도 6b 및 6c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 접합 헤드의 상부를 나타내는 투시도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접 툴의 용접시 절삭부의 구동을 개략적으로 나타내는 구동도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄성부 회전체를 나타내는 도면이다.
도 9a는 종래의 마찰 교반 용접시 플래시 제거면을 나타내는 도면이고, 도 9b는 본 발명의 마찰 교반 용접 툴을 사용하여 용접시 플래시 제거면을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 마찰 교반 용접 툴을 나타내는 투시도이다.
도 3은 도 1의 마찰 교반 용접 툴을 나타내는 분해도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접 툴의 절삭부를 나타내는 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭부의 측부를 나타내는 투시도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭부의 상부를 나타내는 투시도이다.
도 6b 및 6c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 접합 헤드의 상부를 나타내는 투시도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접 툴의 용접시 절삭부의 구동을 개략적으로 나타내는 구동도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄성부 회전체를 나타내는 도면이다.
도 9a는 종래의 마찰 교반 용접시 플래시 제거면을 나타내는 도면이고, 도 9b는 본 발명의 마찰 교반 용접 툴을 사용하여 용접시 플래시 제거면을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접 툴(100)을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 마찰 교반 용접 툴(100)을 나타내는 투시도이고, 도 3은 도 1의 마찰 교반 용접 툴(100)을 나타내는 분해도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접 툴(100)은, 크게, 접합 헤드(10), 몸체부(20), 절삭부(30) 및 탄성부(40)를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 접합 헤드(10)는 기둥 형상으로 형성되고, 바람직하게는, 원기둥 형상으로 이루어진다. 접합 헤드(10)는 일단부가 피접합재(S)에 접하여 용접을 진행할 수 있으며, 타단부는 몸체부(20)에 고정될 수 있다.
몸체부(20)는 일측의 접합 헤드(10)에 결합되어 접합 헤드(10)를 고정 및 지지할 수 있으며, 타측은 회전 기구의 회전축에 장착되어 회전축의 회전구동에 의해 회전할 수 있다.
몸체부(20)는 플런징(plunging) 기구에 의해 서로 맞대어 있는 피접합재(S)에 대해 근접 또는 이격되도록 이동한다. 예컨대, 피접합재(S)의 접합면이 수평으로 놓인 경우, 몸체부(20)에 결합된 접합 헤드(10)는 피접합재(S)의 수평면을 따라 수평 이동할 수 있다.
몸체부(20)는 일측에서 접합 헤드(10)가 삽입되는 결합홈부(21)가 형성될 수 있으며, 접합 헤드(10)가 결합홈부(21)에 삽입된 후에 접합 헤드(10)를 고정할 수 있도록 몸체부(20)의 측면에 고정홈부(22)가 형성될 수 있다.
고정홈부(22)에는 고정나사가 고정홈부(22)를 관통하여 접합 헤드(10)의 측면에 결합 또는 가압하여 몸체부(20)와 접합 헤드(10)를 견고히 고정할 수 있다.
접합 헤드(10)는 몸체부(20)에 결합되어 형성되는 것으로, 일단에는 플랜지 형상의 숄더부(12)가 형성되고, 숄더부(12)에서 돌출된 핀형상의 프로브(11)가 형성되고, 측면에는 키홈부(13)가 형성되고, 다른 측면에는 면부(14)가 형성될 수 있다.
프로브(11)는 돌출된 핀이 피접합재(S)의 접합면에 접촉하거나, 피접합재(S)의 그루브에 삽입되어 피접합재(S)의 접합면에 접촉된 상태에서 회전하여 피접합재(S)와의 사이에 마찰열을 발생시킴에 따라 피접합재(S)의 재료를 연화시킬 수 있다.
프로브(11)는 횡단면은 원형으로 형성되는 것이 바람직하며, 도시되지 않았지만, 다양한 형상으로 이루어질 수 있고, 하부의 직경이 상부의 직경보다 작게 형성될 수 있다.
프로브(11)의 둘레에는 반원형, 다각형, 나사산 형상 등의 다양한 형상의 돌기가 형성될 수 있다. 상기 돌기는 핀 회전시 프로브(11) 주변에서 연화된 피접합재(S)가 더욱 원활하게 교반될 수 있다.
숄더부(12)는 프로브(11) 주변에 접합 헤드(10)의 몸체의 직경보다 큰 직경을 가지는 플랜지 형상의 형성될 수 있다.
숄더부(12)는 일단에 돌출되어 형성된 프로브(11)와 함께 회전되며, 프로브(11)가 피접합재(S)에 숄더부(12)까지 삽입될 수 있도록 프로브(11) 보다 넓은 단면으로 형성되어 피접합재(S)의 상면과 접합될 수 있다.
숄더부(12)는 접합 헤드(10)의 몸체보다 넓게 형성되어, 후술될 절삭부(30)가 접합 헤드(10)의 피접합재(S) 방향으로 이탈되지 않도록 구속할 수 있다.
키홈부(13)는 원기둥 형상의 측면에 길이방향의 홈부로 형성되어 절삭부(10)가 삽입되어 결합될 수 있다. 구체적으로, 키홈부(13)는 접합 헤드(10)의 길이방향인 Z축 방향에서 접합 헤드(10)의 최상면에서부터 숄더부(12) 상부까지 홈부로 형성되어, 절삭부(10)의 적어도 일부분이 삽입되어 숄더부(12) 상부에 결합될 수 있다.
면부(14)는 접합헤드(10)가 몸체부(20)에 삽입되는 상부 영역의 측면에 평면부로 형성되고, 몸체부(20)의 고정홈부(22)를 관통하여 결합된 고정나사가 상기 평면부에 결합 또는 가압되어 접합 헤드(10)가 몸체부(20)에 고정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접 툴(100)의 절삭부(30)를 나타내는 사시도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭부(30)의 측부를 나타내는 투시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접 툴(100)의 용접시 절삭부(30)의 구동을 개략적으로 나타내는 구동도이다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 절삭부(30)는 원형으로 형성되어 접합 헤드(10)의 외면에 삽입되어 결합될 수 있다.
구체적으로, 절삭부(30)는 절삭부 몸체(31), 절삭날(32), 고정키(34) 및 단턱부(35)를 포함할 수 있다.
절삭부 몸체(31)는 접합 헤드(10)가 결합되도록 중앙부분이 관통된 도넛형상으로 형성될 수 있다. 이때, 절삭부 몸체(31)는 관통된 상기 중앙부분으로 접합 헤드(10)가 삽입되어 결합될 수 있으며, 반대로, 접합 헤드(10)를 분리 후 절삭부(30)를 분리할 수 있다. 그리하여, 절삭부(30)에 형성된 절삭날(32)이 마모 되거나, 피접합재(S의 접합부에 따라 절삭날(32)을 선택적으로 교체하여 사용할 수 있다.
절삭날(32)은 절삭부 몸체(31)의 하단면 소정영역에서 하부로 연장되어 형성되고, 연장된 부분의 양측에 용접시 발생되는 플래시를 제거하는 날부(33)가 돌출되어 형성될 수 있다.
구체적으로, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 절삭날(32)은 절삭부 몸체(31)의 길이 방향인 Z축 방향에서 하면의 적어도 일부 영역에서 돌출되어 형성될 수 있다.
절삭날(32)은 절삭부(30)의 회전에 따라 하면의 플래시를 제거할 수 있도록 회전 방향으로 날부(33)가 형성될 수 있으며, 이때, 날부(33)는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 도넛 형상의 절삭부(30)의 하면을 따라 형성될 수 있다.
예컨대, 절삭부 몸체(31)의 하면에서 외부로 연장된 부분이 회전하는 방향인 C방향을 따라서 날부(33)가 형성될 수 있으며, 날부(33)는 정회전 및 역회전시에 모두 플래시를 제거가능하도록 양방향으로 형성될 수 있다.
도시되지 않았지만, 날부(33)는 절삭부 몸체(31)에 분리결합형으로 결합될 수 있다. 예컨대, 날부(33)의 적어도 일부가 절삭부 몸체(31)의 적어도 일부분에 삽입 결합되거나, 나사 결합 등의 결합으로 분리 가능하게 형성될 수 있다. 따라서, 절삭부(30)를 분리결합 하지 않고 날부(33)만을 교체가 가능할 수 있다.
절삭날(32)은 절삭부(30)의 일부분에 형성되며, 절삭부(30)의 중심축을 기준으로 대응되는 타부분에도 동일한 절삭날(32)이 형성될 수 있다. 예컨대, 절삭부(31)의 하단부 양쪽에 절삭날(32)이 형성될 수 있으며, 도시되지 않았지만, 3개 이상의 절삭날이 등각으로 형성되는 것도 가능하다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 절삭부(30)는 절삭부(30)의 단면에서 절삭날(32)을 연결하는 임의의 연장선이 절삭부(30)의 중심점에서 170 내지 178의 각도를 가지고 형성될 수 있다.
예컨대, 도 5a에 도시된 바와 같이, 절삭날(32)이 절삭부(30)의 양쪽에 형성될 경우, 절삭부(30)의 중심으로부터 양쪽 절삭날(32)을 연결하는 연장선(L1)이 절삭부(30)의 중심점에서 양쪽으로 형성되는 중심각도(θ)가 170° 내지 178°로 형성될 수 있으며, 도 5b에 도시된 바와 같이, 절삭부(30)의 중심으로부터 절삭날(32)의 최하단부를 연장하는 연장선(L2)이 절삭부(30)의 중심점에서 양쪽으로 형성되는 중심각도(θ)가 170° 내지 178°로 형성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 마찰 교반 용접 툴(100)이 용접시 용접 진행 방향의 반대 방향으로 일부 기울어져 용접될 수 있다. 이때, 절삭날(32)이 절삭부(30)의 중심으로부터 일부 기울어져 형성됨으로써, 피용접재(S)의 용접 표면에 형성되는 플래시를 효과적으로 제거하면서, 절삭날(32)이 피용접재(S)와 수평인 상태에서 회전되어 과도한 언더컷을 방지할 수 있다.
고정키(34)는 절삭부 내면에 형성되어 접합 헤드(10)의 적어도 일부분에 결합되도록 형성될 수 있다. 바람직하게, 고정키(34)는 접합 헤드(10)에 형성된 키홈부(13)에 대응되도록 형성되어 키홈부(13)에 결합될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 절삭부(30)의 상부를 나타내는 투시도이고, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 접합 헤드(10)의 상부를 나타내는 투시도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 절삭부(30)에는 돌출부로 형성되는 고정키(34)가 형성되고, 도 6b에 도시된 바와 같이, 접합 헤드(10)에는 절삭부(30)의 내면에서 키홈부(13)에 대응되도록 오목한 형상의 키홈부(13)가 형성될 수 있다.
고정키(34)는 키홈부(13)에 삽입되어 결합될 수 있으며, 이에 따라, 고정키(34)는 절삭부(30)의 회전운동을 구속하여, 절삭부(30)는 접합 헤드(10)가 회전할 경우에 접합 헤드(10)와 동일하게 회전하고, 반면에 접합 헤드(10)의 키홈부(13)를 따라서 상하운동은 가능할 수 있다.
도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이, 키홈부(13)는, 사각형상의 오목부로 형성될 수 있고, 내측부가 더 넓은 사다리꼴 형상으로 형성되어, 회전시 절삭부(30)가 일방향으로 밀리는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 키홈부(13)는 다양한 형상으로 형성될 수 있고, 이에 대응되는 형상으로 고정키(34)가 형성될 수 있다.
키홈부(13)에 고정키(34)가 삽입되고, 고정키(34)가 삽입된 키홈부(13)를 따라서 절삭부(30)는 접합 헤드(10)를 기준으로 상하 이동이 가능할 수 있다.
예컨대, 고정키(34)가 키홈부(13)에 삽입되어 결합될 경우, 고정키(34)가 키홈부(13)를 따라서 원활이 이동이 가능하도록 고정키(34)와 키홈부(13)는 소정 간격 이격되어 결합될 수 있다. 이때, 고정키(34)는 절삭날(32)이 형성되는 위치와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 도시되지 않았지만, 접합 헤드(10)에 돌출된 고정키가 형성되고, 절삭부(30)에 홈부로 형성된 키홈부가 형성될 수 있다.
단턱부(35)는 절삭부(30)의 적어도 일부가 도넛 형상으로 형성된 절삭부(30)의 내측방향으로 돌출되어 형성될 수 있다. 예컨대, 단턱부(35)는 절삭부(30)의 적어도 일부가 내측으로 돌출되어 숄더부(12)에 차단되어 접합 헤드(10) 외부로 이탈되지 않을 수 있다. 이때, 고정키(34)가 단턱부(35)일 수 있으며, 절삭부(30)의 내측으로 돌출된 부분이 고정키(34)의 역할과 단턱부(35)의 역할을 병행할 수 있다.
바람직하게는, 도 4에 도시된 바와 같이, 단턱부(35)는 절삭부(30)의 내측에 원형으로 돌출되며, 접합 헤드(10)의 직경보다 크고 숄더부(12)의 직경보다 작은 내경으로 형성될 수 있다. 따라서, 절삭부(30)의 내측으로 돌출된 원형의 단턱부(35)가 숄더부(12)에 차단되어 접합 헤드(10) 외부로 이탈되지 않을 수 있다.
이때, 고정키(34)는 단턱부(35)의 내측에 더욱 돌출되도록 형성되어 키홈부(13)에 결합될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 탄성부(40)는 절삭부(30)가 몸체부(20)의 하부로부터 프로브(11)가 형성된 일방향으로 밀리도록 몸체부(20)와 절삭부(30) 사이에 형성될 수 있다.
탄성부(40)는 몸체부(20)의 하면을 기준으로 절삭부(30)가 피용접재(S)에 방향으로 밀릴 수 있도록 탄성력을 가지는 부재중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 몸체부(20) 하면과 절삭부(30)의 상면에서 압축된 상태로 결합될 수 있다.
예컨대, 탄성부(40)는 스프링일 수 있으며, 접합 헤드(10)에 절삭부(30)가 결합되고, 절삭부(30) 상부로 상기 스프링이 결합되며, 상기 스프링을 압축하면서 접합 헤드(10)의 상부에 몸체부(20)가 결합될 수 있다. 이렇게 결합된 절삭부(30)는 압축된 상기 스프링의 복원력으로 절삭부(30)를 피용접재(S) 방향으로 밀어낼 수 있다.
일 실시예로, 탄성부(40)는 접합 헤드(10)의 상부에 형성된 탄성하부 안착면에 형성될 수 있으며, 상기 탄성하부 안착면에는 탄성부(40)를 고정할 수 있는 돌기가 형성될 수 있다. 또한, 탄성부(40)는 몸체부(20)의 하부에 형성된 탄성상부 안착부가 형성될 수 있으며, 상기 탄성상부 안착면에는 탄성부(40)를 고정할 수 있는 돌기가 형성될 수 있다. 그리하여, 마찰 교반 용접 툴(100)이 회전되며 마찰 교반 용접 툴(100)이 회전되며 공정이 진행될 경우, 접합 헤드(10) 및 몸체부(20)와 함께 탄성부(40)도 회전될 수 있다.
다른 실시예로, 도 8에 도시된 바와 같이, 탄성부(40)는 상부 및 하부에 탄성부 회전체(50)가 형성될 수 있다. 예컨대, 탄성부 회전체(50)는 축방향의 하중을 견디며, 탄성부(40)가 별개의 구성으로 동작할 수 있는 스러스트 베어링일 수 있다. 이때, 탄성부 회전체(50)의 일면에는 탄성부(40)가 결합되는 부분에는 탄성부(40)를 고정시킬수 있는 고정영역이 형성될 수 있다.
구체적으로, 탄성부(40)와 접합 헤드(10) 및 탄성부(40)와 몸체부(20) 사이에 각각 탄성부 회전체(50)가 형성되어, 탄성부(40)는 마찰 교반 용접 툴(100)이 회전되며 중심축에서 기울어져 공정이 진행될 경우, 탄성부(40)는 기울어진 방향에서 압축력을 받은 상태로 회전되지 않고, 접합 헤드(10) 및 몸체부(20)만 회전될 수 있다. 즉, 탄성부 회전체(50)는 탄성부(40)가 접합 헤드(10) 및 몸체부(20)와 자유단으로 결합되어 회전에 영향을 받지 않도록 할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 마찰 교반 용접 툴(100)이 용접시 피용접재(S)의 상면에 절삭부(30)가 접촉한 상태에서 용접이 진행되며, 마찰 교반 용접 툴(100)은 피용접재(S) 방향으로 압입하면서 용접이 진행될 수 있다. 즉, 마찰 교반 용접 툴(100)은 피용접재(S)의 용접 표면을 따라서 지속적으로 압입 하중을 제어하며 용접을 진행할 필요성이 있다.
본 발명의 마찰 교반 용접 툴(100)은 탄성부(40)가 절삭부(30)에 결합되어, 절삭부(30)는 피용접재(S)의 표면에서 용접부 표면에 반발력으로 인하여 상부로 압축되며, 이에 따라, 마찰 교반 용접 툴(100)의 하방으로 가압하는 하중이 안정화될 수 있다. 또한, 절삭부(30)는 상부로 이동됨에 따라, 절삭부(30)가 피용접재(S)의 용접부 표면을 파고들어 발생되는 과도한 언더컷을 방지할 수 있다.
도 9a는 종래의 마찰 교반 용접시 플래시 제거면을 나타내는 도면이고, 도 9b는 본 발명의 마찰 교반 용접 툴(100)을 사용하여 용접시 플래시 제거면을 나타내는 도면이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 종래의 플래시 제거용 마찰 교반 툴을 이용한 용접시에는 마찰 교반 툴이 피용접재의 표면을 파고들면서 플래시를 제거하여 피용접재의 두께가 4.12mm에서 3.58mm로 감소하였으며, 이에 따른 용접부 두께의 단면 감소율은 13%로 나타났다.
그러나, 도 9b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마찰 교반 용접 툴을 사용하여 플레시를 제거할 경우, 피용접재의 두께가 4.07mm에서 3.76mm로 감소하였으며, 이에 따른 용접부 두께의 단면 감소율은 8%로 종래 기술보다 용접부 두께가 뚜껍게 용접된 것을 확인할 수 있다.
즉, 종래의 플래시 제거용 마찰 교반 툴을 사용할 때보다, 본 발명의 마찰 교반 용접 툴을 사용하여 용접시 플래시가 형성된 부분만 언더컷이 이루어지고 플레시 제거가 효과적으로 진행되면서 과도한 언더컷을 방지할 수 있고, 용접부 두께가 유지될 수 있으며, 이에 따라, 용접부의 열변형이 감소될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
S: 피용접재
L1, L2: 연장선
10: 접합 헤드
11: 프로브
12: 숄더부
13: 키홈부
14: 면부
20: 몸체부
21: 결합홈부
22: 고정홈부
30: 절삭부
31: 절삭부 몸체
32: 절삭날
33: 날부
34: 고정키
35: 단턱부
40: 탄성부
100: 마찰 교반 용접 툴
L1, L2: 연장선
10: 접합 헤드
11: 프로브
12: 숄더부
13: 키홈부
14: 면부
20: 몸체부
21: 결합홈부
22: 고정홈부
30: 절삭부
31: 절삭부 몸체
32: 절삭날
33: 날부
34: 고정키
35: 단턱부
40: 탄성부
100: 마찰 교반 용접 툴
Claims (6)
- 기둥 형상으로 형성되고, 피접합재의 접합면에 접촉하여 상기 피접합재를 마찰 교반시키는 프로브가 일단에 형성되는 접합 헤드;
상기 접합 헤드의 타단에 결합되어 상기 접합 헤드를 지지하는 몸체부;
원형으로 형성되어 상기 접합 헤드의 외면에 삽입되어 결합되는 절삭부;
상기 절삭부가 상기 몸체부의 하부로부터 상기 프로브가 형성된 일방향으로 밀리도록 상기 몸체부와 상기 절삭부 사이에 형성되는 탄성부; 및
상기 접합 헤드의 축방향 하중을 견디며, 상기 접합 헤드의 회전에 따라 상기 탄성부가 상기 접합 헤드와 동일하게 회전되지 않도록, 상기 탄성부의 상부 및 하부에 결합되는 탄성부 회전체;
를 포함하고,
상기 탄성부 회전체는 스러스트 베어링을 포함하는, 마찰 교반 용접 툴. - 제 1 항에 있어서,
상기 절삭부는,
상기 접합 헤드가 결합되도록 중앙부분이 관통된 도넛형상으로 형성되는 절삭부 몸체;
상기 절삭부 몸체의 하단면 소정영역에서 하부로 연장되어 형성되고, 연장된 부분의 양측에 용접시 발생되는 플래시를 제거하는 날부가 돌출되어 형성되는 절삭날; 및
상기 절삭부 내면에 형성되어 상기 접합 헤드의 적어도 일부분에 결합되는 고정키;
를 포함하는, 마찰 교반 용접 툴. - 제 1 항에 있어서,
상기 접합 헤드는,
원기둥 형상의 측면에 길이방향의 홈부로 형성되는 키홈부;를 포함하고,
상기 절삭부는,
상기 절삭부의 내면에서 상기 키홈부에 대응되도록 형성되어 상기 키홈부에 결합되는 고정키;를 포함하고,
상기 키홈부에 상기 고정키가 삽입되고, 상기 고정키가 삽입된 상기 키홈부를 따라서 상기 절삭부는 상기 접합 헤드를 기준으로 상하 이동이 가능한, 마찰 교반 용접 툴. - 제 1 항에 있어서,
상기 접합 헤드는,
상기 프로브 주변에 상기 접합 헤드의 몸체의 직경보다 큰 직경을 가지는 플랜지 형상으로 형성된 숄더부;를 포함하고,
상기 절삭부는,
상기 절삭부가 상기 접합 헤드의 외부로 이탈되지 않도록, 상기 절삭부의 내측에 상기 접합 헤드의 직경보다 크고 상기 숄더부의 직경보다 작은 내경으로 형성되는 단턱부;
를 포함하는, 마찰 교반 용접 툴. - 제 2 항에 있어서,
상기 절삭부는,
상기 절삭부의 단면에서 상기 절삭날을 연결하는 임의의 연장선이 상기 절삭부의 중심점에서 170 내지 178의 각도를 가지고 형성되는, 마찰 교반 용접 툴.
- 삭제
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|---|---|
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