KR20000064506A - 금속물의전자기접합또는용접방법및장치 - Google Patents

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KR20000064506A
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유리 리브쉬즈
오렌 가프리
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펄사 웰딩 리미티드
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Abstract

본원의 2개 가공물은 펄스 자기력으로 2개 가공물의 제 1 가공물 또는 그 부분의 이동을 유도함으로써 함께 접합 또는 서로 용접 되며, 제 1 가공물 또는 부분이 2개 가공물의 제 2 가공물 또는 부분에 밀착한 다음, 2 개의 가공물은 서로 접합 또는 용접된다.

Description

금속물의 전자기 접합 또는 용접 방법 및 장치
펄스 자기 성형법(pulsed magnetic forming: PMF)은 가공물의 변형을 일으키는 펼스 자계(pulsed magnetic field)에 의해 금속 가공물 또는 그 부분이 급속한 운동으로 삽입되는 프로세스이다. 펄스 자기 성형 프로세스의 잇점은, 처리 중에 에너지 손실이 최소화되어 가공물의 열발생이 전혀 없거나 또는 거의 없다는 것이다. 또한, 이러한 프로세스는 다양한 다른 기술에서의 경우에서, 툴 마크를 남기는 결점이 없다.(1983년, 제 4 회 전기전자 공학회(IEEE) 펄스 파워 회의에서 엠, 캐나노빅(M. Cenanovic)이 발표한 "역 전자기력에 의한 자성 금속 성형법"을 참고)
펄스 자기 성형 프로세스는 강 자계를 발생하기 위해, 방전 커패시터 또는 커패시터 뱅크, 성형 코일(forming coil) 및 필드 세이퍼(field shaper)를 사용한다. 펄스 자기 성형 프로세스에 필요한 강강 자계(very intense magnetic field)는 성형 코일로의 커패시터에 저장된 전기 에너지의 매우 신속한 방전을 초래한다. 가공물에서 유도되는 결과인 맴돌이(eddy) 전류는 가공물과 성형 코일의 사이에서 자기 척력을 산출하며, 이것은 가공물의 변형을 일으키게 하는 것이다.
가공물의 표면은 척력의 영향을 받아 이동하며, 자계로부터 에너지를 흡수한다. 대부분의 이용 가능한 에너지의 성형 작업에 적용하고 가공물 재료(내열성에 의해 에너지 소비를 발생함)로의 에너지 보급으로 인한 에너지 손실이 작아지도록, 성형 자기 펄스(forming magnetic pulse)는 매우 짧게 만들어진다. 대부분의 펄스 자기 성형의 적용에서, 펄스는 약10μ초 내지 약250μ초 사이의 지속 기간을 갖는다.(방전 전류 제 1 파의 지속기간)
펄스 자기 성형법 프로세스에 의한 금속 가공물 처리용 종래 장치 및 방법의 기술배경은 다음의 미국 특허에서 볼 수 있다: 미국 특허 제 3,654,787호(브로워: Brower), 제 3,961,739호(레프테리스: Leftheris), 제 4,170,887호(바라노브: Baranov), 제 4,531,393호(베이르: Weir), 제 4,807,351호(베르그 외: Berg et al), 제 5,353,617호(체리안 외: Cherian et al), 및 제 5,442,846호(스네퍼: Snaper)
본 발명은 일반적으로 금속 가공 분야에서, 금속제 가공물을 가공하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 펄스 자기 에너지(pulsed magnetic energy)에 의한 금속제 가공물 가공 방법 및 장치에 관한 것이다.
도1 내지 도5는 다중 파이버 케이블과 케이블 러그를 서로 접합하는 순서를 나타낸 도면으로서,
도1은 케이블 러그의 관강 내로 케이블의 단부를 삽입한 후에 케이블과 케이블 러그를 구성하는 조립체의 사시도,
도2는 도1의 조립체의 상부측 부분 단면도,
도3은 도2의 3-3선을 따라 절개한 단면도,
도4는 케이블 러그의 원통형 부분을 압축한 후의 조립체 및 케이블과 케이블 러그 사이의 견고한 죠인트의 구성을 도시한 상부측 부분 단면도,
도5는 도4의 5-5선을 따라 절개한 단면도,
도6A는 도1 내지 도5에 도시된 케이블 및 케이블 러그 사이의 죠인트 마련을 위해 특히 유용한 본 발명의 실시예에 따라 펄스 자기 성형 장치를 도시한 등척도,
도6B는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 펄스 자기 성형 코일의 측면도,
도7은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 장치를 나타낸 도면,
도8은 도7에 도시된 장치를 사용하는 본 발명에 따라 제조된 튜브와 원통형 대상물 사이의 죠인트를 나타낸 도면,
도9는 본 발명의 실시예에 따라 2개의 폴의 접합 방식을 나타낸 개략도,
도10은 본 발명의 실시예에 따라 2개의 초전도체 케이블의 상호 접합 방식을 나타낸 개략도,
도11은 2개의 초전도체 케이블의 접합을 위해 본 발명에 따르는 다른 실시예를 나타낸 개략도,
도12는 본 발명의 실시예에 따라 접지 케이블의 제조 방식을 개략적으로 도시한 단면도.
도13은 본 발명에 따라 초전도체 케이블을 제조하는 방식을 개략적으로 나타낸 단면도.
도14는 본 발명에 따르는 펄스 자기 성형 프로세스에 의해 코일에 압축되는 금속 슬리브에 의해 코일 및 전기 핀이 함께 접합 또는 용접되는 가열 코일을 도시한 도면으로서,
도14A는 상기 장치의 측면도,
도14B는 도14A의 14B-14B선을 따라 절취된 단면도,
도15는 본 발명의 실시예에 따르는 장치를 도시한 도면으로서,
도15A는 삽입 또는 2개 대상물의 적절한 위치 설정 및 벽 지지를 이용하여, 2개의 중공 원통형 대상물을 접합 또는 용접하는 장치를 사용한 일 방식을 나타낸 도면,
도15B는 상기 삽입의 사용이 없는 2개 중공 원통형 대상물의 접합 또는 용접을 위한 장치의 사용의 다른 방식을 나타낸 도면,
도15C는 도15A 및 도15B의 장치에 의해 함께 용접되는 다른 직경의 2개 파이프 사이의 죠인트를 통과하는 종단면도,
도16은 본 발명의 실시예에 따라 공기 기밀 밀봉이 이루어지도록 금속 튜브의 벽을 서로 크림핑 및 용접하는 방식을 나타낸 도면,
도17은 2개 평면 금속성 대상물의 용접을 위한 설정 상태를 나타낸 도면,
도18은 도16의 18-18선을 따라 절개한 단면도,
도19 및 도20은 구형 금속 가공물에 초기의 평면 금속 가공물을 용접하는 2가지 실시예를 나타낸 도면,
도21은 본 발명의 실시예에 따르는 장치에서 동작하는 자기 전도체 회로를 개략적으로 나타낸 도면,
도22는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 장치에 자기 전도체 회로를 개략적으로 나타낸 도면.
본 발명을 용이하게 이해할 수 있게 할 목적으로 이 명세서에 사용된 용어는 다음과 같이 정의한다.
가공물(workpiece): 본 발명에 따라 표면들에 가해진 가공에 의해 변형되는 금속물.
이동 면(moving surface): 펄스 자기력에 의해 급격하고 급속한 운동으로 삽입되는 가공물의 표면. 본 발명에 따라, 이동 면은 두 개 면을 접합시키는 또는 용접시키는("접합" 및 "용접"에 관해서는 이하의 설명을 참조함) 운동 에너지로 다른 면(고정적일 수 있거나 대향 방향으로 이동하는 이동 면일 수 있음)과 밀착되도록 된 고형체이다.
가공(working): 가공물 또는 가공 부분(portion)의 변형을 일으키는 가공물에 또는 그 가공 부분에 적용하는 작업의 결과인 프로세스. 본 발명에 따른 가공은 펄스 자기 성형법에 의하여, 가공물의 형태에 변형을 일으킬 뿐만 아니라 피가공물 또는 피가공 부분의 표면을 다른 면에 접합시킨다.
접합(joining): 그 한 표면이 다른 표면과 매우 밀착하여 접촉되도록 하는 대상물 또는 부분의 가공. 예를 들어, 접합은 상호 대항하는 2개 대상물의 대향 면에 매우 강력하고 기본적으로 영구적으로 힘을 가하도록 가공물의 내부 안의 다른 원통형 객체에 대해 관형 가공물을 크림핑하는 동작일 수 있다. 접합의 목적은 예를 들면, 밀착된 전기적 접촉, 즉 2개 객체 사이에 최소의 전기 저항을 보장하는 것이다.
용접(welding): 초기에 2개로 분리된 대향 면을 상호 일체로 하는 방식으로 하는 제 1 가공물 성형. 용접에서, 2개의 면은 실질적으로 용융된 다음 일체로 되도록 함께 응고된다.
피가공 부분(worked on portion): 가공되는 즉, 가공물의 다른 부분에 접합 또는 용접되도록, 펄스 자기 성형력(PMF force)에 의해 급속한 운동으로 삽입되는 가공물의 일부(part) 또는 부분(portion). 예를 들면, 케이블 러그 또는 커넥터인 경우에, 피가공 부분은 케이블을 수용하고 다음에 펄스 자기 성형력으로 크림핑되어 그 안에 내재된 케이블과 접합 또는 용접되는 중공 리셉터클을 포함하는 부분으로 구성될 수 있다. 피가공 부분은 전기 도전성 재료로 이루어지거나 또는 적어도 한 면이 전기 도전성 재료로 코팅된다. 전기 도전성 재료는 예를 들면 금속 또는 전기 도전성 중합체로 제조된 것이다.
대항 부분(counter portion): 피가공 부분에 접합 또는 용접되는 가공물의 부분. 대항 부분이 피가공 부분과 동일한 가공물에 때때로 포함될 수 있지만(예를 들면, 가공물의 2개 플랜지의 상호 용접, 튜브 단부를 밀봉하도록 서로 그 벽을 접합 또는 용접하기 위한 튜브의 크림핑 등), 대항 부분은 피가공 부분을 포함하는 가공물과는 다른 가공물에 포함될 수 있다.(예를 들면, 케이블 러그에 케이블을 접합시키는 경우에, 피가공 부분은 상술된 바와 같이 케이블 러그의 리셉터클을 포함하는 부분이고 그리고 대항 부분은 피가공 부분에 접합 또는 용접되는 리셉터클을 포함하는 케이블의 부분) 또한, 대항 부분은 때때로 피가공 부분일 수 있으며, 이것은 예를 들어 2개 부분이 서로에 대하여 급속한 운동으로 움직여 서로 접합 또는 용접되는 경우이다.(예를 들면, 튜브 단부를 밀봉하도록 튜브의 벽을 크림핑하는 경우)
제 1 가공물: 다른 제 2 가공물(이하 참조)의 대항 부분에 접합되거나 또는 용접되어져야 하는 피가공 부분을 포함하는 가공물.
제 2 가공물: 다른 가공물에 금속 피가공 부분이 있는 경우에 대항 부분을 포함하는 가공물.
본 발명은 가공물의 면 또는 가공물의 부분을 다른 가공물의 면에 접합 또는 용접하는 펄스 자기 성형동작 프로세스를 이용하는 것에 관한 것이다. 본 발명에 의거, 이러한 프로세스는 접합되는 또는 용접되는 일 면을 포함하는 적어도 가공물 또는 가공물 부분(피가공 부분)이 접합되는 또는 용접되는 다른 면을 포함하는 다른 가공물 또는 가공물 부분(대항 부분)에 급속하게 이동시키어 이루어진다. 전기 도전성 재료로 코팅되는 적어도 일 표면이 있거나 또는 전기 도전성 재료로 제조되는 피가공 부분에 적용되는 펄스 자기 성형력에 의해 신속한 이동은 이루어진다. 펄스 자기 성형력의 상태는 2개 면이 서로 대항적으로 밀착한 후에 이들이 서로 접합 또는 용접되도록 제어를 받게 되는 것이다. 펄스 자기 성형력의 제어는 일반적으로 밀착에 앞서, 이동 면의 속도가 피가공 부분의 소성 변형과 대항 부분의 탄성 변형의 합 보다 큰 운동 에너지를 피가공 부분에 부여하게 된다.
본 발명은 상기 접합 또는 용접으로 획득되는 구조체와 같이, 대상물 상호 간을 접합 또는 용접하는 신기술 프로세스를 제공하는 것이다. 본 발명의 프로세스는, 필라멘트 또는 와이어가 이들이 내재된 전체 관강을 충진하는 것과 같이, 매우 작은 빈 공간(void space)(제로에 가까움)을 갖는 거의 최대한으로 필라멘트 또는 와이어가 콤팩트하게된 케이블 러그와 같은 케이블과 커넥터 간에 죠인트; 또는 매우 작은 빈 공간을 갖는 케이블 시쓰 또는 모체에 묻혀진 필라멘트를 가진 초전도체 케이블; 2개 초전도체 케이블 간에 죠인트; 신규한 접지 케이블 또는 폴(pole); 등, 등과 같은 그 자체가 신규한 다수 대상물 또는 구조체를 제조하는 것이다. 상기 신규 대상물 또는 신규 구조체를 제조하는 방식과 별개로 그 성형물도 본 발명에 의해 성형되는 것이다.
따라서, 적어도 2개 고형체 부분을 서로 접합 또는 용접하는 본 발명의 방법은, 적어도 다른 고형체 부분과 밀착하도록 펄스 자기 성형력에 의해서, 전기 도전성 재료로 제조되거나 또는 전기적 도전성 재로 코팅된 적어도 일 표면을 가지는 한 고형체 부분 이상의 이동을 유도하는 단계를 포함하고; 상기 이동은 적어도 일 고형체 부분에 운동 에너지를 제공하여 적어도 2개 고형체 부분이 서로 접합 또는 용접되게 하는 것이다.
접합 또는 용접되는 2개 고형체는 모두 동일 재료로 제조될 수 있거나 또는 이종 재료로 제조될 수 있는 것이다. 예를 들면, 양쪽이 모두 강철, 스테인리스 강철, 황동, 구리 등으로 제조될 수 있는 것이다. 다르게는, 하나는 상기 예의 합금 또는 전기 도전성 중합체로 제조될 수 있고 다른 하나는 금속, 전기적 비도전성 재료와 같은 다른 재료로 제조될 수 있는 것이다.
본 발명의 양호한 실시예에 의거, 본 발명의 적어도 2개 고형체 부분의 접합 또는 용접을 이행하는 방법은, 적어도 한 고형체 부분에 급속한 이동을 유발시켜 서로 대항하는 고형체 부분을 성형하여 적어도 그 한 표면이 다른 고형체 부분과 밀착하는 단계를 포함하며; 상기 적어도 한 고형체 부분은 전기적 도전성 재료로 제조된 적어도 일 표면으로 제조되거나 또는 일 표면을 포함하고, 그리고 상기 이동은 밀착에 앞서 고형체 부분의 적어도 한 부분의 초기 운동 에너지가, 밀착 후에 적어도 2개 고형체 부분에 적어도 한 고형체 부분의 결합된 소성 변형 에너지와 탄성 변형 에너지와 동일하거나 또는 더 큰 크기로 있는 펄스 자기 성형 힘으로 유도되어서, 적어도 2개 고형체 부분이 서로 접합 또는 용접되는 것이다.
대향 면이 서로 맞닿거나 또는 인접하도록, 서로 접합 또는 용접되는 2개 고형체를 배치한다. 다음, 펄스 자기 성형력은, 대항 부분에 대응 면에 대향위치에 적용되는 것과는 다르게, 피가공 부분의 면에 인접 배치된 성형 코일에서 적용되어, 피가공 부분의 이동이 있게 한다.(두 부분이 서로 맞닿는 장소에서도, 미세한 수준(microscopic level)에 두 면 사이에 충분한 공간이 있어서 피가공 부분에 의해 운동 에너지의 가속 및 강화를 허용됨에 주목한다.)
상술된 바와 같이, 피가공 부분과 대항 부분은 모두 동일한 가공물 일수 있는 것이다. 이러한 것은 예를 들면 금속 튜브와 같은 튜브의 단부를 크림핑하는 경우로 튜브를 밀봉하도록 내부 벽을 서로 접합하거나 또는 용접하는 것이다. 다르게는, 상술된 바와 같이, 피가공 부분이 한 대상물에 있고 그리고 대항 부분이 다른 대상물에 있는 것으로서: 예를 들면, 전기 케이블에 커넥터를 접합하는 경우에 것이다. 대부분에 경우에서, 접합 또는 용접되는 한 고형체 부분은 고정적으로 있고 그리고 다른 고형체 부분이 펄스 자기 성형력에 의해 급속한 동작으로 끼워지는 피가공 부분이 되는 것이다. 그런데, 일부 경우에서는, 양쪽 고형체 부분이 한 고형체 부분에 대한 다른 고형체 부분의 동작으로 끼워지는 경우가 있으며, 이러한 경우의 예로는 상술된 바와 같이 금속 튜브의 단부를 밀봉하는 경우의 것을 들 수 있다. 모든 고형체 부분이 접합 또는 용접되는 이러한 경우에, 양쪽 고형체 부분은 대항 부분과 같이 유효한 피가공 부분이 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의거, 각각의 분리 대상물(제 1 및 제 2 가공물)에 접합 또는 용접되는 2개 고형체 부분은 양쪽이 독립적으로 신장된 부분이다. 본 실시예에 의거, 적어도 고형체 피가공 부분은 중공 신장된 부재이고, 그리고 2개 부분의 치수는 이들이 한 개가 다른 한 개에 설치될 수 있는 치수의 것이다. 본 실시예에 따르는 방법은:
(a) 2개 고형체 부분의 한 부분을 다른 부분의 중공 내부에 삽입하는 단계와;
(b) 밀착에 앞서 제 1 가공물의 이동 피가공 부분의 운동 에너지가 밀착 후에 대항 부분의 탄성 변형 에너지와 이동 부분의 소성 변형 에너지와 합한 것보다 더 큰 속도로, 대항 부분의 대향 면과 피가공 부분의 면이 밀착하도록, 제 1 가공물의 제 1 신장된 피가공 부분이 면이 펄스 자기 힘에 의해 제 2 가공물의 다른 신장된 대항 부분의 대향 면쪽으로 이동되는 단계를 포함하는 것이다.
상기 실시예는 케이블 러그 또는 다른 타입의 접합기에 케이블을 접합하는 것과 같은, 일 부분의 가공물 또는 원통형 가공물에 전기 케이블을 접합하는 것과; 관형 접합 부재에 의해, 2개 전기 케이블 또는 2개 로드와 같은, 2개 신장된 대상물의 접합 또는 용접을 하는 것과; 2개 튜브를 서로 용접하는 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 의거, 접합 또는 용접되는 2개 부분은 기본적으로 평면인 것이다. 본 실시예의 예는 일 금속 밴드 또는 호일의 단부를 다른 금속 밴드 또는 호일의 단부에 용접하고, 일 금속 보드, 패널 또는 호일을 서로 접합 또는 용접시키는 것이다.
본 발명의 부가적인 실시예는 초전도체 케이블 또는 와이어의 제조에 관한 것이다. 상기 케이블은, 알루미늄 또는 구리와 같은 한 합금으로 제조된 모체(matrix), 싸개(envelope) 또는 쟈켓을 가지고, 니오븀 또는 티타늄-니오븀 합금과 같은 다른 합금으로 제조되고 케이블에 관강 또는 종 방향 보어 내에 내재된 필라멘트를 가지는 것이다. 본 발명에 따라서, 상기 합성 케이블 또는 와이어가 다음에 펄스 자기 성형 프로세스에 의해 압축되는 케이블 또는 와이어의 종 방향 보어 또는 중공 관강 내에 필라멘트를 삽입시키어 준비된다. 결과로서, 매우 밀착된 합성 케이블 또는 파이버가 상당히 작은 거의 제로에 가까운 빈 공간을 갖게 된다. 이때, 필라멘트는 합성 구조체 자체에 의한 것인데, 본 발명에 따른 펄스 자기 성형 프로세스에 의해 준비될 수도 있다.
본 발명의 부가적인 실시예는 다른 금속 시쓰 내에 싸여질 때 절연재로 덮여지는 내부 금속 코어를 가진 접지 리드(ground lead) 또는 케이블 제품에 관한 것이다.
부가적인 실시예는 가스 기밀체를 성형하도록 금속 튜브의 벽을 크림핑 및 용접하는 것에 관한 것이다.
다른 부가적인 실시예는 상기 대상물을 가진 튜브 접합이 이루어지도록 전기 비 도전성 재료로 제조된 대상물에, 전기 도전성 중합체 또는 금속으로 제조된 튜브를 크림핑하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 펄스 자기 성형 프로세스는 또한 다른 실시예에 따라서 제 1 평면 가공물을 제 2 구형 가공물에 접합시키는데 사용될 수 있는 것이다.
예견될 수 있는 바와 같이, 상기 실시예는 본 명세서에 한정된 본 발명의 범위 내에 있는 다수 실시예에서 그 일부만을 기술한 예인 것이다.
본 발명은 또한 상기 방법에 유용한 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 장치는 전원, 한 개 이상의 커패시터(다량의 전기 에너지가 저장될 수 있음), 전류 제어회로 및 성형 코일(forming coil)을 포함하는 것이다.
본 발명의 장치 내에 성형 코일의 전체 형상 및 치수는 피가공 부분의 최종 형태와 같은 대항 금속 부분에 접합 또는 용접되는 금속 피가공 부분을 결정하게 된다. 예를 들면, 2개 평면 가공물을 접합 또는 용접하는 경우에, 평면 성형 코일의 크기 및 형상은 처리 후에 제 2 가공물에 대항 부분에 용접되는 제 1 가공물 부분의 크기와 형태를 결정하는 것이다. 2개 신장 부분의 접합 또는 용접인 경우에, 코일의 길이는 대항 부분에 용접되거나 또는 대항 부분과 접합되는 피가공 부분의 길이를 결정한다. 또한, 코일에 의한 궤적로 형태와 같은 성형 코일의 형태는 그 처리 후에 피가공 부분의 최종 단면 형태에 영향을 미치는 요소가 된다. 예를 들면, 2개 관형 대상물의 합체 결합에서, 성형 코일은 최종 6각형상체의 피가공 부분을 산출할 수 있는 6각형상을 갖는다.
일반적으로, 활용 가능한 지식을 이용하고 본 발명에 따라 얻어지는 지식을 더한다면, 당 분야의 기술인은 성형 코일을 설계하는데 곤란함이 없는 필요한 명세서를 작성할 수 있을 것이다.
본 발명을 이행하는 방식을 2개 원통형 대상물을 함께 접합 또는 용접하는 본 발명의 특정 실시예를 참고로 이하에 설명한다.
상기 특정 실시예에 따른 (제 1) 피가공 부분은, 각주형상 이더라도, 타원형 또는 계란형 단면 형상을 가질 수 있는, 원통형인 것이다. 또한 (제 2) 대항 부분도 양호하게 원통형이지만, 제 1 부분과 유사하게 원형과는 다른 다양한 단면 형상을 가질 수 있는 것이다. 제 2 부분은 제 1 가공물와 유사한 단면형상을 가질 수 있는데, 그 예를 들면 양쪽 모두 원형 단면 형상을 가질 수 있고, 6각형 단면 형상을 가질 수 있는 것이다. 그리고, 제 1 부분과 제 2 부분이 또한, 제 1 부분은 원통형이고 제 2 부분은 각주형상을 갖는 것과 같이, 서로 다른 단면 형상을 가질 수도 있다.
각각의 경우에서, 두 개 부분의 각각의 치수는 제 1 부분의 관강 내로 제 2 부분이 삽입되거나 또는 제 2 부분의 관강 내로 제 1 부분의 삽입을 허용하는 치수이어야 한다.
제 1 부분은 제 2 부분에 대향 면과 용접되는 또는 접합되는 면과는 다른 한 면에 인접한 코일에 의해 발생되는 펄스 자기력에 의한 신속한 이동을 유발하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 2 부분은 제 1 부분 내에 삽입되고, 다음 제 1 부분은 그 외부 면을 둘러싸는 자기 성형 코일에 의해 제 2 부분에 크림핑 된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 제 1 부분은 제 2 부분의 관강 내로 삽입되고 다음, 밀착을 일으키도록 그 실내 면에 인접한 코일로 부터의 자기력으로 팽창되고 다음, 둘러싸인 제 2 부분의 벽과 접합된다.
각주형상 중공 대상물의 모서리는 각주형상 대상물의 벽의 다른 파트에 비해 어느 정도 크림핑에 대한 내성이 있는 것이다. 따라서, 각주형상 대상물인 경우에는, 펄스 자기 성형력이 이러한 추가적인 내성을 고려하여 어느 정도 조정되어질 수 있어야 한다. 대상물의 모서리에 크림핑에 대한 내성은, 각주형상 대상물의 측면 숫자의 증가와 상호 관련된 관련 각도의 증가로 감소된다. 따라서, 8각형 대상물의 모서리는 6각형 대상물(양쪽을 동일한 금속 합금과 동일한 벽 두께로 산정)의 모서리보다 크림핑 힘에 대한 내성이 적고, 그리고 6각형 대상물의 모서리는 5각형 또는 4각형 대상물의 모서리의 것보다 크림핑에 대한 내성이 적다. 각주형상 중공 대상물의 측면의 수가 증가되면, 크림핑에 필요한 펄스 자기 성형력이 원통형 대상물에 필요한 힘에 가까워진다는 것은 명확한 사실이다. 각주형상 중공 대상물의 경우에 소요되는 여분의 힘(중공 원통형 대상물과 대비)도 또한 모서리를 둥글게 하면 감소되는 것이다. 당 분야의 기술인은 곤란함 없이 임의적으로 필요한 사양에 적합한 성형 코일을 가진 펄스 자기 성형 장치를 설계할 수 있을 것이다.
이하, 본 발명이 원통형 제 1 및 제 2 부분을 갖는 양호한 실시예를 참고로 설명한다. 제 2 부분과의 신속하게 이동하는 제 1 부분의 밀착 모우멘트에서, 제 1 부분의 운동 에너지는 적어도 밀착된 후에, 이동하는 제 1 부분의 소성(塑性) 변형 에너지와 제 2 부분의 탄성 변형 에너지와의 합과 동일하다. 이것은 다음과 같은 근사식(1)으로 나타낼 수 있다.
U≥ (1)
여기서,
U : 밀착 전에, 제 1 부분의 이동 면의 속도.
m1: 제 1 부분의 질량.
A1, A2: 각각, 다음의 근사 방정식(2) 및 방정식(3)에 따라서 연산될 수 있는, 제 1 부분의 소성 변형 에너지와 제 2 부분의 탄성 변형 에너지.
A1= σ1V1eln(1/(1+δ1))/(r1/r1-1) (2)
A2= σ1V1eln(1/(1+δ2))/(r2/r2-1) (3)
여기서,
r1, r2: 각각 변형 전의 제 1 및 제 2 부분의 반경.
r1, r2: 각각 변형 후의 제 1 및 제 1 부분의 반경.
σ1, σ2: 제 1 및 제 2 부분을 제조하는 합금의 인장강도.
V1, V2: 각각, 변형 후의 제 1 부분 내부 및 제 2 부분 내부를 둘러싸는 체적.
δ1, δ2: 다음의 방정식(4) 및 방정식(5)에 의거 각각 연산되는, 제 1 및 제 2 부분의 상대적 신장치.
δ1= (4)
δ2= (5)
상기 에너지 필요치(A1, A2)에 기본하여, 작업 전압(V)이 다음의 방정식(6) 및 방정식(7)으로 연산된다.
W = (6)
여기서, W : 커패시터 건전지에 저장된 에너지.
V = (7)
k : 펄스 자기 성형 장치(캐패시턴스와 자신의 인덕턴스를 포함함) 와 작업 코일의 매개변수에 종속되는 계수.
L : 전기 방전 회로(코일, 펄스 발생 스위치 및 커패시터 건전지)의 총 인덕턴스.
l : 가공 코일의 길이(가공물의 변형 섹션의 길이).
μ0: 진공에서의 자기 투자도(magnetic permeance).
h : 가공 코일과 가공물 사이의 공간 두께.
U, m, r1: 상기 정의된 바와 같음.
대상물이 원통형과는 다른 곳에서는, 어느 정도 변경된 펄스 자기 에너지의 매개변수를 활용할 필요성이 있을 것이다. 상기와 같은 대상물용으로는 A1및 A2를 한정시킬 필요가 있으며, 그런 후 속도와 전압을 방정식(6)과 방정식(7)을 사용하여 결정한다. 예를 들면, 각주형상 중공 대상물이 그 실내에 원통형 대상물에 크림핑되는 곳에서는, 일반적으로 어느 정도 강한 자기력이 변형에 대한 모서리의 증가된 내성을 고려하여 필요하게 된다. 또한, 예견할 수 있는 바로서, 상기 방정식은 변형되는 부분의 길이가 튜브의 직경보다 큰 장소에 적용할 수 있는 것이고; 변형되는 부분의 길이가 튜브의 직경보다 작은 장소에서는, 변형되는 부분의 한 쪽 또는 양쪽 단부에 변형에 대한 내성을 고려한 보정을 연산에 고려하여야 한다.
제 1 부분에 제공되는 운동 에너지는 제 1 및 제 2 가공물이 서로 접합 또는 용접될 것인가를 결정한다. 일반적으로 운동 에너지가 클수록 용접을 초래하고 작을수록 접합을 초래한다. 일반적으로, 제 1 가공물의 면의 이동속도가 300m/초 보다 작은 장소에서, 제 1 및 제 2 가공물이 서로 접합하게 된다. 제 1 가공물의 면의 이동속도가 300m/초 보다 큰 장소에서, 접촉되는 제 1 및 제 2 가공물은 상호 용접되게 된다. 용접용으로, 일반적으로 제 1 및 제 2 가공물의 대향 면 사이에 약간의 작은 분리를 유지하여, 상기 제 1 가공물의 면의 가속을 허용하여 용접에 필요한 속도를 양호하게 얻을 수 있다. 이때 용접을 위해서는, 제 1 가공물이 밀착할 때에 기본적 운동 없이 정체하고 있도록 비 이동 제 2 가공물은 견고하게 고정시키는 것이 바람직하다.
이때, 단일 자기 펄스에 의한 것과는 다르게 차례로 다수 자기 펄스에 의해 피가공 부분의 이동을 유도시킬 필요성이 있게 될 것이다. 이것은 예를 들어 각각이 다른 시간에 활성화되는 다수의 전류 방전 회로를 가진 장치에서 이루어지는 것이다. 상기 장치는 신규한 것이고 또한 본 발명의 일 면을 형성하는 것이다.
다음, 본 발명을 첨부 도면을 참고로 본 발명을 한정하는 것이 아닌 설명만을 위한 목적으로 예를 들어 설명한다. 예를 든 실시예는 금속 가공물 부분의 처리동작과 주로 관련된 것이다. 그리고, 특정 실시예로 일반적인 다양한 기술로 설명된 본 발명은 도전성 중합체와 같은 금속과는 다른 전기 도전성 재료로 제조된 부분의 처리에도 필요한 변경을 가하여 적용 가능한 것이다. 예를 들면, 전기적 도전성 중합체로 제조된 튜브는 도1 내지 도5 또는 도16 에서 설명되는 바와 유사한 방식으로 처리될 수 있는 것이다. 또한, 전체가 전기적 도전성 재료로 제조되기보다는, 예를 든 실시예의 피가공 부분이 도전성 재료로 코팅된 한 개 이상의 면을 가질 수도 있는 것이다. 본 발명의 기술에 기본하는 기술인은 한 개 이상의 전기적 도전 재료로 제조된 면만을 포함하거나 또는 금속과는 다른 전기적 도전 재료로 제조된 피가공 부분을 가진 본 발명을 실시하는데 어떠한 곤란함도 없을 것이다.
도1 내지 도5는 본 발명에 따라 케이블 러그에 케이블을 접합하는 방법을 나타낸 도면이다. 케이블 러그(22)는 다른 몸체에 부착되는 부착 기부(24)와, 관강(26)을 가진 관형 부분(25)을 포함하는 것이다. 케이블(28)은 원통형 단면을 각각 가진 다수개의 전도체 파이버(30)를 포함한다.
케이블(28)과 케이블 러그(22)는 도1 내지 도3에 나타낸 바와 같이 케이블 러그의 관강(26) 내로 케이블의 단부 부분(32)을 삽입시켜 결합된다. 원통형 부분(24)은 고유 반경(r1)을 가지고 그리고 케이블은 고유 반경(r2)을 갖는다.
케이블 러그에 케이블을 접합하는데는, 펄스 자기력이 원통형 부분(24)에 적용되어 결과적으로, 원통형 부분(24)이 크림핑되고, 따라서 그 내부 면이 도4에서 볼 수 있는 바와 같이 케이블(28)의 단부 부분(32)에 접합된다.
도5에 도시한 바와 같이 크림핑의 결과로 파이버(30)가 압압되어 6각형이 된다. 크림핑 후에, 원통형 부분(24')은 반경(r1)을 가지고 그리고 케이블은 반경(r2)을 갖는다. 크림핑에 따라서, 압축된 관형 부분(24')의 벽은 약간 두꺼워진다.
일반적인 케이블에서는 파이버가 내부 공간의 약65%를 점유한다. 완전 압축 후에, 파이버는 6각형이 되어서 본질적으로 파이버가 케이블의 내부 공간의 100%를 점유하게 된다. 이는 완전 압축 후에 케이블은 그 고유 직경의 약80% 까지 압축된다는 것을 의미한다.
따라서, r2를 알면, r2는 r2의 약80%와 동일하게 산출될 수 있다. r2는 부분(25)의 내경과 동일하고, 부분(25)의 고유 벽 두께를 알면, 압축 후의 벽 두꼐를 산출할 수 있으며, 그로부터 원통형 부분(25)의 반경(r1)(압축 후)을 구할 수 있을 것이다. 다음, 상기 방정식(1) 내지 (5)를 이용하여, 이러한 프로세스에 필요한 자기 매개변수(magnetic parameter)를 연산할 수 있다.
케이블 러그에 케이블의 접합은 원통형 가공물을 가진 케이블의 접합용 예가 된다. 다른 예로는 중공 튜브의 사용에 의하거나 단부 양쪽에 2개 중공 리셉터클이 있는 신장형 커넥터의 사용에 의해 2개 케이블 서로간을 접합하는 것이 있다.
도1 내지 도5에 설명된 프로세스를 이행하는 데 적절한 장치를 반 개략적인 방식으로 도시한 도6A를 참고로 하여 설명한다. 장치(40)는 빠르고 강력한 전류 방전을 제공할 수 있는 콘트롤 모듈(42)과, 전류를 전송하는 전기 리드(43, 44)와, 성형 코일(46)을 포함한다. 전기 리드(43, 44)는 커넥터(47, 47a, 48, 48a)에 의해 코일(46)에 전기적으로 연결된다. 일반적으로, 성형 코일(46)은 표면, 예를 들면, 도면에서 점선(49) 면으로 나타나고, 그 면 뒤로 나머지 장치 구성 요소들이 가리어져 있는 작업 테이블로부터 돌출된다. 성형 코일(46)은 압축된 가공물이 삽입되는 관강(50)을 가진다. 코일(46)의 내부 벽은 일반적으로 절연 라이닝(lining) 재료(51)로 안을 댄다.
상기 특정 실시예에서, 장치(40)는 도1 내지 도5에 도시된 케이블과 케이블 러그 사이에 죠인트를 생성하는데 사용된다. 또한, 장치는 예견할 수 있는 바와 같이 다양한 다른 목적, 예를 들면 접지 케이블, 초전도체 케이블, 2개의 초전도체 케이블의 접합, 및 이하에 일부가 기술되는 다양한 다른 목적을 위해 사용될 수 있다. 코일(46)의 폭은 전류가 코일(46)을 통한 방전 시에 크림핑 되는 부분의 길이를 결정하게 된다.
상기 특정 예에서, 서로 느슨한 관계로 있는 케이블 러그(53)와 케이블(54)을 포함하는 조립체(52)는, 케이블 러그(53)의 원통형 부분(55)이 관강(50) 내에 본질적으로 완전하게 있게 하는 방식으로 관강(50)에 삽입된다. 다음, 강 전류가 코일(56)을 통해 신속하게 방전되고, 그 결과로서 발생되는 펄스 자기 성형 힘이 케이블(54)의 단부에 원통형 부분(55)의 벽을 크림핑 하도록 전해져, 결국 2개는 서로 견고하게 접합되게 된다.
도6B는 도6A에 도시된 코일과 유사한 목적의 역할을 하는 성형 코일(56)을 도시한 도면이다. 설명을 용이하게 하기 위할 목적으로, 도6A의 실시예의 것과 유사한 기능을 하는 요소에는 동일한 번호를 부여하고 그 구별을 위해 그 우측 상부에 (')표시를 하였으며, 그 기능의 설명은 상술된 설명을 참고하기로 한다. 도면에 도시된 바와 같이, 도6A의 코일(46)과 코일(56)의 주요한 상이점은 이것이 리브(rib)형 구조를 갖는 다는 것이다. 상기 구조의 이점은, 한 편으로 전류가 협소한 공간으로 한정되어 보다 효율적인 성형작업을 할 수 있고, 다른 편으로 리브는 상기 코일에서 요구하는 세기를 제공한다는 것이다.
도7은 상기 특정 예에서 로드에 튜브의 용접 또는 접합에 사용되는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 장치를 도시한 도면이다. 도6에 도시된 실시예에서와 유사하게, 상기 장치도 또한 다양한 다른 목적에 사용될 수 있는 것이다. 상기 장치(57)는 플라스틱과 같은 절연재로 제조되는 튜브(59) 둘레를 다수의 권선(상기 특정 실시예에서는 7개)을 가진 성형 코일(58)을 포함한다. 상기 장치는 부가로 커패시터 건전지(61)에 대해 병렬로 접속된 접합된 전원 공급부(60)와 스위치(62)를 포함한다. 전원 발생기(60)는 커패시터(61)를 충전하고 그리고 스위치(62) 수단에 의해 활성화되어 전류가 성형 코일(58)을 통해 방전된다.
상기 예에서는 금속 튜브(63)와 금속 로드(64)로 구성된 함께 접합되는 2개 가공물은 절연 튜브(59)의 관강(65) 내에 삽입된다. 2개 가공물을 서로 용접시키기 위해서는, 일반적으로 튜브(63)의 내부 직경의 약5-20% 정도로 2개 가공물 사이에 어느 정도의 간극(66)이 양호하게 제공되어야 한다.
예견할 수 있는 바와 같이, 커패시터(61)의 방전 시에, 튜브(63)에 에디 전류를 발생하는 코일(58)을 통한 빠르고 강한 전류 흐름이 있으며, 그리고 다음 생성 자기 압력은 신속한 크림핑과 로드(64)와의 용접이 있게 한다. 크림핑되는 튜브(63)의 부분의 길이는 코일(58)의 길이와 대응한다.
도8은 도7에 기재된 방식으로 준비되는 튜브(67)와 로드(68)간의 죠인트(66)를 나타낸 도면이다. 죠인트를 생성하는데 사용되는 자기 압력의 세기와 그에 따른 로드와의 밀착에 앞서 원통형의 이동속도에 따라서, 2개 가공물 사이의 용접 또는 밀착된 접합이 있다.
도9는 본 발명의 실시예에 의거, 신장된 금속 대상물의 2개 단부를 함께 접합하는 방식을 나타낸 도면이다. 신장된 대상물(72, 73)의 단부(70, 71)는 각각 몸체의 종 방향 축선에 대해 비교적 둔각을 가진 2개의 상호 보완적인 경사면을 생성하도록 절단 또는 경사진 것이다. 2개의 대상물은 그 들 축선이 서로에 대해 약간 벗어난 채 그 경사진 또는 절단된 단부가 서로 접촉하도록 위치해 있다. 다음, 도8A에 화살표로 개략적으로 도시된 바와 같이 강 펄스 자기력을 적용하면, 2개 단편(70, 71)이 서로 제공되어 상호 일체로 용접된다.
도10은 본 발명의 실시예에 따르는 2개 초전도체 케이블의 단부를 접합하는 방법을 나타낸 도면이다. 단부 부분만이 도시된 2개 초전도체 케이블(76, 77)은 한 금속 합금으로 제조된 금속 모체(78)와 다른 금속 합금으로 제조된 필라멘트(79)를 각각 포함한다. 적정한 전기적 연속성을 가지기 위해서는, 필라멘트가 동일한 공간으로 연장되도록 2개의 단부를 접합시킬 필요성이 있다. 이러한 목적을 위해서, 2개 케이블의 단부(76, 77)는 도8에 로드의 경우에서와 같이 대각선으로 절단되고 그리고 원통형 가공물(82)의 관강(80) 내에서 서로 접촉하도록 전해진다.(도10B) 다음, 도10B에서 화살표로 개략적으로 나타낸 바와 같은 펄스 자기력의 적용에 의해, 원통형 가공물(82)는 초전도체 케이블에 압축되고, 결과적으로 도 10C에 도시된 바와 같은 2개 케이블 사이에 밀착된 죠인트가 획득된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르는 2개 초전도체 케이블의 접합 방식을 도11 에 도시하였다. 케이블(86, 87)의 단부 면(84, 85)은 도11B에서 볼 수 있는 바와 같이 파여져 2개 초전도체 케이블의 필라멘트(89)에 각각 대응하는 다수개의 보어(88)가 만들어진다. 보어(88)에 대응하는 돌출부(92)를 포함하는 접합부재(90)는 도11C에 도시된 바와 같이 2개 초전도체 케이블의 2개 단부와 결합되고 다음, 원통부(94)가 상기 조립체 위에 배치된다. 다음, 자기력이 도10C에 화살표로 개략적으로 나타낸 바와 같이 적용되어, 결과적으로 원통부(94)는 케이블위에 압축되고, 그 결과 도11D에 도시된 바와 같이 견고한 접합이 획득된다.
도12는 본 발명의 실시예에 따르는 접지 케이블 또는 리드를 준비하는 방식을 나타낸 도면이다. 도12A에 도시된 전도체(100)는 철과 같은 한 합금으로 제조된 코어(102)와, 구리와 같은 다른 합금으로 제조된 클래드(104)로 구성된다. 전도체(100)는 도7 및 도8 과 관련하여 설명된 바와 같이 준비될 수 있는 것이다. 폴리에틸렌, 세라믹재와 같은 절연재로 제조된 원통부 또는 싸개는 전도체 위에 배치되고, 원통부 또는 싸개는 도12B에서 볼 수 있는 바와 같이 구리 등의 금속 원통부에 의해 덮 씌우져 있다. 도12B에서 화살표로 개략적으로 나타낸 바와 같이 자기력을 적용함에 따라, 금속 원통부(108)가 압축되고 그리고, 도12C에 도시된 밀착된 구조가 이루어지도록 절연체(106)의 압축이 발생된다.
본 발명의 실시예에 따르는 2개 초전도체 케이블을 생산하는 방식을 개략적으로 나타낸 도13을 참고로 한 설명을 한다. 구리와 같은 한 합금으로 제조된 길이방향 모체(110)는 다수개의 종 방향 보어(112)를 포함하고, 그리고 다른 합금으로 제조된 필라멘트(114)는 도13A에 도시된 바와 같이 각각의 보어 내로 유입된다. 도13A에 화살표로 나타낸 바와 같이 펄스 자기력을 적용하면, 전체 케이블이 압축되어 결과적으로 보어의 각각의 벽이 필라멘트와 접합되어 도13B에서 볼 수 있는 바와 같이 사실상 빈 공간이 없는 초전도체 케이블이 생긴다.
코일(116)과 핀 조립체(117)로 구성된 가열 요소(115)를 도14를 참고로 하여 설명한다. 코일(116)은 나선형이고 2개 핀 사이에서 연장된 것이다. 핀 조립체(117)는 플라스틱, 세라믹 물질과 같은 것으로 제조된 절연 부재(118)와, 절연 부재(118)를 통해 연장되고 코일(116)의 단부와 접촉하는 부분(120)에서 끝나는 전기 핀(119)으로 구성된다.
상기 요소는 부가적으로 핀(119)의 부분(120)을 덮 씌우는 코일(116)의 단부를 둘러싼 2개 금속 슬리브(121)를 포함한다. 슬리브(121)는 코일(116)과 부분(120)으로 구성된 구조물위에 압축되어, 연속 동작 동안에 발생하는 부식에 대한 높은 내성이 있는 양질의 전기 접촉을 보장하는 2개 요소 상호 간의 밀착된 접합이 이루어지게 한다.
도15(종단면도)는 신장된 대상물 상호 간의 접합 또는 용접에 사용되는 본 발명의 실시예에 따르는 장치를 나타낸 도면이다. 장치(122)는 절연재(124)로 서로 분리된 다수개의 권선으로 구성되는 성형 코일(123)을 포함한다. 장치는 또한 필드 셰이퍼(field shaper: 126)를 포함한다.
펄스 자기력을 적용한 결과로서, 강 자기 압력이 필드 셰이퍼의 관강(128)에서 생성되어서, 관강 내에 원통형 대상물이 압축된다.
도14A는 비교적 넓은 직경의 제 1 관형 가공물(130)과, 좁은 직경의 제 2 관형 가공물(132)로 구성된 2개 중공 관형 가공물을 함께 접합시키는 장치를 사용하는 방식의 2개 예를 나타낸 도면이다. 2개 가공물은 상호 용접 되는 부분(134, 136)이 각각 있는 것이다. 상기 용접에서의 문제는 이들이 공통 축선이도록 2개 가공물을 먼저 적절하게 배치하는 것과, 더욱이 2개 가공물 간의 밀착 시에 제 2 가공물(132)의 부분(136)이 기본적으로 운동하지 않고서, 제 1 가공물의 부분(134)에 용접 되는 상태를 제공할 필요가 있다는 것이다. 도15A에 도시된 예에서, 상기 양 단부의 접합기술은 관형 가공물(130)의 내부 직경과 동일한 직경을 갖는 제 1 부분(140)과, 관형 가공물(130)의 내부 직경과 동일한 직경을 가지는 제 2 부분을 구비하는 삽입체(138)를 사용하여 달성되는 것이다. 2개 부분(140, 142)은 공통 축선이고 따라서, 제 1 가공물(130)와 제 2 가공물(132)도 공통 축선이다. 또한, 삽입체(138)의 부분(142)은 부분(136)을 지지하고, 따라서 자기력을 적용할 시에 부분(134)은 기본적으로 밀착 중에 운동이 없는 부분(136)에 대하여 신속하게 이동하여, 따라서 2개 부분의 상호 간에 용접이 이루어지는 것이다.
또한 다양한 다른 수단으로 외부 관형 가공물에 의한 밀착동작 중에 관형 가공물의 내부 벽의 지지가 달성될 수도 있다. 이것은 예를 들어 각각의 부분에 결빙(ice frozen) 수단으로 물과 같은 비 압축성 액체를 전체 원통부에 충진하고; 수은, 현탁 금속 미립자가 있는 오일과 같은 자성 액체를 튜브 내로 유입시키어, 지지를 필요로 하는 부분에 자성 액체가 모여지도록 펄스 자기 성형동작에 앞서 일정한 자장을 적용하는 것을 포함하는 것이다. 상기 지지 용액은 예를 들어 내부 원통부가 길고 그리고 그에 따라서 도15A에 도시된 바와 같이 삽입체를 유도할 수 없는 장소에서 필요한 것이다.
도15B는 삽입체를 이용하지 않는 동일한 장치를 사용하는 방식을 나타낸 도면이다. 도15B에서 2개 가공물은 2개 환형 부재(142, 144)를 사용하여 공통 축선이 되도록 만들어진다. 상기 2개 환형 부재는 가공물(130, 132)와 같은 동일 합금으로 제조되거나 또는 다른 합금으로 제조될 수 있는 것이다. 상기 2개 환형 부재는 자장을 성형하는 것을 도와주고 그리고 또한 용접의 질을 향상시키는 역할도 하고: 부분(134)의 신속한 내부 이동과, 펄스 자기 성형 힘을 적용할 때에, 2개 환형 부재(142, 144)는 부분(134, 136)과 융합된다. 최적한 상태가 보장되도록, 예를 들면 밀착 상태에서 부분(136)의 압축이 없도록 하기 위해서, 펄스 자기 성형 동작이 일반적으로 약T/4 또는 약간 그 이상과 동일한 시간동안 매우 짧은 펄스로 적용되어야 한다.(T = 2π ) 다음 방정식(9)은 필요치를 구할 수 있는 다양한 매개변수 사이에 관계의 예를 제공하는 것이다.
(9)
여기서,
l 은 가공 코일의 길이.
n 은 가공 코일의 권선 수.
L 은 방전 회로의 총 인덕턴스.
도15C는 다른 직경의 2개 관형 가공물 사이의 죠인트를 도시한 도면이다.
금속 튜브의 벽을 크림핑하고 다른 하나에 대해 하나의 내부 면을 용접 하는 것에 관한 본 발명의 실시예의 설명을 도16을 참고로 하여 기술한다. 이러한 실시예를 사용하는 예는 냉장고 또는 에어콘 시스템과 같은 냉동 또는 가열 시스템에 사용되는 냉각 가스를 보유한 금속 튜브를 밀봉하는데 있거나 또는 튜브 함유 가연성 가스(예를 들면, 쿠킹 가스)를 보유하는 튜브를 밀봉하는 데에 있다.
도16A는 부분(146)이 금속 코일(147)로 둘러싸인 금속 튜브(145)를 종 방향으로 개략적으로 도시한 단면도이다. 도16B에 도시한 바와 같이 코일(147)을 통한 전류의 급속 방전 시에, 펄스 자기 성형은 부분(146)의 벽을 크림핑하여 서로 상기 부분의 내부 벽의 용접이 이루어지게 한다. 도16B에서 볼 수 있는 바와 같이, 크림핑 후에, 부분(146)의 벽은 두껍게 된다. 다음, 부분(146)은 그 중간에서 절단될 수 있어 밀봉 단부(148)를 발생하고 (화살표로 나타낸 바와 같이) 튜브 내에서의 가스의 유출을 제공한다.
2개 평면 금속 가공물을 용접하기 위한 설정을 도17의 사시도와 도18에서 단면으로 나타내었다.(도17에서, 코일의 지지 구조는 이해의 용이함을 목적으로 제거되어져 있음) 2개 평면 가공물을 접합하는데는 평면 코일이 사용된다. 도17에 도시된 평면 코일(150)은, 제 2 가공물(154)와 접합되는 제 1 가공물(152)의 영역에 형태와 크기와 동일한, 전체 형상 및 크기를 가지는 것이다. 도 18 에 도시한 바와 같이, 코일 권선(156)은 앵커 부재(160)로 작업 스테이지에 고정되는 지지 벽(158)에 의해 제자리에서 유지된다. 코일(150)에 펄스 전류의 통과 시에, 평면 가공물(152)은 하방향으로 신속하게 이동하고, 가공물(154)이 예를 들어 300M/초 이상의 속도로 상당히 빠르게 밀착하여, 2개 금속 가공물은 서로 용접되게 된다. 상기 목적을 위해서, 자기력(magnetic force)이 상기 도면에서 화살표로 나타낸 방향으로부터 적용된다.
각각 (단면으로 도시된) 원통형과 각주형 대상물인 구형 대상물(164, 164')로의 평면 가공물(162, 162')의 용접을 개략적으로 도시한 도19 및 도20을 참고로 설명된다.
도21은 본 발명에 따른 장치에 펄스 자기력을 제공하는 전기 회로의 블록도를 나타낸 도면이다. 상기 장치는 상기 실시예에서 서술된 다중 채널일 수 있는 전원 발생기(170)와, 한 개 또는 다수개의 전기회로(174)(본 실시예에서는 3개)와, 필드 셰이퍼(182)를 포함한다. 각각의 회로(174)는 캐퍼서터 건전지(176), 성형 코일(178), 및 펄스 방전 스위치(180)를 포함한다. 스위치(180)의 각각은 다중 채널 트리거 발생기(172) 밑에 있다.
전원 공급부(170)에 의해 제공된 전원은 커패시터 또는 뱅크 또는 커패시터(176)에 축적되고, 발생기(172)에 의해 제공된 트리거에 따라 축적된 전위는 코일(180)을 통해 방전된다. 장치는 본 발명에 의해 신규하게 제공된 다수개의 자기 성형 회로를 포함한다. 상기 장치의 잇점은 스위치(180) 각각에 대한 적절한 트리거의 타이밍으로, 일련의 펄스 자기력이 다수 적용물에 잇점이 발휘되게 적용할 수 있다는 것이다.
도22는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 회로의 블록 다이어그램을 도시한 도면이다. 도22에서, 도21의 것과 유사한 요소에는 해당 숫자에 (')부호를 부여하여 나타내었다. 상기 실시예는 특히 매우 강력한 에너지를 제공하는데 유용한 것이다. 상기 장치는 다수개의 권선을 가진 1차 코일(186)과 단일 권선을 가진 2차 코일(188)을 구비하는 각각의 회로(174')용 트랜스포머(184)를 포함한다. 모든 2차 코일(188)은 성형 코일(190)에 병렬로 접합된다.

Claims (18)

  1. 적어도 2개의 고형체 부분들을 서로 접합 또는 용접하는 방법에 있어서,
    적어도 다른 고형체 부분과 밀착하도록 펄스 자기 성형력에 의해서, 전기 도전성 재료로 이루어지거나 또는 전기적 도전성 재료로 코팅된 적어도 일 표면을 가지는 적어도 한 고형체 부분의 이동을 유도하는 단계를 포함하고,
    상기 이동은 적어도 한 고형체 부분에 운동 에너지를 제공하여 적어도 2개 의 고형체 부분이 서로 접합 또는 용접 되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 적어도 2개의 고형체 부분들을 접합 또는 용접하는 방법에 있어서,
    적어도 그 한 표면이 다른 고형체 부분과 밀착하도록 적어도 한 고형체 부분에서 급속한 이동을 유도하여 고형체 부분의 서로에 대해 힘을 가하는 단계를 포함하고,
    상기 적어도 한 고형체 부분은 전기적 도전성 재료로 이루어지거나, 또는 전기적 도전성 재료로 이루어진 한 표면을 포함하며,
    상기 이동은 밀착 전 고형체 부분들의 적어도 한 부분의 초기 운동 에너지가 밀착 후 합쳐진 고형체 부분들의 적어도 한 부분의 소성 변형 에너지와 적어도 2 개의 고형체 부분들의 탄성 변형 에너지에 비해 동일하거나 또는 더 큰 크기인 펄스 자기 성형력에 의해 유도되어서,
    적어도 2개 고형체 부분들이 서로 접합 또는 용접되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    분리된 가공물에 각각 신장된 부분이 있고, 피가공물인 적어도 제 1 부분은 중공이며, 초기에 한 부분이 다른 한 부분 내로 끼워 설치되는 치수를 가진 2개의 고형체 부분들을 접속 또는 용접하는 방법으로서,
    (a) 2개 고형체 부분의 한 부분을 다른 부분의 중공 내부에 삽입하는 단계와;
    (b) 밀착 전 제 1 가공물의 이동 피가공 부분의 운동 에너지가 밀착 후 대항 부분의 탄성 변형 에너지와 이동 부분의 소성 변형 에너지를 합한 것보다 더 큰 속도로 피가공 부분의 표면이 대항 부분의 대향 면과 밀착하도록 펄스 자기력으로 제 1 가공물의 제 1 신장된 피가공 부분의 표면이 제 2 가공물의 다른 신장된 대항 부분의 대향 면을 향하여 이동시키는 단계를 포함하여,
    2개의 부분이 서로 접합 또는 용접되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 피가공 부분은 원통형 리셉터클이고, 대항 부분은 케이블인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    금속 케이블은 커넥터에 접합 또는 용접 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    제 1 가공물은 제1 합금으로 이루어진 초전도체 케이블로 된 싸개 또는 모체이고 제 2 가공물은 초전도체 케이블의 종방향 보어 또는 관강내에 삽입되는 제 2 합금으로 이루어진 한 개 또는 그 이상의 필라멘트이고,
    상기 방법은 상기 관강 또는 보어에 필라멘트를 삽입하는 단계와,
    상기 펄스 자기력에 의해 상기 모체 또는 싸개를 압축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 방법은 접지 리드 제조용인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 고형체 부분들 모두에 급속한 이동을 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    튜브의 벽을 크림핑하는 단계와,
    그 내부 면을 서로 접합 또는 용접 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 3 항에 있어서,
    대항 부분의 대향 면과 밀착하기에 앞서 피가공 고형체 부분의 표면의 속도(U)는 다음의 식(1)으로 나타나고,
    U≥ (10)
    여기서,
    U는 밀착에 앞서 피가공 부분의 이동 면의 속도이고,
    m1은 피가공 부분의 질량이고,
    A1및 A2는 다음의 방정식(2)와 방정식(3)에 따라서 각각 연산되는 피가공 부분의 소성 변형 에너지와 대항 부분의 탄성 변형 에너지이며,
    A1= σ1V1eln(1/(1+δ1))/(r1/r1-1) (11)
    A2= σ1V1eln(1/(1+δ1))/(r2/r2-1) (12)
    여기서,
    r1및 r2는 각각 변형 전의 피가공 부분과 대항 부분의 반경이고,
    r1및 r2는 각각 변형 후의 피가공 부분과 대항 부분의 반경이고,
    σ1및 σ2는 재료의 인장강도이고,
    V1및 V2는 변형 후에 피가공 부분과 대항 부분 내에 둘러싸인 각각의 체적이며,
    δ1과 δ2는 다음의 방정식(4)와 방정식(5)에 따라서 각각 연산되는 피가공 부분과 대항 부분의 상대적 신장치이며;
    δ1= (13)
    δ2= (14)
    인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    작업 전압(V)은 다음의 방정식(6) 및 방정식(7)으로 연산되고,
    W = (15)
    V = (16)
    여기서,
    W는 커패시터 건전지에 저장된 에너지이고,
    k는 펄스 자기 성형 장치의 매개변수와 작업 코일의 매개변수에 종속되는 계수이고,
    L은 전기 방전 회로의 총 인덕턴스이고,
    l은 가공 코일의 길이이고,
    μ0는 진공에서의 자기 투자도(magnetic permeance)이고,
    h는 가공 코일과 가공물 사이의 공간의 두께이고,
    U, m, r1은 청구범위 제 10 항에서 정의된 것임을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    적어도 2개 부분들이 근본적으로 평면이고 서로 용접 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 케이블과 원통형 중공 대상물 사이의 죠인트로서, 그 죠인트 내에 빈 공간이 거의 없는 것을 특징으로 하는 죠인트.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 죠인트는 케이블과 케이블 러그 사이의 죠인트인 것을 특징으로 하는 죠인트.
  15. 한 합금으로 제조된 모체 또는 싸개와 다른 합금으로 제조된 필라멘트를 포함하고, 상기 모체 또는 싸개 내에 종 방향 보어 또는 관강 내에 보유되는 초 전도체 케이블에 있어서,
    상기 케이블에는 근본적으로 빈 내부 공간이 없는 것을 특징으로 하는 초전도체 케이블.
  16. 복수개의 전류 방전 회로를 포함하고,
    각 회로는 독립 1차 코일을 포함하고 복수개의 회로 각각의 1차 코일과 전류 유도적으로 관련이 있는 필드 셰이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 자기 성형용 장치.
  17. 복수 전류 방출 회로를 포함하고,
    각 회로는 복수개의 권선으로 된 독립 1차 코일과 단일 권선을 갖는 2차 코일을 포함하며,
    모든 2차 코일은 단일 권선으로 된 성형 코일에 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 펄스 자기 성형용 장치.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    각각의 회로는 방전 스위치를 포함하고,
    장치는 트리거 발생기를 더 포함하고,
    모든 회로의 방전 스위치는 트리거 발생기에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
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