KR20010085210A - 마찰 교반 용접 방법 - Google Patents

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Abstract

면판(12b 및 22b)의 맞댐부는 마찰 교반 용접에 의해 수행된다. 다음, 접속재(30)는 프레임 부재(10 및 20)의 시트상에 탑재된다. 접속재(30)의 하나의 끝단부의 돌출부(34)는 프레임 부재(10) 면판(11)의 끝단부 홈(14)에 삽입된다. 다음, 접속재(30)의 또다른 끝단부는 또다른 중공 프레임 부재(20)의 면판(21)에 예비 용접된다. 이런 상태에서, 면판(11)과 접속재(30)의 맞댐부는 마찰 교반 용접에 의해 수행된다. 접속재(30)의 또다른 끝단부와 프레임 부재(20)사이의 중첩부는 마찰 교반 용접에 의해 수행된다. 중공 프레임 부재(10 및 20)가 면판측으로부터 용접되면, 접속재(30)의 예비 용접이 줄어들 수 있다.

Description

마찰 교반 용접 방법{FRICTION STIR WELDING METHOD}
본 발명은 마찰 교반 용접 방법 및 마찰 교반 용접 방법에 의한 구조체에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 철도 차량이나 건축물 등에 사용되는 알루미늄 합금제의 압출 프레임 부재의 마찰 교반 용접 방법 및 이 마찰 교반 용접에 의한 구조체에 적합하다.
마찰 교반 접합 방법은 용접부에 삽입된 둥근 막대(회전 공구라 함)를 회전 시키고 압출된 프레임 부재의 용접 라인을 따라 회전 공구를 이동시키고, 용접부를 발열, 연화, 소성 유동 시켜, 고상 용접하는 방법이다.
회전 공구는 용접부내에 삽입되는 소직경부와 회전 공구의 소직경부의 외부에 위치하는 대직경부로 이루어져 있다. 회전 공구의 소직경부와 대직경부는 같은 축선을 갖는다. 회전 공구의 소직경부와 대직경부 사이의 경계는 용접부안에 약간 삽입된다. 상술된 기술은 일본국 특개평 No.9-309164(EP 0797043 A2)에 개시되어 있다.
상기 문헌(일본국 특개평 No.9-309164(EP 0797043 A2))의 도 9에는, 중공 돌출 프레임 부재의 두 면의 용접을 한쪽 면으로부터 수행하는 것이 나타나 있다. 즉, 한쪽면의 판을 맞대고 다른 부재의 다른면쪽으로부터 마찰 교반 용접을 수행한다. 상기 판의 외면쪽이 평평하게 용접된다.
상기 문헌(일본국 특개평 No.9-309164(EP 0797043 A2))의 도 9에서 도시된바와 같이, 중공 프레임 부재를 한쪽면으로부터 마찰 교반 용접 하는 경우, 접합 부재(60)를 강하게 고정시키는 것이 필요하다. 이를 위해, 중공 프레임 부재 (31 및 32)에 접합 부재(60)가 임시적으로 고정된다. 접합 부재(60)의 판두께가 얇기 때문에, 용접열에 의해 판두께방향으로 접합부재(60)가 변형된다. 따라서, 구조체의 정밀도 문제가 발생하기 쉽다.
본 발명의 목적은 접속재의 예비 용접이 적어지는 마찰 교반 용접 방법을 제공하는 것이다.
상술된 목적은, 프레임 부재의 한쪽 면판을 접속재를 이용하여 용접하는 경우에 있어서, 접속재의 한쪽 끝단이 홈내에 삽입되고 위치 결정됨으로써 달성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라서 마찰 교반 용접의 제 1 실시예의 용접부의 용접전을 도시하는 종단면도,
도 2는 도 1의 본 발명에 따른 마찰 교반 용접의 주요부를 도시하는 종단면도,
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시예에 의한 마찰 교반 용접의 용접부의 용접 후를 도시하는 종단면도,
도 4는 본 발명에 따른 제 1 실시예에 의한 마찰 교반 용접의 용접부의 중공 프레임 부재를 도시하는 종단면도,
도 5는 본 발명에 따른 제 1 실시예에 의한 마찰 교반 접합이 적용되는 철도 차량 차체를 도시하는 사시도,
도 6A는 본 발명에 따른 또다른 실시예중 하나의 실시예의 마찰 교반 용접 방법의 용접부의 종단면도,
도 6B는 본 발명에 따른 또다른 실시예의 마찰 교반 용접 방법의 용접부의 종단면도,
도 7은 본 발명에 따른 또다른 실시예의 제 1 실시예의 마찰 교반 용접 방법의 용접부의 종단면도이다.
상술된 목적은, 제 1 면판과, 상기 제 1 면판에 평행이고 상기 면판의 끝단부로부터 상기 제 1 면판을 따라 돌출된 제 2 면판과, 상기 제 1 면판과 상기 제 2 면판을 접속하는 제 3 면판을 각각 포함하는 제 1 프레임 부재와 제 2 프레임 부재를 준비하는 단계와; 상기 제 2 면판들을 상기 제 1 면판측으로부터 용접하는 단계와; 상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부와 상기 제 2 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부 사이에 접속재 각각의 끝단부를 배치하는 단계와; 상기 배치의 경우에서, 상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부에서 상기 제 2 프레임 부재측을 향하여 개구되어 있는 홈에 상기 접속재의 하나의 끝단부를 삽입하는 단계와; 상기 제 2 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부에서 상기 접속재의 또다른 끝단부를 임시적으로 고정하는 단계; 및 상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 상기 끝단부와 상기 접속재의 하나의 끝단부를 마찰 교반 용접시키고, 상기 제 2 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부와 상기 접속재의 또다른 끝단부를 마찰 교반 용접시키는 단계를 포함한다.
상술된 목적은 프레임 부재가 제 1 면판, 상기 제 1 면판에 평행이고 상기 면판의 끝단부로부터 상기 제 1 면판을 따라 돌출된 제 2 면판, 및 상기 제 1 면판과 상기 제 2 면판을 접속하는 제 3 면판을 포함하고, 상기 제 2 면판의 끝단부에 홈이 제공되고, 상기 홈은 상기 제 2 면판의 끝단부를 향하여 개구되고, 상기 홈은 상기 프레임 부재의 길이 방향으로 제공되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반용 프레임 부재 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 마찰 교반 용접 방법의 제 1 실시예가 도 1 내지 도 5 를 참고로 설명될 것이다. 도 1은 도 4의 주요부를 도시한 확대도이다. 도 4는 도 5의 측면 구조체의 종단면도이다.
차체(200)는 측면을 구성하는 측면 구조체(201), 지붕을 구성하는 지붕 구조체(202), 바닥을 구성하는 하부 프레임(203), 및 종방향으로 끝단부를 구성하는 측면 구조체(204)로 이루어진다. 측면 구조체(201), 지붕 구조체(202), 및 하부 프레임(203)은 복수의 압출 프레임 부재를 접합함으로써 각각 구성된다. 압출 프레임 부재의 종방향은 차체의 종방향을 향해 형성된다. 상기 압출 프레임 부재는 알루미늄 합금제 중공 프레임 부재이다.
측면 구조체(201)를 구성하는 중공 압출 프레임 부재(10 및 20)의 구성과 용접 방법이 설명될 것이다. 다른 부분과 다른 구조체도 이와 유사하다.
중공 프레임부재(10 및 20)는 2 매의 면판(11,12 및 21,22)과 트러스 형상으로 배치된 복수의 리브(13 및 23)로 이루어져 있다. 2 매의 면판(11 및 12)은 실질적으로 평행하다. 리브(13 및 23)에 의한 트러스 구조의 피치는 동일하다. 트러스 구조는 리브(13 및 23)와 각각의 면판(11, 12, 및 21, 22)의 판두께의 중심선에 따라 구성된다. 정점은 상기 면판(11 ,12 및 21, 22)측에 존재한다.
철도 차량의 내측에서 트러스 구조 정점 근처에는 기기와 장치를 설치하기 위한 레일(19 및 29)이 일체로 제공된다. 레일(19, 29)은 L자 모양의 두 개의 부재로 이루어진다. 레일(19 및 29)은 내장판 및 의자 등과 같은 기기 및 장치를 설치하기 위한 시트가 된다.
차체의 외면측상에 위치하는 면판(12 및 22)의 끝단부는 차량 내측의 면판(11 및 21)의 끝단부로부터 인접한 중공 프레임 부재(20 및 10)측으로 돌출되어 있다. 이들 돌출된 면판은 12b 와 22b로 나타난다. 면판(12b 및 22b)의 끝단부를 서로 맞대어, 마찰 교반 용접이 수행된다. 이 마찰 교반 용접은 맞댐부(abutted portion)의 간격을 줄이기 위해 수행된다. 각각의 상기 면판(12b 및 22b)의 판두께는 면판(12 및 22)의 다른 부분보다 더 두껍다.
중공 프레임 부재(10 및 20)는 면판(12 및 22)을 아래쪽으로 하여 베드상에 설치된다. 면판(11 및 21) 측을 위쪽으로 한다. 상부로부터 용접부에 회전 공구(250)를 삽입함으로써 마찰 교반 용접이 수행된다. 마찰 교반 용접은 차량의내측으로부터 수행된다.
면판(12b 및 22b)의 끝단부(맞댐부)에, 차량의 내측(즉 면판 11 및 21쪽)으로 돌출된 볼록부(16 및 26)가 제공된다. 각각의 볼록부(16 및 26)의 폭과 높이는 실질적으로 동일하다.
차량 내측의 면판(11)의 끝단부와 면판(21)의 끝단부 사이는 접속재(30)를 통해 용접된다. 접속재(30)의 끝단부는 트러스 구조의 정점상에 제공된 시트(17 및 27)상에 설치(중첩)된다. 시트(17 및 27)는 면판(11 및 12)의 외면(상부면)으로부터 오목하게 된다.
시트(17)는 리브(13A) 및 리브(13B)사이의 교점을 통과하는 법선보다도 중공 프레임 부재(10)의 끝단부측에 형성된다. 시트(17)로부터 면판(11)의 외면(상부면)에 이르는 면은 상기 법선상에 형성된다. 시트(17)측 면판(11)의 끝단부에는, 외면(상부면)측으로 돌출된 볼록부(11b)가 배치된다.
접속재(30)의 끝단부에, 외면(상부면)측으로 돌출된 볼록부(32)가 배치된다. 볼록부(11b 및 32)의 폭과 높이는 볼록부(16 및 26)의 폭과 높이와 같다. 시트(17)의 폭은 볼록부(32)의 폭과 같다.
면판(11)의 수직면에는, 중공 프레임 부재(10)의 끝단부(또다른 중공 프레임 부재(20)의 면판(12b)의 끝단부)를 향하여 개구된 홈(14)이 있다. 홈(14)은 중공 프레임 부재(10)의 길이 방향으로 계속된다. 홈(14)은 사다리꼴형을 갖는다. 홈(14)의 개구부를 이루는 사다리꼴형의 높이는 크게 형성된다.
사다리꼴형 돌출부는 접속재(30)의 끝단부에서 홈(14)으로 삽입된다. 두개의사다리꼴형의 크기에 대해서는, 홈(14)의 크기가 돌출부(34)의 크기보다 더 크다. 면판(11) 끝단부의 수직면은 트러스 구조점의 교점을 통과하는 법선과 일치된다. 이런 이유에서, 수직면은 회전 공구(250)의 축심과 일치된다. 홈(14)의 깊이는 회전 공구(250)의 소직경부(251)에 대한 직경의 절반보다 더 작다.
돌출부(34)가 홈(14)에 삽입될 때, 접속재(30)의 하부면은 시트(17)의 상부면에 연결되고, 또한 돌출부(34)의 상부면측이 홈(14)의 상부면측과 접속되도록 설계된다.
돌출부(34)의 높이는 접속재(30)의 끝단부 두께보다 더 얇다. 홈(14)과 돌출부(34)는 볼록부(11b 및 32)를 포함하는 판두께 범위 내에 위치된다. 홈(14)의 상부 끝단부와 돌출부는 접속재(30)의 볼록부(32)를 제외한 면판(11)의 상부면과 그 연장선보다도 상부 부분(볼록부 11b 및 32의 정점측)에 배치된다.
면판(11)의 두께와 접속재(30)의 판두께가 얇더라도, 볼록부(11b와 32)가 제공되기 때문에 소정의 높이를 갖는 홈(14)과 돌출부(34)를 제공하는 것이 가능하다.
중심부로서 리브(23A 및 23B) 사이의 교점에서 시트(27)가 배치된다. 시트(27)의 중심부에 상기 교점이 배치된다. 즉, 트러스 구조 끝단부의 정점은 시트(27) 폭의 중심부에 배치된다. 접속재(30)에서 아크 용접을 위한 홈(14)으로서 시트(27)로부터 면판(22)에 이르는 면이 경사져있다.
볼록부(35)는 시트(27)상에 설치된 접속재(30)의 끝단부에 배치된다. 볼록 부(35)의 높이는 볼록부(16,26,11b,및 32)의 높이와 비슷하다. 볼록부(35)의 폭은볼록부(16 및 26)의 총 폭과 비슷하다.
접속재(30)는 면판(11 및 21)의 표면이 마치 연속이 되도록 배치되고 있다. 접속재(30)의 양끝단부를 제외한 중심부가 판(31)이고 그 판(31)의 두께는 면판(11 및 21)의 판두께와 동일하다. 볼록부(35)의 상부면에서, V자형 홈(36)이 제공된다. 볼록부(35) 폭의 중심부에서 홈(36)이 배치된다.
볼록부(35)의 폭은 회전 공구(250)의 대직경부(252)의 직경보다 더 크다. 홈 (36)은 회전 공구(250)를 유도하기 위한 위치 검출용 대상물이 된다. 홈(36)은 레이저 센서에 의해 검출되고 회전 공구(250)의 축선 중심부는 홈(36)에 일치된다. 홈(36)의 연장선, 즉, 회전 공구(250)의 축선 중심부상에 두 개의 리브(23A 및 23B)의 교점이 있다.
접속재(30)의 폭은 두 개의 중공 프레임 부재(10 및 20)의 면판(11 및 21)간격보다 더 작다. 접속재(30)는 중공 프레임 부재(10 및 20)와 동일 재료를 갖는 압출 프레임 부재이다. 예를 들어, 접속재(30)의 길이는 1 mm 정도이다. 복수의 접속재(30)는 중공 프레임 부재(10 및 20)의 길이 방향에 배치된다.
하나의 접속재(30)는 연속적으로 배치되고 연결 부재(30)간의 간격은 가능한한 작게 배치된다. 접속재가 리브를 갖고 있지 않기 때문에, 접속재(30)는 판두께 방향으로 쉽게 구부러질 수 있고 접속재의 이송등이 어려워진다.
면판(11)의 끝단부로부터 면판(21)의 끝단부 사이의 거리(P)(중공 프레임 부재(10)끝단부의 트러스 구조의 정점과 중공 프레임 부재(20)끝단부의 트러스 구조의 정점으로부터의 거리)는 다른 위치의 트러스 구조와 동일한 피치(P)이다.
면판(11 및 12, 21 및 22)의 측면이 정점이 될 때, 중공 프레임 부재(10 및 20)의 각각의 트러스 구조는 이등변 삼각형이다. 그러나, 중공 프레임 부재(10 및 20)끝단부의 트러스 구조는 이등변 삼각형이 아니다.
상술한 이유에서, 리브(13A)는 면판(12)의 중간에 연결된다. 상술한 이유에서, 리브(23A)는 면판(22)의 중간에 연결된다. 리브(13A)와 면판(12)사이의 접속부와 리브(23A)와 면판(22)사이의 접속부 사이에 마찰 교반 용접 장치를 삽입시키기 위한 공간이 형성된다.
본 구조체의 제조 방법이 설명될 것이다. 중공 프레임 부재(10 및 20)가 베드(240)위에 설치되고 고정된다. 다음에는, 면판(12b 및 22b)이 맞댐된다. 다음에는, 이러한 중공 프레임 부재(10 및 20)는 베드(240)상에 고정된다. 다음에는, 아크 용접에 의해 끝단면(12d 및 22d) 부분이 임시적으로 고정된다. 이 예비 용접은 간헐적으로 수행된다.
면판(12b 및 22b)의 맞댐부가 놓여진 베드(240)의 상부면은 평평하다. 3개 부분, 즉 면판(12b 및 22b)의 맞댐부 부근과, 리브(13A 및 23A)와 면판(12b, 22b)과의교점 부근, 및 리브(13B, 23B)와 면판(12 및 22)의 교점부는 동일한 높이를 갖는 베드(240)상에 설치된다.
이런 상태로, 마찰 교반 용접 장치의 회전 공구(250)가 상부로부터 볼록부(16 및 26)의 맞댐부에 삽입되고 용접라인을 따라 이동되어서 마찰 교반 용접이 수행된다. 회전 공구(250)의 축심은 수직 방향(용접부의 법선을 따르는 방향)이다. 그러나, 회전 공구(250)의 진행 방향에 대하여 축선 중심부는 이미 알려진바와 같이 경사져 있다.
회전 공구(250)는 대직경부(252)와 이 대직경부(252)의 끝단부인 소직경 부(251)를 포함한다. 회전 공구(250)의 소직경부(251)의 끝단부(하부 끝단부)는 면판(12b 및 22b)의 하부면 근처에 위치된다.
회전 공구(250)의 대직경부(252)의 하부 끝단부는 볼록부(16 및 26)의 정점사이와 차량 내부 측면(면판 11 및 21쪽의 면)의 면판(12b 및 22b)사이에 위치된다. 회전 공구(250)의 대직경부(252)의 직경은 두 개의 볼록부(16 및 26)로 이루어진 폭보다 더 작다. 회전 공구(250)의 소직경부(251)는 스크루 부재를 형성한다.
마찰 교반 용접시, 볼록부(16 및 26)의 정점은 회전 공구(250)와 함께 이동하는 롤러에 의해 아래 부분으로 가압된다.
볼록부(16 및 26)는 레이저 센서에 의해 검출된다. 이에 따라, 볼록부(16 및 26)의 높이 위치가 구해지고 회전 공구(250)의 삽입량이 결정된다. 또한, 두 볼록부(16 및 26)에 대한 맞댐부의 간격이 구해지고, 이 위치에서 회전 공구(250)의 축심이 일치된다.
이 마찰 교반 용접에 의해서, 면판(12b 및 22b) 맞댐부의 간격이 메워지고 용접된다. 간격을 메우는 금속의 원재료는 볼록부(16 및 26)이다. 면판(12b 및 22b)의 외면측(차바깥쪽)이 평평하게 용접된다. 면판(12b 및 22b)의 외면측에는, 용접 라인의 오목부가 없다.
회전 공구(250)의 대직경부(252)에 의해, 볼록부(16 및 26)의 상부면은 오목형이 된다. 오목부의 양끝단면에 볼록부(16 및 26)가 남겨진다.
다음, 면판(11 및 21)의 시트(17 및 27)상에 접속재(30)가 설치된다. 접속재(30)의 수직면(돌출부(34) 제외)은 면판(11) 끝단부의 수직면(홈(14)제외)에 맞댐된다. 양 중공 프레임 부재(10 및 20)의 수직면의 간격을 가능한 작게 하는 것이 바람직하다. 중공 프레임 부재(10 및 20)의 길이 방향에서의 접속재의 끝단부와 인접하는 접속재(30)의 끝단부 사이의 간격을 가능한 작게 하는 것이 바람직하다.
홈(14)으로의 돌출부(34)의 삽입은 중공 프레임 부재(10 및 20) 길이방향의 하나의 끝단부로부터 삽입시킴으로써 배치될 수 있다. 또는, 면판(11)의 수직면으로부터 경사면(27b)까지의 거리는 접속재(30)의 폭보다 더 크고, 접속재(30)가 시트(17 및 27)상에 놓여진 후, 접속재(30)는 돌출부(34)쪽으로 이동되고, 홈안으로 돌출부 (34)가 삽입된다. 또는, 경사면의 상부로부터 돌출부(34)가 홈(14)으로 삽입된다.
예를 들어, 접속재(30)는 시트(17)와 경사면(27b)상에 설치되고, 접속재(30)는 면판(11)쪽으로 이동된다, 홈(14)및 돌출부(34)의 위치, 형상 및 크기는 경사면의 상부로부터 접속재를 삽입할 수 있도록 제공된다.
다음에는, 아크 용접에 의해서 임시적으로 접속재(30)의 끝단부가 면판(11 및 21)에 고정된다. 간헐적으로 예비 용접이 수행된다.
접속재(30)의 면판(11) 측이 홈(14)으로 삽입되기 때문에, 접속재(30)는 상하방향 등으로 이동하지 않는다. 이런 이유에서, 접합재에 예비 용접을 수행하는 것은 필요하지 않다. 예비 용접이 수행되는 경우에는, 용접수가 줄어들 수 있다. 예비 용접은 볼록부(32)와 볼록부(11b)를 용접하도록 수행된다. 이런 이유에서, 접속재 (30)와 중공 프레임 부재(10)의 열변형은 줄어들 수 있다.
다음에는, 면판(12b 및 22b) 맞댐부의 마찰 교반 용접에서 이용되는 마찰 교반 용접 장치를 사용하여, 접속재(30)의 하나의 끝단부와 면판(11)의 끝단부의 맞댐부에서 용접이 수행된다. 이것은 볼록부(16 및 26)의 맞댐부를 용접하는 것과 동일하다. 마찰 교반 용접 장치는 회전 공구(250)의 소직경부(251)의 하끝단부가 시트(17)에 도달하도록 삽입된다.
홈(14)과 돌출부(34)사이에서 형성된 간격은 볼록부(11b 및 32)를 원재료로 하여 메워진다. 이런 이유에서, 홈(14)이 있을지라도 용접은 통상적인 맞댐부의 용접에서와 마찬가지로 수행된다.
다음, 시트(27)와 접속재(30)의 다른 끝단부의 용접이 수행된다. 접속재(30)와 시트(27)의 중첩부 안으로 윗쪽으로부터 회전 공구(250)가 삽입되는 상태에서, 회전 공구(250)는 용접 라인을 따라 이동되고 마찰 교반 용접이 수행된다. 볼록부 (35)의 폭은 회전 공구(250)의 대직경부(252)의 직경보다 더 크다. 볼록부(35)의 중심부에서 홈(36)이 제공된다. 회전 공구(250)의 회전 축심이 홈(36)과 일치된다. 회전 공구(250)의 소직경부(251)의 끝단부는 시트(17 및 27)에 깊이 삽입된다.
이런 구조로, 중첩 용접이 수행된다. 회전 공구(250)의 대직경부(252)의 하부 끝단부는 비볼록부가 되는 접속재(30)의 상부면과 볼록부(35)의 정점 사이에 위치된다.
회전 공구(250)의 대직경부(252)에 의하여, 볼록부(35)의 상부면은 오목형이 된다. 오목부의 양끝단부에서 볼록부가 남겨진다.
마찰 교반 용접 장치의 상기 센서는 홈(36)을 검출하고 홈을 따라서 회전 공구(250)가 이동된다.
도 3은 용접후 용접부의 상태를 개략적으로 도시한다. 빗금은 용접부를 도시한다.
회전 공구(250)의 축심은 두 리브(13A 및 13B)에 의한 트러스 구조의 정점 또는 그 근방을 통과하는 수직선상에 위치된다. 회전 공구(250)의 축심은 두 리브(23A 및 23B)에 의한 트러스 구조의 정점 또는 그 근방을 통과하는 수직선상에 위치된다.
편심 문제에 대해서는 리브(13A 및 13B)의 판두께의 증대, 리브 및 면판을 접속하는 원호의 형태, 접속재(30)의 두께, 및 시트(17 및 27)의 두께 등에 따라 대응한다. 편심 문제에 대해서는 리브(23A 및 23B)의 판두께의 증대, 리브와 면판을 접속하는 원호의 형태, 접속재(30)의 두께, 및 시트(17 및 27)의 두께 등에 따라 대응한다.
상술한 바에 따르면, 접합부의 하나(볼록부 11b 및 32)의 접합부는 버트 접합일 수 있고, 접합 효율의 향상과 만곡부에서의 응력 집중의 감소에 의해, 강도가 개선될 수 있다.
또한, 접속재(30)의 하나의 끝단부의 아크 용접에 의한 고정이 불필요하거나 감소될 수 있기 때문에, 구조체의 열적 변형이 감소될 수 있고, 외관을 향상시킬 수 있고 내장재의 설치를 용이하게 행할 수 있다.
중공 프레임 부재(10 및 20)의 양면 용접은 한쪽면으로부터 수행된다. 이런이유에서, 한쪽면이 용접된 구조체를 반전시킬 필요가 없다. 따라서, 구조체는 저렴한 비용과 높은 정밀도로 제조될 수 있다.
또한, 면판(12b 및 22b) 용접부의 외면은 평평하게 용접될 수 있다. 볼록부(16, 26 및 35)는 구조체의 내측 및 차체의 내측에 배치되고, 평평면이 요구되는 부분(외면측, 차 바깥쪽)에는 존재하지 않는다. 또한, 차체의 외측에는 회전 공구(250)로 절삭함으로써 생기는 오목부가 존재하지 않는다. 이런 이유에서, 볼록부(16, 26 및 35)의 절삭등은 필요하지 않아, 차체는 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.
또한, 베드(240)는 롤러 등과 같은 받침 부재에 의해서 대체될 수 있다.
또한, 먼저 맞댐부가 용접된 후 중첩부가 용접된다. 이런 이유에서, 먼저 중첩부가 용접된 후 맞댐부가 용접되는 경우와 비교하여, 양호한 마찰 교반 용접이 수행될 수 있다고 생각된다.
중첩부의 용접부(시트(27)와 접속재(30)사이의 용접부)의 강도와 면판(21)의 만곡부의 강도는 맞댐부(면판(11)과 접속재(30)사이의 용접부)의 강도보다 더 약하다. 이러한 경우에, 접속재(30)의 끝단부와 면판(21)의 끝단부가 아크 용접에 의해서 용접된다. 상기 아크 용접은 더 높은 강도가 필요한 부분, 예를 들어, 창문 귀퉁이부에 가까운 위치에서 수행될 수 있다.
또한, 상술한 방법에 의해 용접된 보디(body)는 건축물 등과 같은 구조물의 외면(눈으로 볼 수 있는 면)으로서 사용될 수 있다.
접속재(30)를 설치하기 위한 부분은 마찰 교반 용접시 하중에 지탱할 수 있는 구조와 부분으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상술한 문헌인(일본국 특개평 9-309164(EP 0797043 A2)의 도 9에서 도시된 바와 같은 구조와 부분으로 설정될 수 있다.
중공 프레임 부재(10)와 접속재(30)사이의 용접은 맞댐부에서 실시되지만, 이 부분도 중첩 용접이 수행될 수 있다. 시트(17)는 시트(27)에 유사하게 형성될 수 있다. 접속재(30)의 끝단부에, 볼록부(35)와 홈(36)이 제공된다. 중공 프레임 부재(10) 측의 접속재(30)의 끝단부에, 돌출부(34)가 제공된다. 돌출부(34)를 제외한 끝단부가 중첩용접 될 수 있다. 용접의 위치는 트러스 구조 교점부의 위치 (홈(36)의 위치)이다.
도 6A 및 도 6B의 실시예가 설명될 것이다. 이것은 세개 이상의 중공 프레임 부재를 용접함으로써 큰 구조체를 제조하는데 적합하다. 예를 들어, 측면 구조체 (201)가 포함된다. 우측 중공 프레임 부재(10 및 20)와 접속재(30)사이의 관계는 도 1의 관계와 유사하다. 중심 중공 프레임 부재(20)의 또다른 끝단부(우측 끝단부)에서, 중공 프레임 부재(10B)와 접속재(30B)가 용접된다. 중공 프레임 부재(10B)의 좌측 끝단부와 접속재(30B)는 중공 프레임 부재(20)의 좌측 끝단부와 접속재(30)와 동일하다.
중공 프레임 부재(20)의 또다른 끝단부(우측 끝단부)의 구조는 중공 프레임 부재(10)의 우측 끝단부의 구조와 동일하다. 중공 프레임 부재(20)의 끝단부에 용접된 중공 프레임 부재(10B)의 좌측 끝단부의 구조는 중공 프레임 부재(20)의 좌측 끝단부의 구조와 동일하다. 접속재(30B)의 구조와 방향은 접속재(30)의 구조와 방향과 동일하다.
도 6A의 윗부분에는 중공 프레임 부재(20)의 좌측 끝단부와 중공 프레임 부재(10)가 도시된다. 도 6B의 아랫부분에는 중공 프레임 부재(20)의 우측 끝단부와 중공 프레임 부재(10B)가 도시된다.
즉, 세 개의 중공 프레임 부재가 용접되고, 중앙에 있는 중공 프레임 부재(20)의 면판(21)의 하나의 끝단부(좌측 끝단부)에는 경사면(27b)이 제공되고, 면판(21)의 또다른 끝단부(우측 끝단부)에는 볼록부(11b)와 홈(14)이 제공된다. 상기 구조에 따르면, 중앙에 있는 중공 프레임(20) 양쪽의 접속재(30 및 30B)의 볼록부(32)의 방향과 돌출부(34)의 방향은 동일한 방향이되므로, 접속재(30)의 배치 오류가 줄어들 수 있다.
용접 절차에 대해서는, 세개의 중공 프레임 부재가 베드(240)상에 설치되고 구속된다. 이하는 도 1의 경우와 유사하다.
도 7의 실시예가 설명될 것이다. 면판(12b와 22b), 리브(13A 및 23A), 및 접속재(30)가 이루는 공간에, 받침 스탠드(40)가 배치된다. 받침 스탠드(40)는 면판(12b 및 22b)상에 설치된다. 접속재(30)의 끝단부는 면판(11 및 21)의 끝단부의 돌출칩(11f 및 21f)상에 설치된다. 접속재(30)의 양끝단부에, 돌출부(32)가 제공된다. 양끝단부는 맞댐되고 용접된다. 한쪽의 끝단부에 돌출부(34b)가 제공된다.
면판(11 및 21) 맞댐부와 접속재(30)는 마찰 교반 용접에 의해서 수행된다. 면판(21)과 접속재(30) 사이의 맞댐부가 용접될 때, 면판(21)과 접속재(30)는 높은 정밀도로 접속된다. 마찰 교반 용접후, 받침 스탠드(40)는 종방향으로 꺼내진다.
본 발명의 기술적 범위는 특허 청구 범위의 각 청구항에 기재된 설명과 상기 문제들을 해결하기 위한 수단의 항에 기재된 설명으로 한정되지 않고, 상기 기술 분야에 종사하는 당업자가 쉽게 대체할 수 있는 범위를 포함한다.
본 발명에 따르면, 접속재의 아크 용접이 줄어들 수 있기 때문에 높은 정밀도를 갖는 구조체가 제공될 수 있다.

Claims (14)

  1. 제 1 면판과, 상기 제 1 면판에 평행이고 상기 면판의 끝단부로부터 상기 제 1 면판을 따라 돌출된 제 2 면판과, 상기 제 1 면판과 상기 제 2 면판을 접속하는 제 3 면판을 각각 포함하는 제 1 프레임 부재와 제 2 프레임 부재를 준비하는 단계와;
    상기 제 2 면판들을 상기 제 1 면판측으로부터 용접하는 단계와;
    상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부와 상기 제 2 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부 사이에 접속재 각각의 끝단부를 배치하는 단계와;
    상기 배치의 경우에서, 상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부에 상기 제 2 프레임 부재측을 향하여 개구되어 있는 홈에 상기 접속재의 하나의 끝단부를 삽입하는 단계와;
    상기 제 2 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부에 상기 접속재의 또다른 끝단부를 임시적으로 고정하는 단계; 및
    상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 상기 끝단부와 상기 접속재의 하나의 끝단부를 마찰 교반 용접시키고, 상기 제 2 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부와 상기 접속재의 또다른 끝단부를 마찰 교반 용접시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 상기 끝단부와 상기 접속재의 상기 하나의 끝단부 사이의 맞댐부를 마찰 교반 용접시키는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    마찰 교반 용접용 회전 공구의 소직경부의 직경이 상기 홈의 직경보다 두 배이상 더 크고,
    상기 회전 공구를 사용하여 상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부의 맞댐부와 상기 접속재의 하나의 끝단부를 마찰 교반 용접시키는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  4. 제 1 프레임 부재와 제 2 프레임 부재로서, 각각의 프레임 부재는,
    제 1 면판, 상기 제 1 면판에 평행이고 상기 면판의 끝단부로부터 상기 제 1 면판을 따라 돌출된 제 2 면판, 및 상기 제 1 면판과 상기 제 2 면판을 접속하는 제 3 면판을 포함하고, 상기 제 1 프레임 부재와 제 2 프레임 부재 각각은,
    상기 제 1 면판의 끝단부와 상기 제 3 면판 사이의 접속부(b)에 오목부를 갖고, 상기 오목부는 상기 프레임 부재의 두께 방향으로 바깥쪽 및 상기 제 2 면판의 끝단부측을 향하여 개구되어 있는, 상기 제 1 프레임 부재와 상기 제 2 프레임 부재를 제공하는 단계와;
    상기 제 2 면판들을 상기 제 1 면판측으로부터 용접하는 단계와;
    상기 제 1 프레임 부재의 상기 오목부와 상기 제 2 프레임 부재의 상기 오목부에 접속재의 각각의 끝단부를 탑재하는 단계와;
    상기 탑재시, 상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부에서 상기 제 2 프레임 부재측을 향하여 개구된 홈에 상기 접속재의 하나의 끝단부를 삽입하는 단계와;
    상기 제 2 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부에 상기 접속재의 또다른 끝단부를 임시적으로 고정하는 단계; 및
    상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 상기 끝단부와 상기 접속재의 하나의 끝단부를 마찰 교반 용접시키고, 상기 제 2 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부와 상기 접속재의 또다른 끝단부를 마찰 교반 용접 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 상기 끝단부와 상기 접속재의 상기 하나의 끝단부 사이의 맞댐부를 마찰 교반 용접 시키는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 홈을 포함하여 상기 맞댐부를 마찰 교반 용접 시키는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 접속재의 하나의 끝단부와 상기 제 1 프레임 부재의 상기 오목부 사이의 중첩부를 마찰 교반 용접 시키는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  8. 제 1 면판과, 상기 제 1 면판에 평행이고 상기 면판의 끝단부로부터 상기 제 1 면판을 따라 돌출된 제 2 면판, 및 상기 제 1 면판과 상기 제 2 면판을 접속하는 제 3 면판을 각각 포함하는 제 1 프레임 부재와 제 2 프레임 부재를 준비하는 단계와;
    상기 제 2 면판들을 상기 제 1 면판측으로부터 용접하는 단계와;
    상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부와 상기 제 2 프레임 부재의 제 1 면판의 끝단부 사이에 접속재의 각각의 끝단부를 배치하는 단계와;
    상기 프레임 부재의 길이방향을 따라 복수의 접속재를 배치하는 단계; 및
    상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 상기 끝단부와 상기 접속재의 하나의 끝단부를 마찰 교반 용접 시키고, 상기 제 2 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부와 상기 접속재의 또다른 끝단부를 마찰 교반 용접시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 방법.
  9. 제 1 면판과, 상기 제 1 면판에 평행이고 상기 면판의 끝단부로부터 상기 제 1 면판을 따라 돌출된 제 2 면판, 및 상기 제 1 면판과 상기 제 2 면판을 접속하는제 3 면판을 각각 포함하는 제 1 프레임 부재와 제 2 프레임 부재가 용접되어 있고,
    상기 제 2 면판들이 서로 용접되어 있으며,
    상기 접속재의 양끝단부는 상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부의 돌출칩과 상기 제 2 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부의 돌출칩에 각각 중첩되어 있고,
    상기 접속재의 끝단부가 상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 1 면판의 끝단부의 홈에 삽입되어 있으며,
    상기 마찰 교반 용접이 상기 삽입부로부터 상기 제 2 프레임 부재 측면의 상기 중첩부에서 수행되어 있는 것을 특징으로 하는 구조체.
  10. 제 1 면판과, 상기 제 1 면판에 평행이고 상기 면판의 끝단부로부터 상기 제 1 면판을 따라 돌출된 제 2 면판, 및 상기 제 1 면판과 상기 제 2 면판을 접속하는 제 3 면판을 각각 포함하는 제 1 프레임 부재와 제 2 프레임 부재가 용접되어 있고,
    상기 제 2 면판들이 서로 용접되어 있고,
    상기 제 1 프레임 부재의 상기 제 2 면판의 끝단부와 상기 제 2 프레임 부재의 상기 제 2 면판의 끝단부에서, 상기 접속재의 각각의 끝단부가 마찰 교반 용접되어 있고,
    복수의 접속재가 상기 프레임 부재의 길이 방향으로 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 구조체.
  11. 프레임 부재는 제 1 면판, 상기 제 1 면판에 평행이고 상기 면판의 끝단부로부터 상기 제 1 면판을 따라 돌출된 제 2 면판, 및 상기 제 1 면판과 상기 제 2 면판을 접속하는 제 3 면판을 포함하고,
    상기 제 2 면판의 끝단부에 홈이 제공되고,
    상기 홈은 상기 제 2 면판의 끝단부를 향하여 개구되고,
    상기 홈은 상기 프레임 부재의 길이 방향으로 제공되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반용 프레임 부재.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 면판의 끝단부에 제공되는 볼록부가 상기 프레임 부재의 두께 방향의 외측으로 돌출되고,
    상기 홈의 상기 볼록부측의 위치는 상기 제 1 면판의 바깥쪽 연장선너머로 상기 볼록부의 정점측인것을 특징으로 하는 마찰 교반용 프레임 부재.
  13. 판의 폭방향의 하나의 끝단부에, 상기 하나의 끝단부의 두께보다 더 얇은 돌출부가 돌출되고,
    상기 돌출부가 상기 폭방향을 향하여 돌출되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접용 프레임 부재.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 판의 끝단부에서, 상기 돌출부는 상기 프레임 부재의 두께 방향의 외측으로 돌출되고,
    상기 돌출부의 볼록부측 위치는 상기 면판의 상기 오목부측의 연장선너머로부터 상기 볼록부의 정점측인것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접용 프레임 부재.
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