KR20050026979A - 변속 핀을 이용한 마찰 교반 용접용 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 작업편에 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 장치는 쇼울더, 및 상기 쇼울더로부터 연장되는 회전가능한 핀을 갖는 마찰 교반 용접 공구를 포함한다. 핀의 회전 속도는, 핀이 작업편의 소성 재료를 혼합시키도록 마찰 교반 용접 공정 도중에, 예를 들면, 주기적으로 및/또는 소정의 스케줄에 따라 조정될 수 있다. 또한, 작업편은 마찰 교반 용접하기 전에 예열될 수 있다.

Description

변속 핀을 이용한 마찰 교반 용접용 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR FRICTION STIR WELDING WITH A VARIABLE SPEED PIN}
본 발명은 마찰 교반 용접, 보다 구체적으로는 가변 회전 속도를 갖는 핀을 이용한 마찰 교반 용접용 장치 및 방법에 관한 것이다.
마찰 교반 용접이란, 예를 들면, 복수개의 작업편 부재를 솔리드 상태로 접합하거나 또는 작업편 내 균열을 보수하기 위하여 핀 또는 프로브와 같은 회전 공구를 작업편 내로 또는 작업편을 관통하여 가압하는 공정을 말한다. 일반적으로, 핀은 편평하거나, 오목하거나, 또는 만곡된 형상을 가질 수 있는 쇼울더로부터 연장되며, 쇼울더는 핀이 작업편 내로 가압되도록 작업편에 맞대어 가압된다. 핀은 연속적인 용접 조인트를 형성하도록 작업편을 관통하여 가압된다. 예를 들어, 종래의 마찰 교반 용접 공정에서는, 회전 공구의 프로브는 소성 재료 영역을 형성하기 위하여 충분한 마찰열을 발생시키는데 필요한 저항력을 생성하는 마찰 교반 용접기에 의하여 작업편 내로 또는 두 개의 작업편 사이로 밀어 넣어진다. 공구는 쇼울더의 후미 에지가 소성 재료 내로 밀어 넣어져서 경화되도록 작업편에 대하여 대략 3°기울어질 수 있다. 소성 재료가 경화될 때, 작업편 부재는 용접 조인트를 따라 접합된다. 마찰 교반 용접 공구에 의하여 가해진 힘의 크기는 필요한 마찰열을 발생시키기 위하여 소정의 최소치 이상으로 유지되어야 한다. 마찰 교반 용접에 관해서는 토머스 등에게 허여된 미합중국 특허 제5,460,317호에 더 기재되어 있으며, 이의 내용을 본 명세서에 참조로 인용하였다.
마찰 교반 용접 핀 중 일부에는 우회전 나사산, 좌회전 나사산, 또는 이들이 조합된 나사산일 수 있는 나선형 나사산이 형성되어 있다. 일반적으로, 나사산은 용접 조인트 영역에서 소성 재료의 혼합을 증가시킨다. 또한, 마찰 교반 용접 공구에 의하여 가해진 힘에 의하여 작업편이 변형되는 것을 방지하고 치수 공차를 유지하기 위하여, 지지 장치, 예를 들면, 앤빌(anvil) 또는 쇼율더에 대향하여 제공된 다른 배킹 장치(backing device)가 용접 조인트의 후측에 제공되는 경우가 종종 있다. 쇼울더 및 배킹 장치는, 용접 공구에 의하여 발생된 마찰열로 소성 재료가 용접 조인트로부터 흘러 나가지 않도록 용접 도중에 함께 가압된다. 쇼울더 및 배킹 장치를 내측으로 클램핑하여 조인트를 또한 경화시킴으로써 다공율을 최소화시키고 표면이 원하는 대로 마무리된 용접 조인트를 제공한다.
마찰 교반 용접 공구를 작업편을 통과해서 이동시키는데 사용되는 용접기는 마찰 공구가 소정의 속도로 작업편을 통과하여 이동하도록 상당한 힘을 용접 공구 상에 가해야 한다. 힘은 부분적으로 작업편의 두께, 작업편의 재료, 공구 핀의 길이 및 직경, 공구의 회전 속도, 공구의 작업편 통과 속도, 등에 좌우될 수 있다. 소정의 용접 조인트를 달성하는데 필요한 힘은 기계가 동작될 수 있는 속도, 즉 조인트가 형성될 수 있는 속도를 제한할 수 있다. 또한, 기계 및 공구는 일반적으로 주기적인 유지관리를 필요로 하고, 특히 기계 및 공구 상에 가해진 힘이 상당한 경우에는 교체를 필요로 한다.
따라서, 종래의 마찰 교반 용접 장치는 작업편의 재료를 소성 및 혼합시켜 용접 조인트를 형성하고, 용접 조인트 내에 얻어진 입자 구조는 미세한 것으로 알려졌었다. 그러나, 재료가 최적으로 혼합되고 미세한 용접 조인트를 형성하기 위한 개선된 마찰 교반 용접 공구에 대한 필요성이 끊임없이 요구되고 있다. 공구는 두꺼운 작업편을 포함하여 다양한 작업편을 여러 가지 용접기 및 공구를 사용하여 마찰 교반 용접할 수 있어야 한다. 공구는 재료를 효과적으로 소성시키고 혼합시킬 수 있어야 한다. 공구는 용접하는 도중에 공구 및 기계 상에 가해지는 힘을 감소시키는 특징부 및 방법과 또한 겸용가능한 것이 바람직하다.
본 발명은 작업편 내에 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 상기 장치는 작업편에 맞대어 회전하고 가압되는 마찰 교반 용접 핀을 포함한다. 또한, 마찰 교반 용접 핀의 회전 속도는 주기적으로 및/또는 소정의 스케줄에 따라 조정된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방법은 핀의 회전 속도를 주기적으로 및/또는 소정의 스케줄에 따라 소정의 제1 속도와 제2 속도 사이에서 조정하는 단계를 포함하고, 제1 속도는 핀의 평균 속도의 99% 이하이며 제2 속도는 핀의 평균 속도의 101% 이상이다. 또한, 핀의 회전 방향은 동작 도중에 주기적으로 반전될 수 있다. 핀의 회전 속도는 약 0.1Hz와 100Hz 사이의 주파수로 조정될 수 있고, 주기적인 조정은 사인 곡선을 그릴 수 있다. 예를 들면, 핀의 회전 속도는 핀을 회전시키는 액추에이터에 인가된 전류를 변경시켜 조정될 수 있다. 또한, 작업편은 마찰 교반 용접하기 전에, 예를 들면, 유도 히터에 의하여 가열될 수 있다.
작업편은 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 스틸, 또는 니켈강 합금과 같은 다양한 재료로 형성될 수 있다.
본 발명은 작업편을 마찰 교반 용접하도록 작업편에 맞대어 가압되는 구조를 갖는 회전가능한 핀, 핀을 회전시키는 구조를 갖는 액추에이터, 및 액추에이터를 조정, 즉 소정의 스케줄에 따라 핀의 회전 속도를 조정하는 구조를 갖는 컨트롤러를 포함하는 마찰 교반 용접 장치를 또한 제공한다. 컨트롤러는 액추에이터를 주기적으로 조정, 예를 들면, 액추에이터에 제공된 전류를 조정함으로써 회전 속도를 소정의 제1 속도와 제2 속도 사이에서 조정하는 구조를 가질 수 있다. 장치는, 유도 히터와 같이, 작업편을 가열시키는 구조를 갖는 히터를 또한 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 장점, 및 상기 장점이 달성되는 방식은 정확한 축척 방식에 따라 작성한 것은 아니지만 바람직하고 예시적인 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 기재된 본 발명의 후술하는 상세한 설명으로부터 명백하게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 본 발명을 본 발명의 실시예 중 일부를 도시한 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 실제로, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 본 명세서에 기재된 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 이들 실시예는 기재 내용을 철저하고 완전하게 이해할 수 있고 당업자에게 본 발명의 범위를 충분하게 전달하도록 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 부재에는 동일 도면 부호로 표기하였다.
이제, 도면, 특히 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 작업편(60)을 마찰 교반 용접하는 장치(10)가 도시되어 있다. 마찰 교반 용접 장치(10)는 마찰 교반 용접 공구(20), 및 공구(20)를 회전시키고 공구(20)를 작업편(60)을 통과시켜 마찰 용접 조인트(80)를 형성하는 적어도 하나의 액추에이터(30)를 포함한다. 예를 들면, 마찰 교반 용접 공구(20)는 척(chuck), 스핀들(spindle), 또는 액추에이터(30)에 결합된 다른 부재(32)에 결합될 수 있다. 액추에이터(30)는 기계식 연결 기구를 포함할 수 있는 전기 장치, 유압 장치, 또는 공압 장치를 포함하는 여러 가지 유형의 액추에이터 장치 중 임의의 한 가지일 수 있다. 예를 들면, 액추에이터(30)는 마찰 교반 용접 공구(20)를 회전 및 이동시키는 구조를 갖는, 밀링기 또는 드릴과 같은 기계의 일부분일 수 있다. 액추에이터(30)는 수동으로 조작될 수 있지만, 컴퓨터 소프트웨어 프로그램에 기억되어 있거나 또는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램에 의하여 작성되는 스케줄과 같은 스케줄에 따라 조작되도록 프로그래밍될 수 있는 컴퓨터, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러 또는 다른 컨트롤러(50)에 의하여 조작되는 것이 바람직하다.
본 명세서에 사용된 용어 "작업편"은 한정하는 의미가 아니며, 작업편(60)은 여러 가지 구조를 가질 수 있는 하나 이상의 구조 부재(62, 64)를 포함할 수 있는 것으로 이해해야 한다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 구조 부재(62, 64)의 에지(66, 68)는 조인트(80), 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같은 버트 용접 조인트(butt weld joint)를 형성하기 위하여 용접될 수 있는 경계면(70)이 사이에 형성되도록 서로 접촉된 상태로 배치될 수 있다. 대안으로서, 다른 유형의 조인트(80) 또한 본 발명의 장치(10)를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 구조 부재(62, 64)의 접합면을 중첩시키고, 접합면의 경계면을 용접하여 랩 조인트가 형성될 수 있어 경계면을 따라 연장되는 랩 조인트가 형성된다. 구조 부재(62, 64)는 또한 다른 구성으로 배치 및 용접될 수 있고, 임의의 개수의 구조 부재(62, 64)가 조인트(80)에 의하여 접합될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 작업편(60)은 하나의 구조 부재를 포함할 수 있고, 마찰 교반 용접 장치(10)는 부재 내에 용접 조인트를 형성, 예를 들면, 균열, 구멍, 또는 다른 결함을 보수하거나 또는 구조 부재의 재료 특성에 영향을 미치도록 사용될 수 있다.
구조 부재(62, 64)는, 한정되는 것은 아니지만, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 스틸, 등을 포함하는 다양한 재료로 형성될 수 있다. 비금속 재료, 예를 들면, 폴리머 등과 같은 재료 또한 마찰 교반 용접 장치(10)로 용접될 수 있다. 또한, 작업편(60)은 종래의 융접 기술에 의하여 접합시키기에 용접가능하지 않거나 또는 비경제적인 금속을 포함하는, 유사한 재료 또는 상이한 재료로 된 부재, 예를 들면, 상이한 금속으로 형성된 구조 부재(62, 64)를 포함할 수 있다. 종래의 융접 기술에 의하여 접합시킬 때, 용접가능하지 않은 재료는 용접이 응고되는 도중에 균열되기 쉬운 비교적 약한 용접 조인트가 형성된다. 이러한 재료는 알루미늄 및 일부 알루미늄 합금, 특히 AA 시리즈 2000 및 7000 합금을 포함한다. 마찰 교반 용접을 사용함으로써 용접가능하지 않은 재료로 형성된 작업편이 견고하게 접합될 수 있다. 마찰 교반 용접은 용접가능한 재료를 다른 종류의 용접가능한 재료 및 용접가능하지 않은 재료에 견고하게 접합시키는데 또한 사용될 수 있다. 따라서, 작업편(60)을 형성하는 재료는 경량이며 고강도를 갖는 광범위한 금속 및 합금 중에서 선택될 수 있으므로, 작업편(60) 및 상기 작업편으로 형성된 구조 어셈블리의 전체 중량을 용이하게 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따라 형성된 작업편(60)은 항공기 및 우주선과 같은 항공 우주 구조체, 선박, 자동차, 등의, 예를 들면, 프레임, 패널, 스킨(skin), 외장(airfoil)을 포함하는 다양한 용도는 물론, 운송 산업 이외의 다른 용도에도 사용될 수 있다. 본 발명의 마찰 교반 용접 장치(10)는 대형 작업편 및 곡선 형상을 갖는 작업편을 마찰 교반 용접하는데 사용될 수 있다. 일부 용도에서, 부재(62, 64)는 작업편(60)의 대향하는 측면으로의 접근이 곤란하거나 또는 접근을 막는 기하학적 구성으로 접합될 수 있다. 예를 들면, 구조 부재(62, 64)는 튜브 또는 항공기 날개와 같이 부분적으로 또는 완전하게 폐쇄된 몸체를 형성하도록 접합될 수 있다.
도 1에 예시된 바와 같이, 마찰 교반 용접 공구(20)는 쇼울더(22) 및 이들 쇼울더 사이에 연장되는 핀(24)을 포함한다. 핀(24) 및 쇼울더(22)는 강도 및 내열성이 높은 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 한정하지 않고 단지 예로서, 핀(24) 및/또는 쇼울더(22)는 공구 스틸, TZM과 같은 몰리브덴 합금, Rene 41(UNS N07041)과 같은 니켈 합금, 및 니켈강 합금으로 제조될 수 있다. 쇼울더(22)는 핀(24)이 작업편(60) 내에, 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 경계면(70) 내에 삽입되도록 작업편(60)에 맞대어 가압되는 구조를 갖는다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 공구(20)는 쇼울더가 작업편(60)과 대향하여 배치되고 이들 사이에서 작업편의 대향하는 표면과 마찰 결합되도록 쇼울더 사이에 연장되는 핀을 구비한 대향하는 구조를 갖는 제1 및 제2 쇼울더를 포함할 수 있다. 어느 경우이건, 장치(10)의 쇼울더(22) 각각은 일반적으로 편평하거나, 테이퍼지거나, 오목하거나, 볼록하거나, 또는 다른 형상, 예를 들면, 작업편(60)을 결합시키고, 공구(20)가 작업편(60)을 따라 이동할 때 작업편(60)으로부터의 소성 재료가 쇼울더(22)의 외주의 반경방향 외측으로 밀어 내어지는 "플라우잉"을 방지하는 형상의 표면을 형성할 수 있다. 또한, 각각의 쇼울더(22)는 하나 이상의 마찰부, 예를 들면, 작업편(60)을 마찰 결합시키는 구조를 갖는 나사산, 범프, 또는 리브와 같은 융기부 또는 융기면을 형성할 수 있다. 예를 들면, 작업편(60)을 결합시키도록 나선형 나사산이 각각의 쇼울더(22) 상에 제공될 수 있다. 핀(24)에는 용접 도중에 작업편(60)을 결합시키는 교반부가 또한 형성된다. 핀(22)의 교반부는 원통형이거나 또는 나선형 나사산, 외주 그루브, 리지, 테이퍼, 단차, 등을 포함하는 여러 가지 형상 및 외형을 형성할 수 있다.
액추에이터(30)는 공구(20), 즉 핀(24)을 가변 회전 속도로 회전시키는 구조를 가지며, 컨트롤러(50)에 의하여 제어될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 액추에이터(50)는 핀(24)을 어느 한쪽 회전 방향으로 약 0 내지 3000RPM(revolution per minute)의 평균 속도(Savg)로 회전시킬 수 있고, 일부 실시예에서 핀(24)은 전술한 속도 범위보다 더 빠른 속도로 회전할 수 있다. 또한, 핀(24)의 회전 속도는 용접 공정 내내 변경될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 예시된 바와 같이, 핀(24)의 회전 속도는 용접 공정 시작 시 시간 (T0)과 (T1) 사이의 개시 기간(100) 중에 증가된다. 다음에, 핀(24)의 회전 속도는 주기적으로 조정되거나 또는 최저 속도(Smin)와 최대 속도(Smax) 사이에서 조절된다. 예를 들면, 핀(24)의 회전 속도는 시간(T2, T4, T6)에서 최저 속도(Smin)로 감소되고, 시간(T3, T5, T7)에서 최대 속도(Smax)로 증가된다.
주기적인 변동은, 도 2에 예시된 바와 같이, 핀(24)의 회전 속도가 최저 속도(Smin)와 최대 속도(Smax) 사이에서 변하고, 이들 속도 중간에 평균 회전 속도(S avg)를 갖도록 사인 곡선으로 될 수 있다. 변동 주파수는 헤르쯔(Hz)로 나타내는 초당 변동 사이클 횟수에 의하여 정해진다. 일 회의 변동 사이클 도중에, 핀(24)의 회전 속도는 최저 속도(Smin)로부터 최대 속도(Smax)로 증가한 다음, 최대 속도(S max)로부터 최저 속도(Smin)로 느려진다. 핀(24)의 회전 속도의 변동 주파수는 작업편(60)의 두께, 재료, 또는 다른 기계적인 특성, 핀(24)이 경계면(70)을 따라 이동하여 용접부를 형성하는 속도, 핀(24)의 치수 및 표면 외형, 작업편(60)의 온도, 핀(24)의 회전 속도 및 속도 변화, 형성될 용접 조인트(80)의 치수 및 유형, 용접 조인트(80)의 원하는 기계적인 특성, 등에 따라 조정될 수 있다. 예를 들면, 변동 주파수는 상이한 입경과 같은 상이한 재료 특성을 구비한 구조 부재(60, 62)를 갖는 작업편(60)을 용접하기 위하여 증가될 수 있다. 또한, 변동 주파수는 핀(24)을 따라 축방향으로 연장되는 평면과 같은 핀(24) 상의 특징부의 각 분리에 따르거나 또는 핀(24)에 의하여 형성된 나사산 피치에 따라 부분적으로 결정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 변동 주파수는 약 0.1Hz 내지 100Hz 사이일 수 있다.
회전 속도의 변동 진폭은 변동 주파수를 결정하는데 사용된 계수와 동일하거나 또는 상이한 계수에 따라 또한 조정될 수 있다. 예를 들면, 진폭은 상응하는 더 넓거나 또는 더 좁은 용접 조인트(80)에 대하여 각각 증가 또는 감소될 수 있다. 진폭은 평균 속도(Savg)와 최대 또는 최저 속도(Smax, Smin) 중 어느 하나 사이의 속도차와 동일한다. 즉, 진폭은 최대 속도(Smax)와 최저 속도(Smin) 사이의 차이의 절반이다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 핀(24)은 약 100 내지 3000RPM 사이의 속도로 회전하고, 진폭은 핀(24)의 평균 회전 속도(Savg)의 약 1% 내지 200% 사이이다. 따라서, 최저 회전 속도(Smin)는 평균 회전 속도(Savg)의 99% 이하일 수 있고, 최대 회전 속도(Smax)는 핀(24)의 평균 회전 속도(Savg)의 101% 이상일 수 있다. 예를 들면, 핀(24)의 평균 회전 속도(Savg)는 시계방향으로 100RPM이고 회전 속도의 변동 진폭은 평균 회전 속도(Savg)의 50%인 경우, 최저 속도(Smin)는 약 50RPM(시계방향)이고 최대 속도(Smax)는 약 150RPM(시계방향)이다.
또한, 회전 속도의 변동 진폭은 핀(24)의 회전 방향이 동작 도중에 변하도록 핀(24)의 평균 회전 속도(Savg)보다 더 클 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 평균 회전 속도(Savg)는 100RPM이하이고 약 100 내지 1000RPM 사이인 변동 진폭을 갖는다. 따라서, 핀(24)은 제로 또는 제로보다 더 큰 평균 속도로 시계방향 및 시계 반대방향으로 교대로 회전하도록 회전 방향을 주기적으로 반전시킬 수 있다. 예를 들면, 핀(24)의 평균 회전 속도(Savg)는 시계방향으로 약 100RPM이고 회전 속도의 변동 진폭은 평균 회전 속도(Savg)의 약 15%인 경우, 최저 속도(Smin)는 시계 반대방향으로 약 50RPM이고 최대 속도(Smax)는 시계방향으로 약 250RPM이다. 대안으로서, 도 3에 예시된 바와 같이, 핀(24)은 평균 회전 속도(Savg)가 없고(즉, Savg = 0RPM), 제로보다 더 큰 진폭은 없다. 따라서, 핀(24)은 시계방향 및 시계 반대방향으로 연속적으로 회전하도록 도 3에 예시된 바와 같이 동작 도중에 시간(T1, T2, T3, T4, T5)에서 방향을 반전하여, 각 방향으로 최대 속도 및 최저 속도(S max, Smin)와 동일한 최대 속도를 각각 얻는다.
핀(24)의 회전 속도 감소로 인하여 핀(24)과 작업편(60)사이에 발생된 마찰열이 감소되는 것은 일반적이다. 따라서, 핀(24)의 회전 속도가 동작 중 적어도 잠시 동안에 약 100RPM 이하로 되는, 예를 들면, 핀(24)의 회전 방향이 주기적으로 반전되는 경우, 공구(20)의 쇼울더(22)는 핀(24)의 회전 속도가 감소되는 경우에도 핀(24)이 작업편을 통과할 수 있도록 작업편(60)을 소성시키거나 또는 작업편(60)을 거의 소성시키기 위하여 작업편(60)을 충분하게 마찰 결합시킬 수 있는 구조를 갖게할 수 있다. 예를 들면, 쇼울더(22)의 직경은 핀(24)의 직경의 5배 이상일 수 있으므로 쇼울더(22)는 핀(24)에 근접한 비교적 넓은 영역 상에 작용한다.
핀(24)의 회전 속도는 도 2 및 도 3에 예시된 사인 곡선 변동 외에 다른 패턴 또는 모델에 따라 조정될 수 있다. 예를 들면, 변동은 톱니, 램프, 직사각형 또는 삼각형 단차, 등의 형상을 특징으로 할 수 있다. 또한, 핀(24)의 속도는 연속적으로 변하는 도중에 상이한 최저 속도 및 최대 속도로 감소 및 증가될 수 있다. 예를 들면, 회전 속도는 소정의 선택된 속도 또는 무작위로 선택된 속도로 감소 및 증가될 수 있다. 또한, 변동 주파수는 용접 공정 내내 일정하게 유지되거나 또는 변할 수 있다. 예를 들면, 핀(24)의 회전 속도는 일부 기간 도중에는 일정하게 유지될 수 있고 다른 기간 도중에는 변할 수 있다.
핀(24)의 회전 속도 조정은 컨트롤러(50)에 의하여, 즉 컨트롤러(50)의 메모리에 기억된 스케줄 또는 프로그램에 따라 제어될 수 있다. 이와 관련하여, 컨트롤러(50)는 액추에이터(30)에 동력을 제공하는 전원(42)과 같은 파워 소스와 연통할 수 있다. 또한, 컨트롤러(50)는 액추에이터(30)에 제공되는 전류를 변하게 하는 전류 또는 전압 조절 장치로서 기능함으로써, 액추에이터(30)의 속도 및 핀(24)의 회전 속도를 조정한다. 대안으로서, 컨트롤러(50)는 핀(24)의 회전 속도를 제어하기 위하여 액추에이터(30)를 디지털로 제어, 예를 들면, 액추에이터(30)에 디지털 전기 신호를 전송하여 제어할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 장치(10)는 용접 공정 도중에 작업편(60)의 재료를 가열시키는 유도 히터(40)와 같은 히터를 포함할 수 있다. 유도 히터(40)는 작업편(60)이 원하는 온도까지 가열되도록 전원(42)에 전기적으로 연결되고 작업편(60)에 전류를 유도하는 구조를 갖는다. 대안으로서, 다른 유형의 히터, 예를 들면, 레이저, 전기 저항 히터, 가스 또는 다른 플레임 히터 등이 사용될 수 있다. 어떤 경우에는, 유도 히터를 사용하여 두꺼운 작업편을 작업편의 두께 전체에 균일하게 가열하고, 다른 표면 히터, 예를 들면, 레이저를 사용하여 얇은 작업편을 가열할 수 있다. 장치(10)에 사용된 히터(40)의 유형에 상관없이, 작업편(60)은 공구(20)에 의하여 마찰 교반 용접하기 이전, 도중, 및/또는 이후에 원하는 온도까지 가열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유도 히터(40)는 마찰 교반 용접하기 전에 원하는 온도까지 작업편(60)을 예열시키는데 사용된다. 작업편(60)을 예열하면 작업편(60)의 재료를 소성시키고 작업편(60)을 마찰 교반 용접하기 위하여 핀(24)과 작업편(60) 사이에 필요로 하는 마찰을 감소시킬 수 있다. 따라서, 일부 실시예에 있어서, 예열은 핀(24)이 작업편(60)을 통과할 수 있는 속도를 증가시키거나 또는 작업편(60)을 용접하도록 핀(24)에 인가되어야 하는 힘을 감소시킬 수 있다. 원하는 예열량은 작업편(60)의 두께, 재료, 또는 다른 기계적 특성, 핀(24)의 회전 속도, 용접 조인트(80)를 형성하도록 핀(24)이 경계면(70)을 통과하는 속도, 핀(24)의 치수, 작업편(60)의 개시 온도, 형성될 용접 조인트(80)의 유형, 용접 조인트(80)의 원하는 기계적인 특성, 등에 따라 변할 수 있다. 유도 히터(40)는 작업편(60)의 소성화 온도 이하인 "예열 온도"까지 작업편(60)을 가열시키는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 유도 히터(40)는 작업편(60)의 소성화 온도 이하인 온도까지 적어도 50℉만큼 작업편(60)을 가열시킬 수 있다.
유도 히터(40)는 마찰 교반 용접 공구(20)에 근접하는 구조로 될 수 있고, 작업편(60)의 단지 일부분만 한 번에 가열시키는 구조로 될 수 있다. 또한, 유도 히터(40)는 마찰 교반 용접 공구가 동작하기에 앞서서 경로 내의 작업편(60)을 따라 이동하는 구조로 될 수 있다. 따라서, 유도 히터(40)는 마찰 교반 용접 조인트(80) 영역으로부터 떨어져 있는 작업편(60)의 일부분이 단지 최소한으로 가열되거나 또는 전혀 가열되지 않도록 핀(24)에 근접한 작업편(60)의 일부분을 가열시키는 구조로 될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 유도 히터(40)는 마찰 교반 용접 공구(20) 또는 액추에이터(30)에 연결되거나, 그렇지 않으면 마찰 교반 용접 공구(20)로부터 일정한 간격으로 이격되어 유지된다. 따라서, 유도 히터(40)는 마찰 교반 용접 공구(20)와 동시에 유사한 속도로 이동할 수 있다. 대안으로서, 유도 히터(40)는 히터(40)가 용접 공구(20)와 독립적으로 이동하도록, 예를 들면, 컨트롤러(50)에 의하여 마찰 교반 용접 공구(20)와 별개로 제어될 수 있다. 따라서, 히터(40)는 공구(20) 속도와 상이한 속도록 이동할 수 있고, 원하는 가열에 따라 공구(20)에 더 근접하도록 또는 공구로부터 더 멀어지도록 조정될 수 있다. 또한, 유도 히터(40)에 의하여 달성된 작업편(60)의 가열량은 용접 공정 도중에, 예를 들면, 상이한 위치에 있는 작업편(60)의 상이한 물리적 특성, 핀(24)의 회전 속도 조정, 핀(24)이 작업편(60)을 통과하는 속도, 등에 따라 조정될 수 있다.
본 발명은 임의의 특정 공정 이론에 한정되는 것은 아니지만, 핀(24)의 회전 속도의 변화는 용접 도중에 작업편(60)의 소성 재료의 이동에 영향을 미치는 것으로 생각된다. 특히, 핀(24)의 회전 속도의 증가 및 감소는 일반적으로 작업편(60)의 소성 재료의 혼합을 증가시키는 것으로 생각된다. 또한, 히터(40)에 의하여 작업편(60)을 가열하면 핀(24)과 작업편(60) 사이의 마찰이 감소되는 한편, 작업편(60)은 여전히 소성될 수 있는 것으로 생각된다. 따라서, 핀(24)의 회전 속도의 변동은, 예를 들면, 히터(40)에 의한 작업편(60)의 가열 때문에, 핀(24)과 소성 재료 사이의 마찰력이 감소되는 경우에도 소성 재료의 혼합을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 핀(24)의 회전 속도는 히터(40)를 사용하지 않고 변경시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 마찰 교반 용접 조인트(80)는 핀(24)의 교반부 및 쇼울더(22)가 작업편(60)을 마찰 결합시키도록 회전형 마찰 교반 용접 공구(20)를 작업편(60)과 접촉되도록 이동시켜 형성된다. 회전형 마찰 교반 용접 공구(20)는 소정의 경로를 따라 작업편(60)을 통과할 수 있으므로 기다란 용접 조인트(80)가 형성된다. 따라서, 작업편(60)의 재료는 핀(24)에 의하여 혼합될 수 있고, 재료의 입경은 미세하게 되어 조인트(80)에 있는 재료의 재료 특성이 향상된다.
예를 들면, 용접 공구(20)는 쇼울더(22)가 작업편(60)의 표면과 접촉되어 작업편(60)의 소성 재료의 축방향 이동을 억제하도록, 회전 방향(12) 및 작업편(60)을 가압하는 방향(14)으로 작업편(60)의 에지에 위치되는 구조로 될 수 있다. 대안으로서, 용접 조인트(80)가 작업편(60)의 에지로부터 내측방향의 지점에서 시작 또는 종료되는 경우, 공구(20)는 용접 조인트(80)의 개시점에서 작업편(60) 내로 가압, 즉 "밀어 넣어지고", 이어서 작업편(60)을 용접한 후 작업편(60)으로부터 후퇴될 수 있다. 어느 경우이건, 쇼울더(22)가 작업편(60)에 맞대어 가하는 가압력은 쇼울더(22)와 대향하여 위치된 앤빌 또는 다른 지지 장치(도시되지 않음) 또는 핀(24)에 연결되며 쇼울더(22)로부터 작업편(60)과 대향하여 위치된 제2 쇼울더 장치에 의하여 반대로 될 수 있다. 따라서, 작업편(60)은 마찰 교반 용접하는 도중에 쇼울더(22)와 핀(24)에 근접한 다른 쇼울더 또는 지지 장치 사이에 "샌드위치"될 수 있다. 쇼울더(22) 및 제2 쇼울더 또는 다른 지지 장치는 소성 재료가 배출되는 것을 방지하는 밀봉부를 형성할 수 있다는 것이 장점이다. 따라서, 평면 또는 다른 원하는 외형이 용접 조인트(80)에서 작업편(60)의 반대쪽에 형성될 수 있다. 두 개의 쇼울더가 핀(24)에 부착되는 경우, 두 개의 쇼울더는 용접 도중에 축방향 힘이 공구(20)에 거의 인가되지 않거나 또는 전혀 인가되지 않도록 공구(20)가 작업편(60)에 축방향으로 맞대어지지 않도록 억제할 수 있다. 공구(20)가 방향(14)으로 가압될 때, 유도 히터(40)는 작업편(60)을 가열하고, 작업편(60)이 히터(40)에 의하여 예열된 다음 공구(20)에 의하여 소성되도록 공구(20)에 선행하여 경로 내에서 방향(16)으로 이동한다. 또한, 공구(20)의 방향(12)으로의 회전 속도는, 전술한 바와 같이, 주기적으로 조정되므로 작업편(60)의 소성 재료가 혼합된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 핀(24)은 각각이 독립적으로 회전가능한 하나 이상의 부분을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 예시된 공구의 핀(24)은 제1 및 제2 부분(25a, 25b)을 포함한다. 제2 부분(25b)은 제1 부분(25a)에 의하여 형성된 구멍(26)을 관통하여 연장되는 축(28)에 연결되므로, 제1 부분(25a)은 쇼울더(22) 및 제1 액추에이터(30a)에 결합될 수 있는 한편, 제2 부분(25b)은 제2 액추에이터(30b)에 의하여 결합된다. 액추에이터(30a, 30b)는 상이한 주기 변동으로 또는 상이한 소정의 스케줄에 따라 두 개의 부분(25a, 25b)을 회전시킬 수 있다. 예를 들면, 액추에이터(30a, 30b)는 동일하거나 또는 상이한 평균 속도, 최저 속도 및 최대 속도, 회전 방향, 변동 주파수, 변동 크기, 변동 형상 또는 특징, 변동 타이밍, 및/또는 다른 회전 양태로 두 개의 부분(25a, 25b)을 회전시킬 수 있다. 또한, 제1 부분(25a)은 제1 구조 부재(62)를 실질적으로 관통하는 구조를 가질 수 있고, 제2 부분(25b)은 제2 구조 부재(64)를 실질적으로 관통하는 구조를 가질 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 부분(25a, 25b)은 제1 및 제2 구조 부재(62, 64)의 재료 특성에 따라 각각 회전할 수 있으므로, 각각의 부분(25a, 25b)이 각 부재(62, 64)의 재료를 효과적으로 소성 및 혼합시킨다.
대안으로서, 두 개의 부분(25a, 25b)은 일체형 부재로 되거나 또는 두 개의 부분(25a, 25b)이 동일한 회전 속도 및 동일한 변동으로 함께 회전하도록 연결될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 예시된 바와 같이, 두 개의 부분(25a, 25b)은 쇼울더(22)로부터 연장되는 단일 부재일 수 있다. 또한, 제1 및 제2 부분(25a, 25b)은 구조 부재(62, 64)의 재료 특성, 형성될 용접 조인트(80)의 유형, 등에 따라 선택 또는 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 구조부(25a)의 직경은 핀(24)이 제2 구조 부재(64)보다 제1 구조 부재(62) 내의 재료와 더 많이 마찰 결합되도록 제2 부분(25b)의 직경보다 더 클 수 있다. 두 개의 부분(25a, 25b)의 직경이 상이하게 때문에, 제1 및 제2 부분(25a, 25b)을 동일한 회전 속도로 회전시키면 두 개의 부분(25a, 25b)의 외면의 속도가 상이하게 된다. 특히, 제1 부분(25a)의 외면은 제2 부분(25b)의 외면보다 작업편(60)에 대하여 더 빠르게 이동한다. 또한, 직경이 상이한 두 개의 부분(25a, 25b)은 상이한 회전 속도, 예를 들면, 도 4를 참조하여 기재한 바와 같이 회전하는 구조로 될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 핀(24)은 각각이 상이한 직경을 형성하거나 독립적으로 회전하는 구조를 갖는 세 개 이상의 부분을 형성할 수 있다. 예를 들면, 도 6에는 제1, 제2, 및 제3 부분(25a, 25b, 25c)을 포함하는 핀(24)을 갖는 공구(20)가 예시되어 있다. 도시된 바와 같이, 제1 및 제3 부분(25a, 25c)은 제2 부분(25b)의 직경보다 더 크다. 따라서, 제1 및 제3 부분(25a, 25c)은 작업편(60)내 재료의 보다 넓은 영역을 마찰 결합하거나 또는 작업편(60)의 대향하는 표면 상에 채널을 형성하는데 사용될 수 있다. 각각의 부분(25a, 25b, 25c)은 독립적으로 회전가능하거나, 또는 하나 이상의 다른 부분(25a, 25b, 25c)에 연결되어 함께 회전할 수 있다.
본 발명의 여러 가지 변형예 및 다른 실시예는 전술한 상세한 설명 및 첨부 도면에 기재된 지침의 장점을 갖는 본 발명에 따라 구현될 수 있다는 점을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 기재된 특정의 실시예에만 한정되지 않고 변형예 및 다른 실시예도 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에는 특정 용어가 사용되었으나, 이들 용어는 일반적이며 단지 설명을 위한 것으로서 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 장치는, 작업편에 맞대어 회전하고 가압되며 그 회전 속도가 주기적으로 및/또는 소정의 스케줄에 따라 조정되는 마찰 교반 용접 핀을 포함하는 마찰 교반 용접 공구를 제공함으로써, 재료를 효과적으로 소성시키고 혼합시켜 미세한 용접 조인트를 형성할 수 있고, 두꺼운 작업편을 포함하여 다양한 작업편을 여러 가지 용접기 및 공구를 사용하여 마찰 교반 용접할 수 있다.
도 1은 두 개의 작업편을 마찰 교반 용접하는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접 공구의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 용접 도중의 핀의 회전 속도의 변동을 예시하는 그래프이다.
도 3은 핀의 방향이 주기적으로 반전되는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰 교반 용접 도중의 핀의 회전 속도의 변동을 예시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 두 개의 독립적으로 회전가능한 부분을 구비한 핀을 갖는 마찰 교반 용접 공구를 예시하는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 직경이 상이한 두 부분을 구비한 마찰 교반 용접 공구를 예시하는 정면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 세 부분을 구비한 핀을 갖는 마찰 교반 용접 공구를 예시하는 정면도이다.

Claims (38)

  1. 작업편을 마찰 교반 용접하는 방법에 있어서,
    마찰 교반 용접 핀을 상기 작업편에 맞대어 가압하는 단계,
    상기 마찰 교반 용접 핀을 회전시키는 단계, 및
    상기 작업편을 마찰 교반 용접하도록 상기 마찰 교반 용접 핀의 회전 속도를 주기적으로 조정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 조정 단계는 상기 핀의 회전 속도를 약 0.1Hz 내지 100Hz 사이의 주파수로 주기적으로 조정하는 단계를 포함하는
    마찰 교반 용접 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조정 단계는 상기 핀의 회전 속도를 소정의 제1 속도와 제2 속도 사이에서 주기적으로 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조정 단계는 상기 핀의 회전 속도를 소정의 제1 속도와 제2 속도 사이에서 주기적으로 조정하는 단계를 포함하고, 상기 제1 속도는 적어도 약 100RPM이며 상기 제2 속도는 상기 제1 속도보다 더 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조정 단계는 상기 핀의 회전 속도를 소정의 제1 속도와 제2 속도 사이에서 주기적으로 조정하는 단계를 포함하고, 상기 제1 속도는 상기 핀의 평균 회전 속도의 99% 이하이며 상기 제2 속도는 상기 핀의 평균 회전 속도의 101% 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조정 단계는 상기 핀의 회전 속도를 사인 곡선(sinusoidal)의 속도 변동에 따라 주기적으로 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조정 단계는 상기 핀의 회전 방향을 주기적으로 반전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조정 단계는 상기 핀을 회전시키도록 가변 전류를 액추이에터에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 작업편을 상기 가압 단계 이전에 예열 온도까지 가열시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가열 단계는 유도 히터(induction heater)에 전류를 통하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 가열 단계는 상기 작업편의 소성화 온도 이하의 온도까지 상기 작업편을 적어도 50℉만큼 가열시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 작업편을 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 작업편은 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 및 스틸로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 가지를 포함하는
    것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 회전 단계는 독립적으로 회전가능한 제1 부분 및 제2 부분을 갖는 마찰 교반 용접 핀을 회전시키는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 조정 단계는 상기 조정 단계의 적어도 일시점에서 상기 제1 부분 및 제2 부분이 상이한 속도로 회전하도록, 상기 마찰 교반 용접 핀의 각 부분의 회전 속도를 주기적으로 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 핀을 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 핀은 상이한 직경을 형성하는 적어도 두 개의 부분을 갖는
    것을 특징으로 하는 방법.
  15. 작업편을 마찰 교반 용접하는 방법에 있어서,
    마찰 교반 용접 핀을 상기 작업편에 맞대어 가압하는 단계,
    상기 마찰 교반 용접 핀을 회전시키는 단계, 및
    상기 작업편을 마찰 교반 용접하도록 상기 마찰 교반 용접 핀의 회전 속도를 소정의 스케줄에 따라 조정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 조정 단계는 상기 핀의 회전 속도를 약 0.1Hz 내지 100Hz 사이의 주파수로 조정하는 단계를 포함하는
    마찰 교반 용접 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 조정 단계는 상기 핀의 회전 속도를 소정의 제1 속도와 제2 속도 사이에서 조정하는 단계를 포함하고, 상기 제1 속도는 적어도 약 100RPM이며 상기 제2 속도는 상기 제1 속도보다 더 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 조정 단계는 상기 핀의 회전 속도를 소정의 제1 속도와 제2 속도 사이에서 조정하는 단계를 포함하고, 상기 제1 속도는 상기 핀의 평균 회전 속도의 99% 이하이며 상기 제2 속도는 상기 핀의 평균 회전 속도의 101% 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 조정 단계는 상기 핀의 회전 방향을 반전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 조정 단계는 상기 핀을 회전시키도록 가변 전류를 액추에이터에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 작업편을 상기 가압 단계 이전에 예열 온도까지 가열시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 가열 단계는 유도 히터에 전류를 통하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 가열 단계는 상기 작업편의 소성화 온도 이하의 온도까지 상기 작업편을 적어도 50℉만큼 가열시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 작업편을 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 작업편은 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 및 스틸로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 한 가지를 포함하는
    것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 회전 단계는 독립적으로 회전가능한 제1 부분 및 제2 부분을 갖는 마찰 교반 용접 핀을 회전시키는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 조정 단계는 상기 조정 단계의 적어도 일시점에서 상기 제1 부분 및 제2 부분이 상이한 속도로 회전하도록, 상기 마찰 교반 용접 핀의 각 부분의 회전 속도를 소정의 스케줄에 따라 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제15항에 있어서,
    상기 핀을 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 핀은 상이한 직경을 형성하는 적어도 두 개의 부분을 갖는
    것을 특징으로 하는 방법.
  27. 마찰 교반 용접 장치에 있어서,
    작업편을 마찰 교반 용접하기 위하여 작업편에 맞대어 가압되는 구조를 갖는 회전가능한 핀,
    상기 핀을 회전시키는 액추에이터, 및
    상기 액추에이터를 조정함으로써 상기 핀의 회전 속도를 소정의 스케줄에 따라 조정하는 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 액추에이터를 주기적으로 조정함으로써 상기 핀의 회전 속도를 약 0.1Hz 내지 100Hz 사이의 주파수로 주기적으로 조정하는
    마찰 교반 용접 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 액추에이터를 주기적으로 조정함으로써 상기 회전 속도를 소정의 제1 속도와 제2 속도 사이에서 주기적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 액추에이터를 주기적으로 조정함으로써 상기 회전 속도를 소정의 제1 속도와 제2 속도 사이에서 주기적으로 조정하고, 상기 제1 속도는 적어도 약 100RPM이며 상기 제2 속도는 상기 제1 속도보다 더 큰 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 액추에이터를 주기적으로 조정함으로써 상기 핀의 회전 속도를 소정의 제1 속도와 제2 속도 사이에서 주기적으로 조정하고, 상기 제1 속도는 상기 핀의 평균 회전 속도의 99% 이하이며 상기 제2 속도는 상기 핀의 평균 회전 속도의 101% 이상인 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 액추에이터를 주기적으로 조정함으로써 상기 핀의 회전 속도를 사인 곡선으로 주기적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 핀의 회전 방향을 주기적으로 반전시키는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  33. 제27항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 액추에이터에 제공된 전류를 조정하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  34. 제27항에 있어서,
    상기 작업편을 가열하는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 히터는 유도 히터인 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  36. 제27항에 있어서,
    상기 핀은 독립적으로 회전가능한 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 핀은 상기 핀의 상기 제1 부분 및 제2 부분을 각각 독립적으로 회전시키는 제1 및 제2 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  38. 제27항에 있어서,
    상기 핀은 상이한 직경을 형성하는 적어도 두 개의 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
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