KR20060115256A

KR20060115256A - 인터쿨러 튜브 제조방법 및 그의 제조물

Info

Publication number: KR20060115256A
Application number: KR1020050037713A
Authority: KR
Inventors: 국진선
Original assignee: 알메탈주식회사
Priority date: 2005-05-04
Filing date: 2005-05-04
Publication date: 2006-11-08

Abstract

본 발명은 일체형 인터쿨러의 튜브 내에 복수개의 격벽을 열간압연 방식에 의해 일체형으로 형성하면서도 박판을 유지하여 경량화를 도모하고, 브레이징 방식에 의해 생산성이 매우 양호하고, 기계적 성질 및 방열특성과 같이 품질이 매우 우수한 인터쿨러 튜브 제조방법 및 그의 제조물을 제공하고자 한다.

본 발명의 인터쿨러 튜브 제조방법은 알루미늄합금인 피재와; 알루미늄합금인 심재가 복수면으로 적층된 클래드 판재를 이용하되, 열간압연용 판 두께를 갖는 클래드 판재를 성형하는 판재성형 단계(S10)와; 상기 단계(S10)를 통해 제조한 클래드 판재를 열간압연롤 및 성형롤을 갖는 성형장치에 통과시켜서 클래드 모재시트를 제작하되, 클래드 모재시트에 반절형 돌기 단면 형상이 형성되도록 하는 모재시트 제작단계(S11)와; 상기 제작한 클래드 모재시트를 조관하여 격벽 일체형 원형 튜브를 제작하는 제1튜브성형 단계(S12)와; 상기 격벽 일체형 원형 튜브를 복수개의 사각롤에 순차적으로 통과시켜 격벽 일체형 사각형 튜브를 제작하는 제2튜브성형 단계(S13)와; 상기 격벽 일체형 사각형 튜브를 브레이징 장치에 통과시키는 브레이징 단계(S14)를 수행한다.

클래드, 인터쿨러, 튜브, 격벽부, 브레이징

Description

인터쿨러 튜브 제조방법 및 그의 제조물{MANUFACTURING METHOD FOR INTER-COOLER TUBE AND PRODUCTION THEREOF}

도 1은 종래 기술에 따른 인터쿨러를 도시한 것으로서 그의 튜브구조를 설명하기 위한 확대 단면도,

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 인터쿨러 튜브 제조방법을 설명하기 위한 블록도,

도 3은 도 2에 도시된 제조방법에 의해 제조된 제1튜브 본체의 구성을 설명하기 위한 확대도,

도 4는 본 발명의 제조방법에 사용된 열간압연롤 및 성형롤을 설명하기 위해 일부분을 절개한 사시도,

도 5는 도 4에 도시된 성형롤을 통과하여 성형된 클래드 모재시트를 설명하기 위한 단면도,

도 6은 도 5 도시된 클래드 모재시트를 조관하여 만든 격벽 일체형 원형 튜브의 단면도,

도 7은 도 6에 도시된 격벽 일체형 원형 튜브를 복수개의 사각롤에 순차적으로 통과시켜 격벽 일체형 사각형 튜브를 제조하는 과정을 보인 프로세스 개념도,

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 인터쿨러 튜브 제조방법을 설명하기 위한 블록도,

도 9는 도 8에 도시된 제조방법에 의해 제조된 다른 클래드 모재시트를 설명하기 위한 단면도,

도 10은 도 9에 도시된 클래드 모재시트를 이용하여 제조된 제2튜브 본체의 구성을 설명하기 위한 확대도,

도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 인터쿨러 튜브 제조방법을 설명하기 위한 블록도,

도 12는 도 11에 도시된 제조방법에 의해 제조된 주름형 격벽 클래드 모재시트를 설명하기 위한 단면도,

도 13은 도 12에 도시된 클래드 모재시트를 이용하여 제조된 제3튜브 본체의 확대 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

96, 96', 96" : 클래드 모재시트

100, 100', 100" ... 튜브 본체

110 ... 튜브 외벽체

120, 120", 121, 122, 123 ... 격벽

본 발명은 인터쿨러 튜브 제조방법 및 그의 제조물에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 자동차용 멀티콘덴서와 같은 복잡한 통공형 튜브 내부에 복수개의 격벽을 정밀하고 신속하게 제조하는 인터쿨러 튜브 제조방법 및 그의 제조물에 관한 것이다.

일반적으로 대한민국 산업규격의 KS D 7043에는 알루미늄 합금 땜납 및 브레이징 시트(Aluminium alloy brazing filler metals and brazing sheets)에 관하여, 땜납에 사용하는 알루미늄합금 땜납(이하, '땜납'이라 한다) 및 브레이징 시트의 종류, 품질, 치수 및 그 허용차, 시험, 검사, 제품의 호칭방법과 표시 등을 규정하고 있다.

여기에서, 용어의 정의를 살펴보면, 시트와 플레이트는 동일한 개념으로 얇은 클래드 알루미늄합금 판재를 의미한다.

또한, 땜납은 단독으로 사용하는 것 또는 브레이징 시트의 피재로서 사용한 것을 의미한다.

또한, 심재는 브레이징 시트를 구성하는 주된 알루미늄합금으로 고상선 온도가 땜납의 액상선 온도보다 높은 것을 의미한다. 예컨대, 심재는 AL3003(용융온도 : 650℃), AL3N03, AL3N33, AL3005, AL3N43, AL6951 등과 같은 클래드 알루미늄합금 군(group)에서 선택된 1종의 알루미늄합금이다.

또한, 피재는 심재 표면에 클래드한 땜납을 의미한다. 예컨대, 피재는 AL4343(용융온도 : 610℃), AL4045, AL4N43, AL4N45 등과 같은 클래드 알루미늄합 금 군(group)에서 선택된 1종의 알루미늄합금이다.

또한, 희생양극재는 심재 표면에 클래드한, 심재보다 전위(potential state)가 낮은 알루미늄 합금을 의미한다.

또한, 클래드율은 브레이징 시트의 두께에 대한 피재의 두께(한면)의 비율(%)을 의미한다.

심재, 피재, 희생양극재는 모두 '알루미늄 합금번호'의 형식으로 구분된다. 알루미늄 합금번호는 'AL'과 숫자 또는 문자로 이루어진 네자리 번호로 표시된다.

희생양극재는 심재와 피재와의 관계 하에서, 주된 함유량의 심재를 전위차에 의해 피재가 희생하여 심재를 보호한다는 개념 하에 호칭되는 것으로서, 본 발명의 설명에서는 희생양극재는 심재의 표면에 클래드된 피재를 의미한다.

심재, 피재(희생양극재) 각각의 화학성분과, 심재, 피재를 이용한 브레이징 시트의 종류 및 기호의 종류, 치수 및 허용차, 브레이징 시트의 표준치수, 브레이징 시트의 피재의 클래드율의 허용차에 대한 상세한 설명은 KS D 7043에 개시되어 있으므로 여기에서 생략될 것이다.

또한, 본 발명의 이해를 돕기 위한 또 하나의 기술 규격인 KS D 6713의 알루미늄 및 알루미늄합금 용접관은 고주파 유도가열 용접(이하, '용접'이라 칭함)에 의해 앞서 언급한 브레이징 시트를 조관하여 파이프 또는 튜브 형상을 갖도록 제조한다.

종래 기술에 따른 인터쿨러와 그의 튜브 단면 구조에 관해 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 인터쿨러(1)는 자동차 흡기계에 사용되는 것으로서, 인터쿨 러(1)의 흡기 입구(2) 및 출구(3)가 결합된 일측 헤더 챔버(4)와, 일측 헤더 챔버(4)의 반대쪽에 위치한 타측 헤더 챔버(5)와, 이들 헤더 챔버(4, 5)의 사이에 내부 공간이 상호 관통하게 연결된 복수개의 튜브(6)와, 튜브(6) 사이사이에 배열된 복수개의 방열판(7)을 구비한다.

통상적인 인터쿨러(1)의 튜브(6)의 규격을 살펴보면, 튜브(6)의 판 두께가 0.4㎜ 이하이고, 전체 튜브 두께(폭)가 6㎜이며, 높이 70㎜, 길이는 인터쿨러(1)의 헤더 챔버(4, 5)간 거리에 상응한 길이를 갖는다.

그러한 튜브(6)는 원을 통해 확대 도시한 바와 같이, 튜브(6)의 내부에 횡방향으로 연장되면서 종방향으로 소정 간격을 유지하는 복수개의 격벽(8)들을 삽입시키고 있다. 삽입된 모든 격벽(8)들을 비롯하여 튜브(6)는 클래드 판재로 이루어져 있다. 격벽(8)과 튜브(6)는 심재(예 : AL3003)의 외부에 피재(예 : AL4343)를 클래드시키고 있으며, 용접 및 브레이징 가공시 튜브(6)와 격벽(8)의 심재가 상호 용융됨에 따라, 결국 격벽(8)과 튜브(6)의 접촉 부위 또는 근접 부위에는 각각 용접 부위(9)가 형성된다.

그러나, 종래 기술에 따른 용접 방식의 인터쿨러 튜브는 전량 독일에서 수입되고 있어 국산화가 시급한 실정이다.

또한, 종래 기술에 따른 용접 방식의 인터쿨러 튜브는 튜브 외형상 자체의 생산성이 비교적 우수(100m/분)함에도 불구하고, 튜브와 별도로 복수개의 격벽을 수치별로 제작한 후 튜브 내부에 복수개의 격벽을 별도로 조립 배열하는 공정에 관해서는 오히려 생산성이 매우 떨어지고 조립 배열 작업 자체가 매우 까다롭고 어려 움과 함께, 제품 제조 관리가 매우 난해한 단점을 갖고 있다.

이러한 용접 방식 이외에도 종래 기술의 다른 인터쿨러 튜브에서는 복수개의 격벽을 튜브의 내부에 형성하기 위해서 압출 방식을 취하고 있다.

압출 방식의 인터쿨러 튜브는 디자인 가용성이 우수하고, 소재비용이 저렴(A1000)하며, 제조원가가 저렴한 반면, 생산성 저하(10m/분)와, 박판제조 불가(최소 판 두께 0.5㎜ 이상)이고, 부식 문제가 발생되며, 기계적 성질이 저하되며, 상대적으로 제품이 무거워 자동차 용품으로 부적합한 절대적 단점을 갖고 있으며, 이는 국산화되어 있는 실정이다.

마지막으로, 상기 방식들 이외에도 종래 기술의 또 다른 인터쿨러 튜브에서는 판재를 프레싱하여 사용하는 적층 방식을 취하고 있다. 이 경우에서는 용접 또는 압출을 하지 않는 대신에 디자인 가용성이 매우 떨어질 뿐만 아니라 프레스금형 비용이 고가이므로, 국산화는 되어 있으나, 그의 사용량이 10%도 안 되는 실정에 있다.

그리하여, 대한민국을 비롯하여 세계의 자동차 산업 업계에서는 용접 방식(단가문제)의 튜브보다 압출 방식의 튜브를 더 사용하려 하였으나, 제품 중량화 문제와 생산성 저하 및 부식 문제, 기계적 성질 저하 등의 문제를 해결하지 못한 상태에서 고가의 용접 방식의 고품질 제품을 여전히 사용하고 있는 실정이다.

이에, 본 출원인은 용접 방식이면서도, 제조원가가 저렴하고 생산성이 뛰어나며, 수작업을 통해 격벽을 튜브 내부에 배열시킬 필요가 없으면서도, 격벽의 일부분이 튜브의 내표면에 일체형으로 형성되어 있는 새로운 기술에 대한 많은 연구 노력과 시행착오를 거쳐서 하기와 같이 본 발명에서 해결하려는 목적 달성을 이루게 되었다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 일체형 인터쿨러의 튜브 내에 복수개의 격벽을 열간압연 방식에 의해 일체형으로 형성하면서도 박판을 유지하여 경량화를 도모하고, 브레이징 방식에 의해 생산성이 매우 양호하고, 기계적 성질 및 방열특성과 같이 품질이 매우 우수한 인터쿨러 튜브 제조방법 및 그의 제조물을 제공하는데 있다.

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 알루미늄 합금번호 AL4343, AL4045, AL4N43, AL4N45를 포함한 클래드 알루미늄합금 군(group)에서 선택된 1종의 알루미늄합금인 피재와; 알루미늄 합금번호 AL3003, AL3N03, AL3N33, AL3005, AL3N43, AL6951을 포함한 클래드 알루미늄합금 군에서 선택된 1종의 알루미늄합금인 심재가 복수면으로 적층된 클래드 판재를 이용한 인터쿨러 튜브 제조방법에 있어서, 열간압연용 판 두께를 갖는 클래드 판재를 성형하는 판재성형 단계와; 상기 단계를 통해 제조한 클래드 판재를 열간압연롤 및 성형롤을 갖는 성형장치에 통과시켜서 클래드 모재시트를 제작하되, 클래드 모재시트에 반절형 돌기 단면 형상이 형성되도록 하는 모재시트 제작단계와; 상기 제작한 클래드 모재시트를 조관하여 격벽 일체형 원형 튜브를 제작하는 제1튜브성형 단계와; 상기 격벽 일체형 원형 튜브를 복수개의 사각롤에 순차적으로 통과시켜 격벽 일체형 사각형 튜브를 제작하는 제2튜브성형 단계와; 상기 격벽 일체형 사각형 튜브를 브레이징 장치에 통과시키는 브레이징 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 인터쿨러 튜브 제조방법에 의해 달성된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 인터쿨러 튜브 제조방법의 제조물로서 제작된 인터쿨러 튜브가 제공되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 인터쿨러 튜브는 브레이징 또는 피니싱(finishing) 가공된 튜브 본체와; 상기 튜브 본체의 외곽 부위에 해당하는 사각 튜브 형상의 튜브 외벽체와; 상기 튜브 외벽체의 내측면에서 일체형으로 형성되어 있되 끝단이 상호 마주보게 각각 돌상된 반절형 돌기 단면형상인 복수개의 격벽을 포함하고, 상기 각각의 격벽의 끝단이 상호 근접 또는 접촉된 상태에서 브레이징에 의해 합체되어 있는 것이 바람직하다.

아래에서, 본 발명에 따른 인터쿨러 튜브 제조방법 및 그의 제조물에 대한 양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

제1실시예

도면에서, 도 1은 종래 기술에 따른 인터쿨러를 도시한 것으로서 그의 튜브구조를 설명하기 위한 확대 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 인터쿨러 튜브 제조방법을 설명하기 위한 블록도이다. 또한, 도 3은 도 2에 도시된 제조방법에 의해 제조된 제1튜브 본체의 구성을 설명하기 위한 확대도이고, 도 4는 본 발명의 제조방법에 사용된 열간압연롤 및 성형롤을 설명하기 위해 일부분을 절개한 사시도이다. 그리고, 도 5는 도 4에 도시된 성형롤을 통과하여 성형된 클래드 모재시트를 설명하기 위한 단면도이고, 도 6은 도 5 도시된 클래드 모재시트를 조관하여 만든 격벽 일체형 원형 튜브의 단면도이며, 도 7은 도 6에 도시된 격벽 일체형 원형 튜브를 복수개의 사각롤에 순차적으로 통과시켜 격벽 일체형 사각형 튜브를 제조하는 과정을 보인 프로세스 개념도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 인터쿨러 튜브 제조방법에서는 먼저, 열간압연용 판 두께를 갖는 클래드 판재를 성형하는 판재성형 단계(S10)를 수행한다.

여기서, 클래드 판재는 단면, 또는 양면의 피재와, 그러한 피재에 적층된 심재로 이루어진 통상의 클래드 시트 또는 플레이트를 의미한다. 그리고 열간압연용 판 두께는 앞서 종래 기술에서 언급된 판 두께(0.3㎜ ∼ 0.4㎜)보다 상대적으로 두꺼운 두께, 예컨대 0.5㎜ ∼ 2㎜ 정도 인 것이 바람직하다. 왜냐면, 전체 튜브 두께 6㎜이며, 높이 70㎜ 정도로 소정 규격을 만족하는 인터쿨러 튜브를 제조시, 격벽이 차지할 용적량과 튜브 벽체 자체가 차지할 용적량을 고려하여, 튜브 벽체에서 격벽이 일체형으로 돌상될 수 있게 하기 위함이다.

이렇게 성형된 열간압연용 판 두께를 갖는 클래드 판재는 클래드 알루미늄합금 군에서 예시적으로 선택된 1종의 알루미늄합금(예 : AL4343) 재질로서 두께 비율 30%를 갖는 일측 면에 형성된 제1피재와; 클래드 알루미늄합금 군에서 예시적으로 선택된 1종의 다른 알루미늄합금(예 : AL3003) 재질로서 두께 비율 40%를 갖는 심재와, 상기 제1피재와 동일 재질로서 심재의 타측면에 형성된 제2피재로 이루어진 것이 바람직하다.

여기서, 비교예로서 통상적인 클래드 판재는 피재의 두께 비율이 10%, 심재의 두께 비율이 90%이다.

그럼에도 불구하고, 본 발명의 열간압연용 판 두께를 갖는 클래드 판재가 비교예에서 설명한 바와 같은 두께 비율과 달리, 소정의 두께 비율을 갖는 이유는, 하기와 같이 열간압연롤 및 성형롤을 통해 외형상 변경이 가해지더라도 심재의 외피 부위에 피재가 균일하게 배치되도록 하기 위함이다.

한편, 판재성형 단계(S10) 이후에는, 상기 단계(S10)를 통해 제조한 클래드 판재를 열간압연롤 및 성형롤을 갖는 성형장치에 통과시켜서 클래드 모재시트를 제작하되, 클래드 모재시트에 반절형 돌기 단면 형상이 형성되도록 하는 모재시트 제작단계(S11)가 수행된다.

모재시트 제작단계(S11)에서 사용할 성형장치는 도 4에 도시되어 있고, 도 4의 설명을 통해서 상세히 설명하도록 하겠다.

즉, 성형장치의 열간압연롤은 상기 단계(S10)를 통해 제조한 클래드 판재를 적정한 형상 변형 온도로 열간가열한다. 또한, 성형장치의 성형롤은 그의 일측이 되는 지지롤과 타측이 되는 요철롤 사이에 상기 열간가열된 클래드 판재를 통과시켜서, 결국 클래드 모재시트를 제조한다.

클래드 모재시트는 박판 형상의 튜브 외벽체와, 그러한 튜브 외벽체의 일측 면에서 각각 복수개로 돌기된 반절형 돌기 단면형상을 일체형으로 갖는 클래드 모 재시트로 이루어져 있다(도 5참조).

모재시트 제작단계(S11) 이후에는, 상기 제작한 클래드 모재시트를 조관하여 격벽 일체형 원형 튜브를 제작하는 제1튜브성형 단계(S12)가 수행된다.

제1튜브성형 단계(S12)에서는 통상의 고주파 유도가열 용접으로 클래드 모재시트의 양쪽 끝단을 맞대기 용접함에 따라 원형 튜브 형상의 튜브 외벽체를 형성한다.

클래드 모재시트의 양쪽 끝단을 맞대기 용접 한 곳은 본 발명의 기준 용접부위에 해당한다.

이때, 튜브 외벽체의 내측면에는 상기 반절형 돌기 단면형상이 튜브 축심을 각각 향하도록 일체형으로 형성되게 된다(도 6참조).

제1튜브 제작 단계(S12) 이후에는, 격벽 일체형 원형 튜브를 복수개의 사각롤에 순차적으로 통과시켜 격벽 일체형 사각형 튜브를 제작하는 제2튜브성형 단계(S13)가 수행된다.

제2튜브성형 단계(S13)에서는 상기 기준 용접부위를 튜브 본체의 최상 지점에 위치시키는 것을 기준으로, 격벽 일체형 원형 튜브는 원형단면을 갖는 제1사각롤과, 타원형단면을 갖는 제2사각롤과, 사각형단면을 갖는 제3사각롤을 순차적이면서 단계별로 통과하게 된다(도 7참조).

제3사각롤을 통과한 격벽 일체형 사각형 튜브는 도 3에 도시한 바와 같은 단면 형상을 갖는다(도 3참조).

여기서, 격벽에 해당하는 각각의 반절형 돌기 단면형상의 끝단들은 상호 마 주보게 접촉되거나 근접되어 있다.

제2튜브성형 단계(S13) 이후에는, 격벽 일체형 사각형 튜브를 브레이징 장치에 통과시키는 브레이징 단계(S14)가 수행된다.

브레이징 단계(S14)에서는 상기 격벽에 해당하는 각각의 반절형 돌기 단면형상의 끝단들이 상호 마주보게 접촉되거나 근접되어 있는 부위는 심재 외부에 위치한 피재에 해당하며, 적정 브레이징 온도에 의해 각각의 반절형 돌기 단면형상의 끝단의 피재만 용융되어 상호 접합된다.

이런 브레이징 단계(S14) 이후에는 브레이징 가공된 격벽 일체형 사각형 튜브의 표면이 피니싱 가공에 의해 균일하게 되는 마감처리 단계를 더 포함한다.

이하, 본 발명의 인터쿨러 튜브 제조방법에 의해 제조된 제조물에 해당하는 인터쿨러 튜브에 대해서 상세히 설명하도록 하겠다.

도 3에 도시한 바와 같이, 브레이징 또는 피니싱 가공된 제1튜브 본체(100)는 조관 후 복수개의 사각롤 가공에 의해 클래드 모재시트의 튜브 외벽체(110)를 사각 튜브 형상으로 형성한 것으로서, 끝단이 상호 마주보게 각각 돌상된 반절형 돌기 단면형상인 복수개의 격벽(120)을 상기 튜브 외벽체(110)의 내측면에 일체형으로 형성하고 있되, 상기 각각의 격벽(120)의 끝단이 상호 근접 또는 접촉된 상태에서 브레이징에 의해 합체되어 있는 것을 특징으로 한다.

예시적인 제1튜브 본체(100)의 규격은, 전체 튜브 두께(w) 6㎜이고, 높이(h)는 70㎜이다. 여기서, 튜브 외벽체(110) 또는 격벽(120)의 판 두께(s) 0.3㎜ ∼ 0.4㎜이고, 격벽(120)간 이격 거리(b)는 10㎜ ∼ 15㎜이고, 격벽(120)의 높이(a)는 2.6㎜ ∼ 2.7㎜이다. 따라서, 하변(130)의 내부 폭의 거리(c)는 격벽(120)의 높이(a)의 두 배에 해당하는 것으로서, 5.2㎜ ∼ 5.4㎜가 될 수 있다.

도 4에는 모재시트 제작에 사용한 성형장치(50)를 보여주고 있다.

성형장치(50)는 복수 쌍의 열간압연롤(51, 52)을 갖는다.

열간압연롤(51, 52)은 열간압연용 판 두께를 갖는 클래드 판재(60)를 소정 형상 변형 온도로 가열하는 통상의 히터수단(도시 안됨)을 더 구비하여, 히터수단에서 발열한 열을 원주표면을 통해 외부로 전달시킬 수 있도록 되어 있다.

열간압연롤(51, 52)은 상하 이격 간극의 사이에 클래드 판재(60)를 통과시키면서, 상기 히터수단으로부터 발열된 열을 이용하여 클래드 판재(60) 전체를 연속적으로 가열시킨다.

가열된 클래드 판재(60)는 열간압연롤(51, 52)의 진행방향상에 배열된 성형장치(50)의 성형롤(53) 쪽으로 공급된다.

성형롤(53)은 그의 일측(하측)에 배치된 단차를 갖고 있으면서 각각 평활한 원주면을 갖는 지지롤(53a)과, 그의 타측(상측)에 배치된 요철 원주면을 갖는 요철롤(53b)로 이루어진 것으로서, 상기 열간압연롤(51, 52)을 통과하면서 가열된 클래드 판재(60)를 요철 단면 형상을 갖는 클래드 모재시트(96)로 제조하는 장치이다(도 5와 병행 참조).

지지롤(53a)은 그의 중심부에 상대적으로 직경이 큰 원주면을 갖는 돌출 원주부와, 그러한 중심 원주부의 좌, 우측에 배열되고 동일 레벨로 일치되며 중심 원주부의 직경보다 상대적으로 작은 직경을 갖는 기본 원주부로 이루어져 있다.

기본 원주부를 기준으로 돌출 원주부의 돌출 높이는 클래드 모재시트(96)에 돌상될 격벽(120)의 높이와 대등하게 정해진다.

또한, 돌출 원주부의 폭은 클래드 모재시트(96)의 중간 부위에서 비교적 넓은 거리, 즉 하변(130)의 거리(c)에 격벽(120)간 이격 거리의 두 배에 해당하는 거리(2b+c)를 갖도록 형성하기 위한 것이다.

즉, 돌출 원주부의 폭에 해당하는 거리(2b+c)는 본 발명의 튜브 본체의 하변(130)의 내부 폭의 거리(c)에 격벽(120)간 이격 거리(b)의 두 배 거리(2b)를 더한 값이다.

도 5와 병행 참조하면, 지지롤(53a)과 요철롤(53b)로 이루어진 성형롤(53)에 의해서, 클래드 모재시트(96)는 판상의 튜브 외벽체(110)와, 상기 튜브 외벽체(110)의 상부 표면에 일체형으로 돌상되어서 격벽(120)의 높이(a)(도 3참조)의 1/2에 해당하는 반절형 돌기 단면형상을 갖는다.

클래드 모재시트(96)의 전체 좌/우 폭 길이는 본 발명의 튜브 본체의 원주거리와 대등하다.

이런 튜브 외벽체(110)와 복수개의 격벽(120) 등을 갖는 클래드 모재시트(96)는 통상의 조관 장치에 투입된다.

조관 장치에서 고주파 유도가열 용접이 동시에 수행될 수 있게 반원 홈을 갖는 한 쌍의 압착롤(pressure roll)은 투입된 클래드 모재시트(96)의 튜브 외벽체(110)를 원형 튜브 형상으로 말아서 상기 제1튜브성형 단계와 같이 조관 작업을 수행한다.

그 결과, 클래드 모재시트(96)는 도 6과 같은 단면 형상에 상응한 원형 관체, 즉 원형 튜브 형상의 격벽 일체형 원형 튜브(97)로 제작된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 1/2의 격벽(120)들은 격벽 일체형 원형 튜브(97)에서 반절형 돌기 단면형상에 해당하는 것으로서, 각각 원형 튜브(97)의 축심 쪽으로 자연스럽게 향하게 된다.

격벽 일체형 원형 튜브(97)의 상부에는 상기 클래드 모재시트의 양쪽 끝단이 맞대기 용접된 기준 용접부위(97a)가 존재한다. 기준 용접부위(97a)는 고주파 유도가열 용접에 의해 형성된 것으로서, 상기 격벽 일체형 원형 튜브(97)의 외주면에서 축심방향을 따라 연장되어 있다.

지름방향을 기준으로 기준 용접부위(97a)의 반대쪽에는 하변(130)을 포함한 부채꼴 형상의 부위가 형성되어 있다.

이러한 격벽 일체형 원형 튜브(97)는 제2튜브성형 단계에서 언급한 복수개의 사각롤(제1사각롤, 제2사각롤, 제3사각롤)을 통과하면서 직선변에 의한 직사각형 단면 형상을 갖게 성형된다.

즉, 도 7에 도시한 바와 같이, 격벽 일체형 원형 튜브(97)의 통과 시작 지점을 기준으로 원형단면을 갖는 제1사각롤(70)과, 타원형단면을 갖는 제2사각롤(71)과, 사각형단면을 갖는 제3사각롤(72)이 순차적으로 배열되어 있다.

즉, 격벽 일체형 원형 튜브(97)는 제1사각롤(70)과 제2사각롤(71)을 통과하여 타원형의 튜브 외벽체(98)로 성형된다.

타원형의 튜브 외벽체(98)는 다시 제3사각롤(72)을 통과하면서 격벽 일체형 사각형 튜브(99)가 된다.

이러한 격벽 일체형 사각형 튜브(99)는 브레이징 장치(73)에 의해 브레이징 되면서, 결국 끝단이 1:1로 맞대어진 1/2의 격벽(120)들이 상호 합체된다.

또한, 격벽 일체형 사각형 튜브(99)에서 용접 비드 등은 절삭에 의해 제거하거나 표면광택을 수행하는 피니싱 가공 등에 의해 마감처리되며, 이런 마감처리 후에 본 발명의 제1튜브 본체(100)가 완성된다.

제2실시예

이 실시예에서 설명하는 본 발명의 인터쿨러 튜브 제조방법 및 그의 제조물에서는 지그재그형으로 격벽이 형성되어 있는 것을 제외하고는 제1실시예에 비해 기술적 사상이 동일하다. 그러므로, 도 2 내지 도 10에서 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일하거나 유사한 도면부호가 부여될 것이며, 이것들에 대한 설명은 여기에서 생략될 것이다.

도면에서, 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 인터쿨러 튜브 제조방법을 설명하기 위한 블록도이고, 도 9는 도 8에 도시된 제조방법에 의해 제조된 다른 클래드 모재시트를 설명하기 위한 단면도이고, 도 10은 도 9에 도시된 클래드 모재시트를 이용하여 제조된 제2튜브 본체의 구성을 설명하기 위한 확대도이다.

먼저, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 인터쿨러 튜브 제조방법에서는 역시, 제2실시예에 따른 열간압연용 판 두께를 갖는 클래드 판재를 성형하는 판재성형 단계(S20)를 수행한다.

여기서 사용되는 클래드 판재도 앞서 설명한 바와 같이 유사하게 판 두께인 0.7㎜ ∼ 2㎜ 정도를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 클래드 판재는 클래드 알루미늄합금 군에서 예시적으로 선택된 1종의 알루미늄합금 재질로서 두께 비율 20% ∼ 30%를 갖는 일측 면에 형성된 피재와; 클래드 알루미늄합금 군에서 예시적으로 선택된 1종의 다른 알루미늄합금 재질로서 두께 비율 70% ∼ 80%를 갖는 심재로 이루어진 단면 클래드 판재일 수 있고, 앞서 제1실시예에서 설명한 바와 같은 두께 비율을 갖는 양면 클래드 판재일 수 있다.

상기 판재성형 단계(S20) 이후에는 도 9에 도시된 바와 같은 요철 형상을 성형할 수 있는 성형롤 및 열간압연롤을 포함한 소정의 성형장치를 이용하여 지그재그형으로 용접될 수 있는 격벽을 갖는 클래드 모재시트 제작단계(S21)가 진행된다.

지그재그형으로 용접될 수 있는 격벽을 갖는 클래드 모재시트(96')는 도 9에 도시한 바와 같은 중앙 부위에 하변(130)을 포함하여 격벽(121, 122, 123)간 이격 거리(b) 및 격벽(121, 122, 123)의 두께를 고려한 소정 폭의 거리(3b+c+s)를 갖는 중앙 부위가 형성되어 있다.

여기서, 'c'는 하변(130)의 내부 폭의 거리이고, '3b'는 완성된 튜브에서 격벽(121)과 다른 격벽(123)간 이격 거리(b)의 세 배에 해당하는 거리를 의미하며, 's'는 격벽(121, 122, 123) 각각의 두께 거리를 의미한다.

즉, 클래드 모재시트(96')에서 중앙 부위를 제외한 격벽(121, 122, 123)들은 완성된 튜브의 격벽 이격 거리(b)에 두 배되는 거리(2b)에 격벽(121, 122, 123)의 두께를 더한 거리를 유지하면서 형성된다.

이런 이유는, 결국 격벽(121, 122, 123)의 끝단이 용접되는 용접위치가 튜브의 좌측 벽체와 우측 벽체에 지그재그로 배열 및 고정될 수 있게 하기 위한 것이다.

한편, 클래드 모재시트 제작단계(S21) 이후에는, 상기 제작된 클래드 모재시트를 조관하여 격벽이 지그재그형으로 배열된 원형 튜브를 제작하는 제1튜브성형 단계(S22)가 수행된다.

제1튜브성형 단계(S22) 이후에는, 상기 격벽이 지그재그형으로 배열된 원형 튜브를 복수개의 사각롤에 순차적으로 통과시켜 격벽이 높이 방향을 기준으로 상호 이격되며 수평하게 지그재그로 배열된 사각형 튜브를 제작하는 제2튜브성형 단계(S23)가 수행된다.

제2튜브성형 단계(S23) 이후에는, 상기 사각형 튜브를 브레이징 장치에 통과시켜 격벽의 끝단과 사각형 튜브의 내측면이 접합되는 사각형 튜브의 브레이징 단계(S24)가 수행되어, 결국 제2튜브 본체(100')가 완성된다.

도 9는 제2튜브 본체(100')를 위해서 상기 모재시트 제작단계를 통해 가공된 지그재그형 클래드 모재시트(96')를 보여주고 있다.

도 10은 상기 클래드 모재시트(96')를 이용하여 제조한 제2튜브 본체(100')를 보여주고 있다.

제2튜브 본체(100')의 상부에는 클래드 모재시트의 양쪽 끝단을 맞대기 용접(조관 작업시 고주파 유도가열 용접)시켜 형성한 기준 용접부위(97a')가 존재한다.

제2튜브 본체(100')는 그의 내부에 격벽(121, 122, 123)을 높이 방향으로 상 호 이격되며 수평하게 배열하되, 튜브 외벽체의 일측 내표면에서 돌상된 복수개의 상기 격벽(121, 122, 123)의 끝단이 지그재그형으로 상기 튜브 외벽체의 타측 내표면에 브레이징 가공에 의해 합체되어 있는 것이 바람직하다.

이런 제2튜브 본체(100')는 제1실시예의 제1튜브 본체보다 돌기의 개수가 작음으로써, 금형 제작 비용 감소 등의 부가적인 효과가 발생될 수 있다.

제3실시예

이 실시예에서 설명하는 본 발명의 인터쿨러 튜브 제조방법 및 그의 제조물에서는 상대적으로 더욱 박판의 주름형 두께를 갖도록 성형된 클래드 판재에 의해 주름형 격벽이 형성되어 있는 것을 제외하고는 제1, 제2실시예에서 일체형으로 격벽을 형성하는 기술적 사상과 동일하다. 그러므로, 도 2 내지 도 13에서 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일하거나 유사한 도면부호가 부여될 것이며, 이것들에 대한 설명은 여기에서 생략될 것이다.

도면에서, 도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 인터쿨러 튜브 제조방법을 설명하기 위한 블록도이고, 도 12는 도 11에 도시된 제조방법의 주름형 격벽 클래드 모재시트를 설명하기 위한 단면도이며, 도 13은 도 12에 도시된 클래드 모재시트를 이용하여 제조된 주름형 격벽을 갖는 사각형 튜브의 확대 사시도이다.

먼저, 도 11 내지 도 13에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 인터쿨러 튜브 제조방법에서는 역시, 제3실시예에 따른 열간압연용 판 두께(예 : 제1 또는 제2실시예에 기재된 튜브 외벽체 또는 격벽의 판 두께(s) 0.3㎜ ∼ 0.4㎜의 1/2 정 도)를 갖는 클래드 판재를 성형하는 판재성형 단계(S30)를 수행한다.

즉, 제3실시예의 클래드 판재는 0.15㎜ ∼ 0.2㎜ 정도를 갖는 것이 바람직하다.

상기 판재성형 단계(S30) 이후에는 도 10에 도시된 바와 같은 주름 형상을 성형할 수 있는 소정의 주름 성형기를 이용한 주름형 클래드 모재시트 제작단계(S31)가 진행된다.

상기 제작단계(S31)를 통해서 주름형 클래드 모재시트(96")는 격벽(120")의 일측 면과 타측 면은 기계적으로 매우 기밀하게 접촉된 상태를 유지하고 있다.

한편, 주름형 클래드 모재시트 제작단계(S31) 이후에는, 상기 제작된 주름형 클래드 모재시트를 조관하여 주름형 격벽(120")을 갖는 원형 튜브를 제작하는 제1튜브성형 단계(S32)가 수행된다.

제1튜브성형 단계(S32) 이후에는, 주름형 격벽(120")을 갖는 원형 튜브를 복수개의 사각롤에 순차적으로 통과시켜 주름형 격벽을 갖는 사각형 튜브를 제작하는 제2튜브성형 단계(S33)가 수행된다.

제2튜브성형 단계(S33) 이후에는, 상기 주름형 격벽을 갖는 사각형 튜브를 브레이징 장치에 통과시켜 각각의 주름형 격벽(120")의 끝단이 상호 접합됨과 동시에 주름형 격벽(120") 자체에서도 일측면과 타측면이 합체되는 사각형 튜브의 브레이징 단계(S34)가 수행되어, 결국 제3튜브 본체(100")가 완성된다.

제3튜브 본체(100")는 격벽(120") 또는 튜브 외벽체에서 단면 또는 양면이 더 겹친 복수면 클래드 적층 구조(외부 피재, 내부 심재, 내부 피재, 내부 심재, 외부 피재가 순차적으로 적층된 구조)를 갖기 때문에, 더욱 견고하고 구조적 특성값이 뛰어난 고품질을 유지할 수 있게 된다.

본 발명의 인터쿨러 튜브 제조방법은 생산성이 높은 용접 방식을 이용하면서도 튜브 내부에 별도의 격벽을 배열할 필요 없이, 튜브 외형상 성형시에 격벽이 일체형으로 형성됨에 따라 제작 효율이 매우 높고, 고품질의 제품을 대량으로 양산할 수 있고, 제품 제조 관리가 매우 용이한 장점을 갖고 있다.

또한, 본 발명의 인터쿨러 튜브 제조방법에 의해 제조된 튜브 본체는 다양한 방식에 의해 격벽을 일체형으로 튜브 내부에 형성하고 있고, 격벽 또는 튜브 외벽체의 판 두께가 박판(0.3㎜ ∼ 0.4㎜)임으로써, 매우 가벼운 제품이며, 부식 문제가 발생되며, 기계적 성질이 저하 등의 기존 압출 방식에 의한 문제점을 일소에 해소할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 인터쿨러 튜브 제조방법 및 그의 제조물에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적 으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

알루미늄 합금번호 AL4343, AL4045, AL4N43, AL4N45를 포함한 클래드 알루미늄합금 군(group)에서 선택된 1종의 알루미늄합금인 피재와; 알루미늄 합금번호 AL3003, AL3N03, AL3N33, AL3005, AL3N43, AL6951을 포함한 클래드 알루미늄합금 군에서 선택된 1종의 알루미늄합금인 심재가 복수면으로 적층된 클래드 판재를 이용한 인터쿨러 튜브 제조방법에 있어서,

열간압연용 판 두께를 갖는 클래드 판재를 성형하는 판재성형 단계(S10)와;

상기 단계(S10)를 통해 제조한 클래드 판재를 열간압연롤 및 성형롤을 갖는 성형장치에 통과시켜서 클래드 모재시트를 제작하되, 클래드 모재시트에 반절형 돌기 단면형상이 형성되도록 하는 모재시트 제작단계(S11)와;

상기 제작한 클래드 모재시트를 조관하여 격벽 일체형 원형 튜브를 제작하는 제1튜브성형 단계(S12)와;

상기 격벽 일체형 원형 튜브를 복수개의 사각롤에 순차적으로 통과시켜 격벽 일체형 사각형 튜브를 제작하는 제2튜브성형 단계(S13)와;

상기 격벽 일체형 사각형 튜브를 브레이징 장치에 통과시키는 브레이징 단계(S14)를 수행하는 것을 특징으로 하는 인터쿨러 튜브 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제2튜브성형 단계(S13)에서는 상기 격벽 일체형 원형 튜브(97)의 상부에 해당하여 상기 클래드 모재시트의 양쪽 끝단이 맞대기 용접된 기준 용접부위를 튜브 본체의 최상 지점에 위치시키는 것을 기준으로, 상기 격벽 일체형 원형 튜브가 원형단면을 갖는 제1사각롤과, 타원형단면을 갖는 제2사각롤과, 사각형단면을 갖는 제3사각롤을 순차적이면서 단계별로 통과하는 것을 특징으로 하는 인터쿨러 튜브 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 브레이징 단계(S14) 이후에는 브레이징 가공된 격벽 일체형 사각형 튜브의 표면이 피니싱(finishing) 가공에 의해 균일하게 되는 마감처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인터쿨러 튜브 제조방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 인터쿨러 튜브.
인터쿨러 튜브에 있어서,

브레이징 또는 피니싱 가공된 튜브 본체(100, 100', 100")와;

상기 튜브 본체(100)의 외곽 부위에 해당하는 사각 튜브 형상의 튜브 외벽체 (110)와;

상기 튜브 외벽체(110)의 내측면에서 일체형으로 형성되어 있되 끝단이 상호 마주보게 각각 돌상된 반절형 돌기 단면형상인 복수개의 격벽(120)을 포함하고,

상기 각각의 격벽(120)의 끝단이 상호 근접 또는 접촉된 상태에서 브레이징에 의해 합체되어 있는 것을 특징으로 한다.
제5항에 있어서,

상기 튜브 본체(100')는 그의 내부에 격벽(121, 122, 123)을 높이 방향으로 상호 이격되며 수평하게 배열하되, 튜브 외벽체의 일측 내표면에서 돌상된 복수개의 상기 격벽(121, 122, 123)의 끝단이 지그재그형으로 상기 튜브 외벽체의 타측 내표면에 브레이징 가공에 의해 합체되어 있는 것을 특징으로 하는 인터쿨러 튜브.
제5항에 있어서,

상기 튜브 본체(100")는 주름 형상의 복수개의 격벽(120")을 브레이징 가공한 것을 특징으로 하는 인터쿨러 튜브.