KR20070039992A

KR20070039992A - 파이프재의 마찰교반 용접 방법

Info

Publication number: KR20070039992A
Application number: KR1020050095191A
Authority: KR
Inventors: 이종형; 손현수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-04-16

Abstract

본 발명은 파이프재의 마찰교반 용접 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 한쪽이 막히고 다른 한쪽이 개방된 구조의 원형 파이프를 마찰교반 용접법으로 용접하는 방법에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 파이프1의 개방부 내경면에 요(凹)부를 가공하고, 파이프2의 개방부 외경면에 철(凸)부를 가공하여, 파이프1과 파이프2를 서로 결합시키는 단계와; 상기 파이프1과 파이프2의 결합부(용접부위) 외둘레면을 용접기의 프로브에 밀착시키는 단계와; 상기 서로 결합된 상태의 파이프1과 파이프2의 일끝단을 회전구동수단에 연결하여, 회전구동수단의 구동으로 파이프1과 파이프2를 360°회전시키는 단계와; 제자리에서 고속회전하는 용접기의 프로브에 의하여 360°회전하는 상기 파이프1과 파이프2의 결합부에 마찰용접으로 접합이 이루어지는 단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 파이프재의 마찰교반 용접 방법을 제공하고자 한 것이다.

파이프, 마찰교반 용접, 요부, 철부, 프로브

Description

파이프재의 마찰교반 용접 방법{Friction stir welding method for pipe}

도 1은 본 발명에 따른 파이프재의 마찰교반 용접 방법을 설명하는 흐름도,

도 2는 기존의 파이프재의 마찰교반 용접 방법을 설명하는 개략도,

도 3은 통상의 마찰교반 용접 방법의 원리를 설명하는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 파이프1

12 : 파이프2

14 : 요부

16 : 철부

18 : 프로브

20 : 지지대

본 발명은 파이프재의 마찰교반 용접 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 는 한쪽이 막히고 다른 한쪽이 개방된 구조의 원형 파이프를 마찰교반 용접법으로 용접함에 있어서, 각 파이프의 개방된 면에 요철을 가공하여 결합시킨 다음, 그 결합 외둘레면을 마찰교반 용접기의 프로브에 대고 360°회전시켜 이루어지는 파이프재의 마찰교반 용접 방법에 관한 것이다.

일반적으로 마찰교반 용접법(Friction Stir Welding)은 융접 이하에서 모재를 접합시키는 용접 기술로서, 마찰열 및 소성유동을 이용하여 재료를 혼합/접합시키는 것을 그 원리로 하는 용접법을 말한다.

상기 마찰교반 용접법은 첨부한 도 3에서 보는 바와 같이, 모재의 용접부위에 마찰교반용접기의 프로브가 밀착되어 고속회전을 하는 과정→ 프로브가 모재의 용접부위로 삽입되어 계속 고속 회전하는 과정→ 모재의 용접부위가 프로브와의 마찰열로 인해 연화되면서 소성유동에 의하여 혼합되는 과정→ 모재의 용접부위에 대한 접합이 완료되는 과정의 순으로 진행된다.

이러한 마찰교반 용접법은 1)접합부의 성형성이 우수하고 조직이 미세하여 맞춤재단용접(Tailor Welded Blank)에 매우 유리하고, 2)이론적으로 모든 합금에 적용 가능하되 차체를 구성하는 알루미늄 용접에 많이 적용되고 있으며, 3)열변형 및 품질편차가 적으며, 4)접합 작업 변수(가압력, 회전수, 진행속도)가 적으며, 5)비소모성 공구 사용(팁 한개로 1.5Km 접합 가능)으로 유지비가 낮은 장점을 갖는다.

반면에, 신규 투자비가 높고, 접합부위의 치수 정밀도가 높아야 하므로 정밀 절단 기술개발이 필요하며, 클램핑장치 및 다이가 필요하여 적용부위의 형상적 한 계가 있는 단점이 있다.

이와 같은 마찰교반용접법으로 이루어지는 기존의 파이프재 용접 방법을 첨부한 도 2를 참조로 설명하면 다음과 같다.

상기 마찰교반 용접법은 프로브가고속으로 회전하면서 마찰열을 발생시킨 후 접합하고자 하는 모재에 침투하여 소성유동을 만들어 접합하는 기술로서, 프로브가 재료속으로 침투(삽입)하여 이동하면서 접합이 일어날 때, 프로브는 맞닿은 재료쪽으로 일정한 하중으로 가압 작용을 하게 되는 바, 이러한 이유로 원형 파이프 소재끼리를 마찰용접으로 접합할 때에는 다음과 같은 방법을 이용하고 있다.

먼저, 접합하고자 하는 파이프1(10)과 파이프2(12)를 밀착 고정시키되, 밀착전에 파이프의 내경과 동일한 직경을 갖는 봉 형상의 지지대(20)를 파이프의 접합부에 삽입시켜 프로브(18)의 하중을 받쳐줄 수 있도록 한다.

다음으로, 파이프1(10)과 파이프2(12)의 밀착부위(용접될 부위)의 외둘레면을 따라 프로브(18)를 360°회전시키면서 마찰교반 용접이 진행되며, 이때 프로브(18)의 가압 하중을 파이프 내부에 삽입된 지지대(20)에서 받쳐주게 되므로 파이프의 형상은 그대로 유지될 수 있다.

최종적으로, 위와 같은 마찰교반 용접 작업이 완료되어 파이프1(10)과 파이프2(12)가 서로 접합되면, 파이프1(10) 또는 파이프2(12)의 타측 개방부를 통하여 상기 지지대(20)를 빼내게 된다.

그러나, 상기와 같이 양측쪽이 모두 개방된 파이프를 서로 접합할 때에는 지지대를 사용하여 프로브의 하중을 받쳐준 다음, 지지대를 빼낼 수 있지만, 한쪽이 막힌 구조의 파이프를 서로 접합시킬때에는 지지대를 빼낼 수 있는 통로가 없기 때문에 용접이 불가능한 문제점이 있다.

또한, 용접시 지지대가 움직이면 안되므로, 용접기가 파이프 주위를 360°로 회전하며 용접을 실시하게 되는 바, 용접기 자체를 회전시킬 수 있는 별도의 유압장비 등이 필요하게 되므로, 비용이 많이 소모되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 한쪽이 막히고 다른 한쪽이 개방된 구조의 원형 파이프를 마찰교반 용접법으로 용접함에 있어서, 각 파이프의 개방된 면에 요철을 가공하여 결합시켜 프로브의 하중을 견디게 하고, 각 파이프의 용접부위의 외둘레면을 마찰교반 용접기의 프로브에 대고 360°회전시켜 이루어지는 파이프재의 마찰교반 용접 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 한쪽이 막히고 다른 한쪽이 개방된 구조의 원형 파이프를 마찰교반 용접법으로 용접함에 있어서,

파이프1의 개방부 내경면에 요(凹)부를 가공하고, 파이프2의 개방부 외경면에 철(凸)부를 가공하여, 파이프1과 파이프2를 서로 결합시키는 단계와; 상기 파이프1과 파이프2의 결합부(용접부위) 외둘레면을 용접기의 프로브에 밀착시키는 단 계와; 상기 서로 결합된 상태의 파이프1과 파이프2의 일끝단을 회전구동수단에 연결하여, 회전구동수단의 구동으로 파이프1과 파이프2를 360°회전시키는 단계와; 제자리에서 고속회전하는 용접기의 프로브에 의하여 360°회전하는 상기 파이프1과 파이프2의 결합부에 마찰용접으로 접합이 이루어지는 단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 파이프재의 마찰교반 용접 방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 한쪽이 막힌 두 개의 원형 파이프를 지지대없이 마찰교반 용접으로 접합시킬 수 있는 점에 주안점이 있다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 파이프재의 마찰교반 용접 방법을 설명하는 흐름도이다.

먼저, 한쪽이 막히고 다른 한쪽이 개방된 형태의 원형 파이프1(10)과 파이프2(12)를 구비한 상태에서, 이 파이프1(10)과 파이프2(12)의 개방된 쪽을 밀착시켜 마찰교반 용접을 실시하고자, 상기 파이프1(10)의 개방부 내경면에 요(凹)부(14)를 가공하고, 상기 파이프2(12)의 개방부 외경면에 철(凸)부(16)를 가공한다.

이어서, 상기 파이프1(10) 및 파이프2(12)의 막힌 쪽을 가압하여, 파이프1(10)의 요부(14)와 파이프2(12)의 철부(16)가 서로 결합되도록 한다.

다음으로, 상기 파이프1(10)과 파이프2(12)의 결합부(용접부위) 외둘레면을 용접기의 프로브(18)에 밀착시키는 동시에 서로 결합된 상태의 파이프1(10)과 파이프2(12)의 일끝단을 회전구동수단(미도시됨)에 연결한다.

이어서, 회전구동수단의 구동으로 파이프1(10)과 파이프2(12)가 360°회전을 하게 되는 바, 제자리에서 고속회전하는 용접기의 프로브(18)가 파이프1(10)과 파이프2(12)의 결합부(용접부위) 외둘레면을 마찰교반으로 용접하게 된다.

즉, 용접기의 프로브(18)가 제자리에서 고속회전하는 상태에서 파이프1(10)과 파이프2(12)가 360°회전하게 되므로, 상기 파이프1(10)과 파이프2(12)의 결합부는 프로브(18)에 의한 마찰용접으로 용이하게 접합되어진다.

이와 같이, 한쪽이 막힌 파이프끼리를 마찰교반으로 용접할 때, 별도의 지지대를 필요로 하지 않고도 용이하게 용접이 이루어질 수 있고, 또한 양쪽이 전부 개방된 파이프의 경우에도 본 발명의 용접 방법을 적용할 수 있음은 물론이다.

또한, 기존에 용접기의 프로브를 360°로 회전시키는 별도의 장비가 필요없으므로, 본 발명의 용접 방법은 기존 방법보다 비용이나 작업성면에서 보다 효율적이다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 파이프재의 마찰교반 용접 방법에 의하면 다음과 같은 장점이 있다.

1) 기존의 방법에서 사용하였던 지지대를 사용할 필요가 없을 뿐만 아니라, 기존의 방법에서는 지지대가 움직이지 않도록 용접기가 360°회전하면서 용접을 해야하기 때문에 용접기를 회전시킬수 있는 대용량의 장비가 필요하지만 본 발명의 경우 지지대가 없으므로 파이프를 회전시킬 수 있는 장점이 있다.

2) 용접기를 회전시키는 장비가 필요 없으며, 파이프를 회전시킬 수 있는 간단한 장비만 있으면 용접을 할 수 있는 장점이 있다.

결국, 본 발명의 용접 방법은 기존의 방법에 비하여 비용면에서 경제적이고, 작업성이나 생산성면에서 보다 효율적인 장점을 제공한다.

Claims

한쪽이 막히고 다른 한쪽이 개방된 구조의 원형 파이프를 마찰교반 용접법으로 용접함에 있어서,

파이프1의 개방부 내경면에 요(凹)부를 가공하고, 파이프2의 개방부 외경면에 철(凸)부를 가공하여, 파이프1과 파이프2를 서로 결합시키는 단계와;

상기 파이프1과 파이프2의 결합부(용접부위) 외둘레면을 용접기의 프로브에 밀착시키는 단계와;

상기 서로 결합된 상태의 파이프1과 파이프2의 일끝단을 회전구동수단에 연결하여, 회전구동수단의 구동으로 파이프1과 파이프2를 360°회전시키는 단계와;

제자리에서 고속회전하는 용접기의 프로브에 의하여 360°회전하는 파이프1과 파이프2의 결합부에 마찰용접으로 접합이 이루어지는 단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 파이프재의 마찰교반 용접 방법.