KR20120061229A

KR20120061229A - 마찰 교반 용접 장치

Info

Publication number: KR20120061229A
Application number: KR1020100122433A
Authority: KR
Inventors: 정성욱; 권택규; 조한진; 허만주
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-06-13

Abstract

피접합 부재의 길이에 제한을 받지 않고 접합 작업을 수행할 수 있는 마찰 교반 용접 장치가 개시된다. 마찰 교반 용접 장치는 피접합 부재와의 마찰열을 이용하여 마찰 교반 접합을 수행하는 용접 툴 및 상기 용접 툴의 하부에 배치되며 상기 피접합 부재를 안착시키는 백킹 플레이트를 포함하며, 상기 백킹 플레이트는 하나의 폐곡선을 형성하는 무한궤도 형태로 이루어져, 무한궤도의 외측이 상기 피접합 부재의 하부를 지지한다. 따라서, 피접합 부재의 길이의 제한이 없이 일 방향으로의 용접이 가능하여 T-bar 또는 L-bar 등의 길이가 길고 폭이 좁은 부재의 제작이 많은 조선, 철도, 플랜트 산업에 매우 효과적으로 사용될 수 있다.

Description

마찰 교반 용접 장치{APPARATUS FOR FRICTION STIR WELDING}

본 발명은 마찰 교반 용접 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용접 툴과 피접합 부재 간의 마찰열을 이용하여 고상 접합을 수행하는 마찰 교반 용접 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 마찰 교반 접합(FSW: Friction Stir Welding)은 용접 툴과 피접합 부재 간의 마찰열을 이용하여 재료를 융점에 가깝게 가열시킴과 동시에 용접 툴의 회전 및 가압 전진에 의해 고온 교반을 일으켜 두 부재를 서로 접합하는 고상 접합 기술을 의미한다.

이 경우, 수직 방향의 압력을 가하는 작업이 필수적으로 요구되며, 이러한 수직 압력은 피접합 부재의 종류 및 두께 등에 따라 300Kgf/cm² 내지 10,000Kgf/cm²에 달한다.

종래의 마찰 교반 용접 장치는 용접 툴과, 백킹 플레이트 및 고정 수단으로 구성된다. 용접 툴은 회전 가능하게 이루어지며, 용접 툴의 하부에 백킹 플레이트가 배치된다. 백킹 플레이트의 상부에는 피접합 부재가 위치하고, 피접합 부재는 고정용 지그 등을 이용하여 백킹 플레이트에 고정된다.

이와 같이 구성되는 마찰 교반 용접 장치는 회전되는 용접 툴을 피접합 부재를 향해 수직 방향으로 가압하여 피접합 부재에 구멍을 뚫고, 용접 툴과 피접합 부재 간의 마찰열에 의해 충분히 가열된 상태에서 용접 툴 또는 백킹 플레이트를 전진 또는 후진시켜 피접합 부재를 맞대기 용접한다.

하지만, 종래의 마찰 교반 용접 장치에 구비되는 백킹 플레이트는 통상 판재나 바 등의 피접합 부재의 형상에 대응되게 직사각 형상을 갖는 것으로서, 이러한 백킹 플레이트의 길이가 마찰 교반 용접 장치의 용접 가능한 용접장을 결정하는 중요한 요인이 되었다.

이에 따라, 종래의 마찰 교반 용접 장치는 백킹 플레이트의 길이에 제한을 받아 백킹 플레이트의 길이를 초과하는 피접합 부재에 대해서는 접합 작업을 수행할 수 없었다.

또한, 종래의 마찰 교반 용접 장치는 긴 길이를 갖는 대형 사이즈의 피접합 부재의 접합을 수행하기 위해서는 이를 수용하기 위한 백킹 플레이트의 길이가 길어져 비효율적이며 비용이 증대되는 등의 문제점이 있었다.

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 피접합 부재의 길이에 제한을 받지 않고 접합 작업을 수행할 수 있는 마찰 교반 용접 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 마찰 교반 용접 장치는 피접합 부재와의 마찰열을 이용하여 마찰 교반 접합을 수행하는 용접 툴 및 상기 용접 툴의 하부에 배치되며 상기 피접합 부재를 안착시키는 백킹 플레이트를 포함하며, 상기 백킹 플레이트는 하나의 폐곡선을 형성하는 무한궤도 형태로 이루어져, 무한궤도의 외측이 상기 피접합 부재의 하부를 지지한다.

이 경우, 상기 백킹 플레이트는 상면이 상기 피접합 부재의 하면과 접촉하여 상기 피접합 부재를 지지하는 다수의 절편들 및 서로 이웃하는 상기 절편들을 서로 연결하는 핀 부재를 포함하며, 상기 절편들은 서로 연결되어 하나의 폐곡선을 이룬다.

이 경우, 상기 절편은 일 측에 제1연결 홀이 형성된 삽입부 및 타 측에 제2연결 홀이 형성되고 상기 삽입부가 끼워지는 요입부로 구성되며, 상기 핀 부재는 상기 제1연결 홀과 상기 절편에 이웃하는 절편에 형성된 제2연결 홀을 관통하는 것을 특징으로 한다.

또한, 마찰 교반 용접 장치는 상기 백킹 플레이트의 무한궤도 내측에 배치되며 상기 백킹 플레이트를 안착시키는 지지 프레임 및 상기 지지 프레임에 연결되어 상기 백킹 플레이트를 이송 가능하게 하는 적어도 하나의 이송 롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 마찰 교반 용접 장치는 상기 지지 프레임의 측면에 결합되어, 상기 백킹 플레이트의 측면 방향으로의 이탈을 방지하는 가이드가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 마찰 교반 용접 장치는 상기 피접합 부재의 상부에 배치되어 상기 피접합 부재를 고정하는 적어도 하나의 고정용 롤러가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 백킹 플레이트의 무한궤도 내측에 다수의 보조 롤러가 더 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 마찰 교반 용접 장치는 무한궤도형 백킹 플레이트를 사용함으로써, 피접합 부재의 길이의 제한이 없이 일 방향으로의 용접이 가능한 매우 유용한 발명이다.

이에 따라, 본 발명에 따른 마찰 교반 용접 장치는 T-bar 또는 L-bar 등의 길이가 길고 폭이 좁은 부재의 제작이 많은 조선, 철도, 플랜트 산업에 매우 효과적으로 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰 교반 용접 장치의 개략적인 구성을 도시한 정면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰 교반 용접 장치의 부분적인 구성을 도시한 사시도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백킹 플레이트의 분리 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백킹 플레이트의 평면도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백킹 플레이트의 저면도이다.

이하 첨부된 도면에 따라서 마찰 교반 용접 장치의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰 교반 용접 장치의 개략적인 구성을 도시한 정면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰 교반 용접 장치의 부분적인 구성을 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 마찰 교반 용접 장치는 용접 툴(10)과 및 백킹 플레이트(20)를 포함한다.

용접 툴(10)은 피접합 부재(99)와의 마찰열을 이용하여 마찰 교반 접합을 수행한다. 용접 툴(10)은 회전 동작 및 수직 방향으로의 가압 전진 동작에 의해 고온 교반을 일으켜 피접합 부재(99)를 접합한다. 용접 툴(10)의 구성은 주지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다. 아울러, 상기 피접합 부재(99)는 판재 또는 바 등일 수 있다.

백킹 플레이트(20)는 상기 용접 툴(10)의 하부에 배치되며, 백킹 플레이트(20)의 상부에 피접합 부재(99)가 안착된다. 백킹 플레이트(20)는 피접합 부재(99)를 안착함과 동시에, 상기 용접 툴(10)의 가압 전진 동작 시 피접합 부재(99)를 지지하는 기능을 한다.

특히, 상기 백킹 플레이트(20)는 하나의 폐곡선을 형성하는 무한궤도 형태로 이루어져, 무한궤도의 외측이 상기 피접합 부재(99)의 하부를 지지한다. 이 경우, 백킹 플레이트(20)의 무한궤도는 강질의 소재로 이루어진 다수의 부재들이 서로 연결되어 하나의 폐곡선을 이루는 것으로, 상기 강질의 소재들이 상기 피접합 부재(99)의 하부를 지지하며, 무한궤도의 특성상 궤도가 무한히 회전되면서 피접합 부재(99)를 지지하는 구조를 갖는다.

이와 같은 구조를 통해, 피접합 부재(99)의 길이가 길어져도 백킹 플레이트(20)의 무한궤도가 회전되면서 피접합 부재(99)의 하부를 지지함으로써, 백킹 플레이트(20) 본래의 지지 기능을 충실히 수행하면서도 다양한 길이에 효율적으로 대응되어 접합 작업을 수행할 수 있게 된다.

한편, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백킹 플레이트의 분리 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백킹 플레이트의 평면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백킹 플레이트의 저면도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 백킹 플레이트(20)의 더욱 상세한 구조를 살펴보면, 상기 백킹 플레이트(20)는 다수의 절편들(21a)(21b) 및 핀 부재(22)를 포함한다.

다수의 절편들(21a)(21b)은 상면이 상기 피접합 부재(99)의 하면과 접촉하여 상기 피접합 부재(99)를 지지하며, 핀 부재(22)는 서로 이웃하는 상기 절편들(21a)(21b)을 서로 연결한다.

이와 같은 구성을 통해, 백킹 플레이트(20)는 하나의 폐곡선을 형성하면서 도 4에 도시된 예상 접합 경로(95)를 따라 피접합 부재(99)의 맞대기 용접을 수행할 수 있게 한다. 결국, 백킹 플레이트(20)는 매우 간단한 구성을 통해 하나의 무한궤도를 형성하게 되며 구조적으로 매우 안정적인 메커니즘을 갖는다.

이 경우, 상기 하나의 절편(21a)은 삽입부(210) 및 요입부(220)로 구성된다. 삽입부(210)는 절편(21a)의 일 측에 형성되고 제1연결 홀(211a)이 양 측면을 관통하여 형성된다. 요입부(220)는 절편(21a)의 타 측에 형성되고 제2연결 홀(212a)이 양 측면을 관통하여 형성된다. 상기 요입부(220)에는 상기 삽입부(210)가 끼워진다.

아울러, 상기 핀 부재(22)는 상기 제1연결 홀(211a)과 상기 절편(21a)에 이웃하는 절편(21b)에 형성된 제2연결 홀(212b)을 관통함으로써 상기 하나의 절편(21a)과 이웃하는 다른 하나의 절편(21b)은 서로 연결된다. 이와 동일한 방식으로 다수의 절편들은 서로 연결되어 하나의 폐곡선을 이룬다.

이와 같은 구조를 통해, 다수의 절편들(21a)(21b) 끼리 서로 측면 방향으로 이탈되지 않으면서 견고히 연결되어 안정적인 체결 구조를 갖게 된다.

한편, 마찰 교반 용접 장치는 지지 프레임(30) 및 이송 롤러(40)를 더 구비한다.

지지 프레임(30)은 상기 백킹 플레이트(20)의 무한궤도 내측에 배치되며, 상기 백킹 플레이트(20)를 안착시킨다. 즉, 지지 프레임(30)은 다수의 절편들(21a)(21b)의 하면에 배치된다.

이송 롤러(40)는 상기 지지 프레임(30)에 연결되어, 상기 백킹 플레이트(20)를 이송 가능하게 하며, 바람직하게는 지지 프레임(30)의 양측에 두 개가 마련된다. 이송 롤러(40)는 백킹 플레이트(20)의 이송을 돕는 기능을 수행한다.

이와 같은 구조를 통해, 백킹 플레이트(20)가 안정적으로 프레임 구조체에 지지된채로 회전 이송되면서 피접합 부재(99)를 지지할 수 있다.

또한, 마찰 교반 용접 장치는 가이드(50)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 가이드(50)는 상기 지지 프레임(30)의 측면에 결합되어, 상기 백킹 플레이트(20)의 측면 방향으로의 이탈을 방지한다.

아울러, 마찰 교반 용접 장치는 고정용 롤러(90)가 더 구비된다. 고정용 롤러(90)는 단일개 또는 다수개로 구비되어 상기 피접합 부재(99)의 상부에 배치되며, 상기 피접합 부재(99)를 고정하는 기능을 한다.

한편, 상기 백킹 플레이트(20)의 무한궤도 내측에 다수의 보조 롤러(29)가 더 구비될 수 있다. 즉, 보조 롤러(29)는 지지 프레임(30)과 마주보는 다수의 절편들(21a)(21b)의 하면에 형성된다. 보조 롤러(29)는 전술한 용접 툴(10) 및 고정용 롤러(90)의 하중을 분산시키며 이송을 수행할 수 있게 한다.

정리하면, 본 발명에 따른 마찰 교반 용접 장치는 무한궤도형 백킹 플레이트를 적용하여, 길이의 제한이 없이 일 방향으로의 용접이 가능하다. 이에 따라, T-bar 또는 L-bar 등의 길이가 길고 폭이 좁은 부재의 제작이 많은 조선, 철도, 플랜트 산업에 매우 효과적으로 사용될 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 마찰 교반 용접 장치는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10 : 용접 툴 20 : 백킹 플레이트
21a,21b : 절편들 22 : 핀 부재
29 : 보조 롤러 210 : 삽입부
220 : 요입부 30 : 지지 프레임
40 : 이송 롤러 50 : 가이드
90 : 고정용 롤러 99 : 피접합 부재

Claims

피접합 부재(99)와의 마찰열을 이용하여 마찰 교반 접합을 수행하는 용접 툴(10); 및
상기 용접 툴(10)의 하부에 배치되며 상기 피접합 부재(99)를 안착시키는 백킹 플레이트(20)를 포함하며,
상기 백킹 플레이트(20)는 하나의 폐곡선을 형성하는 무한궤도 형태로 이루어져, 무한궤도의 외측이 상기 피접합 부재(99)의 하부를 지지하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 백킹 플레이트(20)는:
상면이 상기 피접합 부재(99)의 하면과 접촉하여 상기 피접합 부재(99)를 지지하는 다수의 절편들(21a)(21b); 및
서로 이웃하는 상기 절편들(21a)(21b)을 서로 연결하는 핀 부재(22)를 포함하며, 상기 절편들(21a)(21b)은 서로 연결되어 하나의 폐곡선을 이루는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 절편(21a)은 일 측에 제1연결 홀(211a)이 형성된 삽입부(210) 및 타 측에 제2연결 홀(212a)이 형성되고 상기 삽입부(210)가 끼워지는 요입부(220)로 구성되며,
상기 핀 부재(22)는 상기 제1연결 홀(211a)과 상기 절편(21a)에 이웃하는 절편(21b)에 형성된 제2연결 홀(212b)을 관통하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 백킹 플레이트(20)의 무한궤도 내측에 배치되며, 상기 백킹 플레이트(20)를 안착시키는 지지 프레임(30); 및
상기 지지 프레임(30)에 연결되어, 상기 백킹 플레이트(20)를 이송 가능하게 하는 적어도 하나의 이송 롤러(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 지지 프레임(30)의 측면에 결합되어, 상기 백킹 플레이트(20)의 측면 방향으로의 이탈을 방지하는 가이드(50)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 피접합 부재(99)의 상부에 배치되어, 상기 피접합 부재(99)를 고정하는 적어도 하나의 고정용 롤러(90)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 백킹 플레이트(20)의 무한궤도 내측에 다수의 보조 롤러(29)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 마찰 교반 용접 장치.