KR20130034661A

KR20130034661A - 마찰 교반 용접 조인트를 가지는 전기화학 애노드 및 이러한 애노드 제조 방법

Info

Publication number: KR20130034661A
Application number: KR1020137001050A
Authority: KR
Inventors: 티모시 더블유. 엘리스; 매트 부어; 엘톤 존스
Original assignee: 알에스알 테크놀로지스, 인코포레이티드
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-04-05
Also published as: JP2015206123A; MY160547A; CN103080384A; KR101325862B1; BR112013000519A2; CA2804983C; CN103080384B; AU2011274543B2; EP2591150A1; MX2013000274A; AU2011274543A1; WO2012006518A4; JP2013538286A; CL2013000046A1; ZA201300156B; RU2013105482A; PE20130979A1; RU2578322C2; AP2013006711A0; WO2012006518A1

Abstract

전기화학 애노드가 마찰 교반 용접된 (FSW) 조인트를 사용하여 형성된다. FSW 조인트는 버스 바와 애노드 시트 사이에 또는 납 밀봉부와 애노드 시트 사이에 형성될 수 있다. FSW 조인트는 또한 필렛 및 버트 조인트를 포함할 수 있다. FSW 조인트는 또한 부식을 방지하기 위하여 전기화학 애노드의 끝단을 봉인하기 위해 사용될 수 있다.

Description

마찰 교반 용접 조인트를 가지는 전기화학 애노드 및 이러한 애노드 제조 방법{ELECTROCHEMICAL ANODES HAVING FRICTION STIR WELDED JOINTS AND METHODS OF MANUFACTURING SUCH ANODES}

발명의 분야

일반적으로, 본 발명은 전기화학적 공정, 특히 광산 산업에서 사용되는 납 애노드에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 마찰 교반 용접을 사용하는 이러한 애노드의 생산에 관한 것이다.

발명의 배경

종래 실시에 따르면, 광산 산업에서 사용되는 납 애노드 내 조인트는 종래 납 연소 과정(예컨대, 토치 용접)을 사용하여 형성되며 여기서 납은 손으로 용융되어 용접부 또는 조인트를 형성한다. 그렇지만, 이하에서 설명되듯이 종래 납 연소 과정과 관련하여 많은 단점이 존재한다.

종래 납 연소 과정은 작업자에 대한 높은 위험도를 포함한다. 첫째, 용접부의 생성 동안 발생하는 열은 작업자 상해를 유발할 수 있다. 둘째, 납의 용융 동안, 납의 주변 평탄면이 독성 평탄면으로 상승할 수 있다. 만약 흡입되면, 납 중독을 유발할 수 있으며, 이는 직업병 중 가장 오래된 형태 중 하나이다. 그 결과, 다양한 신체 과정뿐만 아니라 예컨대 심장, 뼈, 창자, 신장, 및 생식 및 신경계와 같은 많은 기관의 손상이 영향을 받는다.

종래 납 연소 과정은 흔히 반복적으로 제품 손상을 유발하는 결함 용접부를 갖는 애노드를 생성한다. 특별하게 숙련된 노동력을 훈련하고 사용함으로써, 결함 용접에 대한 가능성이 감소될 수 있으나, 제거되지는 않는데, 왜냐하면 숙련된 작업자를 사용하는 경우에도 불완전한 용접은 발생할 수 있기 때문이다. 이러한 불완전한 용접에 있어서, 조인트는 시각적으로 우수하게 보인다. 그렇지만, 용접부를 형성하기 위하여 생성된 두 개의 용융 풀(melt pool)은 결코 합쳐지지 않았으며, 이에 따라 전류 이동 및 크립(creep)(즉, 변형) 저항용 애노드 조인트에서의 활용가능한 물질을 크게 감소시킨다.

심지어 무-결함 조인트를 갖는 애노드가 생성되는 경우에도, 종래 납 연소 과정은 애노드 조인트 영역 근처에서 기저 금속 구조물 내에 바람직하지 않은 열에 영향받은 구역을 생성한다. 이러한 열에 영향받은 영역에서, 애노드 내 물질의 입자 구조가 조인트를 생성하기 위해 사용된 영에 의해 변화된다. 변화된 입자 구조는 감소된 부식 저항 및 감소된 크립 저항의 또 다른 원인일 수 있다.

더욱이, (애노드를 생성하기 위해 사용되는) 구리 및 납은 자연적으로 서로 용접되지 않는다. 이에 따라, 솔더링(soldering)과 같은 다양한 기술이 납과 구리를 결합시켜, 애노드를 구성하기 위해 종래 납 연소 과정에서 사용되었다. 그러므로, 전술한 단점에 부가하여, 종래 애노드 제조 공정은 납과 구리를 결합시키는데 포함되는 재료 및 제조 시간의 증가로 인하여 더욱 고비용이다.

따라서, 애노드를 생성하기 위해 사용된 종래 납 연소 기술이 많은 문제점을 가지므로, 회사들은 안전, 노동자 교육, 품질 관리 시험, 및 제조에 고비용 자원을 투여하여야만 한다. 오늘날, 종래 납 연소 기술은 애노드 산업에서 이러한 문제를 적절하게 해결하는 것에 실패하였다.

전술한 관점에서, 선행 기술의 단점을 크게 감소시키거나 제거하는 애노드 제조 기술에 대한 수용가 해당 분야에 존재한다.

발명의 개요

본 발명에 따르면, 애노드를 생성하기 위하여 사용된 종래 납 연소 기술의 단점은 마찰 교반 용접(friction stir welding, FSW)을 사용하여 생성된 조인트를 갖는 전기화학 애노드를 제공함으로써 회피되거나 감소된다. 본 발명의 구체 예는 전기적으로 연결된 버스 바(bus bar) 및 애노드 시트(sheet)를 포함하는 전기화학 애노드를 제공한다. 마찰 교반 용접 조인트는 전기화학 애노드를 구성하기 위하여 사용된다.

마찰 교반 용접에는 용융된 납 물질이 없기 때문에, 납 증기에 대한 작업자 노출 및 환경으로의 납 증기의 방출이 감소되거나 제거된다. 애노드를 생성하기 위한 마찰 교반 용접의 사용을 통하여, 공정이 열의 사용을 포함하지 않고 용접부 생성 동안 용접부에 근접함에 따른 상해를 작업자가 감수하도록 하지 않음으로써 작업자 안전이 더욱 향상된다. 더욱이, 마찰 교반 용접은 애노드 내 결함 조인트의 형성에 대한 가능성을 감소시키는데 왜냐하면 마찰 교반 용접은 자동화될 수 있으며, 이에 따라 수작업 과정에 의해 발생하는 가변성을 제거할 수 있기 때문이다. 또한, 마찰 교반 용접은 완전한 결합에 대한 용융 풀의 실패로 인하여 야기되는 결함 없이 더욱 균일한 관통 두께(through thickness)의 용접부를 생성한다. 마찰 교반 용접은 또한 더욱 작은 열에 영향받은 구역(heat affected zone)을 야기하며 애노드 물질의 입자 구조의 덜 심각한 변화를 야기한다.

본 발명을 사용하는 것은 또한 더욱 우수한 품질 제어를 가능하게 한다. 마찰 교반 용접 공정의 품질 및 신뢰성이 품질 제어 시험을 위한 필요성을 크게 감소 또는 제거한다는 것이 밝혀졌다. 추가적인 장점으로서, 본 발명의 사용을 통하여, 예컨대 초음파 용접 검사와 같은 비파괴 평가 기술의 사용이 납 접합부에서 활용가능하며- 이러한 평가 기술은 종래 납 연소 과정에서는 활용가능하지 않았다.

마찰 교반 용접이 덜 결함성 애노드(less defective anode)를 생성하고, 요구되는 노동력을 감소시키고, 해로운 물질에 대한 노출 가능성을 감소시키기 때문에, 애노드 생산 비용이 감소될 것이며, 작업자 안전성이 향상될 것이며, 그리고 소비자 불만이 최소화될 것이다.

도면의 간단한 설명
도 1-4, 6A, 및 6B는 본 발명의 예시적인 구체 예에 따라 마찰 교반 용접을 사용하여 구성된 애노드의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 구체 예에 따라 마찰 교반 용접을 사용하여 봉인된(sealed) 애노드의 끝단을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 예시적인 구체 예에 따른 애노드의 생산에서 사용된 공정 파라미터 및 부하(load)를 상술하는 차트이다.

발명의 상세한 설명

본 발명의 예시적인 구체 예 및 방법론이 마찰 교반 용접("FSW")을 사용하여 제조된 애노드 또는 이러한 애노드의 제조 방법에서 사용될 수 있도록 이하에서 기재된다. 간결성을 위하여, 실제 실시의 모든 특징부가 본 명세서에 기재되지는 않았다. 임의 이러한 실제 구체 예의 개발에 있어서, 수많은 실시-특이성 결정이, 예컨대 실시마다 변할 수 있는 시스템-관련 또는 사업-관련 제한점에 대한 적응과 같은 개발자의 특정 목적을 달성하기 위해 수행되어야 하는 점이 물론 이해될 것이다. 더욱이, 이러한 개발 노력은 복잡하며 시간-소모성이지만, 그럼에도 본 명세서의 이익을 갖는 해당 분야의 통상의 기술자에게 일상적인 작업일 수 있음이 이해될 것이다. 본 발명의 다양한 구체 예 및 관련 방법의 또 다른 양상 및 장점이 이하의 설명 및 도면을 고려하여 명백하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따르는 전기화학 애노드의 예시적인 구체 예를 도시한다. 애노드(10)는 홈(14)을 포함하는 구리 버스 바(12)를 함유한다. 비록 구리 버스 바로서 기재되지만, 본 명세서의 이익을 갖는 해당 분야의 통상의 기술자가 예컨대 구리 코팅된 강, 강, 알루미늄 또는 티타늄과 같은, 또 다른 물질이 사용될 수 있다는 것을 인식하는 것에 주목하라. 납 애노드 시트(16)가 버스 바 슬롯(14)에 삽입된다. 예시적인 애노드는 또한 미국 특허 5,172,850 및 6,131,798에 기재된 것일 수 있으며, 이들 각각은 그 전체가 참조로서 수록된다(그렇지만, 설명되는 바와 같이, 조인트를 솔더링(solder)할 필요성은 본 발명의 사용을 통하여 감소된다).

도 1을 더욱 참조하면, 납 애노드 시트(16)는 버스 바 슬롯(14)에 견고하게 고정된다. 그렇지만, 종래 연소 기술을 사용하여 이러한 시트와 버스 바를 서로에 대해 고정시키는 선행 기술 방법과는 달리, 본 발명에서 구리 버스 바(12)와 납 애노드 시트(16)는 마찰 교반 용접을 사용하여 접합된다. 마찰 교반 용접 과정에 따라, 접합될 표면을 더 강성인 물질(harder material)의 회전 프로브를 사용하여 문지른다. 문지름의 결과로서, 열이 발생되어 표면을 부분적으로 가소성으로 만든다. 이러한 가소화된 표면(plasticized surface)은 냉각시에 함께 고체화되고, 이에 따라 결합 또는 조인트를 생성한다. 일반적으로, 프로브는 조인트를 따라 이동하면서, 접합될 양쪽 표면과 치밀한 접촉부를 가진다. 이러한 방식으로 더욱 균일한 조인트가 생성될 수 있다. 본 명세서의 이익을 갖는 해당 분야의 통상의 기술자는 다양한 마찰 교반 용접 방법이 본 발명을 사용하여 실행될 수 있음을 인식한다.

도 1의 예시적인 구체 예를 더욱 참조하면, 애노드(10)는 영역(18)을 따라 마찰 교반 용접된다. 마찰 교반 용접 프로브(제시되지 않음)가 적용되어 구리 버스 바(12)의 하단 가장자리와 납 애노드 시트(16) 사이에 조인트를 형성한다. 이러한 예시적인 구체 예에서, FSW 프로브(제시되지 않음)가 버스 바(12)를 통하여, 버스 바 슬롯(14)에 보유된 납 애노드 시트(16)까지 용접한다. 이에 따라, 납 애노드 시트(16)와 구리 버스 바(16)가 버스 바 슬롯(14) 내에서 접합된다. 도시된 바와 같이, 버스 바(12)는 영역(18)에서 양쪽 면 상에서 마찰 교반 용접된다. 그렇지만, 본 명세서의 이익을 갖는 해당 분야의 통상의 기술자는, 이러한 구체 예 및 후속하는 구체 예에서 단지 한쪽 면 상에서 용접되어 증가된 시간 효율성을 야기할 수 있음을 인식한다. 애노드(10)가 용접된 이후, 해당 분야에서 이해되는 바와 같이 납을 덧씌울 수 있다.

도 2는 본 발명에 따르는 애노드(10)의 또 다른 예시적인 구체 예를 도시한다. 앞서 도 1에 대하여 기재한 바와 같이 납 애노드 시트(16)가 구리 버스 바(12)의 슬롯(14)에 삽입된다. 그렇지만, 본 예시적인 구체 예에서, 일반적으로 산성계(예컨대, H₂SO₄)인, 전지 내에 사용되는 전기화학 용액에 의해 야기되는 애노드(10)의 부식을 방지하기 위하여, 애노드(10)를 납 밀봉부(lead encapsulation)(20)로 덧씌운다(overlaid). 그 후, 애노드(10)를 영역(22)을 따라 마찰 교반 용접하여, 납 밀봉부(20)를 납 애노드 시트(16)에 결합시킨다.

도 3은 본 발명에 따르는 애노드(10)의 또 다른 예시적인 구체 예를 도시하는데 여기서 마찰 교반 용접 조인트가 사용되어 애노드 시트(16)의 뒤로 접힌(back folded) 또는 감싸진(wrapped) 연장부에 의해 형성된 조인트를 생성한다. 여기서, 납 애노드 시트(16)는 구리 버스 바(12) 주위를 감싸서 자신과 아래쪽 구리 버스 바(12)를 접촉시켜, 이에 따라 버스 바(12)를 밀봉(encapsulating)한다. 납 시트(16)의 뒤로 접힘은 2차 작업(즉, 납 밀봉부를 형성하기 위한 주조 또는 전기도금)에 대한 필요성을 제거하고 단지 한 번의 용접만을 요구한다. 그 후, 애노드(10)를 영역(24)을 따라 마찰 교반 용접하고, 이에 의해 납 애노드 시트(16)를 자신에게 결합시킨다.

도 4는 본 발명에 따르는 애노드(10)의 또 다른 예시적인 구체 예를 도시한다. 여기서, 다시 애노드 시트(16)가 버스 바(12)의 슬롯(14)에 삽입된다. 그렇지만, 마찰 교반 용접된 필렛 용접부(friction stir welded fillet weld)가 영역(26)에 적용되고 여기서 버스 바(12)의 하단 끝단이 애노드 시트(16)와 만난다. 예컨대 납(Pb) 또는 Pb-안티몬(Sb) 합금(1wt% - 11wt%)과 같은 충전 물질이 이들의 낮은 부식성으로 인하여 필렛 용접부에 포함될 수 있다. 필렛 용접부는 바/블레이드 접촉 영역에서 용액 이동 및 부식을 방지하기 위하여 버스 바(12)와 시트(16) 사이에 조인트를 봉인한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 예시적인 구체 예에 따라 부식을 방지하기 위하여 애노드(10)의 끝단이 어떻게 봉인되는지를 도시한다. 부식이 발생하도록 허용되는 경우, 버스 바 납 조인트의 기계적 및 전기적 불연속성이 애노드(10)의 성능을 제한할 수 있다. 이러한 구체 예에서, 도 2와 관련하여 기술한 바와 같이, 구리 버스 바(12)를 납 밀봉부(20)로 밀봉(encapsulate)한다. 구리 버스 바(12)와 납 밀봉부(20)가 만나는 조인트(영역(28))에서, 바(12)를 봉인하기 위하여 마찰 교반 필렛 용접이 사용되어, 이에 따라 납 밀봉부(20) 하부의 부식을 방지한다. 애노드 시트(16)(제시되지 않음)를 그 후 이하에서 기재되는 바와 같이 버트 용접(butt weld)을 사용하여 납 밀봉부(20)에 마찰 교반 용접한다.

도 6A 및 6B는 본 발명의 예시적인 구체 예에 따라 버트 용접된 애노드를 도시한다. 도 6A에서, 납을 구리 버스 바(12) 주위에 주조하였다. 납 애노드 시트(16)를 영역(30)에서 마찰 교반 버트 용접을 사용하여 버스 바(12)의 바닥에 부착시킨다. 도시된 바와 같이, 조인트의 단지 한쪽 면만이 용접되며, 이는 시간 효율성을 야기한다. 그렇지만, 도 6B는 동일한 구체 예를 도시하지만 다만 조인트가 영역(32)에서 양쪽 면에서 마찰 교반 버트 용접되었다.

실시예

도 7은 본 발명의 예시적인 구체 예에 따라, 우수한 가시적 외관을 갖는 마찰 교반 용접을 위한 마찰 교반 용접에 대한 공정 파라미터 및 부하를 제공하는 차트이다. 공정 부하 및 생산 마찰 교반 용접 작업을 위한 예비 기계 도구 요구조건을 결정하기 위한 시험을 11 mm (0.43-인치) 두께 납 플레이트에서 수행하였다. 관심 공정 부하(process load)는 수직 부하(z-부하), 평면 부하(x,y), 및 스핀들 토크(spindle torque)를 포함하였다. 사용된 납 플레이트는 10개의 4"-폭 플레이트 및 4개의 6"-폭 플레이트를 포함하였다.

납 플레이트를 용접하기 위해 사용되는 고정단계는 강 앤빌(steel anvil) 상에 단순한 핑거 클램프를 형성하거나 사용하는 것이 목적이 아니다. 접면(faying surface) 및 인접 지역을 용접 직전에 용매 와이프(solvent wipe)를 사용하여 탈지(degrease)시켰다. 전체 17개 용접부를 만들었다. 각각의 구성에서 공정 부하를 검증하기 위하여 17개 용접부 중에서 12개는 비드 온 플레이트(bead on plate) 구성을 사용하여 만들었고 나머지는 버트 조인트 구성으로 만들었다. 용접 생산성 속도에 기초하여, 목표 속도를 20 인치/분(inches per minute, ipm)으로 결정하였다. 이러한 속도는 1시간에 10개 용접부가 생산되는 1.5-m (59-in.) 용접부 길이에 기초한 것이며, 설정 및 용접부 제조를 위하여 이러한 시간의 약 30분을 사용하였다. 이러한 사이클 시간은 설정을 포함하여 매 6분 마다 용접이 종료되는 것을 허용한다.

결과가 도 7의 차트에 제시된다. 두 가지 구성 모두에서 이러한 예시적인 용접에 대한 수직 부하(z-힘)는 1200 lb 미만이었으며 평면 부하(x 및 y)는 250 lb 미만이었다. 스핀들 토크 피드백은 정량화하기에 너무 작았다. 도 7은 각각의 용접에 대한 공정 부하, 공정 파라미터, 및 일반적인 관찰의 표이다. 제시된 바와 같이, 우수한 가시적 외관을 갖는 용접부가 예컨대 1000 lb 미만의 수직 힘으로 20 ipm에서 달성될 수 있다.

또한, 종래 용접과 마찰 교반 링크 용접을 비교하기 위한 금속조직학(metallography)을 수행하였다. 마찰 교반 용접이 관통 깊이(즉, (시트/바 조인트의 두께를 관통하여) 용접부를 관통하는 깊이)인 것으로 밝혀졌으며 완전한 침투를 갖지 않는 종래 샘플에 비하여 더 작은 입자 구조를 갖는 것으로 밝혀졌다. 이에 따라, 본 발명을 사용하여 생성된 입자 구조는 매우 미세하며, 따라서 우수한 기계적 물성 및 부식 저항성을 갖는 애노드를 생성한다.

따라서, 수행된 작업은 마찰 교반 용접이 광산 산업을 위한 애노드 생산에서 종래 납 연소를 대체하기 위하여 어떻게 사용될 수 있는가를 나타낸다. 이의 채택은 작업자 및 환경 안전성, 생성물 물질, 및 감소된 애노드 단가에서의 개선을 유발할 것이다.

본 발명의 구체 예는, 버스 바; 상기 버스 바에 전기적으로 연결된 애노드 시트; 및 전기화학 애노드에 접합하기 위해 사용된 제1 마찰 교반 용접 조인트;를 포함하는,전기화학 애노드를 제공한다. 또 다른 구체 예에서, 제1 마찰 교반 용접 조인트는 전기화학 애노드를 따라 연장되며, 제1 마찰 교반 용접 조인트는 전기화학 애노드의 제1 측면(side) 상에서 버스 바 및 애노드 시트를 침투하며, 전기화학 애노드는 전기화학 애노드를 따라 연장되는 제2 마찰 교반 용접 조인트를 더욱 포함하며, 제2 마찰 교반 용접 조인트는 전기화학 애노드의 제2 측면(side) 상에서 버스 바 및 애노드 시트를 침투한다.

또 다른 예시적인 구체 예에서, 전기화학 애노드는 버스 바 주위에 연장되고 애노드 시트의 일부분에 접촉하는 납 밀봉부, 여기서 제1 마찰 교반 용접 조인트는 전기화학 애노드를 따라 연장되며 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 납 밀봉부와 애노드 시트를 침투함; 및 전기화학 애노드를 따라 연장되는 제2 마찰 교반 용접 조인트, 여기서 제2 마찰 교반 용접 조인트는 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 납 밀봉부와 애노드 시트를 침투함;을 더욱 포함한다.또 다른 구체 예에서, 애노드 시트는 버스 바 주위에 감싸져서 이에 따라 애노드 시트의 상단 끝단이 버스 바 아래에 위치한 애노드 시트의 일부분과 접촉하며, 여기서 제1 마찰 교반 용접 조인트는 애노드 시트의 상단 끝단과 애노드 시트의 상기 일부분을 침투한다.

또 다른 예시적인 구체 예에서, 제1 마찰 교반 용접 조인트는 필렛 용접된 조인트이며 이는 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 애노드 시트와 버스 바를 침투하며, 전기화학 애노드는 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 애노드 시트와 버스 바를 침투하는 제2 마찰 교반 용접 조인트를 더욱 포함하며, 여기서 제2 마찰 교반 용접 조인트는 또한 필렛 용접된 조인트이다. 또 다른 구체 예에서, 전기화학 애노드는 버스 바 주위의 납 밀봉부를 더욱 포함하며, 여기서 전기화학 애노드는 버스 바와 납 밀봉부가 만나는 영역을 따라 위치된 마찰 교반 용접 조인트를 사용하여 각 끝단에서 봉인된다. 또 다른 구체 예에서, 제1 마찰 교반 용접 조인트는 버트 용접된 조인트이며 이는 버스 바와 애노드 시트를 접합시킨다. 또 다른 구체 예에서, 제1 마찰 교반 용접 조인트는 버트 용접된 조인트이며 이는 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 애노드 시트와 버스 바를 침투하며, 전기화학 애노드는 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 애노드 시트와 버스 바를 침투하는 제2 마찰 교반 용접 조인트를 더욱 포함하며, 여기서 제2 마찰 교반 용접 조인트는 또한 버트 용접된 조인트이다.

본 발명의 예시적인 방법은 전기화학 애노드 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은 (a) 애노드 시트를 제공하는 단계; (b) 상기 애노드 시트를 버스 바에 전기적으로 연결하는 단계; 및 (c) 제1 마찰 교반 용접 조인트를 사용하여 전기화학 애노드를 형성하는 단계를 포함한다. 또 다른 방법에서, 상기 단계 (c)는, 전기화학 애노드를 따라 제1 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계, 여기서 제1 마찰 교반 용접 조인트는 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 버스 바와 애노드 시트를 침투함; 및 전기화학 애노드를 따라 제2 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계, 여기서 제2 마찰 교반 용접 조인트는 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 버스 바와 애노드 시트를 침투함;을 더욱 포함한다.

또 다른 예시적인 방법에서, 버스 바 주위에 연장되고 애노드 시트의 일부분에 접촉하는 납 밀봉부를 제공하는 단계; 전기화학 애노드를 따라 제1 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계, 여기서 제1 마찰 교반 용접 조인트는 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 납 밀봉부와 애노드 시트를 침투함; 및 전기화학 애노드를 따라 제2 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계, 여기서 제2 마찰 교반 용접 조인트는 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 납 밀봉부와 애노드 시트를 침투함;을 더욱 포함한다. 또 다른 방법에서, 단계 (b)는 애노드 시트를 버스 바 주위에 감싸서 이에 따라 애노드 시트의 상단 끝단이 버스 바 아래에 위치한 애노드 시트의 일부분과 접촉하도록 하는 단계를 포함하며, 여기서 제1 마찰 교반 용접 조인트는 애노드 시트의 상단 끝단과 애노드 시트의 상기 일부분을 침투한다.

또 다른 예시적인 방법에서, 단계 (c)는 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 애노드 시트와 버스 바를 침투하는 필렛 용접된 조인트로서 제1 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계; 및 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 애노드 시트와 버스 바를 침투하는 필렛 용접된 조인트로서 제2 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계;를 더욱 포함한다. 또 다른 방법에서, 상기 방법은, 버스 바를 납으로 밀봉(encapsulating)하는 단계; 및 버스 바와 납 밀봉부가 만나는 영역을 따라 위치된 마찰 교반 용접 조인트를 사용하여 각 끝단에서 애노드 시트를 봉인하는 단계;를 더욱 포함한다. 또 다른 방법에서, 제1 마찰 교반 용접 조인트는 버스 바와 애노드 시트를 접합시키는 버트 용접된 조인트이다. 또 다른 예시적인 구체 예에서, 본 방법은 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 애노드 시트와 버스 바를 침투하는 버트 용접된 조인트로서 제1 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계; 및 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 애노드 시트와 버스 바를 침투하는 버트 용접된 조인트로서 제2 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계;를 더욱 포함한다.

본 발명이 다양한 변형 및 대체 형태를 취할 수 있는 한편, 특정 구체 예는 실시예로서 도면에 제시되었으며 본 명세서에서 상세하게 기재되었다. 그렇지만, 본 발명은 개시된 특정 형태에 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서의 이익을 갖는 해당 분야의 통상의 기술자는 또 다른 구성을 갖는 애노드가 납 연소 과정 대신에 경계 표면에 납 애노드를 접합시키기 위해 사용된 마찰 교반 용접으로 본 발명에 따라 형성될 수 있음을 인식한다. 이에 따라, 본 의도는 첨부된 청구항에 정의된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 모든 변형, 균등물, 및 대체물을 포함한다.

Claims

버스 바;
상기 버스 바에 전기적으로 연결된 애노드 시트, 여기서 상기 애노드 시트는 납을 포함함; 및
상기 애노드 시트와 상기 버스 바를 연결시켜, 이에 의해 상기 애노드 시트를 상기 버스 바에 전기적으로 연결시키는 제1 마찰 교반 용접 조인트;
를 포함하는, 전기화학 애노드.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 마찰 교반 용접 조인트는 상기 전기화학 애노드를 따라 연장되며, 상기 제1 마찰 교반 용접 조인트는 상기 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 상기 버스 바와 상기 애노드 시트를 침투하며, 상기 전기화학 애노드는 상기 전기화학 애노드를 따라 연장되는 제2 마찰 교반 용접 조인트를 더욱 포함하며, 여기서 상기 제2 마찰 교반 용접 조인트는 상기 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 상기 버스 바와 상기 애노드 시트를 침투하는, 전기화학 애노드.
제 1 항에 있어서, 상기 전기화학 애노드는
상기 버스 바 주위에 연장되고 상기 애노드 시트의 일부분에 접촉하는 납 밀봉부, 여기서 상기 제1 마찰 교반 용접 조인트는 상기 전기화학 애노드를 따라 연장되며 상기 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 상기 납 밀봉부와 상기 애노드 시트를 침투함; 및
상기 전기화학 애노드를 따라 연장되는 제2 마찰 교반 용접 조인트, 여기서 상기 제2 마찰 교반 용접 조인트는 상기 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 상기 납 밀봉부와 상기 애노드 시트를 침투함;
을 더욱 포함하는, 전기화학 애노드.
제 1 항에 있어서, 상기 애노드 시트는 상기 버스 바 주위에 감싸져서 이에 따라 상기 애노드 시트의 상단 끝단이 상기 버스 바 아래에 위치한 상기 애노드 시트의 일부분과 접촉하며, 여기서 상기 제1 마찰 교반 용접 조인트는 상기 애노드 시트의 상기 상단 끝단과 상기 애노드 시트의 상기 일부분을 침투하는, 전기화학 애노드.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 마찰 교반 용접 조인트는 상기 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 상기 애노드 시트와 상기 버스 바를 침투하는 필렛 용접된 조인트이며, 상기 전기화학 애노드는 상기 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 상기 애노드 시트와 상기 버스 바를 침투하는 제2 마찰 교반 용접 조인트를 더욱 포함하며, 여기서 상기 제2 마찰 교반 용접 조인트는 또한 필렛 용접된 조인트인, 전기화학 애노드.
제 1 항에 있어서, 상기 전기화학 애노드는 상기 버스 바 주위의 납 밀봉부를 더욱 포함하며, 여기서 상기 전기화학 애노드는 상기 버스 바와 상기 납 밀봉부가 만나는 영역을 따라 위치된 마찰 교반 용접 조인트를 사용하여 각 끝단에서 봉인되는, 전기화학 애노드.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 마찰 교반 용접 조인트는 상기 버스 바와 상기 애노드 시트를 접합시키는 버트 용접된 조인트인, 전기화학 애노드.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 마찰 교반 용접 조인트는 상기 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 상기 애노드 시트와 상기 버스 바를 침투하는 버트 용접된 조인트이며, 상기 전기화학 애노드는 상기 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 상기 애노드 시트와 상기 버스 바를 침투하는 제2 마찰 교반 용접 조인트를 더욱 포함하며, 여기서 상기 제2 마찰 교반 용접 조인트는 또한 버트 용접된 조인트인, 전기화학 애노드.
전기화학 애노드 제조 방법에 있어서, 상기 방법은
(a) 납을 포함하는 애노드 시트를 제공하는 단계; 및
(b) 상기 애노드 시트를 버스 바에 연결시켜, 이에 따라 상기 애노드 시트를 상기 버스 바에 전기적으로 연결시키는 제1 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계;
를 포함하는, 전기화학 애노드 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 단계 (b)는
상기 전기화학 애노드를 따라 상기 제1 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계, 여기서 상기 제1 마찰 교반 용접 조인트는 상기 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 상기 버스 바와 상기 애노드 시트를 침투함; 및
상기 전기화학 애노드를 따라 제2 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계, 여기서 상기 제2 마찰 교반 용접 조인트는 상기 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 상기 버스 바와 상기 애노드 시트를 침투함;
을 더욱 포함하는, 전기화학 애노드 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 방법은
상기 버스 바 주위에 연장되고 상기 애노드 시트의 일부분에 접촉하는 납 밀봉부를 제공하는 단계;
상기 전기화학 애노드를 따라 제1 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계, 여기서 상기 제1 마찰 교반 용접 조인트는 상기 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 상기 납 밀봉부와 상기 애노드 시트를 침투함; 및
상기 전기화학 애노드를 따라 제2 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계, 여기서 상기 제2 마찰 교반 용접 조인트는 상기 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 상기 납 밀봉부와 상기 애노드 시트를 침투함;을
더욱 포함하는,전기화학 애노드 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 애노드 시트를 상기 버스 바 주위에 감싸서 이에 따라 상기 애노드 시트의 상단 끝단이 상기 버스 바 아래에 위치한 상기 애노드 시트의 일부분과 접촉하도록 하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 제1 마찰 교반 용접 조인트는 상기 애노드 시트의 상기 상단 끝단과 상기 애노드 시트의 상기 일부분을 침투하는, 전기화학 애노드 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 단계 (b)는
상기 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 상기 애노드 시트와 상기 버스 바를 침투하는 필렛 용접된 조인트로서 상기 제1 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계; 및
상기 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 상기 애노드 시트와 상기 버스 바를 침투하는 필렛 용접된 조인트로서 제2 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계;
를 더욱 포함하는, 전기화학 애노드 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 방법은
상기 버스 바를 납으로 밀봉(encapsulating)하는 단계; 및
상기 버스 바와 상기 납 밀봉부가 만나는 영역을 따라 위치된 마찰 교반 용접 조인트를 사용하여 각 끝단에서 상기 애노드 시트를 봉인하는 단계;
를 더욱 포함하는, 전기화학 애노드 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 제1 마찰 교반 용접 조인트는 상기 버스 바와 상기 애노드 시트를 접합시키는 버트 용접된 조인트인, 전기화학 애노드 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 방법은
상기 전기화학 애노드의 제1 측면 상에서 상기 애노드 시트와 상기 버스 바를 침투하는 버트 용접된 조인트로서 상기 제1 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계; 및
상기 전기화학 애노드의 제2 측면 상에서 상기 애노드 시트와 상기 버스 바를 침투하는 버트 용접된 조인트로서 제2 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계;
를 더욱 포함하는, 전기화학 애노드 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 애노드 시트는 상기 버스 바에 직접 마찰 교반 용접되며, 상기 버스 바는 구리를 포함하는, 전기화학 애노드.
제 1 항에 있어서, 상기 애노드 시트는 상기 버스 바를 밀봉(encapsulating)하는 씌우개(overlay)에 마찰 교반 용접되며, 상기 버스 바는 구리를 포함하며, 상기 씌우개는 납을 포함하는, 전기화학 애노드.
제 1 항에 있어서, 상기 애노드 시트는 상기 버스 바 주위에 감싸지며, 상기 감싸진 애노드 시트는 자신에게 마찰 교반 용접되어, 이에 따라 상기 버스 바를 밀봉하며, 상기 버스 바는 구리를 포함하는, 전기화학 애노드.
제 1 항에 있어서, 상기 애노드 시트와 상기 버스 바 사이의 마찰 교반 용접된 필렛 조인트에 포함되는 충전 물질을 더욱 포함하며, 상기 버스 바는 구리를 포함하며, 상기 충전 물질은 납 또는 납 안티몬 합금을 포함하는, 전기화학 애노드.
제 1 항에 있어서, 상기 애노드 시트는 하나 이상의 마찰 교반 버트 용접을 사용하여 상기 버스 바에 부착되며, 상기 버스 바는 구리를 포함하는, 전기화학 애노드.
제 9 항에 있어서, 상기 애노드 시트는 상기 버스 바에 직접 마찰 교반 용접되며, 상기 버스 바는 구리를 포함하는, 전기화학 애노드 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 애노드 시트는 상기 버스 바를 밀봉(encapsulating)하는 씌우개(overlay)에 마찰 교반 용접되며, 상기 버스 바는 구리를 포함하며, 상기 씌우개는 납을 포함하는, 전기화학 애노드 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 애노드 시트는 상기 버스 바 주위에 감싸지며, 상기 감싸진 애노드 시트는 자신에게 마찰 교반 용접되어, 이에 따라 상기 버스 바를 밀봉하며, 상기 버스 바는 구리를 포함하는, 전기화학 애노드 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 애노드 시트와 상기 버스 바 사이의 마찰 교반 용접된 필렛 조인트에 포함되는 충전 물질을 더욱 포함하며, 상기 버스 바는 구리를 포함하며, 상기 충전 물질은 납 또는 납 안티몬 합금을 포함하는, 전기화학 애노드 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 애노드 시트는 하나 이상의 마찰 교반 버트 용접을 사용하여 상기 버스 바에 부착되며, 상기 버스 바는 구리를 포함하는, 전기화학 애노드 제조 방법.