KR20140123566A

KR20140123566A - 마찰 교반 용접에 사용을 위한 지지 장치 및 백킹 장치

Info

Publication number: KR20140123566A
Application number: KR1020147024742A
Authority: KR
Inventors: 크리스테르 페르쏜
Original assignee: 이에스에이비 아베
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2014-10-22
Also published as: BR112014019617A2; AU2012369244A1; IN2014DN06575A; US9579753B2; BR112014019617A8; EP2812150B1; CN104169043B; AU2012369244B2; CN104169043A; WO2013119155A1; JP5964993B2; EP2812150A1; KR101882557B1; JP2015511177A; EP2812150A4; US20150097021A1

Abstract

마찰 교반 용접과 관련하여 하나 이상의 작업편을 지지 방식으로 압박하도록 의도된 지지 장치(20)는 - 홀더 유닛(30), - 제1 회전축(R1) 둘레에서 홀더 유닛에 대해 회전될 수 있는 제1 지지 휠(40), 및 - 상기 제1 회전축에 평행한 제2 회전축(R2) 주위에서 홀더 유닛에 대해 회전될 수 있는 제2 지지 휠(50)과, 지지 휠 사이에 위치되고 외향으로 회전된 지지면(61)을 나타내는 홀더 유닛과 연결된 지지 본체(60)와, - 지지 휠의 외주면(41, 51) 상에 루프로 연장하고 지지 장치의 지지면과 슬라이딩 접촉하는 무단 가요성 금속 벨트(21)를 포함하고, 지지 장치는 이들이 지지 휠의 외주면으로 그리고 금속 벨트를 거쳐 작업편에 대해 놓인 지지 본체의 지지면으로 하나 이상의 작업편을 압박함에 따라 지지를 제공하도록 형상화된다. 본 발명은 또한 이러한 지지 장치를 포함하는 백킹 장치를 제공한다.

Description

마찰 교반 용접에 사용을 위한 지지 장치 및 백킹 장치 {SUPPORTING APPLIANCE AND BACKING ARRANGEMENT FOR USE IN FRICTION STIR WELDING}

본 발명은 마찰 교반 용접(friction stir welding)과 관련하여 하나 이상의 작업편을 지지 방식으로 압박하도록(bear) 제공된 청구항 1의 전제부에 따른 지지 장치 및 마찰 교반 용접에 의해 2개의 작업편 사이에 형성된 용접된 시임을 지지하기 위한 청구항 13의 전제부에 따른 백킹 장치(backing arrangement)를 제공한다. 본 발명은 또한 마찰 교반 용접을 거쳐 작업편들 사이의 시임을 따라 연장하는 2개의 작업편을 함께 끼워맞추기 위한 청구항 15의 전제부에 따른 방법을 제공한다.

마찰 교반 용접은 무엇보다도, 작업편들을 함께 끼워맞추고 작업편 내의 균열의 복원을 위해 사용될 수 있는 잘 알려진 입증된 용접 방법이다. 마찰 교반 용접의 보조에 의해 서로 끼워맞춤되는 2개의 작업편은 용접 작업 중에 서로에 대해 고정되는 작업편들에 대해 가압되는 동시에 작업편들 사이의 시임을 횡단하는 회전형 용접 공구로부터 마찰 가열에 의해 이들의 결합 라인을 따라 가소화된다. 용접 공구는 용접 작업 중에, 작업편에 대해 가압되는 회전 본체와, 작업편에 의한 가압 작용에 의해 작업편들 사이의 시임 내에서 회전하면서 전방으로 안내되는 본체로부터 연장하는 핀을 포함한다. WO 93/10935 A1호 및 WO 95/26254 A1호에 설명된 바와 같이, 용접 공구는 작업편보다 경질의 재료로 제조되어야 한다. 용접 공구는 작업편이 고정 배치된 상태로 작업편을 따라 용접 공구를 이동시킴으로써 또는 고정 방식으로 배치된 용접 공구에 대해 작업편을 이동시킴으로써 작업편들 사이에서 시임을 횡단하게 될 수 있다.

마찰 교반 용접에서, 용접 공구는 작업편들에 대해 큰 힘으로 가압되어 작업편들 사이의 시임 내에 작업편들의 원하는 가소화를 유발하기에 충분히 작업편들을 마찰 가열하는 것을 가능하게 해야 한다. 고정 또는 퇴피 가능 핀을 갖는 용접 공구가 사용되면, 백킹은 용접 공구에 대향하여 작업편의 이면에 대해 적용되어, 작업편들에 대해 용접 공구에 의해 인가된 압축력의 적어도 일부를 수용하고, 용접된 시임의 영역에서 용접 작업 중에 가소화된 재료를 유지한다. 예를 들어, 편평한 작업편의 용접 중에, 예를 들어 세장형 비임(elongated beam) 또는 작업 테이블의 형태의 편평한 백킹에 대해 작업편을 얹어 놓음으로써, 작업편의 후방측에 대해 백킹을 배열하는 것이 일반적으로 간단하다. 그러나, 예를 들어 작업편의 원주방향으로 연장하는 시임을 따라 중공 원통형 작업편을 결합시키기 위해 마찰 교반 용접이 사용될 때, 특히 예를 들어 작업편이 우주선 또는 항공기용 연료 탱크와 같은 비교적 소형 액세스 개구를 갖는 용기를 형성하도록 결합되는 경우에, 필수적인 백킹을 생성하는 것은 더 문제가 된다. 후자의 경우에, 예를 들어 US 6,247,634 B1호에 설명된 바와 같이, 그 내부에 작업편에 대해 긴장되는(tensioned) 제거 가능한 환형 백킹을 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 백킹의 일 결점은 결합될 작업편의 치수에 특정하게 적응되어야 하고, 작업편 내의 백킹의 설치 및 제거가 어렵고 시간 소모적일 수도 있다는 것이다. US 6,070,784 A호에는, 지지 아암에 의해 지지된 회전 가능 백킹 롤러가 그 내에 작업편에 적용되는 대안의 해결책에 대한 설명이 제공되어 있다. 이 해결책의 일 결점은 지지 롤러가 작업편에 대해 제한된 선형 접촉면을 명백하게 하고, 이는 양호한 품질의 용접부가 생성될 수 있도록, 작업편의 외부에 적용된 용접 공구에 대해 백킹 롤러의 정확한 위치설정에 대한 상당한 요구를 행한다.

마찰 교반 용접에서, 백킹편이 용접 공구핀에 고정되어 있는 용접 공구인 소위 보빈 공구(Bobbin tool)의 형태의 용접 공구를 사용하는 것이 또한 중요하다. 이 경우에, 백킹 디바이스(backing device)는 용접 공구와 함께 결합될 작업편들 사이의 시임을 횡단한다. 예를 들어 US 6,237,835 B1호에 설명되어 있는 이 해결책은 무엇보다도 작업편의 원주방향으로 연장하는 시임을 따라 중공 원통형 작업편을 결합시키는데 사용될 수 있다. 그러나, 이 해결책의 일 결점은 작업편의 내부로부터 용접 공구 핀을 위한 작업편 내의 구멍의 사전 드릴링을 포함하여, 용접을 위한 용접 공구를 셋업하기 위해 비교적 고비용의 준비를 필요로 한다는 것이다. 게다가, 용접 작업이 완료된 후에, 구멍이 작업편 내에 잔류한다. 다른 결점은 이 유형의 마찰 교반 용접이 비교적 민감한 용접 프로세스이고, 비교적 고가의 용접 공구의 사용을 필요로 한다는 것이다.

본 발명의 목적은 마찰 교반 용접과 관련하여 하나 이상의 작업편을 지지 방식으로 압박하도록 제공되고, 무엇보다도 마찰 교반 용접에 의해 2개의 작업편 사이에 형성된 용접된 시임을 지지하는데 사용하기에 적합한 신규하고 유리한 지지 장치를 제조하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 1에 규정된 특징을 나타내는 지지 장치의 도움으로 도달된다.

본 발명에 특정한 지지 장치는

- 홀더 유닛,

- 홀더 유닛에 의해 지지되고, 외주면을 나타내고 제1 회전축 둘레에서 홀더 유닛에 대해 회전될 수 있는 제1 지지 휠,

- 홀더 유닛에 의해 지지되고, 외주면을 나타내고 상기 제1 회전축에 평행한 제2 회전축 주위에서 홀더 유닛에 대해 회전될 수 있는 제2 지지 휠,

- 지지 휠 사이에 위치되고 외향으로 회전된 지지면을 나타내는 홀더 유닛과 연결된 지지 본체,

- 지지 휠의 외주면 상에 루프로 연장하고 지지 장치의 외부면 상에 슬라이딩 방식으로 가압하는 무단 가요성 금속 벨트로서, 지지 장치는 지지 휠의 외주면으로 그리고 금속 벨트를 거쳐 작업편에 대해 놓인 지지 장치의 지지면으로 하나 이상의 작업편을 지지 방식으로 가압하도록 형상화되는, 무단 가요성 금속 벨트를 포함한다.

2개의 지지 휠 및 지지 장치에 의해, 서로로부터 소정 간격으로 배치된 3개의 지지점이 본 발명에 특정한 지지 장치와 작업편 사이에 제공되고, 이는 양호한 하중 분배를 제공한다. 작업편의 형상에 지지 장치의 지지면의 형상을 적응함으로써, 게다가 비교적 큰 압축-수용 접촉면이 지지 장치와 작업편 사이에 얻어진다. 지지 장치와 작업편 사이에 상호 시프트가 존재하면, 금속 벨트와 작업편 사이의 슬라이딩은 어떻게 지지 장치가 작업편에 대해 시프트하는지에 따라, 작업편을 구르게 함으로써 금속 벨트를 전진시킴으로써 회피될 수 있다. 이에 의해, 지지 장치는 작업편을 손상시키지 않고 이들의 표면과 지지 접촉하여 작업편을 횡단할 수 있다.

지지 장치가 마찰 교반 용접에 의해 2개의 작업편 사이에 형성된 용접된 시임을 지지하는데 사용될 때, 지지 장치는 지지 장치의 외부면을 압박하는 금속 벨트와 마찬가지로, 작업편에 대해 용접 공구의 본체에 의해 인가된 압축력의 적어도 일부를 수용하고 용접 공구에 의해 형성된 용접된 시임의 영역에서 용접 작업 중에 재료를 가소화된 상태로 유지하기 위한 백킹으로서 기능한다. 이 경우에, 지지 장치는 작업편의 대향측에서 용접 공구에 대향하여 위치된 지지 장치의 지지면으로 작업편을 압박하여 유지되도록 제공된다. 지지 장치의 지지면의 형상이 작업편의 형상에 적응되면, 용접 공구를 위한 비교적 큰 능동 백킹면을 제공하기 위해 지지 장치의 지지면 상으로 연장하는 금속 벨트의 부분 및 이 능동 백킹면은 작업편에 대해 슬라이딩하지 않고 작업편들 사이의 시임을 횡단한다. 이 백킹면의 양 측면 상에 위치된 지지 휠은 작업편의 지지에 기여하여, 작업편이 용접 작업 중에 좌굴하게 되는 위험이 감소되게 된다. 이 경우에, 지지 장치는 용접 작업 중에 용접 공구에 대향하여 위치되어 유지된다. 작업편이 용접 작업 중에 고정 용접 공구에 대해 이동하면, 지지 장치는 또한 고정 위치에 유지될 것이고, 용접 공구가 고정 작업편에 대해 이동하면, 지지 장치는 용접 공구와 동기하여 이동할 것이다. 마찰 교반 용접에 의해 결합될 2개의 중공 원통형 작업편의 내경으로의 지지 장치의 지지면의 반경의 적응에 의해, 이들 작업편들 사이에 형성되는 원형 경로 상으로 연장하는 용접된 시임에 작업편의 내부 상에서 지지를 제공하도록 양호하게 적합된 지지 장치가 얻어진다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 지지 장치는 제1 지지 휠이 회전하게 하도록 배치된 구동 기구를 포함한다. 이에 의해, 지지 장치의 이동이 지지부가 인접하는 작업편들에 대해 용이하게 된다.

본 발명의 다른 실시예는

- 제1 지지 휠과 회전 강성 방식으로 연결된 제1 치형부가 있는 휠,

- 제2 치형부가 있는 휠과 회전 강성 방식으로 연결된 제2 치형부가 있는 휠, 및

- 제2 지지 휠이 상기 제1 및 제2 치형부가 있는 휠 상에 루프로 연장하는 구동 체인 또는 구동 벨트의 형태의 무단 가요성 변속 장치를 거쳐 제1 지지 휠로 구동될 수 있도록 연결되는 것을 특징으로 한다.

변속 장치 및 치형부가 있는 휠의 도움으로, 제1 및 제2 지지 휠은 하나의 동일한 구동 기구에 의해 회전될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 지지 장치는 상기 변속 장치 상에 작용하여 이를 긴장 상태로 유지하도록 위치된 스프링 하중식 긴장 장치를 포함한다.

본 발명의 다른 실시 형태는

- 홀더 유닛이 베이스부 및 베이스부와 함께 피벗 방식으로 연결되는 홀더 요소를 포함하고, 홀더 요소는 상기 제1 및 제2 회전축과 평행한 회전축 둘레로 베이스부에 대한 홀더 요소의 회전에 의해 베이스부에 대해 다양한 회전 위치에서 조정 가능하고,

- 지지 휠들 중 하나는 홀더 요소에서 회전하도록 지지되고,

- 지지 장치는 그에 대해 원하는 회전 위치에서 베이스부 상의 홀더 요소의 확실한 잠금을 위한 잠금 장치를 나타내는 것을 특징으로 한다.

베이스부에 대해 홀더 요소를 회전시킴으로써, 홀더 요소에서 회전하도록 위치된 지지 휠의 위치를 지배하는 것이 가능해지고, 지지 장치는 상이한 반경을 갖는 작업편을 압박하도록 적응될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 지지 장치는 홀더 유닛의 베이스부에 대해 다양한 위치에서 조정될 수 있어, 따라서 지지 휠에 대한 지지 본체 위치의 조절을 허용한다. 이에 의해, 지지편의 현재 형상에 따라, 지지 장치를 조정하기 위한 다른 가능성이 제공된다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 지지 장치는 홀더 유닛과 탈거 가능하게 연결된다. 이에 의해, 필요하다면 손상된 지지 장치는 새로운 지지 장치로 교체될 수 있다. 다양한 형상의 지지면을 갖는 지지 장치를 교환함으로써, 게다가 작업편의 현재 형상에 따라 지지 장치를 적응하는 것이 가능해진다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 지지 휠은 그 외주면에 바람직하게는 고무 재료의 마찰-향상 코팅을 갖고, 금속 벨트는 이 코팅을 압박하도록 배치된다. 이에 의해, 금속 벨트와 지지 휠 사이에 더 양호한 접착력이 존재하고, 그에 의해 금속 벨트와 지지 휠 사이의 스키딩(skidding) 및 그와 연계된 마모의 위험이 감소된다.

본 발명에 따른 지지 장치의 다른 유리한 특징은 종속 청구항 및 이하에 이어지는 상세한 설명으로부터 유도된다.

본 발명은 또한 용접 공구에 의한 마찰 교반 용접에 의해 2개의 작업편 사이에 형성된 용접된 시임을 지지하기 위한 청구항 13에 규정된 특징을 개시하는 백킹 장치, 뿐만 아니라 마찰 교반 용접에 의해 작업편들 사이로 연장하는 시임을 따라 2개의 작업편을 결합시키기 위한 청구항 15에 규정된 특징을 나타내는 방법을 제공한다.

본 발명이 첨부 도면을 참조하여 실시예의 도움으로 이하에 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 2개의 지지 장치를 포함하는 마찰 교반 용접을 위한 용접 스테이션의 개략도이다.
도 2는 만곡된 작업편을 압박하도록 형상화된 지지 장치를 갖는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 지지 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2에 따른 지지 장치의 다른 측으로부터의 사시도이다.
도 4는 도 3의 원 B에 따른 상세 확대도이다.
도 5는 도 2에 따른 지지 장치의 측면도이다.
도 6은 도 2에 따른 지지 장치의 수평도이다.
도 7은 도 2에 따른 지지 장치의 부분 절결 정면도이다.
도 8은 직선형 작업편을 압박하도록 형상화된 지지 장치를 갖는 본 발명에 따른 지지 장치의 측면도이다.
도 9는 백킹 장치 내에 포함된 캐리어 아암 및 지지 아암이 퇴피 위치에서 도시되어 있는, 도 1에 따른 용접 스테이션을 위한 백킹 장치의 개략 측면도이다.
도 10은 캐리어 아암 및 지지 아암이 퇴피 위치에서 도시되어 있는, 도 9에 따른 백킹 장치에 포함된 부분들의 개략 수평도이다.
도 11은 도 10에 대응하지만, 캐리어 아암 및 지지 아암이 전개 위치에 도시되어 있는 개략 수평도이다.

도 1은 용접 공구(5) 및 백킹 장치(2)를 포함하는 마찰 교반 용접을 위한 용접 스테이션(1)을 도시한다. 도시된 용접 스테이션(1)은 예를 들어 우주선 또는 항공기용 연료 탱크의 형성을 위해 원형 단면 형상을 갖는 작업편(3, 4)(또한 도 9 내지 도 11 참조)을 결합시키도록 형상화된다. 용접 공구(5)는 회전형 본체(6) 및 본체로부터 연장하는 핀(7)을 갖는 통상의 형상의 마찰 교반 용접을 위한 용접 공구이다(도 5 참조). 도시된 예에서, 핀(7)은 그와 함께 회전하도록 본체(6)에 고정된다. 본체(6)는 기계 베이스(8) 내에서 회전하도록 지지된 스핀들(9)과 회전 강성 방식으로 연결된다. 이 스핀들(9)은 예를 들어 전기 또는 유압 모터의 형태의 기계 베이스(8) 내에 위치된 구동 유닛(도시 생략)의 도움으로 회전한다. 결합될 2개의 작업편(3, 4)은 (도시되지 않은) 고정된 긴장 공구의 도움에 의해 용접 작업 중에 서로에 대해 고정 유지된다.

용접 작업 중에, 용접 공구(5)는 고속으로 회전하는 본체(6)가 작업편(3, 4)의 외부측을 압박하는 동시에 핀(7)이 작업편에 대해 압축 작용으로 시임(10) 내에서 회전하는 동안 전진되면서 만곡된 경로 상에서 작업편(3, 4) 사이로 연장하는 시임(10)을 횡단한다. 작업편(3, 4)의 외부에 대한 본체(6)의 회전에 의해, 마찰열이 발생하고, 이 마찰열은 핀(7)에 가장 가까운 영역에서 작업편의 단부 에지가 가소화되게 한다. 도시된 예에서, 시임(10)은 작업편의 원주방향의 영역으로 연장하고, 시임은 따라서 도시된 작업편(3, 4)이 원형 단면 형태를 나타내기 때문에, 원형 경로 상에서 연장한다.

도시된 예에서, 백킹 장치(2)는 본 발명의 실시 형태에 따른 2개의 지지 장치(20, 20')를 포함한다. 이들 지지 장치 중 제1 지지 장치(20)는 용접 공구(5)용 백킹으로서 사용되고, 용접 공구의 회전 본체(6) 및 핀(7)에 대향하여 작업편(3, 4)을 압박하여, 본체(6)를 거쳐 용접 공구(5)에 의해 작업편(3, 4)에 대해 인가된 압축력의 적어도 일부를 수용하고 용접 작업 중에 가소화된 재료를 용접된 시임의 영역에 유지하도록 제공된다. 다른 지지 장치(20')는 백킹 장치(2) 내의 지지 장치로서 이용된다.

각각의 지지 장치(20, 20')는

- 홀더 유닛(30),

- 외주면(41)을 나타내고 제1 회전축(R1)(도 1 및 도 5 참조) 둘레로 홀더 유닛(30)에 대해 회전할 수 있는 홀더 유닛(30)에 의해 지지된 제1 지지 휠(40), 및

- 외주면(51)을 나타내고 상기 제1 회전축(R1)에 평행한 제2 회전축(R2) 둘레로 홀더 유닛(30)에 대해 회전할 수 있는 홀더 유닛(30)에 의해 지지된 제2 지지 휠(50),

- 지지 휠(40, 50) 사이에 위치되고, 외향으로 회전된 지지면(61)을 나타내는 홀더 유닛(30)과 연결된 지지 본체(60), 및

- 지지 휠의 외주면(41, 51) 상에서 루프로 연장하고 지지 장치의 지지면(61)과 슬라이딩 접촉하는 무단 가요성 금속 벨트(21)를 나타낸다.

지지 장치(20, 20')는 이들이 지지 휠의 외주면(41, 51)에 의해 그리고 금속 벨트(21)를 거쳐 작업편에 대해 놓인 지지 장치의 지지면(61)에 의해 작업편(3, 4)을 압박함에 따라 지지를 제공하도록 형상화된다.

유리하게는, 지지 본체(60)는, 동일한 형상을 갖는 신규한 지지 장치로의 또는 상이한 형태를 갖는 지지면(61)을 갖는 지지 장치로의 지지 장치의 교환을 허용할 필요가 있으면, 홀더 유닛(30)에 탈거 가능하게 연결된다.

각각의 지지 휠(40, 50)은 유리하게는 예를 들어 고무 재료로 제조된 마찰 향상 코팅(42, 52)을 그 외주면(41, 51)에 구비하고, 여기서 금속 벨트(21)가 이 코팅(42, 52)을 압박하도록 위치된다.

도시된 실시 형태에서, 지지 장치(20, 20')는 제1 지지 휠(40)이 회전하게 하도록 위치된 구동 기구(22)를 포함한다. 이 구동 기구(22)는 홀더 유닛(30)에 의해 지지되고, 예를 들어 전기 또는 유압 모터일 수 있다.

도시된 실시 형태에서, 제1 치형부가 있는 휠(43)(도 2 및 도 5)이 제1 지지 휠(40)과 회전 강성 방식으로 연결되고, 반면 제2 치형부가 있는 휠(53)은 제2 지지 휠(50)과 회전 강성 방식으로 연결된다. 이 경우에, 제2 지지 휠(50)은 상기 제1 및 제2 치형부가 있는 휠(43, 53) 상에 루프로 연장하는 구동 체인 또는 구동 벨트의 형태의 무단 가요성 변속 장치(23)를 거쳐 제1 지지 휠(40)과 함께 구동될 수 있도록 연결되고, 이들과 맞물린다. 스프링 하중식 긴장 장치(24)가 유리하게는 상기 변속 장치(23)를 긴장 상태로 유지하도록 그에 작용한다. 도시된 예에서, 긴장 장치(24)는 홀더 유닛(30) 상에서 시프트하도록 장착된 로드(25) 상에 고정되고, 이에 의해 스프링 기구(26)가 상기 로드(25) 상에 작용하도록 위치되어 이에 의해 긴장 장치(24)를 변속 장치(23)에 대해 아래로 가압 유지한다.

도시된 실시예에서, 양 지지 휠(40, 50)은 구동 기구(22)의 작용에 의해 회전되도록 배치된다. 대안으로서, 지지 장치(20, 20')는 2개의 지지 휠(40, 50) 사이에 구동 연결이 결여될 수 있고, 따라서 제2 지지 휠(50)은 구동 기구(22)의 작용에 의해 회전하게 되지 않는다. 이 경우에, 제2 지지 휠(50)은 지지 장치가 작업편(3, 4)을 횡단할 때 금속 벨트(21)와 지지 휠의 외주면(51) 사이의 마찰력의 작용에 의해 회전한다. 또 다른 대안으로서, 지지 장치(20, 20')는 구동 기구 없이 설계될 수 있고, 따라서 지지 휠(40, 50)은 구동되지 않는다. 후자의 경우에, 지지 휠(40, 50)은 지지 장치가 작업편(3, 4)을 횡단할 때 금속 벨트(21)와 지지 휠의 외주면(41, 51) 사이의 마찰력의 작용에 의해 회전한다.

도시된 실시 형태에서, 홀더 유닛(30)은 베이스부(31)와, 베이스부(31)와 함께 피벗하도록 연결되고 지지 휠의 회전축(R1, R2)과 평행한 회전축(A3)(도 5 및 도 7 참조) 둘레로 베이스부에 대한 홀더 요소(32)의 회전에 의해 베이스부(31)에 대해 다양한 회전 위치에서 조정 가능한 홀더 요소(32)를 포함한다. 제1 지지 휠(40)은 베이스부(31)에서 회전하도록 지지되고, 반면에 제2 지지 휠(50)은 회전 홀더 요소(32)에서 회전하도록 지지된다. 베이스부(31)에 대한 홀더 요소(32)의 회전 위치를 지배함으로써, 따라서 지지 휠(40, 50) 사이의 상호 위치를 지배하는 것이 가능해진다. 잠금 장치(33)의 도움으로, 홀더 요소(32)는 그에 대해 원하는 회전 위치에서 베이스부(31)에 확실하게 잠금되는 것이 가능하다. 도시된 예에서, 홀더 요소(32)는 베이스부(31) 내의 관통-연장 구멍(35) 내에서 회전하도록 지지되는 액슬(axle)(34)(도 7 참조)과 회전 강성 방식으로 연결된다. 이 경우에, 잠금 장치(33)는 나사(37)에 의해 보조되어 상기 액슬(34)의 일 단부에 고정된 잠금 플레이트(36)를 나타낸다. 잠금 플레이트(36)는 상기 구멍(35)을 둘러싸는 돌출부(38)를 압박한다. 나사(37)의 도움으로, 잠금 플레이트(36)는 원하는 회전 위치에서 베이스부(31)에서 홀더 요소(32)의 확실한 잠금을 위해 액슬(34)을 향해 그리고 돌출부(38)에 대해 유도될 수 있다.

지지 본체(60) 및 구동 기구(22)는 홀더 유닛의 베이스부(31)에 고정되어 유지되고 따라서 홀더 유닛의 회전 유지 요소(32)와 함께 회전되는 것이 가능하지 않다. 지지 본체(60)는 베이스부(31)와 단단히 연결된다. 유리하게는, 지지 본체(60)는 적합한 조정 장치(도시 생략)의 도움으로 홀더 유닛의 베이스부(31)에 대해 다양한 위치에서 조정 가능하여 이에 의해 지지 휠(40, 50)에 대한 지지 장치의 위치의 조절을 허용한다.

지지 본체(60)에 대향하여, 금속 벨트(21)는 홀더 유닛의 베이스부(31)에서 회전하도록 지지되고 그 역할이 금속 벨트(21)가 지지 휠(40, 50)에 대해 측방향으로 시프트되는 것을 방지하기 위한 것인 다수의 안내 롤러(39)(도 3 및 도 4 참조) 사이로 연장한다. 이들 안내 롤러(39)는 따라서 지지 휠(40, 50)에 대해 원하는 위치에 금속 벨트(21)를 유지하고 금속 벨트가 지지 휠로부터 슬라이드하는 것을 방지한다.

용접 공구(5)를 위한 백킹으로서 사용되는 지지 장치(20)는 용접 공구(5)에 대향하여 위치된 지지 장치의 지지면(61)으로 작업편(3, 4)을 계속 압박하여 지지 본체(60)가 작업편(3, 4)에 대해 용접 공구(5)에 의해 인가된 압축력의 적어도 일부를 수용하게 하고 지지면(61)을 압박하는 금속 벨트(21)의 부분이 용접 공구에 의해 형성된 용접된 시임의 영역에서 용접 작업 중에 재료를 가소화된 상태로 유지하게 한다. 지지면(61)과 지지면 상으로 연장하는 금속 벨트(21)의 부분은 따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 작업편(3, 4)의 내부측에서, 용접 공구의 회전 본체(6) 및 핀(7)에 의해 현재 처리되고 있는 시임(10)의 부분 주위의 영역을 커버한다.

용접 공구의 본체(6) 및 핀(7)과 같이, 금속 벨트(21)는 작업편(3, 4)보다 경질의 재료로 제조되어야 한다. 예를 들어, 금속 벨트(21)는 강으로 제조될 수 있다.

용접 공구 핀(7)은 용접 작업 중에 금속 벨트(21)와 접촉하게 되지 않아야 한다. 이는 예를 들어 용접 작업 중에 핀의 외부 단부(11)가 도 5에 도시된 바와 같이, 금속 벨트(21)로부터 짧은 거리에 위치되게 되도록 작업편(3, 4) 사이의 시임(10)의 깊이보다 다소 짧은 핀(7)을 사용하여 배열될 수 있다.

도 2 내지 도 7에 도시된 지지 장치에서, 지지 본체(60)는 만곡된 작업편에 인접하도록 형상화된다. 이 경우에, 지지 장치의 지지면(61)은 만곡되고 지지 휠의 외주면(41, 51)을 넘어 연장하도록 위치된다. 도 8은 지지 본체(60)가 직선형 작업편(3')에 인접하도록 형상화된 대안 실시 형태를 도시한다. 이 경우에, 지지 장치의 지지면(61)은 직선형이고, 지지 휠의 외주면(41, 51)과 동일 레벨로 위치된다.

백킹 장치(2)는 백킹 장치(20)를 지지하기 위한 기계 베이스(70)를 나타낸다. 도 1, 도 9, 도 10 및 도 11에 도시된 실시 형태에서, 제1 지지 장치(20)는 기계 베이스(70) 내에 포함된 캐리어 아암(71)에 의해 지지된다. 홀더 요소의 베이스부(31)에 의해, 지지 장치(20)는 이 캐리어 아암(71)의 외부 단부에 고정된다. 부가적으로, 기계 베이스(70)는 베이스부(72)(도 9 참조)와, 베이스부(72)에 의해 지지되고 그와 시프트 가능한 방식으로 연결된 세장형 캐리어 요소(73)를 나타낸다. 캐리어 요소(73)는 베이스부(72)에 대해 그 종방향으로 시프트될 수 있다. 캐리어 아암(71)은 캐리어 요소(73)에 의해 지지되고, 캐리어 요소의 전방 단부에서 피벗하도록 고정된다. 캐리어 아암(71)은 캐리어 아암(71)이 본질적으로 캐리어 요소의 종방향에서 연장하는 퇴피 위치(도 9 및 도 10 참조)와 캐리어 아암(71)이 본질적으로 캐리어 요소의 종방향에 수직으로 연장하는 전개 작동 위치(도 1 및 도 11 참조) 사이에서 캐리어 요소(73)에 대해 피벗할 수 있다.

도 1, 도 9, 도 10 및 도 11에 도시된 실시 형태에서, 기계 베이스(70)는 또한 제2 지지 장치(20')를 유지하는 지지 아암(74)을 나타낸다. 지지 장치(20')는 이 지지 아암(74)의 외부 단부에서 홀더 요소의 베이스부(31)를 거쳐 고정된다. 지지 아암(74)은 캐리어 요소(73)에 의해 지지되고, 캐리어 아암(71)에 대향하여 캐리어 요소의 전방 단부에서 피벗하도록 고정된다. 지지 요소(74)는 지지 아암(74)이 본질적으로 캐리어 요소의 종방향으로 연장하는 퇴피 위치(도 9 및 도 10 참조)와 지지 아암(74)이 본질적으로 캐리어 요소의 종방향에 수직으로 연장하는 전개 지지 위치(도 1 및 도 11 참조) 사이에서 캐리어 요소(73)에 대해 피벗될 수 있다. 제2 지지 장치(20') 및 지지 아암(74)은 그에 의해 제1 지지 장치(20)에 대해 용접 공구 본체(6)에 의해 용접 작업 중에 인가된 압축력의 작용 하에서 시프트하는 것을 방지하기 위해 캐리어 아암(71) 및 캐리어 요소(73)의 지지에 기여하도록 의도된다. 필요하다면, 부속 지지 장치(20')를 갖는 하나 이상의 부가의 지지 아암(74)은 캐리어 요소(73)에 의해 지지되고 캐리어 요소 상에서 회전하도록 고정된다. 캐리어 요소(73)가 충분히 강성이면, 지지 아암(74) 및 부속 지지 장치(20')는 사용될 필요가 없다. 게다가, 일반적으로 본 명세서에 설명된 것과는 다른 유형의 지지 장치를 지지하는 지지 아암(74)을 사용하는 것이 가능하다.

기계 베이스(70)는 캐리어 요소(73)에 대한 캐리어 아암(71) 및 지지 아암(74)의 피벗을 위해 적합한 유형의 조작 장치(75a, 75b)를 구비한다. 도시된 예에서, 기계 베이스는 제1 회전 액슬(A1) 둘레로 캐리어 요소(73)에 대한 캐리어 아암(71)의 피벗을 위한 유압 실린더의 형태의 제1 조작 장치(75a)와, 제2 회전 액슬(A2) 둘레에서 캐리어 요소(73)에 대한 지지 아암(74)의 피벗을 위한 유압 실린더의 형태의 제2 조작 장치(75b)를 구비한다. 제1 조작 장치(75a)는 캐리어 요소(73)와 조인트-연결된 원통형 부분(76a) 및 캐리어 아암(71)과 조인트-연결된 피스톤 로드(77a)를 갖고, 반면에 제2 조작 장치(75b)는 캐리어 요소(73)와 조인트-연결된 원통형 부분(76b)과, 지지 아암(74)과 조인트-연결된 피스톤 로드(77b)를 갖는다.

제1 지지 장치(20)는 적합하게는 캐리어 아암의 종방향으로 시프트되는 것이 가능하여 지지 본체(60) 및 지지 휠(40, 50)로부터 캐리어 요소(73)까지의 거리가 조정되게 한다. 도시된 예에서, 이는 캐리어 아암의 내부 부분(71b)에 대해 캐리어 아암의 종방향으로 신축식으로 시프트되는 것이 가능한 캐리어 아암(71)의 외부 부분(71a)에 의해 가능해진다. 외부 부분(71a)은 유압 실린더(도시 생략) 또는 몇몇 다른 적합한 조작 장치의 도움으로 내부 부분(71b)에 대해 시프트될 수 있다.

대응 방식으로, 제2 지지 장치(20')는 지지 본체(60) 및 지지 휠(40, 50)로부터 캐리어 요소(73)까지의 거리의 조절을 허용하기 위해 지지 아암의 종방향으로 적합하게 시프트될 수 있다. 도시된 예에서, 이는 지지 아암의 내부 부분(74b)에 대해 시프트 아암의 종방향으로 신축식으로 시프트되는 것이 가능한 지지 아암(74)의 외부 부분(74a)에 의해 가능해진다. 외부 부분(74a)은 유압 실린더(도시 생략) 또는 몇몇 다른 적합한 조작 장치의 도움으로 내부 부분(74b)에 대해 시프트될 수 있다.

용접 공구(5) 및 제1 지지 장치(20)는 용접 공구(5)와 지지 장치(20)를 고정 작업편들을 따라 서로 동기하여 이동하게 함으로써 또는 용접 공구(5)와 지지 장치(20)가 고정 위치에 잔류하는 동안 작업편(3, 4)을 이동하게 함으로써, 결합될 작업편(3, 4) 사이의 시임(10)을 횡단하게 된다. 도 1, 도 9, 도 10 및 도 11에 도시된 용접 스테이션(1)에 의해, 용접 공구(5) 및 지지 장치(20, 20')는 작업편(3, 4)이 (도시되지 않은) 적합한 구동 공구의 도움으로 회전되는 동안 용접 작업 중에 고정 위치에 유지되도록 의도된다. 일반적으로, 작업편(3, 4)은 이 회전 중에 서로에 대해 고정 위치에 유지된다.

도시된 예에서, 용접 스테이션(1)은 용기의 단부 섹션을 형성하도록 의도된 제1 작업편(3)을 용기의 원통형 부분을 형성하도록 의도된 제2 작업편(4)과 결합하는데 사용된다. 캐리어 아암(71) 및 지지 아암(74)이 퇴피 위치에 있는 상태로, 캐리어 요소(73)의 전방부는, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 캐리어 아암(71), 제1 지지 장치(20), 지지 아암(74) 및 제2 지지 장치(20')와 함께 제1 작업편(3) 내의 액세스 개구(12)를 거쳐 작업편(3, 4) 내의 공간 내에 삽입될 수 있다. 상기 공간 내로 삽입 후에, 캐리어 아암(71) 및 지지 아암(74)은 전개 위치로 피벗되고, 그 후에 캐리어 아암의 외부 부분(71a)과 지지 아암의 외부 부분(74a)은 시프트되어서, 지지 장치(20, 20')의 금속 벨트(21)가 시임(10) 바로 위에서 작업편(3, 4)의 내부벽을 압박하게 된다. 용접 공구 본체(6)는 이어서, 용접 공구 핀(7)이 시임(10) 내에 수용되는 동안, 그 사이에서 시임(10) 바로 위에서 제1 지지 장치의 지지 본체(60)의 지지면(61)에 대향하여 작업편(3, 4)의 외부벽에 대해 가압한다. 작업편(3, 4)은 이어서 용접 공구(5) 및 지지 장치(20, 20')에 대해 저속으로 회전하여, 용접 공구 본체(6) 및 핀(7)이 고속으로 회전하는 동안 용접 공구(5)와 지지 장치(20, 20')가 시임(10)을 횡단하게 되어, 작업편(3, 4)과 용접 공구 본체(6) 사이의 접촉면에 발생된 마찰열의 작용 하에서 작업편(3, 4) 사이에 용접된 시임을 생성한다. 마찰열에 의해 가소화된 재료는 제1 지지 장치의 금속 밴드(21)와 용접 공구 본체(6)의 작용 하에서 시임(10)의 영역에 유지되고, 여기서 이어서 작업편(3, 4) 사이에 용접된 시임을 형성하도록 고화한다. 용접 작업 중에, 작업편(3, 4)은 서로 대면하는 작업편의 단부 에지들 사이의 시임(10), 즉 공기 간극이 표준 이하의 용접이 형성되는 사이즈를 초과하지 않도록 하는 이러한 방식으로 고정된 긴장 공구(도시 생략)의 도움으로 서로에 대해 고정된 긴장 상태로 유지된다.

일반적으로, 본 발명은 전술된 실시 형태들에 임의의 방식으로 한정되는 것은 아니고, 오히려 그러한 이유로 그 복수의 변형 가능성이 첨부된 특허청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 기본 사상으로부터 벗어나지 않고, 당 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다.

Claims

마찰 교반 용접과 관련하여 하나 이상의 작업편을 지지 방식으로 압박하도록 의도된 지지 장치로서, 지지 장치(20, 20')는
- 홀더 유닛(30),
- 상기 홀더 유닛(30)에 의해 지지되고, 외주면(41)을 나타내고 제1 회전축(R1) 둘레에서 홀더 유닛(30)에 대해 회전될 수 있는 제1 지지 휠(40), 및
- 상기 홀더 유닛(30)에 의해 지지되고, 외주면(51)을 나타내고 상기 제1 회전축(R1)에 평행한 제2 회전축(R2) 주위에서 홀더 유닛(30)에 대해 회전될 수 있는 제2 지지 휠(50)을 포함하는 지지 장치에 있어서,
상기 지지 장치(20, 20')는
- 홀더 유닛(30)과 연결되고, 지지 휠(40, 50) 사이에 위치되고 외향으로 회전된 지지면(61)을 나타내는 지지 본체(60)와,
- 지지 휠의 외주면(41, 51) 상에 루프로 연장하고 지지 장치의 지지면(61)과 슬라이딩 접촉하는 무단 가요성 금속 벨트(21)로서, 상기 지지 장치(20, 20')는 이들이 지지 휠의 외주면(41, 51)으로 그리고 금속 벨트(21)를 거쳐 작업편에 대해 놓인 지지 본체의 지지면(61)으로 하나 이상의 작업편을 압박함에 따라 지지를 제공하도록 형상화되는, 무단 가요성 금속 벨트(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 장치.
제1항에 있어서, 상기 지지 장치(20, 20')는 제1 지지 휠(40)이 회전하게 하도록 위치된 구동 기구(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 장치.
제2항에 있어서, 상기 구동 기구(22)는 홀더 유닛(30)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 지지 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 구동 기구(22)는 전기 또는 유압 모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지지 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
- 제1 치형부가 있는 휠(43)이 제1 지지 휠(40)과 회전 강성 방식으로 연결되고,
- 제2 치형부가 있는 휠(53)이 제2 지지 휠(50)과 회전 강성 방식으로 연결되고,
- 제2 지지 휠(50)은 상기 제1 및 제2 치형부가 있는 휠(43, 53) 상에 루프로 연장하는 구동 체인 또는 구동 벨트의 형태의 무단 가요성 변속 장치(23)를 거쳐 제1 지지 휠(40)로 구동될 수 있도록 연결되는 것을 특징으로 하는 지지 장치.
제5항에 있어서, 상기 지지 장치(20, 20')는 상기 변속 장치(23) 상에 작용하여 이를 긴장 상태로 유지하도록 위치된 스프링 하중식 긴장 장치(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
- 홀더 유닛(30)은 베이스부(31) 및 상기 베이스부(31)와 함께 피벗하도록 연결되는 홀더 요소(32)를 포함하고, 상기 홀더 유닛은 상기 제1 및 제2 회전축(R1, R2)과 평행한 회전축(A3) 둘레로 베이스부(31)에 대한 홀더 요소(32)의 회전에 의해 베이스부(31)에 대해 다양한 회전 위치에서 조정 가능하고,
- 상기 지지 휠들 중 하나(50)는 홀더 요소(32)에서 회전하도록 지지되고,
- 상기 지지 장치(20, 20')는 그에 대해 원하는 회전 위치에서 베이스부(31) 상의 홀더 요소(32)의 확실한 잠금을 위한 잠금 장치(33)를 나타내는 것을 특징으로 하는 지지 장치.
제7항에 있어서, 상기 지지 본체(60)는 홀더 유닛의 베이스부(31)에 고정되는 것을 특징으로 하는 지지 장치.
제8항에 있어서, 상기 지지 본체(60)는 홀더 유닛의 베이스부(31)에 대해 다양한 위치에서 조정 가능하여, 이에 의해 지지 휠(40, 50)에 대한 지지 본체 위치의 조절을 허용하는 것을 특징으로 하는 지지 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 본체(60)는 홀더 유닛(30)과 탈거 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 지지 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 벨트(21)는 강으로 제조되는 것을 특징으로 하는 지지 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 휠(40, 50)은 그 외주면(41, 51)에 바람직하게는 고무 재료의 마찰-향상 코팅(42, 52)을 나타내고, 금속 벨트(21)는 상기 코팅(42, 52)을 압박하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 지지 장치.
용접 공구로 마찰 교반 용접에 의해 2개의 작업편 사이에 형성된 용접된 시임을 지지하기 위한 백킹 장치에 있어서,
백킹 장치(2)는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 지지 장치(20)를 나타내고, 상기 지지 장치(20)는 지지 본체(61)가 작업편에 대해 용접 공구에 의해 인가된 압축력의 적어도 일부를 수용하게 하고 지지 본체의 지지면(61)을 압박하는 금속 벨트(21)가 용접된 시임의 영역에서 용접 작업 중에 재료가 가소화되어 유지되게 하도록 상기 작업 공구에 대향하여 위치된 지지 장치 내에 포함된 지지 본체(60)의 지지면(61)으로 작업편들을 계속 압박하도록 의도되는 것을 특징으로 하는 백킹 장치.
제13항에 있어서,
- 상기 백킹 장치(2)는 지지 장치(20)를 지지하기 위한 기계 베이스(70)를 포함하고,
- 상기 지지 장치(20)는 기계 베이스(70) 내에 포함된 캐리어 아암(71)에서 외부 단부에 고정되고,
- 상기 기계 베이스(70)는 세장형 캐리어 요소(73)를 포함하고, 상기 캐리어 아암(71)은 캐리어 요소(73)에 의해 지지되고 퇴피 위치와 전개 작업 위치 사이에서 캐리어 요소(73)에 대해 피벗될 수 있는 것을 특징으로 하는 백킹 장치.
본체(6) 및 상기 본체로부터 연장하는 핀(7)을 포함하는 용접 공구(5)의 도움으로 마찰 교반 용접에 의해 작업편들 사이로 연장하는 시임(10)을 따라 2개의 작업편(3, 4)을 결합시키기 위한 방법으로서, 상기 용접 공구(5)는 핀(7)이 시임(10) 내에서 회전하면서 전진하는 동안 본체(6)가 작업편(3, 4)의 일 측에 대해 압축되면서 용접 작업 중에 상기 시임을 횡단하는, 방법에 있어서,
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 지지 장치(20)가 상기 용접 공구(5)에 대향하여 위치된 지지 장치 내에 포함된 지지 본체(60)에서 지지면(61)으로 작업편(3, 4)의 다른 측을 계속 압박하고, 지지 본체(61) 및 지지 본체의 지지면(61)을 압박하는 금속 벨트(21)는 작업편에 대해 용접 공구 본체(6)에 의해 인가된 압축력의 적어도 일부를 수용하고 용접 공구(5)에 의해 형성된 용접된 시임의 영역에서 용접 작업 중에 재료를 가소화된 상태로 유지하기 위한 백킹으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.