KR20180022263A - 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법에 관한 것으로서, 종래의 구리 파이프 알루미늄 파이프 간의 용접 취성이 높고 균열과 기공이 쉽게 발생하며 냉각 방식의 효율성이 낮은 것 등의 문제를 해결하기 위하여, 상부 전극, 하부 전극으로 구성된 전극 홀더를 포함하고, 상기 상부 전극과 하부 전극의 작업 캐비티 내에 클램프가 설치되고, 원추형 로터리 스웨이징(rotary swaging) 네킹 단 헤드를 가진 구리 파이프가 충격 막대의 작용 하에서 알루미늄 파이프와 연결되고, 작업 캐비티 부위에 냉각기체 분사 장치가 설치되고, 상기 상부 전극과 하부 전극 중 및 그 작업 캐비티 내에 냉각 수도관이 설치되고, 연결 과정은 파라미터 설정, 구리 파이프 알루미늄 파이프 사전 설치, 클램프 위치 고정, 열저항 가동 및 충격 막대 열간 단조 복합 단계를 포함한다. 작업 과정 중 충격 막대가 자유롭게 중심을 고정하고, 구리 알루미늄 매칭 부위가 긴밀하게 일체형으로 접촉 및 융합되도록 하고, 작업주기를 가속화시키고 작업 프로세스를 순조롭게 만들어 준다.

Description

구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법 {A THERMAL RESISTANCE COMPLEX CONNECTION METHOD FOR COPPER ALUMINUM PIPE}
본 발명은 구리 알루미늄 용접 기술 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법에 관한 것이다.
구리 알루미늄 용접은 구리 기반 재료와 알루미늄 기반 재료를 용접 공정을 통해 일체형으로 연결하는 것을 말한다. 구리와 알루미늄은 산화되기 쉬운 금속이기 때문에, 구리와 알루미늄의 용접은 지금까지 국제적으로 용접의 난관으로 여겨져 왔다. 종래에는 통상적으로 주석 도금과 용융 방법을 사용해 구리와 알루미늄을 용접하는데 이 방법은 성형 품질이 좋지 않고 강도도 제한적이다. 주석은 녹는점이 낮고 고온 작업 환경에서 용접을 진행할 수 없기 때문에 상기와 같은 공정은 저온 조건에서 소형 워크피스에 사용하기에 적합하다. 융접, 마찰용접, 냉간압접, 폭발용접, 전자빔용접, 초음파용접 등 용접방법을 이용한 구리 알루미늄 용접은 연결 헤드의 취성이 커서 쉽게 틈과 기공이 발생하며, 용접한 워크피스에 균열이 일어나는 것을 피할 수 없다. 또한 균열 일어난 후에는 도전체 단락, 파이프라인 누설이 발생할 수 있어 실제 생산과정에서 요구하는 효과에 도달할 수 없다. 비교적 우수한 납땜을 이용하기도 하는데, 통상적으로 불꽃 납땜, 노내 납땜, 고주파 납땜 등을 사용해 구리와 알루미늄을 하나로 용접하고 납땜 공정을 통해 땜납을 중간 매질로 구리와 알루미늄을 하나로 용접한다. 특허문건 중에는 구리 알루미늄 용접 수단을 공개한 내용이 적지 않은데, 예를 들어 특허 CN101707295B에서 설계한 구리 알루미늄 폭발 복합 전력 T형 구리 알루미늄 바이메탈 바인딩 클립 및 폭발 용접 방법은 두 개의 마주보는 바인딩 클립 메인 바디를 포함하고, 바인딩 클립 메인 바디 기판은 알루미늄 재질이고, 기판 표면 일단에는 한 층의 구리를 폭발 용접하고, 바인딩 클립 메인 바디 표면에는 각각 압선(pressing wire) 작용을 일으키는 T 타입으로 배열된 마주보는 아치형 그루브가 있고, 아치형 그루브 양측에는 수나사 홀이 있고, 두 개의 바인딩 클립 메인 바디는 수나사를 통해 압선 연결을 진행한다. 상기와 같은 방법은 전력 구리 알루미늄 연결 T 타입 바인딩 구조에만 적합하며, 구리 알루미늄 파이프 바디 사이의 연결에는 적합하지 않다. 또 다른 예시에 있어서, 특허번호 CN105364293A는 구리 알루미늄 용접 공정에 관한 것으로서, 정결하게 쌓은 판재와 용접해야 하는 상기 판재의 정결한 포일재를 매칭시키고, 여기에서 포일재를 위에 놓고, 용접부위 지점이 평평하고 가지런하게 위치시킨 후 기초법을 따라 운동하는 압력 헤드를 통해 용접부위에서 피트를 압출해 용접 이음을 형성하고, 포일재와 판재의 연결 전기저항이 동일 조건에서 용접한 연결 전기저항보다 높지 않게 만든다. 이러한 방법은 마찬가지로 파이프-파이프 연결 공정에는 사용할 수 없다.
본 발명의 목적은 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법을 제안함으로써, 종래의 구리 파이프 알루미늄 파이프 간의 용접 취성이 높고 균열과 기공이 쉽게 발생하며 냉각 방식의 효율성이 낮고 작업 프로세스도 순조롭지 못한 등의 문제를 해결하는 것이다.
본 발명에서는 상기 기술문제를 해결하기 위해 아래 기술방안을 채택했다.
본 발명은 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법에 관한 것으로서, 상부 전극, 하부 전극으로 구성된 전극 홀더를 포함하고, 상기 상부 전극과 하부 전극의 작업 캐비티 내에 클램프가 설치되고, 원추형 로터리 스웨이징(rotary swaging) 네킹 단 헤드를 가진 구리 파이프가 충격 막대의 작용 하에서 알루미늄 파이프와 연결되고, 작업 캐비티 부위에 냉각기체 분사 장치가 설치되고, 상기 상부 전극과 하부 전극 중 및 그 작업 캐비티 내에 냉각 수도관이 설치되고, 연결 과정은 파라미터 설정, 구리 파이프 알루미늄 파이프 사전 설치, 클램프 위치 고정, 열저항 가동 및 충격 막대 열간 단조 복합 단계를 포함한다. 열저항 정량은 일종의 물체의 열전달 기능으로 열전도율을 사용할 수 있으며, 균질 재질의 재료를 특징짓는 데 적합한 열전달 기능이고, 열저항이 작을수록 열전도성이 높다. 구리와 알루미늄은 비교적 작은 열저항값을 가지며, 본 기술방안은 두 가지 재질의 특징을 이용해 열저항 융합을 구현한다. 본 공정을 통해 3mm 이상의 구리 알루미늄 파이프 복합 융합 연결 커넥터를 얻을 수 있고, 상기 알루미늄 파이프 재료는 순수 알루미늄일 수도, 알루미늄 합금일 수도 있다. 본 장치 중 순환 수냉 시스템과 가스냉각 시스템을 이용해 작업 구간 냉각을 진행함으로써 작업 중단 시간을 크게 감소시키고 각 추진 기구에 대해 반자동 또는 전자동 작업이 가능하도록 만들었다.
바람직하게는, 상기 파라미터 설정은 상기 구리 파이프와 알루미늄 파이프 규격이고, 열저항 컨트롤러에 예비 압력 시간, 예비 가열 전류, 예비 가열 시간의 상응하는 파라미터를 입력하고, 상기 클램프 압력 및 충격 막대의 추진압력을 조절한다.
바람직하게는, 상기 냉각 수도관은 냉각수 시스템에 속하고, 상기 냉각수 시스템은 순환 냉각 방식이다. 저원가 제로배출 방식을 통해 냉각 전극의 목적을 구현한다.
바람직하게는, 상기 구리 파이프 단부에 미리 로터리 스웨이징 네킹이 설치되고, 상기 구리 파이프 알루미늄 파이프 사전 설치 시 상기 구리 파이프 로터리 스웨이징 네킹 단 헤드를 상기 알루미늄 파이프에 삽입시키고, 동시에 상기 구리 파이프 다른 일단에 충격 막대가 삽입되고, 상기 클램프에 설치된 위치제한 홈 내에 위치가 고정된다. 비교적 우수한 신장성 재질의 박벽(thin-walled) 구리 파이프에 대해 로터리 단조(rotary forging) 가공 방식으로 얻은 원뿔형 단구는 로터리 구간 네킹이고, 이는 균일한 벽 두께와 비교적 우수한 동심도를 가진다. 충격 막대는 상기 구리 파이프 중심 홀을 따라 연장 진입해 충격 위치고정과 압출 접착 연결을 진행한다.
바람직하게는, 상기 열저항 가동 시 예비 가열 시간 내에 동력 장치에서 상기 구리 파이프의 전극단 클램프를 움직여 상기 구리 파이프가 알루미늄 파이프 부위로 삽입되어 상기 알루미늄 파이프 내벽과 긴밀하게 접촉하도록 만든다. 전기저항 용접 원리에 따라 사전 가열 시간은 하나의 과정이며, 상기 알루미늄 파이프 클램프 및 전극 고정은 움직이지 않고, 동력 장치는 상기 구리 파이프의 클램프 및 전극을 움직여 상기 구리 파이프가 상기 알루미늄 파이프 단부에 진입하도록 만든다. 그러나 전기저항은 균일 가열의 과정이기 때문에 이때 동력 장치의 압력은 상기 구리 파이프 로터리 스웨이징 네킹 부위를 모두 상기 알루미늄 파이프 내부로 밀어 넣기에는 충분하지 않아, 연결작업을 비교적 이상적으로 제어한다.
바람직하게는, 상기 충격 막대 열간 단조 복합은 열저항 시간 종료 시점이고, 상기 충격 막대는 신속하게 앞으로 나아가고, 상기 충격 막대 헤드부는 열저항 연결부위에 대해 열간 단조 복합 충격을 진행하고, 동력에 의하여 장치를 앞으로 밀어 상기 구리 파이프 로터리 스웨이징 네킹 단 헤드를 완전히 상기 알루미늄 파이프 내부로 밀어 넣는다. 상기 과정에서 상기 충격 막대는 동시에 상기 구리 파이프 내 용접 찌꺼기로 제거할 수 있기 때문에 구리 알루미늄 연결 부위의 내경 사이즈를 보장할 수도 있다.
바람직하게는, 상기 충격 막대 단부에 다수개의 마디 직경이 작은 것부터 큰 것으로 배열되는 구체(spherical) 마디가 설치되고, 최대의 상기 구체 마디 직경과 구리 파이프 공경 사이 틈새는 매칭된다. 충격 막대는 스테인리스강 또는 높은 내마모성 합금강 재료로 제작한다. 충격 막대 헤드부는 기복이 이어지는 구체 마디로 가공하고, 충격 시 구리 알루미늄 연결구 내경에 대해 단계적 확장을 진행함으로써, 구리 파이프 원뿔 로터리 스웨이징 단 헤드가 완전히 알루미늄 파이프 내벽과 긴밀하게 접촉할 때 재료 결함이 발생하지 않도록 보장하고, 구체 마디 수량은 하나 이상일 수있다.
바람직하게는, 상기 충격 막대의 꼬리단은 이동형 슬리브에 의하여 동력 구동기에 연결 고정되고, 상기 충격 막대는 상기 구리 파이프 중심선을 따라 예각 내에서 자유로운 움직임 폭을 갖는다. 상기 충격 막대 작업 시 자동 중심고정이 가능하다.
바람직하게는, 상기 냉각 기체 분사 장치는 노즐을 포함하고, 연결된 워크피스가 이동한 후 사용하는 냉각 기체는 상기 충격 막대 헤드부 및 전극 클램프 부위에 대해 블로잉 냉각을 진행하고, 상기 냉각 기체는 압축 공기 또는 질소 가스이다. 상기 전극 클램프, 충격 막대 헤드의 강온 시간을 감소시키고 작업 주기를 가속화시켜 준다.
본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다. 즉, 본 장치와 연결 방법은 3mm 이상의 구리 알루미늄 복합 융합 연결 커넥터를 얻을 수 있으며, 작업 과정 중 충격 막대가 자유로운 중심 고정과 단계적 확충 성형이 가능해 균열 및 용접 균열에 기공이 발생하는 것을 막아 구리 알루미늄 매칭 부위가 긴밀하게 일체형으로 접촉 및 융합되도록 함으로써 순환 수냉 시스템과 가스 냉각 시스템의 복식 냉각 방식을 이용해 작업주기를 가속화시키고 작업 프로세스를 순조롭게 만들어 준다.
도 1은 본 발명의 주요 작업 구간 구조도이고;
도 2는 본 발명의 냉각 수도관 작동 구조도이고; 및
도 3은 본 발명의 충격 막대 정형단 구조도이다.
이하에서는, 본 발명의 예시적인 실시형태들을 도면을 통해 보다 상세히 설명한다.
본 실시예는 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법에 관한 것이다. 도 1에서 도시하는 바와 같이, 그 기본 시설은 상부 전극(1), 하부 전극(2)으로 구성된 전극 홀더를 포함하고, 상기 상부 전극(1)과 하부 전극(2)의 작업 캐비티 내에 클램프(4)가 설치되고, 미리 구리 파이프(5) 용접 단부를 원추형 로터리 스웨이징(rotary swaging) 네킹 단 헤드로 가공하고, 구리 파이프(5) 내경에 매칭되도록 내마모성이 높은 합금강으로 제작한 충격 막대(8)를 설계하고, 구리 파이프(5), 알루미늄 파이프(6)는 각각 각자의 클램프(4)에서 고정되고 서로 대응하는 전극과 연결되고, 클램프(4)는 적동(red copper) 재료로 제작하고, 용접 캐비티(작업 캐비티 중) 부위에 노즐을 포함한 냉각 기체 분사 장치(3)가 설치되고, 상부 전극(1)과 하부 전극(2) 중 및 작업 캐비티 내 클램프(4) 중에 모두 냉각 수도관이 설치된다. 도 2에서 도시하는 바와 같이, 냉각 수도관 작동 구조에 있어서, 물 커넥터(7)는 하나의 입수 인터페이스(71)와 하나의 출수 인터페이스(72)를 포함하고, 상부 전극(1)과 하부 전극(2) 중 냉각 수도관은 왼쪽 하부 전극-왼쪽 상부 전극-오른쪽 상부 전극-오른쪽 하부 전극으로, 최종적으로 오른쪽 하부 전극에서 실외 냉각 저수지로 돌아간다.
충격 막대(8) 단부에 세 개의 마디 직경이 작은 것부터 큰 것으로 배열되는 구체(spherical) 마디(81)가 설치되고, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 최대 구체 마디 직경과 구리 파이프(5) 공경 사이 틈새는 매칭되고, 충격 막대(8)의 꼬리단은 이동형 슬리브에 의하여 공기압 실린더 동력 구동기에 위치를 고정시키고, 충격 막대(8)는 구리 파이프(5) 중심선을 따라 하나의 10° 원추 예각 내에서 자유로운 움직임 폭을 갖는데, 즉 구리 파이프(5) 중심선이 중심이고, 구리 파이프(5)의 하나의 둘레를 따라 10° 예각의 자유도를 가진다.
본 발명 중의 동력 장치, 동력 추진 장치 및 동력 구동기의 동력은 모두 공기압 실린더에서 나온다. 구체적인 작업 프로세스는 파라미터 설정-수냉 가동-구리 파이프 알루미늄 파이프 예비 설치-클램프 위치고정-열저항 가동-충격 막대 열간 단조 복합-충격 막대 리셋-클램프 풀기-워크피스 이동-기체 냉각으로 진행된다.
1. 파라미터 설정: 구리 파이프(5)와 알루미늄 파이프(6) 규격에 의거해, 열저항 제어기에 예비 압력 시간, 예비 가열 전류, 예비 가열 시간의 상응하는 파라미터를 입력하고, 클램프(4) 압력 및 충격 막대(8) 추진압력을 조절한다. 표 1, 표 2는 두 가지 출력 조건 하의 각 파라미터 수치표이다.
Figure pat00001
Figure pat00002
2. 수냉 가동: 냉각 수도관은 냉각수 시스템에 속하며, 냉각 수 시스템은 순환 냉각 방식이고, 냉각수는 전극 홀더 중에서 유통하고 실외 냉각 저수지와 열교환 순환을 진행해 전극 냉각 목적을 달성하며, 제로 배출, 고효율, 경제적인 특징이 있다.
3. 구리 파이프 알루미늄 파이프 설치: 구리 파이프(5) 로터리 단조 네킹 단을 알루미늄 파이프(6) 내에 삽입하고, 동시에 구리 파이프(5) 다른 일단을 충격 막대(8)에 삽입하고, 구리 파이프(5)의 전극 클램프(4) 홈 내에 넣고, 이때 알루미늄 파이프(6) 단을 전극 홀더 한 단면과 평평하고 가지런하게 맞춘다.
4. 클램프 위치고정: 전극 클램프(4)는 공기압 실린더를 통해 용접 워크피스를 단단하게 끼운다.
5. 열저항 가동: 전기저항 용접 원리에 의거해 예비 가열 시간 내에 동력 추진 실린더가 구리 파이프(5)의 전극 클램프를 알루미늄 파이프(6) 방향으로 이동시키고, 구리 파이프(5)의 로터리 단조 네킹 단을 알루미늄 파이프(6) 내 홀에 삽입해 알루미늄 파이프(6) 내벽과 긴밀하게 접촉되도록 한다.
6. 충격 막대 열간 단조 복합: 열저항 시간을 기다린 후, 충격 막대(8)는 충격 공압 실린더 압력 작용 하에서 신속하게 전진하고, 충격 막대(8) 헤드부는 열저항 연결부위에 대해 열간 단조 복합 충격을 진행하고, 공압 실린더를 움직여 구리 파이프(5) 로터리 단조 네킹 부위가 전부 알루미늄 파이프(6) 내부로 밀려 들어가도록 만들어 구리 파이프(5), 알루미늄 파이프(6)의 긴밀한 핫멜팅 복합 연결을 구현하고, 동시에 충격 막대(8)는 관 내부 용접 찌꺼기도 제거해 구리 알루미늄 연결부위의 내부 공경을 보장해 준다.
7. 충격 막대 리셋: 충격 막대(8)는 충격을 진행하려고 대기하는 상태로 리셋하고 다음 작업을 준비한다.
8. 클램프 풀기: 공압 실린더를 리셋하고, 전극 클램프(4)는 워크피스는 이완한다.
9. 워크피스 이동
10. 기체 냉각: 워크피스가 이동한 후 전자밸브에서 제어하는 냉각 기체 분사 장치(3)는 충격 막대(8) 헤드부 및 전극 클램프(4)에 대해 블로잉 냉각을 진행하고, 냉각 기체는 질소가스이다.
상기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로서 본 발명을 제한하지 않는다. 본 발명을 간단히 변경 또는 치환한 후의 구조, 방법 등은 모두 본 발명의 보호범위에 속한다.
1: 상부 전극 2: 하부 전극
3: 냉각 기체 분사 장치 4: 클램프
5: 강관 6: 알루미늄 파이프
7: 물 커넥터 71: 입수 인터페이스
72: 출수 인터페이스 8: 충격 막대

Claims (9)

  1. 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법에 있어서,
    상부 전극(1), 하부 전극(2)으로 구성된 전극 홀더를 포함하고, 상기 상부 전극과 하부 전극의 작업 캐비티 내에 클램프(4)가 설치되고, 원추형 로터리 스웨이징(rotary swaging) 네킹 단 헤드를 가진 구리 파이프(5)가 충격 막대(8)의 작용 하에서 알루미늄 파이프(6)와 연결되고, 작업 캐비티 부위에 냉각기체 분사 장치(3)가 설치되고, 상기 상부 전극과 하부 전극 중 및 그 작업 캐비티 내에 냉각 수도관이 설치되고, 연결 과정은 파라미터 설정, 구리 파이프 알루미늄 파이프 사전 설치, 클램프 위치 고정, 열저항 가동 및 충격 막대 열간 단조 복합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 파라미터 설정은 상기 구리 파이프(5)와 알루미늄 파이프(6) 규격이고, 열저항 컨트롤러에 예비 압력 시간, 예비 가열 전류, 예비 가열 시간의 상응하는 파라미터를 입력하고, 상기 클램프(4) 압력 및 충격 막대(8)의 추진압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 냉각 수도관은 냉각수 시스템에 속하고, 상기 냉각수 시스템은 순환 냉각 방식인 것을 특징으로 하는 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 구리 파이프(5) 단부에 미리 로터리 스웨이징 네킹이 설치되고, 상기 구리 파이프 알루미늄 파이프 사전 설치 시 상기 구리 파이프 로터리 스웨이징 네킹 단 헤드를 상기 알루미늄 파이프(6)에 삽입시키고, 동시에 상기 구리 파이프 다른 일단에 충격 막대(8)가 삽입되고, 상기 클램프(4)에 설치된 위치제한 홈 내에 위치가 고정되는 것을 특징으로 하는 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 열저항 가동 시 예비 가열 시간 내에 동력 장치에서 상기 구리 파이프(5)의 전극단 클램프를 움직여 상기 구리 파이프가 알루미늄 파이프(6) 부위로 삽입되어 상기 알루미늄 파이프 내벽과 긴밀하게 접촉하도록 만드는 것을 특징으로 하는 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 충격 막대(8) 열간 단조 복합은 열저항 시간 종료 시점이고, 상기 충격 막대는 신속하게 앞으로 나아가고, 상기 충격 막대 헤드부는 열저항 연결부위에 대해 열간 단조 복합 충격을 진행하고, 동력에 의하여 장치를 앞으로 밀어 상기 구리 파이프(5) 로터리 스웨이징 네킹 단 헤드를 완전히 상기 알루미늄 파이프(6) 내부로 밀어 넣는 것을 특징으로 하는 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 충격 막대(8) 단부에 다수개의 마디 직경이 작은 것부터 큰 것으로 배열되는 구체(spherical) 마디(81)가 설치되고, 최대의 상기 구체 마디 직경과 구리 파이프(5) 공경 사이 틈새가 매칭되는 것을 특징으로 하는 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 충격 막대(8)의 꼬리단은 이동형 슬리브에 의하여 동력 구동기에 연결 고정되고, 상기 충격 막대는 상기 구리 파이프(5) 중심선을 따라 예각 내에서 자유로운 움직임 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법.
  9. 제 1항 또는 제 2항 또는 제 4항 또는 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 냉각 기체 분사 장치(3)는 노즐을 포함하고, 연결된 워크피스가 이동한 후 사용하는 냉각 기체는 상기 충격 막대(8) 헤드부 및 전극 클램프(4) 부위에 대해 블로잉 냉각을 진행하고, 상기 냉각 기체는 압축 공기 또는 질소 가스인 것을 특징으로 하는 구리 알루미늄 파이프 열저항 복합 연결 방법.
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