KR20190008424A

KR20190008424A - 마찰용접을 통한 유체 시스템과 그 제조방법

Info

Publication number: KR20190008424A
Application number: KR1020197000857A
Authority: KR
Inventors: 레논 윌리엄 에이치; 허드슨 조지
Original assignee: 렌록 홀딩스, 엘엘씨
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2019-01-23
Also published as: EP3478441B1; CA3027169A1; EP3478441A1; HUE054327T2; PT3478441T; JP2019527140A; US10850451B2; PL3478441T3; US20180001571A1; CA3027169C; DK3478441T3; CN109414784A; EP3478441A4; ES2874725T3; JP2022017510A; KR102170389B1; JP7179621B2; JP7223102B2; WO2018005938A1

Abstract

유체 부품에 공작물을 마찰용접하는 방법은 공작물 용접 표면과 유체부품 용접 표면을 접촉하도록 위치하는 단계를 포함한다. 상기 공작물 용접 표면은 미리 정해진 패턴으로 상기 유체부품 용접 표면을 따라 구동된다. 압력이 상기 공작물 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면 사이에 가압되어 충분한 마찰과 열을 생성하여 상기 용접 표면들의 온도를 용접온도까지 상승시킨다. 용접 결합은 상기 용접 표면들 사이에 압력을 가하는 동안 상기 공작물 용접 표면의 구동을 중단함으로써 형성된다. 상기 용접결합이 형성된 전 및/또는 후에, 상기 공작물의 적어도 일 부분은 그곳을 통해 유체의 흐름을 전달하기 위해 논-리킹(non-leaking)방식으로 상기 파이프에 밀봉하도록 부착하고 수용하도록 구성되는 유체피팅(fluid fitting)의 적어도 일부분을 형성하도록 가공된다.

Description

마찰용접을 통한 유체 시스템과 그 제조방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2016 년 7 월 1 일자로 출원 된 미국 가출원 제 62 / 357,669 호 및 2017 년 1 월 27 일자로 출원 된 미국 가출원 제 62 / 451,206 호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 상기 출원에 대한 개시 내용은 본원에 참조로서 통합된다.

기술분야

본 명세서는 일반적으로 유체 부품을 기계적으로 접합 및 밀봉하는 유체 시스템과 관련된 것으로써, 특히, 마찰용접을 통해 유체 시스템을 제조하는 방법에 관한 것이다.

전형적인 유체 시스템들은 유체를 하나의 영역에서 다른 영역으로 전달하는 시스템을 형성하도록 유동적으로 연결된 복수의 유체 부품으로 구성되어 있다. 상기 유체 부품들은 영구적으로 상호 연결되는 것이 바람직하다. 영구적으로 상기 유체 부품들을 연결하고 상기 유체 부품들 사이에서의 누출을 방지하기 위해 전형적으로 상기 유체 부품들은 서로 용접된다.

다음은 본 발명의 실시 예에 대한 간략한 요약을 제공한다. 이 요약은 중요한 구성을 특정하거나 발명의 범위를 기술하기 위한 것이 아니다.

일 측면에 따르면, 유체부품에 공작물을 용접하는 방법은 유체부품의 용접표면에 접촉하는 공작물의 용접표면을 배치하는 단계와, 공작물 용접 표면 및 유체부품 용접 표면 중 하나를, 다른 하나의 공작물 용접 표면 및 유체부품 용접 표면을 따라, 미리 결정된 패턴으로 구동시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 공작물 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면 사이의 압력축을 따라 압력을 가하는 단계를 더 포함하여, 상기 공작물 용접 표면 및 상기 유체 부품 용접 표면 중 하나를 상기 다른 하나의 공작물 용접 표면 및 상기 유체 부품 용접 표면을 따라 미리 결정된 패턴으로 구동시키는 상기 단계가, 충분한 시간 동안 마찰과 열을 생산하여 상기 공작물 용접 표면과 상기 유체 요소 용접 표면의 온도가 용접 가능한 온도로 상승하도록 한다. 상기 방법은 상기 용접 표면들이 용접 결합을 형성할 때 까지 상기 공작물과 상기 유체 부품 사이에 압력을 가하면서 상기 공작물 용접 표면 및 상기 유체 부품 용접 표면 중 하나에 상기 구동을 중지 시키는 단계와, 상기 용접 결합이 형성된 후에, 적어도 부분적으로 공작물을 가공하여 논-리킹(non-leaking) 방식으로 파이프를 수용하고 밀봉하도록 부착하여 유체의 유동을 전달하도록 구성된 유체피팅(fluid fitting)의 적어도 일부를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 유체피팅(fluid fitting)을 유체부품에 마찰용접하는 방법은 상기 유체부품의 용접 표면에 접촉하는 상기 유체피팅(fluid fitting)의 용접 표면을 위치하는 단계와, 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면 중 하나를 미리 정해진 패턴으로 상기 다른 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면을 따라 구동하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면의 사이에 형성된 압력 축을 따라서 압력을 적용하는 단계를 더 포함하여, 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면을 미리 정해진 패턴으로 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면 중 다른 것을 따라 상기 구동하는 단계가 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면의 온도를 용접 온도까지 상승시키도록 한다. 상기 방법은 상기 용접 표면들이 용접본드를 형성할 때까지 상기 유체피팅(fluid fitting)과 상기 유체부품 사이에 압력을 작용하는 동안 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면의 구동을 중단하는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 유체피팅(fluid fitting)은 유체의 흐름이 그곳을 통하여 전달되록 하기 위해 논-리킹(non-leaking) 방식으로 파이프를 수용하거나 밀봉하도록 부착 할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 영구적으로 밀봉된 유체 시스템은 내부 표면을 가지며 그곳에 파이프를 적어도 하나의 단부에 수용할 수 있도록 구경(bore)을 정의하는 유체피팅(fluid fitting) 커플링바디(coupling body)와 함께 제공되며, 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면의 적어도 일부분은 상기 구경(bore)의 표면에 배치되어 있다. 링은 적어도 커플링바디(coupling body)가 상기 파이프에 기계적으로 부착하기 위하여 상기 커플링바디(coupling body)의 하나의 단부에 알맞도록 위치되고, 메인 씰(seal)은 커플링바디(coupling body)가 파이프에 결합되도록 내부표면상에 형성된다. 상기 링이 커플링바디(coupling body)의 적어도 하나의 단부에 힘을 통해 설치되는 때, 상기 링 및 상기 커플링바디(coupling body) 및 파이프의 영구적인 변형을 유발하기에 충분하도록 메인 씰(seal)에 압력을 가하여, 상기 파이프가 커플링바디(coupling body)에 논-리킹(non-leaking)방식으로 결합하게 한다. 영구적으로 밀봉된 유체 시스템은, 유체 연결(fluid connection)을 형성하도록, 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 제1 피스 용접면을 함께 마찰용접함에 의해서 획득 가능한 용접 이음부에 의해, 논-리킹(non-leaking) 방식으로 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면에 영구적으로 밀봉된 제1 피스 용접 표면을 포함하는 제1 공작물을 더 포함한다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 유체피팅(fluid fitting)의 예시적인 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 제1 블랭크 슬러그(blank slug)와 제2 블랭크 슬러그(blank slug)의 예를 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 나타난 유체피팅(fluid fitting)의 예시와 제1 블랭크 슬러그(blank slug)를 도시한 것이다.
도 4는 제1 블랭크 슬러그(blank slug)와 엔드 커넥터(end connector)를 도시한 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 엔드 커넥터(end connector)의 예시와 도 1에 도시된 유체피팅(fluid fitting)의 예시를 도시한 것이다.
도 6a 내지 도 6d는 정렬 구조(alignment structure)의 예시를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 정렬 구조(alignment structure)의 다른 예시를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 정렬 구조(alignment structure)의 또 다른 예시를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 파이프 단면에 마찰 용접된 유체피팅(fluid fitting)을 도시한 것이다.
도 10a 내지 도10b는 본 발명의 마찰 용접 제조방법으로 가능한 “주문제작(MTO)” 매니폴드의 예시를 도시한다.
도 11a 내지 도 11d는 다양한 유체 부품들에 마찰 용접된 유체피팅(fluid fitting)의 다양한 예시를 도시한다.

본 발명의 다음 설명에서, 본 발명의 원리를 설명하는 예시적인 실시 예 및 그것이 어떻게 실시될 수 있는지를 첨부된 도면을 참조하여 예시적으로 도시하고 설명한다. 본 발명에 개시된 범위를 벗어나지 않는 다른 실시 예가 본 발명을 실시 하기 위해 이용될 수 있고, 구조적 및 기능적 변화가 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다.

실시 예들에 따르면, 본 발명은 마찰 용접된 유체 시스템에 관련된 것이다. 본 발명은 도면을 참조하여 설명될 것이며, 동일한 도면 부호는 명세서 전체에서 동일한 요소를 나타내기 위해 사용될 것이다. 다양한 도면들이 반드시 하나의 도면에서 다른 도면 혹은 소정의 도면까지 일정한 비율로 그려지는 것은 아니다.

또한, 도면의 이해가 용이하도록, 구성요소의 크기는 도면 상에서 다소 임의적으로 도시 될 수 있다. 이하의 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항들이 설명되지만, 어떤 경우 이러한 특정 세부사항 없이도 본 발명을 실시하는 것이 가능할 수 있다. 또한 논의된 예들은 본 발명을 제한하려는 것이 아님을 밝혀둔다. 예를 들어 하나 혹은 하나 이상의 개시된 예시들의 양태는 다른 예시들과 심지어는 다른 유형의 장치 및 방법에서 이용될 수 있다.

본 명세서의 개시를 참조하여, 편의상 명확하게 하기 위해, 상부, 하부, 좌측, 우측, 위, 아래, 위, 아래, 위, 위, 아래, 아래, 앞면 등을 사용할 수 있다. 이러한 방향성을 지칭하는 용어는 임의의 방식으로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 명세서에 제시된 실시 예는 예시일 뿐이라서, 본 발명을 제한하는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 다음의 상세한 설명의 의도는 예시적인 실시 예를 논의하지만, 본 발명의 사상 및 범위 내에 있을 수 있는 실시 예의 모든 수정, 대안 및 균등물을 포함하는 것으로 해석 되어야 할 것이다.

유체 시스템은, 유체를 어느 영역에서 다른 영역으로 전달하는 시스템을 형성하도록 유체적으로 서로 연결된 복수의 유체부품으로 구성되는 것이 일반적이다. 이 개시의 목적을 위해, "유체"라는 용어는 어떠한 액체나 가스를 뜻하며 전적으로 어떤 특정 유체를 지칭하는 것이 아니다. 더하여 본원에 개시된 유체 시스템은 유체에 더하여 또는 유체 대신에 벌크(bulk) 고체를 운반할 수 있는 것으로 볼 것이다.

본 개시의 목적을 위하여, 본원에서, "유체부품"이라는 용어는, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 유체를 포함하고, 유체를 분배하고, 유체를 수용하고, 및/또는 이를 통해 유체를 운반하도록 구성된 구조체를 지칭한다. 이러한 유체 요소는 예를 들면 튜브들, 파이프들, 매니 폴드들(manifolds), 유체 커넥터들, 밸브들, 펌프들, 노즐들, 저장조들, 센서 시스템들, 이들의 임의의 조합, 또는 유체를 수용하거나, 유체를 분배하거나, 및/ 또는 이를 통해 유체를 운반하도록 구성된 어떠한 다른 부품을 포함할 수 있다.

유체피팅(fluid fitting)은 일부 대응 구조와 상기 유체 부품이 유체적으로 결합되는데 사용되는 엔드 커넥터(end connector)에 영구적으로 연결 되는것이 종종 요구된다. 이러한 엔드 커넥터(end connector)는 기존 제품 또는 맞춤형으로 제작될 수 있다. 일반적으로, 상기 유체피팅(fluid fitting)은 상기 엔드 커넥터(end connector)에 고온 용접된다. 수동적으로, 혹은 "기계식 타입"의 펄스 가스-텅스텐-아크-웰딩공정(GTAW-P)과 같은 방식으로, 유체피팅(fluid fitting)은 상기 엔드 커넥터 에 용접된다. 완성되고 결합된 피팅(fitting)은 독창적이고, 효율적인 비용대안을 전통적인 용접 파이프 피팅(fitting)에 제공한다. 그러나, 상기 기계식 타입의 GTAW-P공정이 기존의 "필드(field)"에서 행해지는 용접보다 일관되게 고품질의 용접을 생산함에도 불구하고, 이는 상대적으로 넓은 용접영역과 열 영향 영역(HAZ, Heat affected zone)를 형성하게 된다. 상기 GTAW-P 공정은 웰딩아크(welding arc)에 의해 생성된 열의 결과로 물질이 고체 상태에서 용융상태로 전환되는 "열 작업" 공정이다. 이 공정은 가스를 차폐(shielding)하는 것이 요구되고 용융된 용접 풀(pool)에 용융 금속을 도입하여 용접 이음부가 다공성(용접부 내에 가스 포켓(gas-pocket))을 유발하는 오염을 일으킬 수 있다. 향상된 영구적 연결이 요구된다.

마찰 용접은 저온이고, 고체 상태 용접 공정이다. 상기 공정은 금속을 액화시키지 않지만 재질을 소성 상태로 열을 가한다. 열은 재료의 한 부분을 다른 부분으로 이동시키고, 마찰된 재료에 단조력을 가함으로써 발생한다. 짝을 지은 재료들 사이의 접합-선(bond-line)은 매우 적은 열 영향 영역 (HAZ), 작은 용접 표면 영역을 생성하고 재질적인 미세 구조와 대부분의 재료 특성을 유지한다. 마찰 용접은 다공성(porosity)이 없는 매우 높은 강도, 낮은 응력 용접을 생성하는 완전 교차 단면 단조(full cross-sectional surface forging)를 생산하며, 대부분의 경우에서 특별한 이음부 설계나, 중요한 이음부 핏업(fit-up)의 필요성을 제거한다. 상기 용접 이음부의 강도는 모재의 강도보다 일관되게 동일하거나 강하다.

마찰용접은 용접봉, 용제(flux), 실드가스의 사용 없이도 수행될 수 있다. 또한 이는 에너지 소비를 최소화하고, 흄(fume), 가스, 연기 혹은 폐기물을 거의 또는 전혀 생성하지 않는다. 상기 공정은 반복 가능하도록 고도로 제어할 수 있는 CNC를 통해 고품질의 용접 이음부를 생성한다. 전형적으로, 마찰 용접된 부품은 원형이다. 그러나 오늘날의 기술에 있어서, 어플리케이션(application), 부품, 재료 타입, 크기와 모양들이 결합 될 수 있는 방안은 거의 무한하다. 니어-넷 형상(near-net shape)의 블랭크를 형성하는 능력은 재료 소비를 감소하고, 기계의 사이클 타임(cycle time)을 단축시킬 수 있는 기회를 제공한다. 스테인리스 스틸(stainless steel)합금과 같이, 각기 다른 금속을 합금한 금속을 다른 금속에 접합하면 독창적인 디자인상의 유연성을 얻을 수 있다.

도 1을 참조하면, 유체피팅(fluid fitting)(10)의 일 실시 예가 도시된다. 예시적인 피팅은 피팅 본체(12)를 포함하고, 파이프(들)(16)를 유체피팅(fluid fitting)(10)에 결합하는데 사용되는 구동 링(14)을 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 피팅 본체(12), 상기 구동 링(14) 및 상기 파이프(16)는 일반적으로 중심축 X에 대해 대칭이며, 원통형 접촉 영역의 길이를 따라 미리 정해진 비율의 상호 간섭을 갖는다. 유체피팅(fluid fitting)(10)은 1/4”NPS에서 4”NPS까지의 사이즈 범위의 벽이 얇거나 혹은 두꺼운 파이프를 연결하는 데에 사용될 수 있으나, 다른 사이즈의 파이프 또한 상기 예시적인 파이프로부터의 이점을 도출 할 수 있다. 다양한 피팅의 예시가 공동 소유 된 미국 특허 제 8,870,237 호; 7,575,257; 6,692,040; 6,131,964; 5,709,418; 5,305,510; 및 5,110,163 호에 개시되어 있으며, 이들 모두는 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.

폭넓게 말하면, 파이프(16)에 유체피팅(fluid fitting)(10)의 설치는 파이프(16)와 피팅 본체(12) 사이에 금속-금속간(metal-to-metal) 밀봉을 제공하도록 유체피팅(fluid fitting)(10)에 결합된 파이프(16)의 영구적이고, 비가역적인 변형을 야기시킨다. 도 1에 도시된 실시 예에 따르면, 피팅 본체(12)는 제1 부분(18)과 제2 부분(20)을 포함하며, 상기 제1 부분(18)과 제2 부분(20)은 각각 제1 개구(22) 와 제2 개구(24)를 정의한다. 피팅 본체(12)는 원하는 용도에 따라 더 많은 부분들을 포함할 수 있다. 상기 제1 개구(22) 및 제2 개구(24)는 피팅 본체(12)의 구경(bore)(26) 또는 통로(passageway)를 통해 상호간에 유체 연결을 한다.

일 실시 예에서, 피팅 본체(12)의 제1 부분(18)은 일반적으로 중심축 X에 대하여 대칭인 슬리브(sleeve)를 형성한다. 제1 부분(18)은 내부표면(28)과 외부표면(30)을 포함한다. 상기 내부표면(28)은 하나 혹은 하나 이상의 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)과 상기 파이프(16) 사이에서 밀봉을 형성하는 치(teeth) 또는 내부로 향하는 릿지(ridge)(32) 를 정의한다. 상기 릿지(ridge)(32)는 전반적으로 혹은 부분적으로 상기 중심축 X과 상기 내부표면(28)을 따라 연장될 수 있다. 상기 릿지(ridge)(32)는 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)이 상기 파이프(16)에 연결된 때 상기 파이프(16)를 감싸는 치(tooth)를 형성할 수 있다. 상기 밀봉재는 내부 밀봉재, 메인 밀봉재, 외부 밀봉재 그리고 유사한 어떤 것도 포함할 수 있다. 상기 본 실시 예의 상기 본체부(12)의 제2 부분(20)은 중심축 X에 대해 일반적으로 대칭인 슬리브(sleeve)를 형성할 수 있다. 그러나 상기 본체부(12)의 상기 제1 및 제2 부분(18,20)은 원하는 용도에 따라 어떤 모양이던 변할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 부분(18) 및 상기 제2 부분(20)은 나란히 정렬되 있어서 유체가 상기 제(1) 개구(22) 및 상기 제2 개구(24) 사이의 중심축 X를 따라 직선 경로로 통로(passageway) 혹은 구경(26) 통해 흐를 수 있다. 그러나, 상기 제1 부분(18) 및 상기 제2 부분(20)은 다른 예에서 다른 대안으로 정렬 될 수도 있을 것이다. 예를 들어, 일 예에서, 상기 제2 부분(20)은 상기 중심축 X에 반대로(예를 들어 실질적으로 직각으로) 정렬될 수 있고 상기 통로 혹은 상기 구경(26)은 상기 제1 개구(22) 및 상기 제2 개구(24)사이에서 유체가 흐를 수 있도록 굽은형상(예를 들어 90도의 각도)을 가질 수 있다. 다른 예에서, 상기 굽은형상은 90도 미만일 수 있다. 더불어, 비록 상기 제1 및 제2 부분(18, 20)이 일반적으로 대칭적인 구조체이나, 몇몇 실시예에서 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분의 둘중하나, 혹은 둘 모두는 비대칭적일 수 있다.

상기 제1 부분(18)은 그 안에 상기 파이프(16)의 부분을 수용할 수 있다. 상기 구동 링(14)는 상기 파이프(16)가 상기 제1 부분(18)에 상기 파이프(16)을 상기 제1 부분(18)에 고정시키기 위하여 수용되는 동안 상기 제1 부분(18) 상에 축의 방향으로(예를 들어 중심축 X를 따라) 슬라이드 될 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)은 상기 구동 링(14), 상기 제1 부분(18) 및 상기 파이프(16) 사이에서 중심축 X를 따라 미리 정해진 비율의 간섭을 포함하도록 설계된다. 그러므로, 상기 구동 링(14)이 상기 피팅 본체부(12)의 플랜지(34)를 향해 상기 제1 부분(18) 상에 축의 방향으로 슬라이드됨으로써, 상기 구동 링(14)은 상기 제1 부분(18)과 간섭하고 상기 제1 부분(18)을 방사상으로 내부(예를 들어 중심축 X를 향해)로 압력을 가하여, 파이프(16)과 간섭해 파이프(16)을 변형시킬 수 있다. 특히, 상기 제1 부분(18)의 상기 하나 이상의 릿지(ridge)(32)는 상기 파이프(16)의 상기 외부표면(즉, 상기 파이프(16)의 둘레부분)에 물리고, 이는 파이프(16)에 변형을 일으켜, 유체가 유출되지 않도록, 상기 파이프(16)와 상기 제1 부분(18)간을 고정하여 상기 파이프(16)와 상기 제1 부분(18)사이에 금속대 금속(metal-to-metal) 밀봉을 형성한다. 일 실시 예에서, 상기 제1 부분(18)은 상기 파이프(16)을 간섭하도록 설계 되어, 하나 이상의 상기 릿지(ridge)(32)가 상기 파이프(16)를 먼저 탄성압축하고 소성변형시키고, 그 후 360도 원주방향으로, 상기 파이프(16)와 상기 제1 부분(28) 사이에 영구적인 금속대 금속(metal-to-metal) 밀봉을 형성한다.

그러므로, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 제1 부분(18)은 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 제1 부분(18)에 상기 파이프(16)의 일부분을 삽입한 후, 구동 링(14)을 상기 제1 부분(18) 위로 상기 플랜지(34)방향으로 슬라이드 시켜 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)이 상기 파이프(16)에 고정되도록 설계 되어 있다. 더욱이, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 제1 부분(18)에 삽입된 상기 파이프(16)의 상기 부분은 개구부(36)을 포함할 수 있어서, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)과 상기 파이프(16)가 이와 같이 고정되었을 때, 상기 파이프(16)의 상기 개구부(36)는 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 통로 혹은 구경(26)을 통해 유체를 흐르게 할 수 있다. 그러므로, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 제1 부분과 상기 구동 링(14)은 상기 파이프(16)과 상기 유체피팅(fluid fitting)(10) 사이에서 유체 커플링(fluid coupling)을 허여할 수 있다.

상기 구동 링(14)는 상기 밀봉 과정 동안 최종 설치 위치까지 상기 슬리브 상에서 축방향을 따라 힘을 받을 수 있다. 최종 설치 위치에서, 상기 구동 링(14)은 상기 플랜지(34)와 결합하거나 접할 수 있다. 대안적으로, 상기 구동 링(14)는 상기 플랜지(34)에 최종 설치 위치에서 접촉 없이 인접하게 위치할 수 있다. 또 다른 대안으로, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)은 플랜지를 포함하지 않고, 상기 구동 링(14)은 목표 최종 설치 위치에 도달할 때 까지 축방향으로 힘을 받을 수 있다. 상기 제1부분(18)의 방사상 움직임 및 상기 파이프(16)의 변형과 동시에, 상기 구동 링(14)의 방사상 움직임은 바깥쪽으로 일어난다. 이러한 상기 구동 링(14)의 방사상 움직임은 전형적으로 탄성적이고, 결과적으로 상기 구동 링(14)의 약간의 직경 증가가 유발된다. 그러나, 다른 실시 예에서, 상기 구동 링(14)의 상기 방사상 움직임은 상기 탄성적 방사상 움직임 보다 클 수 있다.

몇몇 예시에서, 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 제2부분(20)은 상기 제1부분(18)과 유사하게 구성되어 상기 제2부분(20)에 상기 파이프가 유체적으로 연결될 수 있도록 파이프(16)가 삽입될 수 있고 구동 링(14)이 상기 제2부분(20) 위로 슬라이드 될 수 있다. 그러나, 몇몇 응용에 있어서, 예를 들어, 나사식 연결 혹은 압착가능한 페룰(crushable ferrule)등과 같은, 다른 타입의 연결이 요구될 수 있다. 더욱이, 몇몇 응용에서, 현장에서 상기 유체부품에의 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 설치가 필요하지 않도록 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 제2부분(20)이 영구적으로 다른 유체부품에 부착되는 것이 바람직 할 수 있다. 이러한 다양한 응용을 위해, 유체피팅(fluid fitting)(10)을 제조하는 하나의 접근으로서, 복수의 유체피팅(fluid fitting)(10)은 상기 유체부품의 다양한 타입(예를 들어 파이프, 커넥터 등)과 함께 상기 그것들 본체의 상기 제2부분(20)과 일체로 형성되어 생산될 수 있다. 그러나, 이러한 통합적인 접근은 각각 다른 유체피팅(fluid fitting)(10)에 다른 공정기술(예를들어 다른 기계적 기술과 설비, 다른 주형등)이 사용될 것이 요구된다. 또한, 종래의 제조 기술로는, 다른 재질들이 상기 다른 구조체나 상기 본체(120)를 위해 바람직할 경우,유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 본체(12)를 다른 구조체에 결합하는것은 바람직하지 않다. 따라서, 각각의 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 제 2 부분 (20)이 마찰 용접 공정을 통해 다른 비 일체형 구조물에 영구적으로 연결되는 새로운 제조 공정이 설명 될 것이며, 구조물 및 유체피팅(fluid fitting)(10)의 통합과 관련된 종래의 단점을 제거 할 수 있다.

출원인은 본원에 기술된 결합된 피팅의 제조방법에 적합한 두가지 다른 타입의 마찰 용접을 개발하였다. 첫번째는 “스핀 용접(spin-welding)”이라 불리며, 마찰은 적어도 하나의 제1공작물의 표면에서 지속적으로 제2공작물의 표면을 가로지르는 회전에 의해 발생하고, 상기 두 표면들을 서로 압축시키기 위해 단조력을 상기 공작물들에 가하는 동안에 발생한다. 두 번째는, “선형 마찰 용접(linear friction welding)이라 불리며, 마찰이 적어도 하나의 제1공작물 표면을 전-후(back-and-forth)로 제2공작물의 표면을 가로질러 슬라이드 하는 것(즉, 선형 슬라이드 운동)에 의해 발생하고, 상기 두 표면들을 서로 압축시키기 위해 단조력을 상기 공작물들에 가하는 동안에 발생한다.

하기에서 다양한 제조 조합이 논의 될 것이다. 전술한 어떤 용접 방법이라도 다음의 조합들에 사용될 수 있거나, 다른 마찰 용접 방법이 공작물들 사이에서 마찰을 발생시키는 데 사용될 수 있다.

제1 방법에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 블랭크 슬러그와(38) 제2 블랭크 슬러그(40)가 제공될 수 있다. 상기 각각의 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38,40)는 대체적으로 원통형 모양을 띄나, 다양한 형상을 갖는 것도 가능하다(예를 들어 정사각형, 직사각형, 삼각형, 오각형, 다각형 등). 실제로, 마찰 용접의 하나의 이점은 두 요소가 용접될 때 동일한 형상, 윤곽, 또는 단면적을 가질 필요가 없다는 것이다. 더욱이, 상기 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38,40)는 동일한 형상이나 크기일 수 있고 혹은 형상이나 크기가 다를 수도 있다. 상기 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38,40)는 마찰 용접 공정을 통해 함께 용접될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 제1블랭크 슬러그(38)의 표면(42)은, 상기 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38,40)의 표면들(42,44)에 압력을 가해 마찰을 발생시키기 위해서 압력축 Y를 따라 단조력을 가하면서, 미리 정해진 패턴으로 상기 제2 블랭크 슬러그의 표면을 가로지르도록 구동된다. "스핀 용접(spin-welding)" 기술을 이용할 때, 바람직하게는, 상기 슬러그는 회전 대칭 형상을 가지며, 상기 압력축 Y는 슬러그들의 회전 축이다. 그러나 이는 필수적인 것은 아니라고 할 것이다.

제1 실시 예에서, 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38,40)은 마찰 용접 공정을 통해 함께 용접될 수 있다. 상기 제1 블랭크 슬러그(38)의 상기 표면(42)은, 상기 표면들(42,44)을 가압하도록 상기 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38,40)에 압력축 Y를 따라 단조력을 가하면서, 주기적으로 전-후방향(back-and-forth)으로 진동하며 상기 제2 블랭크 슬러그(40)의 상기 표면(44)를 가로질러 슬라이드 된다(즉, 선형 슬라이드/병진운동). 다른 실시 예에서, 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38,40)는 마찰 용접 공정에 의해 함께 용접 될 수 있다. 상기 제1 블랭크 슬러그(38)의 상기 표면(42)은 압력축 Y에 대해 회전된다. 상기 단조력은 상기 압력축 Y를 따라서, 상기 제1블랭크 슬러그(38)의 상기 회전 표면(42)과 상기 제2블랭크 슬러그(40)의 상기 표면(44)을 가압하도록, 상기 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38,40)에 가해진다.

일단 용접이 완료되면, 상기 제1 블랭크 슬러그(38)는 예를 들어 전술한 유체피팅(fluid fitting)(10)과 같은 피팅(fitting)을 형성하도록 기계적으로 가공될 수 있다. 또한, 제2 블랭크 슬러그(40)은 예를 들어 플랜지 혹은 다른 타입의 유체 커넥터와 같은 유체 요소를 형성하도록 기계적으로 가공될 수 있다. 그러나, 상기 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38, 40)의 최종 가공 형상은 이에 국한되지 않으며, 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38,40)은 원하는 용도를 위해 어떠한 원하는 형상으로 가공될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38,40)의 기계적 가공은 상기 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38, 40)로부터 물질을 제거하기 위하여, 예를 들어 터닝(turning), 드릴링 및/또는 밀링(milling)과 같은 공정을 포함할 수 있다. 더욱이, 이같은 기계적 가공은 컴퓨터 수치제어(CNC) 혹은 기계장치의 수동 조작에 의해 수행될 수 있다.

전술한 제1 방법은 용접에 앞서 기계적으로 가공될 수 없거나, 바람직하지 않은 두 공작물들을 연결하는데에 있어 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 만약 두 공작물들이 마찰 용접의 온도나 운동을 견디지 못하는 기계적으로 가공된 부분을 갖는다면, 상기 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38,40)가 용접된 후에 상기 슬러그들이 요구되는 공작물을 형성하기 위해 가공될 수 있다.

제2 방법에서, 도 3에 도시된 대로, 상기 제1 블랭크 슬러그(38)가, 예를 들어 전술한 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)과 같이 미리 제조된 피팅과 함께 제공될 수 있다. 상기 제1 블랭크 슬러그(38)와 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)은 마찰용접을 통해 서로 용접될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 제1 블랭크 슬러그(38)의 표면(42)은 상기 제1 블랭크 슬러그(38)의 표면(42)과 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 표면(46) 사이에 마찰을 발생시키도록 압력축 Y를 따라 상기 제1 블랭크 슬러그(38)와 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)을 가압하면서, 미리 정해진 패턴으로 유체피팅(fluid fitting)(10)의 표면(46)을 가로질러 구동된다.

제1 실시 예에서, 상기 제1블랭크 슬러그(38)와 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)은 마찰 용접 공정을 통해 서로 용접될 수 있다. 여기서 상기 제1블랭크 슬러그(38)의 상기 표면(42)은 상기 제1블랭크 슬러그(38) 및 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 표면들(42,46)을 서로 가압하기 위하여 상기 제1블랭크 슬러그(38) 및 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)에 압력축 Y를 따라 단조력을 가하면서, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 표면(46)을 가로지르며 주기적으로 진동하는 방식으로 전-후방향(back-and-forth)으로 슬라이드(즉, 선형슬라이딩/병진운동) 된다. 다른 실시 예에서, 상기 제1 블랭크 슬러그(38)과 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)은 마찰 용접을 통해 서로 용접될 수 있다. 여기서 상기 제1블랭크 슬러그(38)의 상기 표면은 압력축 Y를 기준으로 회전한다. 단조력은 압력축 Y를 따라 상기 제1블랭크 슬러그(38)와 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)에 가해져 상기 제1블랭크 슬러그(38)의 상기 회전표면(42) 및 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 표면(46)을 서로 가압할 수 있다.

일단 상호간에 용접되면, 이후 상기 제1블랭크 슬러그(38)는 기계 가공되어 예를 들어 플랜지 혹은 유체 커넥터의 다른 타입과 같은 유체부품을 형성할 수 있다. 그러나, 상기 제1블랭크 슬러그(38)의 최종적으로 가공된 형상은 이에 국한되지 않으며, 상기 제1 블랭크 슬러그(38)는 요구되는 사용에 있어서 원하는 형상으로 가공될 수 있다. 이와같은 제1 블랭크 슬러그(38)는 상기 제1 블랭크 슬러그(38)로부터 물질을 제거하기 위하여, 예를 들어 터닝(turning), 드릴링(drilling) 및/또는 밀링(milling)과 같은 공정을 포함 할 수 있다. 또한, 이같은 가공은 컴퓨터 수치제어(CNC)나 기계장치의 수동조작을 통해 수행될 수 있다.

제3 방법에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 블랭크 슬러그(38)는 예를 들어 기성품 또는 커스텀 커넥터(48)와 같은 미리 제조된 유체부품과 함께 제공될 수 있다. 상기 제1블랭크 슬러그(38)와 상기 커넥터(48)는 마찰 용접을 통해 서로 용접될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 제1블랭크 슬러그(38)의 표면(42)은, 상기 제1블랭크 슬러그(38)의 상기 표면(42)과 상기 커넥터(48)의 상기 표면(50) 사이에 마찰력을 생성하도록 상기 표면들(42,50)을 가압하기 위하여 상기 제1블랭크 슬러그(38) 및 상기 커넥터(48)에 압력축 Y를 따라 단조력을 가하면서, 미리 정해진 패턴으로 상기 커넥터(48)의 상기 표면(50)을 가로질러 구동된다.

제1 실시 예에서, 제1 블랭크 슬러그(38)와 상기 커넥터(48)는 마찰 용접 공정을 통해 서로 용접될 수 있다. 여기서 상기 표면들(42, 50)을 함께 가압하기 위하여 압력축 Y를 따라 단조력을 가하는 동안, 상기 제1블랭크 슬러그(38)의 표면(42)은 상기 커넥터(48)의 상기 표면(50)을 가로질러 주기적으로 진동하는 방식으로 전-후방향으로 슬라이드 된다(즉, 선형슬라이딩/병진운동). 다른 실시에에서, 상기 제1블랭크 슬러그(38)와 상기 커넥터(48)은 마찰 용접 공정을 통해 서로 용접될 수 있다. 여기서 상기 제1블랭크 슬러그(38)의 상기 표면(42)는 압력축 Y에 대하여 회전할 수 있다. 단조력은, 상기 커넥터(50)의 상기 표면(48)과 상기 제1블랭크 슬러그(38)의 상기 회전 표면(42)를 서로 가압하기 위하여, 상기 압력축 Y를 따라 상기 제1블랭크 슬러그(38)와 상기 커넥터(48)에 가해질 수 있다.일단 상호간에 용접되면, 그 후 제1블랭크 슬러그(38)은, 예를 들어 전술한 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)과 같은 피팅을 형성하도록 기계적으로 가공될 수 있다. 그러나, 상기 제1블랭크 슬러그(38)의 최종적인 가공 형상이 이에 국한되는 것은 아니며, 상기 제1블랭크 슬러그(38)는 요구되는 용도에 부합하도록 가공될 수 있다. 이같은 제1블랭크 슬러그(38)의 가공은 상기 제1블랭크 슬러그(38)로부터 물질을 제거하기 위하여, 예를 들어 터닝(turning), 드릴링(drilling) 및/또는 밀링(milling)과 같은 공정을 포함할 수 있다. 또한, 이와 같은 가공은 컴퓨터 수치제어(CNC) 혹은 가공장치의 수동조작에 의해서도 수행될 수 있다.

전술한 제2 및 제3방법은 용접에 앞서 하나의 공작물은 미리 제조된 상태에서, 다른 공작물이 가공될 수 없거나 가공되는 것이 바람직하지 않은 경우에 특히 유용할 수 있다. 또한, 전술한 제2 및 제3 방법은 하나의 공작물이 사후 용접(post-welding)되기 어려운 상황에서 두개의 공작물을 연결하는데 특히 유용할 수 있다.

제4 방법에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 기성품 커넥터(48)와 같은 미리 제조된 유체부품이 제공된다. 또한, 예를 들면 전술한 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)과 같은 미리 제조된 피팅이 제공될 수 있다. 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)과 상기 커넥터(48)은 마찰 용접 공정을 통해 서로 용접될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 표면은 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 표면(46)과 상기 커넥터(48)의 표면(50)사이를 가압하여 마찰을 발생시키기 위해 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)과 상기 커넥터(48) 모두에 상기 압력축 Y를 따라 단조력을 가하는 동안, 미리 정해진 패턴으로 상기 커넥터(48)의 상기 표면(50)을 가로질러 구동된다.

제1 실시 예에서, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)과 상기 커넥터(48)는 마찰 용접 공정에 의해 서로 용접될 수 있다. 여기서, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 표면(48)은 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 표면(44)과 상기 커넥터(48)의 표면(50)을 서로 가압하기 위하여 상기 커넥터(48)와 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)에 주기적으로 진동하는 방식으로 압력축 Y를 따라 단조력을 가하는 동안, 상기 커넥터(48)의 상기 표면(50)을 가로질러 전후방향(back-and-forth)으로 슬라이드 된다(즉, 선형슬라이딩/병진운동). 다른 실시 예에서, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)과 상기 커넥터(48)는 마찰 용접 공정을 통해 서로 용접될 수 있다. 여기서, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 표면(46)은, 상기 표면들(46,50)을 서로 가압하기 위해 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)과 상기 커넥터(48)에 압력축 Y를 따라 단조력을 가하면서, 상기 커넥터(48)의 상기 표면(50)을 가로질러 압력축 Y에 대해 회전된다. 다른 실시 예에서, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)과 상기 커넥터(48)은 마찰 용접 공정을 통해 서로 용접될 수 있다. 여기서, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 표면(46)은 압력축 Y에 대해 회전된다. 단조력은, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 회전표면(46)과 상기 커넥터(48)의 상기 표면(50)을 서로 가압하기 위해 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)과 상기 커넥터(48)에 압력축 Y를 따라 가해진다.

전술한 제4 방법은, 두개의 공작물들이 미리 제조된 경우에 상기 두 공작물들을 연결하는데 있어 특히 유용할 수 있다. 특히, 전술한 제4 방법은 두개의 공작물들이 사후 용접(post-welding)되기 어려운 경우 상기 두 공작물들을 연결하는 데 특히 유용할 수 있다.

"선형 마찰 용접" 동안 요구되는 마찰을 발생시키기 위해 압력축 Y에 직각인 축을 따라 상기 공작물들을 슬라이드 하는 것이 바람직 할 수 있다. 그러나 상기 공작물의 상기 축의 각도가 반드시 직각일 필요는 없고, 공착물이 충분한 마찰을 발생시킬 수 있는 움직임을 가질 수 있는 한 어떠한 각도여도 무방하다. 또한, 요구되는 마찰이 발생하기 위해 상기 압력축 Y와 관련된 다양한 각도의 복수의 축을 따라 공작물이 슬라이드 되는 것도 고려될 수 있다.

전술한 어떠한 제조방법은 부분적인 가공 단계들과 함께 추가적으로 논의될 수 있다. 예를 들어, 블랭크 슬러그는 부분적으로 요소를 형성할 수 있도록 부분적으로 가공된 다음에 다른 요소에 마찰 용접 될 수 있고, 그 후에 완성된 요소를 제공할 수 있도록 최종 가공이 이뤄질 수 있다. 유사하게, 어떤 요소이던지 요구되는 사항에 따라 전-및/또는-후 가공이 될 수 있다.

그 사이에 마찰을 야기시키기에 충분한 관련 움직임이 있는 한 두 부품 모두 변경될 수 있으나, 다른 부품이 정지한 상태에서 오직 하나의 부품만이 변경되고 회전된다는 것을 고려된다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 상기 제2 공작물은, 상기 제1 공작물이 미리 정해진 경로를 따라 구동되는 동안(즉, "스핀용접(spin welding" 이나 "선형 마찰 용접(linear friction welding")), 여전히 고정될 수 있다. 다른 실시 예에서, 제2 공작물은 제1 공작물의 미리 정해진 경로와 다른 미리 정해진 경로를 따라 구동될 수 있다. 이 실시 예의 변형된 실시 예에서, 상기 제2공작물은 "스핀용접" 작업중인 상기 제1공작물의 회전방향과 반대의 방향으로 상기 푸쉬(push)축을 중심으로 회전된다. 이 실시 예의 또 다른 변형에서, 상기 제1공작물은 제1 회전속도로 푸쉬축에 대하여 회전되고, 제2공작물은 상기 푸쉬축을 중심으로 제2 회전속도로 회전된다. 상기 제2 회전속도는, 상기 제1 회전속도의 방향이나 속력과 유사하거나 다를 수 있다. 이 실시 예의 또 다른 변형에서, 상기 제1공작물은 제1축을 따라 선형적으로 슬라이드 되고 상기 제2공작물은 상기 제1축과 다른 제2축을 따라 슬라이드 된다. 이 실시 예의 또 다른 변형에서, 상기 제1공작물은 제1축을 따라 제1 속력으로 슬라이드 되고 상기 제2 공작물은 제1속도와 유사하거나 다른 제2속도로 선형적으로 슬라이드된다. 전술한 실시 예들은, 요구되는 조건에 따른 마찰을 생산하기 위하여 단독적으로 사용되거나, 조합되어 사용될 수 있다. 더욱이, 상기 부속들은 상기 부속들간 마찰을 야기시키는데 충분한 관련 움직임이 있는 한, 필요한 사용에 대응되는 패턴에 따라 구동될 수 있다.

직접구동회전마찰(Direct-Drive Rotary Friction)과 관성마찰용접(Inertia Friction Welding)이라는, 서로 대향하는 상기 표면들을 구동하는 것과 관련된 두가지 예시의 타입이 하기에 논의된다. 상기 직접구동방법은 사이클을 통해 지속적인 속도제어를 제공하고, 상황에 맞게 개발된 컴퓨터 파라미터에 대응해 구동을 멈춘다. 관성 마찰 용접은, "스핀용접(spin weld)" 동안 파트-홀딩 척(part-holding chuck)내에서 각운동량을 발생시키기 위해 플라이휠(flywheel)을 사용한다. 상기 플라이휠 구동 척은 용접영역이 확정되어 멈출때까지 회전한다. 비록 상기 두 유형의 공정이 사용될 수 있지만, 다른 타입의 마찰 용접 구동 공정도 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

추가로, 전술한 어떤 방식의 제조방법일 지라도 상기 제1공작물의 표면을 상기 제2공작물의 표면과 정렬시키기 위하여 제1 및 제2 공작물 중 하나, 혹은 둘 모두 정렬 구조를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 정렬 구조는 상기 마찰 용접 공정동안 상기 공작물들의 동심 (concentricity)을 유지하는데에 있어 정확도를 보장하기 위해 사용된다. 이것은 상기 회전된 "스핀용접(spin welding)" 기술에 있어 특히 유용할 수 있다. 비록 도 6 내지 도 7에 상기 블랭크 슬러그들(38,40)의 상기 표면들이 예시적으로 도시되었지만, 상기 실시 예들은 원하는 용도와 일치하는 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 표면, 미리 제조된 파이프(16) 혹은 유체부품, 커넥터 단부(48)등 및/또는 어떠한 다른 타입의 공작물 상에도 포함될 수 있다.

일 실시 예에서, 도 6a에 따르면, 제2 블랭크 슬러그(40)는 상기 제2블랭크 슬러그(40)의 상기 표면(44) 내에 가공된 오목한 원형 홈(52)을 포함할 수 있고 상기 제1블랭크 슬러그(38)는 상기 제2 블랭크 슬러그(40)의 상기 홈(52) 내에 맞는 상기 표면(42) 상에 가공된 대응하는 융기된 릿지(ridge) 혹은 원형 링(54)을 포함할 수 있고, 그 반대로도 가능할 수 있다. 또 다른 예시에서, 상기 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38,40) 모두, 이중 정렬 구조를 제공하기 위해서 대향 부분의 홈들 내에 맞춰지는, 돌출된 원형 링들을 특징으로 할 수 있다. 이 돌출된 링들은 동심, 다른 직경(예를 들어 상기 제1공작물 상의 상기 돌출된 링의 상기 직경은 상기 제2공작물 상의 상기 돌출된 링의 상기 직경보다 크거나, 혹은 그 반대인 경우), 유사한 직경, 다른 중심, 혹은 요구되는 용도에 따라 요구되는 특징을 가질 수 있다. 상기 정렬 구조들은 연결된 링들 혹은 분리된 부분을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 정렬 구조들은 상기 회전축에 대해 회전 대칭이고 또한 상기 부분들의 편심진동(eccentric vibration)을 피하기 위해 회전 균형을 이룬다. 더하여, 상기 링/홈 조합에 의해 야기된 길이 단차는 마찰 용접에 대해 요구되는 대로 직접 접촉으로부터 상기 표면들(42,44)의 적어도 일부분을 멈추어서는 안된다.

어떠한 상기 돌출된 릿지(ridge)들(54) 및/또는 이와 대응되는 홈들(52)은, 상기 링이 상기 홈에 적절하게 삽입되고 정렬될 수 있도록, 둥그런 엣지 혹은 기하학적으로 경사진 엣지를 가질 수 있다는 것이 추가로 고려된다. 예를 들어, 도 6b 내지 도 6d에 도시된 바와 같이, 다양한 실시 예들에는, 상기 경사진 엣지는 회전축 외부로부터 연장(즉, 도 6b 도면부호 54b에 도시된 바와 같이 외부직경/둘레를 향해)하거나 상기 회전축 내부로부터 연장(즉, 도 6c의 도면부호 54c에 도시된 바와 같이 상기 회전축을 향해)하거나, 삼각형 형상을 형성(도 6d의 도면부호 54d에 도시된 바와 같이)할 수 있다. 단조력이 상기 부품들에 가해질 때, 상기 각도진 표면들은 상기 부품들 사이에서 스스로 정렬구조를 정렬하도록 캠(cam)처럼 동작하여 상기 부품들이 동심의 회전축을 갖게 할 수 있다. 그러나 본 발명이 설명된 형상에 국한되는 것은 아니며, 상기 릿지(ridge)는 원하는 용도에 맞추어 다른 형상을 취할 수도 있을 것이다. 두개, 혹은 두개 이상의 돌출 링들이 사용될 때, 일부는 내부, 다른 일부는 외부로 경사지는 것이 고려되어야 할 것이지만 상기 링들 간의 연결이 이에 국한되는 것은 아니고, 원하는 용도에 따라 다른 형상을 띄는 것도 가능할 것이다. 하나의 실시 예에서 상기 제1 및/또는 제2 블랭크 슬러그의 상기 용접표면은 돌출된 릿지(ridge), 오목한 홈 혹은 원형 링을 형성하도록 가공될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 상기 돌출된 릿지(ridge), 오목한 홈 혹은 원형 링들은 제1 및/또는 제2 블랭크 슬러그들로부터 분리되거나, 부착되어 형성될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이 다른 실시 예에서는, 돌출된 릿지(ridge)가 홈 없이도 사용될 수 있음에 따라 제1 및 제2 블랭크 슬러그(38,40)가 돌출된 릿지(ridge)(56a, 56b)를 포함한다. 일 실시 예에서, 상기 제2 블랭크 슬러그(40)는 상기 표면(44) 상에 가공된 한 쌍의 릿지(ridge)(56a)를 포함할 수 있고 제1 블랭크 슬러그(38)는 상기 한 쌍의 릿지(ridge)(56)를 수용하고 그 가운데에 위치하는 중간 직경의 릿지(ridge)(58)를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 한 쌍의 방사 이격된 돌출된 릿지(ridge)(56a) 사이의 골 혹은 갭은, 릿지(ridge)(56b)에 대향한 중심적인 홈처럼 작용할 수 있다. 둘 혹은 둘 이상의 돌출된 릿지(ridge)들이 상기 두 공작물들 상에서 사용되는 것도 가능할 것이다. 각 부품들이 오직 하나의 연장된 릿지(ridge)를, 즉 하나의 돌출된 릿지(ridge)(56a)와 하나의 돌출된 릿지(ridge)(56b)를 활용하는 것이 고려될 것이다. 이러한 방식으로, 단조력의 응용 하에서 상기 두 대향된 돌출 릿지(ridge)들(56a,56b)사이의 접촉은 상기 부품들이 동심을 가지며 정렬되도록 할 수 있다. 이러한 릿지(ridge)들의 다양한 조합들과 변형들은, 스핀용접(spin welding) 공정중에 상기 공작물들이 동심을 유지하도록 사용될 수 있다. 또한, 상기 돌출된 릿지(ridge)들은 상기 돌출링이 골 또는 갭에 적절하게 삽입되고 정렬되도록 기하학적으로 둥글거나 경사진 엣지를 가질 수 있다. 예를 들어, 돌출된 릿지(ridge)들은 전술한 바와 같이 경사진 엣지를 가질 수 있거나 요구되는 용도에 맞는 어떤 형상도 사용 할 수 있다. 상기 정렬 구조는 연속적인 링 혹은 분리된 부품들로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 정렬 구조는 상기 회전축에 대하여 회전대칭이고 또한 상기 부품들의 편심진동을 방지하기 위해 회전균형을 이룬다. 부가적으로, 상기 링 조합으로 야기된 길이 단차(length offset)는, 마찰 용접을 위해 요구되는 직접적인 접촉으로부터 상기 표면들(42,44)의 적어도 일부분을 정지시키지 않아야 한다.

일 실시 예에서, 제1 및/또는 제2 블랭크 슬러그의 상기 용접표면은 상기 돌출된 릿지(ridge) 혹은 원형 링을 형성하도록 가공될 수 있다. 다른 실시 예에서, 돌출된 릿지(ridge) 또는 원형 링은 상기 제1 및/또는 제2 블랭크 슬러그로부터 분리되고 부착되도록 형성 될 수 있다. 마지막으로, 상기 돌출된 릿지(ridge) 및 홈이 마찰 용접이 수행될 표면 혹은 단부표면상에 묘사되었지만, 이들 혹은 다른 정렬 구조는 상기 제1 공작물 및/또는 상기 제2 공작물의 외부직경 및 또는 내부직경과 같이 용접되지 않는 표면상에 위치될 수 있다는 것을 고려할 수 있다. 각 부품들이 서로 연관되어 회전하는 동안 두 부분이 함께 모이게 되는 회전 공정과 함께 사용하기에 적합한 다른 유형의 정렬 구조가 사용될 수 있다.

도 8에 도시된 또 다른 실시 예에 따르면, 내부 직경(이하 "ID")정렬보스(58)는 상기 제1 또는 제2 공작물 혹은 둘 모두에 제공된다. 더욱 상세하게는, 상기 ID정렬보스(58)는 대향하는 본체의 상기 ID에 대응하는 최대 외부직경을 갖도록 설계된다. 다음의 논의에서, ID정렬보스(58)는 상기 유체피팅(fluid fitting) 상에 위치되도록 설명될 수 있으나, 이것에 국한되는 것은 아니며, 상기 ID정렬보스(58)는 요구되는 용도에 맞게 요구되는 어떠한 공작물에도 부착될 수 있다.

도 8에 도시된 실시 예에서, 상기 ID정렬보스(58)는 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)상에 제공되고, 상기 ID정렬보스(58)의 상기 최대외부직경은 엔드 커넥터(48)의 ID에 대응될 수 있다. 상기 ID정렬보스(58)의 상기 최대 외부직경은 상기 엔드 커넥터(48)의 상기 ID와 동일하거나, 실질적으로 동일(약간 크거나, 약간 작을 수 있으며 이는 의도적이거나 제조상의 공차로 인해 발생할 수 있음)할 수 있다. 이러한 접근의 하나의 이점은, 이러한 설계에 의해 제공된 추가적인 표면 영역이

웰드-업셋(weld-upset)에 의해 흡수되고 융합 불량 가능성을 줄일 수 있는 상기 정렬보스를 고려하여 안정적이고 일관된 마찰 용접을 제공할 수 있다는 점이다. 상기 ID 정렬보스(58)는 미리 정해진 거리로 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 용접표면(46)으로부터 외측으로 연장할 수 있다. 상기 정렬보스가 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)과 일체라면, 상기 ID정렬보스(58)의 최후방 지점은 통로 혹은 구경(26)의 전체 길이를 연장할 수 있다. 다른 실시 예에서, 상기 최후방 지점은 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 상기 용접표면(46)과 일렬로 위치할 수 있거나, 상기 ID정렬보스(58)는 미리 정해진 거리만큼 상기 통로 혹은 구경 내부로 연장할 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 ID정렬보스(58)는 가상의 선(60)을 도식적으로 나타낸 위치를 향해 통로 혹은 구경(26)의 길이를 따라 부분적으로 연장할 수 있다.

상기 ID 정렬보스(58)는 요구되는 용도에 따라 어떠한 방식에 맞추어서라도 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 ID정렬보스(58)는 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)과 일체(비록 도 8에서 다른 크로스-햇치(cross-hatch) 패턴이 도시되었다 할 지라도)이고 통로 혹은 구경과 전체 벽 두께인 T와 함께 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)을 형성하는 것 의해 제조될 수 있다. 상기 벽(두께 D)의 외부표면의 일부분은 이후 상기 ID정렬보스(58)를 형성하기 위한 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)의 미리 선택된 길이를 따라 제거(즉, 가공)된다. 상기 제거된 두께 D는 상기 엔드 커넥터(48)의 상기 직경보다 적거나 실질적으로 같은 직경을 만든다. 다른 실시 예에서, 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)은 통로 혹은 구경과 전체 벽 두께D와 함께 형성된다. ID정렬보스(58)의 요구되는 형상 및 크기에 대응하는 분리된 부분(예를 들어, 다른 파이프 또는 삽입체)은 논-리킹 방식(non-leaking manner)으로 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)에 부착 될 수 있다. 즉, 부분적으로 통로 혹은 구경(26)에 삽입될 수 있다.

전술한 제조방법들은 "주문제작(make to order)(MTO)" 공정을 지원하는 유연한 제조에도 또한 유용하다. 예를 들어, 유체 매니 폴드 혹은 커스텀 유체 커플러의 무수히 많은 타입과 구성들은 본원에서 서술한 마찰 용접 공정에 의해 용이하게 제조될 수 있다. 비록 상기 "매니 폴드"라는 용어는 여기서 예시로 사용된 것이며, 이 설명은 유체를 전달할 수 있지만 "매니 폴드"의 일반적인 정의에 적합하지 않을 수 있는 다양한 파이프 섹션, 또는 부품에 적용될 수 있는 것으로 이해되야 할 것이다. 다른 타입의 유체피팅(fluid fitting), 커넥터 등은 주된 매니 폴드 요소의 다른 위치에 유체-기밀(fluid-tight) 방식으로 용접될 수 있다. 이 유체피팅(fluid fitting)들과 커넥터들은 본원에서 서술된 상기 유체피팅(fluid fitting)(10) 혹은 다양한 다른 타입의 미리 제조된 유체 부품들을 포함할 수 있다. 주된 매니 폴드 요소는 정사각형 혹은 직사각형의 비교적 평평한 면을 갖는 기하구조, 곡선의 외면을 갖는 곡선적 기하구조, 혹은 원하는 용도에 맞는 어떠한 기하학적 구조를 가질 수 있다.

커스텀 매니 폴드 혹은 다른 "주문제작(make to order)" 부품을 제작하기 위해서, 관통공(through hole) 혹은 구멍(aperture)이 주된 매니 폴드 요소의 외부 표면 내로 먼저 절단될 수 있다. 그 다음, 부착 될 부품이 절단된 구멍 위로 정렬(즉 상기 부품의 축이 절단된 구멍의 축과 일치함)되고 본원에 서술된 방법을 사용한 마찰 용접을 통해 부착된다. 어떠한 사전용접 혹은 사후용접 가공 작업도 수행 될 수 있다. 상기 매니 폴드와 부품 둘 모두 또는 둘중 하나는, 마찰 용접을 위한 충분한 관련된 움직임을 제공하기 위해, 미리 정해진 경로를 따라 구동될 수 있다고 고려된다.

상기 상호간 용접된 표면이 거의 원형인 경우, 상기 표면들에 서로 마찰 용접을 수행하기 위한 본원에서 서술된 어떠한 스핀용접 방법을 사용하는 것이 적절할 수 있으나, 본원에서 서술된 어떠한 선형 마찰 용접 방법 또한 사용될 수 있다. 상기 서로 용접된 표면이 원형에 가깝지 않거나 하나의 부품이 다른 부품과 관련해 회전될 수 없는 경우에 상기 표면들에 본원에서 서술된 어떠한 선형 마찰 용접 방법을 사용하는 것이 적절할 수 있다. 선형 마찰 용접은 최종사용자/소비자에게 요구되는 정확한 유체피팅(fluid fitting), 커넥터 등이 정확하게 주요 매니 폴드 소자에 필요한 곳에 위치할 수 있고 지향될 수 있다는 점에서 분명한 이점을 제공한다. 이것은 종종 새로운 요소를 오래되고 현존하는 시스템에 교체하거나 개조하는데 종종 요구될 수 있다.

도 9는, 본원에서 기술한 상기 선형 마찰 용접 방법을 사용하여, 표준 파이프섹션(64)에 부착된 유체피팅(fluid fitting)(62)에 활용되는 "주문제작(make to order)" T-커넥터의 예시를 나타낸다. 비록 표준 파이프섹션(64)은 이 예에서 사용되지만, 실제로 어떠한 비-표준 파이프섹션 혹은 매니 폴드를 포함하는 유체 본체도 하나 혹은 하나 이상의 유체피팅(fluid fitting)을 그곳에 연결하는 데에 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 상기 파이프섹션(64)은 추가적인 유체피팅(fluid fitting)들(66) (사전가공 혹은 사후가공된)을 더 포함할 수 있다. 상기 유체피팅(fluid fitting)(62)이 상기 파이프섹션(64)에 마찰용접 된 때, 상기 유체피팅(fluid fitting)(62)의 유체통로(68)는 상기 파이프섹션(64)의 유체통로(70)에 유체적으로 연결된다. 추가의 공작물들이 부가적으로 상기 파이프섹션(64)에 마찰용접 될 수 있다. 관통공 혹은 구멍은, 가상의 선(72,74)에 표시된 섹션들에서와 같이, 상기 파이프섹션(64)의 외부표면 내로 먼저 절단된다. 다음으로, 상기 부착된 공작물들이 절단된 구멍 위로 정렬(즉 공작물의 축이 절단된 구멍의 축과 일치됨)되고, 상기 공작물들은 본원에서 기술한 어떠한 마찰 용접 방법에 의해 부착된다. 도 9에는 예시적으로 도시된 바와 같이 선형 마찰 용접이 사용될 지라도, 회전 마찰 용접이 사용 될 수 도 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 복수의 공작물들 혹은 유체피팅(fluid fitting)들이 파이프섹션에 부착되는 경우, 각각은 분리된 선형 마찰 용접 기술(특히, 제조된 조합이 적은 회전대칭 혹은 회전균형을 이루고 회전 스핀용접이 덜 유용한 경우)에 의해 부착될 것이다. 이후에, 어떠한 사전용접 혹은 사후용접 가공 작업도 수행될 수 있다. 도 9에 도시된 예시적인 실시 예에 따르면, 상기 관통공 혹은 구멍은 실질적으로 원형이지만, 상기 관통공이나 구멍은 요구되는 용도에 맞게 어떠한 형상이나 크기를 취해도 될 것이다.

도 10a 와 도10b는 "주문제작" 부품의 또 다른 실시 예를 도시한다. 예시적인 실시 예는 본원에서 기술한 선형 마찰 용접 방법을 사용하여 부착된 복수의 공작물들과 함께 매니 폴드를 포함한다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 유체 매니 폴드 혹은 다른 커스텀 유체 커플러의 무수한 타입과 구성은 본원에 기술된 선형 마찰 용접 공정에 의해 용이하게 제조될 수 있다. 비록 "매니 폴드"라는 용어가 여기서 예시로써 사용되었지만, 본원의 설명은 유체를 전달하지만 전통적인 의미의 "매니 폴드"와 다를 수 있는 다양한 파이프섹션 혹은 부품들에도 유사하게 적용될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 다양하게 도시된 실시 예들에 도시된 바와 같이, 다양한 타입의 유체피팅(fluid fitting)들, 커넥터들 등은 주된 매니 폴드 요소상의 다른 위치에 유체기밀방식(fluid-tight manner)으로 용접될 수 있다. 이 유체피팅(fluid fitting)들과 커넥터들은 본원에서 기술되거나 다른 유형의 사전제작된 유체 부품들과 같은 상기 피팅(10) 포함할 수 있다. 도 10a에 예시적으로 도시된 바와 같이, 상기 매니 폴드(76)은 일반적으로 일반적인 정사각형의 교차 단면을 가진 직사각형 형상으로 묘사되어 있으나, 이것은 편의를 위한 묘사일 뿐이다. 상기 매니 폴드(76)가 요구되는 용도에 맞추어 다양한 기하학적구조, 길이 등을 가질 수 있다는 것이 고려되야 한다. 또한, 비록 주된 매니 폴드 요소가 편평한 모서리를 갖는 정사각형 혹은 직사각형의 기하구조의 형상인 것으로 도식적으로 묘사되었으나, 주된 매니 폴드 요소는 또한 곡선의 외면을 가진 곡선의 파이프(예를 들어 단면이 원형인) 형상일 수도 있음이 고려되어야 한다. 도 10b에 예시적으로 도시된 바와 같이, 복수의 공작물들은 다양한 크기의 원통형의 슬러그들(78)을 포함할 수 있다. 그러나, 복수의 공작물들은 크기와 형상이 모두 통일되어 있는 공작물들을 포함 할 수 있거나 다양한 크기 및/또는 형상을 가지는 공작물들을 포함할 수 있다. 복수의 공작물들 각각의 어떠한 크기 또는 형상 조합이라도 요구되는 용도에 적합할 수 있음이 고려될 수 있다. 마찰용접의 이점은 복수의 공작물들이 하나의 매니 폴드에 다양한 방향으로 용접될 수 있다는 것이다. 도 10b에 예시적으로 도시된 바와 같이, 특히 상기 매니 폴드(76)가 비회전대칭형상인 경우 또는 경우에 따라서 상기 매니 폴드가 (필드와 같이)비-제조위치에 위치하거나 사전설치된 경우, 상기 슬러그들(78)은 다른 공작물들에 다양한 각도로 상기 매니 폴드(76)의 다양한 측면에서 선형 마찰 용접될 수 있다. 복수의 공작물들은 상기 매니 폴드 상에 용도에 맞는 어떠한 요구되는 각도에도 맞게 용접될 수 있다. 비록 도 10b가 슬러그들(78), 슬러그들(78)과 같은 복수의 공작물들을 도시하지만, 이 예시적인 실시 예들의 몇몇 혹은 전부는 유체피팅(fluid fitting)(10), 사전제작된 파이프(16), 혹은 유체부품, 엔드 커넥터(48) 등 및/또는 용도에 맞는 어떠한 다른 타입의 공작물들도 포함할 수 있다. 실제로 요구되는 사용 사례에 따라 사전제작된 유체피팅(fluid fitting)(10) 또는 파이프(16), 유체부품, 엔드커넥터(48) 등을 활용하고 이를 상기 매니 폴드(76)에 부착하여 제조상에 이점을 제공할 수 있다.

커스텀 매니 폴드 혹은 다른 "주문제작(make to order)" 부품을 제조하기 위해, 도 9에 도시된 바와 유사한 공정이 사용될 수 있다. 예를 들어 관통공이나 구멍이 주된 매니 폴드 요소의 외부표면 내로 먼저 절단될 수 있다. 다음에, 부착된 상기 유체부품이 상기 구멍(예를 들어 동일한 축)위로 정렬되고, 본원에 기술된 어떠한 선형 마찰 용접 방법(제1, 제2, 제3, 제4 방법)에 의해서도 부착될 수 있다. 어떠한 사전 혹은 사후용접 가공 작업이라도 수행될 수 있다. 상기 매니 폴드와 유체피팅(fluid fitting) 둘 모두 혹은 둘중 하나가 마찰용접을 위한 충분한 관련된 선형운동을 제공하도록 이동되거나/변형되는것이 고려된다. 도 10a 내지 도 10b에 도시된 독창적이고 비 대칭적인형상과 같이, 이는 스핀용접에 비해 확실한 이점을 제공한다. 그러므로, 선형 마찰 용접은 최종사용자/소비자에게 요구되는 정확한 유체피팅(fluid fitting), 커넥터 등이 정확하게 주요 매니 폴드 부속에 필요한 곳에 위치할 수 있고 지향될 수 있다는 점에서, 새로운 부품을 기존의 오래되고 존재하던 시스템에 교체하거나 개조하는 경우에 분명한 이점을 제공한다.

도11a 내지 도 11d는 "주문제작(make to order)" 부품의 몇 가지 예를 더 도시한다. 몇몇 예시적인 실시 예들에서, 전술한 상기 유체피팅(fluid fitting)(10) 다양한 유체부품들과 본원에 기술된 마찰용접방법에 의해 연결되어 있다. 예를 들어, 도 11a는 본원에 기술된 상기 마찰용접 방법에 의해 다양한 유체부품에 연결된 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)을 도시한다. 예를 들어, 도 11a는 원형 플랜지 커넥터(80)에 연결된 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)을 도시한다. 또한 도 11b는 육각 플랜지 커넥터(82)에 연결된 상기 유체피팅(fluid fitting)(10)을 도시하고, 도 11c는 상기 육각 플랜지 커넥터의 외부 표면(84)를 도시한다. 비록 도 11a 내지 도 11c에 도시된 상기 플랜지 커넥터가 원형 또는 육각형상 이지만, 상기 플랜지 커넥터는 요구되는 용도에 맞는 어떠한 형상(예를 들어, 삼각형, 직사각형, 정사각형, 타원형, 직선형, 다각형, 맞춤모양) 이라도 취할 수 있다. 더욱이, 도 11d는 T-커넥터(86)의 예시의 단부에 연결된 세 유체피팅(fluid fitting)(10)을 도시한다. 이러한 예시들은 본원에 기술된 마찰용접방법에 의해 형성된 가능한 "주문제작" 부품들 실증하고, 본원의 범위를 제한하는 기능을 하지 않는다; 실제로, 본원에 기술된 상기 마찰용접 방법들은 요구되는 유체 전달 부품 혹은 부속품들을 가상적으로 창조하는데 사용될 수 있다. 이해될 수 있듯이, 이들 혹은 다른 실시 예는, 본원에 기술된 회전 마찰 용접 혹은 선형 마찰 용접방법을 사용하여, 표준 파이프섹션, 엔드커넥터, 혹은 다른 유체피팅(fluid fitting)들(사전 혹은 사후가공된)을 추가로 포함하는 파이프섹션에 부착된 출원인의 유체피팅(fluid fitting)을 활용하여 생성될 수 있다.

본원에서 기술된 상기 제안된 제조 방법들의 여러 이점들은, 구성들의 모든 스테이지(완제품, 반제품 및 원재료)에서 복잡한 형상 혹은 원형 형상들을 용접하는 능력; 용이하기 스틸과 비철금속의 조합을 수행하는 것; 비유사 금속간 조합이 수행되는 것; 파우더 메탈 부품들이 다른 파우더메탈들, 단조들, 주물들 또는 가공된 재료들에 용접될 수 있는 것; 감소된 열 영향 영역(HAZ); 향상된 용접 퀄리티; 향상된 부품 퀄리티; 압력 함유 파이프 부품에 고유하게 적용되는 최첨단 공정; 사후 용접 가공(고가의 반체 손실을 제거)으로 인한 감소된 비용; 독창적으로 설계되어 주문제작(MTO) 공정을 지원하는 유연한 제조; 필드에서 복제될 수 없는 최첨단 기술; 및 고가의 단조들과 가공 요구들을 만족하기 위해 요구되는 시험을 제거하는 것을 포함한다.

출원인은 이 장치의 개발을 하는 동안, 본원에 기술된 마찰 용접 방법이 선행기술들과 비교해 제조단가감소 측면에서 놀라운 결과를 나타낸 실험적 테스트를 수행했다. 초기 테스트는 2"NPS 카본 스틸 쿠폰들 상에서 수행되었다. 쿠폰들에 이용된 재질은 A106과 ASTM 513 DOM 재질이었다. 쿠폰들 상의 이음부 구성은 정사각형의 버트(butt) 이음부 였다. 마찰 용접 시편에 대해서는 비파괴-테스트가 수행되었다. 모든 테스트는 ASME B31.3 Normal Service에 따른 방사선 촬영 검사를 포함하지 않았다. 파괴시험은 인장과 유도굽힘 시험뿐만 아니라 완전 프로파일 경도를 포함하는 매크로 강도 시험을 포함했다. 모든 비파괴시험은 수행 가능했다.

방사선 시험은 용접 내부에 다공성이 존재하지 않는 용접 이음부를 360도 둘러싼 완전히 관통된 용접을 나타내었다. 상기 용접에서는, 축소된 열 영향 영역(HAZ)과 작은 용접 인터페이스로 인해, 모재금속을 다소 구별하기 어려웠다. 용접봉의 균질한 구성과 모재에 비해 약간의 조밀한 용접 재료로 인해, 용접봉은 기본 재료의 약간 밝은 부분으로 X-ray 상에 나타났다. 매크로-경도 시험에서 식각된 단면은 폭이 약 1/8"인 좁고 일정하도록 용접봉이 모재를 통해 완전히 일관된 접착 라인을 형성한 것을 나타냈다. 상기 용접 사이즈는 일반적인 GTAW-P 용접의 사이즈의 대략 절반이었다.

경도시험 결과는 용접봉과 접착라인에 걸쳐, 적은 경도변화와 관해 더 많은 것을 나타냈다. 용접 단면은 HAZ와 모재 상에서 약간의 경도 증가를 나타냈다. 이러한 결과들은, 모재금속보다 전형적으로 더 강하고 모재의 기계적인 속성을 유지하는, 균일하고 균질한 용접영역과 일치한다. 비교해보면, GTAW-P용접은 HAZ내에서 일반적으로 경도가 증가하지만, 용접봉 내에서 경도가 눈에 띄게 줄어든다. 경도 테스트 결과는 물리적 순서(좌에서 우)로 다음과 같다. 모재(SA106): 198; HAZ:225; WELD: 256 HAZ:217; 모재(SAS13): 229. A513 튜브에 마찰 용접된 A106 튜브의 마찰 최종 용접 강도의 인장 테스트 결과는 ASTM A370에 따라 다음과 같다. 길이(in): 0.25; 두께(in): 0.168; 면적(sq. in): 0.042; 표점간 길이(gage length)(in): 1.0; 항복응력: 54,000; 인장강도: 81,500; 신장율(%): 27; 파괴지점 : A106 모재.

본 발명은 특정 실시 예를 이용하여 본원에서 기술되었다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 다양한 대안들이 사용될 수 있고, 균등물이 본원에 기재된 구성들, 또는 단계들로 대체될 수 있다는 것은 당업자에게 명확할 것이다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 특정 상황 또는 특정 요구에 의해 본 발명을 변형시키는 수정이 필요할 수 있다. 본 발명은 설명에 기재된 특정 실시 예에 한정되지 않으며, 청구범위는 문자 그대로 또는 균등물에 의해 대체되는 모든 실시 예를 포함할 수 있도록 가장 넓게 해석되어야 할 것이다.

Claims

유체 부품에 공작물을 마찰용접하는 방법에 있어서,
공작물의 용접표면을 유체부품의 용접표면과 접촉하도록 위치하는 단계;
상기 공작물 용접 표면과 상기 유체부품의 용접 표면 중 하나를 상기 공작물 용접 표면과 상기 유체 부품 용접 표면 중 다른 것에 따라 미리 정해진 패턴으로 구동하는 단계;
상기 공작물 용접 표면과 상기 유체부품의 용접 표면 중 하나를 상기 공작물 용접 표면과 상기 유체 부품 용접 표면 중 다른 것에 따라 미리 정해진 패턴으로 구동하는 것이 상기 공작물 용접 표면과 상기 유체 부품 용접 표면의 온도가 용접 온도로 증가되기에 충분한 시간 동안 마찰과 열을 발생시키도록 상기 공작물 용접 표면과 상기 유체 부품 용접 표면 사이의 압력축에 따라 입력을 가하는 단계;
상기 용접 표면들이 용접결합을 형성할 때까지, 상기 공작물과 상기 유체부품 사이에 압력을 가하는 동안, 상기 공작물 용접 표면과 상기 유체부품의 용접 표면 중 하나의 구동을 중단시키는 단계; 및
그를 통해 유체의 흐름을 전달하기 위하여 논-리킹(non-leaking) 방식으로 파이프에 밀봉하여 부착하고 수용하도록 구성된 유체피팅(fluid fitting)의 적어도 일 부분을 형성하기 위하여, 상기 용접 결합이 형성된 이후, 상기 공작물의 적어도 일부분을 가공하는 단계;
를 포함하는 유체 부품에 공작물을 마찰용접하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 미리 정해진 패턴은 상기 압력축에 대한 회전운동인
유체 부품에 공작물을 마찰용접하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 미리 정해진 패턴은 상기 압력축에 직각인 축을 따라 병진운동 하는 것인 유체 부품에 공작물을 마찰용접하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 공작물 용접 표면과 상기 유체부품의 용접 표면 중 하나를 상기 공작물 용접 표면과 상기 유체 부품 용접 표면 중 다른 것에 따라 미리 정해진 패턴으로 구동하는 단계와 동시에 상기 공작물 용접 표면과 상기 유체부품의 용접 표면 중 하나에 따라 제2의 미리 정해진 패턴으로 상기 공작물 용접 표면과 상기 유체 부품 용접 표면 중 다른 것을 구동하는 단계;를 더 포함하는
유체 부품에 공작물을 마찰용접하는 방법.
제 4항에 있어서,
상기 공작물 용접 표면과 상기 유체 부품 용접 표면 중 하나를 구동하는 것을 중단하는 단계는, 상기 공작물 용접 표면과 상기 유체 부품 용접 표면 중 다른 것을 구동하는 것을 중단하는 단계를 더 포함하는,
유체 부품에 공작물을 마찰용접하는 방법.
제 4항에 있어서,
상기 미리 정해진 패턴은 제1 회전 방향에서의 상기 압력축에 대한 회전운동이고,
상기 제2 미리 정해진 패턴은 상기 제1 회전방향과 반대 방향인 제2 회전 방향에서의 상기 압력축에 대한 회전운동인
유체 부품에 공작물을 마찰용접하는 방법.
제 4항에 있어서,
상기 미리 정해진 패턴은 제1 회전속도에서의 상기 압력축에 대한 회전운동이고,
상기 제2 미리 정해진 패턴은 상기 제1 회전속도와 다른 제2 회전속도에서의 상기 압력축에 대한 회전운동인
유체 부품에 공작물을 마찰용접하는 방법.
제4 항에 있어서,
상기 미리 정해진 패턴은 상기 압력축에 직각인 제1축을 따라 병진운동하는 것이고,
상기 제2 패턴은 상기 제1축과 다른 상기 압력축에 직각인 제2축을 따라 병진운동하는 것인
유체 부품에 공작물을 마찰용접하는 방법.
제 4항에 있어서,
상기 미리 정해진 패턴은 상기 압력축에 대해 직각인 제1축에 따라 병진운동 하는 것이고,
상기 제2 미리 정해진 패턴은, 상기 압력축에 대해 직각이고 상기 제1축과 다른 제2 축을 따라 병진운동하는 것인
유체 부품에 공작물을 마찰용접하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 용접결합이 형성되기 전에 상기 유체피팅(fluid fitting)의 일 부분을 형성하도록 상기 공작물을 가공하는 단계를 더 포함하는
유체 부품에 공작물을 마찰용접하는 방법.
제 10항에 있어서,
상기 용접결합을 형성한 후, 유체피팅(fluid fitting)의 적어도 일 부분을 형성하기 위해 상기 공작물의 적어도 일 부분을 가공하는 단계는, 상기 유체피팅(fluid fitting)의 다른 부분을 형성하도록 상기 공작물을 가공하는 단계를 포함하는
유체 부품에 공작물을 마찰용접하는 방법
유체부품의 용접표면과 접촉하는 유체피팅(fluid fitting)의 용접표면을 위치하는 단계;
상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면 중 다른 것을 따라 미리 정해진 패턴으로 상기 유체 부품 용접 표면과 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면 중 하나를 구동하는 단계;
상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품의 용접 표면 중 하나를 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체 부품 용접 표면 중 다른 것에 따라 미리 정해진 패턴으로 구동하는 것이 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체 부품 용접 표면의 온도가 용접 온도로 증가되기에 충분한 시간 동안 마찰과 열을 발생시키도록 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체 부품 용접 표면 사이의 압력축에 따라 압력을 가하는 단계; 및
상기 용접 표면들이 용접결합을 형성할 때 까지 상기 유체피팅(fluid fitting)과 상기 유체부품 사이에 압력을 가하는 동안 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면 중 하나를 구동하는 것을 중단하는 단계;
상기 유체피팅(fluid fitting)은 그것을 통해 유체의 흐름을 전달하도록 논-리킹(non-leaking)방식으로 파이프에 밀봉하여 부착하고 수용하도록 구성되는
유체부품에 유체피팅(fluid fitting)을 마찰용접하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 미리 정해진 패턴은 상기 압력축에 대한 회전운동인
유체부품에 유체피팅(fluid fitting)을 마찰용접하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 미리 정해진 패턴은 상기 압력축에 대해 직각인 축을 따라 병진운동인 것인
유체부품에 유체피팅(fluid fitting)을 마찰용접하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면중 다른 것을 따라 미리 정해진 패턴으로 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면을 구동하는 상기 단계와 동시에, 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면중 하나를 따라, 제2 미리 정해진 패턴으로 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면중 다른 것을 구동하는 단계;를 더 포함하는
유체부품에 유체피팅(fluid fitting)을 마찰용접하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면 중 하나를 구동하는 것을 중단하는 단계는, 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 유체부품 용접 표면 중 다른 것을 구동하는 것을 중단하는 단계를 더 포함하는
유체부품에 유체피팅(fluid fitting)을 마찰용접하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 미리 정해진 패턴은 제1 회전방향에서의 상기 압력축에 대한 회전운동이고,
상기 제2 미리 정해진 패턴은 상기 제1 회전방향과 반대 방향인 제2 회전방향에서의 상기 압력축에 대한 회전운동인
유체부품에 유체피팅(fluid fitting)을 마찰용접하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 미리 정해진 패턴은 제1 회전속도에서의 상기 압력축에 대한 회전운동이고,
상기 제2 미리 정해진 패턴은 상기 제1 회전속도와 다른 제2 회전속도에서의 상기 압력축에 대한 회전운동인
유체부품에 유체피팅(fluid fitting)을 마찰용접하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 미리 정해진 패턴은 제1 속도에서 상기 압력축에 대해 직각인 축을 따라 병진운동하는 것이고,
상기 제2 미리 정해진 패턴은 상기 제1 속도와 다른 제2 속도에서의 상기 압력축에 대해 직각인 축을 따라 병진운동 하는 것인
유체부품에 유체피팅(fluid fitting)을 마찰용접하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 미리 정해진 패턴은 상기 압력축에 직각인 제1축을 따라 병진운동 하는 것이고,
상기 제2 미리 정해진 패턴은 상기 제1축과 다른 상기 압력축에 직각인 제2축을 따라 병진운동 하는 것인
유체부품에 유체피팅(fluid fitting)을 마찰용접하는 방법.
영구적으로 밀봉된 유체 시스템에 있어서,
상기 영구적으로 밀봉된 유체 시스템은 유체피팅(fluid fitting)을 포함하고,
상기 유체피팅(fluid fitting)은 파이프를 적어도 일 단부 안에 수용하기 위한 보어(bore)를 정의하는 내부 표면을 포함하는 커플링바디(coupling body);
상기 보어(bore)의 표면에 적어도 부분적으로 배치된 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면;
상기 커플링바디(coupling body)를 상기 파이프에 기계적으로 부착하기 위하여 상기 커플링바디(coupling body)의 적어도 일 단부에 알맞게(fit over) 위치하는 링; 및
상기 파이프에 결합하기 위해 상기 커플링바디(coupling body)의 상기 내부 표면에 형성된 메인 씰(main seal)을 포함하고,
상기 링이 힘에 의해 상기 커플링바디(coupling body)의 상기 적어도 일 단부에 설치되는 경우, 상기 링 및 커플링바디(coupling body)는 상기 메인 씰(main-seal)에 충분한 압력을 가하여 상기 링의 탄성변형 및 상기 커플링바디(coupling body) 및 상기 파이프의 영구 변형을 야기하여 그것에 의해 논-리킹(non-leaking) 방식으로 상기 커플링바디(coupling body)에 상기 파이프를 부착하고,
상기 영구적으로 밀봉된 유체시스템은 제1 공작물을 포함하고,
상기 제1 공작물은 용접 이음부에 의해 논-리킹(non-leaking)방식으로 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면에 영구적으로 밀봉된 제1 공작물 용접 표면을 포함하고,
상기 용접 이음부는 밀봉된 유체 연결을 형성하기 위해 상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면과 상기 제1 공작물 용접 표면을 함께 마찰용접함으로써 획득되는
영구적으로 밀봉된 유체 시스템.
제21항에 있어서,
상기 제1 공작물은 논-리킹(non-leaking)방식으로 상기 제1 공작물을 통해 상기 유체피팅(fluid fitting)으로부터 재료들의 흐름이 허용되도록 구성되는 유체 커넥터를 포함하는
영구적으로 밀봉된 유체 시스템.
제21항에 있어서,
적어도 하나의 제2 공작물은 마찰용접에 의해 상기 제1 공작물에 연결되는
영구적으로 밀봉된 유체 시스템.
제23항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제2 공작물은 유체피팅(fluid fitting)을 포함하고,
상기 유체피팅(fluid fitting)은 파이프를 적어도 일 단부 안에 수용하기 위한 보어(bore)를 정의하는 내부 표면을 포함하는 커플링바디(coupling body);
적어도 부분적으로 상기 보어의 표면에 배치된 제2 공작물 용접 표면;
상기 커플링바디(coupling body)를 상기 파이프에 기계적으로 부착하기 위하여 상기 커플링바디(coupling body)의 적어도 일 단부에 알맞게(fit over) 위치하는 링; 및
상기 파이프에 결합하기 위해 상기 커플링바디(coupling body)의 상기 내부표면상에 형성된 메인씰(main seal)을 포함하고,
상기 링이 힘에 의해 상기 커플링바디(coupling body)의 상기 적어도 일 단부에 설치되는 경우, 상기 링 및 상기 커플링바디(coupling body)는 상기 메인씰(main seal)에 충분한 압력을 가하여 상기 링의 탄성변형 및 상기 커플링바디(coupling body)와 상기 파이프의 영구 변형을 야기하여 그것에 의해 논-리킹(non-leaking)방식으로 상기 커플링바디(coupling body)에 상기 파이프를 부착하는
영구적으로 밀봉된 유체 시스템.
제21항에 있어서,
상기 유체피팅(fluid fitting) 용접 표면은 적어도 하나의 돌출부를 포함하는
영구적으로 밀봉된 유체 시스템.
제25항에 있어서,
상기 제1 공작물 용접 표면은 상기 적어도 하나의 돌출부를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 홈(recess)을 포함하는
영구적으로 밀봉된 유체 시스템.
제25항에 있어서,
상기 제1 공작물 용접 표면은 상기 적어도 하나의 돌출부를 수용하도록 구성된 공간을 정의하는 적어도 두개의 제2 돌출부들을 포함하는
영구적으로 밀봉된 유체 시스템.
제21항에 있어서,
상기 적어도 하나의 유체피팅(fluid fitting) 및 상기 공작물은 상기 유체피팅(fluid fitting)과 상기 공작물에 대응하는 내부직경에 대응하는 외부직경을 갖도록 구성된 내부직경 정렬 보스(boss)를 포함하는
영구적으로 밀봉된 유체 시스템.