KR20200105642A - 마찰 교반용접 플러그와 그 사용방법 - Google Patents

마찰 교반용접 플러그와 그 사용방법 Download PDF

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Abstract

개시의 하나의 관점에서, 피작업물체(400)에서 개구부(404)를 메우기 위한 물품(100)은, 몸체(112)와, 제1플랜지(122) 및 제2플랜지(123)를 갖는 플러그(106)를 포함한다. 플러그(106)는 후행단부(108)를 갖는다. 제1플랜지(122)는 몸체(112)와 접촉하고 또 몸체(112)로부터 연장한다. 제2플랜지(123)는 제1플랜지(122)와 접촉하고 또 제1플랜지(122) 및 몸체(112)로부터 연장한다. 제2플랜지(123)는 개구부 (404) 내로 플러그(106)를 설치함에 따라 몸체(112)를 향하여 변형되도록 구성된 다. 제2플랜지(123)의 이러한 변형은 플러그(106)를 개구부(404)에서 회전적으로 및 병진적으로 고정하고 또 개구부(404) 내에 플러그(106)를 결합한다.

Description

마찰 교반용접 플러그와 그 사용방법{Friction stir weld plugs and methods of using thereof}
본 발명은 마찰 교반용접 플러그와 그 사용방법에 관한 것이다.
마찰 교반용접을 사용하여 부품들이 결합될 때, 교차하는 용접부가 종종 형성될 수 있다. 각 용접부에 대하여, 용접공구가 모재(parental material)를 빠져나가는 위치에 개구부가 형성된다. 용접부-출구(weld-exit) 개구부는 일반적으로 바람직하지 않은바, 특히 후속하는 용접부가 개구부를 가로 지르는 때에 그렇다. 특히, 개구부 위로의 용접은 용접 너겟(nugget)에 공극(void)을 야기할 수 있고, 이에 따라 용접부에서 체적측정 재료 결핍으로 인하여 조인트 강도를 감소하고 또 표면 결함을 생성한다. 용접부-출구 개구부를 메우기(filling) 위한 다양한 시도가 제안되어 왔다. 예컨대, 다각형 단면을 갖는 웨지(wedge)가 펀치 및 해머를 사용하여 개구부 내로 삽입될 수 있다. 그러나 이러한 공정은 시간이 걸리고 또 모재 내에 웨지가 설치되면, 웨지의 다각형 단면형상이 공극을 발생하기 때문에 단지 약간만 효과적이다. 더구나 삽입된 웨지는 후속 용접 동안에 개구부로부터 방출될 수 있다. 대신에, 개구부를 넓히고 그 안에 원통형상 부재를 가압끼움하는 것은 제조 사이클 시간을 바람직하지 않게 증가시킨다.
따라서 상기 파악된 문제점에 대응하도록, 피작업물체의 개구부를 메우기 위한 물품 및 방법이 유용성을 갖는다.
개시의 일 실시예는 피작업물체의 개구부를 메우기 위한 물품에 관한 것이 다. 물품은 몸체와, 제1플랜지 및 제2플랜지를 갖는 플러그를 포함한다. 제1플랜지는 몸체와 접촉하고 또 몸체로부터 연장한다. 제2플랜지는 제1플랜지와 접촉하고 또 제1플랜지 및 몸체로부터 연장한다. 제2플랜지는 개구부 내로 플러그를 설치함에 따라 몸체를 향하여 변형되도록 구성된다. 제2플랜지의 이러한 변형은 플러그를 개구부에서 회전적으로 및 병진적으로 고정하고 또 개구부 내에 플러그를 결합한 다.
개시의 일 실시예는 피작업물체를 마찰 교반용접하는 방법에 관한 것이다. 방법은, 출구를 갖는 제1용접경로를 따라 제1마찰 교반용접을 수행하는 것을 포함하되, 출구에서 피작업물체에 개구부가 형성된다. 방법은 또한 개구부에 플러그를 설치하는 것을 포함한다. 플러그는 개구부에 결합되고 또 설치되면 개구부에서 회전적으로 및 병진적으로 고정된다. 방법은 또한 내부에 설치된 플러그를 포함하는 개구부를 가로 지르는 제2용접경로를 따라 제2마찰 교반용접을 수행하는 것을 포함한다. 플러그는 적어도 제2마찰 교반용접부에서 부분적으로 소실된다.
개시의 일 실시예는 피작업물체의 개구부 내에 플러그를 설치하는 방법에 관한 것이다. 방법은 몸체와, 제1플랜지 및 제2플랜지를 갖는 플러그를 제공하는 것을 포함한다. 제1플랜지는 몸체와 접촉하고 또 몸체로부터 연장한다. 제2플랜지는 제1플랜지와 접촉하고 또 제1플랜지 및 몸체로부터 연장한다. 방법은 또한 개구부에 플러그를 결합하기 위하여 그리고 플러그를 개구부에 회전적으로 및 병진적으로 고정하기 위하여 개구부에 플러그를 설치하는 것을 포함한다.
개시의 실시예를 일반적인 용어로 기재하는바, 이제 첨부 도면에 참조가 이루어질 것고, 도면은 반드시 축척으로 작도되지 않고, 또 여러 도면을 통하여 같은 참조부호는 동일한 또는 유사한 부품을 지시한다.:
도 1은 피작업물체의 개구부를 메우기 위한 물품의 블럭 다이어그램이다;
도 2a는 도 1의 물품의 측면도이다;
도 2b와 2c는 도 2a의 물품의 일부의 단면도이다;
도 3은 피작업물체의 개구부를 메우는 방법 및 피작업물체를 마찰 교반용접하는 것에 대응하는 공정 플로우차트이다;
도 4a는 제1 마찰 교반용접에 의해 피작업물체에 형성된 개구부를 도시하는 개략적인 평면도이다;
도 4b는 개구부에 설치된 도 1의 플러그를 갖는, 도 4a에 도시된 피작업물체의 개략적인 평면도이다;
도 4c는 플러그를 통해 제2 마찰교반용접을 수행한 후, 도 4b에 도시된 피작업물체의 개략적인 평면도이다;
도 5a는 피작업물체의 개구부 내에 플러그를 설치하기 전에, 도 2a에 도시된 물품의 일부의 단면도이다;
도 5b는 피작업물체의 가상적인 윤곽 위에 중첩된, 도 5a에 도시된 플러그의 단면도이다;
도 5c는 도 1의 물품의 단면도로서, 플러그가 도 5a의 개구부에 설치되고 또 플러그의 제2플랜지가 몸체를 향하여 변형되어 있다;
도 5d는 개구부에 설치된 도 5c에 도시된 플러그의 단면도로서, 샤프트는 플러그로부터 분리되어 있다;
도 5e는 개구부에 설치된 도 5d에 도시된 플러그의 단면도로서, 플러그의 후행단부는 마찰 교반용접 공구에 의해 결합되어 있다;
도 5f는 플러그가 제2 마찰 교반용접에서 소실된, 도 5e에 도시된 플러그의 단면도이다;
도 5g는 2개의 피작업물체가 서로 마찰 교반용접될 때 형성된 개구부에 설치된, 도 2a에 도시된 플러그의 단면 사시도이다;
도 6은 마찰 교반용접 공구에 의해 생성된 개구부의 단면의 사진이다;
도 7a는 2개 세트의 교차하는 마찰 교반용접부를 갖는 피작업물체의 정상부 표면의 사진으로서, 각 교차부는 소실된 플러그를 포함한다;
도 7b와 7c는 소실된 플러그를 도시하는 도 7a의 피작업물체의 단면 사진이다;
도 8은 항공기 제작 및 서비스 방법론의 플로우다이어그램이다;
도 9는 항공기의 블럭 다이어그램이다.
상기 언급된 블럭 다이어그램(들)에서, 실선은 기계적인, 전기적인, 유체의, 광학의, 전자기적인 및 다른 결합 및/또는 이들의 조합을 나타낼 수 있다. 여기서 사용된 바와 같이, "결합(coupled)"은 직접적으로 뿐만 아니라 간접적으로 결합된 것을 의미한다. 예컨대, 부재 A는 부재 B와 직접적으로 결합될 수 있거나, 또는 예컨대 또 다른 부재 C를 통해 부재 B와 간접적으로 결합될 수 있다. 블럭 다이어그램(들)에 도시된 것과 다른 결합이 또한 있을 수 있다. 여러 부재 및/또는 구성부품을 연결하는 파선은, 만일 있다면, 실선으로 표시된 것과 기능 및 목적이 유사한 결합을 나타낸다; 그러나 파선에 의해 표시된 결합은 개시의 대체적인 또는 선택적인 관점에 선택적으로 구비되거나 관련된다. 마찬가지로, 파선으로 표시된 임의의 부재 및/또는 구성부품은 개시의 대체적인 또는 선택적인 관점을 나타낸다. 환경적인 부재는, 만일 있다면, 점선으로 표시된다.
이하의 기재에서, 제시된 개념들의 완전한 이해를 제공하기 위하여 많은 특정한 상세 내용이 설명된다. 제시된 개념들은 이러한 특정한 상세 내역의 몇몇 또는 전부가 아니라도 실시될 수 있다. 다른 실시예에서, 기재된 개념을 불필요하게 불명료하게 하지 않도록 공지된 공정작동은 상세히 기재되지 않는다. 몇몇 개념들이 특정한 실시예와 관련하여 기재될 것이지만, 이러한 실시예들은 한정하는 것으로 의도되지는 않음을 이해할 것이다.
도 1, 2a, 2b 및 5a를 참조하면, 개시의 일 실시예는 피작업물체(400)에서 개구부(404)(도 5a)를 메우기 위한 물품(100)에 관한다. 물품(100)은 몸체(112)와, 제1플랜지(122) 및 제2플랜지(123)를 갖는 플러그(106)를 포함한다. 예컨대, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1플랜지(122)는 몸체(112)와 접촉하고 또 몸체(112)로부터 연장한다. 제2플랜지(123)는 제1플랜지(122)와 접촉하고 또 제1플랜지(122) 및 몸체(112)로부터 연장한다. 제2플랜지(123)는 개구부(404) 내로 플러그(106)를 설치함에 따라 몸체(112)를 향하여 변형되도록 구성된다. 제2플랜지(123)의 이러한 변형은 플러그(106)를 개구부(404)에서 회전적으로 및 병진적으로 고정하고 또 개구부(404) 내에 플러그(106)를 결합한다. 제2플랜지(123)의 변형은 예컨대, 도 5a-5c를 참조하여 이하에서 논의된다. 몇몇 실시예에서, 제1플랜지(122)는 제2플랜지 (123)의 변형 동안에 일반적으로 그대로 유지될 수 있다. 제1플랜지(122)와 몸체 (112)는 제2플랜지(123)의 변형 동안에 제2플랜지(123)를 수용하기 위하여 적어도 틈새(113)의 일부의 경계를 정할 수 있다.
예컨대, 도 2a를 참조하면, 임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 물품(100)은 플러그(106)에 파손가능하게 결합된 샤프트(102)를 또한 포함한다. 샤프트(102)는, 도 5c 및 5d를 참조하여 이하에서 추가로 기재되듯이, 개구부(404) 내로 플러그 (106)의 설치 동안에 플그(106)로부터 분리된다. 예컨대, 샤프트(102)는 이 샤프트 (102)를 플러그(106)에 연결하는 좁은 네크부(104)를 포함할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 본 개시의 하나의 관점에서, 플러그(106)는 후행단부(108)를 포함한다. 후행단부(108)의 일부는, 플러그(106)가 개구부(404)(도 5a) 내에 설치될 때 피작업물체(400)의 표면(401)(도 5d) 위로 돌출하도록 구성된 다. 특히, 도 5d는 후행단부(108)의 일부를 갖고서 개구부(404)에 설치된 플러그 (106)를 도시하는데, 더 상세하게는 후행표면(110)의 일부는 피작업물체(400)의 표면(401) 위로 연장한다.
다시 도 2b를 참조하면, 임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 물품(100)은 제3플랜지(124)와 제4플랜지(125)를 또한 포함할 수 있다. 제3플랜지(124)는 몸체 (112)와 접촉하고 또 몸체(112)로부터 연장한다. 제4플랜지(125)는 제3플랜지(124)와 접촉하고 또 제3플랜지(124) 및 몸체(112)로부터 연장한다. 제4플랜지(125)는, 예컨대 도 5c에 도시된 개구부(404) 내로 플러그(106)를 설치함에 따라 몸체(112) 및 제1플랜지(122)를 향하여 변형되도록 구성된다. 제2플랜지(123)의 변형과 유사하게, 제4플랜지(125)의 변형은 플러그(106)를 개구부(404)에서 회전적으로 및 병진적으로 고정하고 또 개구부(404) 내에 플러그(106)를 결합하게 한다. 제1플랜지 (122)와 제3플랜지(124) 사이의 틈새(113)는, 개구부(404) 내로 플러그(106)의 설치 동안에 틈새 내로 제4플랜지(125)의 변형을 수용하기 위하여 제4플랜지(125)의 사이즈(예컨대, 체적)과 동일한 사이즈(예컨대, 체적)를 가질 수 있다. 설치 후, 제3플랜지(124)는 제1플랜지(122)와 유사하게, 일반적으로 그대로 유지될 수 있다.
플러그(106)의 제1플랜지(122)와 제2플랜지(123)는 플랜지의 배열 (arrangement)을 형성한다. 상술된 제3플랜지(124)와 제4플랜지(125)와 같은 추가적인 플랜지의 배열이 존재하면, 각 배열의 하나의 플랜지는 제2플랜지(123)와 제4플랜지(125)와 유사한 방식으로 대응하는 틈새(113) 내에 수용될 수 있다. 플러그 (106)는 예컨대, 1, 2, 3, 4, 5개 배열의 플랜지들을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 2b는 몸체(112)를 따라 배치된 3개의 그러한 배열을 갖는 플러그(106)를 도시한다. 제1배열은 제1플랜지(122) 및 제2플랜지(123)에 의해 형성되고, 제2배열은 제3플랜지(124) 및 제4플랜지(125)에 의해 형성되며, 제3배열은 제5플랜지(126) 및 제6플랜지(127)에 의해 형성된다. 몸체(112)와 접촉하는 인접한 플랜지, 예컨대 제1플랜지(122) 및 제4플랜지(125)는, 개구부(404) 내로 플러그(106)의 설치로부터 얻어지는 변형 동안에 예컨대, 제4플랜지(125)를 수용하기 위하여 틈새(113)의 적어도 일부의 경계를 정할 수 있다. 플랜지의 추가적인 각 배열은 또한 플러그를 개구부 내에서 회전적으로 및 병진적으로 고정한다. 복수의 플랜지의 배열이 플러그(106)의 길이를 따라 분포될 수 있고, 다른 위치에서 피작업물체(400)와 마찰 간섭을 제공한다. 게다가, 플러그(106)의 주어진 길이(일반적으로 개구부(404)의 깊이에 대응하는)에 대하여, 플랜지 배열의 개수를 증가하는 것은 변형하기 더 용이할 수 있는 더 작은 플랜지를 사용하게 한다.
임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 몸체(112)는 윗끝이 잘린 원추형상을 갖는다. 또한, 내부 플랜지, 예컨대 제1플랜지(122), 제3플랜지(124), 및 몸체(112)와 접촉하는 임의의 플랜지의 집합적인 경사(taper)는 개구부의 경사와 실질적으로 같을 수 있다. 임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 제4플랜지(125)는 제2플랜지 (123)보다 더 작은 직경을 갖는다. 제2플랜지(123)는 제4플랜지(125)보다 플러그 (106)의 후행단부(108)에 더 가까이 배치됨을 주목해야 한다. 이러한 타입의 플러그(106)는 경사진 구멍에 대하여 사용될 수 있다. 일반적으로, 각 외부 플랜지, 예컨대 제2플랜지(124), 제4플랜지(125), 및 몸체(112)와 접촉하는 임의의 플랜지의 체적은, 그러한 플랜지를 수용하도록 구성된 대응하는 틈새(113)의 체적에 대응하거나, 더 상세하게는 실질적으로 동일할 수 있다. 이러한 체적의 대응은, 일단 플러그가 개구부 내에 삽입되면 개구부(404)에 플러그(106)의 완전한 결합이 이루어지게 한다. 또한, 플랜지의 길이로 불릴 수 있는, 각 외부 플랜지의 외부 및 내부 반경 사이의 차이는, 개구부(404) 내에 플러그(106)의 결합 동안에 플랜지가 틈새에 꼭 끼워지는 것을 확보하기 위하여, 그러한 플랜지를 수용하도록 구성된 대응하는 틈새의 높이를 초과할 수 없다. 예컨대, 만일 외부 플랜지의 길이가 틈새의 높이보다 더 크면, 외부 플랜지는 틈새 내부에 끼워지기 보다는 틈새를 메울 수 있게 된다.
임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 몸체(112)와, 제1플랜지(122), 및 제2플랜지(123)는 일체로 된(monolithic) 구조를 형성한다. 예컨대, 몸체(112)와, 제1플랜지(122), 및 제2플랜지(123)는 단일 조각의 모재 재료로부터 절삭 가공될 수 있다.
임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 몸체(112)와, 제1플랜지(122), 및 제2플랜지(123)는 별개의 구성부품으로 제작된 다음 서로 조립될 수 있다. 예컨대, 제1플랜지(122)는 예컨대 국부적인 간섭끼움으로 몸체(112)에 제거가능하게 부착될 수 있다. 제2플랜지(123)는 유사한 방식으로 제1플랜지(122)에 제거가능하게 부착될 수 있다. 몇몇 관점에서, 플러그(106)의 조립체는 주어진 사이즈의 개구부(404) 내로 플러그(106)의 설치를 수용하도록 수행되고, 또 플랜지들은 개구부(404)의 사이즈에 기초하여 선택된다. 환언하면, 물품(100)은 다른 사이즈의 개구부를 수용하기 위하여 다른 사이즈를 갖는 복수의 제1플랜지 및/또는 다른 사이즈를 갖는 복수의 제2플랜지가 제공될 수 있다.
임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 몸체(112)와, 제1플랜지(122), 및 제2플랜지(123)는 같은 재료로 만들어질 수 있다. 예컨대, 몸체(112)와, 제1플랜지 (122), 및 제2플랜지(123)는 모두 알루미늄, 티타늄, 강철, 청동, 구리, 납, 플라스틱 또는 마찰 교반용접을 위하여 적절한 임의의 다른 재료로 만들어질 수 있다. 몇몇 관점에서, 몸체(112)와, 제1플랜지(122), 및 제2플랜지(123)에 대하여 사용된 재료는, 플러그(106)를 수용하기 위하여 개구부(404)를 포함하는 피작업물체 (400)의 재료와 동일하다.
대신에, 임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 제2플랜지(123)는 제1플랜지 (122)와 다른 재료로 만들어질 수 있다. 예컨대, 제2플랜지(123)는 제1플랜지(122)의 재료보다 더 부드러운 재료로 만들어질 수 있고, 이에 따라 제1플랜지(122)의 구조를 실질적으로 그대로 유지하는 동안에 제2플랜지(123)가 변형되게 할 수 있다. 마찬가지로, 몸체(112)는 제1플랜지(122) 및/또는 제2플랜지(123)와 다른 재료로 만들어질 수 있다.
도 2b를 다시 참조하면, 임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 제2플랜지(123)는 이 제2플랜지(123)의 후행 외부코너(138)상에 형성된 슬립구조(140)를 포함한다. 슬립구조는 제2플랜지(123)의 후행 외부코너(138)와 플러그의 표면과 같은, 다른 표면 사이의 마찰을 감소함으로써 개구부(404)내에 플러그(106)의 설치 동안에 틈새(113)내로 제2플랜지(123)의 결합을 촉진한다. 예컨대, 도 5a에 도시된 바와 같이, 개구부(404)내에 플러그(106)의 설치 동안에 후행 외부코너(138)는 플러그의 후행단부(108)의 선행표면(139)과 접촉할 수 있다. 하나의 관점에서, 슬립구조 (140)는 코너(138)의 반경 및 코너(138)상의 경사부(chamfer)로 구현될 수 있다.
임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 본 개시의 하나의 관점에서, 제2플랜지(123)는 이 제2플랜지(123)의 선행 외부코너(134)에 형성된 앵커구조(136)를 포함한다. 앵커구조(136)는 개구부 내로 플러그(106)의 삽입 동안에 개구부(404)(도 5a)의 내부 벽의 표면과 맞물리도록 구성된다. 일단 개구부(404)의 표면과 맞물리면, 앵커구조(134)는 개구부 (404) 내로 플러그(106)의 삽입방향으로부터 멀어지게 또 틈새(113)로 플러그의 몸체(112)를 향하여 제2플랜지(123)의 변형을 촉진한다. 하나의 관점에서, 앵커구조는 제2플랜지(123)의 2개의 교차하는 표면에 의해 형성된 정상부(apical)에지일 수 있다.
예컨대, 도 1과 2c에 도시된 바와 같이, 제4플랜지(125)는 이 제4플랜지 (125)의 후행 외부코너(125c)상에 형성된 슬립구조(125d)를 포함할 수 있다. 제4플랜지(125)는 이 제4플랜지(125)의 선행 외부코너(125a)에 형성된 앵커구조(125b)를 또한 포함할 수 있다. 유사하게, 제6플랜지(127)는 이 제6플랜지(127)의 후행 외부코너(127c)상에 형성된 슬립구조(127d)를 포함할 수 있다. 제6플랜지(127)는 이 제6플랜지(127)의 선행 외부코너(127a)에 형성된 앵커구조(127b)를 또한 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제2플랜지(123)와 같은 임의의 다른 외부 플랜지는 자신의 후행 외부코너에 형성된 슬립구조 및/또는 자신의 선행 외부코너에 형성된 앵커구조를 포함할 수 있다.
임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 본 개시의 하나의 관점에서, 제1플랜지(122)와 제2플랜지(123)와 같은 플랜지는 환상(annular) 형상 또는 나선상 형상을 갖는다. 도 2b는 환상 형상을 갖는 제1플랜지(122)와 제2플랜지(123)를 도시한다. 특히, 제1플랜지(122)와 제2플랜지(123)는 개구부(404)(도 5a)의 길이방향 축 주위로 대칭이다. 환상 플랜지를 갖는 플러그(106)는 개구부(404)(도 5a)내로 플러그(106)를 가압(선형적으로 전진 및/또는 회전)함으로써 개구부(404) 내에 설치될 수 있다. 환상 플랜지를 갖는 플러그(106)는 개구부(404)내로 플러그(106)를 선형적으로 전진시킴으로써 및/또는 개구부(404)의 길이방향 축 주위로 플러그(106)를 회전시킴으로써 개구부 (404) 내에 설치될 수 있다. 예컨대, 플러그(106)는 용접부의 출구 구멍에서 나선상 나사부(thread)에 대응하는 나선상 플랜지를 가질 수 있다.
여기에 제시된 방법(들)의 작동을 기재하는 개시 및 도면(들)은 작동이 수행되는 순서를 반드시 결정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 하나의 예시적인 순서를 나타내지만, 작동의 순서는 적절하다면 변경될 수 있다. 게다가, 개시의 몇몇 관점에서 여기에 기재된 모든 작동이 수행되어야할 필요는 없다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 개시의 하나의 예는 피작업물체(400)의 개구부 (404)(도 5a)내로 플러그(106)를 설치하는 방법에 관한다. 플러그(106)를 설치하는 방법은 이하에 기재된 피작업물체(400)를 마찰 교반용접하는 방법의 일부일 수 있거나 이하에 기재된 하나 또는 양쪽 마찰 교반용접 작동을 포함하지 않는 독립적인 방법일 수 있다. 플러그(106)를 설치하는 방법은, 몸체(112)와, 제1플랜지(122) 및 제2플랜지 (123)를 갖는 플러그(106)를 제공하는 것을 포함할 수 있다(작동 304). 상술한 바와 같이, 제1플랜지(122)는 몸체(112)와 접촉하고 그리고 몸체(112)로부터 멀어지게 연장한다. 제2플랜지(123)는 제1플랜지(122)와 접촉하고 또 제1플랜지 (122) 및 몸체(112)로부터 연장한다. 방법은 플러그(106)를 개구부(404)에 결합하고 또 개구부(404)에서 플러그(106)를 회전적으로 및 병진적으로 고정하기 위하여 개구부(404)에 플러그(106)를 설치하는 것을 포함한다(작동 306). 개구부(404) 내로 플러그(106)를 설치하는 것은 개구부(404) 내로 플러그(106)를 가압함으로써 몸체(112)를 향하여 제2플랜지(123)를 변형시키는 것을 포함할 수 있다(작동 310).
임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 제2플랜지(123)는 이 제2플랜지(123)의 선행 외부코너(134)상에 앵커구조(136)를 포함한다. 플러그(106)가 개구부(404)내로 가압됨에 따라, 앵커구조(136)는 개구부(404)의 벽(405)을 파지하여, 제2플랜지 (123)가 몸체(112)를 향하여 변형되게 한다. 앵커구조(136)의 다양한 관점이 상기에서 기재된다.
임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 제2플랜지(123)는 이 제2플랜지(123)의 후행 외부코너(138)상에 슬립구조(140)를 포함한다. 플러그(106)가 개구부(404)내로 가압됨에 따라, 슬립구조(140)는 제2플랜지(123)와 플러그(106)의 다른 부재 사이의 마찰을 감소함으로써 제2플랜지(123)가 몸체(112)를 향하여 변형되게 한다. 슬립구조(140)의 다양한 관점이 상기에서 기재된다.
상술한 바와 같이, 개구부(404)에서 플러그(106)의 결합은 몸체(112)를 향하여 제2플랜지(123)를 변형시키는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 관점에서, 작동(306) 동안에 하나 이상의 추가적인 외부 플랜지가 변형될 수 있다. 플러그(106)는 실질적으로 완전히 개구부(404)를 메울 수 있고 또 바람직하기에는 개구부 내에 플러그 (106)의 설치 후 개구부(404)에 실질적으로 아무런 공극을 남기지 않는다. 개구부 (404) 내에 설치된 플러그(106)의 단면도가 도 5d에 도시된다. 도 4a-4c를 참조하여 이하에서 추가로 기재되듯이, 개구부(404)는 예컨대, 교반 마찰용접 작동 동안에 생성될 수 있다.
도 5a는 플러그(106)를 개구부(404) 내에 설치하기 전의 플러그(106)와 피작업물체(400)를 도시한다. 도 5b를 참조하면, 제2플랜지(123)와 같은, 하나 이상의 외부 플랜지의 반경방향 치수는 개구부(404)의 대응하는 부위(들)의 치수를 초과하는 것이 명백하다. 당업자는 도 5b가 플러그(106)의 외부 플랜지(예컨대, 제2플랜지(123))와 가상적인 피작업물체 프로파일(510)사이의 오버랩의 가상적인 단면도이다.
따라서 작동(310) 동안에 개구부(404) 내로 플러그(106)의 삽입은 하나 이상의 외부 플랜지, 예컨대 제2플랜지(123)가 변형되게 하여, 플러그(106)가 개구부 (404) 내에 완전히 삽입되게 한다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 외부 플랜지(들)는 이용가능한 틈새(들)내로 변형된다. 예컨대, 제2플랜지(123)는 제1플랜지(122)와 후행단부(108)사이의 틈새 내에 결합될 수 있다. 마찬가지로, 제4플랜지(125)는 제1플랜지(122)와 제3플랜지(124)사이의 틈새 내에 결합될 수 있다. 추가적인 외부 플랜지들이 대응하는 인접한 내부 플랜지들 사이의 틈새 내에서 변형될 수 있다. 개구부(404) 내로 플러그(106)의 설치 동안에 피작업물체(400), 내부 플랜지(예컨대, 플랜지(122, 124, 126))와 몸체(112)의 약간의 변형이 일어날 수 있다.
일반적으로 도 3을 참조하면, 개시의 일 예는 피작업물체(400)(도 5e)를 마찰 교반용접하는 방법에 관한다. 방법은 출구(403)를 갖는 제1용접경로를 따라 제1마찰 교반용접(402)(도 4a)을 수행하는 것을 포함한다(작동 302). 제1마찰 교반용접(402)은 용접경로의 출구(403)에서 피작업물체(400)에 개구부(404)가 형성되게 한다. 방법은 또한 개구부(404)에 플러그(106)(도 4b)를 설치하는 것을 포함한다. 플러그(106)는 개구부(404)에 결합되고 또 설치되면 개구부(404)에서 회전적으로 및 병진적으로 고정된다. 방법은 또한 내부에 설치된 플러그(106)를 포함하는 개구부(404)를 가로 지르는 제2용접경로를 따라 제2마찰 교반용접(422)(도 4c)을 수행하는 것을 포함한다(작동 316). 설치된 플러그(106)는 적어도 제2마찰 교반용접 (422)에서 적어도 부분적으로 소실된다.
이제 이러한 작동의 각각이 더욱 상세히 기재될 것이다. 도 4a는 제1마찰 교반용접(402)과 개구부(404)를 도시하는 피작업물체(400)의 개략적인 평면도이다. 용접 공구가 피작업물체(400)를 떠남에 따라 제1마찰 교반용접(402)의 종점에 개구부(404)가 형성된다. 개구부(404)의 단면도가 도 5a에 제공된다. 일반적으로, 용접공구의 디자인과 용접부의 두께 및 타입에 따라 개구부(404)는 사이즈 및 프로파일이 변할 수 있다. 예컨대, 용접공구는 개구부(404)의 측벽에 거칠기를 유발하는 경사진 나사부를 가질 수 있다. 그러나 모든 용접공구가 이러한 구조를 갖는 것은 아니다.
도 4b는 개구부(404)에 설치된 플러그(106)를 도시하는 피작업물체(400)의 개략적인 평면도이다. 개구부(404) 내에 설치된 플러그(106)의 단면도는 도 5d에 도시된다. 개구부(404) 내에 설치된 플러그(106)의 다른 도면은 도 5g에 도시된다. 특히, 도 5g는 용접부(524)에 의해 서로 마찰 교반용접되어 접합된 2개의 피작업물체(520, 522)의 단면 사시도이고, 개구부(404) 내에 설치된 플러그(106)는 용접부(524)로 생성된다. 피작업물체(520, 522)는 동일한 또는 다른 재료로 만들어 질 수 있다. 용접부(524)는 양쪽 피작업물체(520, 522)로부터 (서로 혼합된)가소화된 (plasticized) 재료를 조합함으로써 형성된다.
도 4c는 예시적인 제2마찰 교반용접(422)을 도시하는 피작업물체(400)의 개략적인 평면도이고, 플러그(106)(부재 424로 표시됨)는 그 내부에서 적어도 부분적으로 소실된다. 도 5f는 그 내부에서 적어도 부분적으로 소실된 플러그(106)(부재 424로 표시됨)를 갖는 마찰 교반용접(422)의 단면도이다. 바람직하기에는, 플러그 (106)는 실질적으로 완전히 용접부(424) 내에 통합된다.
임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 개구부(404) 내로 플러그(106)를 설치하는 것은 작동(310) 동안에 개구부(404) 내로 플러그(106)를 가압하는 것을 포함한 다.
임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 개구부(404) 내로 플러그(106)를 가압하는 것은 플러그(106)에 충격을 적용하는 것(도 3에서 블럭 312) 및/또는 플러그 (106)에 토오크를 적용하는 것(도 3에서 블럭 314)을 포함한다. 충격은 플러그 (106)에 파손가능하게 결합된 샤프트(102)에 적용될 수 있다. 이러한 충격은 예컨대 도 5c에 도시된 바와 같이, 플러그(106)로부터 샤프트(102)를 분리할 수 있다. 마찬가지로, 플러그에 적용된 토오크는 플러그(106)로부터 샤프트(102)를 분리할 수 있다. 도 5d는 샤프트(102)가 없는 플러그(106)를 도시한다.
임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 플러그(106)의 플랜지(123)를 플러그 (106)의 몸체(112)를 향하여 변형시킴으로써 플러그(106)는 개구부(404)에 결합될 수 있다. 예컨대, 개구부(404)내로 플러그(106)를 가압함으로써 플랜지(123)는 변형될 수 있다(작동 310). 상술한 바와 같이, 플러그(106)는 제2플랜지(123)와 같은 하나 이상의 외부 플랜지를 포함할 수 있다.
임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 플러그(106)는 실질적으로 공극이 없이 개구부(404)에 결합된다. 플러그(106)의 몸체를 향하여 하나 이상의 외부 플랜지의 변형은 내부 플랜지(도 2b)사이의 틈새를 메운다. 이와 같이, 일단 플러그(106)가 피작업물체(400)의 개구부(404) 내에 설치되면, 플러그(106)와 피작업물체(400)사이에 실질적으로 공극은 존재하지 않는다.
임의의 선행하는 및/또는 후행하는 실시예와 관점의 주제의 적어도 일부를 포함할 수 있는, 개시의 하나의 관점에서, 플러그(106)는 후행단부(108)를 포함한다. 후행단부(108)의 적어도 일부는, 예컨대 도 5d와 5e에 도시된 바와 같이, 플러그(106)가 개구부(404)에 설치될 때, 피작업물체(400)의 표면(401)위로 개구부 (404)로부터 돌출한다. 예컨대, 마찰 교반용접공구(512)에 의해 후행단부(108)의 후행표면(110)이 맞물리는 것을 도시하는, 설치된 플러그(106)의 단면도인 도 5e에 도시된 바와 같이, 제2마찰 교반용접(422) 동안에 마찰 교반용접공구(512)에 의해 후행단부(108)는 개구부(404) 내로 가압된다. 이러한 맞물림을 통하여, 플러그 (106)는 개구부(404)내로 가압되고, 이에 따라 플러그의 가소화 및 피작업물체 (400)의 모재 재료와 플러그의 상호 혼합을 촉진한다. 후행표면(110)의 경사진 형상은 마찰 교반용접공구(512)에 의한 플러그(106)의 후행단부(108)의 초기 맞물림을 촉진한다. 몇몇 관점에서, 마찰 교반용접공구에 의한 플러그의 후행단부(108)의 원활한 초기 맞물림을 확보하기 위하여, 후행표면(110)의 일부는 피작업물체 (400)의 표면(401)아래로 돌출할 수 있다.
실험결과
도 6은 마찰 교반용접에 의해 생성된 피작업물체(600) 내에서 개구부(606)의 단면의 사진이다. 참조를 위하여, 피작업물체(600)의 정상부 표면은 부재(602)로 표시되는 한편, 개구부(606)를 형성하는 측벽은 부재(604)로 표시된다. 개구부 (606)는 경사를 갖는 것으로 도시된다. 개구부(606)는 측벽(604)상에 나선상으로 지향된 리브(rib)를 또한 갖는 데, 이는 용접공구의 회전으로 인해 생성될 수 있지만 피작업물체(600)로부터 제거된다.
도 7a는 오버랩 용접부의 2개 세트(702, 712)를 갖는 피작업물체(700)의 정상부 표면의 사진이고, 오버랩부(708, 718)의 각각은 소실된 플러그를 포함한다. 오버랩부(708)는 Y방향으로 단면화되고, 그리고 결과는 도 7b에 제시된다. 오버랩부(718)는 X방향으로 단면화되고, 그리고 결과는 도 7c에 제시된다. 도 7b와 7c는 오버랩부(708, 718)의 완전한 충전 및 이러한 영역에 공극이 없음을 도시한다.
항공기 관련 실시예
도 8에 도시된 바와 같은 항공기 제조 및 서비스 방법(800) 및 도 9에 도시된 항공기(900)가 여기에 제시된 공정과 시스템의 다양한 특징을 더 잘 설명하기 위하여 이제 기재될 것이다. 사전 생산공정 동안에, 항공기 제조 및 서비스 방법 (800)은, 항공기의 사양서와 설계(802) 및 재료 획득(804)을 포함할 수 있다. 생산단계는 항공기의 구성부품 및 서브 조립체 제작(806) 및 시스템 통합(808)을 포함한다. 그 후, 항공기는 서비스 운항(812)에 제공되도록 인증 및 인도(810)를 거칠 수 있다. 고객에 의한 서비스 운항 동안에, 항공기는 정기적인 유지 및 보수(814)(수정, 개조, 개량 등을 포함할 수 있다) 계획이 예정될 수 있다. 여기에 기재된 실시예는 일반적으로 상업적인 항공기의 서비스에 관한 것이지만, 이들은 항공기 제조 및 서비스 방법(800)의 다른 단계에서 실시될 수 있다.
항공기 제조 및 서비스 방법(800)의 공정들의 각각은, 시스템 통합자, 제3자 및/또는 운영자(예컨대, 고객)에 의하여 수행 또는 실행될 수 있다. 본 기재를 위하여, 시스템 통합자는 이에 한정됨이 없이 임의 숫자의 항공기 제조자 및 주요 시스템 하청업자들을 포함할 수 있고; 제3자는 이에 한정됨이 없이 임의 숫자의 판매자, 하청업자 및 공급자들을 포함할 수 있으며; 운영자는 항공사, 대여회사, 군대, 서비스 기구 등일 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 항공기 제조 및 서비스 방법(800)에 의하여 생산된 항공기(900)는, 복수의 시스템(904)들을 갖는 에어 프레임(902)과 내장(906)을 포함할 수 있다. 시스템(904)들의 실시예는, 하나 이상의 추진시스템(908), 전장시스템(910), 유압시스템(912) 및 환경시스템(914)을 포함한다. 임의 갯수의 다른 시스템들이 본 실시예에 포함될 수 있다. 항공기 실시예가 도시되었지만, 개시의 원리들은 자동차 산업과 같은 다른 산업들에 적용될 수 있다.
여기에 구현된 장치와 방법은, 항공기 제조 및 서비스 방법(800)의 임의의 하나 이상의 단계 동안에 채용될 수 있다. 예컨대, 이에 한정됨이 없이, 구성부품 및 서브 조립체 제작(806)에 대응하는 구성부품 또는 서브 조립체는, 항공기가 서비스 운항 중인 동안에 제조된 구성부품 또는 서브 조립체들과 유사한 방식으로 제작 또는 제조될 수 있다.
또한, 여기에 기재된 다양한 특징들은 항공기 구성부품 및 서브 조립체 제작(806) 동안에 및/또는 시스템 통합(808) 동안에 이용될 수 있고, 이는 항공기의 조립을 촉진하거나 비용을 감소할 수 있다. 몇몇 예에서, 이러한 특징들은 항공기가 서비스 중인 동안, 예컨대 항공기의 유지 및 보수(814) 동안에 이용될 수 있다.
다양한 구성부품, 특징 및 기능성을 포함하는 장치 및 방법의 다른 실시예와 관점이 여기에 개시된다. 여기에 개시된 장치 및 방법의 다양한 실시예와 관점은 여기에 개시된 장치 및 방법의 임의의 다른 실시예와 관점의 임의의 구성부품, 특징 및 기능성을 임의의 조합으로 포함할 수 있고, 또 그러한 모든 가능성은 본 개시의 정신 및 범위 내에 속하는 것으로 의도되는 것으로 이해되어야 한다.
앞선 기재 및 관련된 도면에서 제시된 가르침의 이익을 갖는다면, 본 개시가 속하는 분야의 기술자에게는 개시된 주제의 많은 수정이 명백할 것이다. 그러므로 개시는 제공된 특정한 실시예와 관점에 한정되는 것이 아니고 또 이의 수정은 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 게다가, 비록 앞선 기재 및 관련된 도면이 부재 및/또는 기능의 특정한 예시적인 조합을 기재하지만, 첨부된 특허청구의 범위로부터 벗어남이 없이 부재 및/또는 기능의 다른 조합이 구현될 수 있는 것으로 생각되어야 한다.

Claims (15)

  1. 피작업물체(400)에서 개구부(404)를 메우기 위한 물품(100)으로서,
    몸체(112)와, 제1플랜지(122) 및 제2플랜지(123)를 갖는 플러그(106)를 포함하고서,
    상기 제1플랜지(122)는 몸체(112)와 접촉하고 또 몸체(112)로부터 연장하며,
    상기 제2플랜지(123)는 제1플랜지(122)와 접촉하고 또 제1플랜지(122) 및 몸체(112)로부터 연장하고, 및
    상기 제2플랜지(123)는, 개구부(404) 내로 플러그(106)가 설치되면 몸체 (112)를 향하여 변형되도록 구성되어, 플러그(106)를 개구부(404)에서 회전적으로 및 병진적으로 고정하고 또 개구부(404) 내에 플러그(106)를 결합하는, 피작업물체에서 개구부를 메우기 위한 물품.
  2. 제1항에 있어서,
    제3플랜지(124)와 제4플랜지(125)를 더 포함하고,
    상기 제3플랜지(124)는 몸체(112)와 접촉하고 또 몸체(112)로부터 연장하며,
    상기 제4플랜지(125)는 제3플랜지(124)와 접촉하고 또 제3플랜지(124) 및 몸체(112)로부터 연장하고, 및
    상기 제4플랜지(125)는, 개구부(404) 내로 플러그가 설치되면 몸체(112)를 향하여 또 제1플랜지(122)를 향하여 변형되도록 구성되어, 플러그를 개구부(404)에서 회전적으로 및 병진적으로 고정하고 또 개구부(404) 내에 플러그를 결합하는 물품.
  3. 제1항과 제2항 중 한 항에 있어서,
    상기 몸체(112)와, 제1플랜지(122) 및 제2플랜지(123)는 일체로 된 구조를 형성하는 물품.
  4. 제1항과 제2항 중 한 항에 있어서,
    상기 제1플랜지(122)는 몸체(112)에 제거가능하게 부착된 물품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서,
    상기 제2플랜지(123)는, 이 제2플랜지(123)의 후행 외부코너(138)상에 형성된 슬립구조(140)를 포함하는 물품.
  6. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서,
    상기 제2플랜지(123)는, 이 제2플랜지(123)의 선행 외부코너(134)에 형성된 앵커구조(136)를 포함하는 물품.
  7. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서,
    상기 플러그(106)는 후행단부(108)를 더 포함하고, 그리고 상기 후행단부(108)의 일부는, 플러그(106)가 피작업물체(400)의 개구부(404) 내에 설치될 때 피작업물체(400)의 표면(401) 위로 돌출하도록 구성된 물품.
  8. 제1항 내지 제7항 중 한 항에 있어서,
    상기 플러그(106)에 파손가능하게 결합된 샤프트(102)를 더 포함하는 물품.
  9. 피작업물체(400)를 마찰 교반용접하는 방법으로서,
    출구를 갖는 제1용접경로를 따라 제1마찰 교반용접(302)을 수행하되, 상기 출구에서 피작업물체(400)에 개구부(404)가 형성되는 단계;와
    개구부(404)에 플러그(106)를 설치하되, 설치됨에 따라 상기 플러그(106)는 개구부(404)에 결합되고 또 개구부(404)에서 회전적으로 및 병진적으로 고정되는 단계: 및
    내부에 설치된 플러그(106)를 포함하는 개구부(404)를 가로 지르는 제2용접경로를 따라 제2마찰 교반용접(316)을 수행하되, 상기 플러그(106)는 제2마찰 교반용접(422)에서 적어도 부분적으로 소실되는 단계; 를 포함하는 피작업물체(400)를 마찰 교반용접하는 방법
  10. 제9항에 있어서,
    상기 개구부(404)에 플러그(106)를 설치하는 단계는, 상기 개구부(404) 내로 플러그(106)를 가압하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 개구부(404) 내로 플러그(106)를 가압하는 단계는, 상기 플러그(106)에 충격을 적용하는 것을 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 충격은 플러그(106)에 파손가능하게 결합된 샤프트(102)에 적용되고, 그리고 상기 충격은 플러그(106)로부터 샤프트(102)를 분리하는 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 개구부(404) 내로 플러그(106)를 가압하는 단계는, 상기 플러그(106)에 토오크를 적용하는 것을 포함하는 방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 한 항에 있어서,
    상기 플러그(106)는, 이 플러그(106)의 몸체(112)를 향하여 플러그(106)의 플랜지를 변형시킴으로써 개구부(404)에 결합되는 방법.
  15. 제9항 내지 제14항 중 한 항에 있어서,
    상기 플러그(106)는 후행단부(108)를 포함하고, 이 후행단부(108)의 일부는, 플러그(106)가 개구부(404) 내에 설치될 때 피작업물체(400)의 표면(401) 위로 돌출하고, 그리고
    상기 후행단부(108)는 제2마찰 교반용접(422) 동안에 마찰 교반용접공구에 의해 개구부(404) 내로 가압되는 방법.
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