KR20210011393A - 헤드편, 용접 공구 및 용접 방법 - Google Patents

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KR20210011393A KR1020207035059A KR20207035059A KR20210011393A KR 20210011393 A KR20210011393 A KR 20210011393A KR 1020207035059 A KR1020207035059 A KR 1020207035059A KR 20207035059 A KR20207035059 A KR 20207035059A KR 20210011393 A KR20210011393 A KR 20210011393A
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슈테판 프뢸케
쥔화 가오
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쿠카 도이칠란트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 헤드편(3) 및 이러한 헤드편이 장착된 용접 공구(1), 특히 FSW 공구, 그리고 용접 방법에 관한 것이다. 헤드편(3)은 가소화성 용접 수단(2), 특히 회전 용접핀을 위한 관통 개구부(4)를 포함한다. 헤드편(3)은, 상이한 높이의 정면측 영역들(14, 15)을 포함하며 용접 중 공작물(7, 8)을 향하는 프로파일링된 정면측(13) 및 경사 숄더(17)를 또한 포함하고, 경사 숄더는 공작물(7, 8)의 가소화된 재료를 안내하고 정면측 영역들(14, 15)을 연결한다.

Description

헤드편, 용접 공구 및 용접 방법
본 발명은 독립적 방법 청구항 및 장치 청구항의 전제부의 특징들을 포함하는 헤드편, 용접 공구, 특히 FSW 공구 및 용접 방법, 특히 FSW 방법에 관한 것이다.
마찰 교반 용접을 위한 이러한 FSW 공구 및 FSW 방법은 실무로부터 공지되어 있다. 마찰 교반 용접은 friction-stir-welding(약어로 FSW)으로도 지칭된다. 이하에서 FSW 약어는 마찰 교반 용접을 위해 사용된다.
본 발명의 과제는 개선된 용접 기술, 특히 FSW 기술을 제공하는 것이다.
본 발명은 이러한 과제를 독립적 방법 및 장치 청구항의 특징들에서 해결한다.
청구된 용접 기술, 특히 FSW 기술, 즉 헤드편, 용접 공구 및 용접 방법 그리고 이를 이용하여 제조되는 용접 부품은 다양한 이점을 가진다. 이러한 용접 기술을 이용하여, 예컨대 랩 조인트를 포함하며 서로 포개어지는 공작물들 또는 버트 조인트를 포함하는 상이한 두께의 공작물들과 같이 용접 조인트에서 높이 차를 포함하는 공작물들은 이제까지의 경우보다 더욱 양호하고 신뢰할만하게 용접될 수 있고, 특히 FSW 용접될 수 있다.
용접 연결의 품질 및 강도는 개선될 수 있다. 또한, 예컨대 경사진 용접-천이 영역을 이용하여 공작물들 사이의 틈새가 조밀하게 폐쇄될 수 있다. 이는 특히 서로 포개어지는 공작물들을 포함하는 랩 조인트에서 유리하다. 틈새가 조밀하게 폐쇄되면 틈새 부식 또는 다른 부식성 또는 기타 불리한 환경 영향을 방지한다. 또한, 랩 조인트에서 서로 포개어지는 공작물들이 공작물 가장자리에 근접하여 용접될 수 있는 것이 매우 유리하다. 또한, 용접-천이 영역은 이러한 가장자리 영역에서 용접 부품의 강도를 위해 그리고 유리한 접합부 형성을 위해 유리하다. 또한, 이러한 경사진 천이 영역은 응력 기술적 이유로도 유리하다.
본 발명의 일 실시형태에서, 용접 공구, 특히 FSW 공구용으로 관통 개구부를 포함하는 헤드편은 가소화성 용접 수단, 특히 회전 용접핀을 위해 제공되고, 헤드편은 용접 구동 시 공작물 쪽을 가리키는 프로파일링된 정면측을 포함하며, 이러한 정면측은 상이한 높이의 정면측 영역들을 포함한다. 이러한 정면측 영역들은 정면측 또는 정면에서 서로 상이한 정도로 돌출한다.
경사진 숄더가 이러한 상이한 높이의 정면측 영역들을 연결하고, 용접 공정 시 용접 수단에 의해 가소화되는 공작물 재료를 안내할 수 있다. 경사진 숄더는 정면측 영역들의 높이차를 밸런싱한다. 경사 숄더는 바람직하게는 용접 피드 방향에 대해 횡방향으로 정렬되고 이때 전술한 높이차에 상응하여 경사진 정렬 또는 기울기를 포함한다. 경사 숄더의 형성 및 배치를 위해 다양한 가능성이 존재한다.
일 실시예에서, 경사 숄더는 언급한 정면 영역에서 헤드편의 관통 개구부의 영역 내에 그리고 관통 개구부의 출구 지점 내에 배치된다. 경사 숄더는 특히 용접 피드 방향에서 볼 때 관통 개구부의 후방측 영역에 배치될 수 있다. 경사 숄더는 일 실시형태에서 실질적으로 직선 연장부를 포함할 수 있고 경우에 따라서 관통 개구부로부터 후방측 간격을 포함할 수 있다.
매우 유리한 실시형태에서, 경사 숄더는 아치형으로 형성되고, 용접 피드 방향에서 볼 때 이러한 경사 숄더의 후방 영역에서 관통 개구부를 하프링 형상으로 또는 하프원형으로 둘러싼다. 경사 숄더는 직접적으로 관통 개구부의 가장자리에 연결될 수 있다. 개구부 가장자리는 숄더 가장자리와 동일할 수 있다.
경사 숄더는 캠버를 포함하는 숄더면, 특히 아치면을 포함할 수 있다. 숄더면 또는 아치면은 관통 개구부를 향해 있는 전방 가장자리로부터 시작하여 후방쪽을 향해 기울어질 수 있다. 캠버에 의해 전방 숄더 가장자리는 용접 공구의 헤드편과 용접할 공작물 사이의 상대 이동 시 가소화된 재료를 안내하고 이에 작용하기 위한 일종의 소거 가장자리를 형성할 수 있다.
다른 실시형태에서, 헤드편의 상이한 높이의 정면측 영역들은 관통 개구부로부터 시작하여 용접 피드 방향으로 연장될 수 있다. 이러한 정면측 영역들은 편평한 표면을 포함할 수 있다. 프로파일링된 정면측은 일 실시형태에서 2개의 상이한 높이의 정면측 영역을 포함한다. 정면측 영역의 개수는 2개를 초과할 수도 있다. 언급한 정면측 영역들의 높이차는 헤드편의 정면측의 주요 평면에서 법선 방향에 관련된다. 이러한 방향은 정면측의 출구 지점에서 관통 개구부의 축과 일치할 수 있다. 상이한 높이의 정면측 영역들을 이용하여 헤드편은 공작물들 상에 놓일 수 있거나 서로 밀접하여 이웃할 수 있다. 이는 공작물들이 용접 조인트에서 상이한 높이를 가질 때 매우 유리하다.
상이한 높이의 정면측 영역들 사이에 직선의 단차부가 형성될 수 있다. 단차부는 관통 개구부의 전방 가장자리로부터 대략적으로 중앙에서 시작하여 용접 피드 방향으로 연장될 수 있다. 직선 단차부는 용접 피드 시 용접 공구 및 용접 공구의 헤드편의 이동을 위한 가이드 가장자리를 형성할 수 있다. 이는 용접 공정 시 용접 공구의 정확한 가이드를 용이하게 하고 개선하며 용접 품질을 개선한다. 용접 공구는 용접 피드 시 공작물 표면에 대해 수직으로 정렬될 수 있다. 또한 대안적으로 용접 공구는 피드 방향으로 경사지게 정렬될 수 있고, 이때 예컨대 용접 수단의 첨단부가 선두에 있다.
정면측 영역들의 높이차 또는 직선 단차부의 높이는 용접될 공작물들의 높이차에 맞게 조정될 수 있다. 공작물들은 서로 포개어지고 랩 조인트를 포함하며 용접될 수 있다. 다른 한편, 상이한 두께의 공작물들은 맞대어져 버트 조인트로 용접될 수 있다. 전술한 조정은 높이차와 일치하거나 이에 근접할 수 있다.
청구된 헤드편은 기술적 및 경제적으로 독립적인 유닛이다. 이러한 헤드편은 용접 공구에서 고정적으로 또는 분리 가능하게 배치될 수 있다. 헤드편은 용접 공구의 최초 셋업 시 제공되어 있을 수 있다. 이러한 헤드편은 필요에 따라 용접 공구에 추가 장착되거나 재장착될 수 있고, 예컨대 다른 기존의 헤드편과 교환될 수 있다.
청구된 용접 공구, 특히 FSW 공구는 가소화성 용접 수단, 특히 회전 용접핀, 및 용접 수단을 위한 관통 개구부를 구비한 청구된 헤드편을 포함한다. FSW 공구로서의 바람직한 실시 방식과 다르게, 용접 공구는 다른 방식으로 형성될 수 있고 다른 가소화성 용접 수단을 포함할 수 있다. 이는 예컨대 관통 개구부를 통하여 지향되는 고에너지 빔, 침식성 핀 또는 유사체일 수 있다. 헤드편은 이러한 상이한 종류의 용접 공구들을 위해 성공적으로 사용될 수 있다.
기술적 실시 방식에서, 헤드편은 회전 고정적으로 용접 공구에 배치된다. FSW 용접 공구에서 용접핀은 헤드편 내에서 회전하고 경우에 따라서 축방향으로도 이동 가능하게 배치될 수 있다.
그 외에, 용접 공구는 필요한 추가적 컴포넌트, 예컨대 회전 용접핀을 위한 구동부 또는 다른 가소화성 용접 수단, 가소화성 용접 수단을 위한 홀더, 특히 회전 용접핀을 위한 홀더, 및 핸들링 장치를 위한 연결부를 포함할 수 있다.
핸들링 장치는 바람직하게는 다중축을 가지며 특히 촉각적인 산업용 로봇일 수 있다. 이러한 산업용 로봇은 바람직하게는 제어 가능하게 구동되는 4개, 5개 또는 그 이상의 로봇축을 포함한다. 산업용 촉각 로봇은 외부 부하를 기록하기 위해 배정된 센서장치를 포함할 수 있다. 이는 용접 공구와, 핸들링 장치 특히 산업용 로봇의 종동 부재 사이에 배치되는 센서장치일 수 있다. 유리한 실시형태에서, 산업용 촉각 로봇은 통합된 센서 장치를 포함한다. 이러한 통합된 센서 장치는 로봇축들에서 부하를 기록하는 센서들을 포함할 수 있다. 이는 특히 힘 센서 또는 모멘트 센서일 수 있다. 또한, 경로 센서 또는 다른 추가적 센서가 로봇축들에 배치될 수 있다. 청구된 용접 공구 및 핸들링 장치, 특히 언급한 다축의 산업용 촉각 로봇으로 구성되는 용접 장치도 마찬가지로 본 발명의 주제일 수 있다.
헤드편은 용접 공구에서 교체 가능하게 배치될 수 있다. 헤드편은, 가변적 높이차를 가지며 상이하게 용접될 공작물들을 위한 어댑터로 형성될 수 있다. 헤드편은 적합한 방식으로 분리 가능하게 용접 공구에 고정될 수 있고, 예컨대 스크류 연결 또는 바요넷 연결에 의하여 고정될 수 있다. 제공되어 있고 경우에 따라 프로그래밍된 용접 피드 방향에 대하여 헤드편의 정확한 회전성 정렬을 가능하게 하는 연결 기술이 유리하다. 용접 공구는 상이한 헤드편들 또는 어댑터들의 구성 키트를 이용하여 장착될 수 있다. 이를 통해 서로 다른 공작물 조건 및 공정 조건에 맞게 신속하고 간단하게 조정될 수 있다.
또한, 본 발명은 청구된 용접 방법, 특히 FSW 방법을 이용하여 용접된 공작물들로 구성되는 용접 부품에 관한 것이다. 이는 초기에 용접될 공작물 사이에서 존재하는 틈새가 용접심에서의 용접 천이 영역에 의해 조밀하게 폐쇄될 수 있다는 전술한 이점을 가진다. 용접 천이 영역은 바람직하게는 경사지게 형성될 수 있다. 이를 통해 랩 조인트로 서로 포개어지는 공작물들 사이에서 또는 버트 조인트로 서로 맞대어지는 공작물들 사이에서 점프구간 또는 단차부는 용접심에 의해 채워질 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시형태들은 종속항들에 제공된다.
본 발명은 도면들에서 예시적 및 개략적으로 도시되어 있다. 도면은 개별적으로 다음과 같다:
도 1 및 도 2는 용접 공구를 위한 헤드편을 다양한 측면도로 도시한다.
도 3은 도 2의 절단 선분 III-III에 따른 헤드편의 단면도를 도시한다.
도 4는 헤드편의 다른 단면도를 도시한다.
도 5 및 도 6은 헤드편 및 헤드편의 정면측을 다양한 사시도로 도시한다.
도 7 및 도 8은 헤드편의 평면도 및 측면도를 도시한다.
도 9는 정면측에서 상부 헤드편 영역의 다른 확대된 단면도를 도시한다.
도 10은 경사진 용접-천이 영역을 포함하며 서로 포개어지는 공작물들 사이의 용접된 랩 조인트를 도시한다.
본 발명은 용접 공구(1), 특히 FSW 공구를 위한 헤드편(3)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 용접 공구(1), 특히 FSW 공구 및 관련된 용접 방법, 특히 FSW 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 방법을 이용하여 제조되는 용접 부품에 관한 것이다.
도 1 내지 도 9는 헤드편(3)을 다양한 도면으로 도시한다. 헤드편(3)은 용접 공구(1), 특히 FSW 공구의 분리 가능한 구성요소일 수 있다. 용접 공구(1)는 도면들에서 개략적으로만 암시되어 있다.
용접 공구(1)는 헤드편(3) 외에 공작물(7, 8)을 가소화하는 용접 수단(2) 및 추가적 컴포넌트들을 포함한다. 마찰 교반 용접을 위해 도시된 실시형태에서 용접 수단(2)은 개략적으로 도시된 회전 용접핀으로, 이러한 용접핀은 회전 가능하게 그리고 경우에 따라서 축방향으로 조절 가능하게 적합한 홀더(미도시) 내에서 지지된다. 언급한 추가적 컴포넌트들은 회전 구동부 및 경우에 따라서 용접 수단(2)을 위한 인피드 구동부, 제어부 및 유사체일 수 있다.
용접 공구(1)는 미도시된 핸들링 장치에 의해 용접 피드 방향(6)에서 2개 이상의 용접될 공작물(7, 8)에 대해 상대적으로 용접 경로를 따라 이동되고 안내될 수 있다. 용접 공구(1)는 정지 상태의 공작물들(7, 8)에 대해 상대적으로 이동될 수 있다. 대안적으로, 운동학적 역전 또는 양측의 상대 운동이 가능하다. 핸들링 장치는 예컨대 전술한 다축의, 바람직하게는 촉각적인 산업용 로봇일 수 있다. 용접 공구(1)는 핸들링 장치에 고정되기 위해 그리고 경우에 따라서 필요한 구동 수단 공급을 위해 적합한 연결부를 포함할 수 있다.
공작물들(7, 8)은 예컨대 금속 판재로 형성될 수 있다. 도 10에서 이러한 공작물들은 예컨대 조밀하게 그리고 적어도 외부에 대해 내부식적으로 용접되는 컨테이너 플랜지를 형성한다. 도 1 내지 도 3에서 예컨대 맞춤식 재단 용접 강판(tailor-welded-blanks)이 도시되어 있다.
도면들에는 공작물들(7, 8) 및 용접 조인트들(9)의 다양한 용접 배열이 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3은 상이한 두께의 공작물들(7, 8)의 정면측들 사이에서 버트 조인트를 도시한다. 도 10에는 서로 포개어지는 2개의 공작물(7, 8)의 랩 조인트가 도시되어 있다. 2개의 변형예에서, 두껍거나 상부의 공작물(8)과 얇거나 하부의 공작물(7) 사이에 단차부가 생성된다.
용접 수단(2)은 공작물들(7, 8)의 조인트 지점 또는 용접 조인트(9)를 향해 있다. 용접 수단은 예컨대 도 1 및 도 10에 따르면 2개의 공작물(7, 8)에서 이들의 각각의 가장자리에서 작용한다. 이때 예컨대 균일하지 않은 공구 커버리지가 존재할 수 있고, 두껍거나 상부의 공작물(8)에서 커버리지가 더 크다.
공작물들(7, 8)은 동일하거나 상이한 재료, 특히 금속으로 구성될 수 있다. 도시된 예에서 공작물들은 예컨대 경금속 합금, 예컨대 알루미늄 합금으로 각각 구성된다. 대안적으로 예컨대 경금속 합금 및 강의 상이한 용융성 또는 가소화성 재료 조합이 가능하다.
도면들에 도시된 헤드편(3)은 바람직하게는 용접 수단(2)을 위한 중앙의 관통 개구부(4) 및 용접 모드 시 공작물(7, 8)쪽으로 가리키는 정면측(13) 또는 정면을 포함한다. 관통 개구부(4)는 정면측(13)에 연결된다. 헤드편(3)은 예컨대 도 3 및 도 4의 단면도에 도시된 중공체 형상을 포함할 수 있고, 스크류 연결, 플러그 연결 또는 바요넷 연결을 이용하거나 다른 적합한 방식으로 용접 공구(1)의 컴포넌트와 분리 가능하게 연결될 수 있다. 대안적으로, 지속적으로 고정적인 연결이 가능하다.
용접 공구(1) 및 헤드편(3)은 도면들에서 용접될 공작물들(7, 8)의 주요 평면 또는 표면에 대해 수직으로 또는 법선 방향으로 정렬된다. 마찬가지로, 관통 개구부(4)도 이러한 개구부의 중앙축(5)과 함께 이러한 정렬을 포함한다. 축(5)은 헤드편(3)의 중앙축일 수 있다. 축(5)은 용접 피드 방향(6)에 대해 수직으로 정렬된다.
도시된 실시형태와 상이하게, 용접 공구(1) 및 헤드편(3)은, 공작물들(7, 8)에 대하여, 용접 피드 방향(6)에 대해 약간 경사지며 언급한 법선 방향에 대해 예컨대 약 2°의 소위 천공각도로 정렬될 수 있다. 공작물들(7, 8) 및 용접 조인트(9)에서 작용하는 용접 수단(2)의 첨단부는 용접 피드 방향(6)에서 선두에 있을 수 있다.
헤드편(3)은 상이한 높이의 정면측 영역들(14, 15)을 포함하는 프로파일링된 정면측(13)을 포함한다. 정면측 영역들(14, 15)은 정면측(13) 또는 이러한 정면측의 주요 평면으로부터 서로 상이한 정도로 돌출한다. 정면측 영역들(14, 15)은 도 3 및 도 8에 도시된 높이차(h)를 포함한다. 높이차(h)는 축(5)의 방향으로 정렬되어 있을 수 있다.
헤드편(3)은 경사 숄더(17)를 포함하고, 경사 숄더는 상이한 높이의 정면측 영역들(14, 15)을 연결한다. 숄더(17)는 높이차를 밸런싱하고 용접 시 가소화되는 공작물 재료를 안내한다. 이를 통해 용접심(11)에는 도 10에 도시된 공작물들(7, 8) 사이의 용접 천이 영역이 형성될 수 있다.
용접 수단(2)은 두껍거나 상부의 공작물(8)에 조기에 그리고 경우에 따라서 더 강하게 영향을 미치고, 이러한 공작물의 재료는 더욱 가소화되고 변위된다. 이때 공작물들(7, 8) 사이의 언급한 단차부는 안내된 가소화된 재료 및 용접 천이 영역(12)에 의해 채워진다. 이때 용접 천이 영역(12)은 경사 연장부를 포함할 수 있다.
동일 평면에서 서로 포개어지는 공작물들(7, 8)을 포함하는 랩 조인트의 다른 변형예에서, 용접 천이 영역은 다른 방식으로, 예컨대 캡 방식으로 형성될 수 있다.
용접 천이 영역(12)에 의하여, 용접될 공작물들(7, 8) 사이에 경우에 따라 존재하는 틈새(10)(도 10 참조)는 조밀하게 폐쇄될 수 있다.
도 1 내지 도 9에 암시된 바와 같이, 경사 숄더(17)는 관통 개구부(4)의 영역 내에 배치된다. 경사 숄더는 용접 피드 방향(6)에서 볼 때 관통 개구부(4)의 후방측 영역에 위치한다. 도시된 실시예에서 경사 숄더(17)는 아치형으로 형성되고, 경사 숄더의 후방 영역에서 관통 개구부(4)를 하프링 형상으로 둘러싸거나 원형의 관통 개구부(4)인 경우 반원형으로 둘러싼다.
도시된 실시형태에서, 경사 숄더(17)는 표면 또는 아치면(18)을 포함한다.
경사 숄더의 폭은 아치각을 통해 균일하게 유지될 수 있다. 아치형 숄더(17)는 직접적으로 용접 피드 방향(6)에서 볼 때 후방측에서 관통 개구부(4)에 연결되고, 숄더(17) 또는 숄더의 아치면(18)의 가장자리(19)는 개구부 가장자리와 동일하다.
아치면(18)은 캠버를 포함할 수 있다. 아치면은 아치면의 전방 가장자리(19)로부터 시작하여 후방으로 가면서 기울어진다. 가장자리(19)는 축(5)의 방향으로 각각 가장 많이 돌출한 아치면(18)의 부분이다.
한편, 미도시된 변형예에서, 경사 숄더(17)는 용접 피드 방향(6)에 대해 반대방향으로 관통 개구부(4)로부터 이격되어 있을 수 있다. 경사 숄더는 다른 연장부, 예컨대 직선 연장부를 더 포함할 수 있고, 용접 피드 방향(6)에 대해 횡방향으로 정렬될 수 있다. 경사 숄더는 가소화된 재료를 안내하기 위해 경사 숄더의 전술한 경사진 배열 또는 위치를 유지할 수 있다.
상이한 높이의 정면측 영역들(14, 15)은 관통 개구부(4)로부터 시작할 수 있고 용접 피드 방향(6)으로 연장될 수 있다. 정면측 영역들은 바람직하게는 편평한 표면을 각각 포함한다. 도 4 내지 도 7은 이러한 형성방식을 도시한다.
높이가 더 높은 정면측 영역(14)은 축(5)의 높이에서 숄더(17) 또는 아치면(18)의 상단부에 동일 평면으로 연결된다. 높이가 더 낮은 정면측 영역(14)에서 숄더(17) 또는 아치면(18)의 하부 연결 지점에서 랜딩부(20)가 제공될 수 있다.
상이한 높이의 정면측 영역들(14, 15) 사이에 예컨대 직선의 단차부(16)가 형성된다. 도 5 내지 도 6에 따르면, 직선의 단차부는 대략적으로 중앙에서 관통 개구부(4)의 전방 가장자리로부터 시작하고 용접 피드 방향(6)으로 연장된다.
도 4, 도 5 및 도 9에 따르면, 정면측 영역들(14, 15)의 표면들은 피드 방향(6)에 대해 횡방향으로 볼 때 서로 경사지게 정렬될 수 있다. 경사부들은 예컨대 각각 단차부(16)쪽으로 가면서 기울어질 수 있다. 또한, 높이가 더 낮은 정면측 영역(15)의 표면이 법선 방향 또는 축(5)에 대해 직각으로 정렬되고, 높이가 더 높은 정면측 영역(14)의 표면이 언급한 방식으로 경사지는 것도 가능하다. 표면들은 서로 평행하게 정렬될 수도 있다.
헤드편(3)은 상측에서 경사지게 기울어지는 프리컷부(21)을 포함할 수 있다. 이를 통해 우선적으로 공작물들(7, 8)과 함께 작용하는 정면측 영역들(14, 15) 및 경사 숄더(17)가 노출될 수 있고, 용접 피드 시 제약 상황이 방지될 수 있다. 헤드편(3)은 공작물들(7, 8)을 향해 있는 전방의 영역에서 바람직하게는 원통형 몸체를 포함할 수 있다. 정면측 영역들(14, 15)은 피드 방향(6)으로 몸체 가장자리에서 종결된다.
정면측 영역들(14, 15)의 언급한 높이차(h)는 단차부(16)에 형성된다. 단차부 벽은 예컨대 정면측 영역들(14, 15)의 표면들에 대해 수직으로 연장되고, 축(5)에 대해 평행하게 연장될 수 있다.
정면측 영역들(14, 15)의 높이차(h)는 용접될 공작물들(7, 8)에서의 높이차(w)에 맞게 조정될 수 있다. 이러한 높이차(w)는 도 1 및 도 3에 따르면 버트 조인트에서 상이한 두께의 공작물들(7, 8)에 제공될 수 있다. 다른 한편으로, 이러한 높이차는 도 10에 따르면 서로 포개어지는 공작물들(7, 8)에서 랩 조인트에 제공될 수 있다.
이러한 조정 시, 높이차(h)는 높이차(w)와 동일할 수 있다. 높이차(h)는 대안적으로 높이차(w)에 근접할 수 있고 대략적으로 이보다 작을 수 있다. 이는 예컨대 용접 공구(1) 및 용접 공구의 축(5)이 공작물들(7, 8)에 대하여 전술한 바와 같이 천공 각도만큼 경사지게 정렬된 경우에 해당한다. 이를 통해 단일의 정면측 영역(14, 15)만을 포함하는 헤드편(3), 특히 높이가 더 낮은 정면측 영역(15)이 높이가 더 높거나 상부의 공작물(8)에 보다 양호하게 소정의 방식으로 인접할 수 있다. 또한, 공작물들(7, 8) 사이의 골 부분에 걸리는 일이 방지될 수 있다.
헤드편(22)은 외부 재킷으로부터 안쪽으로 관통 개구부(4)를 향하여 도달하는 하나 이상의 개구부(22)를 포함할 수 있다. 이러한 개구부들(22)은 예컨대 인입되는 가소화된 재료가 관통 개구부(4)로부터 토출되기 위해 역할할 수 있다.
개구부들(22)은 관통 개구부(4)의 가장자리에서 실질적으로 원형의 배출구를 포함할 수 있다. 헤드편(3) 또는 헤드편 몸체의 외측에서 이러한 배출구는 더 클 수 있다. 이러한 배출구는 예컨대 몸체의 둘레보다 약간 더 연장될 수 있다. 이는 회전 토출을 위해 유리하다. 정렬은 축(5)에 대해 경사질 수 있거나 나사 부분 방식일 수 있다. 개구부들(22)은 헤드편(3)의 양측에 제공될 수 있고 서로 대향하며 관통 개구부(4)에서 연결될 수 있다.
도시된 실시예에서, 헤드편(3)은 용접 공구(1)에 회전 고정적으로 배치된다. 스크류 연결, 바요넷 닫힘 또는 유사한 방식을 이용하여 헤드편(3)은 교체 가능하게 용접 공구(1)에 배치될 수 있다. 헤드편(3)은 가변적 높이차(w)를 가지며 상이하게 용접될 공작물들(7, 8)을 위한 어댑터로 형성될 수 있다. 다양한 헤드편들(3)은 정면측 영역들(14, 15)에서 상이한 정도의 높이차(h)를 포함할 수 있다.
용접 시, 헤드편(3)을 포함하는 용접 공구(1)는 용접 조인트(9)에서 피드 방향(6)으로 따라 안내될 수 있다. 정면측 영역들(14, 15) 사이의 단차부(16)는 가이드 가장자리로 역할할 수 있다. 단차부는 버트 조인트에서 두꺼운 공작물(8)의 정면측에 또는 랩 조인트에서 상부 공작물(8)의 정면측에 가압될 수 있다. 가이드 접촉은 적합한 힘 측정을 포함하는 핸들링 장치에 의해 검출될 수 있고 피드 운동의 제어 또는 조정을 위해 사용될 수 있다.
용접 공구(1)는 용접 공정의 시작 시 수직의 또는 경사진 인피드 운동으로 공작물들의 상측으로부터 용접될 공작물들(7, 8)에 인피드될 수 있다. 예컨대 회전 용접핀(2)을 이용하여 공작물 재료의 가소화에 의해 시작 홀이 형성될 수 있고, 이후 용접 피드(6)가 수행된다. 인피드 시, 헤드편(3)은 적합한 방식으로 피드 방향(6) 및 용접 조인트(9)에 대해 정렬될 수 있다. 헤드편(3)은 용접 공구(1)를 통하여 핸들링 장치와 회전 고정적으로 결합될 수 있고, 기지의 회전 배정을 포함한다.
도면들에서 용접 수단(2)은 개략적으로 암시되어 있다. 용접 수단은 공작물 가소화를 야기하며 예컨대 원추형인 적합한 첨단부를 포함하는 회전 용접핀으로서 FSW 용접 공구를 위해 형성될 수 있다. 다른 실시형태들에서 용접 수단(2)은 다른 방식으로 형성될 수 있고, 용접 지점에서 공작물들(7, 8)의 가소화를 야기할 수 있다.
도시된 실시형태들의 변형은 다양한 방식으로 가능하다. 상이한 높이의 정면측 영역들(14, 15)의 개수 및 배열은 특히 2개를 초과하는 공작물(7, 8)이 용접되어야 할 시 변경될 수 있다.
1 용접 공구, FSW 공구
2 용접 수단, 용접핀
3 헤드편, 어댑터
4 관통 개구부
5 축
6 용접 피드 방향
7 공작물
8 공작물
9 용접 조인트, 랩 조인트, 버트 조인트
10 틈새
11 용접심
12 용접 천이 영역
13 정면측
14 높은 정면측 영역
15 낮은 정면측 영역
16 단차부, 가이드 가장자리
17 경사 숄더
18 아치면
19 가장자리
20 랜딩부
21 프리컷부
22 개구부
h 정면측 영역들의 높이차
w 공작물들의 높이차

Claims (16)

  1. 가소화성 용접 수단(2), 특히 회전 용접핀을 위한 관통 개구부(4)를 포함하는 용접 공구(1), 특히 FSW 공구를 위한 헤드편으로서,
    상기 헤드편(3)은 용접 모드 시 상기 공작물(7, 8)쪽으로 가리키는 정면측(13)을 포함하고,
    상기 헤드편(3)은 상이한 높이의 정면측 영역들(14, 15)을 포함하는 프로파일링된 정면측(13)을 포함하고, 상기 공작물(7, 8)의 가소화된 재료를 안내하는 경사 숄더(17)는 상기 정면측 영역들(14, 15)을 연결하는 것을 특징으로 하는, 헤드편.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사 숄더(17)는 상기 관통 개구부(4)의 영역 내에서, 특히 용접 피드 방향(6)으로 볼 때 상기 관통 개구부(4)의 후방측 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는, 헤드편.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 경사 숄더(17)는 아치형으로 형성되고, 상기 관통 개구부(4)를 상기 경사 숄더의 후방 영역에서 하프링 형상으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는, 헤드편.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경사 숄더(17)의 상기 아치면(18)은 캠버를 포함하고, 상기 관통 개구부(4)를 향해 있는 상기 아치면의 전방 가장자리(19)로부터 시작하여 후방쪽을 향해 기울어지는 것을 특징으로 하는, 헤드편.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상이한 높이의 정면측 영역들(14, 15)은 상기 관통 개구부(4)로부터 시작하여 용접 피드 방향(6)으로 연장되고 바람직하게는 편평한 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 헤드편.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상이한 높이의 정면측 영역들(14, 15) 사이에 직선 단차부(16)가 형성되고, 상기 직선 단차부는 대략적으로 중앙에서 상기 관통 개구부(4)의 전방 가장자리로부터 용접 피드 방향(6)으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 헤드편.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정면측 영역들(14, 15)의 높이차(h)는 용접 조인트(9)에서 용접될 공작물들(7, 8)의 높이차(w), 특히 랩 조인트에서 서로 포개어지는 공작물들(7, 8)의 높이차(w)에 맞게 조정되는 것을 특징으로 하는, 헤드편.
  8. 가소화성 용접 수단(2), 특히 회전 용접핀, 및 상기 용접 수단(2)을 위한 관통 개구부(4)를 갖는 헤드편(3)을 포함하는, 특히 FSW 공구인, 용접 공구로서,
    제 1 항 내지 제 7 항 중 적어도 어느 한 항에 따른 헤드편(3)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 용접 공구.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 헤드편(3)은 상기 용접 공구(1)에서 회전 고정적으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 용접 공구.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 헤드편(3)은 교체 가능하게 상기 용접 공구(1)에 배치되고, 용접 조인트(9), 특히 랩 조인트에서 가변적 높이차(w)를 가지며 상이하게 용접될 공작물들(7, 8)을 위한 어댑터로 형성되는 것을 특징으로 하는, 용접 공구.
  11. 다축의, 바람직하게는 촉각적인 산업용 로봇에 의해 용접 경로를 따라 안내되는 용접 공구(1), 특히 FSW 공구를 이용하여 공작물들(7, 8)을 용접하기 위한, 특히 FSW 방법인, 용접 방법으로서,
    제 8 항 내지 제 10 항 중 적어도 어느 한 항에 따른 용접 공구(1)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 용접 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    높이차(w)를 가지는 공작물들(7, 8)은 용접 조인트(9), 특히 랩 조인트에서 가장자리 영역에 용접되는 것을 특징으로 하는, 용접 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    용접 시 상기 가소화되는 재료는 상기 용접 공구(1)의 헤드편(3)을 이용하여 안내되고, 용접심(11)에는 바람직하게는 경사진 용접 천이 영역(12)이 상기 공작물들(7, 8) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는, 용접 방법.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    용접 시 상기 용접 공구(1)는 상기 헤드편(3)의 상기 단차부(16)를 이용하여 용접 조인트(9)를 따라서 안내되는 것을 특징으로 하는, 용접 방법.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    용접 시 상기 공작물들(7, 8) 사이의 틈새(10)는 조밀하게 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 용접 방법.
  16. 용접 방법, 특히 FSW 방법으로 용접된 공작물들(7, 8)로 구성되는 용접 부품으로서,
    상기 공작물들(7, 8)은 제 11 항 내지 제 15 항 중 적어도 어느 한 항에 따른 용접 방법으로 용접되고, 상기 공작물들(7, 8) 사이의 틈새(10)는 바람직하게는 경사진 용접 천이 영역(12)에 의해 용접심(11)에서 조밀하게 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 용접 부품.
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