KR20220154186A - 금속 물체를 수정하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

금속으로 된 작업편에서의 개구를 적어도 부분적으로 채우는 방법으로서, 개구는 하나 이상의 개구 벽 표면을 갖는 하나 이상의 개구 벽에 의해 적어도 부분적으로 규정된다. 방법은, 작업편과 접합 가능한 인서트를 제공하는 단계를 포함하며, 인서트는 개구 벽 표면과의 맞물림을 위해 형성된 하나 이상의 인서트 맞물림 표면을 갖는다. 개구 벽 표면과 인서트 맞물림 표면은 고온 작업 온도로 가열된다. 인서트는 개구 벽 표면에 대해 인서트 맞물림 표면을 이동시키기 위해 맞물림 모션을 받는다. 인서트는, 당해 인서트가 맞물림 모션을 받는 동안, 인서트와 작업편 사이에 적어도 부분적으로 금속 접합을 생성하도록, 인서트 맞물림 표면과 개구 벽 표면을 맞물리게 하기 위해, 당해 인서트를 적어도 부분적으로 개구 내로 이동시키도록 위치변경 모션을 또한 받는다.

Description

금속 물체를 수정하는 방법 및 시스템
본 발명은 금속 물체를 수정하는 방법 및 시스템이다.
종래 기술에 있어서, 종래 기술의 튜브 또는 파이프(10)는 그의 길이를 따라 길이방향 개구(12)를 포함하도록 형성될 수 있다(도 1a, 1b). 튜브 또는 파이프(10)는 그 길이를 따라 개구(12)를 남기면서 비교적 두꺼운 강철편을 구부림으로써 형성될 수 있다. 개구를 채우는 공지된 방법은, 전형적으로, 길이방향 개구(12)(도 1a, 1b)의 에지를 따라 "열-영향 구역"(도시되지 않음)을 초래한다. 알려진 바와 같이, 열-영향 구역은, 해당 열-영향 구역이 일반적으로 튜브의 약화된 부분이기 때문에 바람직하지 않은 결과물이다.
도 1c에서는, 종래 기술의 손상된 튜브 또는 파이프(10')의 부분 절개도가 예시되어 있다. (후술하는 바와 같이, 본 발명의 실시형태는 첨부 도면의 나머지 부분에 예시되어 있다.) 튜브 또는 작업편은 다양한 유형의 손상을 받을 수 있다. 예시된 예에서, 둘레(girth) 크랙 또는 개구 "C1"(즉, 적어도 부분적으로 방사상임)" 및 기다란 일반적으로 축방향의 크랙 또는 개구 "C2"(즉, 튜브(10')의 길이방향 축에 적어도 부분적으로 평행함)가 튜브(10')에 형성되어 있다. 그러나, 이러한 크랙 또는 개구를 채우는 공지된 방법은, 튜브(10')에 열-영향 구역이 생성되어 튜브(10')를 약화시킬 수 있다는 단점을 가질 것이다.
미국특허 제6,637,642호에는, 튜브들을 단부 대 단부로 용접하도록 튜브들이 맞물려질 때 두 가열된 금속 튜브들 중 하나가 회전되는 고체 상태 용접이 개시되어 있다. 그 이점들 중에서, 고체 상태 용접은 이 기술을 사용하여 함께 결합된 튜브에 열-영향 구역을 생성하지 않으면서 용접을 달성할 수 있다. 튜브의 단부는 비교적 균일한 결정 구조를 갖고서 금속 접합을 형성한다. 그러나, 고체 상태 용접은 상당한 열 및 힘의 인가를 필요로 하며, 다양한 컨피겨레이션을 갖는 금속 작업편을 수리하거나 달리 수정하는데 활용되지 않았다.
전술한 이유로, 종래 기술의 하나 이상의 결점 또는 단점을 극복하거나 완화시키는 금속 물체를 수정하는 방법 및 시스템이 요구된다.
넓은 양태에서, 본 발명은, 금속으로 된 작업편에서 하나 이상의 개구를 적어도 부분적으로 채우는 방법을 제공하며, 개구는 하나 이상의 개구 벽 표면을 갖는 하나 이상의 개구 벽에 의해 적어도 부분적으로 규정된다. 방법은 금속과 금속 접합 가능한 인서트를 제공하는 단계를 포함한다. 인서트는 개구에 적어도 부분적으로 끼워지도록 형성된다. 인서트는 개구 벽 표면(들)과 맞물리기 위해 형성된 하나 이상의 인서트 맞물림(engagement) 표면을 갖는다. 개구 벽 표면은 제1 비산화성 분위기에서 고온 작업 온도로 가열되며, 이 고온 작업 온도에서 개구 벽 표면은 소성 변형 가능하다. 또한, 인서트 맞물림 표면은 제2 비산화성 분위기에서 고온 작업 온도로 가열되며, 이 고온 작업 온도에서 인서트 맞물림 표면은 소성 변형 가능하다. 인서트는 개구 벽 표면에 대해 인서트 맞물림 표면을 이동시키기 위해 맞물림 모션을 받는다. 인서트가 맞물림 모션을 받는 동안, 그리고 인서트 맞물림 표면과 개구 벽 표면이 고온 작업 온도에 있는 동안, 인서트는, 서로 맞물릴 때 개구 벽 표면과 인서트 맞물림 표면의 소성 변형을 유발하여 인서트와 작업편 사이에 적어도 부분적으로 금속 접합을 생성하기 위해, 당해 인서트가 맞물림 모션을 받는 동안 인서트 맞물림 표면을 개구 벽 표면과 맞물리게 하도록 당해 인서트를 적어도 부분적으로 개구로 이동시키기 위해 위치변경 모션을 또한 받는다. 인서트와 작업편은 냉각이 허용되고, 인서트와 작업편을 함께 고화시킨다.
첨부 도면을 참조하면 본 발명을 보다 더 잘 이해할 수 있을 것이며, 도면 중:
도 1a(이전에도 설명됨)는, 내부에 길이방향 갭이 형성된 종래 기술의 금속 튜브의 등각도이다.
도 1b(이전에도 설명됨)는, 보다 더 큰 축척으로 도시된, 도 1a의 튜브의 단면도이다.
도 1c(이전에도 설명됨)는, 내부에 형성된 하나 이상의 개구 또는 크랙을 포함하는 종래 기술의 다른 금속 튜브의 부분 등각도로서, 보다 더 작은 축척으로 도시되어 있다.
도 2a는, 보다 더 큰 축척으로 도시된, 금속 작업편의 개구 내로 인서트의 위치변경 이전의 본 발명의 인서트 및 다른 요소에 대한 실시형태의 단면도이다.
도 2b는, 인서트가 개구에 위치된, 도 2a의 금속 작업편의 단면도이며, 보다 더 작은 축척으로 도시되어 있다.
도 2c는, 인서트가 개구에 위치된, 도 2a 및 도 2b의 금속 작업편의 단면도이며, 더 큰 축척으로 도시되어 있다.
도 2d는, 내부에 개구를 갖는 다른 작업편 및 본 발명의 인서트의 대안적인 실시형태의 단면도이며, 보다 더 큰 축척으로 도시되어 있다.
도 2e는, 도 2d의 인서트가 개구에 위치된, 도 2d의 작업편의 단면도이다.
도 3a는, 금속 작업편의 개구 내로 인서트의 위치변경 이전의 본 발명의 인서트의 다른 실시형태의 단면도이다.
도 3b는, 인서트가 개구에 위치된, 도 3a의 금속 작업편의 단면도이며, 보다 더 작은 축척으로 도시되어 있다.
도 3c는, 보다 더 큰 축척으로 그려진, 금속 작업편 및 작업편의 개구에 위치된 본 발명의 인서트의 다른 실시형태의 단면도이다.
도 3d는, 보다 더 작은 축척으로 그려진, 금속 작업편의 개구에 위치된 인서트의 일 실시형태의 부분 등각도이다.
도 3e는, 내부의 개구에 위치된 인서트의 일 실시형태를 갖는 작업편의 부분 단면도로서, 인서트가 내측으로 위치변경되며, 더 작은 축척으로 도시되어 있다.
도 3f는, 내부의 개구에 위치된 본 발명의 인서트의 일 실시형태를 갖는 작업편의 부분 단면도로서, 인서트가 외측으로 위치변경된다.
도 3g는, 보다 더 큰 축척으로 도시된, 도 3a의 인서트와 작업편의 부분 단면도이다.
도 3h는, 내부에 개구를 갖는 다른 작업편 및 본 발명의 인서트의 대안적인 실시형태의 단면도이다.
도 3i는, 도 3h의 인서트가 개구에 위치된 상태의, 도 3h의 작업편의 단면도이다.
도 4a는, 보다 더 작은 축척으로 도시된 작업편의 상면도로서, 본 발명의 튜브 인서트의 실시형태가 그 위에 위치되어 있다.
도 4b는, 도 4a의 튜브 인서트를 작업편을 향해 위치변경하기 전의, 튜브 인서트와 작업편의 단면도로서, 보다 더 큰 축척으로 도시되어 있다.
도 4c는, 튜브 인서트가 작업편과 접합되어 있는, 도 4a 및 도 4b의 튜브 인서트 및 작업편의 단면도이다.
도 5a는, 튜브 인서트의 작업편을 향한 위치변경 전의 금속 작업편 및 본 발명의 인서트의 다른 실시형태의 단면도이다.
도 5b는, 튜브 인서트가 접합된, 도 5a의 금속 작업편의 단면도이다.
도 6a는, 내부에 결함 영역을 갖는 금속 작업편의 평면도로서, 보다 더 작은 축척으로 도시되어 있다.
도 6b는, 내부에 개구를 제공하도록, 결함 영역이 제거된, 도 6a의 작업편의 평면도이다.
도 6c는, 부분적으로 수리된 작업편을 제공하기 위해, 제1 인서트가 개구에 위치된, 도 6a 및 도 6b의 작업편의 평면도이다.
도 6d는, 도 6c의 부분적으로 수리된 작업편의 단면도이다.
도 6e는, 도 6c의 부분적으로 수리된 작업편의 다른 단면도이다.
도 6f는, 도 6c의 부분적으로 수리된 작업편의 일부의 평면도이며, 보다 더 큰 축척으로 도시되어 있다.
도 6g는, 내부에 보조 개구가 형성된, 부분적으로 수리된 도 6c의 작업편의 평면도로서, 더 작은 축척으로 도시되어 있다.
도 6h는, 보조 개구들 중 하나에 위치되고 부분적으로 수리된 작업편과 접합된 제2 인서트를 갖는, 도 6g의 작업편의 단면도이다.
도 7a는, 더 작은 축척으로 도시된, 부분적으로 수리된 다른 작업편의 평면도이다.
도 7b는, 도 7a의 부분적으로 수리된 작업편의 단면도이다.
도 7c는, 도 7a의 부분적으로 수리된 작업편의 다른 단면도이다.
도 7d는, 내부에 보조 개구가 형성된, 도 7a의 부분적으로 수리된 작업편의 평면도로서, 더 작은 축척으로 도시되어 있다.
도 7e는, 보조 개구들 중 하나에 위치되고 부분적으로 수리된 작업편과 접합된 제2 인서트를 갖는, 도 7d의 작업편의 단면도이다.
도 7f는, 수리된, 도 7a 내지 도 7e의 작업편의 평면도이다.
첨부 도면에서, 유사한 참조 번호는 도면 전체에 걸쳐 상응하는 요소를 지칭한다. 특히 설명을 단순화하기 위해, 도 1a 내지 도 1c에서 사용된 참조 번호는, 그러한 각각의 참조 번호가 100(또는 경우에 따라 그 정수배)만큼 증가된 것을 제외하고, 이하 본 발명의 설명과 관련하여 다시 사용되며, 여기서 요소는 도 1a 내지 도 1c에 예시된 요소에 대응한다.
먼저 도 2a 내지 도 3i를 참조하여 금속으로 된 작업편(110)에서 하나 이상의 개구(112)를 적어도 부분적으로 채우기 위한 본 발명에 따른 방법의 일 실시형태를 설명한다. 알 수 있는 바와 같이, 예를 들어, 도 3g에서, 개구(112)는 하나 이상의 개구 벽 표면(118)을 갖는 하나 이상의 개구 벽(116)에 의해 적어도 부분적으로 규정된다. 일 실시형태에서, 당해 방법은, 바람직하게는 금속과 금속 접합 가능한 인서트 재료를 포함하는 인서트(120)를 제공하는 단계를 포함한다. 또한 당업자라면, 서로 금속 접합 가능한 재료를 알고 있을 것이다.
설명하는 바와 같이, 인서트(120)는 바람직하게는 개구(112)에 적어도 부분적으로 끼워맞춤되도록 형성된다. 인서트(120)는 개구 벽 표면(들)(118)과 맞물리도록 형성된 하나 이상의 인서트 맞물림 표면(122)(도 3g)을 갖는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 개구 벽 표면(118)은 제1 비산화성 분위기에서 고온 작업 온도로 가열된다. 또한 설명하는 바와 같이, 개구 벽 표면(118)이 고온 작업 온도로 가열될 때, 개구 벽 표면(118)은 소성 변형가능하다. 또한 인서트 맞물림 표면(122)은 제2 비산화성 분위기에서 고온 작업 온도로 가열되는 것이 바람직하다. 인서트 맞물림 표면(122)도 고온 작업 온도로 가열될 때, 인서트 맞물림 표면(122)도 소성 변형 가능하다.
고온 작업 온도는 금속의 녹는 온도보다 낮다. 여기서의 목적을 위해 "고온 작업 온도"는, 실제로, 어느 온도 범위일 수 있음이 이해될 것이다. 당업자라면 임의의 특정 금속에 대한 적합한 고온 작업 온도 및 이에 대한 적합한 비산화성 분위기를 알고 있을 것이다.
바람직하게는, 인서트(120)는 개구 벽 표면(들)(118)에 대해 인서트 맞물림 표면(들)(122)을 이동시키기 위해 맞물림 모션을 받는다. 설명하는 바와 같이, 맞물림 모션은 오실레이션(oscillating) 또는 바이브레이션(vibrating) 모션과 같을 수 있다. 인서트(120)가 맞물림 모션을 받고 있는 동안, 그리고 인서트 맞물림 표면(122)과 개구 벽 표면(118)이 고온 작업 온도에 있는 동안, 인서트(120)는 또한, 인서트(120)를 적어도 부분적으로 개구(112) 내로 이동시키고, 인서트 맞물림 표면(들)(122)을 개구 벽 표면(들)(118)과 맞물리게 하도록 위치변경 모션을 받는 것이 바람직하다.
또한 설명하는 바와 같이, 인서트(120)는 바람직하게는 맞물림 모션 및 위치변경 모션 양쪽 모두를 동시에 받고, 인서트(120)와 작업편(110) 사이에 금속 접합을 적어도 부분적으로 생성하기 위해, 이동하는 인서트 맞물림 표면(들)(122)을 개구 벽 표면(들)(118)과 맞물림시키고, 그들이 서로 맞물릴 때 인서트 맞물림 표면(들)(122)의 소성 변형 및 개구 벽 표면(들)(118)의 소성 변형을 일으킨다. 마지막으로, 인서트(120)와 작업편(110)의 냉각이 허용되고, 인서트(120)와 작업편(110)을 함께 고화시킨다.
당업자라면 개구 벽 표면(들)(118) 및 인서트 맞물림 표면(들)(122)이 그들의 가열 및 후속하는 맞물림 전에 적합하게 준비(예컨대, 세정)되어야 한다는 것을 인식할 것이다. 또한 당업자라면 적합한 표면 준비 기술을 알고 있을 것이다.
도 3g에 도시된 예에서, 개구(112)는 2개의 개구 벽 표면(118)에 의해 적어도 부분적으로 규정된다. 개구 벽 표면(118)은 임의의 적합한 수단에 의해 고온 작업 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 도 2a에서, 2개의 개구 표면 가열 요소(124)는, 각각, 2개의 개구 벽 표면(118)에 근접하게 위치되는 것으로 도시되어 있다. 또한, 인서트 맞물림 표면(122)들을 각각 고온 작업 온도로 가열하기 위한 2개의 인서트 가열 요소(126)가 도 2a에 도시되어 있다.
개구 벽 표면 가열 요소(124)가 개구 벽 표면(118)을 고온 작업 온도로 가열하면, 화살표 "A1", "A2"(도 2a, 3a)로 표시된 바와 같이, 개구 벽 표면 가열 요소는 제거된다. 또한, 인서트 맞물림 표면(122)이 고온 작업 온도로 일단 가열되면, 인서트 가열 요소(126)는 화살표 "B1", "B2"로 표시된 바와 같이 제거된다(도 2a, 3a).
인서트(120)는, (도 3d에서 화살표 "Y"로 표시된 바와 같이) 맞물림 모션을 받으면서, 도 3d 및 도 3ga에서 화살표 "D"로 표시된 바와 같이, 개구(118) 내로 이동(즉, 위치변경)된다. 상술한 바와 같이, 고온 작업 온도는 인서트 맞물림 표면(122)과 개구 벽 표면(118)이 그 소성 변형을 받는 온도이다. 인서트(120)가 맞물림 모션을 받음과 동시에, 인서트(120)가 위치변경되어 작업편(110)과 맞물린다. 맞물림 시, 인서트 맞물림 표면(122)은 개구 벽 표면(118)과 맞물린다. 인서트(120)가 작업편(110)과 맞물릴 때, 인서트(120)는, 인서트 맞물림 표면(122)과 개구 벽 표면(118)을 소성 변형시키기 위해 여전히 맞물림 모션을 받는다. 인서트 맞물림 표면(122)과 개구 벽 표면(118)의 초기 맞물림 직후의 짧은 시간 동안, 인서트(120)는 작업편(110)에 대해 계속해서 움직인다(즉, 맞물림 모션을 받는다). 맞물림은 금속 접합을 달성하기 위해 상당한 힘으로 이루어진다는 것이 이해될 것이다.
둘 모두가 고온 작업 온도에 있는 개구 벽 표면(118)과 인서트 맞물림 표면(122)의 맞물림은, 인서트(120)와 작업편(110)이 서로 금속 접합되어 있는, 인서트 맞물림 표면 및 개구 벽 표면(122, 118)에서 재료의 구역을 가져온다. 이러한 접합은 맞물림된 표면(118, 122)이 고온 작업 온도에 있는 동안 인가된 맞물림력, 및 작업편에 대한 인서트의 동시적인 맞물림 모션의 결과이다.
이 방법은 열-영향 구역이 없는 제품을 형성하도록 함께 융합되는 작업편 및 인서트를 가져온다. 본 발명의 프로세스는 인서트와 작업편이 함께 융합되는 금속 접합된 구역 "Z"(도 3e, 3f)를 가져오는 것으로 보이며, 접합된 구역에서 금속은 균일한 결정질 미세 구조를 갖는다. 예를 들어 미국특허 제6,637,642호에 개시된 바와 같이, 금속은 당해 금속이 소성 변형 가능한 온도(고온 작업 온도)로 가열된다. 또한, 접합 구역에서 균일한 결정질 미세 구조를 달성하기 위해, 프로세스의 가열 및 맞물림 단계 동안 금속이 용융되지 않는 것이 중요하다고 생각된다.
작업편의 금속 및 인서트의 금속은 본 발명의 방법에 의해 함께 융합될 수 있는 임의의 적합한 재료, 예를 들어 경우에 따라 합금 또는 금속 원소일 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 함께 융합되는 금속은 강철, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, Inconel™ 및 Hastelloy™를 포함할 수 있다. 가해지는 열과 전단/단조 압력으로 인해, 접합 구역에서의 재료는 비교적 강한 균일한 결정질 미세 구조를 갖는다. 예를 들어, 인서트와 작업편이 강철로 만들어진 경우 접합 구역의 강철은 베이나이트(bainitic)인 것으로 결정되었다.
인서트 가열 요소(126) 및 개구 표면 가열 요소(124)는 충분한 열을 제공할 수 있는 임의의 적합한 가열 요소일 수 있다. 당업자라면 적합한 가열 요소를 알고 있을 것이다. 가열 요소(124, 126)는 바람직하게는 각각 개구 벽 표면(들)(118) 및 인서트 맞물림 표면(들)(122)의 일반적으로 균일한 가열을 위해 구성된다. 예를 들어, 도 2a에서 알 수 있는 바와 같이, 가열 요소(124, 126)는 바람직하게는 제거 가능하여서, 표면(118, 122)이 고온 작업 온도에 도달하면, 가열된 인서트 맞물림 표면(들)(122)이 가열된 개구 벽 표면(들)(118)과 맞물릴 수 있다. 바람직하게는, 가열 요소의 제거, 및 인서트와 작업편의 후속하는 맞물림이 모두 상대적으로 짧은 시간 내에 일어나서, 그들이 서로 맞물리기 전에 표면(118, 122)으로부터의 열 손실 정도를 최소화한다.
개구 벽 표면(118)이 고온 작업 온도까지 균일하게 가열(또는 실질적으로 균일하게 가열)되는 것이 바람직하다. 이러한 균일함을 달성하기 위해, 개구 벽(116)은 개구 벽(116)의 개구 벽 표면(118)으로부터 제1 거리(128)까지 고온 작업 온도로 균일하게 가열되는 것이 또한 바람직하다(도 3g). 당업자라면 적합한 제1 거리를 결정할 수 있을 것이다.
바람직하게는, 인서트 맞물림 표면(122)은 또한 고온 작업 온도로 균일하게 가열(또는 실질적으로 균일하게 가열)된다. 이러한 균일함을 달성하기 위해, 인서트(120)는 당해 인서트(120)의 인서트 맞물림 표면(122)으로부터 제2 거리(130)까지 고온 작업 온도로 균일하게 가열되는 것이 또한 바람직하다(도 3g). 당업자라면 적합한 제2 거리를 결정할 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이, 인서트(120)의 맞물림 모션은 인서트 맞물림 표면(122)이 개구 벽 맞물림 표면(118)과 맞물릴 때, 및, 그 이후에 계속되어, 고온의 인서트 맞물림 표면(122) 및 고온의 개구 벽 표면(118) 각각의 소성 변형을 일으키도록 의도된다. 인서트와 작업편을 맞물리도록 가해지는 힘 및 맞물림 모션으로 인해, 인서트 맞물림 표면(122)과 개구 벽 표면(118)의 재료가 매우 작은 정도로 서로 섞이거나 혼합되는 것으로 생각된다. 이를 달성하기 위해, 맞물림 모션은 표면(118, 122)이 서로 맞물린 후 짧은 시간 동안 계속된다. 맞물림 모션은 임의의 적합한 모션일 수 있다. 예를 들어, 작업편(110)에 대한 인서트(120)의 임의의 반복적인 모션이 적합할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 맞물림 모션은 바람직하게는 작업편(110)에 대한 오실레이션 모션이다.
일례로서, 도 3d에서 알 수 있는 바와 같이, 인서트의 맞물림 모션은, 인서트가 위치변경 모션에 의해 개구(112) 내로 이동될 때, 기다란 개구(112)를 따라, 길이방향(즉, 앞뒤로)일 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 길이방향 맞물림 모션은 바람직하게는 인서트와 개구 벽의 초기 맞물림 후 짧은 시간 동안, 즉 인서트와 작업편이 함께 접합될 때까지 계속된다. 맞물림 모션의 다른 예가 도 3g에 도시되어 있으며, 여기서 인서트(120)는, 당해 인서트(120)가 (화살표 "D"로 나타낸) 위치변경 모션에 의해 개구 내로 이동될 때 축 방향으로(즉, 위치변경의 방향과 정렬되어 앞뒤로) 이동된다. 이 예에서도, 맞물림 모션은 바람직하게는 인서트와 개구 벽의 초기 맞물림 후 짧은 시간 동안, 즉 인서트와 작업편이 함께 접합될 때까지 계속된다는 것이 이해될 것이다.
대안으로는, 다른 실시형태에서, 오실레이션 모션은 바람직하게는, 인서트가 작업편에 대해 선형으로, 예를 들어 임의의 적합한 방향으로 이동되는, 인서트의 선형 모션이다. 오실레이션 모션은 대안적으로는 임의의 적합한 패턴, 예를 들어 호(arc) 또는 부분 타원을 기술할 수 있다.
다른 대안적인 실시형태에서, 맞물림 모션은 바람직하게는 예를 들어 인서트(120)의 축 "X"를 중심으로 하는, 작업편(110)에 대한 인서트(120)의 회전이다(도 3a). 대안적으로, 맞물림 모션은 작업편에 대한 바이브레이션 모션일 수 있다.
예를 들어, 도 3d에서 알 수 있는 바와 같이, 일 실시형태에서, 인서트(120)는 바람직하게는, 인서트(120)가 도 3d에서 화살표 "G"로 나타낸 바와 같이 개구(112)를 따라 길이방향으로 이동되는 맞물림 모션을 받는다. 화살표 "G"는 오실레이팅하는 길이방향 모션을 나타내기 위해 양쪽 화살표이다. 이 예에서, 위치변경 모션의 방향은 맞물림 모션의 전후 방향에 직교(또는 실질적으로 직교)한다.
일 실시형태에서, 개구 벽 표면(118)은 바람직하게는 평면이고, 인서트 맞물림 표면(122) 역시 평면인 것이 바람직하다(도 3g). 개구 벽 맞물림 표면(118)과 인서트 맞물림 벽 표면(122)은 바람직하게는, 인서트(120)가 개구(112) 내로 적어도 부분적으로 삽입될 때 서로 맞물리도록 형성된다는 것이 이해될 것이다. 바람직하게는, 인서트 맞물림 표면(122) 및 개구 벽 표면(118)은, 표면의 각각의 영역이 실질적으로 서로 맞물림 가능하도록 개구(112) 내에 적어도 부분적으로 인서트(120)를 위치시키기 위해 서로 협동하도록 형성된다.
도 2a, 도 3a, 도 3e, 도 3f 및 도 3g에 도시된 바와 같이, 위치변경 모션은 개구(112) 내로의 미리 결정된 선형 방향인 것이 바람직하다. 예를 들어, 위치변경 모션의 방향은 도 2a, 3a, 3e, 3f 및 3g에서 화살표 "D"로 표시된다. 바람직하게는, 개구 벽 표면(118)은 위치변경 모션의 미리 결정된 선형 방향에 대해 미리 결정된 각도 θ에 위치된다(도 3g). 미리 결정된 각도는 임의의 적합한 각도일 수 있다. 예를 들어, 도 3g에서, 인서트의 위치변경 모션의 방향에 대해 개구 벽 표면(118)에 의해 정의되는 각도 θ는 대략 15°이다.
당업자라면, 도 2a 내지 도 2c에서, 개구 벽 표면(118)이 바람직하게는 그와 맞물리게 되는 인서트 맞물림 표면(122)과 실질적으로 평행인 것을 이해할 수 있을 것이다. 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 인서트(120)는 바람직하게는 개구(112)보다 약간 더 넓다. 즉, 도 2a에서 식별되는 인서트(120)의 폭 "W1"는 바람직하게는, 표면이 고온 작업 온도로 가열되는 때, 개구(112)의 폭 "W2"보다 약간 더 넓다.
예를 들어, 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 일 실시형태에서, 하나 이상의 클램프(132A, 132B)가, 작업편의 형상을 유지하기 위해, 그리고 작업편을 움직이지 않게 고정하기 위해, 작업편(110)에 대해 (화살표 "E1", "E2"에 의해 개략적으로 표시되는) 내향의 압력을 가하는 것이 바람직하다.
또한, 예를 들어 도 2a, 2b, 3a, 3b, 3f 및 3g에서 알 수 있는 바와 같이, 위치변경 모션은 바람직하게는 개구(112) 내로의, 미리 결정된 선형 방향이다. 도 2b, 3b, 3f 및 3g에 도시된 바와 같이, 인서트(120)의 위치변경 모션은 예를 들어 (화살표 "D"로 표시된) 내측으로 또는 (화살표 "F"로 표시된) 외측으로의 것일 수 있다.
인서트(120)가 개구(112)에 적어도 부분적으로 위치되고 인서트가 작업편과 접합되면, 그 하나 이상의 부분(134)이 인서트(120)가 접합된 작업편의 개구 벽 표면(들)(118)을 넘어 연장될 수 있다(도 2c). 이러한 상황에서, 부분(134)은 임의의 적합한 수단을 사용하여 절단되거나 그렇지 않으면 제거될 수 있다.
인서트 맞물림 표면(122)과 개구 벽 표면(118)의 맞물림 동안에, 소성 변형된 재료의 작은 부분이, 표면(118, 122)에서 작업편 및/또는 인서트의 노출된 부분을 따라, 인서트 및/또는 작업편으로부터 압출될 수 있음을 이해할 것이다. 접합 또는 융합된 인서트 및 작업편이 충족해야 하는 사양에 따라, 압출된 재료는 냉각된 후 제거해야 할 수 있다. 그러나 실제로 이러한 제거는 곤란하며 많은 시간이 소요될 수 있다.
당업자라면 인서트(120)가 임의의 적합한 컨피겨레이션을 가질 수 있음을 이해할 것이다. 도 3c에 도시된 일 실시형태에서, 인서트(120)는 바람직하게는 그 내측 단부(136)와 외측 단부(138) 사이에서 연장되고, 인서트(120)는 바람직하게는, 내측 및 외측 단부(136, 138) 중 하나 이상에서, 인서트 맞물림 표면(122)에 근접하게 위치된 하나 이상의 모따기 가공된 인서트 표면(140)을 또한 포함한다. 모따기 가공된 인서트 표면(140)은, 바람직하게는, 인서트와 작업편이 함께 접합되면, 인서트의 내부 및/또는 외부 측에서 인서트(120) 및/또는 작업편(110)을 넘어 연장될 수 있는 압출된 재료의 양을 최소화하기 위해 형성된다.
또한 도 3c에서 알 수 있는 바와 같이, 개구 벽 표면(118) 각각은 바람직하게는 내측 단부(142)와 외측 단부(144) 사이에서 연장된다. 작업편(110)은 내측 및 외측 단부(142, 144) 중 하나 이상에서 개구 벽 표면(들)(118)에 근접하게 위치된 하나 이상의 모따기 가공된 작업편 표면(146)을 포함하는 것이 바람직하다. 모따기 가공된 작업편 표면(146)은 바람직하게는, 인서트의 내부 및/또는 외부 측에서 인서트(120) 및/또는 작업편(110)을 넘어 연장될 수 있는 압출된 재료의 양을 최소화하기 위해 형성된다.
모따기 가공된 표면(140, 146)은 인서트가 작업편과 맞물릴 때 압착되는 소성 변형된 재료가 들어갈 수 있는 공간을 규정하므로, 그러한 재료는 튜브 작업편의 내부로 압출되지 않거나, 혹은 대안적으로 튜브 작업편의 외부 표면에 압출되지 않는다.
일 실시형태에서, 인서트(120)는 내측 단부(136)에 형성된 하나 이상의 노치(148)를 포함하여, 튜브 작업편의 내부로 돌출될 수 있는 압출된 재료의 양을 최소화하는 것이 바람직하다.
작업편(110)은 각각의 금속의 둘 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2d 및 도 3i에 도시된 바와 같이, 작업편(110)은 제1 금속의 제1 층(180) 및 제2 금속의 제2 층(182)을 포함할 수 있다. 층(180, 182)은 작업편(110)을 형성하기 위해 임의의 적합한 방법을 사용하여 함께 융합될 수 있음이 이해될 것이다.
작업편(110)이 각 금속의 둘 이상의 층을 포함하는 경우, 인서트(120)는 또한 층(184, 186)을 포함하여 각각 층(180, 182)과 융합 또는 접합하는 것이 바람직하다. 인서트(120)가 개구에 적어도 부분적으로 위치될 때, 층(184, 186)은 각각 층(180, 182)과 금속 접합될 수 있다(도 2e, 3j). 예를 들어 도 2d 및 도 2e 그리고 도 3i 및 3j에 예시된 바와 같이, 일 실시형태에서, 인서트(120)는 바람직하게는 각각 강철 및 구리의 층(184, 186)을 포함한다. 또한 층(184, 186)은, 인서트(120)가 개구(112)에 적어도 부분적으로 위치할 때, 층(184, 186)이 작업편(110)에서 각각 강철 및 구리의 대응하는 층(180, 182)과 실질적으로 정렬되도록 형성되는 것이 바람직하다.
가열 요소(124', 126')는 바람직하게는 개구 벽 표면(118) 및 인서트 맞물림 표면(122)을 각각 가열하기 위해 사용된다. 가열 요소(124')는 바람직하게는 제1 및 제2 층(180, 182)을 각각 가열하기 위한 제1 및 제2 부분(189, 190)을 포함한다. 또한, 가열 요소(126')는 바람직하게는 각각 인서트(120)의 층(184, 186)을 가열하기 위한 제1 및 제2 부분(191, 192)을 포함한다.
도 4a 내지 도 4c에 예시된 대안의 실시형태에서, 본 발명의 방법은 튜브(250)를 작업편(210)의 하나 이상의 개구(212)와 적어도 부분적으로 정렬하기 위해, 금속으로 된 작업편(210)에 튜브(250)를 적어도 부분적으로 부착하기 위한 것이다. 튜브(250)는 또한, 작업편(210)의 금속과 접합 가능한 금속(즉, 바람직하게는 동일한 금속)으로 만들어진다. 개구(212)는 하나 이상의 개구 벽 표면(218)을 갖는 하나 이상의 개구 벽(216)에 의해 적어도 부분적으로 규정된다(도 4b). 방법은 바람직하게는 개구 벽 표면(들)(218)과 맞물리도록 구성된 튜브(250)에 하나 이상의 튜브 맞물림 표면(252)을 형성하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 개구 벽 표면(218)은 제1 비산화성 분위기에서 고온 작업 온도로 가열되며, 이 온도에서 개구 벽 표면(218)은 소성 변형 가능하다. 또한, 튜브 맞물림 표면(252)은 제2 비산화성 분위기에서 고온 작업 온도로 가열되는 것이 바람직하며, 이 온도에서 튜브 맞물림 표면(252)은 소성 변형 가능하다. 다음으로, 튜브(250)는 바람직하게는 개구 벽 표면(218)에 대해 튜브 맞물림 표면(252)을 이동시키기 위해, 맞물림 모션을 받는다.
가열 요소 및 클램프는 예시를 단순화하기 위해 도 4a 내지 도 5b에서 생략되었음이 이해될 것이다.
튜브(250)가 맞물림 모션을 받는 동안에, 그리고 튜브 맞물림 표면(252) 및 개구 벽 표면(218)이 고온 작업 온도에 있는 동안에, 바람직하게는 튜브(250)는 또한, 튜브가 맞물림 모션을 받는 동안 튜브 맞물림 표면(252)을 개구 벽 표면(218)과 맞물리기 위한, 튜브(250)를 적어도 부분적으로 개구(212) 내로 이동시키기 위한 위치변경 모션을 받는다. 이것은, 전술한 바와 같이, 튜브(250)와 작업편(210) 사이에 금속 접합을 적어도 부분적으로 생성하기 위해, 개구 벽 표면(218)과 튜브 맞물림 표면(252)이 서로 맞물릴 때 개구 벽 표면(218)의 소성 변형, 그리고 튜브 맞물림 표면(252)의 소성 변형을 일으킨다. 마지막으로, 튜브(250)와 작업편(210)은 냉각이 허용되고, 튜브(250)와 작업편(210)을 함께 고화시킨다.
도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 작업편(210)은, 예를 들어 강철과 같은 평평한 금속 시트일 수 있다. 도 4b에서, 튜브(250)와 작업편(210)은 당해 튜브(250)와 작업편(210)의 맞물림 직전이 도시되어 있다. 본 발명의 방법을 구현하는 데 필요한 가열 요소 및 기타 요소(예를 들어, 클램프)는 예시의 명확성을 위해 도 4b에서 생략되어 있음이 이해될 것이다.
맞물림 모션은, 예컨대 도 4a에서 화살표 "2Y1" 및 "2Y2"로 표시된 바와 같이 축 "2X"를 중심으로 한 튜브(250)의 반복되거나 진동하는(oscillating) 회전 모션일 수 있다. 위치변경 모션은 도 4b에서 화살표 "2D"로 표시된 방향이다. 위치변경 모션은 바람직하게는 축 "2X"와 동축이다.
도 4b에서, 일 실시형태에서, 튜브 맞물림 표면(252)은 바람직하게는 평면이며 위치변경 모션의 방향에 대해 선택된 각도로 위치됨을 알 수 있다. 또한, 개구 벽 표면(218)은 바람직하게는 평면이고 위치변경 모션의 방향에 대해 선택된 각도로 위치된다.
상술한 바와 같이, 튜브(250)가 맞물림 모션을 받는 동안 화살표 "2D"로 표시된 방향으로 동시에 이동되어 튜브 맞물림 표면(252)이 개구 벽 표면(218)에 맞물져진다. 바람직하게는, 튜브 맞물림 표면(252)이 초기에 개구 벽 표면(218)과 맞물린 후, 튜브(250)는 맞물림 모션에 따라 여전히 움직이고 있다. 프로세스의 그 지점에서, 튜브(250)는 화살표 "2D"로 표시된 방향으로 작업편(210)에 대해 계속해서 눌려지는 반면, 인서트(250)는 맞물림 모션을 받게 된다. 이는 튜브 맞물림 표면(252) 및 개구 벽 표면(218)의 소성 변형을 일으켜, 전술한 바와 같이 튜브(250)가 작업편(210)과 융합되도록 한다.
튜브(250)와 작업편(210)은 초기 맞물림 후에 빠르게 냉각되고, 튜브(250)와 작업편(210)이 빠르게 접합되어 추가적인 맞물림 모션을 방지하기 때문에 초기 맞물림 직후에 맞물림 모션이 중단된다.
도 5a 및 도 5b에서, 튜브(350)가 작업편(310)과 접합된 것으로 도시되어 있다. 튜브(350)는 그 축 "3X"를 규정한다. 튜브(350)는 개구(312)와 정렬된다. 도 5a에서, 튜브 맞물림 표면(352) 및 개구 벽 표면(318)은 그들의 맞물림 전에 볼 수 있다. 본 발명의 방법을 구현하는데 필요한 가열 요소 및 다른 요소(예를 들어, 클램프)는 예시의 명확성을 위해 도 5a에서 생략되었음이 이해될 것이다. 또한, 튜브 맞물림 표면(352) 및 개구 벽 표면(318)이 모두 비산화성 분위기에서 고온 작업 온도로 가열되는 동안 튜브(350)가 맞물림 모션을 받는다는 것이 이해될 것이다. 맞물림 모션은 예를 들어 축 "3X"를 중심으로 한 튜브(350)의 진동하는 회전 모션일 수 있다. 이어서, 튜브(350)는 여전히 맞물림 모션을 받는 동안 위치변경 모션 방향(화살표 "3D"로 표시됨)으로 이동된다.
튜브 맞물림 표면(352)과 개구 벽 표면(318)은 그들이 맞물릴 때 소성 변형을 받게 되고 그 직후에 튜브(350)와 작업편(310) 사이에 금속 접합을 형성한다.
작업편(310)은 예를 들어 매니폴드의 본체일 수 있고, 튜브(350)는 매니폴드를 형성하기 위해 본체에 고정된 여러 튜브(미도시) 중 하나일 수 있다.
도 6a 내지 도 6h에 도시된 다른 대안적인 실시형태에서, 본 발명의 방법은 결함 영역(411)을 포함하는 작업편(410)을 수리하기 위한 것이다(도 6a). 바람직하게는, 방법은 결함 영역(411)을 포함하는 작업편(410)의 부분(454)을 제거하고 작업편(410)의 남아있는 부분(456)에 개구(412)를 제공하는 단계를 포함한다. 개구(412)는 작업편(410)의 남아있는 부분(456)에 하나 이상의 개구 벽 표면(418)(도 6d, 6e)을 갖는 하나 이상의 개구 벽(416)에 의해 규정된다. 일 실시형태에서, 개구 벽 표면(418)은 제1 인서트(458)의 표면과 맞물리기 위해, 부분적으로, 선택된 각도로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 제1 인서트(458)는 작업편(410)의 금속과 금속 접합 가능한 제1 인서트 재료를 갖고 제공된다. 제1 인서트(458)는 도 6c에 도시된 바와 같이 개구(412)의 적어도 일부에 적어도 부분적으로 끼워지도록 형성되는 것이 바람직하다. 제1 인서트(458)는 개구 벽 표면(418)과의 맞물림을 위해 형성된 하나 이상의 제1 인서트 맞물림 표면(452)을 갖는다(도 6d). 바람직하게는, 개구 벽 표면(418)은 제1 비산화성 분위기에서 개구 벽 표면(418)이 소성 변형 가능한 고온 작업 온도로 가열된다. 또한, 제1 인서트 맞물림 표면(452)은 제1 인서트 맞물림 표면(452)이 소성 변형 가능한 고온 작업 온도로 제2 비산화성 분위기에서 가열되는 것이 바람직하다.
결함 영역(511)은 결함이 있거나 손상되거나 어떤 식으로든 변경되어 결함 영역을 교체해야 할 수 있다. 예를 들어, 결함 영역은 시간이 지남에 따라 부식되거나 약화되거나 사용으로 인한 구멍(pitting) 또는 크랙(cracking)을 포함하는 작업편의 일부일 수 있다. 결함 영역은 다르게는 작업편이 제조될 때 형성되는 결함을 포함할 수 있다.
당해 방법에 필요할 수 있는 가열 요소 및 클램프 및 기타 요소는 설명의 명확성을 위해 도 6a 내지 도 6h에서 생략되었음을 알 수 있다.
제1 인서트(458)는 바람직하게는 제1 맞물림 모션을 받아서, 개구 벽 표면(418)에 대해 제1 인서트 맞물림 표면(452)을 이동시킨다. 제1 인서트(458)가 제1 맞물림 모션을 받는 동안에, 그리고 제1 인서트 맞물림 표면(452)과 개구 벽 표면(418)이 모두 고온 작업 온도에 있는 동안에, 제1 인서트(458)와 작업편(410)의 남아있는 부분(456) 사이에 금속 접합을 적어도 부분적으로 생성하기 위해, 그들이 서로 맞물릴 때 개구 벽 표면(418)의 소성 변형 및 제1 인서트 맞물림 표면(452)의 소성 변형을 일으키기 위해, 제1 인서트(458)가 맞물림 모션을 받는 동안에 제1 인서트 맞물림 표면(452)과 개구 벽 표면(418)의 맞물림을 위해, 제1 인서트(458) 또한 바람직하게는 제1 인서트(458)를 개구(412) 내로 적어도 부분적으로 이동시키는 제1 위치변경 모션을 받는다.
도 6d에서, 제1 인서트(458)가 개구(412)에 위치되고 남아있는 부분(456)과 접합되는 것이 도시되어 있다. 또한, 제1 위치변경 모션은 도 6d에서 화살표 "4D1"로 표시된 방향으로 이루어지는 것임을 이해할 것이다.
마지막으로, 제1 인서트(458) 및 작업편(410)의 남아있는 부분(456)이 냉각되도록 허용되어 서로 금속 접합된 제1 인서트(458) 및 작업편(456)의 남아있는 부분(도 6c 내지 도 6f)을 포함하는 부분적으로 수리된 작업편(460)(도 6g)을 제공하는 것이 바람직하다.
도 6c 내지 도 6f에 도시된 바와 같이, 개구(412)는 제1 인서트(458)에 의해 완전히 점유되지 않는 것이 바람직하다. 도 6c에 도시된 바와 같이 부분적으로 수리된 작업편(460)은 개구 "J1", "J2"를 포함하며, 이는 제1 인서트(458) 및 작업편의 남아있는 부분(456)이 서로 융합된 후, 즉, 위에서 설명한 바와 같이 함께 금속 접합된 후에 비어 있는 상태로 남아 있는 개구(412)의 부분이다.
당업자라면 제1 인서트 맞물림 표면(452)과 개구 벽 표면(418)이 서로 맞물리고 소성 변형될 때, 맞물림 표면(452, 418) 사이에서 일부 재료가 압출될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 도 6f에서 압출된 재료는 개구 "J1"에 위치하는 것으로 도시되어 있다. 편의상 압출된 재료는 참조 문자 "K1", "K2"에 의해 식별된다. 압출된 재료는 제1 인서트 맞물림 표면(들)(452)과 개구 벽 표면(들)(418)이 만나는 임의의 지점(들)에서 압출될 수 있음을 이해할 것이다. 압출된 재료는 예를 들어 부분 "J1", "J2"와 같은 가까운 공극으로 압출되는 경향이 있다고 생각된다.
바람직하게는, 작업편의 손상 영역(411)의 수리를 완료하기 위해, 개구(412)의 부분 "J1", "J2"가 설명하는 바와 같이 채워져야 한다. 그러나 추가적으로, 손상 영역(411)의 수리를 완료하기 위해서는, 압출된 재료 "K1", K2"를 제거하는 것이 바람직하다.
이를 달성하기 위해, 바람직하게는 부분적으로 수리된 작업편(460)에 하나 이상의 보조 개구(462)가 형성된다(도 6g). 도 6g에서 알 수 있는 바와 같이, 일 실시형태에서, 2개의 보조 개구(462)가 있는 것이 바람직하며, 즉 각각은 초기 개구(412)의 부분 "J1", "J2"를 둘러싸고 있다. 각각의 보조 개구(462)는 제1 인서트(458)에 적어도 부분적으로 위치되고 작업편(410)의 남아있는 부분(456)이었던 것에 적어도 부분적으로 위치되는 하나 이상의 보조 개구 벽(464)에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 보조 개구 벽(464)은 하나 이상의 보조 개구 벽 표면(466)(도 6h)을 갖는다.
또한, 제1 인서트 및 작업편의 금속과 금속 접합 가능한 제2 인서트 재료를 포함하는 하나 이상의 제2 인서트(468)가 제공되는 것이 바람직하다(도 6h). 제2 인서트(468)는 바람직하게는 보조 개구(462)에 적어도 부분적으로 끼워맞춤 되도록 형성된다. 제2 인서트(468)는 바람직하게는 보조 개구 벽 표면(들)(466)과 맞물리도록 형성된 하나 이상의 제2 인서트 맞물림 표면(470)(도 6h)을 포함한다.
바람직하게는, 보조 개구 벽 표면(466)은 비산화성 분위기에서 고온 작업 온도로 가열되며, 이 온도에서 보조 개구 벽 표면(466)은 소성 변형 가능하다. 유사하게, 제2 인서트 맞물림 표면(470)은 비산화성 분위기에서 제2 인서트 맞물림 표면(470)이 소성 변형 가능한 고온 작업 온도로 가열되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 제2 인서트(468)는 보조 개구 벽 표면(466)에 대해 제2 인서트 맞물림 표면(470)을 이동시키기 위해 제2 맞물림 모션을 받는다. 제2 인서트(468)가 제2 맞물림 모션을 받는 동안에, 그리고 제2 인서트 맞물림 표면(470)과 보조 개구 벽 표면(466)이 고온 작업 온도에 있는 동안에, 추가적으로, 제2 인서트(468)와 부분적으로 수리된 작업편(460) 사이에 금속 접합을 적어도 부분적으로 생성하기 위해, 그들이 서로 맞물릴 때 보조 개구 벽 표면(466)의 소성 변형 및 제2 인서트 맞물림 표면(470)의 소성 변형을 일으키기 위해, 제2 인서트 맞물림 표면(470)과 보조 개구 벽 표면(466)의 맞물림을 위해, 제2 인서트(468)는 또한 바람직하게는 제2 인서트(468)를 그에 대해 의도된 보조 개구 내로 적어도 부분적으로 이동시키는 제2 위치변경 모션을 받는다.
도 6h에서, 제2 인서트(468) 중 하나가 보조 개구(462) 중 하나에 위치되고 부분적으로 수리된 작업편(460)과 접합된 것으로 도시되어 있다. 제2 위치변경 모션은 도 6h에서 화살표 "4D2"로 표시된 방향으로 이루어지는 것임을 이해할 것이다.
또한, 제2 인서트(468) 및 부분적으로 수리된 작업편(460)이 냉각되도록 허용되고, 제2 인서트(468) 및 부분적으로 수리된 작업편(460)을 포함하는 수리된 작업편(472)(도 6h)을 형성하는 것이 바람직하다.
도 6g 및 도 6h에 도시된 예에서는, 2개의 보조 개구(462)가 있으며, 2개의 제2 인서트(468)는 각각 2개의 보조 개구(462)에 적어도 부분적으로 위치된다. 도 6h에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 인서트(468)는 바람직하게는 보조 개구(462)를 점유하고, 부분적으로 수리된 작업편(460)과 금속 접합된다. 따라서, 일단 제2 인서트(468)가 보조 개구(462)에 있으면, 작업편(410)이 수리되고 다시 사용 가능하게 될 수 있다.
이상으로부터, 도 6a 내지 도 6h에 예시된 본 발명의 방법의 실시형태는 손상된 영역(411)의 교체가 수리된 작업편(472)에 열-영향 구역을 생성하지 않으면서 수행된 수리된 작업편(472)을 가져온다는 것을 알 수 있다.
보조 개구(462)의 수, 사이즈 및 형상은 임의의 적합한 수, 사이즈 및 형상일 수 있음이 이해될 것이다. 제1 및 제2 인서트(458, 468)는 또한 임의의 적합한 컨피겨레이션을 가질 수 있다.
예를 들어, 일 실시형태에서, 보조 개구(462)는 바람직하게는 평면에서 볼 때 둥근형이다. 또한 제2 인서트(468)는 직원뿔(right circular cone)인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 제2 인서트(468)는 절두원추형(frustoconical)이다(도 6h). 맞물림 모션은 제2 인서트(468)의 회전 모션일 수 있다.
가열 요소 및 클램프는 설명의 명확성을 위해 도 6a 내지 도 6h에서는 생략되었음이 이해될 것이다.
제1 인서트 및 제2 인서트의 위치변경 모션은 대안적으로 관련 요소가 이를 수용하도록 형성되는 경우 파이프 또는 튜브 작업편의 내부에서 외부로 지향될 수 있음을 이해해야 한다.
당업자라면 그러한 방법(및 여기에 설명된 본 발명의 방법의 다른 실시형태)이 예를 들어 작업편(410)이 이동할 수 없거나 적어도 편리하게 이동할 수 없는 경우에 현장에서(in situ) 활용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 6a 내지 도 6h에 도시된 본 발명의 방법의 실시형태에서, 제1 인서트(458)는 작업편(410)의 개구(412)를 실질적으로 점유한다. 그러나, 당업자라면 개구(412)가 비교적 기다란 경우, 제1 인서트(458)의 적합한 맞물림 모션을 유지하는 것이, 즉 제1 인서트(458)의 길이로 인해 실용적이지 않을 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, (예컨대, 도 1a에 예시된 종래 기술의 예와 같은) 비교적 두꺼운 압연 금속으로 만들어진 큰 파이프는 내부에 상응하는 긴 개구(12)를 갖는 수 피트의 길이일 수 있다. 또한, 채워질 개구가 일반적으로 직선이 아닌 경우(즉, 비선형), 단일의 제1 인서트를 활용하여 개구의 대부분을 점유하는 것은 실현 가능하지 않을 수 있다. 이러한 상황에 대처하도록 의도된 본 발명의 방법의 실시형태가 도 7a 내지 도 7f에 개시되어 있다.
도 7a 내지 도 7f에 예시된 본 발명의 방법의 실시형태는 작업편을 완성하거나 마무리하거나 손상되거나 마모된 작업편을 수리하는 데 활용될 수 있음이 이해될 것이다.
도 7a에는 부분적으로 수정된 작업편(560)이 도시되어 있다. 작업편의 본체 부분(556)이 도시되어 있으며, 본체 부분은 본체 부분(556)의 개구를 규정하는 작업편의 부분이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 작업편(560)의 원래 개구는 개구 "L1"에 의해 서로 이격된 좌우의 제1 인서트(558, 559)에 의해 부분적으로 점유된다. 부분적으로 수정된 작업편(560)은 본체 부분(556)과 좌우의 제1 인서트(558, 559)를 포함한다. 좌측 및 우측의 제1 인서트(558, 559)는 또한, 그들의 각 단부에서 개구 "L2", "L3"을 규정한다. 개구 "L1", "L2" 및 "L3"은, 좌측 및 우측 제1 인서트(558, 559)가 본체 부분(556)에 접합된 후 비어 있는 상태로 남아있는 작업편의 원래의 개구의 부분이다(도 7a-7c).
좌측 및 우측의 제1 인서트(558, 559)는 위에서 설명된 본 발명의 방법, 예를 들어, 제1 인서트(458)를 남아있는 부분(456)에 접합하는 것과 관련하여 사용되는 방법(도 6c-6e)의 실시형태를 활용하여 본체 부분(556)과 접합된다는 것이 이해될 것이다. 당업자라면 좌측 및 우측 제1 인서트(558, 559)가 본체 부분(556)과 동시에 접합될 필요가 없다는 것을 이해할 것이다. 공간 제약으로 인해, 제1 인서트 중 하나를 본체 부분(556)과 접합한 다음에 다른 제1 인서트를 본체 부분(556)과 접합하는 것이 실제로 바람직할 것으로 예상된다.
본체 부분(556)과 좌우의 제1 인서트(558, 559)를 접합하는데 필요한 가열 요소 및 기타 요소는 설명의 명확성을 위해 도 7a 내지 도 7c에서 생략되어 있다.
일부 압출된 재료(미도시)가 개구 "L1" - "L3" 내로 압출될 수 있음이 이해될 것이다.
또한, 예시를 단순화하기 위해 2개의 제1 인서트만이 예시된다는 것이 이해될 것이다. 당업자라면 (무엇보다도) 채워질 개구의 전체 길이에 따라, 그 사이에 대응하는 수의 개구를 갖는 임의의 적합한 수의 제1 인서트가 있을 수 있음을 이해할 것이다.
개구 "L1" - "L3"을 채우고 또한 그 안의 압출된 재료를 제거하기 위해, 바람직하게는 보조 개구(561, 562, 563)가 부분적으로 수정된 작업편(560)에 형성된다(도 7d). 보조 개구(561, 562, 563)는 임의의 적합한 방식으로 형성될 수 있다. 도 7d에서 알 수 있는 바와 같이, 보조 개구(561)는 일단 형성되면 개구 "L2"를 둘러싸는 것이 바람직하다. 다른 보조 개구(562, 563)는 바람직하게는 개구 "L1" 및 "L3"을 각각 둘러싼다.
바람직하게는, 본체 부분(556)의 금속과, 그리고 좌우 제1 인서트(558, 559)의 금속과 접합 가능한 제2 인서트 재료를 포함하는 제2 인서트(568)가 제공된다. 제2 인서트(568)는 각각의 보조 개구(561, 562, 563)에 끼워지도록 형성되는 것이 바람직하다. 예시의 명확성을 위해, 도 7d에서, 제2 인서트(568) 중 하나가 보조 개구(561)에 위치된 것으로 도시되어 있다.
각각의 보조 개구(561, 562, 563)는 바람직하게는 보조 개구 벽 표면(566)(도 7e)에 의해 적어도 부분적으로 규정된다. 또한, 각각의 제2 인서트(568)는 바람직하게는 보조 개구(561, 562, 563) 중 하나의 보조 개구 벽 표면(566)과 맞물리도록 형성된 하나 이상의 인서트 맞물림 표면(570)(도 7e)에 의해 부분적으로 규정된다.
바람직하게는, 보조 개구 벽 표면(566) 각각은 비산화성 분위기에서 보조 개구 벽 표면(566)이 소성 변형 가능한 고온 작업 온도로 가열된다. 유사하게, 각각의 제2 인서트(568)의 제2 인서트 맞물림 표면(570)은 비산화성 분위기에서 제2 인서트 맞물림 표면(570)이 소성 변형 가능한 고온 작업 온도로 가열되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 제2 인서트(568)는 제2 인서트(568)가 맞물리도록 위치된 보조 개구 벽 표면(566)에 대해 제2 인서트 맞물림 표면(570)을 이동시키기 위해 제2 맞물림 모션을 받는다. 제2 인서트(568)가 제2 맞물림 모션을 받는 동안에, 그리고 제2 인서트 맞물림 표면(570)과 보조 개구 벽 표면(566)이 고온 작업 온도에 있는 동안에, 추가적으로, 제2 인서트(568)와 부분적으로 수리된 작업편(560) 사이에 금속 접합을 적어도 부분적으로 생성하기 위해, 그들이 서로 맞물릴 때 보조 개구 벽 표면(566) 및 제2 인서트 맞물림 표면(570)의 소성 변형을 일으키기 위해, 제2 인서트 맞물림 표면(570)을 그의 보조 개구 벽 표면(566)과 맞물리도록 하기 위해, 제2 인서트(568)는 바람직하게는 제2 인서트(568)를 그를 위해 의도된 보조 개구 내로 적어도 부분적으로 이동시키는 제2 위치변경 모션을 받기도 한다.
도 7d 및 도 7e를 참조하면, 제2 인서트(568) 중 하나가 보조 개구(561) 중 하나에 위치되고 부분적으로 수정된 작업편(560)과 접합되는 것으로 도시되어 있다. 제2 위치변경 모션은 도 7e에서 화살표 "5D2"로 표시된 방향으로 이루어지는 것임을 이해할 것이다.
또한, 제2 인서트(568) 및 부분적으로 수정된 작업편(560)의 냉각이 허용되어, 제2 인서트(568)(즉, 하나의 제2 인서트(568)가 보조 개구(561, 562, 563)에 각각 위치함) 및 부분적으로 수정된 작업편(560)을 포함하는 수정된 작업편(572)(도 7f)을 형성하는 것이 바람직하다.
도 7d, 7e, 7f에 도시된 바와 같이, 3개의 보조 개구(561, 562, 563)가 있고, 3개의 제2 인서트(568)가 3개의 보조 개구(561, 562, 563) 각각에 적어도 부분적으로 위치한다. 도 7d에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 인서트(568)는 바람직하게는 보조 개구(561)를 점유하고, 부분적으로 수정된 작업편(560)과 금속 접합된다. 이에 따라, 제2 인서트(568)가 보조 개구(561, 562, 563)에 있으면, 작업편이 수정되어 활용될 수 있다.
일 실시형태에서, 각각의 보조 개구는 바람직하게는 평면에서 볼 때 둥근형이다. 또한 제2 인서트(568)는 직원뿔인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 제2 인서트(568)는 절두원추형이다(도 7e). 맞물림 모션은 제2 인서트(568)의 회전 모션일 수 있다.
보조 개구의 수, 사이즈 및 형상은 임의의 적합한 수, 사이즈 및 형상일 수 있음이 이해될 것이다. 또한 제1 및 제2 인서트(558, 559, 568)는 임의의 적합한 컨피겨레이션을 가질 수 있다. 도 7a-7f에 도시된 바와 같은 본 방법의 실시형태는 예시일 뿐이다. 프로세스는 임의의 적합한 수의 제1 인서트를 포함할 수 있으며, 따라서 임의의 적합한 수의 보조 개구 및 제2 인서트를 포함할 수도 있다.
당업자라면, 가늘고 직선적이지 않은 작업편의 개구를 채우기 위해, 도 7a 내지 도 7f에 예시된 방법의 실시형태가 활용될 수도 있음을 알 수 있다. 예를 들어 이러한 실시형태는, 그의 길이를 따라 선형(즉, 직선)이 아니라 그 대신에 비선형인 기다란 개구를 채우기 위해 활용될 수 있다. 이는 비선형 개구를 일련의 더 작은 선형 세그먼트로 분할함으로써 달성될 수 있으며, 각각의 선형 세그먼트는, 전술한 바와 같이, 하나 이상의 제1 인서트 및 하나 이상의 제2 인서트로 채워진다.
이상으로부터, 도 7a 내지 도 7f에 예시된 본 발명의 방법의 실시형태가, 손상된 영역의 교체가 수정된 작업편(572)에서 열-영향 구역을 생성하지 않으면서 수행된 수정된 작업편(572)을 가져온다는 것을 알 수 있다.
예시의 명료함을 위해 가열 요소 및 클램프는 도 7a-7f에서 생략되었음이 이해될 것이다.
제1 인서트 및 제2 인서트의 위치변경 모션은, 대안적으로, 파이프 또는 튜브 작업편의 내부로부터 그 외부를 향해 방사상 외측으로 지향될 수 있으며, 여기서 관련 요소는 이를 수용하도록 형성된다는 것이 이해될 것이다.
당업자라면 이러한 방법(및 여기에 설명된 본 발명의 방법의 다른 실시형태)이, 예를 들어 작업편이 이동될 수 없거나, 또는 적어도 편리하게 이동되어질 수 없는 경우에 현장에서(in situ) 활용될 수 있음을 이해할 것이다.
당업자라면, 본 발명이 다양한 형태를 취할 수 있으며, 그러한 형태가 청구된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있음을 이해할 것이다. 청구범위의 범주는 실시예로 제시된 바람직한 실시형태에 의해 제한되어서는 안 되며, 전체로서 설명과 부합하는 가장 넓은 해석이 주어져야 한다.

Claims (20)

  1. 금속으로 된 작업편의 적어도 하나의 개구를 적어도 부분적으로 채우는 방법으로서, 상기 적어도 하나의 개구는 적어도 하나의 개구 벽 표면을 갖는 적어도 하나의 개구 벽에 의해 적어도 부분적으로 규정되며, 상기 방법은:
    (a) 상기 금속과 금속 접합 가능한 인서트 재료를 포함하는 인서트를 제공하는 단계 - 상기 인서트는 상기 적어도 하나의 개구에 적어도 부분적으로 끼워지도록 형성되고, 상기 인서트는 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면과 맞물리도록 형성된 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면을 갖음 -;
    (b) 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면을 소성 변형시킬 수 있는 고온 작업 온도로 제1 비산화성 분위기에서 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면을 가열하는 단계;
    (c) 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면을 소성 변형시킬 수 있는 상기 고온 작업 온도로 제2 비산화성 분위기에서 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면을 가열하는 단계;
    (d) 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면에 대해 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면을 이동시키기 위해, 상기 인서트가 맞물림 모션을 받게 하는 단계;
    (e) 상기 인서트가 상기 맞물림 모션을 받는 동안에, 그리고 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면 및 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면이 상기 고온 작업 온도에 있는 동안에, 상기 인서트와 상기 작업편 사이에 금속 접합을 적어도 부분적으로 생성하기 위해, 서로 맞물릴 때 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면과 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면의 소성 변형을 일으키도록, 상기 인서트가 상기 맞물림 모션을 받는 동안 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면을 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면과 맞물리게 하기 위해, 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 개구 내로 상기 인서트를 이동시키기 위한 위치변경 모션을 상기 인서트가 받게 하는 단계; 및
    (f) 상기 인서트 및 상기 작업편을 냉각하도록 허용하고, 상기 인서트 및 상기 작업편을 함께 고화시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구 벽 표면은 상기 고온 작업 온도로 균일하게 가열되고, 상기 적어도 하나의 개구 벽은 상기 적어도 하나의 개구 벽에서 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면으로부터 제1 거리까지 상기 고온 작업 온도로 균일하게 가열되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면은 상기 고온 작업 온도로 균일하게 가열되고, 상기 적어도 하나의 인서트는 상기 적어도 하나의 인서트에서 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면으로부터 제2 거리까지 상기 고온 작업 온도로 균일하게 가열되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 맞물림 모션은 상기 작업편에 대한 오실레이션(oscillating) 모션인, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오실레이션(oscillating) 모션은 상기 인서트가 상기 작업편에 대해 이동되는 상기 인서트의 선형 모션인, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 맞물림 모션은 상기 인서트의 축을 중심으로 하는, 상기 작업편에 대한 상기 인서트의 회전인, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 맞물림 모션은 상기 작업편에 대한 바이브레이션(vibrating) 모션인, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구 벽 표면은 평면이고, 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면은 평면인, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 위치변경 모션은 상기 적어도 하나의 개구 내로의 미리 결정된 선형 방향이고, 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면은 상기 미리 결정된 선형 방향에 대해 미리 결정된 각도로 위치되는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 위치변경 모션은 상기 적어도 하나의 개구 내로의 미리 결정된 선형 방향인, 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 인서트는 그의 내측 단부와 외측 단부 사이에서 연장되고; 그리고
    상기 인서트는 상기 내측 단부와 상기 외측 단부 중 하나 이상에서 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면에 근접하게 위치되는 적어도 하나의 모따기 가공된(chamfered) 인서트 표면을 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구 벽 표면은 내측 단부와 외측 단부 사이에서 연장되고; 그리고
    상기 작업편은 상기 내측 단부 및 상기 외측 단부 중 하나 이상에서 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면에 근접하게 위치되는 적어도 하나의 모따기 가공된 작업편 표면을 포함하는, 방법.
  13. 금속으로 된 작업편의 적어도 하나의 개구를 적어도 부분적으로 채우는 시스템으로서, 상기 적어도 하나의 개구는 적어도 하나의 개구 벽 표면을 갖는 적어도 하나의 개구 벽에 의해 적어도 부분적으로 규정되고, 상기 시스템은:
    상기 작업편을 움직이지 않게 고정하기 위한 적어도 하나의 클램프 서브어셈블리;
    상기 금속과 접합 가능한 인서트 재료를 포함하는 인서트 - 상기 인서트는 상기 적어도 하나의 개구 내에 적어도 부분적으로 끼워지도록 형성되고, 상기 인서트는 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면과 맞물리도록 형성된 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면을 가짐 -;
    상기 적어도 하나의 개구 벽 표면을 소성 변형시킬 수 있는 고온 작업 온도로 제1 비산화성 분위기에서 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면을 가열하기 위한 적어도 하나의 제1 가열 요소;
    상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면을 소성 변형시킬 수 있는 상기 고온 작업 온도로 제2 비산화성 분위기에서 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면을 가열하기 위한 적어도 하나의 제2 가열 요소;
    인서트 이동 서브어셈블리로서, 상기 인서트와 상기 작업편의 금속 접합을 위해, 서로 맞물릴 때 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면과 상기 적어도 하나의 맞물림 표면의 소성 변형을 위해, (i) 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면이 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면에 대해 이동되는 맞물림 모션, 및 (ii) 상기 인서트가 상기 적어도 하나의 개구 내로 적어도 부분적으로 이동되는 위치변경 모션을, 상기 인서트가 동시에 받도록 하기 위한, 상기 인서트 이동 서브어셈블리
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제1 가열 요소 및 상기 적어도 하나의 제2 가열 요소는, 상기 적어도 하나의 개구 벽이 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면으로부터 상기 적어도 하나의 개구 벽의 적어도 제1 거리까지 상기 고온 작업 온도로 가열될 때, 그리고 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면이 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면으로부터 상기 인서트의 적어도 제2 거리까지 상기 고온 작업 온도로 가열될 때, 제거될 수 있으며, 그리고
    상기 시스템은, 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면과 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면이 서로 맞물리고 소성 변형된 후, 상기 인서트와 상기 작업편의 냉각을 허용하여, 상기 인서트와 상기 작업편을 금속 접합하도록 구성되는, 시스템.
  14. 튜브를 작업편에서의 적어도 하나의 개구 - 상기 적어도 하나의 개구는 적어도 하나의 개구 벽 표면을 갖는 적어도 하나의 개구 벽에 의해 적어도 부분적으로 규정됨 - 와 적어도 부분적으로 정렬하기 위해, 금속으로 된 상기 작업편에 적어도 부분적으로 상기 튜브를 부착하는 방법으로서, 상기 방법은:
    (a) 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면과 맞물리도록 구성된 상기 튜브 상의 적어도 하나의 튜브 맞물림 표면을 형성하는 단계;
    (b) 제1 비산화성 분위기에서 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면을 고온 작업 온도로 가열하는 단계 - 상기 고온 작업 온도에서 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면은 소성 변형 가능함 -;
    (c) 제2 비산화성 분위기에서 상기 적어도 하나의 튜브 맞물림 표면을 상기 고온 작업 온도로 가열하는 단계 - 상기 고온 작업 온도에서 상기 적어도 하나의 튜브 맞물림 표면은 소성 변형 가능함 -;
    (d) 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면에 대해 상기 적어도 하나의 튜브 맞물림 표면을 이동시키기 위해 상기 튜브가 맞물림 모션을 받게 하는 단계;
    (e) 상기 튜브가 상기 맞물림 모션을 받는 동안에, 그리고 상기 적어도 하나의 튜브 맞물림 표면 및 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면이 상기 고온 작업 온도에 있는 동안에, 상기 튜브와 상기 작업편 사이에 금속 접합을 적어도 부분적으로 생성하기 위해, 서로 맞물릴 때 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면과 상기 적어도 하나의 튜브 맞물림 표면의 소성 변형을 일으키도록, 상기 튜브가 상기 맞물림 모션을 받는 동안 상기 적어도 하나의 튜브 맞물림 표면을 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면과 맞물리게 하기 위해, 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 개구 내로 상기 튜브를 이동시키기 위한 위치변경 모션을 상기 튜브가 받게 하는 단계; 및
    (f) 상기 튜브 및 상기 작업편을 냉각하도록 허용하고, 상기 튜브 및 상기 작업편을 함께 고화시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  15. 결함 영역을 포함하는 작업편의 수리 방법으로서, 상기 방법은:
    (a) 상기 결함 영역을 포함하는 상기 작업편의 일부를 제거하고, 상기 작업편의 남아있는 부분에 개구를 제공하는 단계 - 상기 개구는 상기 작업편의 상기 남아있는 부분에 적어도 하나의 개구 벽 표면을 갖는 적어도 하나의 개구 벽에 의해 규정됨 -;
    (b) 금속과 금속 접합 가능한 제1 인서트 재료를 포함하는 제1 인서트를 제공하는 단계 - 상기 제1 인서트는 상기 적어도 하나의 개구의 적어도 일부에 적어도 부분적으로 끼워지도록 형성되며, 상기 제1 인서트는 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면과 맞물리도록 형성된 적어도 하나의 제1 인서트 맞물림 표면을 갖음 -;
    (c) 제1 비산화성 분위기에서 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면을 소성 변형 가능한 고온 작업 온도로 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면을 가열하는 단계;
    (d) 제2 비산화성 분위기에서 상기 적어도 하나의 제1 인서트 맞물림 표면을 소성 변형 가능한 상기 고온 작업 온도로 상기 적어도 하나의 제1 인서트 맞물림 표면을 가열하는 단계;
    (e) 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면에 대해 상기 적어도 하나의 제1 인서트 맞물림 표면을 이동시키기 위해, 상기 제1 인서트가 제1 맞물림 모션을 받게 하는 단계;
    (f) 상기 제1 인서트가 상기 제1 맞물림 모션을 받는 동안에, 그리고 상기 적어도 하나의 제1 인서트 맞물림 표면 및 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면이 상기 고온 작업 온도에 있는 동안에, 상기 제1 인서트와 상기 작업편의 상기 남아있는 부분 사이에 금속 접합을 적어도 부분적으로 생성하기 위해, 서로 맞물릴 때 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면과 상기 적어도 하나의 제1 인서트 맞물림 표면의 소성 변형을 일으키도록, 상기 제1 인서트가 상기 맞물림 모션을 받는 동안 상기 적어도 하나의 제1 인서트 맞물림 표면을 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면과 맞물리게 하기 위해, 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 개구 내로 상기 제1 인서트를 이동시키기 위한 제1 위치변경 모션을 상기 제1 인서트가 받게 하는 단계; 및
    (g) 상기 제1 인서트 및 상기 작업편의 상기 남아있는 부분을 냉각하도록 허용하고, 함께 금속 접합된 상기 작업편의 상기 남아있는 부분 및 상기 제1 인서트를 포함하는 부분적으로 수리된 작업편을 제공하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 추가적으로,
    (h) 상기 부분적으로 수리된 작업편에 적어도 하나의 보조(supplementary) 개구를 형성하는 단계 - 상기 적어도 하나의 보조 개구는 상기 제1 인서트에 적어도 부분적으로 위치되고, 그리고 상기 작업편의 상기 남아있는 부분에 적어도 부분적으로 위치되는 적어도 하나의 보조 개구 벽에 의해 규정되고, 상기 적어도 하나의 보조 개구 벽은 적어도 하나의 보조 개구 벽 표면을 갖음 -;
    (i) 상기 금속과 금속 접합 가능한 제2 인서트 재료를 포함하는 적어도 하나의 제2 인서트를 제공하는 단계 - 상기 적어도 하나의 제2 인서트는 상기 적어도 하나의 보조 개구 내에 적어도 부분적으로 끼워지도록 형성되고, 상기 적어도 하나의 제2 인서트는 상기 적어도 하나의 보조 개구 벽 표면과 맞물리도록 형성된 적어도 하나의 제2 인서트 맞물림 표면을 갖음 -;
    (j) 상기 적어도 하나의 보조 개구 벽 표면이 소성 변형될 수 있는 상기 고온 작업 온도로 상기 비산화성 분위기에서 상기 적어도 하나의 보조 개구 벽 표면을 가열하는 단계;
    (k) 상기 적어도 하나의 제2 인서트 맞물림 표면이 소성 변형될 수 있는 상기 고온 작업 온도로 상기 비산화성 분위기에서 상기 적어도 하나의 제2 인서트 맞물림 표면을 가열하는 단계;
    (l) 상기 적어도 하나의 보조 개구 벽 표면에 대해 상기 적어도 하나의 제2 인서트 맞물림 표면을 이동시키기 위해, 상기 적어도 하나의 제2 인서트가 제2 맞물림 모션을 받도록 하는 단계;
    (m) 상기 적어도 하나의 제2 인서트가 상기 제2 맞물림 모션을 받는 동안에, 그리고 상기 적어도 하나의 제2 인서트 맞물림 표면 및 상기 적어도 하나의 보조 개구 벽 표면이 상기 고온 작업 온도에 있는 동안에, 상기 적어도 하나의 제2 인서트와 상기 부분적으로 수리된 작업편 사이에 금속 접합을 적어도 부분적으로 생성하기 위해, 서로 맞물릴 때 상기 적어도 하나의 보조 개구 벽 표면과 상기 적어도 하나의 제2 인서트 맞물림 표면의 소성 변형을 일으키도록, 상기 적어도 하나의 제2 인서트 맞물림 표면을 상기 적어도 하나의 보조 개구 벽 표면과 맞물리게 하기 위해, 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 보조 개구 내로 상기 적어도 하나의 제2 인서트를 이동시키기 위한 제2 위치변경 모션을 상기 적어도 하나의 제2 인서트가 받게 하는 단계; 및
    (n) 상기 적어도 하나의 제2 인서트 및 상기 부분적으로 수리된 작업편을 냉각하도록 허용하고, 상기 적어도 하나의 제2 인서트 및 상기 부분적으로 수리된 작업편을 포함하는 수리된 작업편을 형성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 보조 개구는 둥근형인, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 인서트는 직원뿔(right circular cone)인, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 인서트는 절두원추형(frustoconical)인, 방법.
  20. 작업편의 적어도 하나의 개구를 적어도 부분적으로 채우는 방법으로서, 상기 작업편은 적어도 2개의 층을 포함하고, 상기 적어도 2개의 층 각각은 각각의 금속을 포함하고, 상기 적어도 하나의 개구는 적어도 하나의 개구 벽 표면에 의해 적어도 부분적으로 규정되고, 상기 방법은:
    (a) 상기 작업편의 상기 적어도 2개의 층의 각각의 금속과 금속 접합 가능한 적어도 2개의 인서트 재료를 포함하는 인서트를 제공하는 단계 - 상기 인서트는 상기 적어도 하나의 개구 내에 적어도 부분적으로 끼워지도록 형성되고, 상기 인서트는 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면과 맞물리도록 형성된 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면을 갖음 -;
    (b) 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면을 소성 변형시킬 수 있는 고온 작업 온도로 제1 비산화성 분위기에서 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면을 가열하는 단계;
    (c) 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면을 소성 변형시킬 수 있는 상기 고온 작업 온도로 제2 비산화성 분위기에서 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면을 가열하는 단계;
    (d) 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면에 대해 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면을 이동시키기 위해, 상기 인서트가 맞물림 모션을 받게 하는 단계;
    (e) 상기 인서트가 상기 맞물림 모션을 받는 동안에, 그리고 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면 및 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면이 상기 고온 작업 온도에 있는 동안에, 상기 인서트와 상기 작업편 사이에 금속 접합을 적어도 부분적으로 생성하기 위해, 서로 맞물릴 때 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면과 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면의 소성 변형을 일으키도록, 상기 인서트가 상기 맞물림 모션을 받는 동안 상기 적어도 하나의 인서트 맞물림 표면을 상기 적어도 하나의 개구 벽 표면과 맞물리게 하기 위해, 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 개구 내로 상기 인서트를 이동시키기 위한 위치변경 모션을 상기 인서트가 받게 하는 단계; 및
    (f) 상기 인서트 및 상기 작업편을 냉각하도록 허용하고, 상기 인서트 및 상기 작업편을 함께 고화시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
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