KR20230012994A - 용접의 반복성 향상 방법 - Google Patents

Abstract

제1 튜브형 구성요소 및 제2 튜브형 구성요소로 이루어진 조립체의 용접 방법으로서, 제1 및 제2 튜브형 구성요소는 각각 제1 및 제2 원통부를 갖고, 상기 방법은 프레싱 지그, 프레싱 툴, 용접 지그 및 용접 헤드를 사용하며, 상기 방법은
- 제1 튜브형 구성요소를 프레싱 지그에 대하여 위치 설정하는 단계,
- 제1 튜브형 구성요소를 프레싱 지그에 대하여 클램핑하는 단계,
- 제2 원통부를 제1 원통부에 자유롭게 끼워넣는 단계로서, 2개의 원통부는 거의 동축인 것인 단계,
- 제2 튜브형 구성요소를 제1 원통부와 프레싱 지그에 대하여 배치하는 단계,
- 제2 튜브형 구성요소를 프레싱 지그에 대해 조이는 단계,
- 끼워맞춰진 2개의 원통부를 프레싱 툴과 정렬시키는 단계,
- 소성 변형에 의해 2개의 원통부를 프레싱하여, 제1 및 제2 프레싱된 튜브형 구성요소가 강성 조립체를 형성하고, 끼워맞춰지고 프레싱된 2개의 원통부가 피팅 및 조인트를 형성하는 것인 단계,
- 강성 조립체를 용접 지그에 대해 위치 설정하는 단계,
- 강성 조립체를 용접 지그에 대해 클램핑하는 단계, 및
- 용접 헤드를 피팅과 조인트에 대해 반복적으로 위치 설정 및 배향시키는 것에 용접하는 단계
를 포함하고, 강성 조립체는 프레싱 상태에서 제1 튜브형 구성요소에만 속하는 하나 이상의 표면을 따라 용접 지그에 대해 위치 설정된다.

Description

용접의 반복성 향상 방법{PROCESS FOR IMPROVING THE REPEATABILITY OF A WELD}

본 발명은 2개의 튜브형 구성요소를 함께 피팅함으로써 얻어지는 조인트의 용접 방법에 관한 것이다. 상기한 방법은 특히 내연기관에 있는 배기 라인의 가스를 안내하는 데 사용되는 튜브 및 부속품을 용접하는 데 사용될 수 있다.

본 발명의 목적은, MIG/MAG, TIG 또는 LASER 기술이 사용되는 경우, 특히 이러한 기술이 로봇화되는 경우에 용접 비드를 위한 일정한 품질을 제공하기 위해 용접의 반복성을 향상시키는 것이다.

원형 조인트의 아크 및 겹침 용접 또는 레이저 겹침 용접이 업계에서 널리 사용되고 있다. 용접 시, 각각 원통부를 갖는 2개의 금속 튜브형 구성요소는, 제1 원통부가 제2 원통부를 부분적으로 덮도록 겹쳐지게 피팅된다.

자동차 배기 분야에서, 오스테나이트강, 페라이트강 또는 듀플렉스강과 같이 상기한 용접에 적합한 재료는 변경된다. 상기한 강은 서비스 시 우수한 내식성 및 내마모성의 특성을 갖는다.

배기 라인을 형성하는 파이프는 가스 안내 기능 및 차량의 오염 제거 및 부착 시스템에 관한 유지 기능을 갖는다. 파이프는 포함되는 디바이스에 따라 그리고 후드 아래 또는 차체 아래에서 이용 가능한 공간에 따라 다양한 형상을 갖는다. 파이프는 플랜지에 의해 서로 또는 차량의 다른 부품에 커플링될 수 있다.

파이프 두께가 얇을 때, 즉 0.6 mm 내지 1.0 mm로 이루어질 때는, 용접 파라메터의 조정이 한계에 직면할 수 있고, 이 경우 두께에 대하여 에너지를 줄이기 위해 아크 용접 기술을 더 이상 사용할 수 없다. 한가지 솔루션은 조립할 원통부들 사이에 하나 이상의 슬리브를 넣는 것에 의해 재료를 추가하는 것으로 이루어진다. 슬리브는 직접 장착될 수도 있고, 통상적으로 롤업에 의해 재료와 일체화될 수도 있다. 롤업은 뒤집기에 의해 튜브의 이중벽 또는 심지어는 삼중벽을 얻기 위한 공정을 일컫는다. 재료의 추가는 용접의 조정 가능성을 증가시키는 효과를 갖는다.

라인, 특히 파이프의 구성 요소는 주로 MIG/MAG 겹침 용접 기술을 사용하여 용접된다. 이 구성 요소는 또한 TIG 겹침 용접 기술 또는 레이저 겹침 용접 기술을 사용하여 용접될 수도 있다. 일단 완성되고 나면, 용접부는 서비스 시의 내마모성 및 추가로 누설 방지에 관한 요건에 기초하여 형성된 기술적 상세 및/또는 규격을 충족해야만 한다. 누설 방지 요건은, 용접부가 오염 제거 시스템 상류에 있는지 또는 하류에 있는지 여부에 따라 보다 엄격하다.

따라서, 과제는 3개의 주요 용접 조건, 즉 조인트에 사전 존재하는 클리어런스의 감소, 용접 충격 지점의 위치 설정, 및 마지막으로 원형 조인트 및 압입부에 대한 용접 헤드의 배향을 제어하는 것에 의해, 압입으로 인해 형성된 원형 조인트의 MIG/MAG 또는 TIG 겹침 용접이나 레이저 투과 용접의 반복성을 보장할 수 있는 방법을 찾는 것이다.

상기 과제는 또한 제조비 절감에 관련된 생산성 요건에 관한 것이다. 구체적으로, 슬리브를 포함하고 용접 툴에 위치 설정되는 2개의 원통형 튜브 구성요소의 상호 압입은 허용 가능한 사이클 타임 내에 수행되어야만 한다.

마지막으로, 상기 과제는 조립체의 기하학적 적합성에 관한 것이다. 용접 후, 하류 공정의 실행 가능성과 최종 제품의 기능을 보장하기 위해 공차는 형태 및 위치 특성에 의해 충족되어야만 한다.

이와 관련하여, 원통부를 포함하는 구성요소들의 조립 방법으로서, 자유 조정에 의한 압입 공정, 지그에 대한 위치 설정, 교정 및 브레이징을 포함하는 방법을 구현하는 것이 알려져 있다. 상기 방법은 다수의 문제를 해결한다: 자유 피팅으로 인해 튜브형 구성요소가 허용 가능한 사이클 타임으로 적재될 수 있다. 지그에 구성요소를 위치 설정함으로써 조립체의 기하학적 적합성이 제공된다. 교정으로 인해 클리어런스가 감소되고, 이것은 브레이징 프로세스와 모세관 힘을 사용하는 원리를 가능하게 한다.

2개의 대응하는 로봇에 의해 취급되는 2개의 원통형의 튜브형 구성요소의 자동 피팅을 제어하는 방법을 사용하는 것도 또한 알려져 있다. 수단이 피팅중에 삽입력을 기록하고, 이 삽입력을, 구성요소의 오프셋에 삽입력을 연계시키는 법칙과 비교하여, 보정값을 계산한다. 보정값은 압입할 2개의 구성요소를 재정렬하는 데 사용된다.

비전에 의해 조인트를 로케이팅하는 방법을 구현하는 것도 또한 알려져 있다. 이 방법은 원형 조인트의 로봇식 겹침 용접에 적용되어, 용접 충격 지점의 위치를 조인트 한정 표면들이 만나는 선과 정렬시킬 수 있다. 상기한 비전 지원 자동 정렬은 용접 반복성에 기여한다.

그러나, 기지의 프로세스 및 방법, 심지어는 그 조합도 조인트가 슬리브를 포함하든 포함하지 않든 원형 조인트의 아크 및 겹침 용접 조건을 제어하는 것에 관한 문제를 완전히 해결하지 못한다.

상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 조립체 용접을 위한 자동 방법으로서, 상기 조립체는

- 적어도 제1 프레싱면과 제1 원통부를 포함하는 제1 튜브형 구성요소로서, 상기 제1 원통부는 제1 외면 및 제1 내면을 갖고, 제1 외면 및 제1 내면은 적어도 하나의 제1 프레싱면에 속하지 않는 것인 제1 튜브형 구성요소와,

- 적어도 제2 프레싱면과 제2 원통부를 포함하는 제2 튜브형 구성요소로서, 상기 제2 원통부는 제2 외면 및 제2 내면을 갖고, 제2 외면 및 제2 내면은 적어도 하나의 제2 프레싱면에 속하지 않는 것인 제2 튜브형 구성요소

를 포함하고, 상기 방법은

- 적어도 제1 수용면과 적어도 제2 수용면을 포함하는 프레싱 지그,

- 축(S)을 따라 재료를 반경방향으로 성형하도록 된 프레싱 툴,

- 적어도 제3 수용면을 포함하는 용접 지그, 및

- 용접 헤드

를 수반하고, 상기 방법은 아래의 단계, 즉

- 적어도 하나의 제1 프레싱면이 적어도 하나의 제1 수용면과 접촉 배치되도록 제1 튜브형 구성요소를 프레싱 지그에 대하여 위치 설정하는 단계,

- 제1 튜브형 구성요소를 고정하기 위해 제1 튜브형 구성요소를 적어도 하나의 제1 수용면에 대해 클램핑하는 단계,

- 제2 튜브형 구성요소의 제2 원통부 - 이 제2 원통부는 제1 원통부와 거의 동축임 - 를 제1 튜브형 구성요소의 제1 원통부 내로 자유롭게 피팅하는 단계,

- 적어도 하나의 제2 프레싱면이 적어도 하나의 제2 수용면과 접촉되도록 제2 튜브형 구성요소를 제1 튜브형 구성요소 및 프레싱 지그에 대해 배치하는 단계,

- 제2 튜브형 구성요소가 수용면에 의해 배향되도록 제2 튜브형 구성요소를 적어도 하나의 수용면에 대해 “슬라이딩” 클램핑하는 단계,

- 피팅된 제1 및 제2 원통부를 프레싱 툴의 축(S)과 정렬시키는 단계,

- 압입된 제1 및 제2 원통부를 소성 변형에 의해 프레싱하는 단계로서, 프레싱된 상태의 제1 및 제2 튜브형 구성요소는 강성 조립체를 형성하고, 압입되고 프레싱된 제1 및 제2 원통부는 압입부 및 조인트를 형성하며, 형성된 강성 조립체는 적어도 제3 프레싱면을 더 포함하는 것인 단계,

- 강성 조립체를 용접 지그에 대해 위치 설정하는 단계,

- 강성 조립체를 용접 지그에 대해 클램핑하는 단계, 및

- 압입부 및 조인트에 대해 반복적으로 용접 헤드를 위치 설정 및 배향시키는 것에 의해 제1 튜브형 구성요소를 제2 튜브형 구성요소에 용접하는 단계

를 포함하며, 강성 조립체를 용접 지그에 대해 위치 설정하는 단계는 적어도 하나의 제3 프레싱면을 적어도 하나의 제3 수용면과 접촉시키는 것에 의해 달성되고, 적어도 하나의 제3 프레싱면은 제1 튜브형 구성요소에 속하고, 바람직하게는 적어도 하나의 제1 프레싱면과 동일한 것인 방법을 제안한다.

특정 피쳐(feature) 또는 실시예가 단독으로 또는 조합되어 사용 가능하다:

상기 방법은, 제1 구성요소를 위치 설정하는 단계 이전에 적어도 제1 또는 제2 내면 및/또는 적어도 제1 또는 제2 외면에 슬리브를 끼우는 단계를 포함할 수 있다.

프레싱은 제2 원통부에 대해 제1 원통부를 수축시키는 것에 의해 수행될 수 있다.

프레싱은 제1 원통부에 대해 제2 원통부를 팽창시키는 것에 의해 수행될 수 있다.

정렬 및 프레싱은 동시에 수행될 수 있다.

용접은 압입부의 레이저 겹침 용접 또는 조인트의 아크 및 겹침 용접일 수 있다.

용접 지그는 프레싱 지그의 구성요소일 수 있다.

프레싱 지그 및 용접 지그는 서로 구별될 수 있고, 강성 조립체는 프레싱과 용접 사이에서 이동될 수 있다.

적어도 하나의 제3 수용면은 적어도 하나의 제1 수용면과 거의 동일/공통일 수 있다.

제2 양태에서, 본 발명은 프레임, 프레싱 지그 및 프레싱 툴을 포함하는 프레싱 수단을 구현하는 것을 제안하며, 이 프레싱 툴은, 적재 위치(C)와 작업 위치 사이에서 프레임에 대해 이동 가능하고, 작업 위치에서 축(S)을 획정하는 죠오(jaw) 쌍을 가지며, 프레싱 지그는 또한 각각 제1 원통부 및 제2 원통부를 갖는 제1 튜브형 구성요소 및 제2 튜브형 구성요소를 수용하도록 되어 있으며, 제2 원통부는 제1 원통부 내로 자유롭게 피팅되고, 2개의 원통부는 실질적으로 동축인 것인 프레싱 수단에 있어서, 이 프레싱 수단은 피팅된 원통부들을 축(S)과 정렬시키는 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

프레싱 수단의 특별한 특징은, 죠오 쌍이 축(S)에 수직한 축(Z)을 따라 프레임에 대해 병진 이동 가능하고, 정렬 디바이스가 프레싱 지그와 프레임 사이에 장착되는 적어도 하나의 피봇식 연결부를 포함하며, 바람직하게는 적어도 하나의 피봇식 연결부는 축(P1)을 따르고, 축(P1, Z, S)들이 보다 바람직하게는 대응하는 축(P1, P2)들을 따른 2개의 피봇식 연결부를 따라 직사각형 삼면체(rectangular trihedron)를 형성하며, 축(P1, Z, S)들은 직사각형 삼면체를 형성하고, P2는 Z에 평행하고 P1과 교차한다는 것이다.

본 발명은 첨부 도면을 참고로 하여, 단지 예로서 주어지는 아래의 설명을 읽어봄으로써 보다 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 제1 튜브형 구성요소를 보여주는 도면.
도 2는 제1 실시예에 따른 제2 튜브형 구성요소를 보여주는 도면.
도 3은 제1 실시예의 변형예에 따른 제1 튜브형 구성요소를 보여주는 도면.
도 4는 제1 실시예에 따른 프레싱 수단을 보여주는 도면.
도 5는 제1 실시예에 따른 용접 단계를 보여주는 도면.
도 6은 제1 실시예의 변형예에 따른 다른 용접 단계를 보여주는 도면.
도 7은 제2 실시예에 따른 제1 튜브형 구성요소를 보여주는 도면.
도 8은 제2 실시예에 따른 제2 튜브형 구성요소를 보여주는 도면.
도 9는 제2 실시예에 따른 프레싱 수단을 보여주는 도면.
도 10은 제2 실시예에 따른 용접 단계를 보여주는 도면.
도 11은 제1 실시예에 따른, 정렬 디바이스를 포함하는 프레싱 수단을 보여주는 도면.

도 1 내지 도 3을 참고하고 제1 실시예에 따르면, 제1 및 제2 튜브형 구성요소(10a, 20a)는 제1 및 제2 프레싱면(12a, 22a)과 각각의 대응하는 제1 및 제2 원통부(14a, 24a)를 포함한다. 제1 및 제2 원통부(14a, 24a)의 외면(16a, 26a) 및 내면(18a, 28a)은 제1 및 제2 프레싱면(12a, 22a)에 속하지 않는다.

튜브형 구성요소(10a, 20a)는 통상 가스를 안내하고 가스에서 오염물을 제거하는 기능을 갖는 배기 라인의 제조를 위해 조립된다. 이 제1 실시예에 따르면, 구성요소는 스테인리스강, 바람직하게는 페라이트 스테인리스강, 훨씬 더 바람직하게는 1.4509 강으로 형성된다. 튜브형 구성요소(10a, 20a)는 통상 1.0 mm 내지 2.5 mm로 이루어진 두꺼운 두께나, 0.6 mm 내지 1.0 mm로 이루어진 얇은 두께를 가질 수 있다.

원통부(14a)는 회전면이고, 통상 40 mm 내지 80 mm로 이루어진 내경(D1)을 갖는다.

원통부(24a)는 회전면이고, 통상 40 mm 내지 80 mm로 이루어진 외경을 갖는다.

원통부(14a, 24a)는 또한, 통상 0.6 mm인 대응하는 원통도(cylindricity) 결함(Ci)을 갖는다.

도 1을 참고하면, 제1 구성요소(10a)는 두께가 거의 1.2 mm이고 길이가 8.0 mm인 드로잉 배럴(14a)을 포함한다.

도 3을 참고하고 구성요소의 변형예에 따르면, 제1 튜브형 구성요소(10a)는 튜브형 구성요소(10a)와 재료 연속성이 있는 드로잉 배럴(114a)을 포함하는 원통부(14a)와, 내부에서 드로잉 배럴(114a)에 커플링되는 슬리브(214a)를 포함한다. 배럴(114a)은 내면(118a)을 갖고, 슬리브는 외면(216a)을 갖는다. 커플링은 외면(216a)이 내면(118a)과 접촉하도록 수행된다. 이 변형예에 따르면, 드로잉 배럴(114a)은 거의 0.8 mm의 두께와, 8.0 mm의 길이를 갖는다. 슬리브(214a)는 1.0 mm의 두께와 10.0 mm의 길이를 갖는다. 커플링은 배럴(114a) 내부에 슬리브(214a)를 피팅한 다음, 내면(118a)과 외면(216a) 사이의 클리어런스가 거의 0이 되도록 팽창에 의해 배럴(114a)과 슬리브(214a)의 원형 단부를 인접시킴으로써 달성된다. 유리하게는, 배럴과 슬리브는 커플링을 유지하도록 팽창 후에 스폿 용접된다.

도 1 내지 도 4를 참고하고 제1 실시예에 따르면, 제1 구성요소(14a)를 제2 구성요소(20a)와 조립하는 방법은 프레싱 지그(30a)와 프레싱 툴(40a)을 포함하는 프레싱 수단을 사용한다. 프레싱 지그(30)는 제1 및 제2 수용면(32a, 34a)을 갖는다. 프레싱 툴은 재료를 축(S)을 따라 반경방향으로 성형하도록 되어 있다. 상기 방법은 연속적인 공정, 즉 제1 구성요소(10a)를 위치 설정하고 클램핑하는 공정, 제1 원통부(14a)에 제2 원통부(24a)를 자유 피팅하는 공정, 제2 구성요소(20a)를 배치하고 ‘슬라이딩' 클램핑하는 공정, 2개의 원통부(14a, 24a)를 축(S)과 정렬시키는 공정, 및 마지막으로 제1 구성요소(10a)를 제2 구성요소(20a)에 대해 프레싱하는 공정을 포함한다.

제1 공정에 따르면, 제1 튜브형 구성요소(10a)는 제1 프레싱면(12a)을 제1 수용면(32a)과 접촉시키는 것에 의해 프레싱 지그에 대해 위치 설정된다. 튜브형 구성요소(10a)는 그 후 제1 수용면(32a)에 대해 클램핑된다. “클램핑된다”는 것은, 구성요소(10a)가 프레싱 지그(30a)에 대해 고정됨을 의미한다.

도 4를 참고하면, 제1 프레싱면(12a)과 수용면(32a)은 구성요소(10a)의 6개 자유도를 차단하는 것에 의해 구성요소(10a)의 등방압 위치 설정을 위한 조건을 형성하고, 적절한 클램핑 시퀀스가 구성요소(10a)를 프레싱 지그에 대해 고정한다. 제1 프레싱면(12a)의 일부는 통상적으로 차체 아래에 배기 파이프를 위치 설정하고 장착시키는 데 사용된다.

제2 공정에 따르면, 제2 원통부(24a)가 거의 동축 방식으로 제1 원통부(14a)에 자유롭게 피팅되고, 원통부(14a)는 슬리브(214a)를 포함하지 않는다. 2개의 원통부(14a, 24a)의 자유 피팅 조건을 충족하기 위해, 0.1 mm보다 큰 조립 클리어런스(JA)를 제공하는 것이 통상적이다. 조립 클리어런스는 공식: JA = (Di-Ci/2) - (de+ce/2)에 따른 원통부(14a, 24a)의 직경과 원통도 결함의 함수이다.

제3 공정에 따르면, 제2 튜브형 구성요소(20a)는 제2프레싱면(22a)을 제2 수용면(34a)과 접촉시키는 것에 의해 제1 구성요소(10a)와 프레싱 지그(30a)에 대해 배치된다. 배치 후, 제2 구성요소(6a)는 제2 수용면(34a)을 따라 프레싱 지그(30a)에 대해 “슬라이딩” 클램핑된다. “슬라이딩 클램핑된다”는 것은, 프레싱 동안에 제2 프레싱면(22a)과 제2 수용면(34a) 간의 변위 및 제1 내면(18a)과 제2 외면(26a) 간의 변위가 가능함을 의미한다.

제2 구성요소(20a)를 배치하는 제1 모드에 따르면, 그리고 도 4를 참고하면, 조립 클리어런스(JA)는 제2 구성요소(20a)가 피팅의 반경방향을 따라 2개 자유도를 갖도록 선택된다. 제2 구성요소(20a)의 4개 자유도만이 차단되며, 이에 따라 제2 구성요소(20a)는 미리 위치 설정된 상태이다. 4개 자유도의 로킹은 통상적으로, 프레싱면(22a)과 수용면(34a) 사이에 롱 센터링(long centering)을 부여하는 것에 의해 달성된다. 센터링은 제2 구성요소(20a)를 하류 조립 공정을 위해 배향하고 위치 설정하는 효과를 갖는다. 제2 구성요소(20a)를 제2 수용면(34a)에 대해 클램핑하는 것은, 볼 푸셔가 장착되는지 여부와 무관하게 팽창 가능한 맨드릴이나 센터링 슬리브에 의해 달성될 수 있다.

제1 구성요소(10a)와 프레싱 지그(30a)에 대해 제2 구성요소(20a)를 '부동(浮動)' 위치 설정하는 것을 포함하는 방식의 위치 설정은, 제1 및 제2 구성요소(10a, 20a)가 큰 기하학적 결함을 갖는 경우에 유용하다.

제2 배치 모드에 따르면, 조립 클리어런스(JA)는, 제1 원통부(14a)에 대한 제2 원통부(24a)의 숏 센터링(short centering)을 위한 조건을 형성하도록 선택된다. 이에 따라, 제2 구성요소(20a)의 2개 자유도가 차단된다. 제2 구성요소(20a)의 등방압 위치 설정은, 통상 수용면(34a)에 대한 프레싱면(22a)의 롱 센터링에 의해 추가의 4개 자유도를 차단하는 것에 의해 달성된다.

제1 구성요소(10a)와 프레싱 지그(30a)에 대해 제2 구성요소(20a)를 등방압 위치 설정하는 것을 포함하는 배치의 변형예는, 기하학적 결함이 감소된 제1 및 제2 구성요소(10a, 20a)를 사용할 것을 요구한다.

도 4를 참고하면, 프레싱 지그(30a)와 프레싱 프레임(100a)을 포함하는 프레싱 수단은 프레임(100a)에 견고하게 부착되고, 적재 위치(C)와 작업 위치(T) 사이에서 축(Z)을 따라 병진 이동 가능한 클램프 쌍(102)을 갖는 프레싱 툴(40a)을 포함한다. 작업 위치에서, 폐쇄 죠오는 축(S)을 획정한다.

제4 공정에 따르면, 함께 피팅된 제1 및 제2 원통부(14a, 24a)는 프레싱 툴(40a)과 정렬된다. 이에 따라, 2개의 원통부(14a, 24a)의 축은 S를 따라 지향된다. 작업 위치(T)에서 클램프(102) 쌍에 의해 피팅된 상태의 원통부(14a, 24a)들의 정렬은, 축(P1, P2)을 따르고 프레임(100a)과 지그(30a) 사이에 장착되는 피봇 연결부(106, 108)를 포함하는 관절부(104)를 이용한다.

사실상, 적재 위치(C)에서 클램프(102) 쌍과 미리 정렬된 피팅된 원통부(14a, 24a)는 작업 위치(T)에서 완전히 정렬된다. 프레싱 동안에 프레임(100a)과 클램프(102)에 대한 원통부(14a, 24a)의 변위는, 피봇 연결부(106, 108)를 포함하는 관절부(104)를 통해 달성된다. 디바이스(104)는 또한 구성요소(10a, 20a)들의 정렬 및 프레싱을 동시에 행하는 효과도 갖는다.

제5 공정에 따르면 그리고 도 4를 참고하면, 프레싱은 제1 원통부(14a)를 제2 원통부(24a)에 대해 수축시키는 것에 의해 수행된다. 프레임(100a)에 견고하게 부착되는 프레싱 툴(40a)은 프레임(100a)에 대해 이동 가능하고 죠오(200) 쌍을 포함하는 클램프(102) 쌍을 사용한다. 상기 죠오(200)는 그 치수가 원통부(14a)의 치수와 관련 있는 원통 형상을 갖는다.

자유 상태에서 원통부(14a)의 외경이 De이면, 죠오(200)의 직경은 De - X 미만이 되도록 선택되는데, 각각의 죠오(200)는 180 - Y도의 섹터에 걸쳐 연장되고, De는 통상 40 내지 80 mm로 구성되며, X는 통상 0.6 mm이고, Y는 통상 2도이다. 죠오(200)의 두께는 실질적으로 원통부(14, 24)의 피팅 길이보다 작게, 즉 통상 5.0 mm로 선택된다.

피팅된 상태에서 클램프(102)를 원통부(14a, 24a)에 대해 폐쇄함으로써 2개의 구성요소(10a, 20a)의 실질적인 반경방향 소성 변형이 일어난다. 상기한 소성 변형과 연관된 클램핑 힘이 형성되어, 2개의 원통부(14a, 24a)를 그리고 더 나아가 2개의 구성요소(10a, 20a)를 그 사이에 견고하게 유지할 수 있다. 제1 원통부의 두께가 얇은 경우, 상기 클램핑 힘은 프레싱된 조립체에 견고함을 제공하기에는 불충분하다. 구성요소의 변형예에 따르면, 한가지 해결책은 드로잉 배럴(114a)의 제1 성형 원통부(14a)와 내부로부터 조립된 슬리브(214a)를 사용하는 것이다. 이에 따라, 슬리브(214a)의 변형과 연관된 클램핑 힘이 드로잉 배럴(114a)의 힘에 추가되고, 그 결과 2개의 구성요소(10a, 20a)가 슬리브를 사이에 두고 견고하게 유지된다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 구성요소(10a, 20a)들의 프레싱은 강성 조립체(70a), 피팅부(72a) 및 거의 원형의 조인트(74a)를 획정한다.

처음 5개의 프로세스 공정은 장점을 갖는다:

피팅부(72a)는 제조 분산의 결과로서, 제1 구성요소(10a) 및 프레싱 지그(30a)에 대해 가변적인 위치를 갖는다. 이러한 가변적인 위치는 피팅부(72a)와 프레싱 툴(40a)의 올바른 정렬을 방해하지 않고, 정렬은 관절부(104)에 의해 제공된다. 이에 따라, 주로 정렬에 좌우되는, 2개 구성요소(10a, 20a)들의 견고한 유지가 이루어진다.

이렇게 얻어진 강성 조립체(70a)에 의해, 프레싱 상태의 제2 구성요소(20a)에 있는 제2 프레싱면(22a)의 위치가 지그(30a)에 대해 반복 가능하고, 그리고 이에 따라 제1 프레싱면(12a)에 대해 반복 가능하다. 강성 조립체(70a)의 기하 형상은 컨포멀(conformal)하고 반복 가능하다.

원형 조인트(74a)에서의 2개의 원통부(14a, 24a) 간의 프레싱의 결과적인 클리어런스(JS)는 통상 0.2 mm 미만이다. 상기한 클리어런스는 이용되는 기술 - MIG/MAG, TIG 겹침 용접 또는 레이저 투과 용접 - 과 무관하게, 반복 가능한 용접을 보장한다.

도 5 및 도 6을 참고하고 제1 실시예에 따르면, 제1 구성요소(10a)를 제2 구성요소(20a)와 조립하는 방법은 용접 지그(50a)와 용접 헤드(60)를 포함하는 용접 수단을 사용하고, 용접 지그(50a)는 제3 수용면(52a)을 포함한다. 상기 방법은 강성 조립체(70a)를 용접 지그(50a)에 대해 위치 설정하고 클램핑하는 공정 및 제1 구성요소(10a)와 제2 구성요소(20a)를 용접하는 연속적인 공정을 포함하며, 용접 헤드(60)는 피팅부(72a)와 조인트(74a)에 대해 위치 설정되고 배향된다. 용접 헤드는 특히, 거의 원통형인 조인트(74a)의 중심과, 이 중심이 위치하는 평면(J)에 대해 위치 설정되고 배향된다.

제6 공정에 따르면 그리고 도 5 및 도 6을 참고하면, 조립체(70a)의 제3 프레싱면(76a)은 제1 구성요소(10a)의 제1 프레싱면(12a)과 동일하다. 이에 따라, 조립체(70a)는, 제1 프레싱면(12a)을 제3 수용면(52a)과 접촉시키는 것에 의해 용접 지그(50a)에 대해 위치 설정된다.

통상, 제1 프레싱면(12a)과 수용면(52a)의 접촉은 강성 조립체(70a)의 6개 자유도를 차단하는 것에 의해 강성 조립체(70a)의 등방압 위치 설정을 위한 조건을 형성한다. 적절한 클램핑 순서로 인해, 조립체(70a)를 고정시킬 수 있다.

제1 실시예 및 제1 위치 설정 방식에 따르면, 용접 지그(50a)는 프레싱 지그(30a)의 구성요소이고, 제3 수용면(52a)은 제1 수용면(32a)과 공통/동일하다. 이에 따라, 보조 모듈(500)이 용접 지그(50a)에 추가되고, 조립체가 프레싱 지그(30a)를 형성한다. 제1 프레싱면(12a)과 제1 수용면(32a)의 접촉은 프레싱과 용접 사이에서 유지된다. 따라서, 작업 스테이션이 프레싱과 용접 모두에 공통이다. 작업 스테이션은 프레임(100a), 지그(30a, 50a, 500), 용접 툴(30a) 및 용접 헤드(60)를 포함한다. 제1 디바이스 - 도시하지 않음 - 는 피봇식 연결부(106, 108)로 구성된 조인트(104)가 용접 이전에 차단되게 할 수 있다. 보조 모듈(500)을 프레싱 프레임(100a)으로부터 분리하고, 용접 환경으로부터 후퇴시키기 위해 제2 디바이스 - 도시하지 않음 - 가 사용될 수 있다. 프레싱 툴(40a)을 분리하고, 용접 환경으로부터 후퇴시키기 위해 제3 디바이스(도시하지 않음)가 사용될 수 있다.

강성 조립체(70a)를 위치 설정하는 제2 방식에 따르면, 프레싱 지그(30a)와 용접 지그(50a)는 별개이다. 따라서, 조립체(70a)는 프레싱 스테이션과 용접 스테이션 사이에서 이동된다. 제3 수용면(52a)은 제1 수용면(32a)과 동일하다. 프레싱을 위해 사용되는 제1 프레싱면(12a)과 제1 수용면(32a)의 접촉은 용접 중에 재현된다. 제3 수용면(52a)과 제1 프레싱면(12a)은 용접 지그(50a)에 대한 조립체(70a)의 등방압 위치 설정을 위한 조건을 형성한다.

제7 공정에 따르면 그리고 도 5 및 도 6을 참고하면, 프레싱된 상태의 제1 구성요소(10a)는 프레싱된 상태의 제2 구성요소(20a)에 용접되고, 용접 헤드(60)는 바람직하게는 피팅부(72a)와 거의 원통형의 조인트(74a)에 대해 위치 설정되고 배향된다.

제1 실시예 및 제1 용접 모드에 따르면 그리고 도 5를 참고하면, 피팅부(72a)는 레이저 투과 용접에 의해 용접된다. 통상, 용접은 축(L)을 따라 배향된 레이저 헤드(60)를 사용하고, 레이버 빔은 충격 지점(510)을 따라 피팅부(72a)에 직면하며, 피팅부(72a)의 외면(16a)은 충격(510) 지점에서 축(L)과 거의 수직하고 값 DF만큼 용접 헤드(60)로부터 이격된다. 로테이터(도시하지 않음)가 축(V)을 중심으로 한 피팅부(72a)의 완전한 회전을 제공하고, 축(V)은 축(L)에 거의 수직하고, 실질적으로 피팅부(72a)의 축과 합체된다. 회전 및 용접 중에 촛점거리(DF)를 일정하게 유지하기 위해 조인트의 비전 인식을 사용하는 방법이 이용된다.

제2 용접 방식에 따르면 그리고 도 6을 참고하면, 아크 용접 및 겹침 용접이 이용되며, 용접 헤드(60)는 전극(520)을 포함하고, 용접은 상기 전극(520)이 조인트(74a)와 정렬되게 하는 방법을 이용한다. 통상, 축(T)을 갖는 MIG/MAG 또는 TIG 용접 토치가 3개 각도로 충격 지점(510)을 향해 접근하고 지향된다. 평면(J)으로 투영되는 축(T)은 충격 지점(510)의 법선과 제1 각도를 형성하고, 이 각도는 용접이 밀렸는지 당겨졌는지를 결정한다. 축(T)은 피팅부(72a)의 축과 제2 각도를 형성하고, 이 각도를 조정함으로써 용접 비드의 관통을 조정한다. 원형 조인트(74a)의 중심과 충격 지점(510)은 수평방향과 제3 각도를 형성하는 방향을 획정하고, 토치의 축(T)에 대한 용접 퍼들의 배열은 이 방향에 좌우된다.

상기한 용접 변형예에 따르면 그리고 유리하게는 어플리케이션이 로봇화되는 경우, 용접의 충격 지점(510)을 조인트(74a)와 정렬시키는 방법이 구현된다. 상기 방법은 조인트의 비전 인식을 이용할 수 있다: 조인트(74a)의 위치가 계산되고, 궤적 오프셋 명령이 토치를 운반하는 로봇에 전송된다. 1.0 mm 미만의, 조인트에 대한 전극의 위치 정확도를 얻을 수 있다.

제6 및 제7 공정 그리고 그 변형예는 아래의 장점을 갖는다:

강성 조립체(70a)의 프레싱면(76a)은 구성요소(10a)의 프레싱면(12a)과 동일하게 선택되었다. 강성 조립체(70a)의 수용면(52a)은 또한 제1 구성요소의 수용면(32a)과 동일/공통으로 선택되었다.

이에 따라, 용접 지그(50a)를 피팅부(72a)와 제2 구성요소(20a)에 대해 오프셋되도록 구성하는 것이 가능하다. 용접 지그(50a)는 통상, 실질적으로 피팅부(72a)의 축과 합체되는 축(V)을 중심으로 피팅부(72a)를 회전시키는 로테이터(도시하지 않음) 상에 장착된다.

상기한 조건 하에서, 용접 헤드(60)의 위치 및 배향은 바람직하게 그리고 충격 지점(510)의 각도 위치와 무관하게 선택될 수 있다. 이와 같은 조인트(74a)에 대한 용접 헤드(60)의 접근 용이성은 용접의 반복성에 기여한다.

통상적으로 그리고 레이저 용접 공정을 설명하는 제1 실시예에 따르면, 용접 헤드(60)의 방향은 강성 조립체(70a) 그리고 이에 따라 피팅부(72a)의 회전 전반에 걸쳐 수직방향으로 유지된다. 용접 지그의 어떠한 부분도 L축을 따라 배향된 용접 헤드(60)에 간섭할 수 있는 궤적을 형성하지 않는다.

통상적으로 그리고 MIG/MAG 또는 TIG 용접 구현을 설명하는 제2 모드에 따르면, 충격 지점(510)의 위치 및 축(T)을 따른 토치의 배향이 바람직하게 그리고 최적으로 선택될 수 있고, 조인트(74a)의 평면(J)에 의해 한정되고 제2 구성요소(20a)를 향해 연장되는 반부 공간이 회전 중에 용접 지그(50a)와 로테이터를 간섭하지 않도록 남겨진다.

조립체(70a)를 위치 설정하는 제1 방식에 따르면, 프레싱 지그(30a)와 용접 지그(50a)는 프레싱 중에 제1 구성요소(10a)를 그리고 용접 중에 조립체(70a)를 위치 설정하는 데 사용되는 공동 부분을 갖는다. 프레싱 지그는 프레싱 툴(40a)과 보조 모듈을 수용하기 위해 모듈식으로 구성된다. 상기한 구성은 프레싱과 용접 사이에서 조립체(70a)의 변위를 피하고, 시간 절약의 장점을 갖는다. 대신, 상기 구성은 공통 툴(30a, 50a)의 모듈성을 포함한다.

조립체(70a)의 위치 설정의 제1 모드에 따르면, 피봇 연결부(106, 108)에 의해 형성되는 관절부(104)를 차단함으로써, 작업 위치에서 피팅부(72a)의 축과 클램프(102) 쌍 간의 정렬을 위한 조건이 형성된다. 용접 툴(50a)이 장착되는 로테이터(도시하지 않음)는 클램프(102) 쌍과 정렬되는 회전축을 갖는다. 이에 따라, 피팅부(72a)의 축과 로터의 축 간의 엄격한 정렬이 달성된다.

정렬은 또한 조립체(70a)를 위치 설정하는 제2 방식에 따라 달성될 수도 있다.

모든 경우, 피팅부(72a)의 축과 로터의 축의 정렬로 인해, 제1 외면(16a)과 원형 조인트(74a)에서 측정된 런아웃(runout)이 감소한다. 상기한 런아웃 감소는 피팅부(72a)와 원형 조인트(74a)에 대한 용접 헤드(60)의 위치 설정을 용이하게 한다. 이러한 위치 설정의 조건은 용접의 반복성에 기여한다.

레이저 용접이 수행되는 용접의 제1 실시예에 따르면, 조인트(74a)의 평면(J)에 의해 한정되고 제2 구성요소(20a)를 향해 연장되는 반부 공간이 회전 중에 간섭 없는 상태로 남겨진다. 이에 따라, 용접 동안에 일정한 촛점길이(DF)를 유지하도록 조인트의 비전 인식을 이용하는 방법이 보다 용이해진다.

MIG/MAG 또는 TIG 용접이 수행되는 제2 용접 모드에 따르면, 조인트(74a)의 평면(J)에 의해 한정되고 제2 구성요소(20a)를 향해 연장되는 반부 공간이 자유로운 상태로 남겨진다. 조인트의 비전 인식에 기초한 충격 지점(510)과 조인트(74a)의 정렬 방법도 또한 보다 용이해진다.

전체적으로 볼 때, 7개의 공정을 포함하는 프로세스는 주요 실시예나 고려되는 변형예와는 관계 없이 해결해야 할 문제에 대한 해결책이다:

- 프레싱과 연관된 0.2 mm 미만의 클리어런스는 이용되는 기술 - MIG/MAG 겹침 용접, TIG 겹침 용접 또는 레이저 투과 용접 - 과 무관하게 반복 가능한 용접을 위한 조건을 형성한다.

- 피팅부(72a) 및/또는 원형 조인트(74a)를 로테이터의 축과 정렬시킴으로써 목표 충격 지점(510)에 대한 용접 헤드(60)의 올바른 위치 설정이 보다 용이해진다. 비전 수단과 원형 조인트 사이의 간섭이 부재함으로써 용접 조인트의 최적의 검출을 위한 조건이 형성된다. 따라서, 충격 지점(510)의 위치는 원하는 방식으로 위치 설정되어, MIG/MAG 용접 또는 TIG 겹침 용접에 있어서는 원형 조인트(74a)와 일치하고, 레이저 투과 용접에 있어서는 표면(16a) 상의 원형 라인을 따를 수 있다.

- 조인트(74a)의 평면에 의해 한정되고 제2 구성요소(20a)를 향해 연장되며 자유롭게 남겨진 반부 공간은 어떠한 기술이 이용되던지 간에 피팅부(72a)와 원형 조인트(74a)에 대해 바람직하게 그리고 최적으로 용접 헤드(60)를 배향시키는 데 사용될 수 있다.

- 자유 피팅이 허용 가능한 사이클 타임으로 수행될 수 있고, 자동으로 이루어질 수 있다.

- 강성 조립체는 통상 로봇에 의해 취급될 수 있다.

- 제2 구성요소(20a)의 4개 자유도가 차단되고, 프레싱면(22a)은 하류 공정과 최종 조립을 정확히 수행하는 데 필요한 기하학적 공차를 충족하도록 선택될 수 있다.

- 조립은 자동으로 이루어질 수 있고, 용접 프로세스는 반복 가능하다.

도 7 및 도 8을 참고하면 그리고 제2 실시예에 따르면, 제1 및 제2 튜브형 구성요소(10b, 20b)는 제1 및 제2 프레싱면(12b, 22b)과, 대응하는 제1 및 제2 원통부(14b, 24b)를 포함한다. 제1 및 제2 원통부(14b, 24b)의 외면(16b, 26b) 및 내면(18b, 28b)은 제1 및 제2 프레싱면(12b, 22b)에 속하지 않는다.

튜브형 구성요소(10b)는 주조 및 기계 가공 강으로 이루어진 장착 플랜지이다. 이 튜브형 구성요소는 두께가 1.0 mm이고, 길이가 5.0 mm인 배럴(14b)을 포함한다. 배럴(14b)의 내경은 60.0 mm이고, 외경은 62.0 mm이다. 프레싱면(12b)은 제1 보어(600) 및 제2 보어(610)의 표면과 정합면(620) 내에 포함된다.

배럴의 외경 및 내경(De, Di)은 40 mm, 80 mm 간격 내로 구성될 수 있다.

배럴(14b)의 외면(16b)과 내면(18b)은 0.1 mm의 원통도 결함(Ce, Ci)을 갖는다.

사용되는 재료는 통상 1.4511 스테인리스강이다.

제2 튜브형 구성요소(20b)는 반경방향 확대부에 의해 얻어진 2개의 원통형 단부를 지닌 굴곡 튜브이며, 일단부는 제1 프레싱면(22b)을 지지하고, 타단부는 제2 원통부(24b)를 한정한다. 튜브(20b)의 두께는 1.0 mm 내지 2.5 mm로 이루어질수 있다. 튜브(20b)의 외경 및 내경(de, di)은 40 mm 내지 80 mm로 이루어질 수 있다.

제2 원통부(24b)의 외면(26b)과 내면(28b)은 통상 0.6 mm의 원통도 결함(Ce, Ci)을 갖는다.

튜브(20b)는 강자성 스테인리스강, 보다 상세히 말하자면 1.4509 스테인리스강으로 형성된다.

도 7 내지 도 9를 참고하고 제2 실시예에 따르면, 기계 가공 플랜지(10b)를 굴곡 튜브(20b)와 조립하는 방법은 프레싱 지그(30b)와 프레싱 툴(40b)을 포함하는 프레싱 수단을 사용한다. 상기 방법은 연속적인 공정, 즉 제1 구성요소(10b)를 위치 설정하고 클램핑하는 공정; 제1 원통부(14b)에 제2 원통부(24b)를 자유 피팅하는 공정; 제2 구성요소(20b)를 배치하고 클램핑하는 공정; 2개의 원통부(14b, 24b)를 프레싱 툴(30b)과 정렬시키는 공정; 및 제2 구성요소(20b)를 제1 구성요소(10b)에 대해 소성 팽창시키는 공정을 포함한다.

제1 공정에 따르면, 플랜지(10b)는 제1 프레싱면(12b)을 제1 수용면(32b)과 접촉시키는 것에 의해 프레싱 지그(30b)에 대해 위치 설정된다. 프레싱면(12b)은 통상 최종 조립체(도시하지 않음)의 기준면에 속한다. 제1 수용면(32b)은 센터링 디바이스, 회전 방지 요소 또는 키를 한정하며, 프레싱면(12b, 600, 610, 620)과 정합한다. 플랜지(10b)는 그 후 제1 수용면(32b)에 대하여 클램핑하는 것에 의해 고정된다.

제2 공정에 따르면, 제2 원통부(24b)는 배럴(14b) 내로 자유롭게 피팅되며, 2개의 원통부(14b, 24b)는 거의 동축이다. 2개의 원통부(14b, 24b)의 자유 피팅에 관한 조건을 충족하기 위해, 대응하는 원통도 및 조립 클리어런스(JA)의 결여에 따라 2개 원통부의 직경을 선택하는 것이 알려져 있다. 통상적으로, 조립 클리어런스 JA = (Di-Ci/2) - (de+ce/2)는 0.1 mm 이상이 되도록 선택될 것이다.

제3 공정에 따르면, 제2 구성요소(20b)는 제2 프레싱면(22b)을 제2 수용면(34b)과 접촉하도록 배치하는 것에 의해 제1 구성요소(10b)와 프레싱 지그(30b)에 대해 배치된다. 배치 후, 제2 구성요소(20b)는 제2 수용면(34b)에 대해 프레싱 지그(30b)에 대하여 '슬라이딩' 클램핑된다. '슬라이딩' 클램핑된다는 것은, 팽창 동안에 제2 프레싱면(22b)과 제2 수용면(34b) 간의 변위 및 제1 내면(18b)과 제2 외면(26b) 간의 변위가 가능함을 의미한다.

조립 클리어런스(JA)는 배럴(14b)에 대해 교정 부분(26b)을 숏 센터링하기 위한 조건을 형성하도록 선택된다. 굴곡 튜브(20b)의 2개 자유도가 차단된다. 제2 구성요소(20b)의 등방압 위치 설정은, 통상 프레싱면(22b)을 수용면(34b)과 연관시키는 롱 센터링에 의해 추가의 4개 자유도를 차단하는 것에 의해 달성된다.

굴곡 튜브(20b)를 제2 수용면(34b)에 대해 클램핑하는 것은, 볼 푸셔가 장착되는지 여부와 무관하게 팽창 가능한 맨드릴이나 센터링 슬리브에 의해 달성될 수 있다.

도 9를 참고하면, 프레싱 수단은 프레임(100b)과, 프레임(100b) 상에 직접 장착되는 프레싱 지그(30b) 및 프레싱 툴(40b)을 포함한다. 툴(40b)은 적재 위치(C)와 작업 위치(T) 사이에서 축(E)을 따라 반경방향으로 이동 가능한 세그먼트(700) 세트를 사용한다. 배럴(14b)은, 플랜지(10b)가 툴(40b)에 적재될 때에 축(E)과 정렬된다.

제4 공정에 따르면, 피팅 후에 실질적으로 정렬되는 원통부(14b, 24b)는, 세그먼트(700) 세트의 제1 반경방향 변위 후에 정확히 정렬된다. 상기한 제1 반경방향 변위 중에, 교정 부분(24b)은 탄성 범위 내에서 변형될 수 있다. 프레싱면(22b)을 수용면(34b)과 연관시키는 클램핑 및 롱 센터링은 유지된다.

제5 공정에 따르면 그리고 도 9를 참고하면, 프레싱은 제1 반경방향 변위에 후속하는 연속적인 제2 반경방향 변위에 의해 원통부(24b)를 배럴(14b)에 대해 팽창시킴으로써 수행된다. 제2 반경방향 변위 중에, 원통부(24b)는 소성 변형되고, 굴곡 튜브(20b)의 외면(26b)은 플랜지(10b)의 내면(18b)과 접촉하게 된다. 외면(26b)과 내면(18b)의 인터페이스에 반복 가능한 클리어런스(JS)가 형성된다.

이동 가능한 세그먼트(700)는 블레이드(도시하지 않음)에 의해 활성화되고, 탄성 요소(도시하지 않음)에 의해 규칙적으로 이격된다. 적재 위치(C)에서, 블레이드는 후퇴되어 세그먼트(700)에 힘을 가하지 않는다. 규칙적으로 이격된 세그먼트(700)의 둘레면은 원통형 엔벨로프(710)에 내접하고, 원통형 엔벨로프의 치수는 원통부(24b)의 치수와 관계가 있다. 통상적으로, 적재 위치(C)에서 엔벨로프(710)는 직경이 di-ci/2 미만인 실린더 내에 포함되고, 세그먼트(700)의 길이는 원통부(24b)의 길이와 관계가 있다.

굴곡 튜브(20b)의 두께를 고려할 때, 소성 변형은 배럴(14b)에 의해 그리고 플랜지(10b)에 의한 굴곡 튜브(20b)의 연장에 의해 교정 단부(24a)를 견고하게 유지할 수 있다.

프레싱된 상태의 구성요소(10b, 20b)는 강성 조립체(70b), 피팅부(72b) 및 거의 원형의 조인트(74b)를 획정한다. 강성 조립체는 제3 수용면(76b)을 갖는다.

제2 실시예에 따른 방법의 처음 5개 공정은 장점을 갖는다:

- 조립체(70b)는 하나의 그리퍼에 의해 취급될 수 있다.

- 프레싱된 상태의 제2 구성요소(20b)에 있는 제2 프레싱면(22b)의 위치가 지그(30b)에 대해 반복 가능하고, 그리고 이에 따라 제1 프레싱면(12b)에 대해 반복 가능하다. 제2 원통부(24b)는 제1 프레싱면(12b) - 이 제1 프레싱면은 유리하게는 하류 공정을 위한 기준면으로서 기능할 수 있음 - 에 대하여 컨포멀 방식으로 위치 설정된다.

- 원형 조인트(74b)에서 2개의 원통부(14b, 24b)를 프레싱하는 것에 의해 얻어진 클리어런스(JS)는 0.2 mm 미만이다. 상기한 클리어런스는 이용되는 기술 - MIG/MAG, TIG 겹침 용접 또는 레이저 투과 용접 - 과 무관하게, 반복 가능한 용접을 보정한다.

도 7, 도 8 및 도 10을 참고하고 제2 실시예에 따르면, 제1 구성요소(10b)를 제2 구성요소(20b)와 조립하는 방법은 용접 지그(50b)와 용접 헤드(60)를 포함하는 용접 수단을 사용한다. 상기 방법은 연속적인 공정, 즉 강성 조립체(70b)를 프레싱 스테이션에서 용접 스테이션으로 이송하는 공정; 조립체(70b)를 용접 지그(50b)에 대해 위치 설정하고 클램핑하는 공정; 및 프레싱된 상태의 제2 구성요소(10b)를 프레싱된 상태의 제1 구성요소(20b)와 용접하는 공정으로서, 용접 헤드(60)가 바람직하게는 피팅부(72b)와 조인트(74b)에 대해 위치 설정되고 배향되는 것인 공정을 포함한다.

제6 공정에 따르면, 조립체(70b)는 프레싱 지그(30b)로부터 제거된 다음, 용접 지그(50b)를 향해 이동되어, 위치 설정된다. 이송은 수동일 수도 있고, 유리하게는 자동화될 수도 있다.

제7 공정에 따르면 그리고 도 7, 도 8 및 도 10을 참고하면, 조립체(70b)는 제1 구성요소(10b)의 제1 프레싱면(12b)과 동일한 제3 프레싱면(76b)을 갖는다. 보다 정확하게는, 조립체(70b)는 보어(600)를 센터링하고, 보어(610)에 대한 회전을 차단하며, 수용면(52b)으로 정합면(620)에 대한 3개의 병진 이동을 차단하는 것에 의해 용접 툴(50b) 상에 위치 설정된다.

용접 스패터의 존재가 허용되지 않는 작업면을 보호하기 위해 보호 시스템(720)이 용접 지그에 통합된다. 상기한 보호부는 본 발명에서 설명한 조립체(70b)의 위치 설정 조건을 변경하지 않는다.

동일한 사상에서, 회전 중에 조립체(70b)의 위치를 안정화하기 위해 방진 수단(도시하지 않음)이 지그(50b)에 추가될 수 있다. 방진 수단도 또한 본 발명에서 설명한 조립체(70b)의 위치 설정 조건을 수정하지 않는다.

위치 설정 후, 조립체(70b)는 클램핑 수단(730)에 의해 고정된다.

제8 공정에 따르면 그리고 도 7, 도 8 및 도 10을 참고하면, 프레싱된 상태의 플랜지(10b)는 프레싱된 상태의 굴곡 튜브(20b)에 용접되고, 용접 헤드는 바람직하게는 피팅부(72b)와 거의 원통형의 조인트(74b)에 대해 위치 설정되고 배향된다.

로봇식 MIG/MAG 겹침 용접이 이용되고, 용접은 2개의 반부 비드로 수행된다. 이를 위해, 용접 지그(50b)는 축(V)을 중심으로 용접 지그(50b)를 각도 방향으로 위치 설정하도록 된 로테이터 상에 장착된다.

플랜지(10b)가 몰딩 후에 정밀하게 기계 가공되기 때문에, 배럴(14b) 그리고 이에 따라 조인트(74b)는 용접 지그(50b)에 대한 위치 설정에 있어서 0.2 mm 미만의 편차를 갖는다. 로봇 아암 상에 장착되는 용접 헤드(60), MIG/MAG 용접의 경우에 토치도 또한 위치에 있어서 0.7 mm 미만의 편차를 갖는다. 상기한 조건 하에서, 조인트(74b)에 대한 전극(520), MIG/MAG 용접의 경우에는 필러 와이어의 위치 설정에 있어서의 편차는 1.0 mm 미만이다. 상기한 위치 설정 정확도는 용접의 반복성을 보장하기에 충분하다. 상기한 경우에 용접 헤드(60)를 조인트(74b)와 비전 정렬(vision-aligning)시키는 수단의 사용은 불필요하다. 용접 헤드(60)는 충격 지점(510)을 향해 지향되고, 충격 지점의 위치는 원형 조인트(74b)와 실질적으로 일치한다. 유리하게는, 피팅부(72b) 그리고 이에 따라 원형 조인트(74b)의 축은 로테이터의 축(V)과 정렬된다. 기계 가공 정밀도로 인해, 로테이터의 축과 거의 동축인 배럴(14b) 그리고 이에 따라 피팅부(72b)의 축을 얻는 것이 가능해진다.

제6, 제7 및 제8 공정은 다음 장점을 갖는다:

- 조립체(70b)의 프레싱면(76b)은 구성요소(10b)의 프레싱면(12b)과 동일하게 선택되었다. 조립체(70b)의 수용면(52b)은 또한 제1 구성요소의 수용면(32b)과 동일/공통으로 선택되었다.

상기한 피쳐로 인해, 유리하게는 MIG/MAG 토치에 대한 접근을 용이하게 하는 클리어런스를 지닌 용접 지그(50b)를 구성할 수 있다. 용접 지그(50b)는 통상 로테이터(도시하지 않음) 상에 장착되며, 이 로테이터는 피팅부(72b)의 축과 동축인, 로테이터의 축(V)을 중심으로 피팅부(72b)를 회전시키는 것을 가능하게 한다. 용접 헤드(60)는 바람직하게는 용접의 충격 지점(510)과 무관하게 위치 설정되고 배향되지만, 기술 상의 규칙을 엄격하게 따른다. 용접 헤드에 대한 상기한 접근 조건은 용접 반복성에 기여한다.

- 2개의 반부 비드로 용접함으로써, 토치가 용접 헤드의 위치 설정 및 배향에 관한 규칙을 위반하는 일 없이 보호 시스템(720)을 지지하는 용접 툴(50b) 부분을 피하도록 토치의 궤적을 프로그래밍하는 것이 가능하다.

- 피팅부(72b)의 축은 로테이터의 축(S)과 정렬되고, 이로 인해 원형 조인트(74b)에서 고려되는 런아웃이 감소된다. 이러한 낮은 수준의 런아웃은 용접의 반복성에 기여한다.

전체적으로 봤을 때, 제2 실시예에 따른 방법은 8개의 공정을 포함하고, 해결해야 할 문제에 대한 해결책이다:

- 팽창과 관련된 0.2 mm 미만의 클리어런스는 이용되는 MIG/MAG 겹침 용접 기술을 고려했을 때에 반복 가능한 용접을 위한 조건을 형성한다.

- 원형 조인트(74b)와 로테이터의 축(V)의 정렬 및 지그(50b)에 대한 그 위치 설정 정확도로 인해, 조인트를 위한 비전 인식을 이용하는 방법을 사용하지 않고도 용접 헤드(60)와 원형 조인트(74b)의 정렬이 정확해지고 반복 가능해진다.

- 조인트(74b)의 평면에 의해 한정되고, 제2 구성요소(20b)를 향해 연장되며 대체로 자유롭게 남겨진 반부 공간과 2개의 반부 비드로 용접하는 것에 의해, 당업계의 규칙을 엄격히 따르면서 원형 조인트(74b)에 대하여 용접 헤드(60)를 배향시키는 것이 가능해진다.

- 자유 피팅이 허용 가능한 사이클 타임으로 수행될 수 있고, 자동으로 이루어질 수 있다.

- 피팅되고 프레싱된 조립체를 취급할 수 있다.

- 제2 구성요소(20b)의 4개 자유도가 차단되고, 프레싱면(22b)은 하류 공정과 차량에 대한 장착에 관련된 기하학적 공차를 달성하도록 선택될 수 있다.

- 조립은 자동으로 이루어질 수 있고, 용접 프로세스는 반복 가능하다.

도 1, 도 2 및 도 11을 참고하고 제1 실시예에 따르면, 프레싱 수단은 프레임(100a)과 클램프(102) 쌍을 지닌 프레싱 툴(40a)을 포함한다. 클램프(102) 쌍은 적재 위치(C)와 작업 위치(T) 사이에서 프레임(100a)에 대해 축(Z)을 따라 병진식으로 그리고 축(Z)에 수직한 평면(P)을 따라 대칭으로 이동 가능하다.

클램프(102) 쌍은 작업 위치에서, 축(Z)에 수직하고 평면(P)에 속하는 프레싱 축(S)을 획정하는 죠오(200) 쌍을 포함한다.

프레싱 수단은 대응하는 원통부(14a, 24a) - 이 원통부(14a, 24a)는 적재 중에 피팅됨 - 를 갖는 제1 및 제2 튜브형 구성요소(10a, 20a)를 수용하도록 구성된 프레싱 지그(30a)를 더 포함한다. 프레싱 수단은 작업 위치에서, 피팅된 원통부(14a, 24a)를 클램프(102) 쌍과 정렬시키는 디바이스(104)를 더 포함한다.

도 11을 참고하면, 축(P1)을 따라 제1 피봇 연결부(106)에 의해 가능해지는 회전 이동과 축(P2)을 따라 제2 피봇 연결부(108)에 의해 가능해지는 회전 운동을 조합하는 것에 의해 정렬이 달성되고, 축(P1, P2, S)는 직사각형 삼면체를 형성한다.

프레싱 전 그리고 제조 모드에서, 원통부(14a, 24a)는 제조 공차의 연속적인 가변성으로 프레싱 툴(40a)에 대해 하나의 원통부에서 다른 원통부로 위치 설정된다. 지그(30a)에 작용하는 클램핑 디바이스(도시하지 않음)로 인해 원통부(14a, 24a)와 클램프(102)의 사전 정렬을 얻는 것이 가능해진다. 프레싱 동안, 클램프(102)는 폐쇄되고, 원통부(14a, 24a)의 엄격하고 동시적인 정렬을 강제하며, 피봇 연결부(106, 108)를 수반하는 관절부(104)에 의해 정렬이 가능해진다.

원통부(14a, 24a)의 프레싱은 강성 조립체(70a)와 피팅부(72a)를 획정한다. 관절부(104)를 위한 차단 디바이스(도시하지 않음)로 인해, 축(S)을 따른 피팅부(72a)의 반복 가능한 위치를 얻는 것이 가능해진다.

원통부(14a, 24a)와 클램프(102)의 정렬은 프레싱을 반복 가능하게 사용하기 위한 조건이다. 상기한 정렬 디바이스 부재는 조립체(70a)의 강성을 위태롭게 하고, 피팅부(72a)을 약화시킬 가능성이 있는 결합의 근원일 것이다.

축(S)을 따른 반복 가능한 피팅부(72a)의 배향은 유리하게는, 용접 지그가 프레싱 지그(50a)의 구성요소인 경우에 용접을 보다 용이하게 한다.

도면과 앞의 설명에서 본 발명을 상세히 예시하고 설명하였다. 도면과 앞의 설명은 예시적인 것으로 간주되고, 예로서 제공되는 것이지, 본 발명을 이 설명으로만 제한하는 것은 아니다. 여러 변형예도 가능하다.

10a, 10b : 제1 튜브형 구성요소
12a, 12b : 적어도 하나의 제1 프레싱면
14a, 14b : 제1 원통부
16a, 16b : 제1 외면
18a, 18b : 제1 내면
20a, 20b : 제2 튜브형 구성요소
22a, 22b : 적어도 하나의 제2 프레싱면
24a, 24b : 제2 원통부
26a, 26b : 제 2 외면
28a, 28b : 제2 내면
30a, 30b : 프레싱 지그
32a, 32b : 적어도 하나의 제1 수용면
34a, 34b : 적어도 하나의 제2 수용면
40a, 40b : 프레싱 툴
50a, 50b : 용접 지그
52a, 52b : 적어도 하나의 제3 수용면
60 : 용접 헤드
70a, 70b : 강성 조립체
72a, 72b : 피팅부
74a, 74b : 조인트
76a, 76b : 적어도 하나의 제3 프레싱면
100a, 100b : 프레싱 프레임
102 : 클램프 쌍
104 : 정렬 디바이스
106 : 제1 피봇 연결부
108 : 제2 피봇 연결부
114a : 드로잉 배럴
118a : 드로잉 배럴의 내면
126a : 슬리브의 외면
200 : 죠오 쌍
214a : 슬리브
400 : 로테이터
500 : 보조 모듈
510 : 충격 지점
520 : 전극
600 : 제1 보어
610 : 제2 보어
620 : 정합면
700 : 세그먼트 세트
710 : 원통형 엔벨로프
720 : 보호 시스템
730 : 클램핑 수단
약어 정리
C : 툴의 적재 위치
T : 작업 위치
S : 프레싱 축
Z : 병진 이동 축
P1 : 피봇축
P2 : 피봇축
E : 피팅축
J : 원형 정합면
L : 레이저 빔의 축
V : 로테이터 축
De,Di : 제1 원통부의 외경/내경
de, di : 제2 원통부의 외경/내경
Ce, Ci : 제1 원통부의 외측/내측 원통도 결함
ce, ci : 제2 원통부의 외측/내측 원통도 결함
JA : 조립 클리어런스
JS : 프레싱 후의 클리어런스

Claims (15)

1. 조립체를 위한 자동 용접 방법으로서, 조립체는
   적어도 제1 프레싱면(12a, 12b)과 제1 원통부(14a, 14b)를 포함하는 제1 튜브형 구성요소(10a, 10b)로서, 상기 제1 원통부(14a, 14b)는 제1 외면(16a, 16b) 및 제1 내면(18a,18b)을 갖고, 제1 외면(16a, 16b) 및 제1 내면(18a, 18b)은 적어도 하나의 제1 프레싱면(12a, 12b)에 속하지 않는 것인 제1 튜브형 구성요소와,
   적어도 제2 프레싱면(22a, 22b)과 제2 원통부(24a, 24b)를 포함하는 제2 튜브형 구성요소(20a, 20b)로서, 상기 제2 원통부(24a, 24b)는 제2 외면(26a, 26b) 및 제2 내면(28a, 28b)을 갖고, 제2 외면(26a, 26b) 및 제2 내면(28a, 28b)은 적어도 하나의 제2 프레싱면(22a, 22b)에 속하지 않는 것인 제2 튜브형 구성요소
   를 포함하고, 상기 방법은
   - 적어도 제1 수용면(32a, 32b)과 적어도 제2 수용면(34a, 34b)을 포함하는 프레싱 지그(30a, 30b),
   - S축을 따라 재료를 반경방향으로 성형하도록 된 프레싱 툴(40a, 40b),
   - 적어도 제3 수용면(52a, 52b)을 포함하는 용접 지그(50a, 50b), 및
   - 용접 헤드(60)
   를 수반하고, 상기 방법은
   - 적어도 하나의 제1 프레싱면(12a, 12b)을 적어도 하나의 제1 수용면(32a, 32b)과 접촉시키는 것에 의해, 프레싱 지그(30a, 30b)에 대해 제1 튜브형 구성요소(10a, 10b)를 위치 설정하는 단계,
   - 제1 튜브형 구성요소(10a, 10b)를 고정하기 위해 제1 튜브형 구성요소(10a, 10b)를 적어도 하나의 제1 수용면(32a, 32b)에 대해 클램핑하는 단계,
   - 제2 튜브형 구성요소(20a, 20b)의 제2 원통부(24a, 24b) - 이 제2 원통부(24a, 24b)는 제1 원통부(14a, 14b)와 거의 동축임 - 를 제1 튜브형 구성요소(10a, 10b)의 제1 원통부(14a, 14b) 내로 자유롭게 피팅하는 단계,
   - 적어도 하나의 제2 프레싱면(22a, 22b)을 적어도 하나의 제2 수용면(34a, 34b)과 접촉시키는 것에 의해, 제1 튜브형 구성요소(10a, 10b)와 프레싱 지그(30a, 30b)에 대해 제2 튜브형 구성요소(20a, 20b)를 배치하는 단계,
   - 제2 튜브형 구성요소(20a, 20b) - 이 제2 튜브형 구성요소(20a, 20b)는 수용면(34a, 34b)에 의해 배향됨 - 를 적어도 하나의 수용면(34a, 34b)에 대해 "슬라이딩" 클램핑하는 단계,
   - 피팅된 제1 및 제2 원통부(14a, 14b, 24a, 24b)를 프레싱 툴(40a, 40b)의 축(S)과 정렬시키는 단계,
   - 삽입된 제1 및 제2 원통부(14a, 14b, 24a, 24b)를 소성 변형에 의해 프레싱하는 단계로서, 프레싱된 상태의 제1 및 제2 튜브형 구성요소(10a, 10b, 20a, 20b)는 강성 조립체(70a, 70b)를 형성하고, 피팅되고 프레싱된 제1 및 제2 원통부(14a, 14b, 24a, 24b)는 피팅부(72a, 72b) 및 조인트(74a, 74b)를 획정하며, 이렇게 형성된 강성 조립체(70a, 70b)는 적어도 제3 프레싱면(76a, 76b)을 더 포함하는 것인 단계,
   - 강성 조립체(70a, 70b)를 용접 지그(50a, 50b)에 대해 위치 설정하는 단계,
   - 강성 조립체(70a, 70b)를 용접 지그(50a, 50b)에 대해 클램핑하는 단계, 및
   - 용접 헤드(60)를 피팅부(72a, 72b)와 조인트(74a, 74b)에 대해 반복 가능하게 위치 설정하고 배향하는 것에 의해 제1 튜브형 구성요소(10a, 10b)를 제2 튜브형 구성요소(2a, 20b)에 용접하는 단계
   를 포함하는 것인 조립체를 위한 자동 용접 방법에 있어서,
   상기 강성 조립체(70a, 70b)를 용접 지그(50a, 50b)에 대해 위치 설정하는 단계는 적어도 하나의 제3 프레싱면(76a, 76b)을 적어도 하나의 제3 수용면(52a, 52b)과 접촉시키는 것에 의해 달성되고, 적어도 하나의 제3 프레싱면(76a, 76b)은 제1 튜브형 구성요소(10a, 10b)에 속하고, 바람직하게는 적어도 하나의 제1 프레싱면(12a, 12b)과 동일한 것을 특징으로 하는 조립체를 위한 자동 용접 방법.
2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 제3 프레싱면은 적어도 하나의 제1 프레싱면(12a, 12b)과 동일한 것인 조립체를 위한 자동 용접 방법.
3. 제1항에 있어서, 제1 튜브형 구성요소(10a, 10b)를 위치 설정하는 단계 이전에, 적어도 제1 또는 제2 내면(18a, 18b, 28a, 28b) 및/또는 적어도 제1 또는 제2 외면(16a, 16b, 26a, 26b)에 슬리브를 끼우는 단계를 포함하는 조립체를 위한 자동 용접 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프레싱은 제1 원통부(14a, 14b)를 제2 원통부(24a, 24b)에 대해 수축시키는 것에 의해 수행되는 것인 조립체를 위한 자동 용접 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프레싱은 제1 원통부(14a, 14b)에 대한 제2 원통부(24a, 24b)의 확장에 의해 수행되는 것인 조립체를 위한 자동 용접 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정렬 및 프레싱은 동시에 수행되는 것인 조립체를 위한 자동 용접 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용접은 피팅부(72a, 72b)의 레이저 겹침 용접인 것인 조립체를 위한 자동 용접 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용접은 조인트(74a, 74b)의 아크 및 겹침 용접인 것인 조립체를 위한 자동 용접 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용접 지그(50a, 50b)는 프레싱 지그(30a, 30b)의 구성요소인 것인 조립체를 위한 자동 용접 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프레싱 지그(30a, 30b) 및 용접 지그(50a, 50b)는 별개이며, 상기 강성 조립체(70a, 70b)는 프레싱과 용접 사이에서 이동되는 것인 조립체를 위한 자동 용접 방법.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 제3 수용면(52a, 52b)은 적어도 하나의 제1 수용면(32a, 32b)과 실질적으로 동일/공통인 것인 조립체를 위한 자동 용접 방법.
12. 프레싱 수단으로서, 프레임(100a), 프레싱 지그(30a) 및 프레싱 툴(40a)을 포함하고, 프레싱 툴(40a)은 클램프(102) 쌍을 가지며, 상기 클램프(102) 쌍은 적재 위치(C)와 작업 위치(T) 사이에서 프레임(100a)에 대해 이동 가능하며, 상기 클램프(102) 쌍은 작업 위치(T)에서 축(S)을 획정하고, 프레싱 지그(30a)는 또한, 제1 및 제2 원통부(14a, 24a)를 각각 지닌 제1 및 제2 튜브형 구성요소(10a, 20a)를 수용하도록 되어 있고, 제2 원통부(24a)는 제1 원통부(14a) 내로 자유롭게 피팅되고, 2개의 원통부(14a, 24a)는 거의 동축인 것인 프레싱 수단에 있어서,
    상기 프레싱 수단은 피팅된 원통부(14a, 24a)들을 축(S)과 정렬시키는 정렬 디바이스(104)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프레싱 수단.
13. 제12항에 있어서, 클램프(102) 쌍은 축(S)에 수직한 축(Z)을 따라 프레임(110a)에 대해 병진 이동 가능하고, 정렬 디바이스(104)는 프레싱 지그(30a)와 프레임(100a) 사이에 장착된 적어도 하나의 피봇 연결부(106)를 포함하는 것인 프레싱 수단.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 정렬 디바이스(104)는 축(P1)을 따르는 적어도 하나의 피봇 연결부(106)를 포함하고, 축(P1, Z, S)들은 직사각형 삼면체(rectangular trihedron)를 형성하는 것인 것인 프레싱 수단.
15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 정렬 디바이스(104)는 대응하는 축(P1, P2)을 따르는 2개의 피봇 연결부(106, 108)를 포함하고, 축(P1, Z, S)들은 직사각형 삼면체를 형성하며, P2는 Z와 평행하고 P1과 교차하는 것인 프레싱 수단.
    

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