KR970005528B1 - 티타늄을 브레이징하기 위한 일체로 된 브레이징 고정구 - Google Patents
티타늄을 브레이징하기 위한 일체로 된 브레이징 고정구 Download PDFInfo
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Abstract
내용없음.
Description
제1도는 상온에서 본 발명의 고정구의 여러 가지 요소들의 상대적인 위치와 브레이징될 부분들을 나타내도록 제2도의 선 1-1을 따라 취하여 부분적으로 단면으로 나타낸 입면도이다.
제2도는 본 발명의 커버의 평면도이다.
제3도는 본 발명의 기부의 저면도이다.
제4도는 브레이징 온도에서 본 발명의 고정구의 여러 가지 요소들의 상대적인 위치를 나타내도록 제1도와 같이 부분적으로 단면으로 나타낸 입면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 커버 2 : 기부
3 : 내측링 4 : 외측링
5 : 반경방향 연장 부재 6,7 : 팬삽입체
9 : 티타늄 부품 11,13 : 지지링
14,15,16,17,18 : 위치 조정핀 21,23 : 보강링
30 : 강성링 31 : 립 밀봉체
32 : 커버판 33 : 커버 지지 부재
본 발명은 브레이징에 관한 것이며, 특히 티타늄 합금 구성 부품을 브레이징하기 위한 브레이징 고정구에 관한 것이다.
항공산업등에서 사용되는 구성 부품들은 통상 높은 응력과 높은 온도에 노출되기 쉽다. 이들 구성 부품들을 구성하는 재료들은 종종 이들이 이용되는 장치의 작동 한계를 결정한다. 보다 높은 작동 온도에서 작동 가능하고/하거나 보다 가벼운 중량을 가지고도 보다 오랜동안 사용 가능한 새로운 합금을 개발하기 위하여 수년에 걸쳐 광범위한 노력이 있어 왔다. 이들 구성 부품들을 제조하는데 유용한 것으로 알려진 소정의 합금 그룹은 티타늄 기지 합금이다. 이들 합금은 일반적으로 경량이며 높은 내열성을 나타낸다. 그러나,부분적으로 이러한 높은 내열성에 기인하여, 티타늄 기지 합금으로 이러한 구성 부품들을 제조하는 것은 제조자에 있어서는 문제점이 수반될 수 있다.
금속 부품들을 제조하는 일반적인 방법은 2종 혹은 그 이상의 금속 부품들이 가열되고 브레이징 용가재(filler metal)의 작용으로 결합되는 브레이징 기법이다. 사용되는 용가재는 결합대상 금속 부품의 용융 온도보다 낮은 용융 온도를 갖는다. 금속 부품들이 브레이징 용가재의 용융 온도 이상으로 가열되면 용가재가 모세관 현상에 의하여 금속 부품 사이의 틈 속으로 스며들어 그 사이에서 원자간 금속 결합을 이룸으로써 금속 부품을 상호 결합시킨다. 브레이징 공정은 납땜 공정과 유사하지만, 용가재가 보다 높은 강도를 가지며 납땜 재료보다 높은 용융점을 갖는다는 점에서 상이하다. 적절히 설계된다면 브레이징된 이음부는 응력집중, 진동 및 온도등의 부하에서 높은 실용성을 나타낼 것이다. 그러므로, 브레이징은 항공용 구성부품에 사용되는 금속 부품들을 결합하는 매우 바람직한 방법이다.
브레이징이 진행되는 사이클에 걸쳐 브레이징 대상 부품들은 상호 고정된 관계로 유지시키는 문제는 대부분의 브레이징 금속 부품에 공통적이다. 금속 부품들은 브레이징 공정중에 그 부품들을 지지할 표면상에 처음에 놓여질때는 정확하게 배향될 수 있지만, 금속 부품들과 표면 사이의 열팽창 계수의 차이로 말미암아 금속 부품들은 비틀려져서 서로에 대하여 이동되는 경향이 있다. 결국, 금속 부품들을 허용공차내에 유지하기 위해 그 부품들은 브레이징후에 상당 정도 기계 가공하거나 다른 조작을 행하는 것을 필요로 한다. 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제2,326,430호, 제2,614,517호, 제2,944,504호, 제3,0914,957호 및 제4,212,690호에 개시된 바와 같은 브레이징 고정물들은 브레이징 사이클중에 제자리에 견고히 고정되도록 금속 부품들에 힘을 가하거나, 혹은 브레이징 사이클중에 금속 부품들을 지지하는 표면위에서 금속 부품들이 미끄러지도록 하여, 금속 부품들의 비틀림과 이동을 감소시키려고 하였다. 그러나, 대(大)용적의 티타늄 합금 부품을 브레이징하는데 생기는 문제점 때문에 이들 특징은 어느것도 이런 금속 부품들을 브레이징하기 위한 고정구에 바람직한 것이 아니다.
티타늄 합금 부품을 성공적으로 브레이징하기 위하여, 금속 부품들은 고온에서 장시간 동안 서로에 대하여 고정된 관계로 유지되어야 한다. 일반적으로, 대용적의 티타늄 부분들을 브레이징하는 데에는 1700°F 이상의 온도에서 4시간 이상 유지하는 것이 필요할 수 있다. 브레이징 온도에서, 티타늄 합금 부품들은 최소의 크리프 강도를 가지며, 합금 부품들을 특정 위치에 유지하기 위하여 합금 부품들에 힘을 가하는 것은 각 부품의 형상에 비틀림을 유발할 수 있기 때문에, 브레이징 후에 실질적인 기계가공이 필요하게 된다. 또한, 합금 부품들과 그 부품들이 활주지지되는 표면과의 사이의 열팽창 계수차에 따라 부품에 생길 수 있는 열응력에 기인하여, 부품들은 브레이징 사이클중에 서로에 대하여 이동되어 비틀림이 유발될 수 있으므로, 그것을 바로잡기 위한 브레이징후 기계 가공이 필요하게 된다.
브레이징 공정에 걸쳐 대용적의 티타늄 부품들을 서로에 대하여 고정된 관계로 유지시키기 위해서, 티타늄 부품들은 브레이징 대상 티타늄 부품들에게 지나친 힘을 가하지 않는 고정구에 의해 지지되어야 하며, 이때 고정구는 티타늄 부품들이 그 부품들을 지지하는 표면에 대해 활주되지 않도록, 브레이징 대상 부품의 열팽창도와 본질적으로 동일한 열팽창도를 나타낸다.
이상적으로, 고정구는 브레이징될 티타늄 합금 부품들과 같은 재료로 만들어질 것이며, 그에 따라 티타늄 합금 부품들과 고정구 사이의 열팽창도가 일치됨으로써, 금속 부품들은 이동하지 않게 된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 티타늄 합금으로 제조된 고정구는 티타늄 합금 구성부품을 브레이징하는데 필요한 온도에서 최소의 크리프 강도를 가지고 있어서, 만일 지지되지 않는다면 티타늄 합금 부품의 중량하에서 비틀림 변형되기 때문에, 티타늄 합금 부품들과 지지표면의 열팽창도가 조화를 이룸에도 불구하고 합금 부품들의 위치는 이동하게 된다.
그러므로, 본 발명의 목적은 브레이징 사이클에 걸쳐 티타늄 합금 부품들이 상호 고정된 관계로 유지되도록, 티타늄 합금 부품들의 열팽창도와 조화를 이루면서도 브레이징 온도에서 크리프에 강한 브레이징 고정구를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상술한 목적과 다른 목적들은 브레이징 대상 금속 부품들이 그 부품들과 본질적으로 동일한 열팽창 계수를 갖는 2개의 동심 지지링에 지지되도록 일체로 형성된 브레이징 고정구를 제공하는 것으로써 성취되는데, 이때 그 열팽창 계수들은 브레이징 대상 부품과 지지링간의 임의의 열팽창도 차이가 그로 인해 부품들의 위치를 허용 가능한 공차 이상으로 비틀림 변형시키지 않을 정도로, 서로 근사치를 갖는다. 이들 각각의 지지링은 기부에 의하여 지지되는 보강링내에 수납된다. 보강링은 브레이징 온도에서, 우수한 크리프 강도를 나타냄과 함께, 지지링보다 작은 열팽창 계수를 갖는 재료로 제조된다. 상온에서, 각각의 지지링과 보강링의 외경 사이에는 틈새가 주어지는데, 그 틈새는 지지링과 보강링의 열팽창도 차이가 허용되도록 하기 위해 채용된다. 기부는, 지지링보다 큰 열팽창 계수를 가지면서, 고온에서의 열순환의 결과로서 많은 합금들에서 종종 발생하는 유해한 상변화 및 치수변화에 강한 재료로 제조된다. 진공로에서 가열중에, 지지링은 금속 부품들과 동일한 속도로 열팽창함으로써, 그 부품들이 서로 고정된 상태로 유지되도록 한다. 보강링은 최소로 팽창하기 때문에, 기부와 지지링들에 대하여 반경 방향으로 슬라이드한다. 브레이징 온도 근처에서, 지지링은 팽창하여 보강링과 접촉하게 되어 기부 위의 위치 조정핀과 접촉하게 되는데, 상기 위치 조정핀은 브레이징 온도에서 지지링과 보강링들이 적절하게 위치 조정되도록 한다.
상기 부품들은 브레이징 사이클중에 오염물이 금속 부품들에 접촉되는 것을 방지하는 통기 구조를 포함하는 커버에 의하여 로내의 오염물로부터 보호된다. 본 발명을 사용하여 젯트 엔진 흡입구와 같은 대용적의 티타늄 합금 부품들을 브레이징하는 것을 통해, 종래의 브레이징 고정구를 사용하였을 때 일반적으로 발생하는 부품의 비틀림은 상당히 감소되었다. 따라서, 허용공차내에 부품을 맞추는데 필요한 브레이징후 기계가공은 현저하게 감소되었다.
본 발명의 상술한 특징과 다른 특징 및 장점들은 다음의 설명과 첨부 도면으로부터 보다 분명해질 것이다.
앞으로 상세히 설명하는 본 발명의 실시예는 티타늄 부품들을 브레이징하기 위한 브레이징 고정구의 사용에 관한 것이지만, 그것은 단지 본 발명의 예시를 위해 제공된 것이며 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 여기서 사용하는 상온이란 용어는 일반적으로 금속 부품들이 본 발명의 브레이징 고정구에 적재될 때의 온도, 대략 70。F를 의미하며, 브레이징 온도라는 용어는 용가재의 용융을 위해 금속부품들이 유지되어야 하는 온도, 대략 1700。F 이상의 온도를 의미하며, 브레이징 사이클이란 용어는 금속 부품들과 브레이징 고정구를 상온으로부터 브레이징 온도까지 가열한 후 다시 상온으로 냉각시키는 과정을 의미한다.
제1도는 커버(1)와 기부(2)를 포함하는 본 발명의 장치를 도시한 도면으로, 일부를 단면으로 도시한 입면도이다. 기부(2)는 내측링(3), 외측링(4), 그리고 그 사이를 연결하는 반경방향 연장 부재(5)를 포함한다.제3도에 도시한 바와 같이, 내측 링(3)의 내경에는 원형 팬 삽입체(6)가 둘레를 따라 결합된다. 다른 팬 삽입체(7)는 내측링(3), 외측링(4) 및 반경방향 연장 부재(5)에 의하여 경계지워진 공간내에 위치된다. 이들 팬 삽입체(7)는 다소 파이 모양(pie-shaped)으로 되어 있고 각각의 삽입체의 전체 외주부는 내측링(3), 외측링(4), 또는 반경방향 연장 부재(5)중에 하나에 결합되어 있다. 팬 삽입체(6),(7)는 반경방향 연장 부재(5)의 높이에 비해서 비교적 얇은 두께로 되어 있고, 또한 팬 삽입체(6,)(7)는 브레이징될 부품(9)들 하측에 배치되어 있어서, 상기 팬 삽입체(6),(7)는 브레이징 사이클중에 그 팬 삽입체에 생길 수 있는 어떠한 비틀림에 의해서도 상기 부품(9)에 접촉하지 않게 된다.
또한, 팬 삽입체(6),(7)의 단면적은 다른 기부 부재(3),(4),(5)의 단면적에 비해 미미하기 때문에, 팬 삽입체(6),(7)에서 발생하는 어떠한 비틀림에 의해서도 기부(2)는 비틀림 변형되지 않는다. 브레이징 사이클중에 팬의 비틀림 변형을 더욱 감소기키기 위해서는 팬 삽입체(6),(7)를 예비 굴곡시키는 과정이 적용될 수 있다.
내측링(3), 외측링(4), 반경방향 연장 부재(5) 및 팬 삽입체(6),(7)사이의 결합은 용접에 의해서, 혹은 브레이징 사이클중에 기부를 통하여 로의 오염물이 통과하는 것을 방지하는 다른 소정의 결합 방법에 의하여 이루어질 수 있다. 내측링(3)은 브레이징될 티타늄 부품(9)의 반경방향 최내측 부분을 지지하는 지지표면(8)을 포함한다. 부품(9)들은 반경방향 최외측 부분에서 외측 지지링(11)의 지지표면(10)에 의하여 지지된다. 부품(9)들은 브레이징 온도에서 자체 중량에 의하여 비틀림 변형될 수 있기 때문에, 내측 지지링(13)의 지지표면(12)에 의하여 보충 지지된다. 이들 각각의 지지링(11),(13)은 부품(9)들을 직접적으로 지지한다는 점으로부터, 그 부품(9)들을 1차적으로 지지하는 기능을 갖는다. 부품(9)들을 직접적으로 지지한다는 점으로부터, 그 부품(9)들을 1차적으로 지지하는 기능을 갖는다. 부품(9)들은, 지지링(11),(13)을 지지하는 것을 통해 그 부품(9)들을 간접적으로 지지하게 되는 보강링(21),(23)에 의해 2차적으로 지지된다.
각각의 보강링(11),(13)은 제1벽(22)과, 그에 수직한 제2벽(24)과, 그리고 그 제2벽(24)에 수직한 제3벽(48)을 구비한다. 제1벽(22)은 반경방향 최외측면(25)과 반경방향 내측면(26)을 포함하며, 제3벽(48)은 반경방향 외측면(49)과 반경방향으로 최내측면(27)을 포함한다. 보강링(21),(23)의 목적은 이하 상세히 설명된다.
다수의 위치 조정핀(14),(15),(16),(17),(18)은 기부(2)의 구멍과 함께 작용하여 부품(9)과 보강링(21),(23)의 위치를 조정한다. 핀(14)들은 내측링(3)의 지지표면(8) 위에 위치된다. 이들 핀(14)들은 부품(9)들이 서로에 대하여 고정된 관계로 유지되면서 상온에서 내측링(3)의 지지표면(8) 위에 위치된다. 이들 핀(14)들은 부품(9)들이 서로에 대하여 고정된 관계로 유지되면서 상온에서 내측링(3)과 동심을 이루도록 작용을 한다. 보강링의 위치 조정핀(15),(16),(17)은 각각의 반경방향 연장 부재(5)상에 위치되며, 또 다른 위치 조정핀은 외측링(4)상에 위치된다. 핀(16)과 핀(18)은 부품(9)들이 상온에서 기부(2)에 처음 위치될 때, 내,외측 보강링(23),(21) 각각의 최외측 표면에 접촉되도록 위치된다. 브레이징되기 전에 상온에서, 핀(15)은 내측 보강링(23),(21) 각각의 최외측 표면에 접촉되도록 위치된다. 브레이징되기 전에 상온에서, 핀(15)은 내측 보강링(23)의 반경방향 최내측면(27)에 대하여 이격되며, 핀(17)은 외측 보강링(21)의 반경방향 최내측면(27)에 대하여 이격상태로 위치된다. 또한, 상온에서 지지링(13)의 반경방향 최내측면(50)은 내측 보강링(23)의 반경방향 외측면(49)에 접촉되어 있고 지지링(11)의 반경방향 최내측면(50)은 외측 보강링(21)의 반경방향 외측면(49)에 접촉되어 있다.
내측링(3)에는 커버의 내측벽 부재(20)을 지지하기 위하여 그 최내측 직경에 턱(19)이 형성되어 있다. 외측링(4)에는 커버(1)의 외측벽 부재(29)를 지지하기 위하여 그 최외측 직경에 턱(28)이 형성되어 있다. 외측 벽부재(29)에는 그 벽부재(29)가 브레이징 온도에서 호형으로 유지되도록 강성링(30)이 부착되어 부가적으로 지지된다. 외측링(4)에는 립 밀봉체(31)가 제공되어 로의 오염물의 외측벽 부재(29)와 턱(28) 사이의 일체형 브레이징 고정구로 들어가는 것을 방지한다.
브레이징 고정구의 내측 격실 안으로 오염물이 들어갈 수 있는 확률을 더욱 줄이기 위해, Carborundum Company에서 상표 FIBERFRAX＠로 시판되는 바와 같은 세라믹 천(47)이 립 밀봉체(31)와 강성링(30) 사이의 공간에 채워질 수 있다. 내측벽 부재(20)와, 외측벽 부재(29)는 커버판(32)의 하측표면과 결합되어 있다. 제2도에 도시한 것처럼, 커버판(32)이 늘어지는 것을 방지한다. 내,외측벽 부재(20),(29) 및 커버지지 부재(33)는 브레이징 온도를 견딜 수 있는 용접 또는 다른 소정의 결합 방법에 의하여 커버판(32)에 결합된다. 각각의 커버 지지 부재(33)는 그 커버 지지 부재(33)의 길이 전체에 걸쳐 연장하는 내부 통로(34)를 갖는다. 모든 통로(34)는 커버판(32)의 중심에서 교차한다. 커버 지지 부재(33)는 통로(34)가 그 각각의 반경방향 최외측 단부(36)에서만 로내 분위기와 연통되도록 하면서, 중심부(35)에서 서로 접속된다. 커버 통기구(37),(38)는 일체로 된 브레이징 고정구의 내측격실과 커버 지지 부재(33)의 내부통로(34) 사이로 공기가 유통되도록 한다. 커버 통기구(37),(38)과 내부통로(34)는 로내 오염물의 일체형 브레이징 고정구의 내측격실안으로 바로 들어가지 않도록 하면서 로를 진공화시키는 동안 일체형 브레이징 고정구의 내측 격실과로내 분위기 사이의 압력을 평형되게 한다.
제1도를 재참조하면, 브레이징 사이클이 수행되기 이전에, 브레이징될 티타늄 부품들은 지지표면(8)에 중심 배치된다. 제1세트의 위치 조정핀(14),(16),(18)은 부품(9)들이 상온에서 기부(2)에 위치할 때 그 부품(9)들과 보강링(21),(23)이 서로 동심을 이루도록 하는 기능을 한다. 각 보강링(21),(23)의 반경방향 외측면(49)은 각 지지링(11),(13)의 반경방향 최내측면(50)에 접촉되어, 상온에서 지지링이 부품(9)과 동심상태가 되도록 한다. 기부(2)는 티타늄 부품(9)과 지지링(11),(13)보다 빨리 열팽창하기 때문에, 보강링(21),(23) 결국은 지지링(11),(13)이 브레이징 온도에서 동심을 유지하도록 하기 위해서는 제2세트의 위치 조정핀(15),(17)이 필요하게 된다. 이를 위하여, 브레이징 온도에서 제2세트의 위치 조정핀(15),(17)이 인접 보강링(21),(23)의 반경방향 최내측면(27)에 무하중 베어링 온도에서 제2세트의 위치 조정핀(15),(17)과 인접한 보강링(21),(23)의 반경방향 최내측면(27)사이에는 핀 틈새(39)가 존재하여야 한다. 제2세트의 위치 조정핀(15),(17)은 그에 따라 브레이징 온도에서 보강링이 동심상에서 벗어나는 것을 방지한다.커버(1), 내측링(3), 외측링(4), 반경방향 연장 부재(5), 팬 삽입체(6),(7)과 위치 조정핀(14),(15),(16),(17),(18)들은 모두 61.1중량%의 니켈, 22.0중량%의 크롬, 9.0중량%의 몰리브덴, 4.0중량%의 니오븀, 0.2중량%의 알루미늄, 0.2중량%의 티타늄, 3.0중량%의 철, 0.15중량%의 망간, 0.30중량%의 실리콘 및 0.05중량%의 탄소를 함유하는 초합금으로서, Inco Alloys International, Inc.의 등록상표인 INCONEL 625로 제조되는 것이 바람직하다. INCONEL 625는 브레이징 온도에서 우수한 용접성 및 형상 안정성을 가지며, 2000°F까지 반복되는 열사이클링의 결과로서 많은 합금에서 일반적으로 생기는 해로운 상변화 및 /또는 치수변화에 강하다. INCONEL 625는 바람직한 합금이지만, 커버(1), 내측링(3), 외측링(4), 반경방향 연장 부재(5), 팬 삽입체(6),(7) 및 위치 조정핀(14),(15),(16),(17),(18)은 INCONEL 625와 유사한 용접성, 안정성 및 열사이클링 특성을 갖는 어떤 합금으로도 제조될 수 있다. 예를들어, 54.0중량%의 니켈, 22.0중량%의 크롬, 12.5중량%의 코발트, 9.0중량%의 몰리브덴, 1.0중량%의 알루미늄, 0.3중량%의 티타늄 및 0.07중량%의 탄소를 함유하는 초합금으로서 Inco Alloys International, Inc.의 등록상표인 INCONEL 617, 또는 57.0중량%의 니켈, 22.0중량%의 크롬, 2.0중량%의 몰리브덴, 14.0중량%의 텅스텐, 0.3중량%의 알루미늄, 0.5중량%의 망간, 0.4중량%의 실리콘 및 0.10중량%의 탄소를 함유하는 초합금으로서 Cabot Corporation의 상표 HAYNESTM230등이 INCONEL 625의 대체합금이 될 수 있다.
지지링(11),(13)은 브레이징 대상 부품과 본질적으로 같은 열팽창 계수를 갖는 합금으로 제조되는데, 그것은 부품(9)과 지지링(11),(13)의 열팽창도가 조화를 이룸을 의미하며, 따라서 지지링(11),(13)과 부분(9)사이의 열팽창도 차이가 다소 있더라도 그 차이는 부품(9)들이 허용 범위를 벗어나지 않게 비틀림 변형되는 정도로 작은 값이 된다. 이러한 열팽창도의 조화를 통해, 지지링(11),(13)과 부품(9)은 기본적으로 동일한 속도로 열팽창한다. 지지링(11),(13)은 부품(9)의 구성재료인 티타늄 합금으로 제조되어 서로간의 열팽창도 차이가 없도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 티타늄 합금의 링(11),(13)은 브레이징 온도와 자체 중량하에서 크리프 현상을 나타내는 경향이 있기 때문에, 각각의 지지링(11),(13)은 보강링(21),(23)으로 보강되어야 한다. 이들 보강링(21),(23)은 0.5중량%의 티타늄, 0.1중량%의 지르코늄, 0.02중량%의 탄소 및 잔부 몰리브덴을 함유하는 TZM 몰리브덴 합금 등의 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. TZM은 고온에서 뛰어난 크리프 강도,즉 1700。F에서 대략 50ksi를 나타내며,TZM으로 제조된 보강링(21),(23)은 브레이징 사이클의 온도범위 전반에 걸쳐 치수 안정성을 유지한다. 티타늄은 브레이징 온도에서 자체 중량하에서 크리프 현상을 보이며, INCONEL 625는 1700。F에서 단지 3ksi의 크리프 강도를 갖는다. 여러회의 브레이징 사이클 후에도 치수 재현성을 유지하기 위하여, 위치 조정핀(14),(15),(16),(17),(18)이 내측링(3), 외측링(4), 반경방향 연장부재(5)로부터 주기적으로 제거되어 기부(2)의 외측면(42),(43),(44)과 내측면(8),(40),(41)은 교체될 수 있다. 서로 다른 재료들이 상호 접촉하는 브레이징 고정구의 모든 표면들은 플라즈마 스프레이 혹은 화염 용사등의 기법을 통해 알루미늄 산화물 등의 재료로 코팅됨으로써,고온에서 다른 재료와 결합되거나 합금을 이루는 것이 방지된다.
바람직한 실시예에서,내측 지지링(13)은 대략 22인치의 외경을 가지며 외측 지지링(11)은 대략 40인치의 외경을 갖는다.TZM의 열팽창 계수는 티타늄의 거의 절반 수준이어서, 보강링(21),(23)이 지지링(11),(13)에 대해 크기 조정되도록 하며,그에 따라 보강링(21),(23)은 브레이징 온도에서 지지링에 충분한 힘을 가해 지지링이 정확한 원형을 유지하도록 한다.
TZM 보강링은 브레이징 온도에서 티타늄 합금 지지링(11),(13)이 TZM 보강링(21),(23)에 구속될 때까지 열팽창될 직경보다 작은 0.01인치 이하의 내경을 갖도록 하는 크기로 형성된다. 티타늄 합금 지지링(11),(13)은 브레이징 온도에서 어느정도 소성을 나타내기 시작하기 때문에, 지지링(11),(13)은TZM 보강링의 구속에도 불구하고 열응력은 그다지 증가되지 않는다. 브레이징 온도에서 지지링(11),(13)이 열팽창되도록 하기 위해서는, 상온에서 각각의 TZM 보강링(21),(23)의 제1벽(22)의 반경방향 내측면(26)과 각각의 티타늄지지링(11),(13)의 외경사이에는 링틈새(45)가 제공되어야 한다.
브레이징 사이클중에 부품(9)들을 부가적으로 보호하기 위하여,브레이징 이전에 티타늄 게터칩(getter chip)(46)이 팬 삽입체(6),(7)에 놓여져야 한다.
게터칩은 탄소, 산소, 및 질소 등과 같이, 진공 흡입 공정이 시작될 때 브레이징 고정구내에 존재하거나, 혹은 브레이징 도중에 브레이징 고정구의 내측 격실안으로 드물게 들어갈 수 있는 임의의 포텐셜 오염물을 흡수하는 기능을 갖는다.
사용에 있어, 예를 들어, 젯트 엔진 흡입구로 제조될 부품(9)들은 가용접(tack welding)등을 이용하여 조립된다. 보강링(21),(23)은 기부(2)위에 위치되며, 위치 조정핀(16),(18)은 보강링(21),(23)이 내측링(3)과 동심을 유지하도록 하는 작용을 갖는다. 그런 다음, 보강링(21),(23)내에 지지링(11),(13)이 배치되어,각각의 지지링(11),(13)의 반경방향 최내측면(50)이 그 최내측면을 수용하는 보강링(21),(23)의 반경방향 외측면(49)에 접촉됨으로써,지지링(11),(13)은 보강링(21),(23)에 대하여 동심으로 위치될 수 있게 된다. 그후, 부품(9)들은 내측링(3)과 동심으로 배치되도록 위치 조정핀(14)을 사용하여 기부(2)의 지지표면(8),(10),(12)에 놓여진다. 그런다음, 제1도에 도시된 바와 같이, 그 부품위에는 커버(1)가 덮히며, 그렇게 완성된 전체 브레이징 조립체는 진공로속에 놓여진다. 진공로가 진공화됨에 따라, 공기는 일체형 브레이징 고정구로의 내부로부터 커버 통기구(37),(38)를 통하여 배기됨으로써 로내 분위기와 일체형 브레이징 고정구의 내부 사이에 압력 평형이 유지된다. 로의 가열이 시작되면, 부품(9)과 지지링(11),(13)은 같은 비율로 열팽창하여, 부품(9)들이 서로에 대하여 고정된 관계로 유지되게 한다.그러나, 보강링(21),(23)은 지지링(11),(13)또는 기부(2)보다 낮은 수준으로 열팽창하므로, 지지링(11),(13)과 기부(2)는 보강링(21),(23)은 지지링(11),(13) 또는 기부(2)보다 낮은 수준으로 열팽창하므로, 지지링(11),(13)의 동심방향 열팽창을 방해하지 않는데, 이는 보강링(21),(23)에 대하여 반경 방향으로 활주이동된다. 기부(2)와 커버(1)은 지지링(11),(13)의 동심방향 열팽창을 방해하지 않는데, 이는 보강링(21),(23)이 브레이징 사이클 전체에 걸쳐 기부(2)와 커버(1)에 대하여 이격된 상태로 지지링(11),(13)을 지지하기 때문이다. 제4도에 도시된 바와 같이, 브레이징 온도 근처에서 제2세트의 위치 조정핀(15),(17)이 각 보강링(21),(23)의 반경방향 최내측면(27)에 접촉됨을 통해, 두개의 보강링(21),(23)은 내측링(3)과 동심상태를 유지하며, 지지링(11),(13)은 팽창하여 각각의 보강링(21),(23)의 반경방향 내측면(26)과 접촉하므로, 브레이징 온도에서 지지링(11),(13)과 내측링(3)의 동심 배치가 유지되도록 한다. 브레이징 공정이 완료되고 나면, 부품(9)과 브레이징 고정구는 서서히 냉각되어 지지링(11),(13)과 부품(9)은 같은 비율로 열수축된다.
지지링(11),(13)과 부품(9)의 열팽창도를 서로 일치시킴으로써, 본 발명의 일체형 브레이징 고정구는 브레이징 사이클 전체에 걸쳐 부품(9)들이 서로에 대하여 고정된 관계로 유지되도록 한다. 이렇게 열팽창도를 서로 일치시킴에 따른 결과로서, 부품(9)들은 그 부품들이 브레이징 사이클중에 열팽창과 수축할 때 그 부품들을 지지하는 부재로부터 기본적으로 어떠한 저항도 받지 않는다. 그러므로, 부품(9)에 있어서의 브레이징후 잔류응력은 종래의 브레이징 고정구를 사용할 때에 비해 훨씬 적으며, 부품(9)의 열적 비틀림 변형이 감소됨으로써, 부품(9)을 특정 공차내에 맞추는데 요구되는 브레이징후 기계가공이 거의 필요없게 된다.
본 발명은 구체적인 실시예를 참조로 하여 도시 및 설명되었지만 당업자라면 본 발명의 취지와 범위로부터 벗어나지 않는 여러 가지 변형예가 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
Claims (20)
- 상온으로부터 브레이징 온도로 그리고 다시 상온으로 되돌아가는 브레이징 사이클이 개시되기 이전과 브레이징 사이클이 진행되는 동안에 금속 부품(9)들을 서로 고정된 관계로 유지시키는 브레이징 고정구로, 기부(2)와, 그 기부(2)에 위치되어 상기 금속 부품(9)들을 접촉 및 지지하는 지지수단을 포함하며, 상기지지 수단은 금속 부품(9)들을 접촉 및 지지하기 위한 제1지지 수단(11,13)과, 상기 제1지지 수단(11,13)과 상기 기부(2)와 접촉하는 제2지지 수단(21,23)을 구비하며, 상기 제1지지 수단(11,13)과 제2지지 수단(21,23)은 서로에 대해 그리고 상기 기부(2)에 대해, 브레이징 사이클 전체에 걸쳐 상기 제1지지 수단(11,13)과 상기 기부(2)가 서로 접촉되지 않도록 하는 관계로 형성되며, 상기 제2지지 수단(21,23)은 상기 기부(2)에 대해 미끄럼 이동할 수 있고, 상기 제1지지 수단(11,13)은 상기 제2지지 수단(21,23)은 상기 기부(2)에 대해 미끄럼 이동할 수 있고, 상기 제1지지 수단(11,13)은 상기 제2지지 수단(21,23)에 대해 미끄럼 이동할 수 있는, 브레이징 고정구에 있어서, 상기 금속 부품(9)들은 로내에서 브레이징되며, 상기 제1지지 수단(11,13)은 상기 금속 부품(9)들의 열팽창 계수와 본질적으로 동일한 열팽창 계수를 갖는 재료로 제조되며, 상기 금속 부품(9)들이 서로 고정된 관계로 유지되도록, 제1지지 수단을 금속 부품(9)들과 본질적으로 동일한 속도로 열팽창할 수 있게 하는 수단이 제공된 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 부품(9)들과 제2지지 수단(21,23)의 위치를 조정하기 위한 위치 조정 수단(14,15,16,17,18)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제2항에 있어서, 상기 제1지지 수단(11,13)은 지지표면(10,12)을 포함하며, 상기 제1지지 수단(11,13)은 상기 지지표면(10,12)에서 사기 부품(9)들과 접촉하며, 상기 제1지지 수단(11,13)은 브레이징 사이클 전체에 걸쳐 상기 지지표면(10,12)에서 상기 부품(9)들에 대하여 고정 유지되는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제3항에 있어서, 상기 위치 조정수단 (14,15,16,17,18)은 제1위치 조정 수단(14,16,18)과, 제2위치 조정수단(15,17)을 포함하며, 브레이징 사이클이 진행되기 이전에 상기 제1위치 조정 수단(14,16,18)은 상기 부품(9)들 및 상기 제2위치 조정 수단(15,17)과 접촉하며, 상기 제2위치 조정 수단(15,17)은 상기 제2지지 수단(21,23)으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제4항에 있어서, 브레이징 온도에서, 상기 제2위치 조정 수단(15,17)은 상기 제2지지 수단(21,23)과 접촉하며, 상기 제1위치 조정 수단(14,16,18)은 상기 제2지지 수단(21,23)으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제5항에 있어서, 상기 제1지지 수단(11,13)은 다수의 지지링(11,13)으로 구성되며, 상기 제2지지 수단(21,23)은 다수의 보강링(21,23)으로 구성되며; 각각의 상기 지지링(11,13), 상기 보강링(21,23), 및 상기 기부(2)는 브레이징 온도에서, 서로 다른 재료들이 합금되거나 결합되는 것을 방지하는 코팅부를 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제6항에 있어서, 상기 다수의 지지링(11,13) 각각은 상기 다수의 보강링(21,23)중 하나에 동심으로 수용되며, 상기 보강링(21,23) 각각은 상기 기부(2)상에 활주 가능하게 위치하며, 각각의 보강링(21,23)은 제1벽(22), 제2벽(24), 제3벽(48)을 구비하며, 상기 제1벽(22)과 제3벽(48)은 상기 제2벽(24)에 수직하며, 상기 제2벽(24)은 상기 제1벽(22)과 제3벽(48)을 연결시키며, 상기 제1벽(22)은 반경방향 최외측면(25)과 반경방향 내측면(26)을 구비하며, 상기 제3벽(48)은 반경방향 최내측면(27)과 반경방향 외측면(49)을 구비하며, 상기 각각의 보강링(21,23)의 제2벽(24)은 상기 다수의 지지링(11,13)중 하나와 상기 기부(2) 사이로 연장하는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제7항에 있어서, 상온에서, 상기 지지링(11,13) 각각은 그 지지링을 수용하는 보강링(21,23)의 상기 반경방향 내측면(26)과 동심이고 그 내측면(26)으로부터 반경방향으로 이격되며, 그리고 브레이징 온도에서, 상기 지지링(11,13) 각각은 그 지지링(11,13)들에 심각한 열응력을 야기하지 않으면서 상기 반경방향 내측면(26)을 따라 각각의 지지링 모두를 수용하는 보강링(21,23)의 상기 반경방향 내측면(26)에 접촉하는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제8항에 있어서, 상기 기부(2)는 외경을 갖는 내측링(3)과, 내경을 갖는 외측링(4)과, 그리고 상기 내측링(3)의 외경으로부터 상기 외측링(4)의 내경 사이로 연장하는 다수의 반경방향 연장 부재(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제9항에 있어서, 상기 기부(2)는 다수의 팬 삽입체(7)와 그 다수의 팬 삽입체(7) 각각에 위치된 글리터 수단을 추가로 포함하며, 상기 다수의 팬 삽입체(7) 각각은 외주 둘레부를 구비하며, 각각의 팬 삽입체(7)는 로내 오염물이 기부로 통과되지 않도록 그 외주 전체 둘레부를 따라서 내측링(3), 외측링(4) 또는 상기 반경방향 연장 부재(5)에 연결되는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제10항에 있어서, 상기 제1위치 조정 수단(14,16,18)은 제1세트의 핀으로 구성되고, 상기 제2위치 조정 수단(15,17)은 제2세트의 핀으로 구성되며, 상기 제1, 제2세트의 핀들은 상기 기부(2)의 구멍들과 상호 작용하며, 브레이징 사이클 개시 이전에 상기 제1세트의 핀은 상기 제1벽(22) 각각의 반경방향 최외측면(25)과 접촉하며, 그리고 브레이징 온도에서 상기 제2세트의 핀은 상기 제3벽(48) 각각의 반경방향 최내측면(27)과 접촉하는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제11항에 있어서, 브레이징 사이클이 진행중에 로내 오염물이 상기 부품(9)들에 접촉되지 않도록 상기 기부(2)와 공동 작용하는 커버 수단(1)을 추가로 포함하며; 상기 커버 수단(1)은 제1측면, 제2측면, 및 중심부를 갖는 커버판(32)과, 상기 커버판(32)의 상기 제1측면에 연결된 제1연부와 제2연부를 갖는 외측벽 부재(29)를 구비하며, 상기 제2연부는 그 연부와 상기 기부(2) 사이로 로내 오염물이 통과되지 않도록, 상기 기부(2)상의 립 밀봉체(31) 및 세라믹 천 밀봉체(47)와 상호 작용하는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제12항에 있어서, 상기 커버 수단(1)은 상기 커버판(32)의 상기 제2측면에 연결된 다수의 커버 지지부재(33)들을 추가로 포함하며, 상기 커버지지 부재(33) 각각은 내부 통로(34)를 구비하며, 상기 커버판(32)의 상기 제1측면은 다수의 통기구(37,38)를 구비하며, 상기 제1측면은 브레이징 사이클이 진행되는 동안에 상기 커버판(32)의 상기 제1측면과 제2측면 사이의 압력이 평형을 이루도록 하나 이상의 상기 통기구(37,38)에 의해 각각의 상기 내부 통로(34)에 연통되는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제13항에 있어서, 상기 커버 지지부재(33) 각각은 상기 중심부(35)에서 반경방향 외측으로 연장하며, 상기 커버 지지부재(33) 각각의 반경방향 최내측 단부는 그 단부에서 로내 오염물이 상기 내부 통로(34)로 들어가는 것을 방지하기 위해 상기 중심부(35)에서 상호 밀봉되게 결합되는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제14항에 있어서, 상기 커버 수단(1)은 상기 커버판(32)의 상기 제1측면에 연결된 내측벽 부재(20)를 추가로 포함하며, 그 내측벽(20)은 커버판(32)의 지지를 위해 상기 내측링(3)상의 턱(19)과 상호 작용하는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제15항에 있어서, 상기 기부는 61.6wt% 니켈, 22.0wt% 크롬, 9.0wt% 몰리브덴, 4.0wt% 니오븀, 0.2wt% 알루미늄, 0.2wt% 티타늄, 3.0wt% 철, 0.15wt% 망간, 0.3wt% 실리콘, 0.05wt% 탄소로 이루어진 초합금으로 제조된 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제16항에 있어서, 상기 보강링(21,23)은 0.5wt% 티타늄, 0.1wt% 지르코늄, 0.02wt% 탄소, 잔부 몰리브덴으로 이루어진 몰리브덴 합금으로 제조된 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제17항에 있어서, 상기 코팅부는 알루미늄 산화물인 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 제18항에 있어서, 상기 지지링(11,13)과 상기 금속 부품(9)들은 동일한 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 브레이징 고정구.
- 브레이징이 진행되기 이전과 브레이징이 진행되는 동안에 금속 부품(9)들을 서로 고정된 관계로 유지시키는 방법으로, 제1지지 수단(11,13)과 제2지지 수단(21,23)을 포함하며 기부(2)상에 위치된 지지 수단위에 상기 금속 부품(9)들을 위치시키는 단계와, 상기 제2지지 수단(21,23)이 상기 기부(2)상에 정확하게 위치되도록 하는 위치 조정 수단(14,15,16,17,18)을 상기 기부(2)상에 위치시키는 단계와, 금속 부품(9)들이 브레이징되는 동안 상기 제1지지 수단(11,13)에 의해 그 금속 부품(9)들이 서로 고정된 관계로 지지되도록, 상기 제1지지 수단(11,13)을 상기 제2지지 수단(21,23)으로 지지시키는 단계를 포함하는, 브레이징이 진행되기 이전과 브레이징이 진행되는 동안에 금속 부품(9)들을 서로 고정된 관계로 유지시키는 방법에 있어서, 상기 제1지지 수단(11,13)은 브레이징 대상 금속 부품(9)들의 열팽창 계수와 본질적으로 동일한 열팽창 계수를 가지며, 제2지지 수단(21,23)은 상기 제1지지 수단(11,13)의 지지를 위해 그 지지 수단(11,13)에 동심으로 접촉되며, 상기 제1지지 수단(11,13), 제2지지 수단(21,23), 그리고 상기 기부(2) 각각은 브레이징 온도에서 서로에 대해 혹은 상기 금속 부품(9)들에 대해 합금화되거나 결합되지 않도록 코팅부를 구비하며, 상기 금속부품(9)들을 로내에서 브레이징 온도까지 가열하는 단계로, 그 가열에 의해 상기 제1지지 수단(11,13)과 상기 기부(2)는 상기 제2지지 수단(21,23)에 대해 미끄럼 이동되고, 그리고 가열은 금속 부품(9)들이 상기 제1지지 수단(11,13)에 대해 미끄럼 이동되지 않게, 상기 금속 부품(9)들과 제1지지 수단(11,13)이 본질적으로 동일 비율로 열팽창하도록 하는 속도로 일어나는, 상기 금속 부품(9)들을 상기 노래에서 브레이징 온도까지 가열하는 단계와; 상기 금속 부품(9)들이 상기 제1지지 수단(11,13)에 대해 미끄럼 이동되지 않도록 금속 부품(9)들과 제1지지 수단(11,13)이 동일한 속도로 열수축되게 하면서, 상기 로내에서 상기 금속 부품(9)들을 상온으로 다시 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 브레이징이 진행되기 이전과 브레이징이 진행되는 동안에 브레이징 로내에서 금속 부품(9)들을 서로 고정된 관계로 유지시키는 방법.
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