WO2017217795A1 - 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법 및 시스템 - Google Patents

마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법 및 시스템 Download PDF

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electrode
welding
friction stir
stir welding
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김철희
윤진영
강민정
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한국생산기술연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a pinhole repair method and system by friction stir welding, and more particularly, to a pinhole repair method and system by friction stir welding, which makes it possible to remove pinholes generated by friction stir welding using resistance welding. It is about.
  • Friction agitation between the material and the friction stir welding tool is generated using a rotating non-consumable friction stir welding tool, and the material softened by the friction heat is agitated by the rotation of the friction stir welding tool, thereby joining each other.
  • Welding is a welding method widely applied to railroad cars, ships, aircrafts, automobiles, and the like due to the advantages that blowholes and cracks do not occur and deformation due to welding is smaller than that of fusion welding such as arc welding, laser welding, and electron beam welding.
  • the present invention is to solve such a conventional problem, by using a resistance welding to lower the yield strength of the material around the pinhole without a separate padding member to generate a plastic flow without a separate heat treatment to fill the pinhole in the solid state without melting
  • the structure of the product can be very firmly structured, which can greatly reduce the incidence rate of vulnerability and product defect rate, and form the shape of the electrode end of the resistance welding device in the shape of a sphere so that all the pinholes of various sizes can be formed.
  • these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
  • the first electrode of the resistance welding device is arranged in the first direction of the pinhole generated by the friction stir welding, the first direction
  • a resistance welding step of performing resistance welding by applying electric power between the first electrode and the second electrode is performed.
  • the first electrode and the second electrode and the first electrode in the resistance welding step, the first electrode and the second electrode and the first electrode so that the material around the pinhole is partially deformed and introduced into the pinhole when the resistance welding is performed.
  • the pressing force of the second electrode may be pressurized to a pressure higher than the minimum deformation pressure.
  • the power applied between the first electrode and the second electrode may be controlled so that the heat generated during the resistance welding can be a temperature below the melting point of the material.
  • the diameter of the first electrode is at least larger than the diameter of the pinhole, and the contact portion with the pinhole may contact the inlet portion of the pinhole regardless of the size of the pinhole. It may be to have a spherical surface of the radius of curvature to be partly larger than the radius of the pinhole.
  • the friction stir welding step of performing a friction stir welding of the welding object using a rotating friction stir welding tool may further include a.
  • the pinhole repair method by friction stir welding for solving the above problems, performing friction stir welding to perform friction stir welding from the start point to the end point of the welding object using a rotating friction stir welding tool step; An electrode disposing step of disposing a first electrode of the resistance welding apparatus in a first direction of the pinhole formed at the end point, and disposing a second electrode of the resistance welding apparatus in a second direction opposite to the first direction; And a resistance welding step of performing resistance welding by applying electric power between the first electrode and the second electrode.
  • the friction stir welding device to perform the friction stir welding from the start point to the end point of the welding object using a rotating friction stir welding tool ; Power is applied between a first electrode disposed in a first direction of the pinhole formed at the end point, a second electrode disposed in a second direction opposite to the first direction, and between the first electrode and the second electrode; It may include; resistance welding device including a power applying device for performing a resistance welding.
  • the diameter of the first electrode is at least larger than the diameter of the pinhole, and the contact portion with the pinhole may be partially contacted with the inlet of the pinhole regardless of the size of the pinhole. It may have a spherical surface having a radius of curvature larger than the radius of the pinhole.
  • the electrode of the resistance welding device The shape of the end can be applied to all pinholes of various sizes by forming a spherical shape, and finally, the shape of the resistance welding part left in the product is smoothed to have an aesthetic effect.
  • the scope of the present invention is not limited by these effects.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating a pinhole repair method by friction stir welding according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view conceptually illustrating a step of performing friction stir welding of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view conceptually illustrating an electrode disposing step of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view conceptually illustrating a step of performing resistance welding in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a welding object in which welding is completed after the resistance welding step of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a photograph showing a state in which a plurality of pinholes are formed by friction stir welding to perform a pinhole repair method by friction stir welding according to some embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating resistance welding conditions for performing a pinhole repair method by friction stir welding according to some embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a photograph showing a result performed according to the resistance welding conditions of FIG. 8.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating a pinhole repair method by friction stir welding according to some embodiments of the present invention.
  • the pinhole repair method by friction stir welding according to some embodiments of the present invention, the friction stir welding step (S1), the electrode arrangement step (S2) and resistance welding Step S3 may be included.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view conceptually illustrating a friction stir welding step S1 of FIG. 1.
  • the friction stir welding step S1 may be performed by using the rotating friction stir welding tool 11 from the starting point P1 of the welding object 1 to the end point P2. May be a step of performing friction stir welding.
  • such friction stir welding tool 11 is joined to two plates, namely, to the starting point P1 and the end point P2 along the contact surface between the welding object 1 and the other welding object 1. While rotating at high speed, friction heat with the welding object 1 may be generated, and the material softened by the friction heat may be agitated by the rotation of the friction stir welding tool 11, thereby making it possible to join each other. .
  • FIG. 1 and 2 illustrate the case where the movement path of the friction stir welding tool 11 including the start point P1 and the end point P2 is a straight line, but the movement of the friction stir welding tool 11 is illustrated.
  • the path is not necessarily limited to the drawings because the path may be in a variety of forms, such as arcs, circles, zigzag, twisted waveforms, and various other geometric shapes.
  • pinhole (H) and the friction stir welding tool (11) for forming the pinhole (H) may also be very diverse, it may be very diverse, such as cylindrical, partial cone.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view conceptually illustrating an electrode disposing step S2 of FIG. 1.
  • the electrode disposing step S2 may include a first electrode of the resistance welding device 20 in the first direction of the pinhole H formed at the end point P2.
  • the second electrode 22 of the resistance welding apparatus 20 may be disposed in a second direction opposite to the first direction.
  • the resistance welding device 20 may be a spot welding device.
  • the resistance welding device 20 is not necessarily limited to a spot welding device, and resistance heat of current such as core welding, projection welding, flash stir welding, upset butt welding, discharge impact welding, etc., which can be overlapped and taste welded. All kinds of resistance welding apparatuses using a variety of forms can be applied.
  • the most basic conditions may be the magnitude of the current, the pressing force and the energization time. Of course, it will be apparent that these welding conditions can be optimized according to the required specifications, the welding environment, the type or form of the welding target 1, and the like.
  • the diameter D2 of the first electrode 21 is at least larger than the diameter D1 of the pinhole H, and the contact portion with the pinhole H is formed.
  • the first electrode 21 when the diameter D2 of the first electrode 21 is smaller than the diameter D1 of the pinhole H, the first electrode 21 is inserted into the pinhole H so that the pinhole H If the radius of curvature R2 of the spherical surface 21a is smaller than the radius R1 of the pinhole H, it is difficult to remove the spherical surface 21a from even contact with the inlet of the pinhole H. Because.
  • the diameter of the first electrode 21 or the second electrode 22 or the radius of curvature of the spherical surface may be sufficiently large as described above, thereby causing the pinhole H of various shapes and sizes. Can be applied to both.
  • the first electrode 21 The diameter (D2) of at least 1.5 to 5 times the diameter (D1) of the pinhole (H), the contact portion with the pinhole (H) of the pinhole (H) irrespective of the size of the pinhole (H) It may be desirable to have a spherical surface 21a of radius of curvature R2 that is partly two to ten times the radius R1 of the pinhole H to be in contact with the inlet.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view conceptually illustrating a resistance welding performing step S3 of FIG. 1.
  • resistance welding is performed by applying electric power between the first electrode 21 and the second electrode 22. Can be.
  • the material around the pinhole H may be partially deformed when the first electrode 21 and the second electrode 22 perform resistance welding.
  • the pressing force of the first electrode 21 and the second electrode 22 may be pressurized to a pressure higher than the minimum deformation pressure so as to flow into the pinhole H.
  • the power applied between the first electrode 21 and the second electrode 22 may be controlled so that heat generated during resistance welding may be a temperature below the melting point of the material.
  • the material around the pinhole (H) is pressurized to a pressure above the minimum strain pressure, and is softened at a temperature below the melting point so as not to cause a new weakness to be melted and moved into the pinhole (H) by pressure. As a result, the pinhole H may be removed.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a welding object 1 in which welding is completed after the resistance welding performing step S3 of FIG. 1.
  • the material around the pinhole H can bury the pinhole H, thereby structurally making the structure of the product very solid, thereby It is possible to greatly reduce the incidence rate of the vulnerability and the defective rate of the product, and to form the spherical shape of the ends of the first electrode 21 and the second electrode 22 of the resistance welding device 20 to all pinholes of various sizes It may be applied, and finally, the shape of the resistance welded portion 1b remaining in the product may be smooth and aesthetically superior.
  • a pinhole may be formed after the friction stir welding tool is inevitably exited from the end of the welding, and the pinhole is structurally There was a problem that was vulnerable, and not good for aesthetics.
  • FIG. 7 is a photograph showing a state in which a plurality of pinholes are formed by friction stir welding to perform a pinhole repair method by friction stir welding according to some embodiments of the present disclosure.
  • a plurality of pinholes may be formed on the surface of the aluminum (AL 5083) material having a thickness of 2t.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating resistance welding conditions for performing a pinhole repair method by friction stir welding according to some embodiments of the present disclosure.
  • resistance welding could be performed using the above-described resistance welding apparatus 20 in the pinhole of FIG. 7.
  • the resistance welding conditions could be carried out at various times during the current (kA) and the energization time (ms) at various load (kgf).
  • FIG. 9 is a photograph showing a result performed according to the resistance welding conditions of FIG. 8.
  • the present invention is not limited to the pinhole repair method by friction stir welding, and may include a welding object 1 manufactured using the method.
  • the welding object 1 has a friction welding portion 1a formed by friction welding, and a resistance welding portion 1b instead of a pinhole at the end point P2 of the friction welding portion 1a. ) May be formed.
  • a nugget 2a in the internal structure of the welding object 1.
  • the pinhole repair system by friction stir welding using the rotating friction stir welding tool 11 of the welding object 1
  • a friction stir welding device 10 performing friction stir welding from the starting point P1 to the end point P2 and a first electrode 21 disposed in the first direction of the pinhole H formed at the end point P2;
  • the resistance welding device 20 including the 23 may be included.
  • the diameter D2 of the first electrode 21 of the resistance welding device 20 is at least larger than the diameter D1 of the pinhole H, and the contact portion with the pinhole H is the pinhole ( Regardless of the size of H), it may have a spherical surface 21a having a radius of curvature R2 that is partially larger than the radius R1 of the pinhole H so as to be in contact with the inlet of the pinhole H.
  • the electrode of the resistance welding device It can be applied to pinholes of various sizes by forming the shape of the end of a sphere.
  • the resistance welded part remaining in the product is smoothed to have an aesthetically superior effect, thereby increasing production rate and lowering defective rate. Can reduce the cost.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명은 저항 용접을 이용하여 마찰 교반 용접에서 발생되는 핀홀을 제거할 수 있게 하는 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 마찰 교반 용접으로 인해 발생된 핀홀의 제 1 방향에 저항 용접 장치의 제 1 전극을 배치하고, 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향에 상기 저항 용접 장치의 제 2 전극을 배치하는 전극 배치 단계; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전력을 인가하여 저항 용접을 수행하는 저항 용접 수행 단계;를 포함할 수 있다.

Description

마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법 및 시스템
본 발명은 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저항 용접을 이용하여 마찰 교반 용접에서 발생되는 핀홀을 제거할 수 있게 하는 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
회전하는 비소모성 마찰 교반 용접툴을 이용하여 소재와 마찰 교반 용접툴 간의 마찰열을 발생시키고, 이러한 마찰열에 의해 연화된 소재가 마찰 교반 용접툴의 회전에 의해 교반이 발생되어 서로 간의 접합이 이루어지는 마찰 교반 용접은 아크 용접, 레이저 용접, 전자빔 용접 등의 용융 용접에 비해 블로홀이나 갈라짐이 발생하지 않고 용접에 따른 변형이 적다는 이점 때문에 철도 차량, 함정, 항공기, 자동차 등에 널리 응용되고 있는 용접법이다.
그러나, 이러한 종래의 마찰 교반 용접은 용접의 끝단부 즉, 용접의 종료점에서 마찰 교반 용접툴이 빠져 나간 공간에 필연적으로 핀홀이 발생되고, 이러한 핀홀은 구조적으로 용접 대상물에 치명적인 취약점으로 작용하여 크랙이나 균열의 원인이 되는 것은 물론이고, 그 표면이 매끈하지 못하여 미관상으로도 좋지 않았었던 문제점들이 있었다.
이러한 기존의 문제점을 해결하기 위해 핀홀을 덧댐 부재로 덧대는 경우 추가적인 소재가 반드시 필요하기 때문에 부품의 중량이 증대되고, 덧댐 부재의 덧댐 공정에 따른 부수적인 공정 증가와 치밀한 덧댐 공정이 어려워서 제품의 결함이 그대로 상존되는 등의 문제점들이 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 저항 용접을 이용하여 별도의 덧댐 부재 없이 핀홀 주변의 소재의 yield strength를 낮추어 별도의 열처리 없이 소성 유동을 발생시켜서 용융시키지 않고도 핀홀을 고체 상태에서 매립할 수 있게 하여 구조적으로 제품의 구조를 매우 견고하게 할 수 있으며, 이로 인하여 취약점 발생율과 제품의 불량률을 크게 낮출 수 있고, 저항 용접 장치의 전극 단부의 형상을 구형으로 형성하여 다양한 크기의 핀홀에 모두 적용될 수 있으며, 최종적으로 제품에 남은 저항 용접부의 형상을 완만하게 하여 미관적으로 우수할 수 있게 하는 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법은, 마찰 교반 용접으로 인해 발생된 핀홀의 제 1 방향에 저항 용접 장치의 제 1 전극을 배치하고, 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향에 상기 저항 용접 장치의 제 2 전극을 배치하는 전극 배치 단계; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전력을 인가하여 저항 용접을 수행하는 저항 용접 수행 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 저항 용접 수행 단계에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 저항 용접 수행시 상기 핀홀 주변의 소재가 부분 변형되어 상기 핀홀 내부로 유입될 수 있도록 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 가압력은 최소 변형 압력 이상의 압력으로 가압될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 저항 용접 수행 단계에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 인가되는 전력은 저항 용접시 발생되는 열이 소재의 용융점 이하의 온도일 수 있도록 제어될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 전극 배치 단계에서, 상기 제 1 전극의 직경은 적어도 상기 핀홀의 직경 보다 크고, 상기 핀홀과의 접촉부위는 상기 핀홀의 크기와 상관 없이 상기 핀홀의 입구부와 접촉될 수 있도록 부분적으로 상기 핀홀의 반경 보다 큰 곡률반경의 구형 표면을 갖는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 전극 배치 단계 이전에, 회전하는 마찰 교반 용접툴을 이용하여 용접 대상물의 마찰 교반 용접을 수행하는 마찰 교반 용접 수행 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법은, 회전하는 마찰 교반 용접툴을 이용하여 용접 대상물의 시작점에서부터 종료점까지 마찰 교반 용접을 수행하는 마찰 교반 용접 수행 단계; 상기 종료점에 형성된 핀홀의 제 1 방향에 저항 용접 장치의 제 1 전극을 배치하고, 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향에 상기 저항 용접 장치의 제 2 전극을 배치하는 전극 배치 단계; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전력을 인가하여 저항 용접을 수행하는 저항 용접 수행 단계;를 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 시스템은, 회전하는 마찰 교반 용접툴을 이용하여 용접 대상물의 시작점에서부터 종료점까지 마찰 교반 용접을 수행하는 마찰 교반 용접 장치; 상기 종료점에 형성된 핀홀의 제 1 방향에 배치되는 제 1 전극과, 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향에 배치되는 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전력을 인가하여 저항 용접을 수행하는 전력 인가 장치를 포함하는 저항 용접 장치;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 또한, 상기 제 1 전극의 직경은 적어도 상기 핀홀의 직경 보다 크고, 상기 핀홀과의 접촉부위는 상기 핀홀의 크기와 상관 없이 상기 핀홀의 입구부와 접촉될 수 있도록 부분적으로 상기 핀홀의 반경 보다 큰 곡률반경의 구형 표면을 갖는 것일 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 저항 용접으로 핀홀을 제거하여 구조적으로 제품을 매우 견고하게 할 수 있으며, 취약점 발생율과 제품의 불량률을 크게 낮출 수 있고, 저항 용접 장치의 전극 단부의 형상을 구형으로 형성하여 다양한 크기의 핀홀에 모두 적용될 수 있으며, 최종적으로 제품에 남은 저항 용접부의 형상을 완만하게 하여 미관적으로 우수할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 마찰 교반 용접 수행 단계를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 전극 배치 단계를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1의 저항 용접 수행 단계를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1의 저항 용접 수행 단계 이후 용접이 완료된 용접 대상물을 나타내는 단면도이다.
도 6은 기존의 마찰 교반 용접에 의해 형성되는 핀홀을 나타내는 사진들이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법을 수행하기 위해 마찰 교반 용접으로 복수개의 핀홀들을 형성한 상태를 나타내는 사진이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법을 수행하기 위한 저항 용접 조건들을 나타내는 도표이다.
도 9는 도 8의 저항 용접 조건들에 따른 수행된 결과물을 나타내는 사진들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법은 크게, 마찰 교반 용접 수행 단계(S1)와, 전극 배치 단계(S2) 및 저항 용접 수행 단계(S3)를 포함할 수 있다.
이하, 상술된 단계들(S1)(S2)(S3)에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 도 1의 마찰 교반 용접 수행 단계(S1)를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 마찰 교반 용접 수행 단계(S1)는, 회전하는 마찰 교반 용접툴(11)을 이용하여 용접 대상물(1)의 시작점(P1)에서부터 종료점(P2)까지 마찰 교반 용접을 수행하는 단계일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 이러한 마찰 교반 용접툴(11)은 서로 맞댄 2개의 판재, 즉 용접 대상물(1)과 다른 용접 대상물(1) 사이의 접촉면을 따라 시작점(P1)과 종료점(P2) 까지 고속으로 회전하면서 상기 용접 대상물(1)과의 마찰열을 발생시키고, 이러한 마찰열에 의해 연화된 소재가 상기 마찰 교반 용접툴(11)의 회전에 의해 교반이 발생되어 서로 간의 접합이 이루어지게 할 수 있다.
도 1 및 도 2에서는 상기 시작점(P1)과 상기 종료점(P2)을 포함하는 상기 마찰 교반 용접툴(11)의 이동 경로가 직선인 경우를 예시하였으나, 이러한 상기 마찰 교반 용접툴(11)의 이동 경로는 원호, 원형, 지그재그, 구불구불한 파형, 기타 각종 기하학적인 형태 등 매우 다양한 형태로 이루어질 수 있기 때문에 반드시 도면에 국한되지 않는다.
아울러, 상기 핀홀(H) 및 이러한 상기 핀홀(H)을 형성하는 마찰 교반 용접툴(11)의 형태 역시 매우 다양할 수 있는 것으로서, 원기둥형, 부분 원뿔형 등 매우 다양할 수 있다.
도 3은 도 1의 전극 배치 단계(S2)를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
이어서, 예컨대, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전극 배치 단계(S2)는, 상기 종료점(P2)에 형성된 핀홀(H)의 제 1 방향에 저항 용접 장치(20)의 제 1 전극(21)을 배치하고, 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향에 상기 저항 용접 장치(20)의 제 2 전극(22)을 배치하는 단계일 수 있다.
여기서, 더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 저항 용접 장치(20)는 점용접 장치일 수 있다. 그러나, 상기 저항 용접 장치(20)는 반드시 점용접 장치에만 국한되지 않고, 기타 겹치기 및 맛대기 용접이 가능한 심용접, 프로젝션 용접, 플래시 맛대기 용접, 업셋 맞대기 용접, 방전 충격 용접 등 전류의 저항열을 이용하는 매우 다양한 형태의 모든 저항 용접 장치가 적용될 수 있다. 이러한 상기 저항 용접 장치(20)에 있어서, 가장 기본적인 조건은 전류의 크기, 가압력 및 통전 시간 등이 있을 수 있다. 물론, 이러한 용접 조건들은 요구되는 스팩이나, 용접 환경이나, 용접 대상물(1)의 종류나 형태 등에 따라 최적화될 수 있음은 자명할 것이다.
또한, 예컨대, 상기 전극 배치 단계(S2)에서, 상기 제 1 전극(21)의 직경(D2)은 적어도 상기 핀홀(H)의 직경(D1) 보다 큰 것으로서, 상기 핀홀(H)과의 접촉부위는 상기 핀홀(H)의 크기와 상관 없이 상기 핀홀(H)의 입구부와 접촉될 수 있도록 부분적으로 상기 핀홀(H)의 반경(R1) 보다 큰 곡률반경(R2)의 구형 표면(21a)을 가질 수 있다.
즉, 상기 제 1 전극(21)의 직경(D2)이 상기 핀홀(H)의 직경(D1) 보다 작으면 상기 제 1 전극(21)이 상기 핀홀(H)에 삽입되어 상기 핀홀(H)의 제거가 어렵고, 상기 구형 표면(21a)의 곡률반경(R2)이 상기 핀홀(H)의 반경(R1) 보다 작으면 상기 구형 표면(21a)이 상기 핀홀(H)의 입구와 골고루 접촉되기 어렵기 때문이다.
따라서, 이러한 상기 제 1 전극(21) 또는 상기 제 2 전극(22)의 직경이나 구형 표면의 곡률반경은 상술된 바와 같이 충분히 크게 형성될 수 있고, 이로 인하여 다양한 형상 및 크기의 상기 핀홀(H)에 모두 적용될 수 있다.
그렇다고 해서, 이러한 상기 제 1 전극(21) 또는 상기 제 2 전극(22)의 직경이나 구형 표면의 곡률반경이 무한대로 크다면 이는 경제성이 떨어지기 때문에 반복적인 실험 결과, 상기 제 1 전극(21)의 직경(D2)은 적어도 상기 핀홀(H)의 직경(D1)의 1.5배 내지 5배이고, 상기 핀홀(H)과의 접촉부위는 상기 핀홀(H)의 크기와 상관 없이 상기 핀홀(H)의 입구부와 접촉될 수 있도록 부분적으로 상기 핀홀(H)의 반경(R1)의 2배 내지 10배인 곡률반경(R2)의 구형 표면(21a)을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
도 4는 도 1의 저항 용접 수행 단계(S3)를 개념적으로 나타내는 단면도이다.
이어서, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 저항 용접 수행 단계(S3)는, 상기 제 1 전극(21)과 상기 제 2 전극(22) 사이에 전력을 인가하여 저항 용접을 수행하는 단계일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 저항 용접 수행 단계(S3)에서, 상기 제 1 전극(21)과 상기 제 2 전극(22)은 저항 용접 수행시 상기 핀홀(H) 주변의 소재가 부분 변형되어 상기 핀홀(H) 내부로 유입될 수 있도록 상기 제 1 전극(21)과 상기 제 2 전극(22)의 가압력은 최소 변형 압력 이상의 압력으로 가압될 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 제 1 전극(21)과 상기 제 2 전극(22) 사이에 인가되는 전력은 저항 용접시 발생되는 열이 소재의 용융점 이하의 온도일 수 있도록 제어될 수 있다.
따라서, 상기 핀홀(H) 주변의 소재는 최소 변형 압력 이상의 압력으로 가압되는 동시에, 용융되어 새로운 취약점이 발생되지 않도록 용융점 이하의 온도에서 충분히 연화되어 압력에 의해 상기 핀홀(H) 내부로 이동되면서 결과적으로 상기 핀홀(H)이 제거될 수 있다.
도 5는 도 1의 저항 용접 수행 단계(S3) 이후 용접이 완료된 용접 대상물(1)을 나타내는 단면도이다.
그러므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 저항 용접을 이용하여 상기 핀홀(H) 주변의 소재가 상기 핀홀(H)을 매립할 수 있게 하여 구조적으로 제품의 구조를 매우 견고하게 할 수 있으며, 이로 인하여 취약점 발생율과 제품의 불량률을 크게 낮출 수 있고, 상기 저항 용접 장치(20)의 상기 제 1 전극(21) 및 상기 제 2 전극(22)의 단부의 형상을 구형으로 형성하여 다양한 크기의 핀홀에 모두 적용될 수 있으며, 최종적으로 제품에 남은 저항 용접부(1b)의 형상을 완만하게 하여 미관적으로 우수할 수 있다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법의 실험 결과를 설명한다.
도 6은 기존의 마찰 교반 용접에 의해 형성되는 핀홀을 나타내는 사진들이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기존의 마찰 교반 용접에 의하면 붉은 점선 부분에 도시된 바와 같이, 용접의 끝단부에서 필연적으로 마찰 교반 용접툴이 빠져나간 후 핀홀이 형성될 수 있고, 이러한 핀홀은 구조적으로 취약하고, 미관에 좋지 않다는 문제점들이 있었다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법을 수행하기 위해 마찰 교반 용접으로 복수개의 핀홀들을 형성한 상태를 나타내는 사진이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 두께 2t의 알루미늄(AL 5083) 소재 표면에 복수개의 핀홀들을 형성할 수 있었다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법을 수행하기 위한 저항 용접 조건들을 나타내는 도표이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 도 7의 핀홀에 상술된 저항 용접 장치(20)를 이용하여 저항 용접을 실시할 수 있었다.
이 때, 저항 용접 조건은, 도 8에 도시된 바와 같이, 다양한 하중(kgf)에서 전류(kA)와 통전 시간(ms) 동안 다양한 횟수로 실시할 수 있었다.
도 9는 도 8의 저항 용접 조건들에 따른 수행된 결과물을 나타내는 사진들이다.
결과적으로 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 저항 용접 장치(20)를 이용하여 5회 이상의 실험 결과, 핀홀이 깨끗하게 제거됨을 단면도를 통해 확인할 수 있었다. 다만, 1회차와 3회차의 경우, 용융이 발생되어 균열이 발생되는 것을 확인할 수 있었고, 그 원인은 2회 용접으로 과전류로 인한 과입열이 발생된 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 저항 용접시 핀홀에 가해지는 압력과 온도는 용융점 이하가 바람직한 것을 실험적으로 확인할 수 있었다.
한편, 본 발명은 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법에만 국한되지 않고, 이 방법을 이용하여 제조되는 용접 대상물(1)을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 상기 용접 대상물(1)은 마찰 용접에 의해 마찰용접부(1a)가 형성되고, 상기 마찰용접부(1a)의 종료점(P2)에 핀홀 대신 저항 용접부(1b)가 형성될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 용접 대상물(1)의 내부 조직에 너겟(2a)이 포함되는 것도 가능하다.
한편, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 시스템은, 회전하는 마찰 교반 용접툴(11)을 이용하여 용접 대상물(1)의 시작점(P1)에서부터 종료점(P2)까지 마찰 교반 용접을 수행하는 마찰 교반 용접 장치(10) 및 상기 종료점(P2)에 형성된 핀홀(H)의 제 1 방향에 배치되는 제 1 전극(21)과, 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향에 배치되는 제 2 전극(22) 및 상기 제 1 전극(21)과 상기 제 2 전극(22) 사이에 전력을 인가하여 저항 용접을 수행하는 전력 인가 장치(23)를 포함하는 저항 용접 장치(20)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 저항 용접 장치(20)의 상기 제 1 전극(21)의 직경(D2)은 적어도 상기 핀홀(H)의 직경(D1) 보다 크고, 상기 핀홀(H)과의 접촉부위는 상기 핀홀(H)의 크기와 상관 없이 상기 핀홀(H)의 입구부와 접촉될 수 있도록 부분적으로 상기 핀홀(H)의 반경(R1) 보다 큰 곡률반경(R2)의 구형 표면(21a)을 가질 수 있다.
그러므로, 저항 용접을 이용하여 별도의 덧댐 부재 없이 핀홀 주변의 소재의 yield strength를 낮추어 별도의 열처리 없이 소성 유동을 발생시켜서 용융시키지 않고도 핀홀을 고체 상태에서 매립할 수 있기 때문에 구조적으로 제품을 매우 견고하게 할 수 있으며, 취약점 발생율과 제품의 불량률을 크게 낮출 수 있고, 저항 용접 장치의 전극 단부의 형상을 구형으로 형성하여 다양한 크기의 핀홀에 모두 적용될 수 있으며, 최종적으로 제품에 남은 저항 용접부의 형상을 완만하게 하여 미관적으로 우수할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 저항 용접으로 핀홀을 제거하여 구조적으로 제품을 매우 견고하게 할 수 있으며, 취약점 발생율과 제품의 불량률을 크게 낮출 수 있고, 저항 용접 장치의 전극 단부의 형상을 구형으로 형성하여 다양한 크기의 핀홀에 모두 적용될 수 있으며, 최종적으로 제품에 남은 저항 용접부의 형상을 완만하게 하여 미관적으로 우수할 수 있는 효과를 가짐으로서 생산율을 높이고 불량률을 낮추어 제작비용을 절감할 수 있다.

Claims (9)

  1. 마찰 교반 용접으로 인해 발생된 핀홀의 제 1 방향에 저항 용접 장치의 제 1 전극을 배치하고, 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향에 상기 저항 용접 장치의 제 2 전극을 배치하는 전극 배치 단계; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전력을 인가하여 저항 용접을 수행하는 저항 용접 수행 단계;
    를 포함하는, 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항 용접 수행 단계에서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 저항 용접 수행시 상기 핀홀 주변의 소재가 부분 변형되어 상기 핀홀 내부로 유입될 수 있도록 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 가압력은 최소 변형 압력 이상의 압력으로 가압되는, 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항 용접 수행 단계에서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 인가되는 전력은 저항 용접시 발생되는 열이 소재의 용융점 이하의 온도일 수 있도록 제어되는, 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 배치 단계에서,
    상기 제 1 전극의 직경은 적어도 상기 핀홀의 직경 보다 크고, 상기 핀홀과의 접촉부위는 상기 핀홀의 크기와 상관 없이 상기 핀홀의 입구부와 접촉될 수 있도록 부분적으로 상기 핀홀의 반경 보다 큰 곡률반경의 구형 표면을 갖는, 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 배치 단계 이전에,
    회전하는 마찰 교반 용접툴을 이용하여 용접 대상물의 마찰 교반 용접을 수행하는 마찰 교반 용접 수행 단계;
    를 더 포함하는, 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법.
  6. 회전하는 마찰 교반 용접툴을 이용하여 용접 대상물의 시작점에서부터 종료점까지 마찰 교반 용접을 수행하는 마찰 교반 용접 수행 단계;
    상기 종료점에 형성된 핀홀의 제 1 방향에 저항 용접 장치의 제 1 전극을 배치하고, 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향에 상기 저항 용접 장치의 제 2 전극을 배치하는 전극 배치 단계; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전력을 인가하여 저항 용접을 수행하는 저항 용접 수행 단계;
    를 포함하는, 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항의 방법을 이용하여 제조되는 용접 대상물.
  8. 회전하는 마찰 교반 용접툴을 이용하여 용접 대상물의 시작점에서부터 종료점까지 마찰 교반 용접을 수행하는 마찰 교반 용접 장치; 및
    상기 종료점에 형성된 핀홀의 제 1 방향에 배치되는 제 1 전극과, 상기 제 1 방향의 반대 방향인 제 2 방향에 배치되는 제 2 전극 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전력을 인가하여 저항 용접을 수행하는 전력 인가 장치를 포함하는 저항 용접 장치;
    를 포함하는, 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 직경은 적어도 상기 핀홀의 직경 보다 크고, 상기 핀홀과의 접촉부위는 상기 핀홀의 크기와 상관 없이 상기 핀홀의 입구부와 접촉될 수 있도록 부분적으로 상기 핀홀의 반경 보다 큰 곡률반경의 구형 표면을 갖는, 마찰 교반 용접에 의한 핀홀 리페어 시스템.
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