KR100593372B1 - 마찰 플러그 용접에 의한 구조 부재의 결합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 구조 어셈블리 제조 방법은, 제1 구조 부재와 제2 구조 부재 사이에 경계면(15)을 형성하도록 제1 구조 부재(4)를 제2 구조 부재(5)에 적어도 부분적으로 인접시켜 배치하는 단계 및 회전 플러그(1)를 경계면에서 제1 구조 부재 및 제2 구조 부재 내에 삽입함으로써 제1 구조 부재가 제2 구조 부재에 결합되는 단계를 포함한다. 그 결과 얻어지는 마찰 플러그 용접은 구조 부재 사이에 비교적 견고한 조인트를 제공하고, 성형 및 기계 가공 시간을 덜 필요로 하며, 단면 지지 부재와 겸용 가능하다. 또한, 마찰 플러그 용접은 마찰 교반 용접과 같은 다른 결합 방법과 겸용 가능하다.

구조 어셈블리, 경계면, 구조 부재, 회전 플러그, 마찰 플러그 용접, 조인트, 마찰 교반 용접

Description

마찰 플러그 용접에 의한 구조 부재의 결합 방법 {JOINING OF STRUCTURAL MEMBERS BY FRICTION PLUG WELDING}

본 발명은 마찰 용접, 보다 구체적으로는 마찰 플러그 용접에 의한 구조 부재의 결합 방법에 관한 것이다.

항공 산업에서 사용되는 구조 어셈블리와 같은 구조 어셈블리는 흔히 구조 부재를 함께 결합시켜 제작된다. 구조 부재는 부재들 간의 조인트 경계면을 따라 용접하거나, 또는 리벳, 나사 또는 볼트 등의 파스너(fastner)를 사용하여 함께 결합될 수 있다. 결합 공정을 복잡하게 만드는 복잡한 형상 또는 구조를 갖는 구조 부재를 결합시키는 것이 필요한 경우가 종종 있다. 예를 들면, 곡선을 이루는 구조를 갖는 구조 부재를 결합시킬 때, 틈이 생기지 않고 조인트 경계면을 유지하면서 부재를 서로 배치 및 고정시킨다는 것은 곤란할 수 있다. 마찬가지로, 일부 구조 부재는 부재들 간의 조인트 경계면으로의 접근이 제한되는 구조를 갖는다. 예를 들면, 로켓이나 미사일 등의 비행체의 외부 또는 탱크를 형성하기 위하여 돔을 실린더에 결합시킬 때, 돔 및 실린더의 내부 및 외부 양자 모두를 동시에 지지하고 고정하는 것이 곤란할 수 있다.

종래에는, 복잡한 구조 및/또는 접근이 곤란한 조인트 경계면을 갖는 구조 부재를 결합시킬 때, 구조 부재를 결합시키는 동안 구조 부재의 배치 및 고정을 보조하도록 조립된 구조체 또는 공구를 구조 부재들 사이에 끼워 넣어 제작하였다. 예를 들면, 돔을 실린더에 결합시킬 때, 하나 이상의 받침판 또는 다른 지지 부재(공구)를 실린더 및 돔에 부착하여 실린더 상에 돔을 용이하게 배치하고, 구조 부재가 결합될 때 구조 부재들 사이의 조인트 경계면을 지지하도록 할 수 있다. 공구는 구조 부재가 결합된 후에 제거될 수 있다. 그러나, 공구를 제작하는데 노동력, 시간, 및 재료가 필요하게 되어 구조 어셈블리의 제조 원가가 증가하게 된다. 마찬가지로, 공구의 제거에도 추가의 노동력 및 기계 가공 시간이 필요하게 되어, 제조 원가가 더 증가하게 된다. 일부의 경우, 구조 부재를 결합시킨 후 공구에 접근하여 공구를 제거하는 것이 곤란하거나 불가능할 수 있으므로, 결과물로서 얻어지는 구조 어셈블리의 전체 중량에 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있다. 중량 및 강도는 항공 산업에서 중요한 관심사이다.

제조 원가를 절감하기 위하여, 복잡한 구조를 갖는 구조 부재를 결합시키는 여러 가지 방법이 제안되었다. 상기 방법 중 한 가지는 구조 부재를 함께 결합시키기 위하여 리벳과 같은 파스너를 사용한다. 그러나, 리벳은 일반적으로 사전에 천공된 구멍이 필요하기 때문에, 리벳을 사용하여 구조 부재를 결합시키는 것은 노동 집약적이며 많은 시간이 사용될 수 있다. 또한, 리벳을 사용해서 결합될 수 있는 유형의 조인트 구성은, 구조 부재가 조인트 경계면과 겹치거나 또는 지지 부재 혹은 배킹 플레이트(backing plate)가 각각의 구조 부재와 겹치는 것을 리벳이 필요로 하기 때문에, 제한적이다. 리벳은 구조 부재 사이의 조인트 경계면을 따라 2 차 용접 조인트를 형성하는 공정을 또한 방해할 수 있다. 보다 구체적으로는, 리벳은 용접 조인트에 전적으로 사용되지 않을 수 있고, 이것은 완성된 구조 어셈블리에 어셈블리의 피로 강도를 감소시킬 수 있는 응력 집중을 야기할 수 있다.

따라서, 구조 부재를 결합시켜 구조 어셈블리를 형성하는 개선된 방법이 필요하다. 상기 방법은 비용 효율적이어야 하고, 구조가 복잡하거나 또는 접근이 곤란한 조인트 경계면을 갖는 구조 부재를 포함하는 다양한 구조를 갖는 구조 부재를 용이하게 결합시킬 수 있어야 한다. 상기 방법은 구조 부재가 중첩되는 가의 여부에 상관없이 효과적이어야 한다. 또한, 상기 방법은 융접(fusion welding) 기술 및 마찰 교반 용접(friction stir welding)과 같은 다른 결합 방법과 겸용될 수 있어야 한다.

본 발명은 구조 어셈블리의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방법은 제1 구조 부재와 제2 구조 부재 사이에 경계면이 형성되도록 제1 구조 부재를 제2 구조 부재에 적어도 부분적으로 인접시켜 배치하는 단계를 포함한다. 다음에, 회전 플러그를 상기 경계면에서 제1 부재와 제2 부재 내에 삽입하여 제1 구조 부재를 제2 구조 부재에 결합시킨다. 일 실시예에 있어서, 상기 제조 방법은 제1 및 제2 구조 부재 중 적어도 하나에 구멍(aperature)을 천공하는 단계를 포함한다. 구멍은 플러그를 수용하도록 구성된다. 다른 실시예에 있어서, 플러그는 제1 및 제2 구조 부재 내에 삽입되기 전에 소정의 치수로 기계 가공된다. 다른 실시예에 있어서, 플러그의 적어도 일단은 플러그를 삽입시킨 후 기계 가공됨 으로써 플러그의 말단이 대응하는 구조 부재의 외면과 동일 평면으로 된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은 경계면을 따라 제1 및 제2 구조 부재 사이에 기다란 용접 조인트를 형성하는 단계를 포함하고, 기다란 용접 조인트는 플러그를 적어도 부분적으로 사용한다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 기다란 용접 조인트는 경계면에서 제1 및 제2 구조 부재 내에 회전 마찰 교반 용접 프로브를 삽입하고, 경계면에 의하여 형성된 통로를 따라 제1 및 제2 구조 부재를 통해 회전 마찰 교반 용접 프로브를 이동시킴으로써 형성된다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은 경계면을 따라 복수의 위치에서 상기 삽입 단계를 반복하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 회전 플러그는 기존의 플러그와 적어도 부분적으로 중첩되는 위치에 삽입된다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은 비행체의 프레임을 형성하기 위하여 구조 어셈블리를 다른 구조 어셈블리에 고정시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 구조 어셈블리의 제조 방법은 제1 구조 부재와 제2 구조 부재 사이에 경계면이 형성되도록 제1 구조 부재를 제2 구조 부재에 적어도 부분적으로 인접시켜 배치하는 단계를 포함한다. 플러그는 제1 구조 부재의 외면에 인접하여 위치된다. 플러그는 회전하고, 회전 단계와 동시에 제1 및 제2 구조 부재 사이에 삽입된다. 일 실시예에 있어서, 상기 제조 방법은 제1 및 제2 구조 부재 중 적어도 하나에 구멍을 천공하는 단계를 포함한다. 구멍은 플러그를 수용하는 구조를 갖는다. 다른 실시예에 있어서, 플러그는 제1 및 제2 구조 부재 내에 삽입되기 전에 소정의 치수로 기계 가공된다. 다른 실시예에 있어서, 플러그의 적어도 일단은 플러그를 삽입시킨 후 기계 가공됨으로써 플러그의 말단이 대응하는 구조 부재의 외면과 동일 평면으로 된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은 경계면을 따라 제1 및 제2 구조 부재 사이에 기다란 용접 조인트를 형성하는 단계를 포함하고, 기다란 용접 조인트는 플러그를 적어도 부분적으로 사용한다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 기다란 용접 조인트는 경계면에서 제1 및 제2 구조 부재 내에 회전 마찰 교반 용접 프로브를 삽입하고, 경계면에 의하여 형성된 통로를 따라 제1 및 제2 구조 부재를 통해 회전 마찰 교반 용접 프로브를 이동시킴으로써 형성된다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은 경계면을 따라 복수의 위치에서 상기 삽입 단계를 반복하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 회전 플러그는 기존의 플러그와 적어도 부분적으로 중첩되는 위치에 삽입된다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은 비행체의 프레임을 형성하기 위하여 구조 어셈블리를 다른 구조 어셈블리에 고정시키는 단계를 포함한다.

본 발명은 제1 구조 부재, 및 상기 제1 구조 부재와의 사이에 경계면이 형성되도록 제1 구조 부재에 적어도 부분적으로 인접하여 위치되는 제2 구조 부재를 포함하는 구조 어셈블리를 또한 제공한다. 적어도 하나의 마찰 플러그 용접 조인트는 제1 구조 부재를 제2 구조 부재에 결합시킨다. 일 실시예에 있어서, 마찰 플러그 용접 조인트는 테이퍼진 구조를 갖는다. 다른 실시예에 있어서, 제1 및 제2 구조 부재는 상이한 재료를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 제1 및 제2 구조 부재는 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 또는 합금강으로 형성된다. 다른 실시예에 있어서, 마찰 플러그 용접 조인트는 제1 및 제2 구조 부재 중 적어 도 하나를 형성하는 재료와 상이한 재료를 적어도 부분적으로 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 적어도 하나의 마찰 플러그 용접 조인트는 다른 마찰 플러그 용접 조인트와 적어도 부분적으로 중첩된다. 다른 실시예에 있어서, 마찰 플러그 용접 조인트는 경계면에 대하여 수직으로 위치된다. 또 다른 실시예에 있어서, 마찰 플러그 용접 조인트는 경계면에 대하여 경사지게 위치된다. 또 다른 실시예에 있어서, 기다란 용접 조인트는 제1 및 제2 구조 부재를 결합시킨다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 기다란 용접 조인트는 아크 용접 조인트, 저항 용접 조인트, 가스 용접 조인트, 또는 마찰 교반 용접 조인트를 포함한다. 다른 실시예에 따르면, 기다란 용접 조인트는 적어도 하나의 마찰 플러그 용접 조인트를 적어도 부분적으로 사용한다.

본 발명은 제1 구조 부재, 및 상기 제1 구조 부재와의 사이에 경계면이 형성되도록 제1 구조 부재에 적어도 부분적으로 인접시켜 배치되는 제2 구조 부재를 포함하는 구조 어셈블리를 또한 제공한다. 적어도 하나의 마찰 플러그 용접 조인트는 제1 구조 부재를 제2 구조 부재에 결합시키고, 마찰 플러그 용접 조인트는 경계면에서 제1 및 제2 구조 부재를 통과하여 제2 구조 부재 내로 적어도 부분적으로 연장된다. 일 실시예에 있어서, 마찰 플러그 용접 조인트는 테이퍼진 구조를 갖는다. 다른 실시예에 있어서, 제1 및 제2 구조 부재는 상이한 재료를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 제1 및 제2 구조 부재는 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 또는 합금강으로 형성된다. 다른 실시예에 있어서, 마찰 플러그 용접 조인트는 제1 및 제2 구조 부재 중 적어도 하나를 형성하는 재료와 상이한 재료 를 적어도 부분적으로 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 적어도 하나의 마찰 플러그 용접 조인트는 다른 마찰 플러그 용접 조인트와 적어도 부분적으로 중첩된다. 다른 실시예에 있어서, 마찰 플러그 용접 조인트는 경계면에 대하여 수직으로 위치된다. 또 다른 실시예에 있어서, 마찰 플러그 용접 조인트는 경계면에 대하여 경사지게 위치된다. 또 다른 실시예에 있어서, 기다란 용접 조인트는 제1 및 제2 구조 부재를 결합시킨다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 기다란 용접 조인트는 아크 용접 조인트, 저항 용접 조인트, 가스 용접 조인트, 또는 마찰 교반 용접 조인트를 포함한다. 다른 실시예에 따르면, 기다란 용접 조인트는 적어도 하나의 마찰 플러그 용접 조인트를 적어도 부분적으로 사용한다.

따라서, 구조 어셈블리, 및 구조 부재를 효과적으로 결합시킬 수 있는 제조 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 비용 효율적이어야 하고, 구조가 복잡하거나 또는 접근이 곤란한 조인트 경계면을 갖는 구조 부재를 포함하는 다양한 구조를 갖는 구조 부재를 결합시키는데 사용될 수 있다. 상기 방법은 구조 부재가 중첩되는 가의 여부에 상관없이 사용될 수 있다. 또한, 상기 방법은 융접 기술 및 마찰 교반 용접 기술과 같은 다른 결합 방법과 겸용가능하다.

본 발명의 상기 및 다른 장점 및 특징, 상기 장점 및 특징을 실행하는 방식은, 일정한 비율로 도시되지는 않았지만 바람직한 예시적인 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 기재된 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 구조 부재가 마찰 플러그 용접으로 결합되어 형성된 구조 어셈블리의 정면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 소정의 치수로 기계 가공된 플러그의 정면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 결합을 위해 배치된 두 개의 구조 부재의 정면도이다.

도 4는 도 2의 플러그를 삽입하기 전에 지지 앤빌 상에 위치된 도 3의 두 개의 구조 부재의 정면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 회전 기계를 사용하여 도 2의 플러그를 도 3의 두 개의 구조 부재 내에 삽입하는 단계의 정면도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 회전 기계를 사용하여 구조 부재 내에 완전하게 삽입된 플러그를 가진 도 5의 플러그 및 구조 부재의 정면도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 복수의 마찰 플러그 용접에 의하여 결합된 두 개의 구조 부재의 정면도이다.

도 8은 복수의 플러그 용접에 의하여 결합된 두 개의 구조 부재의 정면도로서, 플러그 용접 각각은 구조 부재의 외면과 동일 평면이 되도록 기계 가공된다.

도 9는 플러그 용접이 겹쳐 있는 도 8의 마찰 플러그 용접의 평면도이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 플러그의 중심축 방향이 구조 부재 사이의 조인트 경계면에 의하여 형성된 면과 예각을 형성하도록 두 개의 구조 부재 내에 삽입된 플러그가 예시된 정면도이다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 조인트 경계면에서 구조 부재 내에 삽입되도록 위치된 두 개의 접해 있는 구조 부재 및 플러그가 예시된 사시도이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 실재하는 마찰 플러그 용접을 사용하는 기다란 마찰 교반 용접 조인트를 형성하는 단계가 예시된 사시도이다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 구조 어셈블리의 제조 방법의 흐름도이다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 구조 어셈블리의 제조 방법의 흐름도이다.

다음에, 본 발명을 바람직한 예시적인 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에 기재된 실시예에만 한정되지 않고, 대신에 상기 실시예는 상세한 설명을 철저하고 완전하게 설명하고 당업자에게 본 발명의 범위를 충분하게 전달하도록 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 부재에는 동일 도면 부호로 표기하였다.

도면, 특히 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조 어셈블리(21)가 예시되어 있다. 구조 어셈블리(21)는 제1 및 제2 구조 부재(4, 5)를 함께 결합시키는 마찰 플러그 용착부(24)를 포함한다. 도 2를 참조하면, 마찰 플러그 용착부(24)를 형성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그(1)가 예시되어 있다. 플러그(1)는 용접하게 될 구조 부재의 치수 및 구성에 따라 다양한 구 조를 가질 수 있다. 도 2에 예시된 실시예에 따르면, 플러그(1)는 테이퍼진 말단(2)을 가진 원통형 몸체(1a)를 갖는다. 다른 실시예에 있어서, 플러그(1)의 말단(2)은 뭉툭하거나(blunt) 또는 둥근 형상일 수 있다. 플러그(1)는 상기 플러그(1)를 회전시키도록 밀링 머신(milling machine), 드릴 또는 다른 장치(도시되지 않음)의 스핀들에 부착되도록 구성된 샤프트(3)를 포함한다. 플러그(1)는 소모성이기 때문에, 플러그(1)는 보다 상세하게 후술하는 바와 같이 구조 부재(4, 5)를 형성하는데 사용된 재료에 따라 다양한 금속 및 금속 합금으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 따르면, 플러그(1)는 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 또는 합금강으로 형성된다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조 어셈블리(21)를 형성하도록 결합되기 전의 제1 및 제2 구조 부재(4, 5)가 예시되어 있다. 각각의 구조 부재(4, 5)는, 공지된 제조 수단을 통해, 단일 소재를 사용하여 원하는 구조 어셈블리(21)의 특정 설계 하중 및 사양에서 요구되는 소정의 형상 및 두께로 기계 가공될 수 있다. 예를 들면, CNC 밀링 머신이, 필요한 경우, 각각의 구조 부재(4, 5)를 기계 가공하는데 사용될 수 있다. 구조 부재(4, 5)는, 한정적이 아닌 단지 예로서, 플레이트, 블록, 튜브형 부재, 및 곡선 부재를 포함하는 다양한 구조로 제조될 수 있다. 마찬가지로, 각각의 구조 부재(4, 5)는 원하는 구조 어셈블리(21)의 특정 설계 하중 및 사양에서 요구되는 다양한 재료로 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 결합 방법을 사용하여 함께 결합될 수 있는 구조 부재의 개수는 두 개에만 한정되지 않고 세 개 이상의 구조 부재를 포함할 수 있다. 다른 실시예(도시되 지 않음)에 따르면, 단일 구조 부재의 말단은 함께 결합될 수 있다. 구조 부재(4, 5)는, 한정적이 아닌 단지 예로서, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 및 합금강을 포함하는 강도 대 중량 비율이 높은 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 제1 구조 부재(4)의 적어도 일부분이 제2 구조 부재(5)의 일부분과 접촉되므로 제1 구조 부재(4)와 제2 구조 부재(5) 사이에 경계면(15)이 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 구조 부재(4, 5) 중 하나 또는 양자 모두는 플러그(1)를 수용하도록 준비될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 예시된 바와 같이, 하나 이상의 구멍(6)이 드릴링 또는 펀칭과 같은 공지된 제조 방법을 사용하여 구조 부재(4, 5) 중 하나 또는 양자 모두에 형성될 수 있다. 각 구멍(6)의 치수 및 구조는 플러그(1)의 치수 및 구조 뿐만 아니라 구조 부재(4, 5)의 재료 특성 및 구조에 좌우된다. 예를 들면, 도 4에 예시된 구멍(6)은 도 2에 예시된 플러그(1)의 말단(2)의 각도와 일치되도록 테이퍼진다. 다른 실시예에 있어서, 대응하는 구멍(6)은 플러그(1)의 말단(2)보다 다소 테이퍼가 덜 지거나 또는 구멍(6)는 전혀 테이퍼지지 않을 수도 있다. 각각의 구멍(6)은 플러그와 구조 부재(4) 사이에 충분한 마찰이 발생되도록 플러그(1)의 치수보다 적어도 약간 적은 치수를 갖는 것이 바람직하다. 다른 실시예(도시되지 않음)에 있어서, 구조 부재(4, 5)에 구멍이 형성되지 않는다. 예를 들면, 플러그(1)가 비교적 예리한 말단(2)을 가졌거나, 또는 구조 부재(4, 5)가 비교적 얇거나 혹은 상당히 연성인 재료로 제조된 경우, 구멍(6)이 필요하지 않을 수 있다.

도 5를 참조하면, 마찰 플러그 용착부(24)를 형성하도록 플러그(1)를 구조 부재(4, 5) 내에 삽입하는 단계가 예시되어 있다. 플러그(1)의 샤프트(3)는 척(chuck) 또는 콜릿(collet)(11)을 사용하여 회전가능한 스핀들(12)에 부착된다. 회전가능한 스핀들(12)은 스핀들을 회전시켜 도 5에 화살표(10a)로 표기된 바와 같이 플러그(1)를 회전시키는 드릴 또는 밀링 머신(도시되지 않음)과 같은 장치에 부착된다. 회전가능한 스핀들(12)은 플러그(1)를 제1 구조 부재(4) 및 경계면(15)을 통과하여 적어도 부분적으로 제2 구조 부재(5) 내로 압착하도록 또한 구조를 갖는 것이 바람직하다.

도 4, 도 5 및 도 6에 예시된 바와 같이, 배킹 플레이트 또는 지지 앤빌(7)은 마찰 플러그 용접 공정 도중에 제1 및 제2 구조 부재(4, 5)를 지지하도록 위치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 앤빌(7)은 플러그(1)의 말단(2)을 수용하도록 구성된 리세스(8)를 형성한다. 예를 들면, 앤빌(7)의 리세스(8)는 플러그(1)의 말단(2)에 대응하도록 테이퍼질 수 있다. 다른 실시예(도시되지 않음)에 있어서, 앤빌(7)은 리세스(8)를 형성하지 않는다. 또 다른 실시예(도시되지 않음)에 있어서, 앤빌(7) 또는 배킹 플레이트는, 예를 들면, 구조 부재(4, 5)가 자체 지지되기에 충분한 강도 또는 두께를 갖는 경우, 사용되지 않는다.

회전 플러그(1)가 제1 구조 부재(4)의 외면(9), 조인트 경계면(15)을 통과하여 적어도 부분적으로 제2 구조 부재(5) 내로 압착될 때, 플러그(1)와 구조 부재(4, 5) 사이에 마찰이 발생된다. 플러그(1)는, 도 5에 예시된 바와 같이, 경계면(15)과 수직으로 구조 부재(4, 5) 내로 삽입되거나, 도 10에 예시된 바와 같이, 경계면(15)과 경사지게 삽입될 수 있다. 도 10을 참조하면, 플러그(1)의 길이 방향 축은 제1 구조 부재(4)의 외면(9) 및 구조 부재(4, 5) 사이의 경계면(15)과 예각을 형성한다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 플러그(1)는 구조 부재(4, 5) 사이의 경계면(15)을 따라 삽입된다. 예를 들면, 도 11에 예시된 바와 같이, 플러그(1)는 경계면(15)의 평면 내에 위치되는 방향으로 구조 부재(4, 5) 내에 삽입되도록 위치된다. 구조 부재(4, 5)를 결합시키는 상기 방법은 구조 부재(4, 5)가 서로 중첩될 필요가 없으므로 일부 경우에 있어서는 바람직하다. 대신에, 구조 부재(4, 5)는 서로 인접하여 위치되고 경계면(15)에서 결합될 수 있다.

마찰은 플러그(1) 및 상기 플러그에 인접한 제1 및 제2 구조 부재(4, 5)의 일부분을 가소화시키기에 충분한 열에너지를 발생한다. 일 실시예에 있어서, 도 5에 예시된 바와 같이, 플러그(1)는 제1 및 제2 구조 부재(4, 5)를 관통하여 압착된다. 지지 앤빌(7)은 플러그(1)에 의하여 가해진 힘에 대항하여 제1 및 제2 구조 부재(4, 5)를 지지하도록 위치되고, 이로써 앤빌(7)의 리세스(8)는 플러그가 제2 구조 부재(5)를 빠져 나갈 때 플러그(1)의 말단(2)을 수용한다. 다음에, 도 6에 예시된 바와 같이, 플러그(1)가 회전을 중지하도록 스핀들(12)의 회전이 종료된다. 플러그(1) 및 구조 부재의 가소화 영역(13, 14)이 함께 흘러 플러그 외측에 인접한 용접 영역에서 냉각될 때, 구조 부재(4, 5)를 단일 구조 어셈블리(21)에 함께 결합시키는 마찰 플러그 용착부(24)가 형성된다. 플러그(1)의 가소화 영역(13) 및 제1 구조 부재(4)의 가소화 영역(14)은 기계 가공에 의하여 제거될 수 있는 플래시 또는 변형 재료 영역을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 플러그(1)가 구조 부재(4, 5) 내에 삽입된 후 플러그(1)의 적어도 한쪽 말단이 기계 가공되 고, 마찰 플러그 용착부(24)가 형성된다. 플러그(1)는 제1 및 제2 구조 부재(4, 5)의 외면 상의 임의의 플래시(14)를 따라 기계 가공될 수 있으므로, 플러그(1)의 말단이 대응하는 외면과 동일 평면으로 된다.

도 7, 도 8, 및 도 9를 참조하면, 구조 부재를 더 결합시키시 위하여 두 개 이상의 플러그(1)가 경계면(15)을 따라 구조 부재(4, 5) 내에 삽입될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 플러그(1)는 소정의 간격을 사이에 가진 경계면(15)을 따라 삽입된다. 다른 실시예에 있어서, 플러그(1)는 각각의 플러그(1)가 다른 플러그(1)와 적어도 부분적으로 중첩되도록 삽입된다. 예를 들면, 도 7에 예시된 바와 같이, 구조 어셈블리(21)의 구조 부재(4, 5)는 구조 어셈블리(21)의 외면과 동일 평면이 되도록 양쪽 말단 상에 기계 가공된 복수의 마찰 플러그 용착부(24)에 의하여 결합되고, 마찰 플러그 용착부(24) 각각은 적어도 하나의 다른 마찰 플러그 용착부(24)와 중첩된다. 마찰 플러그 용착부(24)를 중첩시키는 공정은 경계면(15)의 길이 전체 또는 단지 일부분을 따라 구조 부재(4, 5)를 결합시키는데 사용될 수 있다.

도면에는 전술한 바와 같이 두 개의 구조 부재(4, 5)에 의하여 형성된 구조 어셈블리(21)가 예시되어 있지만, 본 발명은 구조 어셈블리(21)를 형성하도록 세 개 이상의 구조 부재를 결합시키거나 또는 한 개의 구조 부재의 양쪽 말단을 결합시키는데 또한 사용될 수 있다. 하나 이상의 마찰 플러그 용착부(16)는 구조 부재를 결합시키는데 사용될 수 있고, 마찰 플러그 용착부(16) 각각은 구조 부재 중 일부 또는 모두를 함께 결합시킬 수 있다.

본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 있어서, 도 12에 예시된 바와 같이, 마찰 플러그 용착부(24)는 보다 영구적인 용접 조인트가 형성될 수 있도록 구조 부재(4, 5)를 서로에 대하여 일시적으로 위치 및 고정시키는 가접 용접(tack weld)과 같은 일시적인 용착부(16)를 형성하는데 사용될 수 있다. 도 12에 예시된 바와 같이, 마찰 교반 용접 공구(19)를 사용하여 마찰 플러그 용착부(24)를 적어도 부분적으로 사용하는 보다 영구적인 기다란 마찰 교반 용접 조인트(20)를 형성할 수 있다. 한정되는 것은 아니지만 아크 용접 조인트, 저항 용접 조인트, 또는 가스 용접 조인트와 같은 융해 용착부를 포함하는 다른 유형의 기다란 용접 조인트(25)가 본 발명의 다른 실시예(도시되지 않음)에 따라 형성될 수 있다. 기다란 용접 조인트(25)는 일시적인 용착부(16)의 하나 이상의 마찰 플러그 용접 조인트(24)를 적어도 부분적으로 사용하는 것이 바람직하고, 마찰 플러그 용접 조인트 각각을 완전히 사용하는 것이 보다 바람직하다. 바람직하기로는, 일시적인 용착부(16)의 마찰 플러그 용착부(24)를 완전하게 사용함으로써, 기다란 용접 조인트(25)는 종래의 리벳과 관련된 응력 집중이 없어진다. 또한, 일시적인 용착부(16)의 마찰 플러그 용착부(24)가 단지 부분적으로만 사용되는 경우에도, 보다 상세하게 후술하는 바와 같이 본 발명에 따라 형성된 마찰 플러그 용착부(24)는, 탁월하지 않다면, 구조 부재(4, 5)의 재료 특성과 실질적으로 동일한 재료 특성을 갖기 때문에, 얻어지는 응력 집중이 실질적으로 감소된다.

마찰 교반 용접은 구조 부재를 결합시켜 군용 및 상용 항공기 제조 뿐만 아니라 고강도 용접 조인트가 요구되는 다른 응용에 사용될 수 있는 구조 어셈블리를 제작하는데 사용된다. 도 12에 예시된 바와 같이, 마찰 교반 용접은 회전 마찰 교반 용접 공구(19)의 나사산을 가진 핀(19a)을 한 쌍의 구조 부재(4, 5)의 대향면 사이의 경계면 내로 삽입하는 한편, 구조 부재(4, 5)를 함께 압착한다. 구조 부재(4, 5) 사이, 또는 하나의 구조 부재의 양쪽 말단 사이의 경계면(15) 내에서의 나사산을 가진 핀(19a)의 회전으로 인하여 용접 영역의 소재를 가소화시키기에 충분한 열에너지를 발생시키는 마찰이 발생된다. 마찰 교반 용접 공구(19)는 상기 마찰 교반 용접 공구(19)가 일시적인 용착부(16)를 따라 이동할 때 용접 영역 내의 가소화된 소재를 경화시키기에 적합한 오목한 쇼울더를 또한 포함한다. 구조 부재(4, 5)의 가소화된 영역이 함께 흘러 용접 영역 내에서 냉각되기 때문에, 구조 부재(4, 5)를 단일 어셈블리(21) 내에 함께 결합시키는 마찰 교반 용접 조인트(20)가 형성된다. 마찰 교반 용접에 대하여 일반적으로 논하기 위하여 토머스 외에 허여된 미합중국 특허 제5,460,317호를 참조하였고, 이의 내용 전체를 원용하여 본 명세서에 참고하였다.

마찰 교반 용착부(20) 및 마찰 플러그 용착부(24)의 한 가지 독특한 장점은 용착부가 자생적으로 형성되고, 종래의 용접 공정에서 일반적으로 사용되는 바와 같은, 충전재가 아닌 가소화된 모재의 응고에 의하여 형성된다는 점이다. 마찰 교반 용접 조인트(20) 또는 마찰 플러그 용착부(24)는 등축 형상을 갖고 입경이 대략 0.0001 내지 0.0002인치(대략 3 내지 5미크론) 범위인 미립자 구조를 갖는 너깃(nugget)을 포함한다. 개선된 입자 구조로 인하여, 마찰 교반 용접 조인트(20) 및 마찰 플러그 용접 조인트(24)는 미세한 균열이 형성되어 퍼지는 것 을 방지하고, 개선된 강도, 내구성 및 인성을 가질 뿐만 아니라 부식 및 피로에 대한 내성이 개선된다.

전술한 바와 같이, 구조 부재(4, 5)는 유사하거나 또는 상이한 금속으로 형성될 수 있다. 바람직하기로는, 구조 부재(4, 5)가 단지 마찰 플러그 용착부(24)를 사용하거나 또는 일시적인 용접 조인트로서의 마찰 플러그 용착부(24) 및 보다 영구적인 용접 조인트(25)로서의 기다란 마찰 교반 용착부(20)를 사용하여 결합되는 실시예에 있어서, 구조 부재는 종래의 융접 기술에 의하여 결합시키기에 비경제적이거나 또는 용접 불가능한 상이한 금속으로 형성될 수 있다. 종래의 융접 기술에 의하여 결합될 때, 용접 불가능한 재료는 용접 응고 도중에 균열되기 쉬운 비교적 약한 용접 조인트를 생성한다. 용접 불가능한 재료로는 일반적으로 알루미늄 및 일부 알루미늄 합금, 특히 AA 시리즈 2000 및 7000 합금을 포함한다. 마찰 교반 용접 및 마찰 플러그 용접을 사용함으로써 용접 불가능한 재료로 형성된 구조 부재(4, 5)가 견고하게 결합될 수 있다. 마찰 교반 용접 및 마찰 플러그 용접은 용접 가능한 재료를 다른 종류의 용접 가능한 재료 및 용접 불가능한 재료에 견고하게 결합시키는데 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법에서는 구조 부재(4, 5)를 형성하는 재료가 경량이며 고강도를 갖는 광범위한 금속 및 합금으로부터 선택될 수 있으므로, 얻어지는 구조 어셈블리(21)의 전체 중량을 용이하게 감소시킨다.

다음에 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 구조 어셈블리(21)를 제조하기 위하여 구조 부재를 결합시키는 실행 동작이 예시되어 있 다. 상기 방법은 제1 구조 부재와 제2 구조 부재 사이에 경계면이 형성되도록 제1 구조 부재를 제2 구조 부재에 적어도 부분적으로 인접하도록 위치시키는 단계를 포함한다. 블록(30)을 참조하라. 일 실시예에 있어서, 상기 방법은 제1 및 제2 구조 부재 중 적어도 하나에 플러그를 수용하도록 구성된 구멍을 천공하는 단계를 포함한다. 블록(31)을 참조하라. 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은 플러그를 소정의 치수로 기계 가공하는 단계를 포함한다. 블록(32)을 참조하라. 제1 구조 부재와 제2 구조 부재가 결합되도록 회전 플러그를 경계면에서 제1 및 제2 구조 부재 내에 삽입시킨다. 블록(33)을 참조하라. 삽입 단계는 복수의 마찰 플러그 용착부를 사용하여 구조 부재를 결합시키도록 경계면을 따라 복수의 위치에서 반복될 수 있다. 블록(34)을 참조하라. 예를 들면, 복수의 마찰 플러그 용착부를 구조 부재의 가접 용접에 사용함으로써 구조 부재는 보다 영구적인 용접 조인트가 형성될 때 서로에 대하여 견고하게 위치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 회전 플러그가 기존의 플러그와 적어도 부분적으로 중첩되는 위치에 삽입된다. 블록(35)을 참조하라. 플러그의 말단이 대응하는 구조 부재의 외면과 동일 평면으로 되도록 플러그의 적어도 한쪽 말단이 기계 가공되는 것이 바람직하다. 블록(36)을 참조하라. 보다 영구적인 용접 조인트 또는 연속적인 조인트가 요구되는 구조 어셈블리를 위하여, 상기 방법은 경계면을 따라 제1 및 제2 구조 부재 사이에 기다란 용접 조인트를 형성하는 단계를 포함한다. 블록(37)을 참조하라. 일 실시예에 따르면, 기다란 용접 조인트는 하나 이상의 플러그를 적어도 부분적으로 사용한다. 예를 들면, 회전 마찰 교반 용접 프로브가 경계면에서 제1 및 제2 구조 부재 내로 삽입될 수 있다. 블록(38)을 참조하라. 다음에, 경계면에 의하여 형성된 통로를 따라 제1 및 제2 구조 부재를 통해 회전 마찰 교반 용접 프로브를 이동시킨다. 블록(39)을 참조하라. 상기 방법은 비행체의 프레임을 형성하도록 구조 부재를 다른 구조 부재에 고정시키는 단계를 포함할 수 있다. 블록(40)을 참조하라.

다음에, 도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 구조 어셈블리(21)를 제조하기 위하여 구조 부재를 결합시키는 실행 동작이 예시되어 있다. 상기 방법은 제1 구조 부재와 제2 구조 부재 사이에 경계면이 형성되도록 제1 구조 부재를 제2 구조 부재와 적어도 부분적으로 인접하도록 위치시키는 단계를 포함한다. 블록(41)을 참조하라. 일 실시예에 있어서, 상기 방법은 제1 및 제2 구조 부재 중 적어도 하나에 플러그를 수용하는 구조를 갖는 구멍을 천공하는 단계를 포함한다. 블록(42)을 참조하라. 다른 실시예에 있어서, 상기 방법은 플러그를 소정의 치수로 기계 가공하는 단계를 포함한다. 블록(43)을 참조하라. 다음에 플러그를 제1 구조 부재의 외면에 인접하여 위치시킨다. 블록(44)을 참조하라. 플러그를 회전시킨다. 블록(45)을 참조하라. 다음에, 상기 회전 단계와 동시에, 플러그는 제1 구조 부재가 제2 구조 부재와 결합되도록 경계면에서 제1 및 제2 구조 부재 내에 삽입된다. 블록(46)을 참조하라. 상기 삽입 단계는 복수의 마찰 플러그 용착부를 사용하여 구조 부재를 결합시키도록 경계면을 따라 복수의 위치에서 반복될 수 있다. 블록(47)을 참조하라. 예를 들면, 복수의 마찰 플러그 용착부를 구조 부재의 가접 용접에 사용함으로써 구조 부재는 보다 영구적인 용접 조인트가 형성될 때 서로에 대하여 견고하게 위치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 회전 플러그가 기존의 플러그와 적어도 부분적으로 중첩되는 위치에 삽입된다. 블록(48)을 참조하라. 플러그의 말단이 대응하는 구조 부재의 외면과 동일 평면으로 되도록 플러그의 적어도 한쪽 말단이 기계 가공되는 것이 바람직하다. 블록(49)을 참조하라. 보다 영구적인 용접 조인트 또는 연속적인 조인트가 요구되는 구조 어셈블리를 위하여, 상기 방법은 경계면을 따라 제1 및 제2 구조 부재 사이에 기다란 용접 조인트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 블록(50)을 참조하라. 일 실시예에 따르면, 기다란 용접 조인트는 하나 이상의 플러그를 적어도 부분적으로 사용한다. 예를 들면, 회전 마찰 교반 용접 프로브가 경계면에서 제1 및 제2 구조 부재 내로 삽입될 수 있다. 블록(51)을 참조하라. 다음에, 경계면에 의하여 형성된 통로를 따라 제1 및 제2 구조 부재를 통해 회전 마찰 교반 용접 프로브를 이동시킨다. 블록(52)을 참조하라. 상기 방법은 비행체의 프레임을 형성하도록 구조 부재를 다른 구조 부재에 고정시키는 단계를 포함할 수 있다. 블록(53)을 참조하라.

본 발명의 여러 가지 변형예 및 다른 실시예가 상기 상세한 설명 및 첨부 도면에 제시된 지침의 장점을 갖는다는 점을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예에만 한정되지 않고, 변형예 및 다른 실시예도 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에는 특정 용어가 사용되었지만, 이는 일반적인 용어로서 단지 설명을 하기 위한 것이므로 한정하려는 것은 아니다.

Claims (40)

1. 구조 어셈블리의 제조 방법에 있어서,

   제1 구조 부재와 제2 구조 부재 사이에 경계면이 형성되도록 상기 제1 구조 부재를 상기 제2 구조 부재에 적어도 부분적으로 인접시켜 배치하는 단계,

   상기 제1 및 제2 구조 부재 중 적어도 하나에 플러그를 수용하는 구조로 된 구멍(aperture)을 천공하는 단계,

   상기 제1 구조 부재가 상기 제2 구조 부재에 결합되도록 회전 플러그를 상기 경계면에서 상기 제1 및 제2 구조 부재 내에 삽입하는 단계, 및

   다음에 상기 제1 구조 부재와 상기 제2 구조 부재 사이에 상기 경계면을 따라 상기 플러그를 적어도 부분적으로 사용하는 기다란 용접 조인트를 형성하는 단계

   를 포함하는

   구조 어셈블리의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 회전 플러그 삽입 단계 전에, 상기 플러그를 소정의 치수로 기계 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 플러그의 말단이 대응하는 구조 부재의 외면과 동일 평면으로 되도록 상기 회전 플러그 삽입 단계에 이어서 상기 플러그의 적어도 한쪽 말단을 기계 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 용접 조인트 형성 단계는

   회전 마찰 교반 용접 프로브를 상기 경계면에서 상기 제1 및 제2 구조 부재 내에 삽입하는 단계, 및

   상기 경계면에 의하여 형성된 통로를 따라 상기 제1 및 제2 구조 부재를 통해 상기 회전 마찰 교반 용접 프로브를 이동시키는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 경계면을 따라 복수의 위치에서 상기 삽입 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 반복 단계는 회전 플러그를 기존의 플러그와 적어도 부분적으로 중첩되는 위치에 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서,

   비행체의 프레임을 형성하도록 상기 구조 어셈블리를 다른 구조 어셈블리에 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
8. 구조 어셈블리의 제조 방법에 있어서,

   제1 구조 부재와 제2 구조 부재 사이에 경계면을 형성하도록 상기 제1 구조 부재를 상기 제2 구조 부재에 적어도 부분적으로 인접시켜 배치하는 단계,

   상기 제1 및 제2 구조 부재 중 적어도 하나에 플러그를 수용하는 구조로 된 구멍을 천공하는 단계,

   상기 플러그를 상기 제1 구조 부재의 외면에 인접시켜 배치하는 단계,

   상기 플러그를 회전시키는 단계,

   상기 회전 단계와 동시에, 상기 플러그를 상기 경계면에서 상기 제1 및 제2 구조 부재 내에 삽입하여 상기 제1 구조 부재를 상기 제2 구조 부재에 결합시키는 단계, 및

   다음에 경계면을 따라 상기 제1 및 제2 구조 부재 사이에 상기 플러그를 적어도 부분적으로 사용하는 기다란 용접 조인트를 형성하는 단계

   를 포함하는

   구조 어셈블리의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 플러그 배치 단계 이전에 상기 플러그를 소정의 치수로 기계 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
10. 제8항에 있어서,

    상기 플러그의 말단이 대응하는 구조 부재의 외면과 동일 평면으로 되도록 상기 삽입 단계에 이어서 상기 플러그의 적어도 한쪽 말단을 기계 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
11. 제8항에 있어서,

    상기 용접 조인트 형성 단계는

    회전 마찰 교반 용접 프로브를 상기 경계면에서 상기 제1 및 제2 구조 부재 내에 삽입하는 단계, 및

    상기 경계면에 의하여 형성된 통로를 따라 상기 제1 및 제2 구조 부재를 통해 상기 회전 마찰 교반 용접 프로브를 이동시키는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
12. 제8항에 있어서,

    상기 경계면을 따라 복수의 위치에서 상기 삽입 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 반복 단계는 상기 회전 플러그를 기존의 플러그와 적어도 부분적으로 중첩되는 위치에서 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
14. 제8항에 있어서,

    비행체의 프레임을 형성하도록 상기 구조 부재를 다른 구조 부재에 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
15. 구조 어셈블리의 제조 방법에 있어서,

    제1 구조 부재와 제2 구조 부재 사이에 경계면이 형성되도록 상기 제1 구조 부재를 상기 제2 구조 부재에 적어도 부분적으로 인접시켜 배치하는 단계, 및

    상기 제1 구조 부재와 상기 제2 구조 부재를 결합시키는 마찰 플러그 용접 조인트를 형성하도록 회전 플러그를 상기 경계면에서 상기 제1 및 제2 구조 부재 내에 삽입하는 단계, 및

    다음에 상기 경계면을 따라 상기 제1 구조 부재와 상기 제2 구조 부재 사이에 상기 플러그를 적어도 부분적으로 사용하는 기다란 용접 조인트를 형성하는 단계

    를 포함하는

    구조 어셈블리의 제조 방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 구조 부재 중 적어도 하나에 상기 플러그를 수용하는 구조로 된 구멍을 천공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
17. 제15항에 있어서,

    상기 회전 플러그 삽입 단계 전에, 상기 플러그를 소정의 치수로 기계 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
18. 제15항에 있어서,

    상기 플러그의 말단이 대응하는 구조 부재의 외면과 동일 평면으로 되도록 상기 회전 플러그 삽입 단계에 이어서 상기 플러그의 적어도 한쪽 말단을 기계 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
19. 제15항에 있어서,

    상기 용접 조인트 형성 단계는

    회전 마찰 교반 용접 프로브를 상기 경계면에서 상기 제1 및 제2 구조 부재 내에 삽입하는 단계, 및

    상기 경계면에 의하여 형성된 통로를 따라 상기 제1 및 제2 구조 부재를 통해 상기 회전 마찰 교반 용접 프로브를 이동시키는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
20. 제15항에 있어서,

    상기 경계면을 따라 복수의 위치에서 상기 삽입 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
21. 제20항에 있어서,

    상기 반복 단계는 회전 플러그를 기존의 플러그와 적어도 부분적으로 중첩되는 위치에 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
22. 제15항에 있어서,

    비행체의 프레임을 형성하도록 상기 구조 어셈블리를 다른 구조 어셈블리에 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
23. 구조 어셈블리의 제조 방법에 있어서,

    제1 구조 부재와 제2 구조 부재 사이에 경계면을 형성하도록 상기 제1 구조 부재를 상기 제2 구조 부재에 적어도 부분적으로 인접시켜 배치하는 단계,

    플러그를 상기 제1 구조 부재의 외면에 인접시켜 배치하는 단계,

    상기 플러그를 회전시키는 단계,

    상기 회전 단계와 동시에, 상기 제1 구조 부재를 상기 제2 구조 부재에 결합시키는 마찰 플러그 용접 조인트를 형성하도록 상기 플러그를 상기 경계면에서 상기 제1 및 제2 구조 부재 내에 삽입하는 단계, 및

    다음에 상기 경계면에서 상기 제1 및 제2 구조 부재 사이에 상기 플러그를 적어도 부분적으로 사용하는 기다란 용접 조인트를 형성하는 단계

    를 포함하는

    구조 어셈블리의 제조 방법.
24. 제23항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 구조 부재 중 적어도 하나에 상기 플러그를 수용하는 구조로 된 구멍을 천공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
25. 제23항에 있어서,

    상기 플러그 배치 단계 이전에 상기 플러그를 소정의 치수로 기계 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
26. 제23항에 있어서,

    상기 플러그의 말단이 대응하는 구조 부재의 외면과 동일 평면으로 되도록 상기 삽입 단계에 이어서 상기 플러그의 적어도 한쪽 말단을 기계 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
27. 제23항에 있어서,

    상기 용접 조인트 형성 단계는

    회전 마찰 교반 용접 프로브를 상기 경계면에서 상기 제1 및 제2 구조 부재 내에 삽입하는 단계, 및

    상기 경계면에 의하여 형성된 통로를 따라 상기 제1 및 제2 구조 부재를 통해 상기 회전 마찰 교반 용접 프로브를 이동시키는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
28. 제23항에 있어서,

    상기 경계면을 따라 복수의 위치에서 상기 삽입 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
29. 제28항에 있어서,

    상기 반복 단계는 상기 회전 플러그를 기존의 플러그와 적어도 부분적으로 중첩되는 위치에서 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
30. 제23항에 있어서,

    비행체의 프레임을 형성하도록 상기 구조 부재를 다른 구조 부재에 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 어셈블리의 제조 방법.
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