KR100633606B1 - 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스테인리스 배기메니폴드의 런너 파이프와 플랜지간의 용접 구조 및 방법을 달리 적용하여, 배기가스의 흐름성을 높이는 동시에 런너 파이프와 플랜지간의 용접부 강도를 증대시킬 수 있도록 한 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법에 있어서, 엔진헤드부 플랜지의 내경면을 오목한 가공면이 되도록 가공하는 단계와; 상기 오목한 가공면에 런너 파이프의 일단을 삽입시켜 상기 오목한 가공면에 밀착되게 확관시키는 단계와; 상기 확관된 런너 파이프의 일단과 엔진헤드부 플랜지의 오목한 가공면간을 아크 용접하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법을 제공한다.

스테인리스 배기메니폴드, 용접 방법, 엔진헤드부 플랜지, 런너 파이프

Description

스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법{Method for welding stainless exhaust manifold}

도 1은 본 발명에 따른 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법을 순서대로 나타내는 단면도,

도 2a,2b는 종래의 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법을 설명하는 단면도,

도 3은 종래의 스테인리스 배기메니폴드의 용접부를 보여주는 사진,

도 4는 스테인리스 배기메니폴드를 보여주는 사진.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 엔진헤드부 플랜지 12 : 런너 파이프

14 : 오목한 가공면

본 발명은 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스테인리스 배기메니폴드의 런너 파이프와 플랜지간의 용접 구조 및 방법을 달리 적용하여, 배기가스의 흐름성을 높이는 동시에 런너 파이프와 플랜지간의 용접부 강도를 증대시킬 수 있도록 한 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법에 관한 것이다.

최근에는 엔진 출력 증가 및 연비향상 등으로 배기가스의 온도가 상승하는 추세에 있는 바, 이에 기존의 주철 배기메니폴드로는 대응에 한계가 있고, 또한 배기가스 규제에 대한 대응으로 라이트 오프 타임(light off time) 감소가 요구되어, 스테인리스 배기메니폴드의 적용이 확대되고 있는 추세에 있다.

상기 스테인리스 배기메니폴드는 주철 대비 다음과 같은 장점을 갖는다.

첫째, 차량 및 엔진성능에 영향을 주는 배기 메니폴드의 인자는 중량, 런너부 곡률, 런너부 합류부 형상에 있고, 이러한 인자들로 인해 배압 및 배기 간섭이 달리지는 바, 스테인리스 배기메니폴드는 주철품보다 중량 50% 이상 적고, 내부 배압이 작은 장점이 있다.

둘째, 소재의 두께(주철 두께 4∼5mm, 스테인리스 두께 2.0mm 이하)에 의해 좌우되는 열용량의 차이로 촉매의 활성화 시간이 단축(주철 25초, 스테인리스 15초)되는 바, 주철 대비 스테인리스가 보다 열방출 효과가 더욱 우수하다.

셋째, 주철 대비 스테인리스는 열피로 강도, 고온강도, 내산화성이 우수한 장점이 있다.

이러한 이유로 최근에는 주철보다 스테인리스 배기메니폴드가 적용되고 있는 추세에 있다,

상기 스테인리스 배기메니폴드는 첨부한 도 4의 사진에서 보는 바와 같이, 단관으로 되어 있는 콜렉터(collector)부(재질:스테인리스)와, 이 콜렉터부로부터 분기된 런너 파이프(runner pipe)(재질:스테인리스)와, 상기 콜렉트부의 출구측에 결합되는 콜렉트부 플랜지(재질:일반강재 SPHC)와, 상기 런너 파이프와 결합되는 엔진헤드부 플랜지(재질:일반강재 SPHC)로 구성되어 있다.

상기 런너 파이프와 엔진헤드부 플랜지는 아크용접으로 서로 접합되는데, 그 단면 형상은 첨부한 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같다.

즉, 상기 엔진헤드부 플랜지(10)의 내경면에 상기 런너 파이프(12)의 외경면이 밀착되도록 그 일단을 삽입시킨 다음, 상기 런너 파이프(12)의 일단끝과 그 아래쪽에 인접된 엔진헤드부 플랜지(10)의 내경면간을 아크 용접으로 용접시키게 된다.

이때, 상기 런너 파이프(12)와 엔진헤드부 플랜지(10)간의 용접 형상을 보면, 런너 파이프(12)의 내경면쪽으로 용접부가 볼록하게 돌출된 형상을 갖게 된다(도 2a 참조).

이렇게 상기 아크 용접부가 볼록하게 돌출 형성되면, 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 흐름을 방해하는 요소로 작용하게 되는 문제점이 있다.

보다 상세하게는, 상기 아크 용접부가 런너 파이프에서 돌출 형성됨에 따라, 런너 파이프 직경이 좁아지게 되고, 결국 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 유동흐름에 방해 요소로 작용하여 엔진 출력을 감소시키는 원인이 된다.

이에, 상기 런너 파이프쪽으로 돌출된 아크 용접부를 첨부한 도 2b에 도시된 바와 같이 가공하여 제거하게 되면, 용접강도가 떨어지는 문제점이 있기 때문에 현재는 돌출된 용접부를 가공하지 않고 사용하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 엔진헤드부 플랜지의 내경면을 오목하게 가공하고, 이 오목한 가공면에 런너 파이프의 일단을 확관시킨 다음, 확관된 런너 파이프의 일단과 엔진헤드부 플랜지의 오목한 가공면간을 아크 용접함으로써, 배기가스 유동흐름을 원할하게 유도할 수 있고, 용접강도를 크게 향상시킬 수 있도록 한 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법에 있어서, 엔진헤드부 플랜지의 내경면을 오목한 가공면이 되도록 가공하는 단계와; 상기 오목한 가공면에 런너 파이프의 일단을 삽입시켜 상기 오목한 가공면에 밀착되게 확관시키는 단계와; 상기 확관된 런너 파이프의 일단과 엔진헤드부 플랜지의 오목한 가공면간을 아크 용접하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법을 제공한다.

바람직한 실시예로서, 상기 오목한 가공면의 최대직경(상하끝단)과 최소직경(중앙부분)의 차이는 1∼10% 로 한정되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 실시예로서, 상기 플랜지의 총깊이에 대한 런너 파이프의 삽입깊이는 용접을 위해 상기 오목한 가공면이 노출되도록 10%∼80%로 한정되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법을 순서대로 나타내는 단면도이다.

본 발명은 스테인리스 배기메니폴드의 런너 파이프와 플랜지간의 용접 구조 및 방법을 달리 적용하여, 배기가스의 흐름성을 높이는 동시에 런너 파이프와 플랜지간의 용접부 강도를 증대시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

본 발명의 용접 방법을 순서대로 설명하면 다음과 같다.

우선, 엔진헤드부 플랜지(10)의 내경면을 오목한 가공면(14)이 되도록 가공하는 단계가 진행된다.

이때, 상기 오목한 가공면(14)의 최대직경(오목한 가공면의 상하끝단부)과 최소직경(오목한 가공면의 중앙부분)의 차이는 1∼10%로 한정하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 1% 미만에서는 기존과 같이 용접부에 의한 유동가스 흐름 방해가 있으며, 10%를 초과하게 되면 런너 파이프의 원주방향 신율(두께 감소율과 동일)이 3.14×10% = 31.4%가 되어 일반적인 배기 매니폴드의 최대 두께 감소율 허용량 30%를 초과하게 되므로 바람직하지 않다.

다음으로, 상기 엔진헤드부 플랜지(10)내에 런너 파이프(12)의 일단을 삽입시킨 다음, 삽입된 런너 파이프(12)의 일단을 상기 오목한 가공면(14)에 밀착되게 확관시키는 단계가 진행된다.

이때, 상기 엔진헤드부 플랜지(10)의 총깊이에 대한 런너 파이프(12)의 삽입깊이는 10%∼80%로 한정하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 런너 파이프의 삽입 깊이 10% 미만에서는 플랜지와 런너 파이프의 오버랩(Overlap) 면이 작아져 본 발명에서 얻고자 하는 접합강도를 확보하기가 어려우며, 또한 런너 파이프의 삽입 깊이가 80%를 초과하게 되면 용접부가 플랜지 끝단부와 가까워져 용접부에 의해 유동가스의 흐름이 방해를 받게 된다.

다음으로, 상기 확관된 런너 파이프(12)의 일단(하단끝)과 상기 엔진헤드부 플랜지(10)의 오목한 가공면(확관된 런너 파이프의 하단끝의 바로 아래쪽)간을 아크 용접하게 된다.

이에, 상기 아크 용접부가 돌출되더라도, 상기 엔진헤드부 플랜지(10)의 오목한 가공면(14)과 런너 파이프(12)의 하단끝이 안쪽으로 들어간 상태이므로, 돌출된 아크 용접부도 안쪽으로 들어간 상태가 되어, 결국 배기가스의 흐름을 위한 방해요소로 작용하지 않게 된다.

결국, 상기와 같은 본 발명의 용접구조에 따르면 배기가스 유동흐름을 원할하게 유도할 수 있고, 용접강도는 보다 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법에 의하면, 엔진헤드부 플랜지의 내경면을 오목하게 가공하고, 이 오목한 가공면에 런너 파이프의 일단을 확관시킨 다음, 확관된 런너 파이프의 일단과 엔진헤드부 플랜지의 오목한 가공면간을 아크 용접함으로써, 배기가스 유동흐름을 원할하게 유도할 수 있고, 용접강도를 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법에 있어서,

   엔진헤드부 플랜지의 내경면을 오목한 가공면이 되도록 가공하는 단계와;

   상기 오목한 가공면에 런너 파이프의 일단을 삽입시켜 상기 오목한 가공면에 밀착되게 확관시키는 단계와;

   상기 확관된 런너 파이프의 일단과 엔진헤드부 플랜지의 오목한 가공면간을 아크 용접하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 오목한 가공면의 최대직경(상하끝단)과 최소직경(중앙부분)의 차이는 1∼10% 로 한정되는 것을 특징으로 하는 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 플랜지의 총깊이에 대한 런너 파이프의 삽입깊이는 용접을 위해 상기 오목한 가공면이 노출되도록 10%∼80%로 한정되는 것을 특징으로 하는 스테인리스 배기메니폴드의 용접 방법.

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