KR100978104B1

KR100978104B1 - 교환가능한 핀을 가지는 마찰교반용접 회전 공구

Info

Publication number: KR100978104B1
Application number: KR1020080028888A
Authority: KR
Inventors: 노태성; 박찬구; 배정호
Original assignee: 주식회사 윈젠
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2010-08-25
Also published as: KR20090103346A

Abstract

본 발명은 마찰교반용접(FSW)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마찰교반용접에 사용되는 교환가능한 핀(PIN)을 가지는 회전 공구(TOOL)에 관한 것이다.

본 발명은 마찰교반용접 기술에 사용되는 회전 공구를 제공하되, 종래의 일체형 핀이 마련되어 사용기간에 따른 상기 핀의 교체를 위하여 회전 공구 일체를 교환하여야 하는 불편한 문제점을 해결하기 위하여, 교환 가능한 핀을 구성된 회전 공구를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이에, 본 발명은 마찰교반용접 장치에 구비되는 회전축에 결합되며 나사부가 내측면에 형성되는 수용부를 가지는 몸체부와, 일측 말단부에는 피용접부재에 접촉되는 핀이 돌출 형성되고 타측 측면부에는 상기 몸체부의 수용부와 나사결합을 위한 나사산이 형성되어 있는 탈착형 핀부로 구성되는 회전 공구를 제공하여, 상기 회전 공구의 사용에 따른 핀의 마모시 상기 핀이 형성된 핀부만을 교체하도록 하여 작업 단가의 상승을 억제하는 이점이 있다.

마찰교반용접(FSW), 마찰교반점용접, 회전 공구, 핀, 숄더

Description

교환가능한 핀을 가지는 마찰교반용접 회전 공구{FRICTION STIR WELDING TOOL WITH EXCHANGEABLE PIN}

자동차나 항공기 등과 같은 운송장치 그리고 건축/토목 분야 등 다양한 산업분야에서 알루미늄이나 마그네슘 등 경량소재를 활용한 경량 합금이 널리 사용되고 있다. 이러한 경량 합금을 이용하여 각종 기기, 구조물 등을 생산/제작하기 위해서는 이들 경량 합금을 용접에 의하여 접합하게 되는 경우가 빈발하다. 따라서 이들 경량 합금을 용접하는 기술이 널리 연구되고 있는 실정이다.

한편, 종래의 마찰용접(friction welding) 기술은, 서로 결합할 결합부재에 충분한 마찰열을 발생시켜 결합부재들의 접촉면에 소성영역(plasticized zone)을 형성한 후 외력을 가하여 부재를 접합한다.

그런데 상기 마찰용접은, 결합될 부재를 회전시킴으로써 결합부재들의 접촉면을 가열하게 되므로, 용접될 부재 중 하나 이상이 축 대칭이어야 한다는 제약이 있었다. 즉, 판재의 옆면을 맞대어 용접하는 경우에서는 적용할 수 없게 되어 상기 마찰용접 기술은 적용될 수 있는 범위에 제약이 큰 문제점이 있었다.

이에, 마찰교반용접(Friction Stir Welding; FSW) 기술이 제안되고 있다. 마찰교반용접(FSW)은 종래의 용융 기술을 이용하여 용접하기가 어려웠던 금속 및 합금 용접을 위해 주로 개발되었는데, 이는 용접될 부재들끼리의 마찰보다는, 용접 공구(TOOL)와 부재들 간의 마찰을 일으키고, 이에 따라 발생되는 마찰열을 이용하는 것이다.

도 1은 종래의 마찰교반용접 기술을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에서 보이는 것과 같이, 접합할 부재들(130)을 단단히 상호 고정시킨 후, 맞닿은 면(140)(즉, 용접선)에서 두 접합부재(130) 사이에는 회전공구(100)의 돌출된 핀(PIN)(120)이 삽입된다. 한편, 통상 상기 회전공구(100)는 단차진 숄더(shoulder, 견부)가 형성되고 상기 숄더에 일체형으로 돌출된 핀(120)이 구비되는 것이 일반적인 형상이다.

상기 핀(120)이 접합면(140)에 삽입된 채로 공구(100)를 회전시키면, 공구(100)와 접합부재(130) 사이의 마찰열에 의해 접합부재(130)의 접합부위가 가열되고, 따라서 접합부재(130)에는 소성영역이 형성되게 된다.

이때, 기계적 힘을 가하여 공구를 용접선(140)을 따라 이동시키면, 가열된 접합부위가 공구의 앞부분에서 뒤쪽으로 압출되게 되고, 마찰열과 기계적 가공의 조합에 의해 고상접합부가 만들어지게 된다. 이러한 과정에 의해 접합부재들(130)이 서로 용접되게 되는 것이다.

상술한 것과 같이, 회전공구(100)의 핀(120)은 용접 목적물(130)과 직접적으로 마찰하는 것으로 용접이 이루어지기 때문에 마찰교반용접에 있어서 상기 회전공구(100)는 소모성 부품으로 구성되는 것이 일반적이었다.

하지만, 상기 회전공구(100)는 그 구성에 있어 핀(120)만이 소모되기 때문에 핀(120)의 수명에 의해 회전공구(100) 자체를 교환하는 것은 매우 불합리하고 공정상 작업단가 상승의 큰 원인이 되는 문제점이 있었다.

본 발명은, 마찰교반용접(FSW)에 사용되는 회전 공구(Tool)로서, 마찰교반용접 장치에 구비되는 회전축에 결합되며, 나사부가 내측면에 형성되는 수용부를 가지는 몸체부와; 일측 말단부에는 피용접부재에 접촉되는 핀이 돌출 형성되고, 타측 측면부에는 상기 몸체부의 수용부와 나사결합을 위한 나사산이 형성되어 있는 탈착형 핀부;로 구성되는 마찰교반용접 회전 공구에 있어서, 상기 몸체부의 수용부는, 회전축 방향으로 관통되어 형성되고; 상기 핀부는 상기 몸체부에 삽입되어 나사 결합되며; 상기 몸체부로부터 돌출되는 핀부의 타측 말단부에는, 조임 너트가 더욱 구성되어, 상기 핀부의 핀이 몸체부로부터 돌출되는 길이를 조절 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 교환가능한 핀을 가지는 마찰교반용접 회전 공구를 제공한다.

삭제

본 발명에 따른 교환가능한 핀을 가지는 마찰교반용접 회전 공구는, 구비되는 교환 가능한 탈착형 핀부가 마련되어, 회전 공구의 사용에 따른 핀의 마모시 상기 핀이 형성된 핀부만을 교체하도록 하여 작업 단가의 상승을 억제하는 이점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 각 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 첨부한 도 1은 종래의 마찰교반용접 기술을 보여주는 작업 상태도이고, 도 2는 본 발명에 따른 회전 공구의 일 실시예를 보여주는 사시도이다.

그리고, 도 3과 도 4 각각은 본 발명에 따른 회전 공구의 일 실시예에 대한 측면 구성도이며, 도 5는 도 2의 조립 구성도이다.

삭제

본 발명은 마찰교반용접(Friction Stir Welding; FSW)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기의 마찰교반용접에 사용되는 회전 공구(TOOL)에 관한 것이다. 특히, 본 발명에 따른 회전 공구는 구비되는 핀이 교환가능하도록 형성되는 것을 그 특징으로 한다.

먼저, 도 2와 도 5에서 보이는 것과 같이, 본 발명에 따른 회전 공구는 크게, 몸체부(100)와 상기 몸체부에 착탈 가능한 핀부(200)로 구성된다.

몸체부(100)는 마찰교반용접 장치에 구비되는 회전축에 결합되는 것으로서, 특히 수용부(105)가 마련된다. 상기 수용부(105)는 핀부(200)를 수용하기 위한 것이며 상기 핀부(200)와의 고정은 나사 결합으로 이루어질 수 있도록 상기 수용부(105)의 내측면에는 나사산이 형성되도록 구성한다.

상기 몸체부(100)의 재질 선택에 있어서는, 종래의 회전 공구에서 사용되는 고속도공구강(SKH-51,SKH-55) 등과 같은 재질이면 충분하며, 삽입되는 핀부(200)의 마찰로 인한 발열에 대비하여 고온 내마모성과 내산화성 등이 우수한 재질을 선택하는 것이 바람직하다.

도 2 내지 도 5에서와 같이, 상기 몸체부(100)에 마련되는 수용부(105)에는 핀부(200)가 삽입된다. 상기 핀부(200)는 그 일측 단부에 피용접부재에 접촉되는 핀(210)이 돌출 형성되고, 타측 측면부에는 상기 몸체부(100)의 수용부(105)와 나사결합을 위한 나사산(205)이 형성되도록 구성된다.

핀부(200)의 재질은 상기 몸체부(100)와 동일한 것으로 형성할 수도 있으며, 피용접부재의 재질에 따라 선택적으로 구성할 수도 있다. 특히, 텅스텐카바이드-코발트(WC-CO) 기반의 초경합금 소재를 사용하여 보다 효과적으로 마찰과 마모에 대응하도록 하는 것이 바람직하다.

삭제

실시예로서, 도 2 내지 도 5에서 보이는 것과 같이, 몸체부(100)의 수용부(105)는 회전축 방향으로 관통되어 형성되며, 상기 관통된 수용부(105)에 핀부(200)가 나사 결합으로 삽입 체결되도록 구성된다.

특히, 상기 핀부(200)는 상기 몸체부(100)의 길이보다 더욱 길게 형성하여 상기 핀부(200)의 길이 조절이 쉽도록 함이 바람직하다. 상기 핀부(200)의 길이 조절은 핀부(200)의 말단에 형성되는 핀(210)이 몸체부(100)의 일단으로 돌출되는 부 분의 길이를 조절하는 것을 지칭한다.

그리고, 도 5에서와 같이, 상기 몸체부(100)로부터 돌출되는 핀부(200)의 타측 말단부 즉, 핀(210)이 형성된 단부의 반대 방향의 단부에는 그 측면부에 나사산(205)이 형성되어 있으며 이 나사산(205)은 몸체부의 타단으로 돌출되어 나오도록 상기 핀부(200)의 전체 길이 구성을 하는 것이 바람직하다.

상기 핀부(200)의 타측 말단부에눈 조임 너트(300)를 더욱 구성하여, 상기 몸체부(100)에 나사 결합으로 삽입 고정된 핀부(200)가 작업시 유동 되지 않도록 상기 조임 너트(300)을 몸체부(100)의 타단에 맞닿도록 감아 고정하도록 하는 것이 바람직하다.

삭제

상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시한 예를 위주로 상술하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 각 구성요소는 동일한 목적 및 효과의 달성을 위하여 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 마찰교반용접 기술을 보여주는 작업 상태도.

도 2는 본 발명에 따른 회전 공구의 일 실시예를 보여주는 사시도.

도 3과 도 4 각각은 본 발명에 따른 회전 공구의 일 실시예에 대한 측면 구성도.

도 5는 도 2의 조립 구성도.

삭제

*도면의 주요부분에 대한 부호*

100 : 몸체부 105 : 몸체부의 수용부

110 : 몸체부의 고정홀

200 : 핀부 205 : 핀부의 나사산

210 : 핀

300 : 조임 너트

삭제

Claims

삭제
마찰교반용접(FSW)에 사용되는 회전 공구(Tool)로서, 마찰교반용접 장치에 구비되는 회전축에 결합되며, 나사부가 내측면에 형성되는 수용부를 가지는 몸체부와; 일측 말단부에는 피용접부재에 접촉되는 핀이 돌출 형성되고, 타측 측면부에는 상기 몸체부의 수용부와 나사결합을 위한 나사산이 형성되어 있는 탈착형 핀부;로 구성되는 마찰교반용접 회전 공구에 있어서,

상기 몸체부의 수용부는, 회전축 방향으로 관통되어 형성되고;

상기 핀부는 상기 몸체부에 삽입되어 나사 결합되며;

상기 몸체부로부터 돌출되는 핀부의 타측 말단부에는, 조임 너트가 더욱 구성되어, 상기 핀부의 핀이 몸체부로부터 돌출되는 길이를 조절 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 교환가능한 핀을 가지는 마찰교반용접 회전 공구.
삭제
삭제