KR20060025608A - 용기를 봉합하기 위한 자기 펄스 용접 방법 및 장치와봉합된 용기 - Google Patents

용기를 봉합하기 위한 자기 펄스 용접 방법 및 장치와봉합된 용기 Download PDF

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오렌 가프리
유리 리브쉬츠
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펄사르 웰딩 엘티디.
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Abstract

용기(10)를 봉합하기 위한 펄스화된 자기 용접 방법 및 용접유도 코일이 제시되어 있다. 상기 방법은 개방된 끝부분(12)을 가지는 용기몸통(11), 용접부위 및 테두리부위(15)를 포함하는 덮개(13)을 제공하는 것을 포함하고 있다. 용접부위(14)에 있는 덮개(13)의 지름은 용기몸통(11)과 용접부위(14) 사이에 공극(16)을 만들기 위한 용기몸통(11)의 지름보다 작다. 상기 덮개(13)는 용기몸통(11)의 상기 개방된 끝부분(12) 내에 위치한다. 용접유도 코일(18)은 덮개(13)의 용접부위(14)가 위치하는 곳에 있는 용기몸통 주위에 제공되어 있다. 상기 용접유도 코일(18)은 전압을 인가하여, 상기 공극(16) 내의 덮개(13) 주위에 방사상의 안쪽 방향으로 상기 용기몸통(11)의 부분(19)이 구부러지도록 하기 충분한 펄스화된 자기력을 생성한다. 상기 펄스화된 자기력이 밀착시에 용기몸통(11) 및 덮개(13)의 원자들의 상호 확산이 이루어지도록 하는 값을 가짐으로써, 상기 용기몸통(11)과 덮개(13)를 서로 용접하는 방법.
없음.

Description

용기를 봉합하기 위한 자기 펄스 용접 방법 및 장치와 봉합된 용기{MAGNETIC PULSE WELDING METHOD AND APPARATUS FOR SEALING A VESSEL AND A SEALED VESSEL}
본 발명은 저장용기들을 봉합하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 펄스화된 자기력(pulsed magnetic force(PMF))을 이용하여 용기들을 봉합하는 방법과 장치에 관한 것이다.
저장용기, 깡통, 수통(tank), 플라스크 등과 같이, 예를 들면 가스 및/또는 액체를 저장하기 위해 사용되는 용기는 일반적으로 용기몸통부 및 덮개부가 따로 만들어져 생산된다. 용기 봉합에 있어서, 용접 또는 크림핑(crimping) 방법들이 덮개부를 몸통부에 결합시키는데 사용될 수 있다. 이후로는 용접은, 첫 번째와 두 번째 제조제품의 두 마주보는 표면들이 물리적인 결합을 형성함으로써, 그 원자들의 상호 확산(diffusion)으로 인하여 서로 통합이 이루어지는 과정을 지칭한다. 다음으로, 크림핑(crimping)은, 적어도 하나의 그 제조제품이 물결모양지거나(wavy), 구부러지거나(bent), 또는 조여져(pinched)서, 첫 번째 제조제품의 원자(atom)가 두 번째 제조제품의 몸통으로 침투하지(interpenetration) 않으면서 두 제조제품들 사이에 "순수한" 기계적 결합을 제공하는, 두 제조제품들의 결합을 지칭한다.
크림핑은 일반적으로 스탬핑(stamping)이나 롤링(rolling)에 의해 만들어진다. 하지만, 다양한 크림핑 기술들은, 용기들을 봉합하기 위하여 일시적 자기장에 의해 생성된 힘을 활용하는 기술분야에서도 또한 알려져 있다.
예를 들면, Gere의 미합중국 특허 제3,581,456호는, 일시적 자기장으로 생성된 힘을 활용하여 가득찬 저장용기의 목 끝부분(neck finish)상에 마감부(closure)를 형성하는 방법을 설명하고 있다. 저장용기의 목 부분상에 위치한 뚜껑의 가장자리(skirt of a cap)는 목 끝부분에 대한 장(field)에 의해 조여져(urged), 가장자리가 목 끝부분의 윤곽을 따르게 되고 그로 인해 뚜껑이 저장용기 목 부분의 목 끝부분과 맞물리도록 해준다.
미합중국 특허 제3,957,005호는, 실질적으로 균등한 금속두께와 축소한 금속두께의 주변테두리(peripheral flange)를 가지는 몸통부를 포함하는 금속 캔 끝부분을 제조하는 방법을 설명하고 있다. 상기 캔 끝부분은, 알루미늄판 또는 그와 유사한 상대적으로 얇은 판 재료로부터 만들어지는데, 이는 박판으로부터 빈공간이나 원판을 펀칭(punching) 또는 잘라내어, 그 원판을 컵 모양(cup)으로 만들어지며, 주변 부분의 두께를 축소하는 장갑작업(ironing operation)을 거쳐 그 예상 길이(projecting length)를 확대시켜 모양이 형성된다. 장갑된(ironed) 컵 모양은 그 다음 기계적압축(mechanical pressing)처리 또는 자기방출형성(magnetic discharge forming)처리되어, 그 주변 부분은 곡선 테두리를 형성하여 캔 몸통에 양쪽접합(double seamed)되는데 사용된다.
Koide 외의 미합중국 특허 제4,934,552호는, 개방된 끝부분과 몸통부의 개방 된 끝부분에 끼워지는 덮개를 가지는 실린더형 몸통부를 포함하는 봉합된 용기 제작에 대한 방법을 설명하고 있다. 상기 봉합된 용기는, 몸통부의 개방된 끝을 몸통부 바깥쪽으로부터, 덮개의 표면 주위에 적어도 하나 이상의 고리모양의 홈을 가지는 덮개의 바깥쪽 주변 표면으로 압출함으로써 생산된다. 전자기력을 압출작업(press-working) 수단으로 사용할 경우, 상기 몸통부는 꽉 밀폐되어 순식간에 고리모양의 홈에 고정됨으로써, 봉합된 용기가 생산된다.
Shiina 외의 미합중국 특허 제5,191,775호는, 바닥과 개방된 상부 끝부분을 가지는 관모양(tubular)몸통 및 개방된 끝부분에 마감부(closure)를 포함하는 냉동-매체(refrigerating-medium) 저장용기를 용접하는 기술을 설명하고 있다. 개방된 끝부분은 제한되며 전자기 형성에 의해 주름잡힘으로써, 구슬모양이 되거나(beading) 홈에 끼어(matching groove) 막히는 일이 생기지 않는다. 미합중국 특허 제5,191,775호는 상기 방법은 마감부를 몸통에 결합시키는데 용접법을 도입하지 않는다고 언급되어 있다.
Aronne의 미합중국 특허 제5,671,522호는 자기 펄스 형성 기술들에 의한 저장용기를 용접하는 또 다른 크림핑 기술을 설명하고 있다. 상기 저장용기는 각기 원주 주위에 고리모양의 오목히 들어간 곳을 가지는 특별히 제작된 끝부분 뚜껑 한 쌍에 의해 닫힌다. 저장용기의 끝부분은 상기 오목한 부분에 맞물려 있고 자기 펄스 형성에 의해 결합된다. 상기 자기 펄스 힘은 뚜껑 내에 형성된 함몰부위에 일치되는 주축에 대해 방사상의 안쪽을 향해 발생한다.
종래의 용접은 일반적으로 가스 용접 장치, 레이저 또는 어떤 다른 종래의 용접 기술들에 의해 수행되었다. 당 기술분야에서는 가스 용접 기술들이 예를 들면, 용기몸통이 내열 재료이어야 한다는 등의 여러 단점들을 가지는 것으로 알려져 있다.
당 기술분야에서는(예를 들면, 본 출원의 양수인의 미합중국 특허 제5,824,998호 참조), 펄스화된 자기 형성 기술은 두 금속 제조제품들을 저온 용접하는데에도 또한 사용될 수 있다고 알려져 있다.
자기 펄스 형성 기술에 의한 저장용기 용접 분야에서의 선행 기술분야에도 불구하고, 당 기술분야에는 보유시 유용할 수 있는, 그것은 자기 펄스 힘(magnetic pulse force(PMF))을 이용한 용기용접에 대한 새로운 방법 및 장치에 대한 요구가 여전히 남아있다. 원자들 간의 상호 확산(mutual diffusion)을 만드는 저온 용접을 통해 용기몸통의 뚜껑에 대한 결합을 촉진시키는 것이 유리하다.
그러므로, 본 발명의 한 넓은 측면에 따르면, 용기 용접에 대한 방법이 제시되어 있으며, 다음을 포함한다:
(a) 적어도 하나의 개방된 끝부분을 가지는 용기몸통을 제공하는 단계;
(b) 용접부위를 가지는 덮개에 있어서, 상기 용접부위가 용기몸통의 안쪽 부분의 지름보다 작은 지름을 가지는 덮개를 제공하는 단계;
(c) 상기 덮개를 상기의 적어도 하나의 개방된 몸통의 끝부분 내에 위치시킴으로써, 상기 용기몸통과 상기 덮개의 용접부위 사이에 공극(air gap)이 형성되는 단계;
(d) 상기 덮개의 상기 용접부위가 위치하는 장소에 있는 상기 용기몸통 주변
에 용접유도 코일(welding induction coil)을 제공하는 단계; 그리고
(e) 상기 용접유도 코일에 전압을 인가하는 단계로서, 상기 공극 내의 덮개 주위에 방사상의 안쪽 방향으로 상기 용기몸통의 부분이 구부러지도록 하기 충분한 펄스화된 자기력(pulsed magnetic force)을 생성하기 위하여, 상기 펄스화된 자기력이 밀착시에 용기몸통 및 덮개의 원자들의 상호 확산이 이루어지도록 하는 값을 가짐으로써, 상기 용기몸통과 덮개를 서로 용접하는 단계.
본 발명의 또 다른 넓은 측면에 따르면, 제공된 봉합된 용기는 다음을 포함한다:
용기몸통이 용기가 봉합되기 전에 적어도 하나의 개방된 끝부분을 가지는 용기몸통;
용접부위가 용기몸통의 안쪽 부분의 지름보다 작은 지름을 가짐으로써, 상기 용기가 봉합되기 전에 상기 용기몸통 및 용기몸통의 상기 적어도 하나의 개방된 끝부분 내에 위치한 상기 덮개의 용접부위 사이에 공극이 형성된 용접부위를 가지는 덮개를 포함하는 봉합된 용기에 있어서,
상기 덮개가 상기 공극 내의 덮개 주위에 방사상의 안쪽 방향으로 상기 용기몸통의 부분이 구부러지도록 하는 펄스화된 자기력에 의해 용기몸통에 용접되며, 상기 펄스화된 자기력이 밀착시에 용기몸통 및 덮개의 원자들의 상호 확산이 이루어지도록 하는 값을 가지고 있는 봉합된 용기.
필요시에는, 상기 덮개가 테두리 부위(brim part)를 포함하는데, 테두리 부위 내의 상기 덮개의 지름값이 용기몸통의 안쪽 지름값에 유사하여, 그로 인해 용기몸통 내의 덮개를 고정시킬 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 넓은 측면에 따르면, 펄스화된 고 전압을 교차하여 인가하도록 구성된 두 전극을 가지는 일(1)회 감긴(one-turn) 코일을 적어도 하나 포함하는 용접유도 코일(welding induction coil)이 있고,
상기 용접유도 코일이:
적어도 하나의 개방된 끝부분을 가지는 용기몸통, 그리고
용접부위를 가지는 덮개로서, 상기 용접부위가 용기몸통의 안쪽 지름 보다 작은 지름을 가지며, 그로 인해, 덮개가 용기몸통의 상기 적어도 하나의 개방된 끝부분 내에 위치할 때 상기 용기몸통과 상기 덮개의 용접부위 사이에 공극을 제공하는 덮개를 포함하는 용기를 봉합하기 위한 장비와 함께 사용되도록 구성되어 있으며;
상기 용접유도 코일이 용기몸통의 부분에 구부러짐을 형성하는, 상기 공극 내의 덮개 주위에 방사상의 안쪽 방향인 상기 용접유도 코일의 작업구역 내에 위치하는 펄스화된 자기력을 생성할 수 있고, 상기 펄스화된 자기력이 밀착시에 용기몸통 및 덮개의 원자들의 상호 확산이 이루어지도록 하는 값을 가짐으로써, 상기 덮개를 용기몸통에 용접하는 용접유도 코일.
그러므로 하기의 설명되는 본 발명의 상세한 설명이 보다 잘 이해될 수 있도록 본 발명의 더욱 중요한 특징이 다소 넓게 약술되었다. 본 발명의 추가적인 세부 사항과 장점들은 상세한 설명에서 기술될 예정이며, 부분적으로는 설명에서 이해되거나 본 발명의 실행을 통해 습득될 수 있을 것이다.
본 발명을 이해하고 실제로 어떻게 수행되는지를 알기 위해, 실시예를 따르는 도면들을 참조하여 바람직한 실시예가 설명될 것이나, 실시예에만 한정되지 않으며, 다음과 같다:
도 1A 및 도 1B는 본 발명의 한 실시예를 따르는, 봉합 처리 전에 있는 용기의 분해조립도 및 단면도(cross-sectional view)를 설명하고 있다;
도 2A 내지 도 2D는 본 발명의 한 실시예를 따르는, 용접처리의 연속된 단계를 설명하고 있다;
도 3A 및 도 3B는 저탄소강(low carbon steel) 및 알루미늄으로 각각 만들어진 용기 용접부 및 덮개 용접부위 사이 결합부의 에칭된(etched) 경계면의 단면(cross section)에 대해 광학 전자현미경하에서의 시험으로 얻어진 대표적인 이미지를 설명하고 있다;
도 4A 및 도 4B는 본 발명의 또 다른 실시예에 상응하여 따르는, 용접처리 전에 있는 용기의 분해조립도 및 단면도를 설명하고 있다.
도 5는 본 발명의 보다 구체적인 실시예를 따르는, 용접처리 전에 있는 용기의 단면도를 설명하고 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 따르는, 용접처리 전에 있는 용기의 단면도를 설명하고 있다.
도 7A 내지 도 7C는 추가적인 실시예를 따르는, 용접처리 전에 있는 용기의 단면도를 설명하고 있다.
도 8A 내지 도 8B는 본 발명의 실시예에 상응하여 따르는, 용접유도 코일의 예상도(prospective view) 및 단면도를 설명하고 있다.
본 발명을 따르는 방법 및 장치의 원리 및 작동은, 도면들 및 대응되는 설명을 참조하여 보다 잘 이해될 수 있고, 이러한 도면들은 설명하는 목적으로만 제시된 것이며 제한하기 위한 것은 아니다. 본 발명에 대한 서술 전체에 걸쳐 도면에 제시되어있는 용기 및 작용코일(working coil)에 일반적인 구성 요소들을 식별하는데는, 같은 참조번호들이 사용된다. 용기 및 덮개 및 그 부분들 사이의 간격들 뿐 아니라, 용기의 용적(dimensions), 용기 및 덮개의 벽 두께가 명백한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 상응하여 따르는, 용접처리 전에 있는 용기 10의 분해조립도 및 단면도가, 도 1A 및 도 2B를 참조하여 설명되어 있다. 용기 10은, 개방된 끝부분 12 및 덮개 13을 가지는 원통형의(cylindrical) 용기몸통 11을 포함하고 있다. 덮개 13은 용접부위 14 및 테두리 부위 15를 가지고 있다. 테두리 부위 15의 목적은 용기몸통 11 안쪽의 덮개 13을 고정하는 것이다. 그러므로, 테두리 부위 15에 있는 덮개 13의 지름은 몸통 11의 안쪽 지름과 일치한다. 용접부위 14에 있는 덮개 13의 지름은 용기몸통의 안쪽 지름보다 작다. 그러므로, 고리모양의 공극 16은, 덮개 13이 용기몸통 11의 개방된 끝부분 12 안쪽으로 위치할 때, 덮개 용접부위 14의 용기 용접부 19 및 표면 17 사이에 형성된다.
특별한 응용을 위해 용기 10은 요구되는 강도와 형성특성들을 가지는 적합한 금속 재료로 제조된다. 용기몸통 11 및 덮개 13은 같은 재료 또는 다른 재료들로부터 제조될 수 있다고 이해될 수 있다. 용기몸통 11 및 덮개 13이 제조되는 금속 재료들의 예들은, 알루미늄, 저탄소강(low carbon steel), 황동(brass), 구리가 있지만, 이에만 국한되는 것은 아니다. 이러한 금속들 및 다른 재료들의 합금이 또한 사용될 수 있다고 이해될 수 있다.
덮개 13을 용기몸통 11에 용접하는데 필요한 힘을 제공하기 위해, 덮개의 용접부위 14가 용기몸통 11의 안쪽에 위치하게 되는 곳에서, 높은 전력의 펄스화된 자기장이 용기 몸통 11 주위에 생성된다. 필요한 펄스화된 자기장을 제공하는데 적합한 장치는 그 자체로 기존에 알려진 것이며(known per se), 따라서 그 구성 및 작동은 하기에 상세히 설명되지는 않을 것이다. 예를 들면, 참조로 그 내용 전체가 인용된, 본 출원 양수인의 미합중국 특허 제5,824,998호는, 본 발명의 목적에 사용될 수 있다. 상기 장비는 용접유도 코일을 포함하고 있어, 특정 응용에 따라 구성될 수 있다. 도 1B에서는, 용접유도 코일이 용접몸통 11을 둘러싸고 있고 참조번호 18로 식별되어 있다. 본 발명에 적합한 용접유도 코일 18에 대한 구성의 한 예시가 하기에 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 한 실시예를 따르는, 용접처리의 연속된 단계가 도 2A 내지 도 2D를 참조하여 설명되어 있다. 주목할 점은, 명백한 설명을 위해, 도면들은 비율에 맞지 않거나 비례에 맞지 않다는 점이다. 작동에 있어서, 용접유도 코일에 의해 생성된 자기장과 관련한 펄스화된 자기력 F가 용기몸통 11(도 2A 참조)의 용접부 19에 적용되어 있다. 이 예시에 따르면, 용접부 19는 용접몸통 11의 개방된 끝부분 12 가까이에 위치되어 있다. 그러나, 용기 용접부 19의 위치가 그 길이에 따라서, 용기몸통 11의 특정 부분에만 국한되는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다.
용기 10을 봉합하는 용접하는 처리과정은 용접유도 코일에 전압을 가하여, 덮개 용접부위 14 주위에 방사상의 안쪽 방향 용기 용접부 19가 구부러지도록 하는 펄스화된 자기력 F를 형성하게 된다. 용접은, 용접부 19의 가장자리(edge) 20이 덮개 용접부 14(도 2B 참조)의 표면 17에 맞닿을 때 시작된다. 용접처리 동안, 용접 지역 WZ를 한정하는 앞쪽 라인(front line) 21은, 접선을 따라 테두리 부위 15(도 2C 참조) 쪽으로 이동함으로써 용기를 봉합하게 된다(도 2D 참조).
원자들의 상호 확산 때문에, 용기몸통 및 덮개의 용접을 제공하기 위해서는, 펄스화된 자기력 F가 미리 정해진 값(predetermined value)를 가지고 있어야 한다는 점을 이해해야 한다. 보다 구체적으로는, 펄스화된 자기력 F는, 공극 16이 덮개 용접부위 14의 표면 17쪽으로 이동하는 동안, 용기의 용접부 19가 용기몸통을 덮개에 용접할 수 있을 만큼의 속도를 얻을 수 있을 만큼의 값을 가져야 한다. 예를 들면, 본 출원인은, 밀착시의 용기 용접부 19의 효과적인 속도값이 초당 250미터 내지 초당 500미터(250m/sec ~ 500m/sec)이고 앞쪽 라인(front line) 21의 외견상의 접선속도(tangential speed) V t 가 초당 1000미터 내지 초당 2500미터(1000m/sec ~ 2500m/sec) 사이에 있을 때, 용접이 될 수 있다는 것을 알게 되었다.
도 3A 및 도 3B는 저탄소강(low carbon steel) 및 알루미늄과 같은 두 유사 한 금속들로부터 각각 만들어진 용기 용접부 19 및 덮개 용접부위 14 사이 결합부의 에칭된(etched) 경계면의 단면에 대해 광학 전자현미경(배율: X100)하에서의 시험으로 얻어진 대표적인 이미지를 설명하고 있다. 도 3A는 전형적인 평평한 전단형(shear-like) 용접 경계면을 보여주고 있으며, 반면 도 3B는 전형적인 물결모양(wavy) 경계면을 보여주고 있다. 평평한 전단형(shear-like) 용접 경계면은, 밀착시의 용기 용접부 19와 덮개 용접부위 14 사이의 각도가 상대적으로 작을 때 생성되며, 반면 물결모양(wavy) 경계면은 밀착 각도가 상대적으로 클 때 생성된다. 주목할 점은, 전단형 용접경계면이 물결모양 경계면으로 변할 때의 각도의 크기는 밀착 속도 및 재료의 종류에 따라 다르다는 점이다. 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 인지할 수 있는 것처럼, 그러한 이미지는 펄스화된 자기 용접처리과정에 의해 결합이 이루어질 때의 전형적인 도면이다.
도 4A 및 도 4B를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 상응하여 따르는, 용접처리 전에 있는 용기 10의 분해조립도 및 단면도가 설명되어 있다. 이 실시예는 이 곳의 덮개 13이 틈새(openings)를 (하나 또는 그 이상) 가진다는 점에서, 상기 도 1A 및 도 1B에 제시되어있는 실시예와 구분된다. 특히, 참조번호 43으로 식별된 두 개의 그 틈새들이 도 4A 및 도 4B에 제시되어 있다. 예를 들면, 용기 10이 저장용기로 사용될 경우, 틈새 43은 용기 내에 흡입파이프 및 방출파이프를 삽입하는데 필요하다.
틈새 43의 안쪽 표면 44와 덮개 용접부위 14의 표면 17 사이에 있는 금속재료의 넓이가 작고 그리고/또는 덮개재료의 강도가 작을 경우에는, 상기에서 설명한 바와 같이 용기를 봉합하는데 사용되는 펄스화된 자기력이, 덮개의 용접부위 14를 무너뜨리고 틈새 43을 변형시킬 수 있을 만큼 세질 수 있다. 이러한 손실상황이 발생하지 않도록, 기술적 마개(technological plug) 41이 덮개 13과 함께 활용된다. 기술적 마개 41은, 용접유도 코일 18에 전압이 인가되는 동안 틈새들 43에 끼워 고정된 채로 있도록 설계되어 있는 하나 이상의 핀(fin) 42(그러한 두 개의 핀들 42는 도 4A 및 4B에 제시되어 있다)를 가지고 있다. 전압을 인가해주는 단계 후에는, 기술적 마개 41이 상기 봉합된 용기로부터 분리될 수 있다. 바람직하게는, 핀들의 크기가 틈새들의 공간을 채울 수 있을 정도의 크기가 됨으로써, 그로 인해 덮개 13을 보강할 수 있는 것이다. 상기 핀들 42는 덮개재료만큼 단단한 재료이거나 그보다 더 단단한 재료로부터 만들어지며, 예를 들면 특수강(hardened steel)과 같은 것이다.
주목할 점은, 본 발명의 실시예를 또한 따르면, 기술적 마개 41이 틈새 43의 변형을 막는데 활용되며, 덮개 13에 테두리 부위 15가 없을 수도 있다는 점이다. 그런 경우, 바람직하게는, 마개 41의 지름이 용기몸통 11의 안쪽 지름을 따르게 되어, 마개가 덮개 13과 함께 용기몸통 11 내에 고정된다. 상기 봉합 처리과정 후에는, 마개 41이 용기몸통 11로부터 분리될 수 있다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 보다 구체적인 실시예를 따르는, 용접처리 전에 있는 용기 10의 단면도가 설명되어 있다. 이 실시예는 용접처리과정 전에 있는 용기몸통 11이 개방된 끝부분 12에서 확장되어 있어, 그로 인해 확장구역 A를 형성한다는 점에서, 상기 도 1A 및 도 1B에서 설명된 실시예와 구분된다. 확장구역 A에 서의 용기몸통 11의 지름 DA는 나머지 부분에서의 용기몸통 11의 지름 DV보다 더 큰 값을 가진다. 확장구역 A는 용기몸통 11 내에 덮개 13을 더욱 잘 고정시키기 위해 도입되었다. 따라서, 본 실시예를 따르는 용접처리 전에, 덮개 테두리 부위 15의 지름 DCB의 값은 확장구역 A의 지름값과 유사해야 하며(예를 들면, DCB
Figure 112006001211241-PCT00001
DA), 반면 덮개 용접부위 14의 지름 DCW는 다음의 부등식 범위를 따라야 한다:DV≤DCW<DA.
비록 도 5에는 덮개 13의 틈새들이 제시되어 있지 않지만, 숙련된 사람은, 덮개가 하나 또는 그 이상의 틈새들을 가질 수 있다는 것을 명백히 알 수 있다. 그런 경우에 있어서, 기술적 마개(도 4A에서의 41)는 덮개가 용접처리 동안 변형되는것을 막는데 사용될 수 있다.
도 6을 참조하여, 본 발명의 또 다른 구체적인 실시예를 따르는, 용접처리 전에 있는 용기 10의 단면도가 설명되어 있다. 이 실시예는 용기몸통 11이 개방된 끝부분 12 가까이에 굽이쳐진(undulated) 구역 B를 가지고 있다는 점에서, 도 1A 및 도 1B에서 설명된 실시예와 구분된다. 굽이쳐진 구역 B는 용접처리 전에 용기몸통 11상에 형성되어, 덮개 용접부위 14의 크기와 같은 거리만큼 떨어진 곳에서 굽이치기 시작한다. 굽이쳐진 구역 B의 목적은 용기몸통 11 내의 덮개 13을 더욱 잘 고정하는 것이다. 그러므로, 굽이쳐진 구역 B의 지름 DB는 용기의 나머지 부분에서의 지름 DV보다 작은 값을 가진다(예를 들면, DB<DV). 본 발명의 이러한 실시예를 따르면, 덮개 테두리 부위 15에서의 DCB의 지름값은 용기몸통 11의 지름값과 유사해야 하며(예를 들면, DCB
Figure 112006001211241-PCT00002
DV), 반면 용접부위 14의 덮개의 지름 DCW는 다음 부등식의 범위를 따라야 한다:DB≤DCW<DV.
도 7A 및 도 7C를 참조하여, 본 발명의 추가적인 실시예에 따르는, 용접처리 전에 있는 용기 10의 단면도가 설명되어 있다. 이러한 실시예들은 용접 동안 용기몸통 11을 더욱 더 보강하기 위해 절연된 실린더(insulated cylinder) 71이 용기몸통 11상에 놓여있다는 점에서, 상기에서 설명된 실시예들과 구분된다. 따라서, 바람직하게는, 절연된 실린더 71의 안쪽 지름이 용기몸통 11의 바깥쪽 지름과 동일하다.
도 8A 및 도 8B를 참조하여, 본 발명의 실시예에 상응하여 따르는, 용접유도 코일 18의 예상도(prospective view) 및 단면도가 설명되어 있다. 용접유도 코일 18은, 냉각액들이 통과하는 통로를 제공하기 위해, 코일몸통 안쪽에 형성되어 있는 도관(canal) 82를 가지는 일(1)회 감긴(one-turn) 코일 81을 포함하고 있다. 예를 들면, 도관 82는 코일을 제작하는 동안 뚫릴 수 있다. 도관 82와 연결되어 있는 두 개의 입구 83 및 84는 액체의 투입과 방출에 사용될 수 있고(예를 들면, 물), 그 액체는 용접처리 동안 코일을 냉각하기 위해 코일 18을 통해 지나가게 된다. 도관 82를 뚫는 동안 코일몸통 내에 생기는 세 개의 다른 기술적(technical) 입구들 85는, 냉각액의 누출을 막기 위해 마개 86에 의해 닫혀져 있다. 상기 입구 83 및 84는 액체 공급 라인(도면에는 제시되어있지 않음)과 연결되어 있다. 필요시에는, 상기 액체 공급 라인이 액체 펌프에 구비될 수 있다. 필요시에는, 상기 액체 공급 라인이 냉각 시스템을 통해 지나갈 수 있다. 상기 냉각 시스템은 그 자체가 기존에 알려진 바와 같으며, 예를 들면, 냉각장치(radiator)와 같이, 종래의 어떠한 종류의 냉각시스템도 될 수 있다.
상기 용접유도 코일 18은 전력 공급원에 연결되어 있는 두 개의 전극 I 및 O를 포함하고 있다. 예를 들면, 본 출원의 양수인의 미합중국 특허 제5,824,998호에 설명되어 있고, 참조로 그 내용 전체가 인용된, 상기의 전력 공급원은 본 발명의 목적에 적합하게 사용될 수 있다.
작동에 있어서, 용기몸통 11은 용접유도 코일 18의 작업구역 89 안쪽에 위치할 수 있고, 바람직하게는, 일(1)회 감긴 코일 81의 안쪽 표면 90으로부터 대략 1 내지 3 밀리미터(mm)정도 떨어진 거리에 위치한다. 용기몸통 11을 용접유도 코일 18 안쪽에 위치시켜 고정시키는 것은 기존에 알려진 적절한 장비들을 사용해 수행된다. 예를 들면, 용기몸통은 압축 실린더(pneumatic cylinder)(도면에는 제시되어있지 않음) 또는 수압 실린더(hydraulic cylinder)(도면에는 제시되어있지 않음) 장비들을 사용하여 작업유도 코일 내의 용접 구역으로 옮겨질 수 있다. 본 발명의 목적에 적합한 작업전압(working voltage)은 대략 3킬로볼트(kV) 내지 25킬로볼트(kV) 사이의 범위에 있다. 상기 전압은 펄스화된 약 10 킬로암페어(kA) 내지 1000킬로암페어(kA) 사이의 진폭을 가지는 일(1)회 감긴 코일 81을 가로지르는 펄스화된 전기적 흐름을 제공하게 된다.
이와 같이, 본 발명이 바람직한 실시예들에 사용된 용어들로 설명되어 있는 한, 본 명세서(disclosure)가 근거로 하고 있는 개념은, 본 발명의 몇몇 목적들을 수행하기 위한 다른 구조들, 시스템들 및 처리공정들을 설계하는 기초로서 즉시 활용될 수 있다는 것을, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 인지할 수 있다.
본 발명의 용기의 예시들이 원형단면(circular cross-section)을 가지고 있는 용기몸통부를 설명하기 위해 제시되었지만, 본 발명의 봉합 방법들은 필요한 변경을 가하여, 부정형(arbitrary) 단면의 형태를 가지는 용기를 봉합하는데에도 적용될 수 있음은 분명하다.
상기 설명된 방법들은 두 개의 개방된 측면으로부터 파이프를 봉합하는데 사용될 수 있다는 점을 인지해야 한다. 상기 파이프는 두 개의 개방된 끝부분들을 가지는 용기몸통을 포함하고 있다.
일(1)회 감긴 코일 81을 가지는 용접유도코일 18의 예시가 상기에서 설명되었음에도, 작업유도 코일은 또한 필드쉐이퍼(field-shaper)에 장비된 여러번감긴(multi-turn) 코일이 될 수도 있다.
더욱이, 유도 코일의 사용에 관한 구체적인 구현은 제시된 예시에만 제한되지는 않는다.
또한, 본 명세서에 도입된 표현(phraseology) 및 용어(terminology)는 설명의 목적을 위한 것이며, 본 발명을 제한하는것으로 여겨지지 않아야 한다.
하기의 방법 청구범위들에서, 청구 단계들을 지명하는데 사용된 알파벳 문자들은 단지 편의를 위해 제시된 것이며 단계들을 수행하는 특정한 순서를 의미하는 것은 아니다.
그러므로, 본 발명의 범위는 본 명세서에서 설명된 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않음은 중요하다. 추가된 청구항과 그에 상응하는 것들에서 규정된 것처럼, 본 발명의 범위 내에서 다른 변형된 것들이 있을 수 있다.
없음.

Claims (25)

  1. 용기를 봉합하는 방법에 있어서, 다음을 포함하는 방법:
    (a) 적어도 하나의 개방된 끝부분을 가지는 용기몸통을 제공하는 단계;
    (b) 용접부위를 가지는 덮개에 있어서, 상기 용접부위가 용기몸통의 안쪽 부분의 지름보다 작은 지름을 가지는 덮개를 제공하는 단계;
    (c) 상기 덮개를 상기의 적어도 하나의 개방된 몸통의 끝부분 내에 위치시킴으로써, 상기 용기몸통과 상기 덮개의 용접부위 사이에 공극(air gap)이 형성되는 단계;
    (d) 상기 덮개의 상기 용접부위가 위치하는 장소에 있는 상기 용기몸통 주변에 용접유도 코일(welding induction coil)을 제공하는 단계; 그리고
    (e) 상기 용접유도 코일에 전압을 인가하는 단계로서, 상기 공극 내의 덮개 주위에 방사상의 안쪽 방향으로 상기 용기몸통의 부분이 구부러지도록 하기 충분한 펄스화된 자기력(pulsed magnetic force)을 생성하기 위하여, 상기 펄스화된 자기력이 밀착시에 용기몸통 및 덮개의 원자들의 상호 확산이 이루어지도록 하는 값을 가짐으로써, 상기 용기몸통과 덮개를 서로 용접하는 단계.
  2. 제1항의 방법에 있어서, 용기몸통의 상기 개방된 끝부분 내에 상기 덮개를 위치시키기 전에 개방된 끝부분에 있는 용기몸통을 확장시키는 단계로서, 용기몸통 내의 덮개를 보강하여 고정하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제1항의 방법에 있어서, 용기몸통의 개방된 끝부분 내에 상기 덮개를 위치시키기 전에 개방된 끝부분상에 굽이쳐진(undulated) 구역을 형성하는 단계로서, 상기 굽이쳐진 구역이 덮개 용접부위의 크기와 같은 거리만큼 떨어진 곳에서 시작하고, 이로써 용기몸통 내의 덮개를 더욱 강하게 고정시키는 방법.
  4. 앞서의 청구항들 중 어느 한 청구항의 방법에 있어서, 상기 덮개가 파이프를 안쪽으로 삽입하는데 적합한 틈새를 적어도 하나 포함하는 방법.
  5. 제4항의 방법에 있어서, 다음을 포함하는 방법:
    - 상기 적어도 하나의 틈새(opening)를 따르는 적어도 하나의 핀(fin)을 가지는 기술적 마개(technological plug)를 제공하는 단계; 그리고
    - 코일에 전압을 인가해주기 전에 기술적 마개를 덮개의 상기 적어도 하나의 틈새 안으로 삽입하는 단계.
  6. 제5항의 방법에 있어서, 핀들이 덮개재료만큼 단단한 재료로부터 만들어지는 방법.
  7. 제5항의 방법에 있어서, 핀들이 덮개재료보다 더 단단한 재료로부터 만들어지는 방법.
  8. 제7항의 방법에 있어서, 핀들이 특수강(hardened steel)으로부터 만들어지는 방법.
  9. 앞서의 청구항들 중 어느 한 항의 방법에 있어서, 상기 용기몸통 및 상기 덮개가 같은 재료로부터 만들어지는 방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 한 항의 방법에 있어서, 상기 용기몸통 및 상기 덮개가 다른 재료들로부터 만들어지는 방법.
  11. 앞서의 청구항들 중 어느 한 항의 방법에 있어서, 상기 용기몸통 및 상기 덮개가 알루미늄, 저탄소강(low carbon steel), 황동(brass), 구리 및 그들의 합금들로부터 선택된 재료로부터 만들어지는 방법.
  12. 앞서의 청구항들 중 어느 한 항의 방법에 있어서, 상기 용접유도 코일에 전압을 인가하는 동안 절연된 실린더(insulated cylinder)를 용기몸통상에 놓는 단계를 포함하는 방법.
  13. 용기몸통이 용기가 봉합되기 전에 적어도 하나의 개방된 끝부분을 가지
    는 용기몸통;
    용접부위가 용기몸통의 안쪽 부분의 지름보다 작은 지름을 가짐으로써, 상기 용기가 봉합되기 전에 상기 용기몸통 및 용기몸통의 상기 적어도 하나의 개방된 끝부분 내에 위치한 상기 덮개의 용접부위 사이에 공극이 형성된 용접부위를 가지는 덮개를 포함하는 봉합된 용기에 있어서,
    상기 덮개가 상기 공극 내의 덮개 주위에 방사상의 안쪽 방향으로 상기 용기몸통의 부분이 구부러지도록 하는 펄스화된 자기력에 의해 용기몸통에 용접되며, 상기 펄스화된 자기력이 밀착시에 용기몸통 및 덮개의 원자들의 상호 확산이 이루어지도록 하는 값을 가지고 있는 봉합된 용기.
  14. 제13항의 봉합된 용기에 있어서, 상기 덮개가 추가로 테두리 부위(brim part)를 포함하여, 테두리 부위 내의 상기 덮개의 지름값이 용기몸통의 안쪽 지름값에 유사함으로써, 용기가 봉합되기 전에 용기몸통 내의 덮개가 고정되어있는 봉합된 용기.
  15. 제13항 또는 제14항의 봉합된 용기에 있어서, 상기 덮개가 파이프를 안쪽으로 삽입하기 위한 적어도 하나의 틈새를 포함하는 봉합된 용기.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항의 봉합된 용기에 있어서, 개방된 끝부분에 위치한 상기 용기몸통의 부분이 확장되어 있는 봉합된 용기.
  17. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항의 봉합된 용기에 있어서, 용기몸통이 개방된 끝부분으로부터 덮개 용접부위의 크기와 같은 거리만큼 떨어진 곳에서 굽이쳐진(undulated) 봉합된 용기.
  18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항의 봉합된 용기에 있어서, 상기 용기몸통 및 상기 덮개가 같은 재료로부터 만들어진 봉합된 용기.
  19. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항의 봉합된 용기에 있어서, 상기 용기몸통 및 상기 덮개가 다른 재료들로부터 만들어진 봉합된 용기.
  20. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항의 봉합된 용기에 있어서, 상기 용기몸통 및 상기 덮개가 알루미늄, 저탄소강(low carbon steel), 황동(brass), 구리 및 그들의 합금들로부터 선택된 재료로부터 만들어진 봉합된 용기.
  21. 펄스화된 고 전압을 교차하여 인가하도록 구성된 두 전극을 가지는 일(1)회 감긴(one-turn) 코일을 적어도 하나 포함하는 용접유도 코일(welding induction coil)에 있어서,
    상기 용접유도 코일이:
    적어도 하나의 개방된 끝부분을 가지는 용기몸통, 그리고
    용접부위를 가지는 덮개로서, 상기 용접부위가 용기몸통의 안쪽 지름 보다 작은 지름을 가지며, 그로 인해, 덮개가 용기몸통의 상기 적어도 하나의 개방된 끝부분 내에 위치할 때 상기 용기몸통과 상기 덮개의 용접부위 사이에 공극을 제공하는 덮개를 포함하는 용기를 봉합하기 위한 장비와 함께 사용되도록 구성되어 있으며;
    상기 용접유도 코일이 용기몸통의 부분에 구부러짐을 형성하는, 상기 공극 내의 덮개 주위에 방사상의 안쪽 방향인 상기 용접유도 코일의 작업구역 내에 위치하는 펄스화된 자기력을 생성할 수 있고, 상기 펄스화된 자기력이 밀착시에 용기몸통 및 덮개의 원자들의 상호 확산이 이루어지도록 하는 값을 가짐으로써, 상기 덮개를 용기몸통에 용접하는 용접유도 코일.
  22. 제21항의 용접유도 코일에 있어서, 냉각액들이 통과하는 통로를 제공하기 위해 코일몸통 안쪽에 도관(canal)이 형성되어 있는 용접유도 코일.
  23. 제22항의 용접유도 코일에 있어서 상기 액체가 물인 용접유도 코일.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항의 용접유도 코일에 있어서, 상기 펄스화된 고 전압(pulsed high voltage)이 대략 3kV 내지 10kV 사이의 범위에 있는 용접유도 코일.
  25. 제13항의 봉합된 용기에 있어서, 도 3A 및 도 3B를 참조하여 실질적으로 개 시된 바와 같이, 용기 용접부 및 덮개 용접부위 사이 결합부의 에칭된(etched) 경계면의 단면(cross section)을 가지고 있는 봉합된 용기.
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