KR20110072892A - 이종 도체 슬리브 제조방법 - Google Patents

Abstract

접합부의 강도를 높일 수 있도록, 이종 도체 슬리브 제조방법에 있어서, 일측 도체의 접합면을 가공하여 중심에서 외측을 따라 점차적으로 높이가 낮아지는 돌출부를 형성하는 단계와, 돌출부가 형성된 일측 도체와 다른 도체를 회전 마찰시켜 접합하는 단계를 포함하는 이종 도체 슬리브 제조방법을 제공한다.

이종 도체, 돌출부, 선속도, 마찰열

Description

이종 도체 슬리브 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING DISSIMILAR CONDUCTOR SLEEVE}

본 발명은 서로 다른 도체를 접합하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 고전압 이종 도체 접속 슬리브의 제조방법에 관한 것이다.

예컨대, 고전압 케이블을 서로 연결하기 위해서는 도체 접속 슬리브가 사용된다. 이때 연결되는 도체가 서로 동일한 재료일 경우에는 MIG(metal inert gas) 용접과 같은 통상의 용접 방법으로 연결이 가능하다.

그러나, 연결하고자 하는 도체가 상이할 경우에는 이종 도체의 접속을 위한 슬리브를 사용하여 이종 도체를 접속하게 된다.

고전압 도체로 주로 사용되는 소재는 동이나 알루미늄으로 제조된다. 이에 동 전선과 알루미늄 전선을 접속해야 하는 구간에서는 상기 이종 도체 접속을 위한 슬리브를 매개로 동 전선과 알루미늄 전선을 접속하게 되는 것이다.

여기서 상기 이종 도체 접속을 위한 슬리브를 제조하기 위해서는 동재질의 환봉과 알루미늄 재질의 환봉을 접합시켜야 한다.

일반적으로 알루미늄과 동의 이종 접합은 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 그 이유는 크게 2가지이다. 첫째는 알루미늄과 동의 용융점과 비중의 차이가 커서 내부에 발생하는 기공과 크랙이 다량으로 발생한다는 것이다. 둘째는 두 소재가 서로 반응하여 발생하는 금속간화합물(IMC), AlCu, Al₂Cu 등이 다량으로 발생하여 접합부가 매우 부서지기 쉬운 상태가 되어 접합부 강도가 현격히 떨어진다는 것이다.

이에 주로 회전마찰용접과 같은 고상용접을 수행하는 것이 일반적이다. 그러나 고상접합으로 접합을 실시하더라도 접합부에 충분한 강도가 발생하지 않아, 이종 도체간의 접합에 있어서 접합부 강도를 높이기 위한 접합 방법의 개발이 절실한 실정이다.

이에 접합부의 강도를 높일 수 있도록 된 이종 도체 슬리브 제조방법을 제공한다.

이를 위해 본 제조방법은 이종 도체 슬리브 제조방법에 있어서, 일측 도체의 접합면을 가공하여 중심에서 외측을 따라 점차적으로 높이가 낮아지는 돌출부를 형성하는 단계와, 돌출부가 형성된 일측 도체와 다른 도체를 회전 마찰시켜 접합하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 상기 돌출부가 형성되는 도체는 접합되는 두 개의 도체 중 강도가 상대적으로 큰 도체일 수 있다.

본 제조방법은 상기 접합면 가공 단계에서 접합면에 형성되는 돌출부가 원뿔 구조일 수 있다.

본 제조 방법은 상기 접합면 가공 단계에서 접합면에 형성되는 돌출부가 둥글게 만곡된 원호형 단면구조일 수 있다.

상기 돌출부는 도체의 접합면에 대한 경사 각도가 3 ~ 10도 로 형성될 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 접합부에서 전면에 걸쳐 마찰열이 고르고 균일하게 발생됨으로써 회전 마찰 용접시 이종 금속간에 보다 완전한 접합이 이루어 질 수 있게 된다.

또한, 접합면의 접합강도를 보다 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 다른 실시예에서 대응하거나 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

사시도를 참조하여 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형, 예를 들면 제조 방법 및/또는 사양의 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다. 도면에 도시된 영역은 원래 대략적인 것에 불과하며, 이들의 형태는 영역의 정확한 형태를 도시하도록 의도된 것이 아니고, 본 발명의 범위를 좁히려고 의도된 것이 아니다.

도 1은 본 실시예에 따른 이종 도체 슬리브 제조과정을 예시하고 있으며, 도 2는 접합되는 두 도체를 도시하고 있다.

이하 설명에서는 이종 도체 슬리브로써, 순동 또는 동 합금 재질의 환봉(이하 설명의 편의를 위해 제1환봉(10)이라 칭한다)과 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 환봉(이하 설명의 편의를 위해 제2환봉(20)이라 칭한다)이 접합된 슬리브를 제조하는 방법을 예로서 설명한다. 물론, 본 제조방법은 이에 한정되지 않으며 다양한 재질의 이종 도체 접합 슬리브의 제조에 적용가능하다 할 것이다.

상기한 도면에 의하면, 본 제조방법은 제1환봉(10)의 접합면을 가공하여 접합면에 대해 중심에서 외측으로 갈수록 점차적으로 높이가 낮아지는 원뿔 형태의 돌출부(30)를 형성하는 단계(S100)와, 상기 제1환봉(10)과 제2환봉(20)을 회전시켜 접합면을 마찰 용접시키는 단계(S200 ~ S300)를 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 돌출부(30)는 측면이 경사진 원뿔형태로 이루어 진다. 또한, 상기 돌출부(30)는 제1환봉(10)과 일체로 형성된다.

여기서 상기 돌출부는 두 개의 이종 도체 중 강도가 상대적으로 큰 도체에 형성된다. 본 실시예에서는 제2환봉보다 강도가 큰 제1환봉의 접합면에 돌출부가 형성된다.

상기 회전마찰용접단계에서는 제2환봉(20)과 제1환봉(10)을 각각 고정하고, 제1환봉을 회전시키면서, 돌출부(30)가 형성된 제1환봉(10)의 접합면과 제2환봉(10)의 접합면을 서로 맞대어 일정 압력을 가하게 된다.

고정되어 있는 제2환봉(20)에 대해 제1환봉(10)이 회전 가압됨에 따라 양 소재의 접합면에서 마찰열이 발생된다. 이에 접합면에서 발생되는 마찰열에 의해 두 부재가 서로 접합되어 이종 도체간의 접합이 이루어지게 된다.

이때 상기와 같이 제1환봉의 접합면에 돌출부가 형성됨에 따라 제2환봉과의 회전마찰용접시 접합부에서의 마찰열이 균일해져 접합강도를 높일 수 있게 된다.

이는 마찰이 이루어지는 영역의 선속도 차이에 의한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1환봉의 접합면 중심에서의 선속도(V1)와 외측 선단부에서의 선속도(V2)는 서로 상이하다.

즉, 접합면의 중심으로 갈수록 선속도는 작아지고 외측 선단부로 갈수록 선속도는 커지게 된다.

마찰열은 알려진 바와 같이 밀착되는 가압력과 회전속도에 비례하게 된다. 따라서 접합면에 있어서 선속도의 차이만큼 중심부 쪽과 외측 선단부 쪽의 마찰열은 달라지게 된다.

본 제조방법은 제1환봉(10)의 접합부에 중심부가 상대적으로 돌출된 돌출부(30)를 형성함으로써 접합부의 중심부와 외측 선단부에서의 제2환봉(20)에 밀착되는 가압력을 달리하여 상기 선속도 차에 의해 발생되는 마찰열 차이를 상쇄시키 게 된다.

이와같이 제1환봉(10)과 제2환봉(20) 사이의 밀착력은 돌출부(30)에 의해 중심쪽으로 갈수록 커지게 되고, 제1환봉과 제2환봉의 회전에 따른 선속도는 중심쪽으로 갈수록 작아지게 된다.

이에 제1환봉과 제2환봉 사이 접합면의 중심부는 선속도가 작은 대신 밀착력이 크고, 외측으로 갈수록 선속도가 큰 대신 밀착력이 작아진다. 따라서 접합면 전면에서의 마찰열은 균일해질 수 있는 것이다.

여기서 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1환봉의 접합면에 형성되는 돌출부(30)의 경사면 각도(A)는 3 ~ 10도로 형성된다. 돌출부의 경사면 각도가 3도 이하인 경우에는 그 효과가 작으며, 10도를 넘어가게 되면 접합부의 과도한 변형이 발생되어 용접 품질이 저하된다.

한편, 도 4는 돌출부의 또다른 실시예를 도시하고 있다.

상기한 도면에 의하면, 상기 제1환봉(10)의 접합면에 형성되는 돌출부(40)는 둥글게 만곡된 원호형 단면구조로 되어 있다.

상기 돌출부(40)는 그 형태만 상이할 뿐 위에서 언급한 작용은 동일하다. 본 실시예에서도 상기 돌출부는 선단에서의 접합면에 대한 경사 각도(A)가 3 ~ 10도로 형성될 수 있다. 돌출부의 경사면 각도가 3도 이하인 경우에는 그 효과가 작으며, 10도를 넘어가게 되면 접합부의 과도한 변형이 발생되어 용접 품질이 저하된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 본 실시예에 따른 제조방법에 따라 이종 도체 슬리브를 제조하는 과정을 도시한 순서도이다.

도 2는 본 실시예에 따른 제조방법에 따라 접합되는 도체의 구조를 도시한 개략적인 도면이다.

도 3은 본 실시예에 따른 제조방법에서 도체의 중심과 외측의 선속도 차를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

도 4는 또다른 실시예에 따른 이종 도체를 도시한 개략적인 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 제1환봉 20 : 제2환봉

30,40 : 돌출부

Claims (6)

1. 이종 도체 슬리브 제조방법에 있어서,

   일측 도체의 접합면에 중심에서 외측을 따라 점차적으로 높이가 낮아지는 돌출부를 형성하는 접합면 가공 단계와,

   상기 돌출부가 형성된 일측 도체와 다른 도체를 회전 마찰시켜 접합하는 단계

   를 포함하는 이종 도체 슬리브 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 돌출부는 접합되는 두 개의 도체 중 강도가 상대적으로 큰 도체에 형성되는 이종 도체 슬리브 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 접합면 가공 단계에서 접합면에 형성되는 돌출부가 원뿔 구조인 이종 도체 슬리브 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 접합면 가공 단계에서 접합면에 형성되는 돌출부가 둥글게 만곡된 원호형 단면구조인 이종 도체 슬리브 제조방법.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 돌출부는 도체의 접합면에 대한 경사 각도가 3 ~ 10도 로 형성된 이종 도체 슬리브 제조방법.
6. 순동 또는 동 합금 재질의 제1환봉과 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 제2환봉을 접합하는 이종 도체 슬리브 제조방법에 있어서,

   상기 제1환봉의 접합면에 중심에서 외측을 따라 점차적으로 높이가 낮아지는 돌출부를 형성하는 접합면 가공 단계와,

   상기 돌출부가 형성된 제1환봉과 제2환봉을 회전 마찰시켜 접합하는 단계

   를 포함하는 이종 도체 슬리브 제조방법.

Images