KR100668705B1

KR100668705B1 - Friction stir spot welding machine

Info

Publication number: KR100668705B1
Application number: KR1020050129295A
Authority: KR
Inventors: 장웅성; 권영각; 천창근; 조현진
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-01-16
Anticipated expiration: 2025-12-26

Abstract

과도한 마찰열에 의한 손상을 방지할 수 있으며, 피가공재의 두께에 따라 핀 길이 조절이 가능한 회전 공구를 구비하는 마찰 교반 점 용접장치를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 회전 공구는, 회전축에 결합되는 바디; 상기 바디의 단부에 착탈 가능하게 결합되는 숄더; 상기 숄더 단부로부터의 돌출 길이를 조절할 수 있도록 상기 바디 및 숄더를 관통하여 설치되는 핀; 및 상기 바디를 내부에 삽입하며, 숄더 및 핀에서 발생되는 열을 방열하는 방열체를 포함한다. 상기 숄더는 상기 바디에 압입 또는 삽입 고정될 수 있으며, 상기 핀은 상기 바디 및 숄더에 나사 결합될 수 있다. 그리고, 상기 방열체는 방열휜들을 구비하며, 강성 보강재에 의해 지지된다.Provided is a friction stir welding device having a rotary tool capable of preventing damage due to excessive frictional heat and having a pin length adjustable according to the thickness of the workpiece. The rotary tool according to an embodiment of the present invention, the body is coupled to the rotating shaft; A shoulder detachably coupled to an end of the body; A pin installed through the body and the shoulder to adjust the protruding length from the shoulder end; And a heat sink inserted into the body and dissipating heat generated from a shoulder and a fin. The shoulder may be press-fit or inserted into the body and the pin may be screwed to the body and the shoulder. The heat dissipating body includes heat dissipation fans and is supported by a rigid reinforcing material.

Description

Friction Stirring Spot Welding Equipment {APPARATUS FOR FRICTION STIR SPOT WELDING}

도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 회전 공구를 사용하여 마찰 교반 점 용접을 실시하는 상태를 나타내는 도면으로서,1 to 3 are views showing a state of performing friction stir spot welding using a rotary tool according to the prior art,

도 1은 플런징 단계를 나타내는 도면이고,1 is a view showing a plunging step,

도 2는 스터링 단계를 나타내는 도면이며,2 is a view showing a stirling step,

도 3은 드로잉 아웃 단계를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a drawing out step.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회전 공구의 개략적인 구성을 나타내는 분해도이다.4 is an exploded view showing a schematic configuration of a rotary tool according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 마찰 교반 점 용접장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 겹쳐져 있는 피가공재와 접촉 상태로 회전함으로써 피가공재를 교반하여 용접하는 마찰 교반 점 용접장치의 회전 공구에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a friction stir spot welding device, and more particularly, to a rotary tool of a friction stir spot welding device which stirs and welds a workpiece by rotating in contact with an overlapping workpiece.

자동차나 항공기 등과 같은 운송장치 그리고 건축/토목 분야 등 다양한 산업분야에서 알루미늄이나 마그네슘 등 경량소재를 활용한 경량합금이 널리 사용되고 있다. 이러한 경량합금을 이용하여 각종 기기, 구조물 등을 생산/제작하기 위해서 는 이들 경량합금을 용접에 의하여 접합하게 되는 경우가 빈발하다. Light alloys using light materials such as aluminum or magnesium are widely used in various industrial fields such as transportation devices such as automobiles and aircrafts and construction / civil engineering. In order to produce / manufacture various devices, structures, etc. using such a light alloy, these light alloys are frequently joined by welding.

따라서 이들 경량합금을 용접하는 기술이 널리 연구되고 있으며, 근래에는 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding; FSW)이 소개되어 있고, 이에 관해서는 국제공개문헌(국제공개번호:WO93/10935; 출원인:THE WELDING INSTITUTE)을 참조로 할 수 있다. Therefore, techniques for welding these light alloys have been widely researched, and recently, friction stir welding (FSW) has been introduced, and in this regard, International Publication (WO93 / 10935; Applicant: THE WELDING) INSTITUTE).

상기 문헌을 참조하여 마찰 교반 용접 기술에 대해 간략히 설명하면, 상기한 마찰 교반 용접 기술은 접합하고자 하는 두 개의 피가공재를 서로 맞대어 접합 계면을 따라 공구(tool)가 진행하면서 발생하는 마찰열과 피가공재 내부에서 발생하는 소성 가공 현상을 이용하여 피가공재를 접합하는 방법이다.Briefly describing the friction stir welding technique with reference to the above document, the friction stir welding technique is a friction heat and the inner part of the workpiece generated as the tool progresses along the joining interface against the two workpieces to be joined together It is a method of joining a workpiece using the plastic working phenomenon which arises in.

그리고, 최근에는 이러한 마찰 교반 용접 기술을 활용/개선함으로써 더욱 발전시키고자 하는 노력이 더해지고 있다.In recent years, efforts to further develop by utilizing / improving such friction stir welding technology have been added.

일예로, 상기한 마찰 교반 용접 방법에서 파생된 다른 용접 방법의 하나로 마찰 교반 점 용접 방법이 알려져 있다.As one example, the friction stir spot welding method is known as one of other welding methods derived from the friction stir welding method described above.

상기한 마찰 교반 점 용접 방법은 마찰 교반 용접 현상의 일부분을 이용하여 겹치기 접합에 이용하는 것으로, 회전 공구를 피가공재 쪽으로 이동시켜 한 점(spot)에서 피가공재를 교반하여 용접하는 방법이다.The friction stir spot welding method described above is used for overlapping joining by using a part of friction stir welding phenomenon, and is a method of stirring and welding a workpiece at a spot by moving a rotary tool toward the workpiece.

이러한 마찰 교반 점 용접 방법은 저항 점 용접과 마찰 교반 용접을 혼합한 형태로서, 상기한 마찰 교반 용접과는 다른 용접 방법으로 인식되고 있으며, 스틸(steel)보다 비교적 융점이 낮은 알루미늄이나 마그네슘 등의 비철금속의 접합에 사용되고 있다.The friction stir welding method is a mixture of resistance spot welding and friction stir welding, which is recognized as a different welding method from the friction stir welding, and has a lower melting point than aluminum, such as aluminum or magnesium. It is used for joining.

상기한 마찰 교반 점 용접 방법을 수행하는 용접장치에서는 위에서 설명한 바와 같이 회전 공구를 구비한다.In the welding apparatus which performs the above-mentioned friction stir spot welding method, as described above, a welding tool is provided.

이하, 상기한 회전 공구를 이용하여 마찰 교반 점 용접을 실시하는 방법에 대해 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of performing friction stir spot welding using the rotary tool will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

도 1은 플런징(plunging) 단계를 나타내고, 도 2는 스터링(stirring) 단계를 나타내며, 도 3은 드로잉 아웃(drawing out) 단계를 나타낸다.1 shows a plunging step, FIG. 2 shows a stirring step, and FIG. 3 shows a drawing out step.

일반적으로 회전 공구(100)는 회전축의 단부에 결합되는 숄더(110)와, 숄더(110)와 일체로 구비되는 핀(120)을 포함하여 이루어진다.In general, the rotary tool 100 includes a shoulder 110 coupled to an end of the rotating shaft, and a pin 120 integrally provided with the shoulder 110.

회전 공구(100)를 회전시키면서 핀(120)을 피가공재(130)의 표면에 접촉시키면 핀(120)의 표면과 피가공재(130)의 표면 사이에 마찰열이 발생되고, 발생된 마찰열에 의해 피가공재(130)가 연화된다(플런징 단계).When the pin 120 is brought into contact with the surface of the workpiece 130 while the rotary tool 100 is rotated, frictional heat is generated between the surface of the pin 120 and the surface of the workpiece 130. The workpiece 130 is softened (plunging step).

그리고, 상기 연화가 발생되면 핀(120)에 구비되어 있는 나사 형태의 홈 때문에 소성 유동이 발생된다(스터링 단계).In addition, when the softening occurs, plastic flow occurs due to the threaded groove provided in the pin 120 (stering step).

이때, 상기 소성 유동은 회전 공구(100)의 회전 방향과 수직 방향으로 발생되고, 결과적으로 핀(120) 주위에 존재하는 피가공재(130)는 교반이 발생하여 접합이 이루어진다.At this time, the plastic flow is generated in a direction perpendicular to the rotational direction of the rotary tool 100, and as a result, the workpiece 130 existing around the pin 120 is agitated to be joined.

그런데, 상기한 구성의 회전 공구(100)를 이용하여 마찰 교반 점 용접을 실시할 때에는 숄더(110) 및 핀(120)에서 발생하는 열이 회전축에 전달되므로, 상기 회전축을 포함하는 용접 공구(tool)에 손상이 발생될 수 있다.However, when performing friction stir spot welding using the rotary tool 100 having the above-described configuration, since heat generated from the shoulder 110 and the pin 120 is transferred to the rotary shaft, a welding tool including the rotary shaft (tool) ) May cause damage.

그리고, 피가공재(130)의 두께가 변화할 경우에는 실제 접합에 중요한 부분 인 핀(120)의 길이도 달라져야 하지만, 종래의 회전 공구(100)는 핀(120)이 숄더(110)와 일체로 제조되거나 또는 상기 숄더(120)에 일체로 부착되어 있으므로, 핀의 길이를 조절할 수 없어 회전 공구를 교환해야 하는 문제점이 있다.In addition, when the thickness of the workpiece 130 is changed, the length of the pin 120, which is an important part of the actual bonding, must also be changed. However, in the conventional rotary tool 100, the pin 120 is integrally formed with the shoulder 110. Since it is manufactured or attached integrally to the shoulder 120, there is a problem that can not adjust the length of the pin to replace the rotary tool.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 과도한 마찰열에 의한 손상을 방지할 수 있으며, 피가공재의 두께에 따라 핀 길이 조절이 가능한 회전 공구를 구비하는 마찰 교반 점 용접장치를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object thereof is to provide a friction stir welding device having a rotary tool capable of preventing damage due to excessive frictional heat, the pin length is adjustable according to the thickness of the workpiece. will be.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

피가공재를 마찰 교반 점 용접하기 위한 회전 공구를 구비하는 마찰 교반 점 용접장치로서, 상기 회전 공구는,A friction stir spot welding device having a rotation tool for welding a workpiece to friction stir spot welding, the rotation tool comprising:

회전축에 결합되는 바디;A body coupled to the rotating shaft;

상기 바디의 단부에 착탈 가능하게 결합되는 숄더;A shoulder detachably coupled to an end of the body;

상기 숄더 단부로부터의 돌출 길이를 조절할 수 있도록 상기 바디 및 숄더를 관통하여 설치되는 핀; 및A pin installed through the body and the shoulder to adjust the protruding length from the shoulder end; And

상기 바디를 내부에 삽입하며, 숄더 및 핀에서 발생되는 열을 방열하는 방열체A heat sink that inserts the body therein and dissipates heat generated from a shoulder and a pin

를 포함하는 마찰 교반 점 용접장치를 제공한다.Provides a friction stir welding device comprising a.

본 발명을 실시함에 있어서, 상기 숄더는 상기 바디에 압입 고정되며, 핀은 상기 바디 및 숄더에 나사 결합된다.In the practice of the present invention, the shoulder is press-fit to the body, the pin is screwed to the body and the shoulder.

그리고, 상기 방열체는 강성 보강재에 의해 지지된다.The radiator is supported by a rigid reinforcing material.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 교반 점 용접장치의 회전 공구를 개략적으로 도시한 분해도이다.Figure 4 is an exploded view schematically showing a rotary tool of the friction stir spot welding apparatus according to an embodiment of the present invention.

먼저, 마찰 교반 점 용접장치의 개략적인 구성에 대해 살펴 보면, 본 실시예에 따른 회전 공구(10)는 상하 방향으로 이동이 가능하도록 설치되는 회전축의 단부에 구비된다.First, looking at the schematic configuration of the friction stir spot welding apparatus, the rotary tool 10 according to the present embodiment is provided at the end of the rotating shaft which is installed to be movable in the vertical direction.

상기 회전축 및 회전 공구(10)를 회전 구동하기 위해 상기 용접장치는 제1 구동기를 구비하며, 제1 구동기의 동력은 직결 구동 방식 또는 벨트 등의 동력 전달 부재를 이용한 간접 구동 방식에 의해 회전축에 전달할 수 있다.The welding apparatus includes a first driver for rotationally driving the rotary shaft and the rotary tool 10, and the power of the first driver may be transmitted to the rotary shaft by an indirect drive method using a direct transmission method or a power transmission member such as a belt. Can be.

그리고, 회전축 및 회전 공구(10)를 상하 방향으로 이동시키기 위해 상기 용접장치는 제2 구동기를 구비하며, 제2 구동기의 동력 또한 직결 구동 방식 또는 벨트 등의 동력 전달 부재를 이용한 간접 구동 방식에 의해 회전축에 전달할 수 있다.In addition, the welding apparatus includes a second driver in order to move the rotary shaft and the rotary tool 10 in the vertical direction, and the power of the second driver is also driven by a direct drive method or an indirect drive method using a power transmission member such as a belt. Can be transmitted to the axis of rotation.

이러한 구성의 마찰 교반 점 용접장치에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 회전 공구(10)는 피가공재(도 1 내지 도 3의 도면부호 130 참조)의 표면에 소정의 힘을 가하면서 회전되어 피가공재를 접합하기 위한 것으로, 회전축에 결합되는 바디(12)를 구비한다.In the friction stir spot welding device having such a configuration, the rotary tool 10 according to the embodiment of the present invention is rotated while applying a predetermined force to the surface of the workpiece (refer to reference numeral 130 of FIGS. 1 to 3). It is for joining the workpiece, and has a body 12 coupled to the rotating shaft.

상기 바디(12)의 단부에는 숄더(14)가 착탈 가능하게 결합된다. 일례로, 상 기 숄더(14)는 바디(12)에 구비된 숄더 압입부(12a)에 압입 또는 삽입 고정될 수 있다.The shoulder 14 is detachably coupled to an end of the body 12. For example, the shoulder 14 may be press-fit or inserted into the shoulder press-fit portion 12a provided in the body 12.

그리고, 상기 바디(12)와 숄더(14)에는 핀 삽입부(12b,14a)가 형성되는데, 이 핀 삽입부(12b,14a)에는 암나사부가 형성되어 있다.The body 12 and the shoulder 14 have pin insertion portions 12b and 14a formed therein, and female pin portions are formed in the pin insertion portions 12b and 14a.

한편, 상기 바디(12)와 숄더(14)를 관통하여 설치되는 핀(16)에는 상기 암나사부에 대응하는 수나사부가 형성되어 있다. 따라서, 바디(12) 및 숄더(14)와 핀(16)의 나사 결합 정도를 조절함으로써, 숄더(14)의 단부로부터 돌출되는 핀(16)의 돌출 길이를 조절할 수 있다.On the other hand, the pin 16 provided through the body 12 and the shoulder 14 is formed with a male screw portion corresponding to the female screw portion. Therefore, by adjusting the screwing degree of the body 12 and the shoulder 14 and the pin 16, it is possible to adjust the protruding length of the pin 16 protruding from the end of the shoulder (14).

여기에서, 상기 핀(16)의 수나사부는 소성 유동을 효과적으로 발생시키는 작용도 한다.Here, the male screw portion of the pin 16 also serves to effectively generate plastic flow.

그리고, 상기 바디(12)의 외주면에는 마찰 교반 점 용접시에 숄더(14) 및 핀(16)에서 발생되는 열을 방열하기 위한 방열체(18)가 고정되며, 방열체(18)와 회전축(미도시함) 사이에는 방열체(18)의 강성을 보강하기 위한 강성 보강재(20)가 더욱 설치된다.In addition, a heat radiator 18 is fixed to an outer circumferential surface of the body 12 to radiate heat generated from the shoulder 14 and the fin 16 during friction stir welding, and the radiator 18 and the rotating shaft ( Not shown) is further provided with a rigid reinforcing material 20 for reinforcing the rigidity of the radiator 18.

여기에서, 상기 방열체(18)는 열 전도성이 우수한 구리 소재로 제조할 수 있으며, 또한 방열 면적을 확대시키기 위한 방열 휜(fin)들(18a)을 구비할 수 있다.Here, the heat sink 18 may be made of a copper material having excellent thermal conductivity, and may include heat dissipation fins 18a for enlarging the heat dissipation area.

이러한 구성의 회전 공구(10)에 의하면, 마찰 교반 점 용접을 실시하여 피가공재를 접합할 때 발생되는 열을 방열체(18)를 통해 방열시킴으로써, 상기 열로 인해 용접 공구(tool)에 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.According to the rotary tool 10 of such a structure, the heat generated when joining a workpiece | work by friction stir spot welding is radiated | heated through the radiator 18, and the said tool produces damage to a welding tool. Can be prevented.

그리고, 피가공재의 두께에 따라 핀(16)의 돌출 길이를 조절할 수 있으므로, 공구 교환 없이도 마찰 교반 점 용접이 가능하게 된다.In addition, since the protruding length of the pin 16 can be adjusted according to the thickness of the workpiece, friction stir welding can be performed without changing a tool.

이상에서 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. Although the present invention has been described in detail through specific embodiments, it is apparent that the present invention is not limited thereto and may be modified or improved by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 마찰 교반 점 용접시에 발생되는 열을 효과적으로 방열할 수 있어 상기 열로 인한 공구 손상을 방지할 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to effectively dissipate heat generated during friction stir spot welding, thereby preventing tool damage due to the heat.

또한, 피가공재의 두께에 따라 회전 공구를 교환해야 하는 불편함을 제거할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can eliminate the inconvenience of having to replace the rotary tool according to the thickness of the workpiece.

Claims

A friction stir spot welding device having a rotation tool for welding a workpiece to friction stir spot welding, the rotation tool comprising:

A body coupled to the rotating shaft;

A shoulder detachably coupled to an end of the body;

A pin installed through the body and the shoulder to adjust the protruding length from the shoulder end; And

A heat sink that inserts the body therein and dissipates heat generated from a shoulder and a pin

Friction stirring point welding device comprising a.

The method of claim 1,

The shoulder is friction stir welding device that is pressed or inserted into the body fixed.

The method according to claim 1 or 2,

And the pin is screw coupled to the body and the shoulder.

The method of claim 3, wherein

The heat dissipating unit is a friction stir welding device having a heat dissipation.

The method of claim 3, wherein

The heat dissipation unit is a friction stir welding device supported by a rigid reinforcement.