KR102305826B1 - 마찰압접에 의한 트랜지션 죠인트(Transition Joint) 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본발명은 마찰압접에 의한 트랜지션 죠인트 제작 방법에 관한 것으로, 스테인레스환봉(10)과 알루미늄환봉(20)을 접합하되 중간에 티탄부재(30)를 개재하고, 상기 스테인레스환봉(10), 알루미늄환봉(10)중 어느 하나를 회전시키고 다른 하나는 고정하여, 접합하는 것으로, 본발명은 이종재질간의 접합 자체 비용 및 시간의 절감 뿐만 아니라 버려지는 자재의 양도 현저히 줄어들며, 회전에 의해 표면결함이 발생하지 않아 추가 가공이 필요하지 않은 현저한 효과가 있다.

Description

마찰압접에 의한 트랜지션 죠인트(Transition Joint) 제작 방법{Transition joint manufacturing method using friction pressure weldingy}

본 발명은 마찰압접에 의한 트랜지션 죠인트(Transition Joint) 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LNG Plant 등 초저온 유체의 열교환에 활용되는 Plate-Fin Heat Exchanger용 이종재질로 된 Transition Joint 에 대한 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 통상적인 운전압력에서 -190도에 액화되는 LNG의 경우 초저온에서 강도를 유지하고 무게를 줄이기 위해 열교환기의 주요 자재로 Aluminum을 사용한다. 열교환기의 외부 배관은 주로 SUS 계열이 사용되므로 Aluminum Nozzle과 SUS Flange의 용융용접의 어려움으로 인해 Transition Joint라는 이종금속 배관을 사용한다.Transition Joint는 통상적으로 LNG 등 초저온 환경에서 작동하는 특수 열교환기가 저온에 강하고 가벼운 Aluminum 소재로 제작되고 Aluminum Nozzle로 End Point가 형성되므로 "Aluminum nozzle - Transition Joint - SUS nozzle - SUS FLANGE"의 형태로 제작된다.

상기 Transition Joint는 Clad라 불리는 폭발용접방법을 활용하여 여러 종류의 금속 사이에 화약을 설치하여 폭발을 일으킴으로써 접합을 하는 방법으로 제작되며 그 제작방법으로 인하여 필요한 부분에 비해 많은 소재가 버려지고 추가 가공이 필요하므로 긴 납기와 고가의 비용으로 사용하는 기업에서 많은 어려움을 겪고 있다.

그리고 종래특허기술로서 공개특허공보 공개번호 특2002-0029574호에는 종래에는 제조하기 어려웠던 사무기기용 알루미늄 히트롤러를 보다 안정되고 균일한 품질로, 환경 친화적이고 적은 비용으로 제조할 수 있는마찰압접을 이용한 알루미늄 롤러류 제작방법이 공개되어 있다.

또한 공개특허공보 공개번호 특2001-0099453호에는 사무기기용 압축롤러 재료와 압축롤러용 이종금속재료간에 있어서 적정한 마찰용접 공정조건을 적용한 이종금속재료의 마찰압접을 이용한 사무기기용 압축롤러류 제작방법이 공개되어 있다.

또한 등록특허공보 등록번호 10-1841371호에는 한 쌍의 금속 부재의 마찰 압접 방법이며, 상기 금속 부재의 대향하여 접합하는 면인 접합면 사이에, 상기 금속부재의 융점(섭씨 온도)의 60 내지 80%의 융점(섭씨 온도)을 갖는 금속을 포함하는 인서트재를 끼움 지지한 상태에서 마찰 압접을 개시하고, 압접 시의 온도가, 상기 인서트재의 융점(섭씨)보다 50℃ 이상 높으며, 상기 인서트재를 용융시켜, 상기 한 쌍의 금속 부재 사이로부터 압출하는 것을 특징으로 하는, 마찰 압접 방법이 공개되어 있다.

그러나 상기 종래기술들은 불량에 의해 버려지는 자재의 양이 많으며 상대회전에 의해 표면결함이 발생하여 추가 가공이 필요하여 경비가 높아지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 마찰압접을 활용하는 것으로, 마찰압접은 마찰열을 이용하여 재료 내의 역성 유동에 의하여 용접하는 고상 접합 방법으로 용융 용접이 아니므로 용접 불순물이 극도로 작고 변형이 적다. 또한 Transition Joint 제작에 있어 불필요하게 큰 소재를 접합하여 절단 및 가공할 필요가 없이 동종 금속 Flange & Nozzle 용접과 같이 SUS Flnage와 Aluminum Nozzle 만으로도 접합이 가능하여 비용과 납기를 줄일 수 있는 마찰압접에 의한 트랜지션 죠인트 제작 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 마찰압접에 의한 트랜지션 죠인트 제작 방법에 관한 것으로, 스테인레스환봉(10)과 알루미늄환봉(20)을 접합하되 중간에 티탄부재(30)를 개재하고, 접합하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본발명은 이종재질간의 접합 자체 비용 및 시간의 절감 뿐만 아니라 버려지는 자재의 양도 현저히 줄어들며, 회전에 의해 표면결함이 발생하지 않아 추가 가공이 필요하지 않은 현저한 효과가 있다.

도 1은 본발명의 마찰압접에 의해 제작되는 트랜지션 죠인트 사시도
도 2는 본발명의 클램프 지그 단면도
도 3은 본발명의 내부에 비메탈소재가 결합된 클램프 지그 단면도
도 4는 본발명의 클램프 척 지그 단면도

본발명은 마찰압접에 의한 트랜지션 죠인트 제작 방법에 관한 것으로, 스테인레스환봉(10)과 알루미늄환봉(20)을 접합하되 중간에 티탄부재(30)를 개재하고, 접합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 회전하는 환봉은 척 지그로 고정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 고정된 환봉은 클램프 지그로 고정하는 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.도 1은 본발명의 마찰압접에 의해 제작되는 트랜지션 죠인트 사시도, 도 2는 본발명의 클램프 지그 단면도, 도 3은 본발명의 내부에 비메탈소재가 결합된 클램프 지그 단면도, 도 4는 본발명의 클램프 척 지그 단면도이다.

Stainless Steel의 조성은 Ni 함량을 8.0~10.0중량%, Cr 함량을 18.0~20.0중량%, 나머지 성분은 Fe로 구성한다.

마찰압접 조건으로는

1) 접합하고자하는 대상은 지름 20mm 내외의 환봉일 경우

회전수 : 2000rpm 내외 (1800~2200rpm)

초기 마찰압력 : 15~20 bar

회전 마찰 이후 추가 가압 : 25 ~ 35 bar이다.

2) 접합하고자하는 대상 : 지름 80mm 내외의 환봉일 경우

회전수 : 1200rpm 내외 (1000~1500rpm)

초기 마찰압력 : 40~50 bar

회전 마찰 이후 추가 가압 : 60 ~ 80 bar이다.

한편 본발명은 가공중 지그를 사용하는 것으로, 접합의 대상이 되는 환봉을 한쪽은 고정하고 한쪽은 회전하는 부분은 척 지그로 고정한다. 강도가 센 제품을 고정하고 강도가 상대적으로 약한 제품을 회전시키므로 sus 부분을 고정하고 aluminum을 회전하는 것이 적정하다. 그리고 고정된 환봉은 클램프 지그로 고정하는데 도 3과 같이 일반적인 메탈소재 지그에 환봉을 끼울수있게 직사각형가운데 원형 가공하여 사용한다.

반대쪽 환봉이 고속 회전하므로 함께 회전하지 않도록 고정이 필요하다. 그리고 표면 손상이 일어나지 않도록 클램프 지그와 환봉 2군데 모두 비메탈 소재를 활용할 수 있다. 비메탈소재는 주로 테프론 계열 소재가 적용된다.

도 4는 실작업시 환봉을 고정하면서 회전에 의해 표면결함이 생기지 않도록 비메탈소재를 클램프와 환봉 자체에 부착하여 작업한다.

본발명에 사용되는 마찰압접은 마찰압접 기술이 발전함에 따라 파이프나 환봉재질을 접합하는 용도로도 활용성을 높이고 있다.

고정된 환봉에 회전하는 환봉을 적절한 거리를 유지함으로써 이종금속의 접합이 가능 하다.

마찰압접을 사용할 경우 기존의 폭발용접 방식에 비해 접합 자체 비용 및 시간의 절감 뿐만 아니라 버려지는 자재의 양도 현저히 줄어든다.

도 4는 실작업시 환봉을 고정하면서 회전에 의해 표면결함이 생기지 않도록 비메탈소재를 클램프와 환봉 자체에 부착하여 작업한다.

본발명은 sus 환봉에 우선 티탄을 마찰압접으로 접합 한후 컷팅하고 다시 alumnium을 마찰압접으로 한번 더 접합하는 순차공정을 거치게 되는 것이다.

본발명은 스테인레스환봉(10)과 티탄부재 알루미늄환봉(20)을 상기 기재와 같이 순차적으로 마찰압접하여 트랜지션 죠인트를 제작하되, 길이방향으로 척지그 일측에 발광센서가 설치되고 반대측에도 수광센서가 설치되어, 수광센서로부터의 광량신호를 전기신호로 전송받은 제어기의 제어부는 트랜지션 죠인트, 곧 스테인레스환봉(10)과 티탄부재 접합공정시 내지 스테인레스환봉(10)과 티탄부재 알루미늄환봉(20) 의 접합공정시 직진도가 메모리에 저장된 편차 범위를 벗어나 어긋날 때 경보수단인 스피커를 작동시켜 경보신호를 보내게 된다. 또는 척 지그 회전부의 모터를 정지시켜 작업을 중단케 하여 불량품생산을 중지하게 된다. 한편, 마찰압접에 의해 접합면은 지름이 커지게 되는 벌지부가 형성되므로, 상기 벌지부가 일정지름 이상이 되면, 길이방향과 수직으로 반지름방향으로 설치되는 접촉센서는 이를 감지하여 제어부에 신호를 전송하고 제어부는 척 지그 회전모터의 회전을 멈추게 한다. 상기 벌지부의 지름감지는 광센서에 의해 직진도 감지구성과 동일하게 발광부와 수광부를 통해 구현할 수 있다. 한편 비접촉식온도센서를 상기 접합부위의 반지름 방향으로 이격되게 설치하여, 온도센서가 감지된 온도를 제어부에 전송하고 온도가 일정온도 이상 상승하면, 제어부는 척 지그 회전모터의 회전을 멈추게 한다. 또한 압력센서가 척지그 후방에 설치되어, 압력값을 제어부로 전송하되, 압력값이 갑자기 증가하거나 감소하면, 제어부는 척 지그 회전모터의 회전을 멈추게 한다.

그리고 본발명은 안전장치로서 온도값과 압력값 변동이 동시에 일정크기값 이상으로 변동되면, 환봉에 크랙등 결함이 있어 파괴되어 파편이 비산되어 사람이 다칠우려가 있는 것으로 판단하고, 제어부는 척 지그 회전모터의 회전을 멈추게 한다.

따라서 본발명은 이종재질간의 접합 자체 비용 및 시간의 절감 뿐만 아니라 버려지는 자재의 양도 현저히 줄어들며, 회전에 의해 표면결함이 발생하지 않아 추가 가공이 필요하지 않는 현저한 효과가 있다.

10 :스테인레스환봉 20 : 알루미늄환봉
30 : 티탄부재
40 : 비메탈소재
50 : 척지그 60 : 클램프 지그

Claims (3)

1. 스테인레스환봉(10)과 알루미늄환봉(20)을 접합하되 중간에 티탄부재(30)를 개재하고, 순차적으로 마찰압접하는 것으로, 회전되는 환봉은 척 지그(50)로 고정하며, 고정되는 환봉은 클램프 지그(60)로 고정하는 마찰압접에 의한 트랜지션 죠인트(Transition Joint) 제작 방법에 있어서,
   상기 스테인레스환봉(10)의 조성은 Ni 8.0~10.0중량%, Cr 18.0~20.0중량%, 나머지 성분은 Fe로 이루어지며,
   스테인레스환봉(10)에 우선 티탄부재를 마찰압접으로 접합한후 컷팅하고 다시 알루미늄환봉(20)을 마찰압접으로 한번 더 접합하는 순차공정을 거치게 되는 것으로, 스테인레스환봉(10),티탄부재, 알루미늄환봉(20)을 순차적으로 마찰압접하여 트랜지션 죠인트를 제작하되, 길이방향으로 척지그 일측에 발광센서가 설치되고 반대측에도 수광센서가 설치되어, 수광센서로부터의 광량신호를 전기신호로 전송받은 제어기의 제어부는 트랜지션 죠인트인 스테인레스환봉(10)과 티탄부재 접합공정시 내지 스테인레스환봉(10)과 티탄부재 알루미늄환봉(20) 의 접합공정시 직진도가 메모리에 저장된 편차 범위를 벗어나 어긋날 때 경보수단인 스피커를 작동시켜 경보신호를 보내게 되며, 마찰압접에 의해 접합면은 지름이 커지게 되는 벌지부가 형성되므로, 상기 벌지부가 일정지름 이상이 되면, 길이방향과 수직으로 반지름방향으로 설치되는 접촉센서는 이를 감지하여 제어부에 신호를 전송하고 제어부는 척 지그 회전모터의 회전을 멈추게 하며, 상기 벌지부의 지름감지는 광센서에 의해 직진도 감지구성과 동일하게 발광부와 수광부를 통해 구현하며, 비접촉식온도센서를 상기 접합부위의 반지름 방향으로 이격되게 설치하여, 온도센서가 감지된 온도를 제어부에 전송하고 온도가 일정온도 이상 상승하면, 제어부는 척 지그 회전모터의 회전을 멈추게 하며, 압력센서가 척지그 후방에 설치되어, 압력값을 제어부로 전송하되, 압력값이 갑자기 증가하거나 감소하면, 제어부는 척 지그 회전모터의 회전을 멈추게 하며, 안전장치로서 온도값과 압력값 변동이 동시에 일정크기값 이상으로 변동되면, 환봉에 크랙 결함이 있어 파괴되어 파편이 비산되어 사람이 다칠우려가 있는 것으로 판단하고, 제어부는 척 지그 회전모터의 회전을 멈추게 하는 것을 특징으로 하는 마찰압접에 의한 트랜지션 죠인트(Transition Joint) 제작 방법
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