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KR102532894B1 - 마찰교반접합 장치 - Google Patents

마찰교반접합 장치 Download PDF

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KR102532894B1
KR102532894B1 KR1020160078735A KR20160078735A KR102532894B1 KR 102532894 B1 KR102532894 B1 KR 102532894B1 KR 1020160078735 A KR1020160078735 A KR 1020160078735A KR 20160078735 A KR20160078735 A KR 20160078735A KR 102532894 B1 KR102532894 B1 KR 102532894B1
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axis direction
side arm
backing plate
joint
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KR1020160078735A
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정성욱
조한진
한기형
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

저장용량이 최소 8000㎥(20m×20m×20m)인 초대형 알루미늄 LNG 탱크의 제작이 가능한 마찰교반접합 장치가 개시된다. 마찰교반접합 장치는 접합측 암 지지대; 상기 접합측 암 지지대에 대해 나란하게 배치되는 피접합측 암 지지대; 상기 접합측 암 지지대에 X축 방향으로 직선 이동 가능하게 구비되는 접합 툴; 상기 피접합측 암 지지대에 X축 방향으로 직선 이동 가능하게 구비되고 상기 접합 툴과 마주하는 백킹 플레이트; 및 상기 백킹 플레이트를 접합 툴에 대해 평행한 방향으로 회전시키는 회전부를 포함한다.

Description

마찰교반접합 장치{FRICTION STIR WELDING DEVICE}
본 발명은 마찰교반접합 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초대형 알루미늄 LNG 탱크 제작을 위해 소조, 중조 및 대조의 각 단계에 모두 적용할 수 있는 마찰교반접합 장치에 관한 것이다.
일반적으로, LNG(액화천연가스, Liquid Natural Gas)는 -162℃의 액체상태에서 저장 및 운반을 하므로, LNG 저장용 탱크의 소재 및 용접부는 극저온에서 구조적으로 안정되어야 한다. LNG 탱크용 소재는 Ni계 철합금(36% Ni steel), 스테인레스 스틸(Stainless steel) 또는 알루미늄(Aluminum) 등으로 이루어지고, 플라즈마 아크 용접(plasma arc welding, GTAW, GMAW) 등이 상용화되어 있다. 그중 알루미늄 소재로 제작된 LNG 탱크의 경우, 두꺼운 Al 후판을 GMAW 용접으로 용접한 구 형상 (type C) 또는 다각기둥 형상(type B)이 일반적이다.
기존의 아크 용접(GMAW, GTAW 등)은 저융점 알루미늄 합금의 특성상, 고난이도 용접이면서 용접부 기공이 발생하기 쉬워서 제작 비용 및 기간이 길게 되는 문제가 있다. 이에 반해, 마찰교반용접(FSW)은 최근 알루미늄의 고상 용접으로 주목받고 있으며, 철도, 항공기, 자동차 등 차체경량화의 새로운 기술로써 상용화가 가속화되고 있다.
따라서, 저장용량이 큰 다각기둥형(독립형 LNG tank type-B)을 알루미늄 용접에 특화된 마찰교반용접(FSW)으로 제작하여, 생산 효율도 높이고 용접결함을 줄이는 고유의 신기술 개발 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0056414호(2016.05.20)
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 저장용량이 최소 8000㎥(20m×20m×20m)인 초대형 알루미늄 LNG 탱크의 제작이 가능한 마찰교반접합 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 마찰교반접합 장치는 접합측 암 지지대; 상기 접합측 암 지지대에 대해 나란하게 배치되는 피접합측 암 지지대; 상기 접합측 암 지지대에 X축 방향으로 직선 이동 가능하게 구비되는 접합 툴; 상기 피접합측 암 지지대에 X축 방향으로 직선 이동 가능하게 구비되고 상기 접합 툴과 마주하는 백킹 플레이트; 및 상기 백킹 플레이트를 접합 툴에 대해 평행한 방향으로 회전시키는 회전부를 포함한다.
본 발명에 따른 마찰교반접합 장치는 한변의 길이가 최소 20m인 대형 정방형 알루미늄 LNG 탱크의 제작에 있어서 용접부 결함을 줄일 수 있고, 탱크의 초기 조립 단계부터 최종 대형 탱크 조립 단계까지 적용 가능하며, 아크 용접에 비해 결함이 적을 뿐 아니라, 생산속도가 빠르며 생산 효율이 크게 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치를 도시한 측면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치를 도시한 정면도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 작업대를 도시한 정단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 작업대를 도시한 평면도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치를 도시한 정단면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 작업대를 도시한 사시도이며,
도 7은 도 6의 배면 사시도이고,
도 8은 도 6의 정면도이며,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 백킹 플레이트 및 회전부를 도시한 사시도이고,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 백킹 플레이트를 도시한 측면도이며,
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 접합 방향에 따른 사용 예를 도시한 사시도이고,
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 백킹 플레이트의 방향 전환 과정을 도시한 것이며,
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 접합 방향에 따른 사용 예를 도시한 평면도이고,
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 Y축 방향 접합 예를 도시한 사시도이며,
도 17은 도 16의 변형 예에 따른 마찰교반접합 장치의 Y축 방향 접합 예를 도시한 평면도이고,
도 18 및 도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 적용 예를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 마찰교반접합 장치의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치를 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치를 도시한 정면도이다. 이하의 설명에서, 편의를 위해 X축, Y축 및 Z축 방향을 구분하여 설명하기로 한다. X축 방향은 작업 툴 및 백킹 플레이트의 직선 이동 방향이고, Z축 방향이 작업 툴 및 백킹 플레이트 간의 이격 방향이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치(100)는 접합측 암 지지대(101)와, 피접합측 암 지지대(102)와, 접합 툴(120)와, 백킹 플레이트(130) 및 회전부(140)를 포함하여 이루어진다.
접합측 암 지지대(101) 및 피접합측 암지지대(102)는 X축 방향으로 소정의 길이를 갖는 바(Bar) 형태로 이루어진다. 피접합측 암 지지대(102)는 접합측 암 지지대(101)에 대해 나란하게 배치되고, 접합측 암 지지대(101)에 대해 각도 조정 가능하게 구비된다. 접합측 암 지지대(101)와 피접합측 암 지지대(102)는 단부에 조인트(103)를 통해 회전 가능하게 연결된다.
상기 접합측 암 지지대(101)와 피접합측 암 지지대(102)는 일단에 회전운동이 가능하도록 구성되어, 2개의 지지대 간의 각도 변화가 가능한 마치 컴퍼스(Compass)와 유사한 형태를 취한다.
접합 툴(120)은 접합측 암 지지대(101)에 X축 방향으로 직선 이동 가능하게 구비된다. 접합 툴(120)은 마찰 교반 용접{Friction Stir Welding:FSW) 수단을 구비하여 피접합재에 용접을 수행하는 용접 툴로 구성된다.
백킹 플레이트(130)는 접합 툴(120)과 마주하는 것으로서, 피접합측 암 지지대(102)에 X축 방향으로 직선 이동 가능하게 구비된다. 백킹 플레이트(130)는 접합 툴(120)이 맞대기 이음매(Butt joint)의 피접합재를 고상접합할 때 피접합재 이면으로 작용하는 하중을 지지한다.
상기 접합측 암 지지대(101)와 피접합측 암 지지대(102)에는 길이 방향인 X축 방향으로 치차 가이드(170)가 연장 형성된다. 도 1에는 치차 가이드(170)가 측면도 상에서 외부에 노출되는 것으로 도시하였으나, 본 실시 예에서 치차 가이드(170)는 실질적으로 요입홈 내측에 구비되어 외부에 노출되지 않는다. 치차 가이드에 대해서는 이후에 다시 상세히 설명하기로 한다. 접합 툴(120)과 백킹 플레이트(130)는 Z축 방향으로 서로 마주하며 이격 배치되어 있다.
상기 백킹 플레이트(130)는 작업 툴(120)에 대해 X축 방향으로 연동하여 함께 직선 이동하도록 구성될 수 있다. 즉, 접합측 암 지지대(101)와 피접합측 암 지지대(102)에 각각 구비되어 직선 주행하는 후술할 작업대는 전기신호로 동조되어 치차 가이드(170)를 따라 각 지지대를 직선 이동 가능하다.
상기 접합측 암 지지대(101)와 피접합측 암 지지대(102)에는 X축, Y축 및 Z축 방향으로 복수의 고정 돌기(110)가 돌출 형성된다. 고정 돌기(110)는 각 지지대의 표면으로부터 돌출 형성되며, 각 지지대의 각 면에 X축, Y축 및 Z축 방향으로 돌출 형성된다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 적용 예를 도시한 것이다. 도 18 및 도 19를 참조하면, 상기 고정 돌기(110)는 정반(203)에 형성된 고정 홈(204)에 삽입 가능하게 구성된다. 피접합재(201)의 접합선(202)이 정반(203)에 대해 수직하게 형성될 때 적용 예의 경우, 접합측 암 지지대(101) 및 피접합측 암 지지대(102)에 형성된 고정 돌기(110)를 정반(203)의 고정 홈(204)에 삽입하며, 마찰교반접합 장치(100)는 정반(203)에 종 방향으로 설치된다. 마찰교반접합 장치(100)의 길이 방향은 X축 방향과 나란하게 배치된다. 이 경우, 정반(203)에는 고정 홈(204)이 바둑판형으로 복수개 형성되는 것이 바람직하다.
회전부(140)는 백킹 플레이트(130)를 접합 툴(120)에 대해 평행한 방향으로 회전시킨다. 회전부(140)는 피접합측 암 지지대(102)의 작업대에 구비되는 것으로서, 회전부(140)에 백킹 플레이트(130)가 결합된다. 회전부(140)는 백킹 플레이트(130)를 +90° 또는 -90°회전시켜 피접합재(201)의 용접선 방향에 따라 적절히 대응될 수 있도록 한다. 즉, 상기 회전부(140)는 피접합측 암 지지대(102)에 일 측이 고정되고 타 측이 상기 백킹 플레이트(130)에 고정되어, 백킹 플레이트(130)를 직선 이동 방향에 대해 -90° 내지 90°회전시킨다.
이 경우, 회전부(140)는 반드시 90°간격으로 회전이 이루어질 필요는 없으며, 필요에 따라 적정 각도로 자유로이 회전하도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 작업대를 도시한 정단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 작업대를 도시한 평면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치를 도시한 정단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 접합측 암 지지대(101) 및 피접합측 암 지지대(102)에는 각각 접합 툴(120) 및 백킹 플레이트(130)를 결합시켜 직선 주행시키기 위한 작업대(160)가 구비된다.
상기 접합측 암 지지대(101) 및 피접합측 암 지지대(102)에는 마주하는 면에 각각 작업대(160)를 수용하는 요입홈이 길이 방향으로 형성되어, 단면이 "┖┚"형상으로 이루어진다. 요입홈의 Y축 방향 양벽면에는 가이드 홈(1011,1021)이 형성된다.
아울러, 작업대(160)의 Y축 방향 양측에 상기 가이드 홈(1011,1021)에 삽입되는 가이드 롤러(164)가 구비된다. 가이드 롤러(164)는 작업대(160)의 Y축 방향 양측으로 연장된 롤러 축(163)에 회전 가능하게 연결된다. 가이드 롤러(164)는 가이드 홈(1011,1021)에 삽입되어 아이들 회전됨에 따라, 작업대(160)가 직선 주행 시 X축 방향으로 가이드된다. 가이드 롤러(164)는 X축 방향을 따라 복수개의 열로 구비될 수 있다.
상기 요입홈의 Z축 방향 바닥면에는 치차 가이드(170)가 구비된다. 치차 가이드(170)는 접합측 암 지지대(101)와 피접합측 암 지지대(102)에 각각 구비되며, 접합측 암 지지대(101)와 피접합측 암 지지대(102)의 길이 방향으로 길게 연장 형성된다. 아울러, 작업대(160)의 Z축 방향 바닥면에는 치차 가이드(170)에 치합되는 적어도 하나의 치차(162,162a)가 구비된다.
작업대(160)에는 치차(162)를 회전 구동시키는 구동 모터(161)를 구비한다. 치차(162,162a)는 구동 모터(161)의 구동축에 연결되어 회전되는 구동 치차(162)와, 아이들(Idle) 회전되는 비구동 치차(162a)로 이루어진다. 상기 작업대(160)는 마찰교반접합시 발생하는 고하중을 견디면서 일방향(X축 방향)으로 직선 운동해야 한다.
상기 접합측 암 지지대(101)와 피접합측 암 지지대(102)는 단부에 조인트(103)를 통해 회전 가능하게 연결되어 서로 각도 조정 가능하다. 이러한 구성을 통해, 피접합재가 거대 구조물에 속해 있으면서 경사가 있는 경우, 접합측 암 지지대(101)와 피접합측 암 지지대(102) 간에 각도를 주어 대응할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 작업대를 도시한 사시도이며, 도 7은 도 6의 배면 사시도이고, 도 8은 도 6의 정면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 작업 툴(120)이 결합된 접합측 암 지지대(101) 측의 작업대(160)에는, 피접합재(201)를 Z축 방향으로 가압하는 다점접촉구속부(165)를 구비한다. 상기 다점접촉구속부(165)는 작업 툴(120)의 주위에 적어도 하나 구비되고, 피접합재(201)의 표면에 구름 가능한 복수개의 볼(166)로 구성된다.
다점접촉구속부(165)는 복수의 초경합금 또는 침탄 등 표면경화개질처리를 거친 강구로 이루어져 있는 일종의 볼 캐스터(Ball Caster)로 구성될 수 있다. 다점접촉구속부(165)는 마찬교반접합 용접 방향이나 피접합재의 이송이 어느 방향으로도 가능하되 작업 툴 주위의 피접합재의 상하방향 변위를 방지하여 접합 시 구속도를 높이고 접합 품질을 향상시킨다.
도 8에서, 피접합재(201)의 실선은 미접합 상태를 도시한 것이고, 점선은 겹치기 이음매의 접합이 완료된 상태를 도시한 것이다. 볼(166)로 구성된 다점접촉구속부(165)는 피접합재(201)를 상부에서 하부 방향으로 고르게 분산 가압한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 백킹 플레이트 및 회전부를 도시한 사시도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 백킹 플레이트를 도시한 측면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 백킹 플레이트(130)는 고하중에도 견딜 수 있도록 무한궤도 형태로 회전되는 복수개의 다절편(135)으로 이루어진다. 더욱 상세하게는, 백킹 플레이트(130)는 지지 프레임(131)과 무한궤도 모듈(132)로 이루어진다.
지지 프레임(131)은 "┖┚"형상으로 이루어지며 회전부(140) 중 후술할 제2 회전부(141)에 고정된다. 무한궤도 모듈(132)은 한 쌍의 이송 롤러(134)를 구비한다. 이송 롤러(134)는 서로 일정 거리 이격 설치되며, 복수개의 다절편(135)들이 서로 회전 가능하게 연결되어 한 쌍의 이송 롤러(134)에 감겨진 무한궤도를 형성한다. 지지 프레임(131)에는 복수개의 고정용 롤러(133)가 구비되어 다절편(135)의 이탈을 방지한다. 백킹 플레이트(130)는 이송 롤러(134)를 회전시켜 무한궤도를 회전시키는 모터(136)를 구비한다.
이 경우, 상기 고정용 롤러(133)는 경우에 따라(도 17에 도시된 적용 예의 경우) 다점접촉구속부(165)와 간섭이 발생할 수 있다. 이로 인해, 다점접촉구속부(165)가 다수 구비된 경우, 고정용 롤러(133)는 불필요하게 되어 생략할 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 접합 방향에 따른 사용 예를 도시한 사시도이고, 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 백킹 플레이트의 방향 전환 과정을 도시한 것이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 회전부(140)는 제1 회전부(142) 및 제2 회전부(141)로 이루어진다. 제1 회전부(142)는 피접합측 암 지지대(102) 측에 고정된다. 제2 회전부(141)는 백킹 플레이트(130) 측에 고정되고, 제1 회전부(142)에 대해 평행한 방향으로 회전 가능하다. 또한, 제2 회전부(141)는 제1 회전부(142)에 대해 Z축 방향으로 승강 가능하다.
도 11은 백킹 플레이트(130)의 회전 방향이 X축 방향으로서 작업 툴(120)의 주행 방향인 X축 방향과 나란한 방향이며, 도 12는 백킹 플레이트(130)의 회전 방향이 Y축 방향으로서 작업 툴(120)의 주행 방향인 X축 방향과 직교하는 방향이다. 도 13은 백킹 플레이트(130)가 도 11의 상태에서 회전부(140)에 의해 도 12의 상태로 회전되는 과정을 도시한 것이다. 도 13을 참조하면, 도 11의 상태에서 제2 회전부(141)가 제1 회전부(142)에 대해 상승 이동한 후 90°회전되고 이후에 제2 회전부(141)가 제1 회전부(142)에 대해 하강 이동한다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 접합 방향에 따른 사용 예를 도시한 평면도이고, 도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치의 Y축 방향 접합 예를 도시한 사시도이며, 도 17은 도 16의 변형 예에 따른 마찰교반접합 장치의 Y축 방향 접합 예를 도시한 평면도이다.
도 14와 같이 피접합재(201)의 접합 방향이 X축 방향인 경우, 이송수단은 접합측 암 지지대(101)의 작업대(160)가 된다. 아울러, 도 15와 같이 피접합재(201)의 접합 방향이 Y축 방향인 경우, 이송수단은 백킹 플레이트(130)의 무한궤도형 다절편(135)이 된다.
도 16을 참조하면, 피접합재(201)의 접합 방향이 Y축 방향으로 이루어지며, 피접합재(201)의 길이는 무제한으로 설정될 수 있다. 이 경우, 접합측 암 지지대(101)의 작업대(160) 및 피접합측 암 지지대(102)의 작업대(160)는 고정되며 피접합재(201)만을 이동시키면서 접합을 수행 가능하다. 도 17을 참조하면, 피접합재(201)의 접합 방향이 Y축 방향으로 이루어지며, 피접합재(201)의 길이는 무제한으로 설정될 수 있다. 아울러, 피접합재(201)의 최대 접합 완성품 폭은 작업대(160)의 직선주행 가능 거리와 동일하다.
겹치기 이음매(Lap joint)의 피접합재의 경우, 지지 측 모재의 마찰교반접합하는 부분은 작업 툴(120)에 인접한 판재보다 국부적으로 4배 이상 두꺼워지도록 압출 프로파일을 사용하여, 지지 측 모재가 백킹 플레이트를 대신하도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 백킹 플레이트(130)는 사용되지 않으며, 접합 툴(120)과 백킹 플레이트(130)는 마주보지 않는다. 접합 툴(120)과 백킹 플레이트(130) 간의 상대 위치 조정은 전술한 암 지지대들 간의 회전 각도를 조정하는 등의 방법으로 수행할 수 있다. 즉, 백킹 플레이트(130)는 필요에 따라 사용되거나 사용되지 않도록 조정이 가능하다.
상기에서, 백킹 플레이트(130)는 2중으로 되어있고 무한궤도의 진행 방향과 90° 방향으로 진행하게 구성된 2단 구조의 무한궤도로 구현함으로써, 일 방향으로 긴 판재의 마찰교반접합이 가능하다. 이 경우, 본 발명의 마찰교반접합 장치는 고정되어 있고 피접합용 판재가 이송이 되어야 하므로, 2단 무한궤도형 백킹 플레이트 외에, 장치 외부에서 장방형 피접합 부재의 장입 접합 완료된 부재의 이송을 위한 별도의 가이드 롤러를 구성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치는 한변의 길이가 최소 20m인 대형 정방형 알루미늄 LNG 탱크의 제작에 있어서, 용접부 결함을 줄일 수 있고 탱크의 초기 조립 단계부터 최종 대형 탱크 조립 단계까지 적용 가능하다. 아울러, 아크용접에 비해 결함이 적고 생산속도가 빠르며 생산 효율이 크게 향상된다.
정리하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마찰교반접합 장치(100)는 FSW 접합 및 피접합재의 상하방향 변위구속용 다점접촉구속부(165)에 의한 하중을 충분히 견딜 수 있도록 강건하게 설계된 백킹 플레이트(130)의 지지 프레임(131), 상기의 하중을 견디며 피접합재를 직선 이동시킬 수 있는 복수의 다절편(135) 및 접합 방향을 바꾸기 위한 회전부(140)를 구비한다.
또한, 무한궤도형 다절편 백킹 플레이트(130)는 접합 후 접합측 암 지지대의 작업대에 위치한 접합 툴(120) 및 다점접촉구속부(165)로부터 전달되는 하중을 견디면서, 피접합부의 용접 길이에 구애받지 않고 피접합재를 이송할 수 있도록 구성된다. 용접장의 길이에 제한이 없이 백킹 플레이트 역할을 수행하기 위하여 모터 구동에 의해 일축 이송이 가능한 다수의 절편으로 이루어진 무한궤도가 구비됨에 따라, 각 다절편은 접합측 부하를 견디면서 궤도 이동이 가능하도록 소형 롤러들에 의해 하중을 분산 전달할 수 있다.
한편, 상기에서 회전부(140)는 작업대(160)에 부착되며, 도시되지는 않았으나 내부의 모터 구동에 의하여 제1 회전부(142)와 제2 회전부(141) 간의 상대 회전 운동이 가능하고, 내부의 별도의 액추에이터 등에 의해 제1 회전부(142)와 제2 회전부(141) 간의 승강 운동을 구현할 수 있다.
회전부(140)는 접합시 고하중을 견디기 위하여 회전 이동시에는 부하가 없는 상태에서 상부의 제2 회전부(141)를 +Z축 방향으로 10mm 이상 상승 이격시키고, 원하는 각도만큼 회전시킨 후 -Z축 방향으로 하강시켜 원위치시킨다. 이 단계에서 변화된 제2 회전부(141)의 회전각도만큼 무한궤도의 진행 방향을 조절할 수 있다.
아울러, 접합측 암 지지대(101)의 작업대(160)와 다점접촉구속부(165)의 사이에는 하향 하중 부하장치가 구비되어, 상하 이동 및 하향 하중 부하가 가능하다. 다점접촉구속부(165)가 피접합재(201)를 구속할 때 가압이 이루어져 피접합재(201)를 하부의 무한궤도형 다절편 백킹 플레이트(130)에 단단히 고정되게 한다.
이 경우, 피접합재에 대한 구속압력은 피접합 판재에 심한 소성변형을 일으키지 않고, 구속 후 피접합재의 상하방향 변위가 없으며, 하부의 무한궤도형 백킹 플레이트에 의해 이송이 가능해야 한다. 구속압력은 피접합 판재의 두께 및 재질에 따라 달라지며 대략 항복응력의 5%이상 50%이하의 범위에서 3~4회의 실제로 가압 실험을 통해 적정압력을 결정하는 것이 바람직하다.
지금까지 본 발명에 따른 마찰교반접합 장치는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 마찰교반접합 장치
101: 접합측 암 지지대 102: 피접합측 암 지지대
103: 조인트 110: 고정 돌기
120: 작업 툴 130: 백킹 플레이트
131: 지지 프레임 132: 무한궤도 모듈
133: 고정용 롤러 134: 이송 롤러
135: 다절편
140: 회전부 142: 제1 회전부
141: 제2 회전부
160: 작업대 161: 구동 모터
162: 치차 164: 가이드 롤러
165: 다점접촉구속부 166: 볼
170: 치차 가이드
201: 피접합재 202: 접합선
203: 정반 204: 고정 홈

Claims (10)

  1. 접합측 암 지지대(101);
    상기 접합측 암 지지대(101)에 대해 Z축 방향으로 이격 배치되는 피접합측 암 지지대(102);
    상기 접합측 암 지지대(101)에 X축 방향으로 직선 이동 가능하게 구비되는 접합 툴(120);
    상기 피접합측 암 지지대(102)에 X축 방향으로 직선 이동 가능하게 구비되는 백킹 플레이트(130); 및
    상기 백킹 플레이트(130)를 Z축 방향을 축선(Axis)으로 하여 회전시키는 회전부(140)를 포함하고,
    상기 접합측 암 지지대(101) 및 피접합측 암 지지대(102)에는 각각 접합 툴(120) 및 백킹 플레이트(130)를 결합시켜 직선 주행시키기 위한 작업대(160)가 구비되며,
    상기 접합측 암 지지대(101) 및 피접합측 암 지지대(102)에는 마주하는 면에 각각 작업대(160)를 수용하는 요입홈이 길이 방향으로 형성되고, 상기 요입홈의 Y축 방향 양벽면에 가이드 홈(1011,1021)이 형성되며,
    상기 작업대(160)의 Y축 방향 양측에 상기 가이드 홈(1011,1021)에 삽입되는 가이드 롤러(164)가 구비되는 것을 특징으로 하는 마찰교반접합 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 회전부(140)는 피접합측 암 지지대(102)에 일 측이 고정되고 타 측이 상기 백킹 플레이트(130)에 고정되어, 백킹 플레이트(130)를 직선 이동 방향에 대해 -90° 내지 90°회전시키는 것을 특징으로 하는 마찰교반접합 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 요입홈의 Z축 방향 바닥면에 치차 가이드(170)가 구비되고,
    상기 작업대(160)의 Z축 방향 바닥면에 상기 치차 가이드(170)에 치합되는 적어도 하나의 치차(162,162a)가 구비되고, 상기 치차를 회전 구동시키는 구동 모터(161)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰교반접합 장치.
  6. 접합측 암 지지대(101);
    상기 접합측 암 지지대(101)에 대해 Z축 방향으로 이격 배치되는 피접합측 암 지지대(102);
    상기 접합측 암 지지대(101)에 X축 방향으로 직선 이동 가능하게 구비되는 접합 툴(120);
    상기 피접합측 암 지지대(102)에 X축 방향으로 직선 이동 가능하게 구비되는 백킹 플레이트(130); 및
    상기 백킹 플레이트(130)를 Z축 방향을 축선(Axis)으로 하여 회전시키는 회전부(140)를 포함하고,
    상기 접합측 암 지지대(101)와 피접합측 암 지지대(102)는 단부에 조인트(103)를 통해 회전 가능하게 연결되어 서로 각도 조정 가능한 것을 특징으로 하는 마찰교반접합 장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 회전부(140)는,
    상기 피접합측 암 지지대(102) 측에 고정되는 제1 회전부(142)와,
    상기 백킹 플레이트(130) 측에 고정되고, 상기 제1 회전부(142)에 대해 평행한 방향으로 회전 가능하며, 상기 제1 회전부(142)에 대해 Z축 방향으로 승강 가능한 제2 회전부(141)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰교반접합 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 백킹 플레이트(130)는 무한궤도 형태로 회전되는 복수개의 다절편(135)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰교반접합 장치.
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