KR20140123565A

KR20140123565A - 마찰 교반 용접에 사용을 위한 백킹 장치

Info

Publication number: KR20140123565A
Application number: KR1020147024739A
Authority: KR
Inventors: 롤프 라르쏜
Original assignee: 이에스에이비 아베
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2014-10-22
Also published as: JP6096223B2; KR101863409B1; AU2012369243A1; BR112014019554A2; US20150328714A1; EP2812146A4; EP2812146A1; EP2812146B1; AU2012369243B2; WO2013119154A1; CN104169038A; US9446476B2; BR112014019554A8; JP2015509849A; CN104169038B; IN2014DN06576A

Abstract

백킹 장치로부터 분리된 용접 공구에 의한 마찰 교반 용접에 의해 2개의 만곡된 작업편들 사이에 형성되는 만곡된 경로 상에서 연장하는 용접된 시임을 지지하기 위한 백킹 장치(2)이며, 이 백킹 장치는 용접된 시임의 영역에서 용접 작업 중에 재료를 가소화된 상태로 유지하도록 작업편들에 대해 용접 공구에 의해 인가된 압축력의 적어도 일부를 취하도록 상기 용접 공구에 대향하여 작업편들을 압박하도록 의도된 백킹 본체(20)를 포함한다. 백킹 본체는 외향으로 회전된 저부면(22)을 나타내는 숄더(21)를 구비하고, 이 숄더에 의해 백킹 본체가 작업편들을 압박하도록 설치된다. 숄더의 저부면이 이에 의해 그 내에 마찰열을 생성하기 위해 작업편들에 대해 회전 및/또는 진동 운동을 수행하게 될 수 있도록 구동 기구(50)가 숄더를 회전 및/또는 진동하도록 위치된다.

Description

마찰 교반 용접에 사용을 위한 백킹 장치 {BACKING ARRANGEMENT FOR USE IN FRICTION STIR WELDING}

본 발명은 백킹 장치(backing arrangement)로부터 탈거되는 용접 공구(welding tool)로 마찰 교반 용접(friction stir welding)에 의해 2개의 만곡된 작업편 사이에 형성된 곡선 경로 상으로 연장하는 용접된 시임을 지지하기 위한 청구항 1의 전제부에 따른 백킹 장치를 제공한다. 본 발명은 또한 마찰 교반 용접을 통해 만곡된 경로 상의 작업편들 사이로 연장하는 시임(seam)을 따라 2개의 만곡된 작업편을 함께 끼워맞추기 위한 청구항 12의 전제부에 따른 방법을 제공한다.

마찰 교반 용접은 무엇보다도, 작업편들을 함께 끼워맞추고 작업편 내의 균열의 복원을 위해 사용될 수 있는 잘 알려진 입증된 용접 방법이다. 마찰 교반 용접의 보조에 의해 서로 끼워맞춤되는 2개의 작업편은 용접 작업 중에 서로에 대해 고정되는 작업편들에 대해 가압되는 동시에 작업편들 사이의 시임을 횡단하는 회전형 용접 공구로부터 마찰 가열에 의해 이들의 결합 라인을 따라 가소화된다. 용접 공구는 용접 작업 중에, 작업편에 대해 가압되는 회전 본체와, 작업편에 의한 가압 작용에 의해 작업편들 사이의 시임 내에서 회전하면서 전방으로 안내되는 본체로부터 연장하는 핀을 포함한다. WO 93/10935 A1호 및 WO 95/26254 A1호에 설명된 바와 같이, 용접 공구는 작업편보다 경질의 재료로 제조되어야 한다. 용접 공구는 작업편이 고정 배치된 상태로 작업편을 따라 용접 공구를 이동시킴으로써 또는 고정 방식으로 배치된 용접 공구에 대해 작업편을 이동시킴으로써 작업편들 사이에서 시임을 횡단하게 될 수 있다.

마찰 교반 용접에서, 용접 공구는 작업편들에 대해 큰 힘으로 가압되어 작업편들 사이의 시임 내에 작업편들의 원하는 가소화를 유발하기에 충분히 작업편들을 마찰 가열하는 것을 가능하게 해야 한다. 고정 또는 퇴피 가능 핀을 갖는 용접 공구가 사용되면, 백킹은 용접 공구에 대향하여 작업편의 이면에 대해 적용되어, 작업편들에 대해 용접 공구에 의해 인가된 압축력의 적어도 일부를 수용하고, 용접된 시임의 영역에서 용접 작업 중에 가소화된 재료를 유지한다. 예를 들어, 편평한 작업편의 용접 중에, 예를 들어 세장형 비임(elongated beam) 또는 작업 테이블의 형태의 편평한 백킹에 대해 작업편을 얹어 놓음으로써, 작업편의 후방측에 대해 백킹을 배열하는 것이 일반적으로 간단하다. 그러나, 예를 들어 작업편의 원주방향으로 연장하는 시임을 따라 중공 원통형 작업편을 결합시키기 위해 마찰 교반 용접이 사용될 때, 특히 예를 들어 작업편이 우주선 또는 항공기용 연료 탱크와 같은 비교적 소형 액세스 개구를 갖는 용기를 형성하도록 결합되는 경우에, 필수적인 백킹을 생성하는 것은 더 문제가 된다. 후자의 경우에, 예를 들어 US 6,247,634 B1호에 설명된 바와 같이, 그 내부에 작업편에 대해 긴장되는 제거 가능한 환형 백킹을 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 백킹의 일 결점은 결합될 작업편의 치수에 특정하게 적응되어야 하고, 작업편 내의 백킹의 설치 및 제거가 어렵고 시간 소모적일 수도 있다는 것이다. US 6,070,784 A호에는, 지지 아암에 의해 지지된 회전 가능 백킹 롤러가 그 내에 작업편에 적용되는 대안의 해결책에 대한 설명이 제공되어 있다. 이 해결책의 일 결점은 지지 롤러가 작업편에 대해 제한된 선형 접촉면을 명백하게 하고, 이는 양호한 품질의 용접부가 생성될 수 있도록, 작업편의 외부에 적용된 용접 공구에 대해 백킹 롤러의 정확한 위치설정에 대한 상당한 요구를 행한다.

마찰 교반 용접에서, 백킹편이 용접 공구핀에 고정되어 있는 용접 공구인 소위 보빈 공구(Bobbin tool)의 형태의 용접 공구를 사용하는 것이 또한 중요하다. 이 경우에, 백킹 디바이스(backing device)는 용접 공구와 함께 결합될 작업편들 사이의 시임을 횡단한다. 예를 들어 US 6,237,835 B1호에 설명되어 있는 이 해결책은 무엇보다도 작업편의 원주방향으로 연장하는 시임을 따라 중공 원통형 작업편을 결합시키는데 사용될 수 있다. 그러나, 이 해결책의 일 결점은 작업편의 내부로부터 용접 공구 핀을 위한 작업편 내의 구멍의 사전 드릴링을 포함하여, 용접을 위한 용접 공구를 셋업하기 위해 비교적 고비용의 준비를 필요로 한다는 것이다. 게다가, 용접 작업이 완료된 후에, 구멍이 작업편 내에 잔류한다. 다른 결점은 이 유형의 마찰 교반 용접이 비교적 민감한 용접 프로세스이고, 비교적 고가의 용접 공구의 사용을 필요로 한다는 것이다.

본 발명의 목적은 만곡된 경로 상에서 연장하는 용접된 시임을 지지하기 위한 사용에 적합하고, 마찰 교반 용접에 의해 2개의 만곡된 작업편 사이에 형성되는 신규하고 유리한 백킹 장치를 제조하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 청구항 1에 규정된 특징들에 나타낸 백킹 장치의 도움으로 도달된다.

본 발명에 특정한 백킹 장치는

- 백킹 장치로부터 분리된 용접 공구에 대향하여 작업편들을 압박하여(bear upon), 용접된 시임의 영역에서 용접 작업 중에 재료를 가소화된 상태로 유지하도록 작업편들에 대해 용접 공구에 의해 인가된 압축력의 적어도 일부를 취하도록 의도된 백킹 본체로서, 백킹 본체는 외향으로 회전된 저부면을 나타내는 숄더(shoulder)를 구비하고, 이 숄더에 의해 백킹 디바이스가 작업편들을 압박하도록 설치되는, 백킹 본체,

- 백킹 본체를 유지하기 위한 기계 베이스, 및

- 숄더의 저부면이 이에 의해 그 내에 마찰열을 생성하기 위해 작업편들에 대해 회전 및/또는 진동 운동을 수행하게 될 수 있도록 숄더를 회전 및/또는 진동하도록 위치된 구동 기구를 포함한다.

용접 작업 중에, 본 발명에 특정한 백킹 장치 내의 백킹 본체는 용접 공구에 대향하여 위치되어 유지되어야 한다. 작업편들이 용접 작업 중에 고정된 용접 공구에 대해 이동하면, 백킹 디바이스는 또한 고정 위치에 유지되어야 하고, 용접 공구가 고정된 작업편들에 대해 이동하면, 백킹 본체는 용접 공구와 동기하여 이동해야 한다.

본 발명에 특정한 해결책에 따라, 비교적 소형의 콤팩트한 간단하게 설계된 백킹 본체를 사용하는 것이 가능할 것이고 이에 의해 백킹 본체는 간단한 방식으로 소형 액세스 개구를 거쳐 결합될 작업편들 내의 공간 내에 삽입될 수 있다. 백킹 본체의 비교적 소형 크기에도 불구하고, 백킹 본체는 작업편에 비교적 큰 표면을 나타낼 것인데, 이는 작업편들의 대향측에 위치된 용접 공구에 대한 백킹 본체의 위치설정의 정밀도를 위한 감소된 요구를 암시한다. 백킹 본체 숄더의 작용 중에 생성된 마찰열은 추가된 열을 제공하고, 이는 이들 사이에 조인트를 형성할 때 작업편들의 원하는 가소화에 기여한다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 리세스가 용접 공구 내에 회전 핀의 외부 단부를 수용하도록 숄더의 저부면에, 바람직하게는 저부면의 중심에 위치된다. 이 리세스 덕분에, 핀이 시임 내로 충분히 깊게 관통 연장되는 것이 보장되는 작업편의 내부측 상에 위치되는 숄더 내의 비트와 작업편 사이에서 조인트를 통해 용접 공구가 전체적으로 연장되게 할 수 있게 된다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 노치가 숄더의 저부면에 위치되고, 이 노치는 상기 리세스로부터 숄더의 측면으로 연장한다. 이 노치는 이에 의해 리세스로부터 후방으로 연장되어 형성되는 용접된 시임을 따라 작업편 재료의 두꺼워짐을 생성하는 것을 가능하게 하도록 제공된다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 부가의 재료가 숄더의 저부면에 배치된 배출 개구에 의해 용접된 시임의 영역에서 작업편들에 공급되도록 위치된다.

본 발명의 다른 실시 형태는

- 백킹 본체가 기계 베이스에 포함된 캐리어 아암의 외부 단부에 고정되고,

- 기계 베이스는 세장형 캐리어 요소를 포함하고, 상기 캐리어 아암은 캐리어 요소에 의해 지지되고, 퇴피 위치와 전개 위치 사이에서 캐리어 요소에 대해 피벗될 수 있는 것을 특징으로 한다. 백킹 아암이 이 퇴피 위치에 있는 상태에서, 작업편 내의 비교적 작은 액세스 개구를 통해 백킹 아암 및 부속 백킹 디바이스를 안내하여 이어서 작업편들 내에서 그 작업 위치로 백킹 아암을 요동하게 하고 이에 의해 백킹 디바이스의 숄더가 작업편들의 대향하는 측에 배치된 용접 공구에 대향하여 작업편들의 내부에 부착되게 하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 백킹 장치의 다른 유리한 특징은 종속 청구항 및 이하에 이어지는 상세한 설명으로부터 유도된다.

본 발명은 또한 마찰 교반 용접에 의해 작업편들 사이에 만곡된 경로에서 연장하는 시임을 따라 2개의 만곡된 작업편을 결합시키기 위한 청구항 12에 규정된 특징을 개시하는 방법을 제공한다.

본 발명이 첨부 도면을 참조하여 실시예의 도움으로 이하에 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 백킹 장치를 포함하는 마찰 교반 용접을 위한 용접 스테이션의 개략도이다.
도 2는 도 1에 따른 용접 스테이션에 포함된 부분의 부분 확대도이다.
도 3은 도 1에 따른 백킹 장치에 포함된 백킹 본체의 숄더의 정면도이다.
도 4는 제1 대안 구성을 갖는 백킹 본체를 갖는 도 2에 대응하는 상세의 부분 절결 확대도이다.
도 5는 도 4에 따른 백킹 본체의 숄더의 정면도이다.
도 6은 제2 대안 구성을 갖는 백킹 본체의 숄더의 정면도이다.
도 7은 제3 대안 구성을 갖는 백킹 본체의 숄더의 정면도이다.
도 8은 퇴피 위치에서 도시되어 있는, 백킹 장치에 포함된 캐리어 아암 및 지지 아암을 갖는 도 1에 따른 용접 스테이션의 백킹 장치의 개략 측면도이다.
도 9는 퇴피 위치에 도시되어 있는 캐리어 아암 및 지지 아암을 갖는, 도 8에 다른 백킹 장치에 포함된 부분의 개략 측면도이다.
도 10은 도 9에 대응하지만, 전개 위치에서 도시되어 있는 캐리어 아암 및 지지 아암을 갖는 개략 측면도이다.
도 11은 본 발명의 대안 실시 형태에 따른 백킹 장치에 포함된 부분의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 백킹 장치에 포함된 부분의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 다른 대안 실시 형태에 따른 백킹 장치에 포함된 부분의 개략 부분 절결 측면도이다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 백킹 장치(2)를 포함하는 마찰 교반 용접을 위한 용접 스테이션(1)을 도시한다. 도시된 용접 스테이션(1)은 예를 들어 우주선 또는 항공기용 연료 탱크를 생성하기 위해 원형 단면 형태를 갖는 작업편(3, 4)(또한 도 8 내지 도 10 참조)의 결합을 위해 구성된다. 용접 스테이션(1)은 회전 본체(6) 및 본체로부터 연장하는 핀(7)을 갖는 통상의 형상의 마찰 교반 용접을 위한 용접 공구(5)를 포함한다. 도시된 예에서, 핀(7)은 그와 함께 회전하도록 본체(6)에 고정된다. 본체(6)는 기계 베이스(8) 내에서 회전하도록 지지된 스핀들(9)과 회전 강성 방식으로 연결된다. 이 스핀들(9)은 예를 들어 전기 또는 유압 모터의 형태의 기계 베이스(8) 내에 배치된 구동 유닛(도시 생략)의 도움으로 회전한다. 결합될 2개의 작업편(3, 4)은 도시되지 않은 고정된 긴장 공구에 의해 용접 작업 중에 서로에 대해 고정 유지된다.

용접 작업 중에, 용접 공구(5)는 고속으로 회전하는 본체(6)가 작업편(3, 4)의 외부에 대해 가압되면서 동시에 핀(7)이 작업편에 대해 압축 작용으로 시임(10) 내에서 회전하는 동안 전진되면서 만곡된 경로 상에서 작업편(3, 4) 사이로 연장하는 시임(10)을 횡단한다. 작업편(3, 4)의 외부에 대한 본체(6)의 회전에 의해, 마찰열이 발생하고, 이 마찰열은 핀(7)에 가장 가까운 영역에서 작업편의 단부 에지를 가소화한다. 도시된 예에서, 시임(10)은 작업편의 원주방향으로 연장하고, 시임은 따라서 도시된 작업편(3, 4)이 원형 단면 형태를 나타내기 때문에, 원형 경로 상에서 연장한다.

백킹 장치(2)는 용접 공구의 회전 본체(6) 및 핀(7)에 대향하여 작업편(3, 4)을 압박하여, 본체(6)를 거쳐 용접 공구(5)에 의해 작업편(3, 4)에 대해 인가된 압축력의 적어도 일부를 수용하여 용접 작업 중에 가소화된 재료를 용접된 시임의 영역에 유지하도록 제공된 백킹 본체(20)를 포함한다. 백킹 본체(20)는 외향으로 회전된 저부면(22)을 나타내고, 이를 거쳐서 백킹 본체가 작업편(3, 4)을 압박하도록 설치되는 숄더(21)를 구비한다. 작업편(3, 4)의 내부측에서, 숄더의 저부면(22)은 따라서 용접 공구의 회전 본체(6)와 핀(7)에 의해 현재 작용되는 시임(10)의 부분 주위의 영역을 커버한다. 숄더의 저부면(22)은 오목, 볼록, 또는 평면형이도록 형상화될 수 있다.

백킹 장치(2)는 숄더의 저부면(22)이 이에 의해 용접 작업 중에 작업편(3, 4)에 대해 회전 및/또는 진동 운동을 하게 하여 이들 내의 마찰열을 증가시키도록 숄더(21)를 회전 및/또는 진동하게 하기 위해 배치된 구동 기구(50)를 포함한다. 구동 기구(50)는 예를 들어 전기 또는 유압 모터로 이루어질 수도 있다. 숄더(21)는 본질적으로 일정한 압력을 갖고, 또는 작업편에 대해 숄더(21)의 맥동 동작(pulsating action)을 얻기 위해 가변 압력을 갖고 작업편(3, 4)에 대해 가압되도록 구성될 수 있다.

백킹 본체의 숄더(21)는 용접 공구의 본체(6) 및 핀(7)에서와 같이, 작업편(3, 4)보다 경질의 재료로 제조되어야 한다. 예를 들어, 숄더(21)는 내열성 공구강으로 제조될 수도 있다. 숄더(21)는 도 4 및 도 13에 도시된 바와 같이 원통형일 수도 있고, 도 2, 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이 저부면(22)의 방향으로 원추형으로 테이퍼질 수도 있다. 그러나, 숄더(21)는 또한 소정의 다른 적합한 형상을 가질 수도 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 실시 형태에서, 저부면(22)은 원형 주연부를 갖고, 이 경우에 구동 기구(50)는 숄더의 저부면(22) 상의 중심축(C)과 일치하는 회전축(R) 둘레로 숄더(21)를 회전하도록 구성된다. 이 경우에, 숄더(21)는 구동 기구(50)의 도움으로 회전되는, 회전하도록 지지된 스핀들(23)과 회전 강성 방식으로 연결된다.

용접 공구 핀(7)은 용접 작업 중에 숄더(21)와 접촉하지 않아야 한다. 이는 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 핀의 외부 단부(11)가 용접 작업 중에 숄더의 저부면(22)으로부터 짧은 거리에 있게 되도록 작업편(3, 4) 사이의 시임(10)의 깊이보다 다소 짧은 핀(7)을 사용하여 구현될 수 있다. 대안적으로, 핀의 외부 단부(11)를 수용하기 위한 리세스(24)가 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 숄더의 저부면(22)에 구성될 수 있다. 이 리세스(24)는 바람직하게는 저부면(22)의 중심에 배치된다. 리세스(24)는 핀의 외부 단부(11)가 리세스 내에 유극(play)을 갖고 수용될 수 있어 핀(7)이 용접 작업 중에 숄더(21)와 접촉하지 않게 될 수 있도록 하는 직경 및 깊이를 가져야 한다. 이러한 경우에, 핀(7)은 작업편(3, 4) 사이의 시임(10)의 깊이보다 다소 길고, 용접 작업 중에 핀(7)은 시임(10)을 통해 줄곧 연장한다.

도 6에 도시된 실시 형태에서, 핀의 외부 단부를 수용하기 위한 리세스(24)는 숄더의 저부면(22)에 위치되고, 게다가 노치(25)가 숄더의 저부면(22)에 배치된다. 이 노치(25)는 리세스(24)로부터 숄더의 측면으로 연장한다. 노치(25)는 리세스(24)의 방향에서 숄더의 측면으로부터 볼 때 테이퍼진다. 이 경우에, 구동 기구(50)는 숄더(21)를 진동하도록 구성되고, 노치(25)는 형성되는 용접된 시임의 방향에서 후방으로 연장하도록 제공되어, 용접된 시임을 따른 재료의 두꺼워짐을 제공한다.

숄더의 저부면(22)은 완전히 평면형일 수 있지만, 대안으로서, 융기된 에지(26)가 도 7에 도시된 바와 같이 숄더의 저부면(22) 상에 나선형 형상으로 구성될 수 있다. 용접 작업 중에, 이 융기된 에지(26)는 저부면의 중심을 향해 내향으로 작업편(3, 4)의 가소화된 재료를 잡아당기도록 제공된다.

백킹 장치(2)는 백킹 본체(20)를 지지하기 위한 기계 베이스(30)를 포함한다. 도 1, 도 8, 도 9 및 도 10에 도시된 실시 형태에서, 백킹 본체(20)는 기계 베이스(30) 내에 포함된 캐리어 아암(31)에 의해 지지된다. 백킹 본체(20)는 이 캐리어 아암(31)의 외부 단부에 고정된다. 부가적으로, 기계 베이스(30)는 베이스부(32)(도 8 참조) 및 베이스부(32)에 의해 지지되는 세장형 캐리어 요소(33)를 포함한다. 캐리어 요소(33)는 예를 들어 베이스부(32)에 대해 시프트하도록 구성됨으로써 또는 베이스부(32)와 함께 시프트할 수 있게 함으로써, 그 종방향으로 시프트될 수 있다. 캐리어 아암(31)은 캐리어 요소(33)에 의해 지지되고 캐리어 요소의 전방 단부 상에서 피벗하도록 고정된다. 캐리어 아암(31)은 캐리어 아암(31)이 본질적으로 캐리어 요소의 종방향으로 연장하는 퇴피 위치(도 8 및 도 9 참조)와 캐리어 아암(31)이 본질적으로 캐리어 요소의 종방향에 수직으로 연장하는 전개 작업 위치(도 1 및 도 10 참조) 사이에서 캐리어 요소(33)에 대해 피벗할 수 있다.

도 1, 도 8, 도 9 및 도 10에 도시된 실시 형태에서, 기계 베이스(30)는 또한 그 외부 단부에서 지지 장치(40)를 지지하는 지지 아암(34)을 나타낸다. 지지 아암(34)은 캐리어 요소(33)에 의해 지지되고, 캐리어 아암(31)에 대향하여 캐리어 요소의 전방 단부 상에서 피벗하도록 고정된다. 지지 아암(34)은 지지 아암(34)이 본질적으로 캐리어 요소의 종방향으로 연장하는 퇴피 위치(retracted position)(도 8 및 도 9 참조)와 지지 아암(34)이 캐리어 요소의 종방향에 본질적으로 수직으로 연장하는 전개 지지 위치(도 1 및 도 10 참조) 사이에서 캐리어 요소(33)에 대해 피벗될 수 있다. 지지 장치(40)는 지지 아암(34)이 전개 지지 위치에 있을 때, 작업편(3, 4)의 적어도 일부를 압박하도록 제공되는, 회전하도록 위치된 지지 본체(41)를 포함한다. 지지 장치(40) 및 지지 아암(34)은 캐리어 아암(31) 및 캐리어 요소(33)를 지지하여 이에 의해 이들 캐리어 아암 및 캐리어 요소가 용접 작업 중에 백킹 본체(20)의 방향에서 용접 공구의 본체(6)에 의해 인가되는 압축력의 영향에 기인하여 시프트하는 것을 방지하는데 기여하도록 제공된다. 필요하다면, 부속의 지지 장치(40)를 갖는 하나 이상의 부가의 지지 아암(34)이 캐리어 요소(33)에 의해 지지되어 그 위에서 피벗하도록 고정될 수도 있다. 캐리어 요소(33)가 충분히 강성이면, 전술된 유형의 지지 아암 및 지지 장치는 사용될 필요가 없다. 필요하다면, 지지 장치(40)는 회전하도록 위치된 2개 이상의 지지 본체(41)를 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 지지 장치(40)는 회전하도록 지지된 지지 휠의 형태의 지지 본체(41)를 포함한다.

기계 베이스(30)는 캐리어 요소(33)에 대한 캐리어 아암(31) 및 지지 아암(34)의 피벗을 위해 적합한 유형의 조작 본체(35a, 35b)를 구비한다. 도시된 형태에서, 기계 베이스는 제1 회전축(A1) 둘레로 캐리어 요소(33)에 대한 캐리어 아암(31)의 피벗을 위한 유압 실린더의 형태의 제1 조작 본체(35a)와, 제2 회전축(A2) 둘레로 캐리어 요소(33)에 대한 지지 아암(34)의 피벗을 위한 유압 실린더의 형태의 제2 조작 본체(35b)를 구비한다. 제1 조작 본체(35a)는 캐리어 요소(33)와 조인트 연결되는 원통형 부분(36a) 및 캐리어 아암(31)과 조인트 연결되는 피스톤 로드(37a)를 갖고, 제2 조작 본체(35b)는 캐리어 요소(33)와 조인트 연결되는 원통형 부분(36b) 및 지지 아암(34)과 조인트 연결되는 피스톤 로드(37b)를 갖는다.

백킹 본체(20)는 숄더의 저부면(22)과 캐리어 요소(33) 사이의 거리의 조절을 허용하기 위해 캐리어 아암의 종방향으로 적합하게 조정 가능하다. 도시된 예에서, 이는 캐리어 아암의 내부 부분(31b)에 대해 캐리어 아암의 종방향으로 신축식으로 조정 가능한 캐리어 아암(31)의 외부 부분(31a)에 의해 가능하게 된다. 외부 부분(31a)은 유압 실린더(도시 생략) 또는 몇몇 다른 적합한 조작 본체의 도움으로 내부 부분(31b)에 대해 시프트된다.

대응 방식으로, 지지 본체(41)는 지지 본체(41)와 캐리어 요소(33) 사이의 거리의 조절을 허용하기 위해 지지 아암의 종방향으로 적합하게 조정 가능하다. 도시된 예에서, 이는 지지 아암의 내부 부분(34b)에 대해 지지 아암의 종방향으로 신축식으로 조정 가능한 짖지 아암(34)의 외부 부분(34a)에 의해 가능하게 된다. 외부 부분(34a)은 유압 실린더(도시 생략) 또는 몇몇 다른 적합한 조작 본체의 도움으로 내부 부분(34b)에 대해 시프트된다.

도 1, 도 8, 도 9 및 도 10에 도시된 실시 형태에서, 구동 기구(50)는 백킹 본체 숄더(21)에 근접하여 캐리어 아암(31) 상에 위치된다. 그러나, 구동 기구(50)는 대안적으로 다른 장소에 위치될 수 있고 적합한 변속기를 거쳐 백킹 본체 숄더(21)와 연결될 수 있다.

용접 공구(5) 및 백킹 본체(20)는 용접 공구(5)와 백킹 본체(20)를 고정된 작업편을 따라 서로 동기하여 이동하게 함으로써 또는 용접 공구(5)와 백킹 본체(20)를 고정 위치에 유지하면서 작업편(3, 4)을 이동하게 함으로써 결합될 작업편(3, 4) 사이의 시임(10)을 횡단한다. 도 1, 도 8, 도 9 및 도 10에 도시된 용접 스테이션(1)에서, 용접 공구(5) 및 백킹 본체(20)는, 작업편(3, 4)이 도시되지 않은 적합한 구동 도구의 도움으로 회전되는 동안, 용접 작업 중에 고정 위치에 유지되도록 의도된다. 일반적으로, 작업편(3, 4)은 이 회전 중에 서로에 대해 고정 위치에 유지된다.

도시된 예에서, 용접 스테이션(1)은 용기의 단부편을 형성하기 위해 제공된 제1 작업편(3)을 용기의 원통형 부분을 형성하도록 제공된 제2 작업편(4)과 결합하는데 사용된다. 캐리어 아암(31) 및 지지 아암(34)이 퇴피 위치에 있는 상태로, 캐리어 요소(33)의 전방부는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 캐리어 아암(31), 백킹 본체(20), 지지 아암(34) 및 지지 장치(40)와 함께 제1 작업편(3) 내의 액세스 개구(12)를 거쳐 작업편(3, 4) 내의 공간 내에 삽입될 수 있다. 상기 공간 내로의 삽입 후에, 캐리어 아암(31) 및 지지 아암(34)은 전개 위치로 피벗되고, 그 후에 캐리어 아암의 외부 부분(31a) 및 지지 아암의 외부 부분(34a)은 저부면(22)과 지지 본체(41)가 시임(10) 바로 위에서 작업편(3, 4)의 내부벽을 압박하게 되도록 시프트된다. 용접 공구 본체(6)는 이어서 용접 공구 핀(7)이 시임(10) 내에 수용되는 동안, 숄더의 저부면(22)에 대향하여 작업편들 사이에서 시임(10) 바로 위에서 작업편(3, 4)의 외부벽에 대해 압축된다. 다음에, 작업편(3, 4)은, 용접 공구 본체(6)와 핀(7) 및 백킹 본체의 숄더(21)가 작업편(3, 4)과 용접 공구 본체(6) 사이의 접촉면 및 작업편(3, 4)과 백킹 본체(21)의 숄더 사이의 접촉면에서 발생된 마찰열의 작용에 기인하여 작업편(3, 4) 사이에 용접된 시임을 생성하도록 높은 회전 속도로 회전하는 동안, 용접 공구(5) 및 백킹 본체(20)가 시임(10)을 횡단하게 되도록 용접 공구(5) 및 백킹 본체(20)에 대해 낮은 회전 속도로 회전된다. 마찰열에 의해 가소화된 재료는 시임(10)의 영역에서 백킹 본체의 숄더(21)와 용접 공구 본체(6)의 작용 하에서 유지되고, 여기서 이어서 작업편(3, 4) 사이에 용접된 시임을 형성하도록 고화된다. 용접 작업 중에, 작업편(3, 4)은 서로를 향해 회전된 작업편 에지 단부들 사이의 시임(10), 즉 공기 간극이 표준 이하의 용접이 형성되는 크기를 초과하지 않는 이러한 방식으로 고정된 긴장 디바이스(도시 생략)의 도움으로 서로에 대해 긴장 상태로 유지된다.

원하는 용접 온도가 더 신속하게 도달되는 것을 보장하기 위해, 예를 들어 전기 발열에 의해 용접 작업 전 및/또는 중에 본체(6) 및/또는 숄더(21)에 과잉의 열을 공급하는 것이 가능하다.

이와 같이 요구되면, 와이어 또는 로드(rod)의 형태로 제공된 부가의 재료(27)가 도 13에 도시된 바와 같이, 숄더의 저부면(22)에 배치된 배출 개구(28)를 통해 용접 작업 중에 작업편에 공급될 수 있다. 이 배출 개구(28)는 숄더의 저부면(22)의 중심에 적합하게 위치된다. 이 경우에, 백킹 장치(2)는 상기 배출 개구(28)에 연결된 숄더(21) 내에 배치된 채널(29)을 통해 상기 부가의 재료(27)를 공급하기 위한 공급 장치(도시 생략)를 구비해야 한다.

하나 이상의 압축 롤러(42a, 42b, 43)가 백킹 본체 숄더(21)의 측에서 캐리어 아암(31)의 외부 단부에서 회전하도록 유리하게 위치될 수 있고, 압축 롤러는 용접 작업 중에 작업편(3, 4)의 적어도 일부 부분을 압박하도록 위치된다. 이들 압축 롤러(42a, 42b, 43)는 작업편(3, 4) 내로의 숄더의 침투 깊이를 제한하고, 용접 작업 중에 작업편 좌굴의 위험을 감소시키기 위해 내부에서 작업편을 지지하는 데 기여한다. 예를 들어, 2개의 압축 롤러(42a, 42b)가 도 11에 도시된 바와 같이, 그 사이에서 시임(10)의 각각의 측면 상에 하나씩 작업편(3, 4)을 압박하기 위해 백킹 본체 숄더(21)의 양 측면 상에 배치될 수 있다. 대안으로서, 압축 롤러(43)는 그 사이의 시임(10) 바로 위에서 작업편(3, 4)을 압박하도록 백킹 본체 숄더(21)의 전방에 위치될 수 있다. 압축 롤러(42a, 42b, 43)는 캐리어 아암(31)에 연결되어 이에 의해 지지되는 홀더(44) 내에서 회전하도록 지지된다.

일반적으로, 본 발명은 전술된 실시 형태들에 결코 한정되는 것은 아니고, 오히려 그 복수의 변형 가능성이 첨부된 특허청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 기본 사상으로부터 벗어나지 않고, 당 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다.

Claims

백킹 장치(2)로부터 분리된 용접 공구에 의한 마찰 교반 용접에 의해 2개의 만곡된 작업편들 사이에 형성되는 만곡된 경로 상에서 연장하는 용접된 시임을 지지하기 위한 백킹 장치로서, 상기 백킹 장치(2)는
- 상기 백킹 장치로부터 분리된 용접 공구에 대향하여 작업편들을 압박하여, 용접된 시임의 영역에서 용접 작업 중에 재료를 가소화된 상태로 유지하도록 작업편들에 대해 용접 공구에 의해 인가된 압축력의 적어도 일부를 취하도록 의도된 백킹 본체(20), 및
- 상기 백킹 본체(20)를 유지하기 위한 기계 베이스(30)를 포함하는, 백킹 장치에 있어서,
- 상기 백킹 본체(20)는 외향으로 회전된 저부면(22)을 나타내는 숄더(21)를 구비하고, 이 숄더에 의해 백킹 디바이스가 작업편들을 압박하도록 설치되고,
- 상기 백킹 장치(2)는 숄더의 저부면(22)이 이에 의해 그 내에 마찰열을 생성하기 위해 작업편들에 대해 회전 및/또는 진동 운동을 수행하게 될 수 있도록 숄더(21)를 회전 및/또는 진동하도록 위치된 구동 기구(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 백킹 장치.
제1항에 있어서, 상기 숄더의 저부면(22)은 원형 주연부를 갖고, 상기 구동 기구(50)는 숄더의 저부면(22)의 중심축과 일치하는 회전축(R) 둘레로 숄더(21)를 회전시키도록 위치되는 것을 특징으로 하는 백킹 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용접 공구 내에 회전 핀의 외부 단부를 수용하도록 제공된 리세스(24)가 숄더의 저부면(22)에, 바람직하게는 저부면(22)의 중심에 배치되는 것을 특징으로 하는 백킹 장치.
제3항에 있어서, 노치(25)가 숄더의 저부면(22)에 배치되고, 상기 노치(25)는 상기 리세스(24)로부터 숄더의 측면으로 연장하는 것을 특징으로 하는 백킹 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 부가의 재료(27)가 숄더의 저부면(22)에 위치된 배출 개구(28)를 거쳐 작업편들에 공급되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 백킹 장치.
제5항에 있어서, 상기 배출 개구(28)는 숄더의 저부면(22)의 중심에 위치되는 것을 특징으로 하는 백킹 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 숄더의 저부면(22)은 오목, 볼록 또는 평면형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 백킹 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 융기된 에지(26)가 숄더의 저부면(22) 상에 나선형 형상으로 배열되는 것을 특징으로 하는 백킹 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 백킹 본체(20)는 기계 베이스(30)에 포함된 캐리어 아암(31)의 외부 단부에 고정되고,
- 상기 기계 베이스(30)는 세장형 캐리어 요소(33)를 포함하고, 상기 캐리어 아암(31)은 캐리어 요소(33)에 의해 지지되고, 퇴피 위치와 전개 작업 위치 사이에서 캐리어 요소(33)에 대해 피벗될 수 있는 것을 특징으로 하는 백킹 장치.
제9항에 있어서, 하나 이상의 압축 롤러(42a, 42b; 43)가 백킹 본체의 숄더(21)의 측에서 캐리어 아암(31)의 외부 단부에서 회전하도록 배치되고, 상기 압축 롤러(42a, 42b; 43)는 용접 작업 중에 작업편들의 적어도 일부 부분을 압박하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 백킹 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 기계 베이스(30)는 하나 이상의 지지 아암(34)을 포함하고, 이 지지 아암의 각각은 캐리어 요소(33)에 의해 지지되고 퇴피 위치와 전개 지지 위치 사이에서 캐리어 요소(33)에 대해 피벗될 수 있고, 지지 아암(34)은, 지지 아암(34)이 전개 지지 위치에 있을 때 작업편들의 적어도 일부 부분을 압박하도록 제공된, 회전하도록 위치된 적어도 하나의 지지 본체(41)를 포함하는 지지 장치(40)를 그 외부 단부에 갖는 것을 특징으로 하는 백킹 장치.
본체(6)와 상기 본체로부터 연장하는 핀(7)을 포함하는 용접 공구(5)의 도움으로 마찰 교반 용접에 의해 만곡된 경로 상에서 작업편들 사이로 연장하는 시임(10)을 따라 2개의 만곡된 작업편(3, 4)을 결합시키는 방법으로서, 상기 용접 공구(5)는 핀(7)이 시임(10) 내에서 회전하면서 전진할 때 동시에 작업편(3, 4)의 외부측에 대해 본체(6)가 압축되는 동안 용접 작업 중에 상기 시임을 횡단하는, 방법에 있어서,
상기 용접 공구(5)로부터 탈거되는 백킹 본체(20)의 숄더(21)의 저부면(22)은, 용접 공구(5)에 의해 형성된 용접된 시임의 영역에서 용접 작업 중에 재료를 가소화된 상태로 유지하기 위해 작업편들에 대해 용접 공구 본체(6)에 의해 인가되는 압축력의 적어도 일부를 수용하도록 상기 용접 공구에 대향하여 작업편(3, 4)의 내부측을 압박하여 용접 작업 중에 유지되고, 백킹 본체 숄더(21)는 용접 작업 중에 구동 기구(50)의 도움으로 회전되고 그리고/또는 진동하여, 그에 의한 숄더의 저부면(22)이 그 내에 마찰열을 생성하도록 작업편(3, 4)에 대해 회전 및/또는 진동 운동을 실행하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 부가의 재료(27)가 숄더의 저부면(22)에 위치된 배출 개구(28)를 거쳐 작업편들에 공급되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서, 부가의 열이 용접 작업 전 및/또는 중에 숄더(21)에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.