KR20150003078A - Fuel tank of projectile using friction stir welding and its manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 접합부위에 대한 내부식성 향상을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 접합부위에 대한 결함 발생을 낮추고 용접시 휨 발생을 최소화하여 탱크의 비대칭성을 줄여 제조되는 마찰교반접합을 이용한 발사체 연료탱크의 제조방법에 관한 것으로, 제1길이 L와 지름 D를 갖는 원통형 몸체와 상기 원통형 몸체의 상단과 하단에 대응하는 엔드커버를 각각 제조하는 단계; 및 상기 원통형 몸체와 상기 엔드커버를 마찰교반접합하는 단계;를 포함한다.The present invention relates to a method of manufacturing a projectile fuel tank using friction stir welding, which is capable of improving corrosion resistance on a joint, reducing the occurrence of defects on the joint and minimizing the occurrence of warping during welding, thereby reducing the asymmetry of the tank Comprising the steps of: preparing a cylindrical body having a first length L and a diameter D, and an end cover corresponding to an upper end and a lower end of the cylindrical body, respectively; And friction stir joining the cylindrical body and the end cover.
Description
본 발명은 접합부위에 대한 내부식성 향상 및 결함 발생을 낮추고, 발사체용 연료탱크의 용접과정에서 발생하는 용접대상물의 비대칭성을 제거함으로 발사체의 진동을 줄여 성공적으로 발사체를 발사시킬 수 있는 발사체용 연료탱크 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel tank for a projectile capable of reducing the vibration of the projectile and capable of successfully emitting the projectile by reducing the occurrence of corrosion resistance and occurrence of defects on the joint and eliminating the asymmetry of the object to be welded generated in the welding process of the fuel tank for the projectile And a method for producing the same.
일반적으로 발사체 추진기관은 필요한 추력을 발생시키기 위한 케로신과 같은 연료와, 연소에 필요한 산소의 공급원인 액체산소와 같은 산화제를 포함하는 추진제를 사용한다. 이러한 추진제는 발사체의 추력을 지속적으로 얻기 위하여 대용량의 탱크에 각각 저장되어 그 소모량에 따라 추력을 발생시킨다.Generally, launch vehicle propulsion engines use a propellant containing a fuel such as kerosene to generate the necessary thrust and an oxidant such as liquid oxygen which is the source of oxygen required for combustion. These propellants are stored in large capacity tanks in order to continuously obtain the thrust of the projectile, and generate thrust according to their consumption.
한편, 추진제가 저장되는 종래의 탱크(추진제 탱크)는 연료탱크와 산화제탱크로 구분되는데, 추진제 탱크는 추진제를 저장하는 몸체와, 몸체의 양단을 마감하는 돔 형상의 엔드커버로 구성된다. Conventional tanks (propellant tanks) in which the propellant is stored are divided into a fuel tank and an oxidant tank. The propellant tank is composed of a body for storing the propellant and a dome-shaped end cover for closing both ends of the body.
이렇게 제조된 연료탱크 및 산화제탱크는 서로 소정의 간격만큼 이격된 상태에서 센터링(centering) 작업을 통해 일렬로 직립되게 배치되며, 각종 배관, 밸브 및 센서류 등이 추가적으로 설치된다.The fuel tank and the oxidant tank thus manufactured are arranged in a line in a line through a centering operation while being spaced apart from each other by a predetermined distance, and various pipes, valves, and sensors are additionally installed.
발사체의 연료탱크는 발사체의 경량화를 위하여 기본적으로 알루미늄 합금소재가 사용되는데 크기가 큰 발사체의 부품을 선반가공을 하여 가공하기는 실질적으로 불가능하다. 따라서 부품을 적당한 크기의 서브 피스(sub piece)로 나누어 제작한 후, 이들을 용접하여 최종 부품들을 제조/조립하게 된다. 일반적으로 발사체의 연료탱크 등을 알루미늄 소재로 제조하기 위하여 부품들을 용접하는 공정은 용이하지 않다. 그 이유로는 알루미늄 합금의 용접시 용접 제품에서 열에 의한 휨현상이 발생하는데, 발사체의 소재 크기가 크고, 용접부위가 상대적으로 많으므로 뒤틀리는 현상이 크게 일어나게 된다. The fuel tank of the projectile is basically made of an aluminum alloy material in order to lighten the projectile, and it is practically impossible to machine the parts of the projectile having a large size by turning. Therefore, the parts are manufactured by dividing them into sub-pieces of appropriate size, and then welded to manufacture / assemble the final parts. Generally, it is not easy to weld the parts for manufacturing the fuel tank of the projectile with aluminum material. The reason for this is that when the aluminum alloy is welded, the welded product is distorted due to heat, and the material size of the projectile is large and the welded portion is relatively large, so that a twist phenomenon occurs.
또한, 종래의 추진제 탱크는 몸체를 형성하는 다수의 원통형상의 몸체, 및 엔드커버가 통상의 텅스텐 아크용접(TIG), 또는 가변극성 플라즈마 아크용접(VPPAW)에 의해 접합되기 때문에 접합부위에 다수의 결함이 발생한다. 즉, 접합부위의 내부식성이 저하되고, 접합부위의 변형이 발생하며, 접합부위의 결함이 발생하는 문제점이 있었다. In addition, since conventional propellant tanks are joined by conventional tungsten arc welding (TIG) or variable polarity plasma arc welding (VPPAW), the plurality of cylindrical bodies forming the body, and the end cover, Occurs. That is, there is a problem that the corrosion resistance of the joint portion is lowered, deformation of the joint portion occurs, and defects occur at the joint portion.
그리고 종래의 추진제 탱크는 접합부위 내부에 통상의 텅스텐 아크용접(TIG), 또는 가변극성 플라즈마 아크용접(VPPAW) 등과 같은 용접시 형성되는 기공 결함으로 인해 대기권으로 발사하는 과정에서 균열의 원인으로 작용하여 발사체의 구조적인 결함으로 작용하는 다른 문제점이 있었다. Conventional propellant tanks act as a source of cracks in the process of launching into the atmosphere due to pore defects formed during welding such as normal tungsten arc welding (TIG) or variable polarity plasma arc welding (VPPAW) There were other problems that acted as structural defects of the launch vehicle.
이러한 문제점들은 텅스텐 아크용접나 가변극성 플라즈마 아크용접시 접합부위가 용접봉의 이종 소재와 함께 용해되어 응고되는 과정에서 발생한다. These problems arise during the process of melting the tungsten arc welding or the variable polarity plasma arc welding together with the dissimilar materials of the electrode.
관련 선행기술로는 한국공개특허 제 2000-0045606 호(공개일자: 2000년 07월 25일, 명칭:"위성용 추진제의 탱크 제작 방법")가 있다.
A related prior art is Korean Patent Publication No. 2000-0045606 (published on July 25, 2000, entitled "Method for manufacturing a tank for propellant for satellites").
본 발명은 마찰교반접합을 이용해 발사체용 연료탱크를 구성하는 구성품들을 접합함으로써, 접합부위에 대한 내부식성 향상을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 접합부위에 대한 결함 발생을 낮출 수 있는 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention relates to a fuel for a projectile using friction stir welding that can improve the corrosion resistance of the joint portion and reduce the occurrence of defects on the joint portion by joining the components constituting the fuel tank for a projectile by using friction stir joining Tank and a method of manufacturing the same.
또한, 발사체용 연료탱크의 용접과정에서 발생하는 용접대상물의 휨 발생(비대칭성)을 제거함으로 발사체의 진동을 줄여 성공적으로 발사체를 발사시킬 수 있는 발사체용 연료탱크 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention also relates to a fuel tank for a projectile and a method of manufacturing the same, which can reduce the vibration of the projectile and eliminate the occurrence of warpage (asymmetry) of the welding object during the welding process of the projectile fuel tank.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 마찰교반접합을 이용한 연료탱크의 제조방법은, 제1길이 L와 지름 D를 갖는 원통형 몸체와 상기 원통형 몸체의 상단과 하단에 대응하는 반구형 엔드커버를 각각 제조하는 단계, 및 상기 원통형 몸체와 상기 반구형 엔드커버를 마찰교반접합하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a fuel tank using friction stir joining, comprising the steps of: preparing a cylindrical body having a first length L and a diameter D and a hemispherical end cover corresponding to an upper end and a lower end of the cylindrical body, And a step of friction stir joining the cylindrical body and the hemispherical end cover.
구체적으로 상기 원통형 몸체는 제1길이 L보다 짧은 하나 이상의 제2길이 ℓn을 갖는 지름 D인 하나 이상의 원통형 피스를 원주방향으로 마찰교반접합하는 단계를 통해 최종적으로 제1길이 L을 갖는다. Specifically, the cylindrical body finally has a first length L through friction stir welding circumferentially one or more cylindrical pieces having a diameter D having at least one second length ln shorter than the first length L. [
더욱 구체적으로, 상기 원통형 피스는 제1길이 L 보다 짧은 제2길이의 ℓn과 원주 길이 (D x π)를 갖는 금속소재의 양단부를 원통형으로 밴딩한 후, 상기 양단부를 마찰교반접합하는 단계를 통해 제2길이 ℓn을 갖는 상기 원통형 피스들을 제작한다. More specifically, the cylindrical piece is formed by bending cylindrical end portions of a metal material having a length ℓn and a circumferential length (D x π) of a second length shorter than the first length L, and then subjecting the both end portions to friction stir welding Thereby producing the cylindrical pieces having the second length ln.
더욱 구체적으로, 상기 원통형 피스는 반경 D/2를 가지고 제2길이 ℓn을 갖는 두 개 이상의 원통형 서브피스의 길이방향의 양단부를 마찰교반접합하는 단계를 통해 제2길이 ℓn을 갖는 상기 원통형 피스들을 제작한다. More specifically, the cylindrical piece is friction stir welded to both longitudinal ends of two or more cylindrical sub-pieces having a second length ln with a radius D / 2 to produce the cylindrical pieces having a second length ln do.
상기 마찰교반접합하는 단계는, 마찰교반접합용 툴을 소재에 관통시킨 후, 400~1000rpm의 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 회전시킴과 동시에 50~300mm/min 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 이동시키면서 접합 작업을 실시한다.Wherein the friction stir welding step comprises rotating the friction stir welding tool at a speed of 400 to 1000 rpm after penetrating the friction stir welding tool through the work and simultaneously rotating the tool with the friction stir welding tool at a speed of 50 to 300 mm / The bonding operation is carried out while moving.
더욱 바람직하게는, 상기 마찰교반접합하는 단계는, 500~700rpm의 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 회전시킴과 동시에 50~80㎜/min 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 이동시키면서 접합작업을 실시한다.More preferably, in the step of friction stir welding, the friction stir welding tool is rotated at a speed of 500 to 700 rpm and the friction stir welding tool is moved at a speed of 50 to 80 mm / min to perform a bonding operation Conduct.
상기 반구형 엔드커버는 돔 코어패널로 구성되거나, 캡과 돔 코어패널로 구성된다. The hemispherical end cover may be composed of a dome core panel or a cap and a dome core panel.
상기 원통형 몸체와 상기 반구형 엔드커버는 하나 이상의 알루미늄 소재를 사용한다.The cylindrical body and the hemispherical end cover use one or more aluminum materials.
상기 돔 코어패널은 스피닝 가공을 통해 제작된다. The dome core panel is manufactured through spinning processing.
상기 돔 코어패널은 하나 이상의 돔 코어패널 피스를 구의 정점방향으로 마찰교반접합하는 단계를 통해 제작된다.The dome core panel is manufactured through a step of friction stir welding the at least one dome core panel piece in the vertex direction of the sphere.
상기 양단부는 마찰교반접합 후 상기 양단부의 두께가 모재와 동일 두께가 되도록 상기 양단부가 일정 두께의 덧살이 보강된다.Both end portions are reinforced with a certain thickness of the both end portions so that the thickness of both end portions becomes the same thickness as the base material after the friction stir welding.
또는, 상기 양단부 사이에는 마찰교반접합 후 상기 양단부의 두께가 모재와 동일 두께가 되도록 상기 양단부 사이에 덧살 피스를 위치시킨다.
Alternatively, after the friction stir welding is performed between the both end portions, the covering pieces are positioned between the both end portions so that the both end portions have the same thickness as the base material.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 원통형 몸체, 그리고 원통형 몸체와 엔드커버가 마찰교반접합에 의해 접합되기 때문에 접합부위에 대한 내부식성 향상을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 접합부위에 대한 결함 발생을 낮출 수 있다. 그리고 접합부위의 휨 발생을 억제하여 발사체용 연료탱크의 비대칭성을 제거시켜 연료탱크의 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.
As described above, according to the present invention, since the cylindrical body and the cylindrical body and the end cover are joined by the friction stir welding, it is possible not only to improve the corrosion resistance of the joint portion but also to reduce the occurrence of defects on the joint portion . Further, there is an advantage that the occurrence of warpage at the joint portion is suppressed, and the asymmetry of the fuel tank for the projectile is removed, thereby improving the reliability of the fuel tank.
도 1은 본 발명에 따른 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크의 제조방법을 나타낸 순서도이고,
도 2는 도 1의 원통형 몸체의 제조과정을 보인 도면이며,
도 3은 도 1의 원통형 몸체의 또 다른 제조과정을 보인 도면이고,
도 4는 도 1의 엔드커버의 제조과정을 보인 도면이며,
도 5는 도 1의 엔드커버의 또 다른 제조과정을 보인 도면이고,
도 6은 도 1의 원통형 몸체와 엔드커버의 접합과정을 보인 도면이며, 그리고
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 마찰교반접합 실시예들을 나타낸 도면으로서, 원통형 몸체와 엔드커버 단부에 대한 마찰교반접합을 보인 도면이다. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing a fuel tank for a projectile using friction stir welding according to the present invention,
FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of the cylindrical body of FIG. 1,
FIG. 3 is a view showing another manufacturing process of the cylindrical body of FIG. 1,
FIG. 4 is a view showing a manufacturing process of the end cover of FIG. 1,
FIG. 5 is a view showing another manufacturing process of the end cover of FIG. 1,
FIG. 6 is a view showing a joining process of the cylindrical body and the end cover of FIG. 1, and FIG.
FIGS. 7 to 9 are views showing friction stir welding embodiments according to the present invention, showing friction stir welding with respect to a cylindrical body and an end end of an end cover. FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols whenever possible. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
본 발명은 접합부위가 마찰교반접합(FSW; Friction Stir Welding)에 의해 접합된 연료 탱크, 바람직하게는 발사체의 추진제 연료탱크를 제공하기 위한 것으로, 본 발명에서 연료탱크는 제1길이 L와 지름 D를 갖는 원통형 몸체와 상기 원통형 몸체의 상단과 하단에 대응하는 반구형 엔드커버를 각각 제조하는 단계, 및 상기 원통형 몸체와 상기 반구형 엔드커버를 마찰교반접합하는 단계를 포함한다.The present invention provides a propellant fuel tank of a fuel tank, preferably a propellant, to which a joint portion is joined by frictional stir welding (FSW). In the present invention, the fuel tank has a first length L and a diameter D And a hemispherical end cover corresponding to the upper and lower ends of the cylindrical body, respectively, and friction stir welding the cylindrical body and the hemispherical end cover.
통상의 용접방법, 특히 텅스텐 아크용접(TIG), 또는 가변극성 플라즈마 아크용접(VPPAW)을 이용하여 발사체용 연료탱크를 제조하는 경우, 발사체 연료탱크의 대칭성을 왜곡시키는 형상의 미세 뒤틀림(twist)이 발생된다. 이러한 비대칭성이 작은 범위(0.1도 이내)에서 발생되더라도 발사체가 발사되는 과정에서 발사체에 진동을 발생시킨다. 이러한 진동은 통상의 용접방법의 경우 필연적으로 발생되는 접합부의 내부 결함(개재물이나 공공)을 크랙(crack)으로 진행시키는 작용을 한다. 결국에는 발사체용 연료탱크의 비대칭은 발사체의 진동을 발생시키고, 이러한 진동은 용접부에 존재하는 내부결함을 크랙으로 작용하는 역할을 한다. In the case of manufacturing a fuel tank for a projectile using a normal welding method, particularly tungsten arc welding (TIG) or variable polarity plasma arc welding (VPPAW), a micro twist of a shape distorting the symmetry of the projectile fuel tank . Even if this asymmetry occurs in a small range (within 0.1 degree), the projectile generates vibration in the projectile in the course of launching. Such vibration acts to advance internal defects (inclusions and voids) of cracks, which are inevitably generated in a conventional welding method, as cracks. As a result, the asymmetry of the fuel tank for the projectile causes the vibration of the projectile, and this vibration acts as a crack in the internal defect existing in the weld.
본 발명에서의 몸체(110) 및 엔드커버(120)는 추진제, 특히 산화제로 제공되는 과산화수소와 반응하지 않으며 강성을 유지할 수 있으면서 경량인 알루미늄 소재가 사용된다. 즉, 발사체용 연료탱크를 구성하는 원통형 몸체(110)와 반구형 엔드커버(120)의 소재는 다양한 알루미늄 합금 소재를 사용할 수 있고, 주로 Al2219나 Al2159가 채용될 수 있다. 또한, 필요에 따라 원통형 몸체(110)와 반구형 엔드커버(120)는 서로 다른 알루미늄 합금 소재가 적용될 수도 있다. In the present invention, the
발사체용 연료탱크가 알루미늄 소재로 제작되는 이유는 발사체의 무게 부담을 줄여 발사체의 발사 정확도를 높이고 발사체의 성공적인 궤도 진입을 위함이다. 또한 발사체(발사체) 전체 중량에서 차지하는 연료탱크의 상대 중량을 줄여 궤도 진입을 위하여 필요한 발사체의 연료량을 줄이는 데 있다. The reason why the fuel tank for the projectile is made of aluminum material is to reduce the weight of the projectile to increase the accuracy of launching the projectile and to enter the orbit of the projectile successfully. In addition, the relative weight of the fuel tank occupied by the total weight of the projectile (projectile) is reduced, thereby reducing the fuel amount of the projectile necessary for entering the orbit.
하기에는 본 발명에 따른 마찰교반접합을 이용한 탱크의 제조방법을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a tank using the friction stir welding according to the present invention will be described in detail.
<원통형 몸체의 제조>≪ Production of cylindrical body &
원통형 몸체(110)를 제조하기 위해서는 먼저, 금속판(112)들을 원통형으로 말아 다수의 원통형 피스(116)를 제작한 후, 제작된 원통형 피스(116)들의 단부를 접합시켜 원통형 몸체(110)를 제조할 수 있다.In order to manufacture the
몸체(110)를 형성하는 금속판(112)으로는 전술한 바와 같이 알루미늄 소재의 금속판(112)이 사용된다. 여기서 금속판(112)의 길이, 폭 및 두께는 다양하게 제공될 수 있다. As the
그리고 금속판(112)의 일측면 상에는 보강리브(114)가 형성될 수 있다. 보강리브(114)는 금속판(112)에 강성을 부여하기 위한 것으로, 보강리브(114)는 통상의 방법, 예를 들어 밀링가공, 또는 식각(etching)을 통해 형성되거나, 또는 통상의 마찰교반접합장치(도시되지 않음)를 이용해 형성될 수 있다. 이때 보강리브(114)는 여러 가지 조합하중 및 집중하중에 대한 대처능력이 우수한 구조, 예를 들면 정삼각형태의 보강리브가 반복되는 구조(isogrid)로 형성됨이 바람직하다. A reinforcing
한편, 몸체(110)는 추진제를 수용하는 수용 공간부를 형성하기 위한 것으로, 원통형 피스(116)는 금속판(112)을 통상의 롤 벤딩기를 이용해 양단부(113)가 서로 마주하도록 원통형으로 벤딩한 후, 마주한 금속판(112)의 양단부(113)를 마찰교반접합시킴으로써 제작된다. 여기서 금속판(112) 벤딩 시에는 보강리브(114)가 형성된 금속판(112)의 일측면이 원통형 피스(116)의 내경부를 이루도록 벤딩한다. The
구체적으로 설명하면, 원통형 몸체(110)의 제작하는 실시예는 원통형 몸체(110)의 제1길이 L보다 짧은 하나 이상의 제2길이 ℓn을 갖는, 지름 D인 하나 이상의 원통형 피스(116)들의 단부를 원주방향으로 마찰교반접합하여 최종적으로 제1길이 L을 갖는 상기 원통형 몸체(110)를 제작한다. 원통형 피스(116)를 제작하는 구체적인 방법은 제1길이 L 보다 짧은 제2길이의 ℓn과 원주 길이 (D x π)를 갖는 금속소재의 양단부(113)를 원통형으로 밴딩한 후, 양단부(113)를 마찰교반접합하여 제2길이 ℓn을 갖는 원통형 피스(116)들을 제작한다. More specifically, the embodiment of making the
원통형 피스(116)를 제작하는 다른 실시예는 반경 D/2를 가지고 제2길이 ℓn을 갖는 두 개 이상의 원통형 서브피스(115)의 길이방향의 양단부(117)를 마찰교반접합하여 제2길이 ℓn을 갖는 원통형 피스(116)들을 제작할 수 있다. 여기서, 제2길이는 ℓn은 하나 이상으로 여러 개 다른 길이를 선택할 수 있다(도 3 참조).Another embodiment for fabricating the
전술한 바와 같은 방법에 의해 다수의 원통형 피스(116)가 준비되면, 원통형 피스(116)들의 단부를 서로 맞댄 후, 마찰교반접합시켜 원통형의 몸체(110)를 제조한다. 여기서 어느 하나의 원통형 피스(116)와 또 다른 원통형 피스(116)의 접합공정 이전에 제작된 원통형 피스(116)의 표면, 및 양단부(113, 117)에 대한 연마가공이 수반될 수 있다. When a plurality of
한편, 벤딩된 금속판(112)의 양단에 대한 접합, 및 어느 하나의 원통형 피스(116)와 또 다른 원통형 피스(116)의 접합은 접합부위에 마찰교반접합용 툴(tool)을 관통시킨 후, 마찰교반접합용 툴(tool)을 회전시킴과 동시에 마찰교반접합용 툴(tool)을 이동시키면서 접합 작업을 실시한다. On the other hand, the joining of the bending
바람직하게는 마찰교반접합하는 단계는 마찰교반접합용 툴을 소재에 관통시킨 후, 400~1000rpm의 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 회전시킴과 동시에 20~300mm/min 속도로 마찰교반접합용 툴을 이동시키면서 접합 작업을 실시한다.Preferably, in the step of friction stir welding, a tool for friction stir welding is passed through a workpiece, and then the tool for friction stir welding is rotated at a speed of 400 to 1000 rpm and at the same time a tool for friction stir welding The bonding operation is carried out while moving.
더욱 바람직하게는, 500~700rpm의 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 회전시킴과 동시에 50~80㎜/min 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 이동시키면서 접합 작업을 실시한다.More preferably, the friction stir welding tool is rotated at a speed of 500 to 700 rpm and the friction stir welding tool is moved at a speed of 50 to 80 mm / min to perform a bonding operation.
여기서 마찰교반접합용 툴(tool)의 회전속도가 400rpm 미만이면, 소재의 충분한 소성유동이 발생되지 않아 접합의 강도(항복강도, 인장강도)가 떨어지고, 결정립 미세화가 충분히 발생되지 않아 연신율도 떨어지게 된다. 마찰교반접합용 툴(tool)의 회전속도가 1000rpm 초과하게 되면, 소성유동이 과도하게 발생하여 접합부위의 평탄화가 방해받게 된다. 이 경우 또한 접합의 강도가 떨어지는 현상이 다시 발생되었다. If the rotational speed of the tool for friction stir welding is less than 400 rpm, sufficient plastic flow of the material is not generated, and the strength (yield strength, tensile strength) of the joint is lowered and the grain refinement is not sufficiently generated and the elongation rate is lowered . If the rotational speed of the tool for friction stir welding exceeds 1000 rpm, the plastic flow is excessively generated and the flattening of the joint portion is hindered. In this case, too, the phenomenon that the strength of the bonding decreased again occurred.
여기서 마찰교반접합용 툴(tool)의 이동속도가 20mm/min 미만이면, 툴의 진행 속도가 느려 소재의 접합 강도가 오히려 떨어지는 현상을 발견하였다. 이는 소재의 소성유동이 툴의 이동속도가 극도로 낮음으로 인해 충분히 발생되지 않는데서 기인한 것으로 이해된다. 마찰교반접합용 툴(tool)의 이동속도가 300mm/min를 초과하게 되면, 마찰교반접합용 툴이 소재의 강성을 견디지 못하고 절단되는 현상으로 인해 연속적인 접합 작업의 효율성을 떨어뜨리는 현상이 발견되었다. When the moving speed of the friction stir welding tool is less than 20 mm / min, the progress speed of the tool is slow and the bonding strength of the material is rather low. This is understood to be due to the fact that the plastic flow of the material is not sufficiently generated due to the extremely low speed of movement of the tool. When the moving speed of the friction stir welding tool exceeds 300 mm / min, the friction stir welding tool is not able to withstand the rigidity of the work and is cut off, thereby deteriorating the efficiency of the continuous welding operation .
마찰교반접합의 작업조건은 마찰교반접합 팁(t)의 회전속도와 접합 시 팁(t)의 진행속도로 정의할 수 있다. 팁(t)의 회전속도와 팁(t)의 진행속도는 일반적으로 팁(t)의 종류와 마찰교반접합 대상물의 소재에 따라 일반적으로 의존한다. 원통형 몸체(110)와 반구형 엔드커버(120)의 접합을 위한 마찰교반접합의 단계와 원통형 피스(116)들을 원주방향으로 접합하는 마찰교반접합의 단계와 원통형 서브피스(115)들을 길이방향으로 접합하는 마찰교반접합의 단계로 나눌 수 있다. The working conditions for the friction stir welding can be defined by the rotational speed of the friction stir welding tip (t) and the advancing speed of the tip (t) at the time of welding. The rotational speed of the tip t and the advancing speed of the tip t generally depend generally on the type of the tip t and the material of the friction stir welding object. A step of friction stir welding for joining the
각 마찰교반접합 단계에 따라 마찰교반접합하는 작업조건들이 달라질 수 있다. 그 이유는 각 부위(원통형 몸체와 반구형 엔드커버)가 서로 다른 알루미늄 소재로 선택되고 서로 다른 두께로 적용될 경우에는 마찰교반접합의 작업조건들이 달라질 수 있다. 이러한 접합 조건은 이음부의 위치나 두께에 따라 차이는 있을 수 있으나, 접합 부위의 두께가 동일한 경우에는 소재의 차이에 따라 마찰교반접합의 작업조건의 차이는 크지 않다.
The working conditions for the friction stir welding may vary depending on the respective friction stir welding steps. The reason for this is that the working conditions of the friction stir joining can be different when the respective parts (cylindrical body and hemispherical end cover) are selected from different aluminum materials and applied with different thicknesses. These joining conditions may be different depending on the position and thickness of joints. However, when the thickness of joints is the same, the difference in working conditions of friction stir welding is not significant depending on the difference of materials.
<엔드커버의 제조>≪ Preparation of end cover &
원통형 몸체(110)의 양단을 마감하는 엔드커버(120)의 제조를 위하여 본 발명에는 2가지의 실시예에 의해 엔드커버(120)가 제조될 수 있다. 엔드커버는 반구형으로 제작될 수도 있고 다른 형상으로 제작될 수도 있다.The
먼저, 제 1 실시예에 의하면 엔드커버(120)는, 원판형상의 금속판을 돔 형상으로 성형함으로써 제조될 수 있다. 충분한 크기의 금속판이 없는 경우에는 두 장의 평판형 금속판을 접합한 후, 접합된 금속판을 원판형상으로 재단하여 사용할 수 있다. 제 1 실시예에서 원판형상의 금속판은 통상의 스피닝(spinning) 가공을 통해 돔 형상으로 성형될 수 있다(도 4 참조). First, according to the first embodiment, the
또한, 제 2 실시예에 의하면 엔드커버(120)는, 평판형 금속판(122b)을 원판형상의 캡(124b), 그리고 부채꼴형상을 가지면서 볼록하게 만곡된 돔 코어패널(126b)들로 가공하고, 가동된 돔 코어 패널(126b)들을 접합한 후, 접합된 돔 코어패널(126b)들에 캡(124b)을 접합함으로써 제조될 수 있다. 상기 돔 코어패널(126b)은 하나 이상의 돔 코어패널(126b)을 구의 정점방향 또는 원통형의 몸체(110)의 원주방향에서 시작하는 마찰교반접합을 통해 제작한다(도 5 참조). 제 2 실시예에서 캡 없이 돔 코어 패널만으로 엔드커버를 형성할 수도 있다. According to the second embodiment, in the
엔드커버(120)를 제조하기 위한 마찰교반접합하는 단계에서도 원통형 몸체(110)를 제조하는데 적용된 작업조건이 바람직한 것으로 파악되었다. 엔드커버(120) 제조시 채용된 마찰교반접합의 조건은 마찰교반접합용 툴을 소재에 관통시킨 후, 400~1000rpm의 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 회전시킴과 동시에 20~300mm/min 속도로 마찰교반접합용 툴을 이동시키면서 접합 작업을 실시한다.It has been determined that the working conditions applied to manufacture the
더욱 바람직하게는, 500~700rpm의 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 회전시킴과 동시에 50~80㎜/min 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 이동시키면서 접합 작업을 실시한다.More preferably, the friction stir welding tool is rotated at a speed of 500 to 700 rpm and the friction stir welding tool is moved at a speed of 50 to 80 mm / min to perform a bonding operation.
여기서 제 1 및 제 2 실시예에 의해 제조된 엔드커버(120)는 몸체(110)를 이루는 금속판(112)과 동일 또는 다른 두께를 가지는 알루미늄 소재의 금속판(122b)이 사용될 수 있다. The
한편, 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 의해 제조된 엔드커버(120)에는 배관 또는 밸브 또는 센서류 등이 장착되는 홀(hole)들이 천공될 수 있다.
On the other hand, the
<몸체와 엔드커버의 접합><Bonding of body and end cover>
전술한 바와 같이 원통형 몸체(110) 및 엔드커버(120)가 제조되면, 몸체(110)의 일단 및 타단에 엔드커버(120)를 접합시켜 본 발명에 따른 연료탱크(100)를 제조한다. When the
몸체(110)와 엔드커버(120)의 접합은, 몸체(110)의 일단 및 타단에 엔드커버(120)를 서로 맞댄 후, 서로 마주하는 몸체(110)와 엔드커버(120)의 접합부위를 마찰교반접합을 통해 접합시킨다. The end portions of the
몸체(110)와 엔드커버(120)의 접합공정은 접합부위에 마찰교반접합용 툴(tool)을 관통시킨 후, 마찰교반접합용 툴(tool)을 회전시킴과 동시에 마찰교반접합용 툴(tool)을 이동시키면서 접합 작업을 실시한다. The joining process of the
바람직하게는 마찰교반접합하는 단계는 마찰교반접합용 툴을 소재에 관통시킨 후, 400~1000rpm의 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 회전시킴과 동시에 20~300mm/min 속도로 마찰교반접합용 툴을 이동시키면서 접합 작업을 실시한다.Preferably, in the step of friction stir welding, a tool for friction stir welding is passed through a workpiece, and then the tool for friction stir welding is rotated at a speed of 400 to 1000 rpm and at the same time a tool for friction stir welding The bonding operation is carried out while moving.
더욱 바람직하게는, 500~700rpm의 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 회전시킴과 동시에 50~80㎜/min 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 이동시키면서 접합 작업을 실시한다.More preferably, the friction stir welding tool is rotated at a speed of 500 to 700 rpm and the friction stir welding tool is moved at a speed of 50 to 80 mm / min to perform a bonding operation.
여기서 마찰교반접합용 툴(tool)의 회전속도가 400rpm 미만이면, 소재의 충분한 소성유동이 발생되지 않아 접합의 강도(항복강도, 인장강도)가 떨어지고, 결정립 미세화가 충분히 발생되지 않아 연신율도 떨어지게 된다. 마찰교반접합용 툴(tool)의 회전속도가 1000rpm 초과하게 되면, 소성유동이 과도하게 발생하여 접합부위의 평탄화가 방해받게 된다. 이 경우 또한 접합의 강도가 떨어지는 현상이 발견되었다. If the rotational speed of the tool for friction stir welding is less than 400 rpm, sufficient plastic flow of the material is not generated, and the strength (yield strength, tensile strength) of the joint is lowered and the grain refinement is not sufficiently generated and the elongation rate is lowered . If the rotational speed of the tool for friction stir welding exceeds 1000 rpm, the plastic flow is excessively generated and the flattening of the joint portion is hindered. In this case, too, a phenomenon that the strength of the joint was deteriorated was found.
여기서 마찰교반접합용 툴(tool)의 이동속도가 20mm/min 미만이면, 툴의 진행 속도가 느려 소재의 접합 강도가 오히려 떨어지는 현상을 발견하였다. 이는 소재의 소성유동이 툴의 이동속도가 극도로 낮음으로 인해 충분히 발생되지 않는데서 기인한 것으로 이해된다. 마찰교반접합용 툴(tool)의 이동속도가 300mm/min 초과하게 되면, 마찰교반접합용 툴이 절단되는 현상으로 인해 연속적인 접합 작업의 효율성을 떨어뜨리는 현상이 발견되었다.When the moving speed of the friction stir welding tool is less than 20 mm / min, the progress speed of the tool is slow and the bonding strength of the material is rather low. This is understood to be due to the fact that the plastic flow of the material is not sufficiently generated due to the extremely low speed of movement of the tool. When the moving speed of the friction stir welding tool exceeds 300 mm / min, the friction stir welding tool is severed and the efficiency of the continuous welding operation is lowered.
마찰교반접합을 실시한 경우 마찰교반접합된 부위의 두께는 접합 대상인 모재의 두께 보다 작아지는 경우가 일반적이다. 이는 접합 부위(본 발명에서는 양단부)의 소재가 마찰교반접합 팁(t)이 가압상태에서 고속 회전 및 이동을 통해서 소재의 소성유동을 일으키는 흐름(mass flow)으로 인해 발생한다. 따라서 본 발명에서는 마찰교반접합으로 인해 접합된 부품의 두께에 단(step)이 생기는 것을 방지하기 위하여 모재와 동일한 소재의 추가 재료를 공급한다. When the friction stir welding is performed, it is general that the thickness of the friction stir welding portion becomes smaller than the thickness of the base material to be welded. This is because the material of the joint portion (both ends in the present invention) is generated due to the mass flow of the friction stir welding tip (t) causing the plastic flow of the material through high-speed rotation and movement under pressure. Therefore, in the present invention, an additional material of the same material as the base material is supplied in order to prevent a step in the thickness of the joined part due to the friction stir welding.
즉, 마찰교반접합시 원통형 몸체(원통형 피스와 원통형 서브피스 포함)와 반구형 엔드커버(캡과 돔 코어패널 포함)의 양단부는 마찰교반접합 후 양단부의 두께가 모재와 동일 두께가 되도록 양단부가 일정 두께의 덧살(130)을 보강할 수 있다(도 7 참조).That is, both ends of a cylindrical body (including a cylindrical piece and a cylindrical sub-piece) and a hemispherical end cover (including a cap and a dome core panel) are joined by friction stir welding to each other so that both end portions have the same thickness as the base material, (See FIG. 7).
또 다른 실시예로는 양단부 사이에는 마찰교반접합 후 양단부의 두께가 모재와 동일 두께가 되도록 양단부 사이에 단면이 대략 "I"자 형상을 가지면서 길이방향으로 연장되거나 또는 링 형상을 가지는 덧살 피스(140)를 위치시킬 수 있다(도 8 참조).In another embodiment, between the opposite ends, after the friction stir welding, the end pieces are formed so as to have the same thickness as the base material, and the end pieces have a substantially "I" 140) (see FIG. 8).
또 다른 실시예로는 마찰교반접합을 위해 맞대어진 양단부 외측에 단면이 대략 "―"자 형상을 가지면서 길이방향으로 연장되거나 또는 링 형상을 가지는 또 다른 덧살 피스(150)를 위치시킬 수 있다(도 9 참조). 여기서 또 다른 덧살 피스(150)는 마찰교반접합 팁(t) 삽입 이전에 아크용접을 이용해 가접된다. 이러한 덧살(130)과, 덧살 피스(140, 150)를 통해서 본 발명에서 마찰교반접합 후에도 두께의 단이 발생하지 않는 균일한 두께의 접합을 달성할 수 있다.In another embodiment, it is possible to position another
전술한 바와 같은 본 발명의 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크의 제조방법에 따르면, 원통형 몸체(110)를 형성하는 원통형 피스(116)들, 및 원통형 몸체(110)와 엔드커버(120)가 마찰교반접합에 의해 접합되기 때문에 접합부위에 대한 내부식성 향상을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 접합부위에 대한 결함 발생을 낮출 수 있어 제조되는 탱크(100)의 신뢰성을 높일 수 있게 한다.According to the manufacturing method of the fuel tank for a projectile using the friction stir joining of the present invention as described above, the
상기와 같은 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크 및 이의 제조방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
The fuel tank for a projectile using the friction stir joining and the method of manufacturing the fuel tank for the projectile are not limited to the configuration and the operation manner of the embodiments described above. The embodiments may be configured so that all or some of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made.
100 : 발사체용 연료탱크 110 : 원통형 몸체
116 : 원통형 피스 120 : 엔드커버100: fuel tank for launch vehicle 110: cylindrical body
116: Cylindrical piece 120: End cover
Claims (14)
상기 원통형 몸체와 상기 반구형 엔드커버를 마찰교반접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크의 제조방법.
Fabricating a cylindrical body having a first length L and a diameter D and a hemispherical end cover corresponding to an upper end and a lower end of the cylindrical body, respectively; And
And joining the cylindrical body and the hemispherical end cover to each other by friction stir welding.
상기 원통형 몸체는 제1길이 L보다 짧은 하나 이상의 제2길이 ℓn을 갖는, 지름 D인 하나 이상의 원통형 피스를 원주방향으로 마찰교반접합하는 단계를 통해 최종적으로 제1길이 L을 갖는 상기 원통형 몸체를 제작하는 것을 특징으로 하는 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크의 제조방법.
The method according to claim 1,
The cylindrical body is friction stir welded with at least one cylindrical piece having a diameter D, having at least one second length ln shorter than the first length L, to finally produce the cylindrical body having the first length L Wherein the friction stir welding is performed by using the friction stir welding.
상기 원통형 피스는 제1길이 L 보다 짧은 제2길이의 ℓn과 원주 길이 (D x π)를 갖는 금속소재의 양단부를 원통형으로 밴딩한 후, 상기 양단부를 마찰교반접합하는 단계를 통해 제2길이 ℓn을 갖는 상기 원통형 피스들을 제작하는 것을 특징으로 하는 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크의 제조방법.
The method of claim 2,
The cylindrical piece is formed by bending cylindrical end portions of a metal material having a length ℓn and a circumferential length (D x π) of a second length shorter than the first length L and then subjecting the both end portions to a friction stir welding process, Wherein the cylindrical pieces are manufactured by using the friction stir welding method.
상기 원통형 피스는 반경 D/2를 가지고 제2길이 ℓn을 갖는 두 개 이상의 원통형 서브피스의 길이방향의 양단부를 마찰교반접합하는 단계를 통해 제2길이 ℓn을 갖는 상기 원통형 피스들을 제작하는 것을 특징으로 하는 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크의 제조방법.
The method of claim 2,
Characterized in that the cylindrical piece is made by friction stir welding both longitudinal ends of two or more cylindrical sub-pieces having a second length ln with a radius D / 2 to form the cylindrical pieces having a second length ln Wherein the friction stir welding is carried out by using the friction stir welding.
상기 마찰교반접합하는 단계는, 마찰교반접합용 툴을 소재에 관통시킨 후, 400~1000rpm의 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 회전시킴과 동시에 50~300mm/min 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 이동시키면서 접합작업을 실시하는 것을 특징으로 하는 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크의 제조방법.
The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the friction stir welding step comprises rotating the friction stir welding tool at a speed of 400 to 1000 rpm after penetrating the friction stir welding tool through the work and simultaneously rotating the tool with the friction stir welding tool at a speed of 50 to 300 mm / Wherein the joining operation is performed while moving the joining member.
상기 마찰교반접합하는 단계는, 500~700rpm의 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 회전시킴과 동시에 50~80㎜/min 속도로 상기 마찰교반접합용 툴을 이동시키면서 접합작업을 실시하는 것을 특징으로 하는 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크의 제조방법.
The method of claim 5,
Wherein the friction stir welding step is performed by rotating the friction stir welding tool at a speed of 500 to 700 rpm while moving the friction stir welding tool at a speed of 50 to 80 mm / Wherein the friction stir welding is carried out by using the friction stir welding.
상기 반구형 엔드커버는,
캡과 돔 코어패널로 구성된 것을 특징으로 하는 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크의 제조방법.
The method according to any one of claims 1, 2, 3, 4 and 6,
The hemispherical end cover
And a dome core panel. The method of manufacturing a fuel tank for a projectile using friction stir joining according to claim 1,
상기 반구형 엔드커버는
원판형상의 금속판을 스피닝 가공을 통해 돔 형상으로 성형하는 것을 특징으로 하는 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크의 제조방법.
The method according to any one of claims 1, 2, 3, 4 and 6,
The hemispherical end cover
A method of manufacturing a fuel tank for a projectile using a friction stir joining, wherein a disk-shaped metal plate is formed into a dome shape through spinning.
상기 원통형 몸체와 상기 반구형 엔드커버는 하나 이상의 알루미늄 소재를 사용함을 특징으로 하는 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the cylindrical body and the hemispherical end cover use at least one aluminum material. ≪ RTI ID = 0.0 > 15. < / RTI >
상기 돔 코어패널은 스피닝 가공을 통해 제작되는 것을 특징으로 하는 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크의 제조방법.
The method of claim 7,
Wherein the dome core panel is manufactured through a spinning process. ≪ RTI ID = 0.0 > 15. < / RTI >
상기 돔 코어패널은 하나 이상의 돔 코어패널 피스를 구의 정점방향으로 마찰교반접합하는 단계를 통해 제작하는 것을 특징으로 하는 마찰교반접합을 이용한 발사체용 연료탱크의 제조방법.
The method of claim 7,
Wherein the dome core panel is fabricated through friction stir welding of at least one dome core panel piece in the vertex direction of the sphere.
상기 양단부는 마찰교반접합 후 상기 양단부의 두께가 모재와 동일 두께가 되도록 상기 양단부가 일정 두께의 덧살이 보강된 것을 특징으로 하는 발사체용 연료탱크의 제조방법.
The method according to claim 5 or 6,
Wherein both end portions are reinforced with a certain thickness of the both end portions so that the thickness of the both end portions becomes the same as the thickness of the base material after the friction stir welding.
상기 양단부 사이에는 마찰교반접합 후 상기 양단부의 두께가 모재와 동일 두께가 되도록 상기 양단부 사이에 덧살 피스를 위치시키는 것을 특징으로 하는 발사체용 연료탱크의 제조방법.
The method according to claim 5 or 6,
Wherein the covering member is positioned between the both ends so that the thickness of the both end portions becomes equal to the thickness of the base material after the friction stir welding.
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|---|---|---|---|---|
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2013
- 2013-10-24 KR KR20130126873A patent/KR20150003078A/en not_active Ceased
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20141023 Patent event code: PE09021S01D |
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Patent event date: 20150514 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20141023 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |