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KR920004269B1 - 알루미늄 구동축 용접방법 - Google Patents

알루미늄 구동축 용접방법 Download PDF

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KR920004269B1
KR920004269B1 KR1019840006610A KR840006610A KR920004269B1 KR 920004269 B1 KR920004269 B1 KR 920004269B1 KR 1019840006610 A KR1019840006610 A KR 1019840006610A KR 840006610 A KR840006610 A KR 840006610A KR 920004269 B1 KR920004269 B1 KR 920004269B1
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Abstract

내용 없음.

Description

알루미늄 구동축 용접방법
제 1 도는 본 발명 방법에 따른 용접방법을 적용한 두개의 알루미늄 구동축들을 일부 절개한 단면도.
제 2 도는 용접공정이 완료된 후 두개의 구동축을 도시한 제 1 도와 유사한 단면도이다.
본 발명은 대체로 알루미늄 공작물, 특히 불활성 가스차폐를 이용하여 알루미늄 구동축들을 함께 아-크 용접하는 방법에 관한 것이다.
알루미늄과 알루미늄 합금 분야에서, 불활성 가스 차폐 아-크 용접의 실시는 일반적인 것이다. 그러한 용접에는 전형적으로, 소모성 또는 비-소모성 용접 전극의 이용을 포함하고, 전통적으로 그 조작이 자동 또는 반자동으로 되어진다. 거기에 국한되는 것은 아니지만, 본 발명은 소모성 전극을 사용하는 용접예에서 특별한 응용을 가지고 있다. 즉, 소모성 전극을 구성하는 필러선(filler wire)이 용접건(gun)에 자동적으로 이송되게하는 것이다. 용접건의 방아쇠를 작동시키면, 필러선이 아르곤, 헬륨 혹은 이것들의 혼합물과 같은 불활성 가스의 가스체(gas 體)(envelop)내의 용접 아크에 이송된다. 용접건은 필러선 전극의 포인트가 용접되어질 이음매를 따르도록 이동한다.
자동차에서 알루미늄과 알루미늄 합금의 이용은 점차 일반화되어 가고 있다. 이와 같은 일반화는 주로 알루미늄 부품들이 비교 가능한 강철 부분품들보다 훨씬 가벼운 무게로 제작될 수 있으며 강도나 내구성면에서도 전혀 손색없다는 사실에 기인한다. 예컨데, 알루미늄 구동축은 전형적으로 통상의 강철구동축에 비하여 3분의 1이하의 무게이다. 또한, 알루미늄 부품들은 부식이나 이와 유사한 것에 의한 파손이 적다. 그러나, 통상적인 용접방법으로써, 이러한 알루미늄 구동축을 확실하게 접합(용접)하기가 매우 어렵다.
브라이트(Bright)등의 미국특허 번호 제 1,291,388호는 개선된 축접합방법을 공개하고 있다. 축은 원통형의 경사진 어깨부와 수개의 축방향 홈이 형성되고, 그 어깨부는 축방향 홈들의 내측단부에 배치되어 있다. 관형축은 축상에 끼워지고, 키(key)와 홈 결합을 제공하도록 홈들내에 스웨지(swage)된다. 접합을 더욱 견고하고 강화시키기 위해서, 관형축의 단부를 축의 경사진 어깨부 상에 용접한다.
듀프렌(Dufrene)등의 미국특허 번호 제 3,791,026호는 스테인레스스틸관에 니오븀관을 접합하는 방법을 공개하고 있다. 이 방법은 그 사이에 예정된 방사상의 환형 간극을 유지하면서 강관의 단부내에 니오븀관의 단부를 끼워맞추는 것이다. 이 강관은 말단부에 저장부를 헝성하기 위한 외부의 기계 가공된 플랜지가 공급되어 있다. 그 저장부에 적절한 납땜 화합물을 채우고, 진공상태에 놓고 고온으로 가열한다. 납땜 화합물이 간극에 침투했을때 처리를 중단하고 플랜지를 흘러나온 납땜 화합물과 함께 제거한다.
버틀러(Butler)의 미국특허 번호 제 3,078,818호는 나선형의 밀봉 금속관의 제작에서 캠버스트립(camberstrip)의 영향을 보정하는 방법을 공개하고 있다. 그 캠버스트립은 길이방향으로 진행하여 나선을 형성하며, 단부들은 나선형의 이음매가 형성되도록 점진적으로 용접되어간다. 캠버스트립의 후단부에는 경사진 어깨부가 제공되고, 그 반대편에는 납작한 단부 가장자리면이 제공된다. 캠버스트립이 일부 완성된 관을 향하여 길이방향으로 진행할때, 캠버스트립의 나선각은 캠버스트립의 최기(가장 가까운)단부가 교점에서 경사 어깨부와 맞물리게 되도록 캠버스트립의 캠버에 요구되어지는 만큼 조정되어진다.
벨즈(Belz)등의 미국특허 번호 제 2,852,659호와 노크로스(Norcross)등의 미국특허 번호 제 3,059,093호는 불활성 가스로 용접구역의 분위기를 차단하게하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금재료에 대한 용접공정 및 전극을 공개하고 있다. 이와 관련된 용접공정은 스웬손(Swenson)의 미국특허 번호 제 2,291,420호에도 공개되어 있다.
본 발명은 한쌍의 알루미늄 구동축을 용접하는 방법이다. 제 1구동축은 내부직경을 가지며 납작한 방사상 연장 단부면을 가진 중공 원통형 단부가 형성되어 있다. 제 2구동축은 납작한 방사상 연장 어깨부로부터 축으로 연장된 원통형 단부가 형성되어 있다. 제 2구동축의 단부의 외부직경은 제 1구동축의 원통형 단부의 내측 직경과 거의 동일하다. 제 1구동축의 원통형 단부는 제 2부분품의 원통형 단부의 일부의 주위에 육안으로 보이지 않도록 결합 배치시켜 제 1구동축의 단부와 제 2구동축의 어깨부 사이에, 제 2구동축과의 사이에 길이방향으로 연장된 환형 간극을 형성하는 예정된 거리가 유지되도록 한다. 제1, 제 2구동축을 용접하기 위한 간격내에는 용접 화합물이 공급된다. 용접공정중 그 간격 주위에는 불활성 가스의 가스체가 공급될 수 있다.
본 발명의 제 1목적은 알루미늄 구동축들을 용접하기 위한 개량된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2목적은 알루미늄 구동축들의 불활성 가스 차폐 아-크 용접방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 첨부도면을 참조하여 이하에 기술한 상세한 설명으로부터 당해 기술분야에서 숙련된 자들에게 명백할 것이다.
첨부한 도면들을 참조하면, 제 1 도 및 제 2 도에는 한쌍의 알루미늄 구동축(10) 및 (12)가 길이방향으로 용접되도록 도시되어 있다. 제 1구동축(10)은 전형적인 관형 구동축이며 단부(14)는 중공(hollow) 원통형이며 방사상으로 연장된 납작한 단부면이 형성되어 있다. 단부(14)는 예정된 벽두께(W)와 내부직경을 한정하는 내부면(18)으로 되어 있다.
제 2구동축(12)은 통상적인 유니버살 조인트에 사용하기 위해 채택된 전형적인 알루미늄 요크이다. 제 2구동축(12)은 방사상으로 연장된 납작한 어깨부(22)로부터 축방향으로 연장된 원통형 단부(20)를 포함한다. 제 2구동축의 원통형 단부(20)에는 외부직경을 한정하는 외부면(24)이 있다. 제 2구동축(12)의 단부(20)의 외경은 제 1구동축의 단부(14)의 내경과 거의 동일하여 제 1구동축(10)의 단부(14)가 도면에 도시된 바와 같이, 제 2구동축(12)의 단부(20)에 관하여 육안으로 보이지 않게 위치되도록 할 경우(즉 끼워지는 상태)에는 제 1구동축과 제 2구동축은 상호 프레스 끼워맞춤(press fit)관계가 된다.
용접공정을 시작하기전에, 제 1구동축(10)의 원통형 단부(14)는 제 2구동축(12)의 단부(20)의 주위에 육안으로 보이지 않게 위치하도록 하여 제 1구동축(10)의 단부면(16)과 제 2구동축(12)의 어깨부(22)사이에 예정된 사이 거리(D)를 유지시킨다. 따라서, 사이 거리(D)는 접합부의 외부에 노출되는 제 2구동축(12)의 원통형 단부(20)상의 예정된 길이를 나타낸다.
따라서, 제1 및 제 2구동축간에는 길이방향으로 연장된 환형 틈새가 형성된다.
제1 및 제 2 구동축(10 및 12)사이에는 알루미늄의 열특성 및 강철과는 반대로 알루미늄 구동축(10)에서의 질량손실이 수반되기 때문에 간격을 유지하는 것이 필요하다. 구동축에 사용된 금속 즉, 강철에 비교할때 알루미늄은 상대적으로 높은 열전도율과 상대적으로 저융점을 갖는다. 그리하여 제1 및 제 2구동축(10 및 12)이 강철로 형성될 경우, 사이거리(D)는 제 1구동축(10)의 단부면(16)은 제 2구동축(12)의 어깨부(22)에 접할 정도로 사이 거리가 제로(0)로 감소될 수 있다. 강철은 열전도율이 상대적으로 낮고 그것이 성형 가능한 가소성 상태의 온도범위가 상대적으로 폭넓기 때문에(용접되어질) 강철 부품들 사이에 틈새가 충분히 깊지 않아도 용접물이 충분히 깊게 침투하여 용접되어진다.
그러나, 제1 및 제 2부분품(구동축)(10 및 12)이 알루미늄일 경우에는 부품들 간격이 제공되지 않으면 용접물이 약 16분의 1인치 이상은 침투되지 않는다는 것이 밝혀졌다. 간격의 제공없이, 용접물이 알루미늄 부품(구동축)(10 및 12)들 사이에 더 깊게 침투되도록 시도할 경우, 용접과정에서 발생된 높은 온도가 구동축(10)의 용접부 주변의 외부영역을 완전히 녹여서 파괴하게 된다. 결과적으로, 제 1구동축(10)의 벽두께(W)가 16분의 1인치 이상일경우에는, 구동축들이 확고히 용접되게 하기 위해서는 제1 및 제 2구동축(10 및 12)사이에 상기 설명한 간격을 제공하는 것이 필요하다.
제 1구동축(10)의 벽두께(W)가 1/16인치에서 1/4인치 범위내의 경우, 양호한 용접을 하기 위해서는 사이거리(D)를 1/8인치로 제공해야 한다는 결론을 얻었다. 전형적으로, 관형 알루미늄 구동축 부분품(10)의 벽두께(W)는 약 8분의 1인치이다. 이러한 경우, 사이거리(D)는 벽두께(W)와 동일하게 할 수도 있다. 제 1구동축(10)의 벽두께(W)가 4분의 1인치 이상일때는 사이거리(D)를 약간 증가시키는 것이 바람직하다.
필요한 간격이 이루어졌으면, 용접영역을 대기로부터 차폐하기 위해 통상적인 수단(도면에는 불표시)으로서 그 간격 주변영역에 가스 분위기를 공급할 수 있다. 이 가스 분위기는 아르곤, 헬륨, 혹은 이들의 혼합기체와 같은 불활성 가스로 할 수 있다. 가스 차폐가 제공된 후, 그 간격(사이거리 D)에는 통상의 아-크 용접기(도면에는 불표시)로부터 나오는 용접 화합물(26)이 채워진다. 용접 화합물(26)은 전형적으로, 그 용접 화합물(26)은 아-크 용접기에 관하여 제1 및 제 2구동축 부분품(10)과 (12)을 각각 회전시킴으로써 가하여 용접 화합물(26)이 간격(사이거리)에 주입되도록 한다. 용접 화합물(26)은 단부면(16)의 영역, 외측면(24)의 노출 부분 및 어깨(22)를 용해하여 견고한 용접이 되게 한다. 재1 및 제 2구동축 부분품(10)과 (12)를 각기 두번 충분히 회전시키되 각 회전중에 간격의 한쪽반씩을 용접 화합물(26)이 채워지도록 하는 것이 바람직하다는 결론을 얻었다. 이것은 용접기구의 자화(磁化)로부터 초래되는 용접과정중의 해로운 영향을 줄수도 있는 용접 전류의 크기를 감소하기 위한 것이다.
특허법의 규정에 따라, 선택된 실시예로써 본 발명의 조작원리 및 형태를 설명하고 예시하였으나, 본 발명은 특별히 설명되고 예시된 것외의 것들도 본 발명의 취지나 범위를 벗어나지 않고 실시할 수 있다.

Claims (5)

  1. 제1 및 제 2알루미늄 구동축 부분품을 용접하는 방법에 있어서, a) 제 1부분품의 단부는 내부직경을 형성하며, 반경방향으로 연장되는 납작한 면을 가지는 중공형으로 하고 ; b) 제 2부분품의 단부는 반경방향으로 연장된 납작한 면을 가지는 어깨부로부터 축방향으로 연장된 원통형 단부를 형성하되 그 외부직경이 제 1부분품의 원통형 단부의 내부직경과 거의 동일하게 형성하고 ; c) 제 1부분품의 원통형 단부내에 제 2부분품의 원통형 단부를 육안으로 보이지 않게 (끼워서)설치하되 제 1부분품의 단부면과 제 2부분품의 어깨부 사이에 길이방향의 환형 틈새가 형성되게하여 미리 예정된 거리가 유지되게 하고 ; d) 이 틈새 부분에 불활성 가스 차폐를 제공하고 ; e) 제1 및 제 2부분품들을 용접하기 위한 용접 화합물을 그 틈새에 충진하는 단계로 구성되는 알루미늄 구동축 용접방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 단계 c)에 제 1부분품의 원통형 단부내에 제 2부분품의 원통형 단부를 프레스 끼워 맞춤(press fit)방식으로 육안으로 보이지 않도록 배치시키는 단계를 포함하는 알루미늄 구동축 용접방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 단계 e)에 부분품들을 아-크 용접기에 관하여 완전히 두번 회전시키되, 그 간격의 반을 각 회전시마다 간격(부분품 사이거리)의 반을 용접 화합물로 채우는 단계를 포함하는 알루미늄 구동축 용접방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1부분품이 예정된 벽두께를 가지며 제 1부분품의 원통형 단부와 제 2부분품의 원통형 단부사이의 예정된 거리가 제 1부분품의 벽두께와 동일하게 하는 알루미늄 구동축 용접방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 그 예정된 벽두께가 1/16인치 내지 1/4인치 범위이내인 알루미늄 구동축 용접방법.
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