KR100277607B1 - 스폿트 용접시 흔적 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가압용접(Welding With Pressure) 방법의 일종인 스폿트 용접(Spot Welding)시 용접된 부분에 생기는 흔적을 제거하기 위한 스폿트 용접시 흔적 제거장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 평판형의 기준판과, 상기 기준판 상측에 높이조절이 가능하게 복수개의 볼트를 통하여 체결되는 소재받침판과, 상기 기준판과 소재받침판 사이에 탄설되는 쿠션재로 구성되는 지그(Jig)형태의 흔적 제거장치로서 상기 소재받침판의 상하측에 각각 가동전극과 고정전극을 위치시킨 상태에서 소재받침판 상단에 용접할 소재를 겹쳐지게 올려놓고, 상기 가동전극을 고정전극 쪽으로 이동시키면 소재가 가압되면서 소재의 가압부 주위가 구멍이 있는 소재받침판 하단으로 탄성굽힘 변형되거나, 또는 소재의 변형이 경미한 상태에서 쿠션재가 압축되고, 용접진행과 더불어 가열된 소재가 유연하게 될 때 쿠션재의 탄성 복원력에 의해서 소재가 탄성굽힘 변형을 하게 된다.

용접이 완료되면 탄성변형 되었던 소재는 다시 원래의 형상으로 복귀하며 탄성변형시의 고정전극부 방향에는 함몰흔적이 거의 발생하지 않는다.

Description

스폿트 용접시 흔적 제거장치

본 발명은 가압용접(Welding With Pressure) 방법의 일종인 스폿트 용접(Spot Welding)시 가동전극의 가압력에 의하여 발생하는 용접부분의 흔적을 제거하기 위한 장치에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 가동전극의 가압력에 의해 완만하게 곡선형태로 탄성변형된 소재에 대하여 용접을 수행하므로서 볼록하게 변형된 부위의 함몰흔적이 최소화 내지는 억제되도록 한 스폿트 용접시 흔적 제거장치에 관한 것이다.

일반적으로 압접 또는 가압용접(Welding With Pressure)이라 불리는 용접방법은 소재에 기계적인 압력을 가하여 접합하는 용접방법의 총칭으로서, 여기에는 스폿트 용접과 시임(Seam) 용접 및 프로젝션 용접 등의 전기 저항용접과, 플래시 용접이나 마찰 용접과 같이 강력한 가압작업을 수반하는 용접과, 초음파를 이용한 고상용접인 초음파 용접과, 화약의 폭발력을 이용하는 폭발 용접 및, 가열된 금속을 타격 또는 가압하여 접합하는 단접 등의 여러 가지 방법이 있다.

이중, 스폿트 용접은 도 1과 같이 소재(100)인 2개의 금속판을 겹쳐서 변압기(110)와 전기적으로 연결된 상하의 가동전극(50) 및 고정전극(60) 사이에 끼우고, 상기 가동전극을 고정전극 쪽으로 이동시켜 소재에 압력을 가하면서 대전류가 흐르게 하여 양 소재의 접촉점이 상호 용착되게 하는 방법이다.

또한, 스폿트 용접에 사용하는 용접기(Spot Welding Machine)는 스폿트 용접에 필요한 전기적 에너지를 전자적 또는 정전기적으로 저장하고 있다가 이것을 급격히 방출하여 용접하는 용접기로서, 가압방식에 의한 분류로는 레버 가압형과 직상 가압형이 있고, 전원방식 또는 전류의 파형에 의한 분류로는 단상 교류식과 3상식 및 축열식 등이 있다.

그런데, 이와 같은 스폿트 용접은 소재를 국부적으로 접합하여 소기의 목적을 달성할수 있다는 장점 외에 용접후에는 소재의 용접전극이 닿는 부분에 오목한 함몰흔적이 발생한다는 단점이 있다.

이와 같은 함몰흔적을 제거하기 위해 이제까지는 주로 용접후 함몰된 주위에 연삭(Granding) 등의 후가공을 실시하였는 바, 이는 흔적제거를 위해 또다른 흔적을 야기시키는 결과만을 초래하였다.

즉, 연삭작업 만으로는 함몰흔적을 완전히 제거할수 없고, 소재의 표면에 새로운 연삭자국을 남기게 되어 품질불량 및 미관을 해치는 결점이 있으며, 불필요한 연삭공정의 추가로 인해 원가상승과 생산성 저하를 초래하는 문제점이 있었다.

또한, 상기한 연삭작업 외에 또다른 선행기술로는 한국 특허 공개번호 제 95-23477호의 "스폿트 용접장치"가 있다.

이 스폿트 용접장치는 스폿트 자국이 발생하는 가공물의 용접부분과 그 주위 부분에 보조평면을 대어 동일평면이 유지되게 하므로서 스폿트 용접에 따른 함몰을 피하기 위한 것으로, 용접시의 작업조건을 조절하기 위하여 용접전극의 이동속도 및 지지압력을 제어하는 (상부)전극 지지용의 승강기구와 (하부)후방(전극) 지지바 지지용 승강기구를 구성한 것이다.

그러나, 이 장치는 압력 및 속도조절을 위하여 부가적인 전기 제어장치가 필요하므로 실질적인 효과를 기대하기 어렵고, 장치가 비대한 관계로 비경제적인 단점이 있었다.

또한, 한국 실용신안 공개번호 제 86-013092호의 "용접자국 방지용 저항용접 극"은 전극에 돌출부를 형성하고, 이 돌출부의 둘레면에 전류의 경로를 차단하기 위한 절연체의 링과 가압력을 분산시키기 위한 강제링을 부착하여 용접자국이 발생하지 않도록 한 것이다.

그러나, 이것은 전극만을 부분적으로 개선한 것에 지나지 않으며, 소재의 재질변화에도 유연하게 대처할수 없다는 단점이 있다.

한국 실용신안 공개번호 제 94-005235호에 게재된 "지하철 전동차의 개폐문 용접구조"는 지하철 전동차의 개폐문을 구성하는 프레임과 철판의 전기저항 스폿트 용접시 발생하는 흔적을 제거하기 위한 것으로, 프레임에 일정한 간격으로 미리 돌기를 형성하여 용접시 이 돌기가 용융되게 하므로서 외관상 함몰흔적이 남지 않도록 한 것이다.

또한, 한국 특허 공개번호 제 97-069221호의 "무흔 스폿트 용접 방법과 이를 구현하는 장치"는 자동차 제조시 본네트, 트렁크 뚜껑 등을 결합하기 위한 용접 방법에 관한 것으로, 결합력을 증대시키기 위하여 헬륨(He) 내지 아르곤(Ar)가스를 불어 넣으면서 레이저 용접을 실시하여 흔적이 발생하지 않도록 한 것이다.

그러나, 이것은 전기저항 용접방식이 아니며, 장치가 복잡하고 비대한 관계로 종래의 스폿트 용접 장치에 간단히 취부하여 사용할수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 기술적인 과제는 스폿트 용접시 연삭 등의 후가공을 하지 않고서도 용접부가 오목하게 함몰되는 흔적을 최소화 내지는 억제할수 있는 흔적 제거장치를 제공함에 있다.

도 1은 스폿트 용접기의 개략도

도 2는 본 발명의 실시예를 나타낸 사시도

도 3는 본 발명의 실시예를 나타낸 정단면도

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동작상태를 나타낸 정단면도

도 5는 본 발명의 또다른 실시예의 동작상태를 나타낸 정단면도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 기준판 11 : 구멍

20 : 볼트 21 : 나사부

22 : 머리부 30 : 소재받침판

31 : 구멍 32 : 만곡부

40 : 쿠션재 41 : 스프링

50 : 가동전극 60 : 고정전극

100 : 소재

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 종래의 전기저항 스폿트 용접기에 간단히 부착하여 사용할수 있는 지그(Jig)형태의 장치로서 가동 또는 고정전극이 장착되는 구멍을 구비하는 평판형의 기준판과, 상기 기준판에 회전 가능토록 삽입되며 나사부가 모두 같은 방향에 위치하는 복수개의 볼트와, 상기 나사부에 체결되어 높이조절이 가능하게 설치되며 고정 또는 가동전극이 삽입되는 구멍을 구비하는 소재받침판 및, 상기 기준판과 소재받침판 사이에 탄설되어 소재받침판에 가해지는 외력에 의해 압축 또는 팽창하는 쿠션재로 구성된다.

설치시에는 용접할 소재의 탄성력(두께, 재질, 탄성계수 등)을 감안하여 고정 및 가동전극이 각각 소재의 상측과 하측, 또는 이와 반대방향에 위치하도록 기존의 스폿트 용접기에 취부하여 고정시킨다.

용접시에는 소재받침판 상단에 소재를 겹쳐서 올려 놓고, 가동전극을 고정전극 쪽으로 이동시키면서 소재를 스폿트 용접하면 된다.

이때, 탄성변형이 용이한 소재일 경우에는 소재받침판의 구멍 상단에 위치한 용접부가 가동전극의 압력을 받아 완만한 곡선형태로 탄성변형을 일으켜 하향 절곡되면서 고정전극과 접촉하여 용접되고, 용접이 완료되어 가동전극이 원위치로 복귀함과 동시 자체의 탄성력에 의해 절곡되었던 용접부위가 원위치로 복귀한다.

또한, 상온에서 탄성변형이 용이하지 않은 소재일 경우에는 소재에 가해지는 가동전극의 압력에 의해 쿠션재가 압축되면서 볼트와 소재받침판 및 소재가 동시에 하강하여 상기 소재가 고정전극과 접촉하므로서 용접이 시작되고, 소재가 충분히 가열되면 유연해짐과 동시에 압축된 쿠션재의 탄성 복원력에 의하여 완만한 곡선형태로 용접점을 중심으로 하여 굽힘변형이 발생된다.

용접 진행시간이 계속됨에 따라 용접열이 증가하며, 이때 소재 굽힘변형의 크기는 쿠션의 복원되는 크기 증가와 더불어 커진다.

이하에서 본 발명을 첨부된 실시예의 도면에 의거 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예를 나타낸 정단면도이다.

도시한 바와 같이 본 발명은 장치 전체를 지지하며 가동 또는 고정전극(50,60)이 장착되는 구멍(11)을 구비하는 평판형의 기준판(10)과;

상기 기준판에 회전 가능하게 삽입되며 나사부(21)가 모두 같은 방향에 위치하는 복수개의 높이조절용 볼트(20)와;

상기 나사부에 체결되어 높이조절이 가능하게 설치되며 가동 또는 고정전극이 삽입되는 구멍(31)을 구비하는 소재받침판(30) 및;

상기 기준판과 소재받침판 사이에 탄설되어 소재받침판에 가해지는 외압에 의해 길이방향으로 압축 또는 팽창하는 쿠션재(40); 로 구성된다.

기준판(10)은 평판형으로 된 2개의 금속판이 겹쳐진 것으로서 장치 전체를 지지하는 베이스플레이트 역할을 하고, 중앙에는 가동 또는 고정전극(50,60)이 삽입되는 구멍(11)이 일체로 형성되며, 이 구멍은 가동 및 고정전극과 이들 전극을 고정시키기 위한 홀더 등을 수용하기에 충분한 크기를 갖는다.

복수개의 높이조절용 볼트(20)는 모두 같은 크기의 볼트로서 기준판의 저면으로 부터 회전 및 상하작동이 가능하게 끼워지고, 나사부(21)와 머리부(22)가 각각 기준판(10)의 상하부에 위치한다.

소재받침판(30)은 볼트의 나사부에 나사 결합되어 기준판(10)과 수평을 이루며, 상기 볼트의 회전에 의해 높이조절이 가능하게 설치된다.

상기 소재받침판의 중앙에는 가동 또는 고정전극(50,60)이 삽입되는 구멍(31)이 일체로 형성되고, 이 구멍은 가동 및 고정전극과 이들 전극을 고정시키기 위한 홀더 등을 수용하기에 충분한 크기로 형성되며, 이 구멍(31)의 상단에는 외측으로 확장되는 둥근형태의 만곡부(32)가 일체로 형성된다.

상기 소재받침판은 일부 또는 전부가 절연처리되어 그 상단에 놓여지는 소재(100)와 전기적으로 차단된다.

쿠션재(40)는 기준판과 소재받침판 사이의 볼트(20)에 끼워져 상기 소재받침판을 탄력적으로 지지해 주게 되며, 소재받침판에 가해지는 외압에 의해 길이방향으로 압축 또는 팽창하면서 소재받침판을 승하강시킨다.

상기 쿠션재(40)가 도면에서는 스프링(41)으로 표시되었지만, 이 외에도 고무나 우레탄 등을 사용할수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 용접작업을 실시하기 전에 본 발명의 장치를 스폿트 용접기에 취부하여 고정시킨다.

즉, 기준판(10)을 스폿트 용접기에 마련된 전극(50,60)의 고정축이나 이동축에 고정시켜 가동전극(50)이 소재받침판(30)의 상측에 위치하고, 고정전극(60)이 홀더 등을 통하여 기준판(10)에 고정되도록 하면 된다.

이때, 소재(100)의 형상, 두께, 재질, 탄성계수 등에 따라서 상기 가동 및 고정전극의 위치가 반대일수도 있으나, 도면에서는 가동 및 고정전극이 소재받침판을 사이에 두고 그 상하측에 설치된 것을 나타내고 있다.

장치가 고정되면 소재받침판(30)의 상단에 용접할 소재(100)를 겹쳐지게 올려 놓고, 용접을 시작하면 된다.

용접작업이 시작되면, 소재의 종류에 따라 작동상태가 달라진다.

즉, 소재의 탄성변형이 용이한 경우에는 도 4와 같이 가동전극이 소재(100)와 접촉하는 순간부터 가압력을 받게 되어 소재받침판(30)의 만곡부(32) 및 구멍(31) 상단에 위치한 용접부가 완만한 곡선형태로 탄성변형을 일으키면서 하향 절곡되고, 이어서 상기 소재가 고정전극과 접촉하는 순간 부터 방전이 이루어져 용접이 시작된다.

이 탄성 굽힘변형된 상태에서 용접이 종료되고, 가동전극이 원위치로 복귀하면 소재는 탄성변형으로 부터 원래의 형태로 복원되며, 볼록부위에서의 용접점의 함몰흔적은 찾아볼수 없게 된다.

이는 탄성 볼록변형하에서 용접이 수행되었기 때문이다.

또한, 상온에서 탄성변형이 용이하지 않을 경우에는 도 5와 같이 상기 소재에 가해지는 가동전극의 압력이 소재받침판(30)을 통하여 쿠션재(40)에 작용하므로 쿠션재가 압축됨과 동시 볼트(20)와 소재받침판 및 소재가 동시에 하강하여 상기 소재의 하단부가 고정전극과 접촉하는 순간 부터 방전이 이루어져 용접이 진행된다.

이때, 용접중에는 용착부와 그 주위가 가열되어 부드러워 지므로 압축되었던 쿠션재(40)의 탄성 복원력에 기인하여 용착부 주위에 완만한 곡선형태의 탄성변형이 발생한다.

용접열의 상승과 더불어 변형의 크기는 증가하되 굽힘변형의 최대 수직 이동거리는 "H" 보다 작거나 같은 상태에서 용접이 종료된다(도 3 및 도 4참조).

용접이 완료된 후 가동전극이 상승하면 가압력이 해제됨과 동시 볼트와 소재받침판 및 소재가 동시에 상승하여 원위치로 복귀하고, 굽힘변형 되었던 용접부는 원형태로 복귀하며, 소재의 변형시 볼록부의 용접점에서는 함몰흔적을 찾기 어렵다.

이는 탄성 볼록변형된 상태에서 용접이 수행되었기 때문이며, 탄성변형이 용이한 경우와 마찬가지이다.

상기와 같이 본 발명은 소재의 종류와 탄성력에 따라 만곡부가 구비된 구멍 또는 쿠션재를 이용하여 용접시 소재의 표면에 발생하는 함몰흔적을 최소화 내지는 억제할수 있게 된다.

또한, 상기한 설명 외에도 볼트(20)의 회전을 통하여 소재와 고정전극(60) 사이의 거리인 "H"의 간격을 조절할수 있어 보다 다양한 종류의 소재에 얼마든지 대응할수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 종래의 전기저항 스폿트 용접기에 간단히 부착하여 사용할수 있는 지그(Jig)형태의 흔적 제거장치를 구성하여 소재받침판 상단에 용접할 소재를 겹쳐지게 올려놓고, 상기 소재의 상하측에 각각 가동전극과 고정전극을 위치시킨 상태에서 상기 가동전극을 고정전극 쪽으로 이동시키면, 용접소재는 그 탄성계수(Young's Modulus)에 따라서 변형이 달라진다.

소재받침판의 구멍안으로 가동전극이 하향함에 따라서 탄성계수가 작은 소재는 두 전극의 접점을 중심으로 완만한 곡선형태의 탄성변형이 발생하고, 두 전극의 접촉과 더불어 탄성변형은 종료되며, 곧 통전이 진행된다.

용접이 종료되어 가동전극이 원위치로 복귀하면 소재는 탄성변형으로 부터 원래의 모습으로 복원되고, 함몰흔적은 발생하지 않는다.

이는 탄성 볼록변형된 상태에서 용접이 수행된 결과이다.

탄성계수가 증가함에 따라서 가동전극이 하향할 때 소재는 자체의 탄성변형이 줄어들며, 대신 소재받침판이 하향 이동하고, 쿠션재도 함께 압축된다.

탄성계수가 충분히 크면 가동전극이 거리 "H"를 이동하는 동안 소재는 탄성변형이 거의 없이 쿠션재만 최대 "H" 까지 압축된다.

두 전극의 접촉과 통전이 시작된후 용접열이 소재를 충분히 유연하게 하면 쿠션재의 탄성 복원력에 기인하여 용접점을 중심으로 하여 탄성 굽힘변형이 일어난다.

통전이 종료될 때까지 변형은 최대 변형범위(H) 까지 증가될수 있다.

용접이 종료되어 가동전극이 원위치로 복귀하면 소재는 탄성변형으로 부터 원 상태의 모습으로 복원되고, 함몰흔적은 발생하지 않는다.

본 발명의 장치에서 함몰흔적인 발생하지 않는 결정적인 이유는 탄성계수의 크기에 관계없이 용접점에 볼록부의 형상을 유지한 탄성변형 상태에서 용접이 수행되도록 하는 지그의 구조이기 때문이다.

또한, 본 발명은 볼트를 통하여 소재와 고정전극 사이의 거리를 조절할수 있어 다양한 종류의 소재에 신속히 대응할수 있고, 기존의 전기적인 제어장치를 통하여 가동 및 고정전극을 움직이던 방식에 비해 장치 자체가 간단하고 단순하여 매우 경제적인 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 장치 전체를 지지하고, 가동 또는 고정전극(50,60)이 장착되는 구멍(11)을 구비하며, 소재(100)와의 전기적인 차단을 위하여 그 일부 또는 전부가 절연처리된 평판형의 기준판(10)과;

   상기 기준판에 관통하여 회전 가능하게 삽입되며, 나사부(21)가 모두 같은 방향에 위치하는 복수개의 높이조절용 볼트(20)와;

   상기 나사부에 체결되어 높이조절이 가능하게 설치되며, 가동 또는 고정전극(50,60)이 삽입되는 구멍(31)을 구비하는 소재받침판(30) 및;

   상기 기준판과 소재받침판 사이에 탄설되어 소재받침판에 가해지는 가동전극(50)의 압력에 의해 길이방향으로 압축 또는 팽창하면서 상기 소재받침판을 원위치로 복귀시키는 쿠션재(40); 로 구성됨을 특징으로 하는 스폿트 용접시 흔적 제거장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 소재받침판(30)의 구멍(31) 상단에 둥근형태의 만곡부(32)가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 스폿트 용접시 흔적 제거장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 쿠션재(40)가 스프링(41)으로 된 것을 특징으로 하는 스폿트 용접시 흔적 제거장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 쿠션재(40)가 고무인 것을 특징으로 하는 스폿트 용접시 흔적 제거장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 쿠션재(40)가 우레탄인 것을 특징으로 하는 스폿트 용접시 흔적 제거장치.