KR100365067B1 - 중첩하는 박판 시임을 시임용접하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

특히 캔 몸체들을 용접하기 위하여 중첩하는 판들에 대한 시임 용접 공정에 있어서, 용접 가압력은 용접 롤러들 사이에서 캔 몸체의 각각의 삽입시점에서 순간적으로 감소된다. 이러한 현상이 캔 몸체의 시작부분에서 조차 용접압을 일정하게 유지되게 한다. 이런 방법으로 판에 대한 전력의 입력이 캔 몸체의 시작부분에서 조차 일정하게 유지될수 있고, 그리고 캔 몸체의 시작부분에서의 용접품질은 필요조건을 만족시킨다.

Description

중첩하는 박판 시임을 시임 용접하기 위한 방법

본 발명은 미리 정해진 용접 압력으로 중첩하는 박판 시임(sheet-metal seam)을 시임 용접(seam welding)하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 방법을 실시하기 위한 저항 시임 용접기에 관한 것이다.

박판 시임이 롤러 시임 용접 공정에 의하여 용접되는 경우에 최초의 용접 스폿은 자주 불완전하게 용접된다는 것이 공지되어 있다. 이것은 해당되는 몸체가 생산 라인으로부터 제거되어야 하기 때문에 캔 몸체의 생산에 있어서 특히 불리하다.

최초에 용접되지 않거나 또는 불량하게 용접되는 시임의 문제는 여러 가지 원인을 갖는다. 첫째로, 그 캔의 선단부가 이미 용접된 시임의 길이로부터 어떠한 열의 전달로부터 유리하지 못하고, 둘째로, 2개의 롤러 전극이 분리되도록 힘을 가하는, 2개의 롤러 전극 사이로의 캔 몸체의 삽입은 상기 전극의 관성으로 인하여, 이미 설정된 용접력에 부가적으로 시임 상에 작용하는 힘을 유발한다. 또한, 일정한 용접력 시임을 따르는 것 보다도 더 작은 면적이 작용받기 때문에 과도한 용접 압력이 캔 몸체의 가장자리에 가해진다.

시작부에서 증가되는 용접력 및/또는 증가되는 용접 압력은 롤러 전극 사이의 박판에서 전기 저항의 현저한 감소를 가져온다. 용접 전류는 일정하기 때문에, 캔 몸체의 용접 시작부에서의 용접 시임에 입력되는 전력은 상기 전기 저항의 감소에 비례하여 변화된다. 이에 대응하기 위하여 지금까지 채택된 수단은 용접 시작부에서 용접 전류를 증가시키는 것이었다.

박판으로의 전력 입력(P)은 박판의 저항에 용접 전류의 제곱을 곱한 것과 동일하다. 그러므로 용접의 시작부에서의 박판의 저항의 감소는 전류에 있어서의 상응한 증가에 의해 보상될 수 있다. 그러나, 분당 용접되는 캔 몸체의 수는 계속적으로 증가된다. 상기 캔 몸체는 더욱 더 빠르게 용접 평면 내로 이송되며, 많은 경우에 전류를 증가시키는 것에 의해서는 더 이상 만족스럽게 보상될 수 없는, 계속 증가되는 피크 힘(peak force)이 발생된다.

또 다른 문제점은 캔 몸체의 시작되는 가장자리에서 피크 힘에 의해 일어나는 용접 전극의 기계적인 진동이다. 전극들 중 1개의 질량을 감소시키는 것에 의하여 상기 진동을 가능한 한 작게 유지하기 위한 노력이 행해져 왔다.

본 발명의 목적은 용접의 시작부에서 상기 문제점이 발생되지 않거나, 또는 현저히 감소되고, 따라서 용접된 시임이 시작부에서부터 요구되는 특성을 갖도록하는, 롤러 시임 용접 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적은 상술한 종류의 롤러 시임 용접 방법에 있어서, 용접의 시작부에서 용접력을 감소시킴에 의해 달성된다.

용접의 시작부에서 용접력을 감소시키는 것은 동시에 기계적인 진동을 감소시키면서, 박판에서 전기 저항의 변화량을 해가 없는 레벨로 감소시킬 수 있다.

본 발명을 실시하기 위하여 특히 바람직한 방법에서, 용접력은 또한 용접의 종지부에서 짧은 시간 동안 증가된다.

본 발명의 또 다른 기본적인 목적은 상기 방법을 실현하기 위한 저항 시임 용접기를 제공하는 데 있다. 이것은 청구항 6의 특징부에 의해 달성된다.

명세서 CH-A 660989로부터, 용접 전류를 변조하는 것에 대한 효과를 실험하기 위하여 용접 압력이 전체의 용접 공정을 통하여 주기적으로 높아지고 낮아질 수 있다는 것이 공지된다. 용접의 시작부에서의 불충분한 전력 입력의 문제는 상기 명세서에서 다루어지지 않는다. 반면에, 본 발명에서는, 용접 압력이 가능한 한 근사적으로 일정하게 유지되며, 이것은 용접의 시작부에서 용접력을 일시적으로 감소시키는 것에 의해서 실현된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제 1 도는 시간 함수로서 롤러 시임 용접기의 용접 롤러에서의 용접력을 도시한다. 상기 다이아그램은 캔 몸체가 분당 750개의 속도에서 용접되는 것으로 가정된다. 이것은 80 ms(밀리세컨드=1/1000초)의 시간이 각각의 몸체를 위하여 이용된다는 것을 의미한다. 각각의 용접 단계의 시작부에서, 즉 캔 몸체가 용접 롤러 사이로 삽입될 때에, 용접력은 80 ms 마다 용접력 곡선에서 수직적인 강하에 의해 지시되는 바와 같이, 이상적으로 갑작스럽게 감소된다. 여기서, 용접력은 예를 들어 50 daN(1 daN(테카뉴튼) = 1 ×10¹N = 10 N, 따라서 50 daN은 500 N에 해당)의 특정 레벨로부터 15 daN(150 N에 해당)으로 감소된다. 상기 몸체가 삽입되는 경우에, 캔 몸체의 시작부에서의 이러한 용접력의 감소는 요구되는 용접 압력, 그러므로 50 daN(500 N에 해당)으로 용접부의 나머지 부분에 대해서도 효과적인 그러한 용접 압력에 대략 상응하는 용접 압력의 원인이 된다. 도시된 실시예에서, 용접력의 감소는 캔 몸체의 높이의 약 4 %에 대해서 효과적이거나, 또는 용접 시간의 최초 4 % 동안에 효과적이다. 바람직한 범위는 용접 시간의 2 % 및 15 % 사이이다. 용접력에 있어서 최대의 강하 후에, 용접력은 제 1 도에서 도시되는 바와 같이, 급격하지 않지만 연속적으로, 다시 이상적으로 상승된다.

물론, 용접력에 있어서의 감소는 도시된 것 보다 다소 더 길거나 또는 더 짧은 시간 주기에 걸쳐서 발생될 수도 있다. 이것은 용접될 박판의 형태와 두께에 의존하며, - 회피되어야 할 전극의 진동에 관해서는 - 전극의 질량에 의존한다. 용접력에 있어서 강하의 정도는 물론 넓은 범위에 걸쳐서 선택될 수 있다. 용접의 시작부에서의 용접력의 강하는 전체적으로 전류에 있어서의 상승에 대한 필요를 없애기위해 충분히 큰, 즉 용접력의 강하에 기인하여, 캔 몸체의 가장자리에서 또는 캔 몸체의 삽입시에 실제적으로 저항에 있어서의 감소가 전혀 없을 만큼 충분히 큰 것이 바람직하다.

용접력에 있어서 순간적인 강하는 물론 여러 방법에 의해 실현될 수 있다. 용접력에 있어서의 감소는 용접 전극을 위한 지지부 상에서 순간적으로 작동하기 위하여 용접 주기 타이머(timer)에 의해서 조절되는 햄머(hammer)에 의해 달성되는 것이 바람직하며, 따라서 용접의 나중 단계에서의 용접력은 햄머의 타격에 의해 감소된다. 상기 햄머는 마그네틱 코일(magnetic coil)에 의해 작동되는 것이 바람직하다.

제 2 도는 전자기적으로 작동되는 햄머를 갖는 그러한 구성의 장치에 대한, 시간 함수로서의 용접력을 도시한다. 분당 캔 몸체의 수는 제 1 도의 이상 특성 곡선에 관한 것과 동일하다; 용접력에 있어서의 급강하는 80 ms 마다 발생된다. 상기 경우에서, 용접력은 약 반(1/2)으로 감소된다. 용접력에 있어서 급강하 이후, 용접력의 요구된 수준으로 다소 점차적인 상승이 있는데, 이것은 시임의 잔여 부분을 따라 요구되는 용접 압력을 가져온다.

제 3 도는 캔 몸체를 위한 시임 용접기 상에서의 용접력 조정기의 개략적인 형태를 도시한다. 상기 용접기 상에서 개별적인 캔 몸체(1)는 가이드(2)를 따라 용접 롤러로 진행된다. 하부 용접 롤러(3)는 아암(6) 상에 설치되며, 상부 용접롤러(4)는 아암 또는 움직일 수 있는 요동체(rocker; 7) 상에 설치된다. 용접은 전극 와이어(5)에 의해 수행된다. 이러한 장치는 공지되어 있다. 용접력은 이미 공지된 방법과 유사하게, 기계 프레임(16)에 부착된 용접력 스프링(8)에 의해 조정된다. 상기 용접력 스프링(8)은 로드(11)를 통해 요동체(7) 상에서, 및 따라서 상부 용접 롤러(4) 상에서 작동된다. 상기 용접력은 조정기(9)에 의해 용접력 스프링(8)의 초기 압축이 변동되는 것에 의하여 미리 정해진 값으로 설정될 수 있다.

도시된 상기 장치는 또한 용접력의 주기적인 감소를 위한 배열을 제공한다. 이것은 연결핀(14)을 통해 로드(11) 상에서 및 따라서 요동부(9) 및 용접 롤러(4)상에서 작용한다. 상기 연결핀(14)은 기계 프레임(10)의 일부분을 관통하여 위쪽으로 연장되며 용접력 스프링(8)에 대한 그것의 반대편 단부에서 연결핀 헤드(15) 내로 확장된다. 이것은 제 4 도에 상세히 도시되는데, 여기서 연결핀(14)의 상부 단부는 확대된 축척으로 도시된다. 이것의 상부 단부(14)에서, 상기 연결핀은 기계 프레임(10) 상에서 2개의 압축 스프링 (17 및 18) 사이에 고정되는 햄머(19)에 의해서 둘러싸여진다. 햄머(19)의 일부분 및 상부 압축 스프링(17)은 마그네틱 코일(20)에 의해 둘러싸여진다.

캔 몸체의 시작부에서 용접력을 감소시키기 위하여, 상기 마그네틱 코일(20)은 용접 싸이클 타이밍의 제어하에서 활성화 및 비활성화된다. 활성화시에, 전류는 마그네틱 코일(20)을 통하여 지나가는 경우에 압축 스프링(18)은 발생되는 자기장내에서 수축되며, 햄머(19)는 마그네틱 코일(20)의 내부 내로 위쪽으로 움직여진다. 자화될 수 있는 햄머는 또한 코일의 내부 내로 위쪽으로 당겨진다. 상기 특징에 의하여 제 2 도에서 도시되는 곡선의 초기부가 생성된다. 햄머는 간격(d)에 걸쳐서 가속되며(제 4도), 그 다음에 도면에서 위쪽으로 지시되며 용접 롤러(4) 상에서 용접력 스프링(8)에 의하여 작용되는 힘에 반작용하는, 그러한 힘을 연결핀(14) 상에 작용하기 위하여 연결핀(14)의 헤드(15)를 타격한다. 따라서 캔 몸체를 용접하는 시작부에서의 유효력은 연결핀의 헤드(15) 상에서의 햄머(19)의 타격에 의해, 예를 들어 설정된 용접 압력을 계속적으로 발생하기 위하여 요구되는 힘의 절반보다 더 작은 힘으로 감소된다. 마그네틱 코일(20)의 그 다음의 비활성화시에는, 자기장이 비교적 천천히 감소되며, 이것에 의해 자기장 내의 스프링은 다시 이완되며, 단지 용접력 스프링(8)에 의해서만 결정되는 정상 용접력이 회복된다.

상기 장치에 있어서, 햄머의 질량에 의하여, 그리고 코일의 자기장 세기에 의하여 힘-피크의 진폭이 영향을 받는 것에 가능하다. 상술된 바와 같이, 마그네틱 코일(20)의 활성화 및 비활성화는 용접 싸이클 타이밍과 동기화되고, 조정 가능한 시간 함수 요소가 사이클 타임머 및 마그네틱 코일(20)을 위한 공급 회로 사이에 제공된다. 극성은 영구 자화를 방지하기 위하여 각각의 펄스마다 전환된다.

제 5 도는 용접력 조정기의 또 다른 실시예를 도시한다. 캔 몸체(21)가 가이드(22)를 따라 아암(26 및 27) 상에 각각 배열된 용접 롤러(23 및 24)로 통과된다. 용접은 중간 전극으로서 와이어(25)를 사용하여 수행된다. 용접력은 상술된 바와 같이, 로드(31)를 통하여 상부 용접 롤러(24) 상에서 작용하는 용접력 스프링(18)에 의하여 통상적으로 설정된다. 용접력을 감소시키기 위하여 캔 몸체의 시작부에서의 힘의 작용은 상기 경우에서 제 6 도에서 확대된 축척으로 도시되는 개별적인피에조 소자(Piezo-elements)의 캐스케이드(cascade; 35)에 의해서 획득된다. 상기 케스케이드는 수직으로 자유롭게 움직일 수 있도록 가이드(29) 내에 장착되는 케이싱(39) 내에 배치된다. 연결핀(34)를 통하여, 상기 케스케이드는 로드(31)를 통하여 상부 용접 롤러(24) 상에서 직접적으로 작용한다. 도시된 실시예에서는 10개가 있으며 이 중에 2개가 도면 부호 36 및 37로 지시되는, 상기 개별적인 피에조 소자는 파괴적인 인장 응력이 발생되는 것을 방지하기 위하여 원판 스프링에 의해 부하상태하에서 유지된다. 피에조 결정 소자의 케스케이드에 전압이 인가되는 경우에, 각각의 소자의 두께는 소정의 양으로 감소되고, 전체 캐스케이드의 길이는 상기 양의 10배 만큼 감소된다.

이것의 보호 슬리브 내의 피에조 소자의 적층(stack)은 연결핀(34) 상에 놓여진다. 이것은 한편으로는 원판 스프링의 힘을 전달하기 위해 사용되며 다른 한편으로는 (관성력의 이용에 의한) 피에조-케스케이드의 팽창에 의하여 이동되는 일종의 추로써 사용되는 케이싱(39)에 의하여 둘러싸여진다. 상기 케이싱의 이러한 이동은 힘을 발생시킨다. 이 힘은 연결핀 상에 놓여지는 케스케이드에 의해 방출되므로, 반발력이 그 지점에서 발생된다.

그러므로, 상기 케이싱(39)은 피에조-캐스캐이드의 팽창에 의해 위쪽으로 이동된다. 이 경우에, 상기 케스케이드는 로드(31)를 통하여 용접 롤러(24)로 정(+)의 힘을 전달하는 연결핀 판(34) 상에서 아래쪽으로 내리눌려진다(용접력 증가).

상기 작동은 첫번째 캔 몸체가 삽입되기 전에 행해진다. 캔 몸체의 시작부가 용접 롤러 사이에서 밀려지면, 전압이 재설정된다(케스케이드 해제).

이것은 상술된 공정의 역공정을 발생시키는데, 즉 피에조 소자가 수축되고 원판 스프링에서의 부하는 반대 방향으로 케이싱을 뒤로 당긴다. 부(-)의 힘이 연결핀 상에 작용되며 용접력은 감소된다.

상기 힘 곡선은 전압의 진폭 및 램프(ramp) 형태를 변화시킴에 의해 변경될 수 있다.

제 7 도는 피에조-케스케이드(35)의 동작 모드를 개략적으로 도시하며, 케이싱(39)은 일종의 추로서 단순하게 표현된다. 상기 그래프는 케스케이드 및 가압력 F₁및 F₂에 가해진 전압을 나타낸다. F₁은 추(케이싱)를 이동시키는 힘이다. F₂는 추를 포함하는 피에조-케스케이드를 이동시키는 힘이다. F₁은 F₂보다 항상 작다. F₂는 용접 롤러상에 작용하는 힘이다.

추가적으로, 용접력 스프링의 힘은 용접 롤러상에서 독립적으로 작용되도록 연속된다.

실예로서 기재되는 양 실시예들은 (박판 두께, 용접 롤러의 편심률, 기계 부품의 열팽창에 있어서의 변화량 등과 같은) 오차의 변화량에 대해 민감하지 않는 특징을 갖는다.

전자기적 설계의 경우에, 오차의 이러한 변화량은 거리 "d" 내에 흡수될 수 있다.

피에조-전기적(piezo-electric) 설계의 경우에, 전체 피에조-케스케이드는 연결핀(34) 상에 자유롭게 설치되며, 따라서 상기 케스케이드는 수직적 설치에 있어서 오차의 변화량에 대응하여 위 또는 아래로 자유롭게 이동될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 용접력은 캔 몸체 또는 일련의 캔 몸체들의 종지부에서 증가될 수 있다. 캔 몸체 또는 일련의 캔 몸체들의 종지부에서의 힘의 증가는 함수적으로 용접 전류의 감소와 등가이며, 캔 몸체의 종지부에서 시임의 과열을 방지한다. 힘-감소 장치의 적절한 수정에 의해, 상기 힘의 증가는 또한 상기 장치; 또는 용접 롤러 중의 1개에 또는 아암 및 요동부 상에서 작동될 수 있는 추가적인 장치에 의해 행해질 수 있다.

또한, 용접력의 급격한 감소 또는 증가에 의해, 진동에 대한 적극적인 대응책이 진동의 가진(excitation)을 방지함에 의해 행해질 수 있다.

도시되지는 않았지만 예를 들어 공압식 또는 유압식 장치와 같은, 용접력을 순간적으로 증가 및/또는 감소시키기 위한 다른 배열도 물론 사용될 수 있다.

제 1도는 시간 함수로서의 용접력의 이상적인 특성 곡선.

제 2 도는 본 발명에 따른 장치로부터 얻어지는, 시간 함수로서의 용접력의 곡선.

제 3 도는 롤러 시임 용접기 상에서의 용접력 조정기의 개략도.

제 4 도는 제 3 도에서의 용접력 조정기의 부분도.

제 5 도는 용접력 조정기의 또 다른 개략도.

제 6 도는 제 5 도에서의 용접력 조정기의 부분도.

제 7 도는 제 5 도에 따른 배열에 있어서 용접력의 감소를 도시하는 다이아그램.

Claims (9)

1. 중첩하는 박판 시임을 갖는 일련의 캔 몸체들을 용접 롤러 사이에서 이송 및 용접하는 단계;

   각각의 캔 몸체의 용접 동안에, 중첩하는 박판 시임 상에 미리 정해진 레벨로 용접 롤러를 관통하여 용접력을 가하는 단계;

   일련의 캔 몸체들에서 적어도 최초의 캔 몸체의 용접 시작부에서, 용접 롤러에 의해 중첩하는 박판 시임 상에 가해지는 용접력을 미리 정해진 레벨 이하로 순간적으로 감소시키는 단계;

   용접 롤러에 의해 중첩하는 박판 시임 상에 가해지는 용접력을 다시 미리 정해진 레벨로 다시 증가시키는 단계를 포함하는, 미리 정해진 용접 압력으로 일련의 캔 몸체의 중첩하는 박판 시임을 시임 용접하기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   순간적으로 감소시키는 상기 단계 동안에, 용접력은 미리 정해진 레벨로부터 급격하게 강하되고, 증가시키는 상기 단계 동안에, 용접력은 상기 강하 보다는 다소 점차적으로 증가되는 것을 특징으로 하는, 중첩하는 박판 시임을 시임 용접하기 위한 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   순간적으로 감소시키는 상기 단계 동안에, 용접력은 미리 정해진 레벨의 반보다 더 적게 감소되는 것을 특징으로 하는, 중첩하는 박판 시임을 시임 용접하기 위한 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   순간적으로 감소시키는 상기 단계 동안에, 용접력의 감소는 최초의 캔 몸체에 대한 중첩하는 박판 시임의 용접시간의 최초 2 % 내지 15 %동안에 일어나는 것을 특징으로 하는, 중첩하는 박판 시임을 시임 용접하기 위한 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   용접 롤러에 의해 중첩하는 박판 시임 상에 가해진 용접력을 일련의 캔 몸체들의 적어도 마지막의 용접 종지부에서 미리 정해진 레벨을 초과하여 순간적으로 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 중첩하는 박판 시임을 시임 용접하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   미리 정해진 레벨로 증가시키는 단계 동안에 용접력은 각각의 캔 몸체들의 용접 종지부에서 미리 정해진 레벨을 초과하여 순간적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는, 중첩하는 박판 시임을 시임 용접하는 방법.
7. 중첩하는 박판 시임을 갖는 일련의 캔 몸체들을 롤러 사이에서 이송 및 용접하기 위한 용접 롤러,

   용접 동안에, 중첩하는 박판 시임 상에 미리 정해진 레벨로 상기 롤러를 관통하여 용접력을 가하기 위한 수단;

   일련의 캔 몸체들에서 적어도 최초의 캔 몸체의 용접 시작부에서, 용접 롤러에 의해 시임 상에 가해지는 미리 정해진 용접력을 중첩하는 박판 시임 중 하나의 전체 용접 시간에 비해 짧은 시간 주기 동안 감소시키기 위한 수단을 포함하는, 미리 정해진 용접 압력으로 일련의 중첩하는 박판 시임을 시임 용접하기 위한 저항 시임 용접기.
8. 제 7 항에 있어서,

   감소시키기 위한 상기 수단은 미리 정해진 용접력에 반대되는 힘을 가하는 타격을 일으키기 위하여 반복하여 작동 가능한 타격 요소를 갖는 것을 특징으로 하는 저항 시임 용접기.
9. 중첩하는 박판 시임을 갖는 일련의 캔 몸체들을 롤러 사이에서 이송 및 용접하기 위한 것으로, 용접 동안에 시임 상에 미리 정해진 레벨로 용접력을 가하는 용접 롤러,

   적어도 1개의 용접 롤러의 용접력을 보충하는 힘을 가하는 타격을 생성하기 위한 타격 요소에 의해 용접력을 순간적으로 증가시키기 위한 수단을 포함하는, 미리 정해진 용접 압력으로 중첩하는 박판 시임을 시임 용접하기 위한 저항 시임 용접기.