KR100506491B1 - 초정밀 용접에 사용되는 용접전극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초정밀 용접에 사용되는 용접전극에 관한 것으로, 더 상세하게는 미세한 부품 등과 같은 용접모재에 피용접부재인 절연피막의 유무에 관계없이 피 용접부재를 압착이 아닌 용융에 의한 용접이 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위하여,

용접모재에 피용접부재인 도전체의 외측면으로 절연피막이 코팅된 금속소선을 용접하고자 사용되는 미세용접기의 용접전극에 있어서, 상기 용접전극은 일정 거리 이격된 플러스 전극판과 마이너스 전극판의 밑면이 서로 연결되는 발열부를 일체로 형성하되, 상기 발열부의 밑면에는 전류 유도홈을 형성하고; 상기 플러스 전극판과 마이너스 전극판 사이에는 다수의 절연 단열재가 삽입되어 지지되도록 하며; 상기 발열부의 폭은 상기 용접전극의 폭 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 초정밀 용접에 사용되는 용접전극에 관한 것이다.

Description

초정밀 용접에 사용되는 용접전극{a superprecision welding terminal thereof}

본 발명은 초정밀 용접에 사용되는 용접전극에 관한 것으로, 더 상세하게는 미세한 부품 등과 같은 용접모재에 절연피막의 유무에 관계없이 피용접부재를 압착이 아닌 용융에 의한 용접이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 초정밀 용접에 사용되는 용접전극에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 저항 용접방식은 공지의 아아크 용접과 같이 용접봉이나 플럭스 없이 통전된 전류의 저항 발열을 이용한 용접방식으로서, 이는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 전류가 통전되는 한쌍의 전극, 즉 플러스 전극봉(110)과 마이너스 전극봉(120)을 상,하 또는 양측에 위치하여 절연피막이 없는 도전성인 각각의 용접모재(200)를 서로 맞댄 후 상기 플러스 전극봉과 마이너스 전극봉에 전류를 통전시켜 발생하는 저항 발열을 이용하여 용접모재를 용접하는 것을 말한다.

이와같은 저항 용접방식에 있어서는 저항 발열된 용접 부분이 용융되어 용착부(210)가 형성됨은 물론 온도가 아크 용접 보다 낮아 용접모재를 손상시키지 않고, 용접 후의 열 변형이나 잔류응력이 적으면서 금속 조직이 균일하고 작업속도 또한 단시간 내에 이루어져 대량생산이 용이하게 이루어 지는 장점이 있었다.

그러나, MEMS(마이크로머신: micromachine), 스피커, 인덕트, 소형모터, 휴대폰 등과 같은 극세선 등 미세한 부품 용접에는 적용이 불가능한 문제점을 가지고 있었을 뿐만 아니라 용접하고자 하는 용접모재에 절연피막이 코팅되어 있을 경우에는 사용이 불가능한 문제점을 가지고 있었다.

그에 따라 종래에도 전기 통전에 따른 저항 발열에 의해 미세한 부품 용접은 물론 구리 등과 같은 도전체(302)에 절연피막(304)이 코팅된 피용접부재인 도전성의 금속소선(300)을 동판 등과 같은 용접모재(200)에 용접할 수 있는 미세용접기를 이용한 용접방식이 사용되고 있는 바, 이는 도 5에 도시된 바와 같이 미세용접기(도시되지 않음)의 용접전극(100)이 일정 간격으로 이격되어 있는 각 플러스 전극판(102)과 마이너스 전극판(104)의 밑면이 연결된 유자(U)자 형태로 형성된다.

그로 인해 상기 플러스 전극판과 마이너스 전극판의 밑면이 연결된 부분에서 발열이 이루어지면서 용접하고자 하는 피 용접부재인 도전성 금속소선을 용접모재의 동판 상에 열 압착에 의해 용접하였다.

그러나, 이같은 열 압착방식에 있어서는 미세한 부품 용접은 물론 절연피막이 코팅된 금속소선 또한 용접할 수 있는 잇점을 가지고 있었으나, 상기 플러스 전극판과 마이너스 전극판 사이에 연결된 부분의 전기 통전에 의한 온도 상승시 많은 시간이 소요됨은 물론 오랜 용접 시간으로 인한 용접 부분에 열에 의한 변형 등과 같은 악영향을 미침과 동시에 그 연결된 부분의 온도제어가 어려운 문제점을 가지고 있었다.

또한, 상기 피용접부재인 금속소선과 용접모재가 용융에 의한 용접이 아닌 압접에 가깝게 부착됨에 따라 전술한 통상적인 저항 용접에 비해 인장 강도가 상당히 취약할 뿐만 아니라 특히, 절연피막이 코팅된 금속소선의 경우에는 그 절연피막이 접합부에 잔존하게 되어 긴밀한 정밀용접이 이루어지지 않는 문제점 또한 초래되었다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하고자 안출한 것으로, 그 목적은 미세한 부품 등을 용접시 미세용접기의 용접전극의 저항 발열에 의해 피용접부재인 절연피막이 코팅된 금속소선과 동판 등과 같은 용접모재를 잔유물 없이 용융에 의한 용접이 용이하게 이루어질 수 있도록 함과 아울러 각 전극판이 부착되는 것을 방지할 수 있도록 함은 물론 저항 발열 량을 극대화할 수 있도록 하는 데 있다.

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용접모재에 피용접부재인 도전체의 외측면으로 절연피막이 코팅된 금속소선을 용접하고자 사용되는 미세용접기의 용접전극에 있어서, 상기 용접전극은 일정 거리 이격된 플러스 전극판과 마이너스 전극판의 밑면이 서로 연결되는 발열부를 일체로 형성하되, 상기 발열부의 밑면에는 전류 유도홈을 형성하고; 상기 플러스 전극판과 마이너스 전극판 사이에는 다수의 절연 단열재가 삽입되어 지지되도록 하며; 상기 발열부의 폭은 상기 용접전극의 폭 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

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이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 용접단계를 개략적으로 나타낸 요부 블럭도이다.

도시된 바와 같이 MEMS, 스피커, 인덕트, 소형모터, 휴대폰 등과 같은 극세선 등 미세한 부품 등을 용접시 동판 등과 같은 용접모재에 피용접부재인 도전체의 외측면으로 에나멜 등과 같은 합성수지재의 절연피막이 코팅된 금속소선을 미세용접기의 용접전극을 이용하여 용접하는 방법에 있어서,

본 발명은 상기 금속소선을 용접모재에 맞댄 후 그 금속소선으로 상기 용접전극을 가압한 다음 1차 전류를 통전시켜 상기 용접전극의 발열부에서 발생되는 높은 저항 발열에 의해 금속소선의 용접 부분의 절연피막이 녹는 것이 아니라 높은 저항 발열로 인한 절연피막이 기화되면서 제거되는 절연피막 제거단계(S1)와;

상기 절연피막 제거단계 후 상기 용접전극에 1차 전류 보다 높은 2차 전류를 통전시킴에 따라 그 2차 전류가 상기 발열부의 일측에서 도전체와 용접모재로 통전되면서 발생하는 저항 발열에 의해 상기 도전체와 용접모재 사이에 용융 형성된 용착부가 형성되도록 용접되면서 상기 발열부의 타측으로 통전되는 용융 용접단계(S2)로 이루어지는 것을 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 용접전극을 개략적으로 나타낸 요부 정면도이다.

도시된 바와 같이 MEMS, 스피커, 인덕트, 소형모터, 휴대폰 등과 같은 극세선 등 미세한 부품 등을 용접시 동판 등과 같은 용접모재에 피용접부재인 도전체의 외측면으로 절연피막이 코팅된 금속소선을 용접하고자 사용되는 미세용접기의 용접전극(100)에 있어서,

본 발명의 상기 용접전극(100)은 일정 거리가 이격된 플러스 전극판(102)과 마이너스 전극판(104)의 밑면이 서로 연결되는 발열부(10)를 일체로 형성하되, 상기 발열부의 밑면에는 전류의 통전 방향을 유도할 수 있도록 전류 유도홈(12)이 형성되는 것을 나타낸 것이다.

상기 플러스 전극판(102)과 마이너스 전극판(104) 사이에는 그 플러스 전극판과 마이너스 전극판이 부착되지 않고 일정 간격을 유지하여 전류가 원활하게 통전될 수 있도록 하기 위하여, 다수의 절연 단열재(20)가 삽입되어 지지되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 발열부(10)의 폭(w)은 상기 용접전극(100)의 폭(W) 보다 작게 형성함으로써, 전류 통전에 따른 최대한의 높은 저항 발열이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 용접 과정을 개략적으로 나타낸 것으로, 도 3a는 용접전극이 가압되는 상태를 나타낸 요부도이다.

도시된 바와 같이 상기한 구성에서, 용접하고자 하는 구리 등과 같은 도전체(302)의 외측면에 절연피막(304)이 코팅된 금속소선(300)을 동판 등과 같은 용접모재(200)에 맞댄 후 상기 금속소선에 본 발명의 용접전극(100)의 발열부(10)가 화살표와 같이 맞닿아 가압되는 것을 나타낸 것이다.

도 3b는 용접전극에 1차 전류가 통전되는 상태를 나타낸 요부도이다.

도시된 바와 같이 상기한 도 3a의 상태에서, 상기 용접전극(100)에 1차 전류를 통전하게 되면 그 통전되는 1차 전류는 화살표와 같이 플러스 전극판(102)에서 발열부(10)를 거쳐 마이너스 전극판(104)으로 통전이 이루어지는 데, 이때 상기 발열부에서는 높은 저항 발열이 이루어지게 된다.

그에 따라 상기 발열부가 맞닿아 있는 금속소선(300)의 절연피막(304) 부분은 상기 높은 저항 발열에 의해 녹는 것이 아니라 순간적으로 기화되면서 제거가 이루어지게 되는 것이다.

따라서, 상기 금속소선의 용접하고자 하는 부분의 절연피막이 발열부의 높은 저항 발열에 의해 금속소선의 도전체(302) 상에서 잔존하지 않고 완전히 제거되는 조건을 가지게 되는 것이다.

도 3c는 용접전극에 2차 전류가 통전되는 상태를 나타낸 요부도이다.

도시된 바와 같이 상기 도 3b의 상태에서 금속소선(300)의 절연피막(304)이 제거되면 상기 용접전극(100)에 1차 전류 보다는 높은 2차 전류를 통전하게 됨에 따라 그 통전되는 2차 전류는 화살표와 같이 용접전극(100)의 플러스 전극판(102)에서 발열부(10)의 일측을 통하여 금속소선(300)의 도전체(302)와 용접모재(200)를 거쳐 발열부(10)의 타측을 통하여 마이너스 전극판(104)으로 통전하게 되는 것이다. 이때, 상기 용접전극은 일정한 압력으로 지속적인 가압이 이루어지고 있는 상태이다.

상기에서, 2차 전류가 화살표와 같이 통전되어 지는 것은 상기 발열부(10)의 밑면에 형성된 전류 유도홈(12)으로 인해 상기 발열부를 분할된 형태로 형성함에 따라 전류가 화살표와 같이 통전됨은 물론 그 분할된 형태의 발열부로 인한 국부 발열이 이루어질 수 있는 것이다.

그에 따라 상기 금속소선(300)의 도전체(302)와 용접모재(200)가 접하여 전류가 통전되는 부분에는 접촉저항에 의한 높은 발열이 이루어지면서 용융 형성되는 용착부(210)가 형성됨으로써, 견고하면서 긴밀한 용접이 이루어지게 되는 것이다.

또한, 상기 발열부를 용접전극의 폭 보다 작은 폭을 갖도록 형성함으로써, 전류 통전시 보다 높은 저항 발열이 집중적으로 이루어질 수 있는 조건을 가질 수 있는 것이다.

이렇게, 용접이 완료되면 상기 가압되고 있던 용접전극을 미세용접기에 의해 상승시키므로서, 일련의 용접작업이 완료되는 것이다.

따라서, 본 발명은 미세한 부품 등의 용접을 단시간 내에 신속하게 이루어져 용접 부위에 열에 의한 변형됨 등과 같은 악영향을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 절연피막이 코팅되어 있거나 코팅되어 있지 않은 피 용접부재를 용접모재에 저항 용접방식과 같이 용접 부분에 용융 형성되는 용착부가 형성되도록 용접함으로써, 견고하고 긴밀한 용접이 이루어질 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 미세한 부품 등을 용접시 단시간 내에 신속하게 미세용접기의 용접전극의 전기 통전에 따른 저항 발열에 의해 피용접부재인 절연피막이 형성된 도전성의 금속소선과 동판 등과 같은 용접모재 사이에 잔유물 없이 용융에 의한 용접이 용이하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 용접 부위에 열에 의한 악영향을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 인장 강도 또한 상당히 높일 수 있어 용접 품질의 안정성을 확보할 수 있음은 물론 용접 공정이 납 용접시 자동화하지 못하였던 여건을 자동화할 수 있는 조건을 가지게 되어 생산성도 향상시킬 수 있는 효과를 가지고, 플러스 전극판과 마이너스 전극판 사이에 다수의 절연 단열재를 삽입하여 지지되도록 함에 따라 더욱더 안전한 조건에서 용접작업이 이루어질 수 있는 효과도 갖는다.

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또, 용접전극의 발열부를 그 용접전극에 비해 작은 폭을 갖도록 형성함에 따라 저항 발열 량을 극대화할 수 있게 함으로써, 보다 효율적인 용접작업이 이루어질 수 있는 효과도 갖는다.

도 1은 본 발명의 용접단계를 개략적으로 나타낸 요부 블럭도.

도 2는 본 발명의 용접전극을 개략적으로 나타낸 요부 정면도.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 용접 과정을 개략적으로 나타낸 것으로,

도 3a는 용접전극이 가압되는 상태를 나타낸 요부도.

도 3b는 용접전극에 1차 전류가 통전되는 상태를 나타낸 요부도.

도 3c는 용접전극에 2차 전류가 통전되는 상태를 나타낸 요부도.

도 4a 및 도 4b는 일반적인 저항 용접방식을 개략적으로 나타낸 요부도.

도 5는 종래 미세용접기의 용접전극에 의해 용접하는 것을 개략적으로 나타낸 요부도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 발열부

12 : 전류 유도홈

20 : 절연 단열재

100 : 용접전극

102 : 플러스 전극판 104 : 마이너스 전극판

200 : 용접모재

210 : 용착부

300 : 금속소선

302 : 도전체 304 : 절연피막

Claims (5)

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4. 용접모재에 피용접부재인 도전체의 외측면으로 절연피막이 코팅된 금속소선을 용접하고자 사용되는 미세용접기의 용접전극에 있어서,

   상기 용접전극(100)은 일정 거리 이격된 플러스 전극판(102)과 마이너스 전극판(14)의 밑면이 서로 연결되는 발열부(10)를 일체로 형성하되, 상기 발열부의 밑면에는 전류 유도홈(12)을 형성하고;

   상기 플러스 전극판(102)과 마이너스 전극판(104) 사이에는 다수의 절연 단열재(20)가 삽입되어 지지되도록 하며;

   상기 발열부(10)의 폭(w)은 상기 용접전극(100)의 폭(W) 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 초정밀 용접에 사용되는 용접전극.
5. 삭제