KR100984502B1 - 오목 절삭부를 형성한 동피복 알루미늄 선재 용접 방법 - Google Patents

오목 절삭부를 형성한 동피복 알루미늄 선재 용접 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CCA 선재의 용접 방법 및 그에 따른 CCA 선재에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이종 복합 선재인 CCA 선재의 용접 방법-여기서, 이종 복합 선재는 제1 금속의 내부 심체 및 내부 심체에 피복되는 제2 금속의 외피체를 포함함-은 이종 복합 선재의 양단부 중 적어도 하나의 내부 심체에 오목 절삭부가 형성되도록 성형하는 단계 및 이종 복합 선재의 양단부의 외피체를 용접하는 단계를 포함한다.

Description

오목 절삭부를 형성한 동피복 알루미늄 선재 용접 방법{WELDING METHOD FOR CCA WIRE ROD}
본 발명은 CCA 선재의 용접 방법에 관한 것으로서, 특히 고융점의 동층을 용접하며 동층 용접에 따른 전도열로 알루미늄층이 부가적으로 용접되는 CCA 선재의 용접 방법에 관한 것이다.
일반적으로 동 와이어(Copper Wire)는 우수한 도전율을 이유로 배전반, 충전기, 변압기 등에서 대전류 송전을 위하여 구성되는 부스바, 동축 케이블, 케이블 TV(CATV)와 전화기용 와이어, 건축용 와이어, 산업용 와이어, 전자부품, 트랜지스터, 레지스터, 커패시터 등의 리드 와이어(Lead Wire), 안테나 케이블(Antenna Cable), 배터리 케이블(Battery Cable) 등에 사용되었다. 그러나 동 와이어는 상대적으로 고가인 점으로 말미암아, 내부 심체로 상대적으로 저가인 알루미늄을 사용하며 알루미늄 외피에 동을 피복하여 동 와이어의 우수한 도전율을 이용할 수 있는 CCA(Copper Clad Aluminum, 동피복 알루미늄) 선재가 개발되어 사용되어 왔다.
도 1a는 종래의 CCA 선재의 종단면도이며, 도 1b는 종래의 CCA 선재의 횡단면도이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래의 CCA 선재(100)는 알루미늄을 내부 심체(110)로 하여 그 주위에 외피체(120)인 동(Cu)을 씌우고 물리적인 외력을 가하여 동을 접합시킨 후, 내부 심체(110)인 알루미늄층과 외피체(120)인 동층의 접착성을 향상시키기 위하여 열처리 공정을 수행함으로써 제조될 수 있다. 종래의 CCA 선재(100)의 제조 방법에서 끊어진 선재에 대하여 양 선재의 단부를 전기 저항 용접(Electric Resistance Welding) 또는 냉간 용접(Cold Welding)을 통하여 접합할 수 있다. 전기 저항 용접은 용접재를 서로 접촉시켜 적당한 압력을 가하면서 통전함으로써 접촉 저항 및 금속 자체의 비저항에 의하여 발생하는 열로 가열되었을 때, 압력을 가하면서 접합하는 방식으로서 이음 형식에 따라 업셋 맞대기 용접(Upset Butt Welding)과 플래시 맞대기 용접(Flash Butt Welding)으로 나뉘는 맞대기 용접(Butt Welding), 점용접(Spot Welding), 심용접(Seam Welding) 및 프로젝션 용접(Projection Welding)으로 나뉘는 겹치기 용접(Lap Welding)이 있다. 냉간 용접은 냉간 용접기 내부에서 저온 상태에서 기계적 압력을 가함으로써 압접으로 용접하는 방식으로서, 현재 대부분의 CCA 선재의 접합에 사용된다.
그러나 종래의 CCA 선재(100)의 용접시, 도 2에 도시된 바와 같이 내부 심체(110)인 알루미늄층만 용접이 되고 외피체(120)인 동층은 용접이 되지 않는 문제점(도 2의 A 부분)이 발생한다. 이러한 문제점의 발생 원인은 동의 융점이 상대적으로 높으며(약 1083℃) 알루미늄의 융점이 상대적으로 낮아서(약 660℃), 서로 밀착된 상태에서 용접이 수행될 경우 내부 심체(110)인 알루미늄층이 먼저 용융되어 용접되며, 외피체(120)인 동층을 접합하기 위하여 승온하면 내부 심체(110)인 알루미늄층이 지나치게 용융되어 용접이 되지 않기 때문이다. 종래의 CCA 선재(100)의 용접시 주로 사용되는 냉간 용접 방식에서, 내부 심체(110)인 알루미늄층만 용접이 되고 외피체(120)인 동층이 용접이 되지 않은 상태에서 신선 작업이 이루어질 경우 CCA 선재(100)가 끊어지거나 신선이 되더라도 외피체(120)인 동층이 용접이 되지 않아서 도전율이 떨어지는 문제점이 있다. 특히 CCA 선재(100)가 통신용으로 사용될 경우, 고주파 전류 또는 전기장이 도체의 표면 부근에만 한정되고 내부에 존재하지 않는 이른바 표피 효과(Skin Effect)에 의하여 주로 외피체(120)인 동층으로의 신호 전달이 이루어질 때 용접이 되지 않은 부분(도 2의 A 부분)에 의하여 양호한 신호 전달이 수행되지 않는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, CCA 선재(100)의 접합시, 내부 심체(110)인 알루미늄층만을 용접하여 신선한 후, 용접 부위를 절단하는 방식이 사용되고 있다. 그러나 이 경우에도 용접 주위를 절단하기 때문에 연속 가공이 되지 않아서 생산성이 저하될 뿐만 아니라, 스크랩(Scrap)의 양이 증가하는 문제점이 발생한다.
상술한 문제점을 극복하기 위하여 본 발명은 CCA 선재 단부의 알루미늄층에 오목 절삭부가 형성되도록 성형한 상태에서, 외피체인 고융점의 동층을 용접하며, 동층 용접에 따른 전도열로 내부 심체인 알루미늄층이 부가적으로 용접되는 CCA 선재의 용접 방법 및 그에 따른 CCA 선재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 외피체인 고융점의 동층이 용접되기 때문에 높은 도전율을 유지할 수 있는 CCA 선재의 용접 방법 및 그에 따른 CCA 선재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 외피체인 고융점의 동층과 내부 심체인 저융점의 알루미늄층이 모두 용접되기 때문에 신선 과정에서 용접 부위를 절단하지 않고서 연속 가공을 수행할 수 있어서 생산성이 향상될 수 있는 CCA 선재 용접 방법 및 그에 따른 CCA 선재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 외피체인 고융점의 동층과 내부 심체인 저융점의 알루미늄층이 모두 용접되기 때문에 신선 과정에서 용접 부위를 절단하지 않으므로 스크랩 발생량을 저감할 수 있는 CCA 선재의 용접 방법 및 그에 따른 CCA 선재를 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면, 이종 복합 선재의 용접 방법에 있어서-여기서, 상기 이종 복합 선재는 제1 금속의 내부 심체 및 상기 내부 심체에 피복되는 제2 금속의 외피체를 포함함-, 상기 이종 복합 선재의 양단부 중 적어도 하나의 내부 심체에 오목 절삭부가 형성되도록 성형하는 단계 및 상기 이종 복합 선재의 양단부의 외피체를 용접하는 단계를 포함하는 이종 복합 선재의 용접 방법을 제공할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 이종 복합 선재는 CCA(Copper Clad Aluminum) 선재이며, 제1 금속은 알루미늄(Al)이며, 제2 금속은 동(Cu)인 것을 특징으로 한다. 또한 상기 이종 복합 선재의 양단부의 외피체를 용접하는 단계에서, 용접 부위에서 발생하는 열이 상기 오목 절삭부에 의하여 정의되는 공간에 의하여 제1 금속의 용융점보다 낮은 온도로 강온되어 전달되어 상기 내부 심체가 용융되어, 외피체의 용접과 내부 심체의 용접이 동시에 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 일 측면 및 바람직한 실시예에 따른 용접 방법에 따라서 용접되는 이종 복합 선재를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
본 발명에 의하여, CCA 선재 단부의 알루미늄층에 오목 절삭부가 형성되도록 성형한 상태에서, 외피체인 고융점의 동층을 용접하며, 동층 용접에 따른 전도열로 내부 심체인 알루미늄층이 부가적으로 용접되는 CCA 선재의 용접 방법 및 그에 따른 CCA 선재를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하여, 외피체인 고융점의 동층이 용접되기 때문에 높은 도전율을 유지할 수 있는 CCA 선재의 용접 방법 및 그에 따른 CCA 선재를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하여, 외피체인 고융점의 동층과 내부 심체인 저융점의 알루미늄층이 모두 용접되기 때문에 신선 과정에서 용접 부위를 절단하지 않고서 연속 가공을 수행할 수 있어서 생산성이 향상될 수 있는 CCA 선재 용접 방법 및 그에 따른 CCA 선재를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하여, 외피체인 고융점의 동층과 내부 심체인 저융점의 알루미늄층이 모두 용접되기 때문에 신선 과정에서 용접 부위를 절단하지 않으므로 스크랩 발생량을 저감할 수 있는 CCA 선재의 용접 방법 및 그에 따른 CCA 선재를 제공할 수 있다.
도 1a는 종래의 CCA 선재의 종단면도.
도 1b는 종래의 CCA 선재의 횡단면도.
도 2는 종래의 CCA 선재의 용접 상태를 개략적으로 나타낸 횡단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 CCA 선재의 용접 방법을 개략적으로 나타낸 순서도.
도 4a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 오목 절삭부가 형성된 CCA 선재를 개략적으로 나타낸 횡단면도.
도 4b는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 오목 절삭부가 형성된 CCA 선재를 개략적으로 나타낸 횡단면도.
도 4c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 CCA 선재 양단부의 외피체인 동층이 용접되는 상태를 개략적으로 나타낸 횡단면도.
도 4d는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 CCA 선재 양단부의 외피체인 동층이 용접되는 상태를 개략적으로 나타낸 횡단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이종 복합 선재의 용접 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 본 발명에 따른 이종 복합 선재는 적어도 제1 금속의 내부 심체 및 상기 내부 심체에 피복되는 제2 금속의 외피체를 포함할 수 있다. 설명의 편의상, 본 발명에 따른 이종 복합 선재는 CCA 선재이며, 제1 금속은 알루미늄이며, 제2 금속은 동인 것으로 하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 CCA 선재의 용접 방법은 CCA 선재 단부의 내부 심체인 알루미늄층에 오목 절삭부가 형성되도록 성형하는 단계(단계 301)를 포함한다. 도 4a 또는 도 4b에 도시된 바와 같이, 오목 절삭부(200)는 접합하고자 하는 CCA 선재의 양단부 또는 한쪽 단부의 내부 심체(110)인 알루미늄층에 형성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 CCA 선재의 용접 방법은 도 4c 또는 도 4d에 도시된 바와 같이, CCA 선재 양단부의 외피체(120)인 동층을 용접하는 단계(단계 303)를 포함한다. 단계 303에서, CCA 선재의 양단부의 외피체(120)인 동층을 전기 저항 용접(Electric Resistance Welding) 또는 냉간 용접(Cold Welding) 등을 통하여 접합할 수 있다. 여기서 전기 저항 용접은 용접재를 서로 접촉시켜 적당한 압력을 가하면서 통전함으로써 접촉 저항 및 금속 자체의 비저항에 의하여 발생하는 열로 가열되었을 때, 압력을 가하면서 접합하는 방식으로서 이음 형식에 따라 업셋 맞대기 용접(Upset Butt Welding)과 플래시 맞대기 용접(Flash Butt Welding)으로 나뉘는 맞대기 용접(Butt Welding), 점용접(Spot Welding), 심용접(Seam Welding) 및 프로젝션 용접(Projection Welding)으로 나뉘는 겹치기 용접(Lap Welding)을 포함할 수 있다. 또한 냉간 용접은 냉간 용접기 내부에서 저온 상태에서 기계적 압력을 가함으로써 압접으로 용접하는 방식이다. 단계 303에서, CCA 선재 양단부 중 적어도 하나에 형성되는 오목 절삭부(200)에 의하여 CCA 선재 양단부의 외피체(120)인 동층을 용접할 때, 용접 부위(B 또는 C)에서 발생하는 열이 오목 절삭부(200)에 의하여 정의되는 공간에 의하여 동층의 용융점보다 낮은 온도로 강온되어 전달되어 내부 심체(110)인 알루미늄층을 용융함으로써, 외피체(120)인 동층의 용접과 동시에 내부 심체(110)인 알루미늄층이 부가적으로 동시에 용접될 수 있다.
이 후, 본 발명에 따른 CCA 선재의 용접 방법은 단계 303의 용접 과정에서 발생하는 돌출 부위를 제거하는 등의 마감 처리를 수행하는 단계(단계 305)를 포함한다. 본 발명에 따른 CCA 선재의 용접 방법은 필요에 의하여 단계 305를 생략하여 실시될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : CCA 선재
110 : 내부 심체
120 : 외피체
200 : 오목 절삭부

Claims (4)

  1. 이종 복합 선재의 용접 방법에 있어서,
    - 여기서, 상기 이종 복합 선재는 제1 금속의 내부 심체 및 상기 내부 심체에 피복되고 제1 금속보다 융점이 높은 제2 금속의 외피체를 포함함-
    상기 이종 복합 선재의 양단부 중 적어도 하나의 내부 심체에 오목 절삭부가 형성되도록 성형하는 단계; 및
    상기 이종 복합 선재의 양단부의 외피체를 내부 심체 융융점보다 높은 온도에서 용접하는 단계
    를 포함하는 이종 복합 선재의 용접 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이종 복합 선재는 CCA(Copper Clad Aluminum) 선재이며, 내부 심체는 알루미늄(Al)이며, 외피체는 동(Cu)인 것을 특징으로 하는 이종 복합 선재의 용접 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이종 복합 선재의 양단부의 외피체를 용접하는 단계에서, 외피체 용접 부위에서 발생하는 열이 내부 심체로 전달되어 상기 내부 심체가 용융되어, 외피체의 용접과 내부 심체의 용접이 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 이종 복합 선재의 용접 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 용접 방법에 따라서 용접되는 외피체와 내부 심체를 갖는 이종 복합 선재.
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