KR101264088B1 - 시편 제작용 지그유닛 - Google Patents

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Abstract

시편 제작용 지그유닛이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 시편 제작용 지그유닛은 상호 결합되는 상부블록 및 하부블록의 중앙에 관통된 용접 공간부를 형성하고, 상기 용접 공간부를 기준으로 양측에는 각각 시편소재를 투입하도록 제1투입구와 제2투입구가 각각 형성되는 지그블록; 상기 제1투입구에 대응하는 상기 상부블록의 일측에 체결되어 상기 제1투입구를 통하여 투입된 하나의 시편소재를 상기 하부블록에 고정하는 고정볼트; 상기 제2투입구에 대응하는 상기 하부블록의 일측 내부에 구성되어 상기 제2투입구로 투입되는 다른 하나의 시편소재의 하면을 탄성적으로 지지하는 지지수단; 및 상기 제2투입구에 대응하는 상기 상부블록의 타측에 구성되어 상기 제2투입구로 투입되어 상기 지지수단에 의해 지지되는 다른 하나의 시편소재를 규제함과 동시에, 상기 하나의 시편소재에 대한 다른 하나의 시편소재 사이의 갭을 조정하는 갭 조정수단을 포함한다.

Description

시편 제작용 지그유닛{JIG UNIT FOR FABRICATING A SAMPLE}
본 발명은 시편 제작용 지그유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상호 겹친 상태로, 레이저 용접부를 갖는 시편을 제작하기 위한 시편 제작용 지그유닛에 관한 것이다.
일반적으로 차체 조립공정 중, 2장의 강판을 접합시키는 방법으로는 스폿 저항용접과 셀프 피어싱 리벳접합, 레이저 용접 등이 많이 사용된다.
상기한 레이저 용접은 레이저빔의 초점구간에서 에너지 다중반사 및 흡수를 이용한 키홀 용접(keyhole welding)과, 레이저빔의 비초점구간에서 열전도를 이용한 전도 용접(conduction welding)으로 구분될 수 있다.
특히, 상기한 키홀 용접은 레이저빔이 렌즈에 의해 집적되어 소재에 대하여 에너지 다중반사 및 다중흡수가 일어나는 약 2mm 이내의 초점구간에서 용접이 이루어지는 것으로, 레이저빔의 전자기파 에너지가 집적된 초점위치에서 소재의 표면에 충돌하고, 그 충돌에너지는 열에너지를 발산하면서 전자기파의 연속적인 현상인 키홀 현상(즉, 키홀 현상을 과학적으로 서술하면, 고출력 레이저 용접에서 용융 풀에 증기압 등의 작용으로 작은 구멍을 만들면서 용접이 이루어지는 상태)으로부터 유래한다.
이러한 레이저 용접은 최근 차체를 이루는 강판의 접합방법으로 사용 예가 확대되고는 있으나, 아연도금강판(Galvanized Steel Sheet; 즉, 아연을 도금한 강판 전체를 총칭하는 것)의 접합에는 몇 가지 제약이 따른다.
즉, 아연도금강판의 겹치기 레이저 용접은 그 용접품질을 결정하는 주요인자로 레이저 출력, 용접속도, 소재간의 갭(Gap) 등을 들 수 있다.
특히, 2장의 겹쳐진 아연도금강판 사이에 일정한 갭(Gap)이 없는 경우에는 그 용접부에 아연 도금층의 증발로 인한 아연증기의 영향으로 기공이 발생하거나, 폭발성 기공을 동반하여 용접불량을 초래한다.
이에 따라, 2장의 아연도금강판을 겹치기 레이저 용접하기 위해서는 지그장치를 통하여 아연도금강판 사이에 갭을 유지하여 아연증기가 배출되도록 하는 것이 중요하다.
이와 같이, 아연도금강판 등의 접합에 레이저 용접을 적용하기 위해서는 먼저 장비의 특성을 파악하거나, 소재별 레이저 용접부의 전단 또는 인장 등의 강도를 데이터화 할 필요가 있는데, 이러한 경우에는, 도 1에서 도시한 바와 같은 시편(1)을 통하여 평가하게 된다.
이러한 레이저 용접부(W)를 갖는 시편(1)을 제작하기 위해서는 작업자가 2장의 시편소재(3,5)를 겹친 상태로 지그에 고정하거나, 2장의 시편소재(3,5) 사이에 심 플레이트(미도시; shim plate) 등을 개재하여 갭을 일정하게 유지한 상태로 지그에 고정하여 레이저 용접을 진행하게 된다.
그러나 종래와 같은 방법으로 레이저 용접부(W)를 갖는 시편(1)을 제작하는 경우, 안전상의 문제점이 있으며, 특히, 아연도금강판을 시편소재로 하는 경우에는 갭의 크기에 따른 용접부의 접합강도를 정확하게 측정하기 위해 여러 종류의 시편(1)을 제작하는데, 갭의 크기에 따라 매번 이루어지는 각 시편소재(3,5)의 고정작업이 불편하고, 각 시편소재(3,5) 사이의 갭을 정확하게 설정하지 못하는 경우에는 실험 데이터의 신뢰성을 떨어트리는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예는 지그블록 내부에서 2장의 시편소재 중, 하나의 시편소재는 고정하고, 다른 하나의 시편소재는 그 위치를 조정 가능하게 함으로서, 시편소재 간의 갭(Gap)에 따른 여러 종류의 겹치기 레이저 용접 시편을 간편하게 제작하며, 시편소재 간의 갭의 정밀성을 높여 신뢰성있는 실험결과를 얻을 수 있도록 하는 시편 제작용 지그유닛을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 상호 결합되는 상부블록 및 하부블록의 중앙에 관통된 용접 공간부를 형성하고, 상기 용접 공간부를 기준으로 양측에는 각각 시편소재를 투입하도록 제1투입구와 제2투입구가 각각 형성되는 지그블록; 상기 제1투입구에 대응하는 상기 상부블록의 일측에 체결되어 상기 제1투입구를 통하여 투입된 하나의 시편소재를 상기 하부블록에 고정하는 고정볼트; 상기 제2투입구에 대응하는 상기 하부블록의 일측 내부에 구성되어 상기 제2투입구로 투입되는 다른 하나의 시편소재의 하면을 탄성적으로 지지하는 지지수단; 상기 제2투입구에 대응하는 상기 상부블록의 타측에 구성되어 상기 제2투입구로 투입되어 상기 지지수단에 의해 지지되는 다른 하나의 시편소재를 규제함과 동시에, 상기 하나의 시편소재에 대한 다른 하나의 시편소재 사이의 갭을 조정하는 갭 조정수단을 포함하는 시편 제작용 지그유닛을 제공할 수 있다.
또한, 상기 지그블록은 상기 제1투입구에 대응하는 상기 하부블록의 상면이 상기 고정볼트에 의해 하나의 시편소재가 고정되는 고정면으로 형성되고, 상기 제2투입구에 대응하는 상기 상부블록의 하면이 상기 지지수단과 갭 조정수단에 의해 규제되는 다른 하나의 시편소재의 설치 기준면이 될 수 있다.
또한, 상기 고정면과 상기 설치 기준면은 상호 반대방향을 향하며, 동일한 위상을 갖는 것일 수 있다.
또한, 상기 지지수단은 상기 제2투입구에 대응하는 상기 하부블록의 일측 내부에 상하로 관통되는 스프링 홀; 상기 스프링 홀에 삽입되는 스프링; 상기 제2투입구 내부에서, 상기 스프링에 탄성적으로 지지되도록 상기 스프링 홀에 설치되는 지지판; 및 상기 하부블록의 하면에서 상기 스프링의 이탈을 방지하도록 상기 스프링 홀에 체결되는 스프링 캡으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 스프링은 상기 스프링 홀의 내부에서, 상단이 상기 지지판의 하측에 끼워지고, 하단은 상기 스프링 캡에 지지되는 코일 스프링으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 지지판은 하면에 상기 스프링 홀에 안내되는 안내단과 상기 스프링에 끼워지는 끼움단이 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 갭 조정수단은 상기 제2투입구에 대응하는 상기 상부블록의 타측에 나사 체결되어 상기 제2투입구 내부의 다른 하나의 시편소재를 규제하는 조정볼트; 및 상기 조정볼트의 상단에 끼워진 상태로 상기 상부블록 상에 형성되는 눈금을 기준으로 상기 조정볼트의 체결량을 조절하는 조정 캡으로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 지그블록 내부에서 2장의 시편소재 중, 하나의 시편소재는 먼저 고정하고, 다른 하나의 시편소재는 조정볼트를 통하여 그 위치를 조정 가능하게 하여 시편소재 간의 갭(Gap)을 정밀하게 설정할 수 있도록 한다.
이와 같이, 시편소재의 간의 갭이 정밀하게 설정된 상태로 겹치기 레이저 용접 시편을 제작함으로서, 신뢰성있는 실험결과를 얻을 수 있도록 한다.
또한, 시편소재 간의 갭을 달리하여 여러 종류의 시편을 제작하는 경우에도, 조정볼트를 통한 시편소재 간의 갭을 간단하게 조정할 수 있다.
도 1은 레이저 용접부를 갖는 시편의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시편 제작용 지그유닛의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시편 제작용 지그유닛의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시편 제작용 지그유닛의 단면도이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 시편 제작용 지그유닛의 사용 상태도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 레이저 용접부를 갖는 시편의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시편 제작용 지그유닛의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시편 제작용 지그유닛의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시편 제작용 지그유닛의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 시편 제작용 지그유닛(10)을 통하여 제작되는 시편(1)은 2장의 시편소재(3,5)를 상호 겹친 상태로, 겹쳐진 일측에 레이저 용접을 통하여 레이저 용접부(W)를 형성하여 구성된다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기한 시편 제작용 지그유닛(10)은 지그블록(11), 고정볼트(21), 지지수단(30), 갭 조정수단(40)을 포함한다.
상기 지그블록(11)은 상부블록(13)과 하부블록(15)으로 구성되는데, 상기 상부블록(13)과 하부블록(15)은 상호 볼트 체결된다.
이와 같이 상호 체결된 상부블록(13)과 하부블록(15)으로 구성되는 지그블록(11)은 중앙에 관통된 용접 공간부(S)를 형성하고, 상기 용접 공간부(S)를 기준으로 양측에는 제1시편소재(3)와 제2시편소재(5)를 각각 투입하도록 제1투입구(H1)와 제2투입구(H2)가 각각 형성된다.
여기서, 상기 제1투입구(H1)에 대응하는 상기 하부블록(15)의 일측 상면은 상기 고정볼트(21)에 의해 제1시편소재(3)가 고정되는 고정면(F1)으로 형성되고, 상기 제2투입구(H2)에 대응하는 상기 상부블록(13)의 일측 하면은 상기 지지수단(30)과 갭 조정수단(40)에 의해 규제되는 제2시편소재(5)의 설치 기준면(F2)이 된다.
여기서, 상기 고정볼트(21)는 상기 제1투입구(H1)에 대응하는 상기 상부블록(13)의 일측에 나사 체결되어 상기 제1투입구(H1)를 통하여 투입된 제1시편소재(3)를 상기 하부블록(15)의 고정면(F1)에 고정한다.
즉, 상기 고정면(F1)은 상기 제1시편소재(3)가 제1투입구(H1)를 통하여 투입된 상태로 제1시편소재(3)의 하면을 지지하며, 상기 고정볼트(21)의 체결에 의해 제1시편소재(3)를 상기 지그블록(11)의 제1투입구(H1) 내에 고정한다.
또한, 상기 설치 기준면(F2)은 상기 제2투입구(H2)를 통하여 투입되어 지지수단(30)에 의해 상향 지지되는 제2시편소재(5)의 상면을 지지하여 제1시편소재(3)와 제2시편소재(5) 사이의 갭이 "0"이 되는 설치 기준으로 기능한다.
이때, 상기 고정면(F1)과 상기 설치 기준면(F2)은 상호 반대방향을 향하며, 표면이 동일한 위상을 가질 때, 상기 제1시편소재(3)와 제2시편소재(5) 사이의 갭이 "0"이 된다.
그리고 상기 지지수단(30)은 상기 제2투입구(H2)에 대응하는 상기 하부블록(15)의 타측 내부에 구성되어 상기 제2투입구(H2)로 투입되는 제2시편소재(5)의 하면을 탄성적으로 지지한다.
즉, 상기 지지수단(30)은 상기 제2투입구(H2)에 대응하는 상기 하부블록(15)의 타측 내부에 상하로 관통되는 스프링 홀(31)이 형성되고, 상기 스프링 홀(31)에는 스프링(33)이 삽입된다.
또한, 상기 스프링 홀(31)에는 지지판(35)이 설치되는데, 상기 지지판(35)은 상기 제2투입구(H2) 내부에서 상기 스프링 홀(31) 내부의 스프링(33)에 탄성적으로 지지되도록 설치된다.
또한, 상기 스프링 홀(31)에는 상기 하부블록(15)의 하면에서 상기 스프링(33)의 이탈을 방지하도록 스프링 캡(37)이 체결된다.
여기서, 상기 스프링(33)은 상기 스프링 홀(31)의 내부에서, 상단이 상기 지지판(35)의 하측에 끼워지고, 하단은 상기 스프링 캡(37)에 지지되는 코일 스프링으로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 지지판(35)에 상향 탄성력을 제공할 수 있는 탄성부재이면 적용이 가능하다.
또한, 상기 지지판(35)은 하면에 상기 스프링 홀(31)에 안내되는 안내단(35a)이 일체로 형성되고, 상기 안내단(35a)의 하면에는 상기 스프링(33)의 상단에 끼워지는 끼움단(35b)이 일체로 형성된다.
그리고 상기 갭 조정수단(40)은 상기 제2투입구(H2)에 대응하는 상기 상부블록(13)의 타측에 구성되어 상기 제2투입구(H2)로 투입되어 상기 지지수단(30)의 지지판(35)에 의해 상향 지지되는 제2시편소재(5)의 상측을 가압하여 규제함과 동시에, 상기 제1시편소재(3)에 대한 제2시편소재(5) 사이의 갭을 조정하는 기능을 한다.
상기 갭 조정수단(40)은 조정볼트(41)와 조정 캡(43)으로 구성된다.
상기 조정볼트(41)는 상기 제2투입구(H2)에 대응하는 상기 상부블록(13)의 타측에 나사 체결되며, 그 체결량에 따라 상기 제2투입구(H2) 내부의 제2시편소재(5)의 상면을 규제한다.
또한, 상기 조정 캡(43)은 상기 조정볼트(41)의 상단에 끼워진 상태로 상기 상부블록(13) 상에 형성되는 눈금(45)을 기준으로 상기 조정볼트(41)의 체결량을 조절한다.
즉, 상기 조정 캡(43)을 통하여 상기 조정볼트(41)의 체결량을 조절하면, 상기 제2투입구(H2) 내부에 투입되어 지지판(35)에 의해 상향 지지되는 제2시편소재(5)의 상하방향 위치를 조정하여 상기 제1시편소재(3)와 제2시편소재(5) 사이의 갭을 임의로 조정할 수 있다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 시편 제작용 지그유닛(10)의 작동을, 도 5와 도 6을 통하여 설명한다.
즉, 상기 시편 제작용 지그유닛(10)을 이용하여 상기 도 1에서 도시한 바와 같이, 제1시편소재(3)와 제2시편소재(5) 사이의 갭이 없는 상태의 레이저 용접부(W)를 갖는 시편(1)을 제작하기 위해서는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 지그블록(11)의 제1투입구(H1)에 제1시편소재(3)를 투입하여 고정볼트(21)로 체결함으로써 제1시편소재(3)를 제1투입구(H1) 내의 고정면(F1)에 고정한다.
그리고 상기 지그블록(11)의 제2투입구(H2)로 제2시편소재(5)를 투입하여 상기 지지판(35)에 의해 제2시편소재(5)가 상향 지지되도록 설치한다.
이때, 상기 조정볼트(41)는 풀어서 제2시편소재(5)에 접촉되지 않도록 하는데, 그러면, 상기 제2시편소재(5)는 지지판(35)을 통하여 스프링(33)의 탄성력으로 설치 기준면(F2)에 밀착된 상태가 된다.
이러한 상태에서는 상기 제1시편소재(3)와 제2시편소재(5)는 상기 용접 공간부(S) 내부에서 각 일정구간이 상호 겹쳐진 상태로 접촉되어 상호간의 갭이 "0"인 상태가 된다.
이러한 상태로, 상기 제1시편소재(3)와 제2시편소재(5)의 겹쳐진 부분에 상기 용접 공간부(S)를 통하여 일정구간 레이저빔(LB)을 조사하여 레이저 용접을 진행하여 레이저 용접부(W)를 갖는 시편(1)을 제작한다.
한편, 아연도금강판과 같이 소재 상호 간에 갭이 필요한 시편(1)을 제작하기 위해서는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 지그블록(11)의 제1투입구(H1)에 제1시편소재(3)를 투입하여 고정볼트(21)로 체결함으로써 제1시편소재(3)를 제1투입구(H1) 내의 고정면(F1)에 먼저 고정한다.
그리고 상기 지그블록(11)의 제2투입구(H2)로 제2시편소재(5)를 투입하여 상기 지지판(35)에 의해 제2시편소재(5)가 상향 지지되도록 설치한다.
이때, 상기 조정 캡(43)을 통하여 필요한 갭(G)만큼 상기 조정볼트(41)를 체결하여 제2시편소재(5)가 지지판(35)을 누르면서 설정 갭(G)만큼 하강되도록 한다.
즉, 상기 제1시편소재(3)와 제2시편소재(5)는 상기 용접 공간부(S) 내부에서 각 일정구간이 상호 겹쳐진 상태로 설정 갭(G)만큼 이격된 상태가 된다.
이러한 상태로, 상기 제1시편소재(3)와 제2시편소재(5)의 겹쳐진 부분에 상기 용접 공간부(S)를 통하여 일정구간 레이저빔(LB)을 조사하여 레이저 용접을 진행하여 일정 갭(G)을 유지하면서 레이저 용접된 레이저 용접부(W)를 갖는 시편(1)을 제작한다.
이때, 상기 갭(G)은 조정 캡(43)을 통한 조정볼트(41)의 체결량에 따라 고정된 제1시편소재(3)에 대하여 제2시편소재(5)가 이동하면서 결정되며, 작업자는 필요에 따라 조정 캡(43)의 조작만으로 다양한 갭(G)을 유지한 상태로 레이저 용접된 시편(1)의 제작이 가능하다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1: 시편 3,5: 시편소재
W: 레이저 용접부 S: 용접 공간부
H1,H2: 투입구 F1: 고정면
F2: 설치 기준면 10: 지그유닛
11: 지그블록 13: 상부블록
15: 하부블록 21: 고정볼트
30: 지지수단 31: 스프링 홀
33: 스프링 35: 지지판
35a: 안내단 35b: 끼움단
37: 스프링 캡 40: 갭 조정수단
41: 조정볼트 43: 조정 캡
45: 눈금

Claims (7)

  1. 상호 결합되는 상부블록 및 하부블록의 중앙에 관통된 용접 공간부를 형성하고, 상기 용접 공간부를 기준으로 양측에는 각각 시편소재를 투입하도록 제1투입구와 제2투입구가 각각 형성되는 지그블록;
    상기 제1투입구에 대응하는 상기 상부블록의 일측에 체결되어 상기 제1투입구를 통하여 투입된 하나의 시편소재를 상기 하부블록에 고정하는 고정볼트;
    상기 제2투입구에 대응하는 상기 하부블록의 일측 내부에 구성되어 상기 제2투입구로 투입되는 다른 하나의 시편소재의 하면을 탄성적으로 지지하는 지지수단;
    및 상기 제2투입구에 대응하는 상기 상부블록의 타측에 구성되어 상기 제2투입구로 투입되어 상기 지지수단에 의해 지지되는 다른 하나의 시편소재를 규제함과 동시에, 상기 하나의 시편소재에 대한 다른 하나의 시편소재 사이의 갭을 조정하는 갭 조정수단;
    을 포함하는 시편 제작용 지그유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지그블록은
    상기 제1투입구에 대응하는 상기 하부블록의 상면이 상기 고정볼트에 의해 하나의 시편소재가 고정되는 고정면으로 형성되고,
    상기 제2투입구에 대응하는 상기 상부블록의 하면이 상기 지지수단과 갭 조정수단에 의해 규제되는 다른 하나의 시편소재의 설치 기준면이 되는 것을 특징으로 하는 시편 제작용 지그유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정면과 상기 설치 기준면은
    상호 반대방향을 향하며, 동일한 위상을 갖는 것을 특징으로 하는 시편 제작용 지그유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지수단은
    상기 제2투입구에 대응하는 상기 하부블록의 일측 내부에 상하로 관통되는 스프링 홀;
    상기 스프링 홀에 삽입되는 스프링;
    상기 제2투입구 내부에서, 상기 스프링에 탄성적으로 지지되도록 상기 스프링 홀에 설치되는 지지판; 및
    상기 하부블록의 하면에서 상기 스프링의 이탈을 방지하도록 상기 스프링 홀에 체결되는 스프링 캡;
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시편 제작용 지그유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스프링은
    상기 스프링 홀의 내부에서, 상단이 상기 지지판의 하측에 끼워지고, 하단은 상기 스프링 캡에 지지되는 코일 스프링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시편 제작용 지그유닛.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 지지판은
    하면에 상기 스프링 홀에 안내되는 안내단과 상기 스프링에 끼워지는 끼움단이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 시편 제작용 지그유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 갭 조정수단은
    상기 제2투입구에 대응하는 상기 상부블록의 타측에 나사 체결되어 상기 제2투입구 내부의 다른 하나의 시편소재를 규제하는 조정볼트; 및
    상기 조정볼트의 상단에 끼워진 상태로 상기 상부블록 상에 형성되는 눈금을 기준으로 상기 조정볼트의 체결량을 조절하는 조정 캡;
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시편 제작용 지그유닛.
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