KR101337294B1 - 저항용접용 박판 적층물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저항용접을 위한 박판 적층물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 저항용접을 위한 박판 적층물은 서로 적층되는 다수개의 박판들; 및 상기 박판들 각각에 형성되거나 최하층의 상기 박판을 제외한 나머지 상기 박판들 각각에 형성되며, 상기 박판들을 서로 접합하는 접합부를 형성하는 엠보싱을 포함한다.

Description

저항용접용 박판 적층물 및 그 제조방법{THIN PLATE LAMINATE FOR RESISTANCE WELDING AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 여러 장의 박판을 동시에 효과적으로 용접할 수 있는 박판 적층물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 예를 들면, 구리판과 다수의 알루미늄 박판을 동시에 효과적으로 용접할 수 있는 저항용접용 박판 적층물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 저항용접은 용접 모재에 큰 전류를 흘려서 접합부의 접촉저항에 의한 발열로 용접 모재를 가열하여 용융 상태로 만들고 기계적 압력을 가해서 용접한다. 저항용접은 가압력, 전류, 통전시간이 중요하며, 용접 모재가 너깃을 형성하며 용융되어 접합된다. 이때 전류를 통전면적으로 나눈 전류밀도가 높아야만 국부적으로 금속의 용융점까지 가열되어 서로 붙게 된다. 저항스폿용접은 동합금의 전극팁 형상을 다소 뾰족한 형태로 가공하여 전류밀도가 높게 하지만, 알루미늄과 같은 소재에서는 전극팁에 알루미늄이 부착하는 오염문제가 심각하여 적용이 어렵다. 한편, 본 기술에서 응용하는 저항프로젝션용접은 전류밀도를 높이기 위해서 엠보싱을 가공하여 국부적으로 전류밀도를 높이는 방법을 쓴다. 이 저항프로젝션용접에서는 전극팁의 형상이 평평하여도 되기 때문에 전극팁에서의 전류밀도가 높지 않아서 전극팁에 알루미늄과 같은 금속이 부착되지 않고 그 수명 또한 길게 된다.
알루미늄 판재의 표면을 산화시켜 표면 저항값을 올리고, 이를 통해 용접이 용이하게 하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이 방법은 전극과 알루미늄 판재 간의 접촉 저항값이 일정하지 않고, 고온에서의 알루미늄 확산 및 금속간 화합물 생성으로 인하여 전극 표면에 알루미늄이 융착될 수 있어, 용접 불량률이 높고 전극 수명이 짧다는 문제점이 있다.
두께 0.2mm이하의 알루미늄 박판의 접합은 초음파 용접을 통해서 많이 이루어졌다. 초음파 용접은 저항용접이나 용융 용접을 적용할 수 없는 박판과 같은 재료의 접합에 이용된다. 초음파 용접은 박판을 음극 간에 놓고 가압하면서 초음파를 발신하여 그 진동을 이용하여 박판을 접합시킨다. 그러나, 초음파 용접은 불량률이 높고, 생산 사이클 시간이 길고, 엔빌과 혼과 같은 공구의 문제로 좁은 공간에서의 적용이 곤란하고 높은 공구비용으로 인하여 생산 비용이 높은 문제가 있다.
본 발명의 목적은 예를 들면, 구리판과 여러 장의 알루미늄 박판들을 동시에 효과적으로 용접할 수 있고, 일반 금속의 박판을 여러장 겹쳐서 동시에 용이하게 접할 수 있는 저항용접용 박판 적층물 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저항용접용 박판 적층물은 서로 적층되는 다수개의 박판들; 및 상기 박판들 각각에 형성되거나 최하층의 상기 박판(예를 들면, 구리판)을 제외한 나머지 상기 박판들 각각에 형성되며, 상기 박판들을 서로 접합하는 접합부를 형성하는 엠보싱;을 포함한다.
구체적으로, 예를 들면 구리판과 여러 장의 알루미늄 박판을 동시에 저항프로젝션용접하는데 있어서, 구리판에는 엠보싱을 가공하지 않고, 여러 장의 알루미늄 박판들에는 엠보싱들의 크기가 적층된 상기 박판의 층에 따라 증가할 수 있다.
상기 엠보싱은 두 종류의 크기로 하여 적층된 상기 박판의 층에 따라 동일한 크기가 교호(交互)로 배치될 수 있다.
상기 동일한 크기를 갖는 엠보싱의 사이에 적층된 상기 엠보싱은 상기 동일한 크기를 갖는 엠보싱의 크기보다 크거나 작을 수 있다.
상기 엠보싱은 적층된 상기 박판의 층에 따라 종방향 또는 횡방향 중 어느 하나의 방향으로 지그재그로 배치될 수 있다.
상기 엠보싱은 높이(H)가 0.2 ∼ 0.8mm의 범위로 형성될 수 있다.
상기 박판들은 두께가 0.05 ∼ 0.2mm일 수 있다.
상기 최하층의 박판은 상기 나머지 박판들의 재질과는 다른 이종 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 박판 적층물 제조방법은 엠보싱을 갖는 다수개의 박판들을 상기 엠보싱의 크기가 증가하도록 적층하는 제1 단계; 및 적층된 상기 박판들에 압력을 가하며 전류를 통전시켜, 상기 엠보싱이 너깃을 형성하며 용융되어 상기 박판들을 서로 접합시키는 제2 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 박판들은 이종 재질의 판재 위에 적층될 수 있다.
본 발명의 박판 적층물 제조방법은 엠보싱을 갖는 다수개의 박판들을 상기 엠보싱의 크기가 교호로 배치되도록 적층하는 제1 단계; 및 적층된 상기 박판들에 압력을 가하며 전류를 통전시켜, 상기 엠보싱이 너깃을 형성하며 용융되어 상기 박판들을 서로 접합시키는 제2 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 박판들은 이종 재질의 판재 위에 적층될 수 있다.
본 발명의 박판 적층물 제조방법은 엠보싱을 갖는 다수개의 박판들을 상기 엠보싱이 종방향 또는 횡방향 중 어느 하나의 방향으로 지그재그로 배치되도록 적층하는 제1 단계; 및 적층된 상기 박판들에 압력을 가하며 전류를 통전시켜, 상기 엠보싱이 너깃을 형성하며 용융되어 상기 박판들을 서로 접합시키는 제2 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 박판들은 이종 재질의 판재 위에 적층될 수 있다.
본 발명에 의하면, 다른 금속소재의 박판을 여러 장 겹쳐서 동시에 효과적으로 저항용접할 수 있고, 또한 동일한 소재의 박판을 동시에 저항용접할 수 있다. 예를 들면, 구리판과 다수의 알루미늄 박판을 동시에 효과적으로 용접할 수 있고, 알루미늄 박판의 저항용접시 전극팁에 알루미늄이 심하게 부착되는 오염현상이 발생하지 않는다. 이로 인해 전극팁의 수명이 저항스폿용접의 경우보다는 현저히 길어지게 되어 대량 생산이 용이하여 저가로 고품질을 실현할 수 있다. 또한 기존에는 엠보싱이 하나인 저항프로젝션용접을 하는 경우가 일반적이었지만 본 발명에서는 하나의 박판에 엠보싱을 여러 개를 가공하였고, 그 위에 겹치는 또 다른 박판에는 다른 크기의 엠보싱을 여러 개 가공하여 서로 겹쳐두고 가압하여 큰 직경의 전극팁으로 통전시켜 저항프로젝션 용접함으로써 동시에 너깃이 여러 개가 형성되도록 하면서 여러 장의 박판을 동시에 용접하도록 한다. 따라서 용접부에 너깃이 하나만 형성되는 경우보다는 현저히 품질확보가 용이하고, 보다 강건한 프로세스라고 할 수 있고 이러한 프로젝션용접이 동시에 여러 장 겹쳐진 상태에서 아주 짧은 시간에 매우 용이하게 이루어지는 효과를 가진다. 또한 지나치게 큰 열전도성으로 인하여 용접성이 매우 나쁜 구리판에 여러 장의 알루미늄 박판을 용접 할 경우에 각 알루미늄 박판에 가공되는 엠보싱은 크기가 서로 달라서 박판과 박판사이에서 너깃이 반드시 형성되도록 고안되어 있다. 따라서 전극팁의 소모가 장기간 적으면서도 여러 개의 너깃이 확실하게 형성될 수 있다. 특히 아랫판의 엠보싱과 윗판의 엠보싱이 하나쯤 겹쳐지는 경우가 있더라도 나머지 엠보싱은 서로 어긋나게 설계 고안되어 동일 박판에서는 항상 1개 이상의 너깃이 여러 박판에서 동시에 확실하게 형성될 수 있는 특징을 가진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 이루는 박판의 일부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 박판들이 적층된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 박판들이 적층된 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 박판들이 적층된 또 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 적층된 박판들을 저항용접하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 적층된 박판들을 저항용접하는 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 적층된 박판들을 저항용접하는 또 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 박판들이 적층된 모습을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 박판들이 적층된 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 박판들이 적층된 또 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 적층된 박판들을 저항용접하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 적층된 박판들을 저항용접하는 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 적층된 박판들을 저항용접하는 또 다른 모습을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물(이하, "본 발명의 제1 실시예"라고 한다)은 박판들(10)로 이루어진다. 박판들(10)은 서로 적층된 후 접합되어 본 발명의 제1 실시예를 이룬다. 박판들(10)은 두께가 0.05∼0.2mm의 판재로서 1mm 전후의 박판 보다 두께가 매우 얇다. 도면에서는 3장의 박판들(10)이 적층된 본 발명의 제1 실시예가 도시되어 있지만, 본 발명의 제1 실시예는 3장 이상, 수십장의 박판들(10)을 적층하여 이루어질 수 있다. 박판들(10)은 알루미늄, 니켈, 구리, 철 등 중 어느 하나의 금속소재로 제작될 수 있다. 본 발명의 제1 실시예는 동일한 소재로 제작된 박판들(10)로 이루어진다. 예를 들면, 본 발명의 제1 실시예는 알루미늄 박판들(10)로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 이루는 박판의 일부를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 박판들(10)에는 각각 다수개의 엠보싱(21)이 형성된다. 엠보싱(21)은 최하층을 이루는 박판(10)을 제외한 나머지 박판(10)에만 형성될 수 있다. 엠보싱(21)은 박판들(10)을 접합하는 접합부를 형성함으로써 프로젝션용접을 이용해 두께가 얇은 박판들(10)의 접합을 가능하게 한다. 엠보싱(21)은 박판들(10) 사이에 복수개(Multi)의 너깃(weld Nugget)을 형성함으로써 박판들(10)의 접합을 가능하게 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 엠보싱(21)은 박판들(10)의 중앙에 배열되어 너깃을 만드는 접합부 즉, 너깃을 형성할 수 있다.
엠보싱(21)의 크기(D)는 서로 동일하거나 박판(10) 마다 서로 다른 크기로 형성될 수 있고, 아래 수학식1을 대체로 만족하도록 형성될 수 있다.
Figure 112012027969572-pat00001
여기서, t는 박판의 두께이다.
또한, 본 발명에서 개발된 엠보싱(21)은 내측 오목부의 각도(a)가 10°∼30°범위로 형성되고, 내측 모서리 곡률반경(r)이 0.01∼0.2mm 범위로 형성됨이 바람직하다.
엠보싱(21)의 내측 오목부의 각도(a)가 10°미만이고 내측 모서리 곡률반경(r)이 0.01mm 미만이면, 박판들(10)을 접합하기 위한 엠보싱(21)을 만들기 어렵고, 엠보싱(21)의 내측 오목부의 각도(a)가 30°를 초과하고 내측 모서리 곡률반경(r)이 0.2mm를 초과하면, 박판들(10)을 접합하기 위한 엠보싱(21)의 압궤강도가 너무 약해서 전류밀도를 높이기 위한 엠보싱으로서의 의미가 퇴색될 수 있다.
또한, 엠보싱(21)은 높이(H)가 0.2∼0.8mm의 범위로 형성됨이 바람직하다. 엠보싱(21)의 높이(H)가 0.2mm 미만으로 형성되면 압궤강도(壓潰强度)가 낮아질 수 있다. 압궤강도가 낮으면, 초기 가압하는 것만으로 엠보싱(21)이 쉽게 압궤(壓潰)되기 때문에, 엠보싱(21)의 끝(tip)에 전류가 집중되지 못하므로, 결국 엠보싱(21)의 끝을 중심으로 너깃이 형성되지 않을 수 있다.
엠보싱(21)의 높이(H)가 0.8mm를 초과하여 형성되면, 박판 두께에 비해 너무 높기 때문에 엠보싱(21)의 측벽 두께가 얇아질 수 있다. 엠보싱(21)의 측벽의 두께가 얇아지면, 냉간압궤강도가 낮아질 수 있고, 엠보싱(21)의 끝이 용융되기 전에 측벽이 먼저 녹아서 압궤될 수 있으므로 정상적으로 너깃이 형성되지 않을 수 있다. 또한, 엠보싱(21)의 높이가 지나치게 높으면 엠보싱(21)을 성형하기 위한 프레스작업에서 작은 편심으로도 측벽이 너무 얇아지는 일이 빈번히 발생할 수 있다.
도면에서는 엠보싱(21)을 원호(圓弧) 형상으로 도시하였지만, 삼각, 사각 등 다각 형상 등으로 다양하게 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 박판들이 적층된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 엠보싱(21)은 적층되는 박판들(10)에 따라 크기가 증가하도록 적층될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 최하층을 이루는 박판(10)의 도면부호를 10a로 표기하고 그 박판(10a)에 형성된 엠보싱(21)의 도면부호를 21a로 표기한다. 또한, 중간층을 이루는 박판(10)의 도면부호를 10b로 표기하고 그 박판(10b)에 형성된 엠보싱(21)의 도면부호를 21b로 표기한다. 또한, 최상층을 이루는 박판(10)의 도면부호를 10c로 표기하고 그 박판(10c)에 형성된 엠보싱(21)의 도면부호를 21c로 표기한다.
즉, 박판(10a) 위에는 엠보싱(21a)의 크기보다 큰 크기를 갖는 엠보싱(21b)이 형성된 박판(10b)이 적층되며, 박판(10b)의 위에는 엠보싱(21b)의 크기보다 큰 크기를 갖는 엠보싱(21c)이 형성된 박판(10c)이 적층된다. 그러면 엠보싱(21a)(21b)(21c)은 서로 빠져 포개지는 일이 발생하지 않고 너깃이 엠보싱(21) 끝에서 효과적으로 형성된다.
이와 같이 서로 같은 위치에 포개지지 않고 적층되는 엠보싱(21a)(21b)(21c)의 끝에는 전류가 충분히 집중되어 전류밀도가 증가된다. 전류밀도가 증가된 엠보싱(21b)(21c)의 끝과 접하는 박판(10a)(10b)과의 사이에는 복수의 너깃이 효과적으로 형성됨으로써, 동일한 금속소재의 박판들(10a)(10b)(10c)로 이루어진 본 발명의 제1 실시예가 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 박판들이 적층된 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 엠보싱(21a)(21b)(21c)은 적층되는 박판들(10a)(10b)(10c)에 따라 동일한 크기가 교호(交互)로 배치되도록 적층될 수 있다. 이때, 동일한 크기를 갖는 엠보싱(21a)(21c)의 사이에 적층되는 엠보싱(21b)은 동일한 크기를 갖는 엠보싱(21a)(21c)의 크기보다 크거나 작을 수 있다.
예를 들면, 박판(10a) 위에는 엠보싱(21a)의 크기보다 큰 크기를 갖는 엠보싱(21b)이 형성된 박판(10b)이 적층되며, 박판(10b)의 위에는 엠보싱(21a)의 크기과 동일한 크기를 갖는 엠보싱(21c)이 형성된 박판(10c)이 적층된다. 그러면 엠보싱(21a)(21b)(21c)은 서로 같은 위치에 포개져서 빠지는 일이 발생하지 않고 너깃이 효과적으로 형성된다.
이와 같이 서로 포개지지 않고 적층되는 엠보싱(21a)(21b)(21c)의 끝에는 전류가 충분히 집중되어 전류밀도가 증가된다. 전류밀도가 증가된 엠보싱(21b)(21c)의 끝과 접하는 박판(10a)(10b)과의 사이에는 복수의 너깃이 효과적으로 형성됨으로써, 동일한 금속소재의 박판들(10a)(10b)(10c)로 이루어진 본 발명의 제1 실시예가 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 박판들이 적층된 또 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 엠보싱(21a)(21b)(21c)은 적층되는 박판들(10a)(10b)(10c)에 따라 종방향 또는 횡방향 중 어느 하나의 방향으로 지그재그로 배치되도록 적층될 수 있다. 이때, 엠보싱(21a)(21b)(21c)의 크기는 동일할 수 있고, 서로 달라도 무방하다.
즉, 박판(10a) 위에는 종 또는 횡방향 중 어느 하나의 방향으로 엠보싱(21a)의 사이에 위치하는 엠보싱(21b)을 갖는 박판(10b)이 적층되며, 박판(10b)의 위에는 종 또는 횡방향 중 어느 하나의 방향으로 엠보싱(21b)의 사이에 위치하는 엠보싱(21c)을 갖는 박판(10c)이 적층된다. 그러면 엠보싱(21a)(21b)(21c)은 서로 빠져 포개지는 일이 발생하지 않고 너깃이 효과적으로 형성된다.
이와 같이 서로 포개지지 않고 적층되는 엠보싱(21a)(21b)(21c)의 끝에는 전류가 충분히 집중되어 전류밀도가 증가된다. 전류밀도가 증가되어 용융된 엠보싱(21b)(21c)의 끝과 접하는 박판(10a)(10b)과의 사이에는 복수의 너깃이 효과적으로 형성됨으로써, 동일한 금속소재의 박판들(10a)(10b)(10c)로 이루어진 본 발명의 제1 실시예이 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 적층된 박판들을 접합하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 하부전극(101)과 상부전극(103)의 사이에는 박판 형태의 금속판재(S)가 배치되고, 그 금속판재(S) 위에 박판들(10a)(10b)(10c)이 적층된다. 도 3에 도시된 바와 같이 엠보싱(21a)(21b)(21c)은 적층되는 박판들(10a)(10b)(10c)에 따라 크기가 증가하도록 적층될 수 있다.
이후, 박판들(10a)(10b)(10c)에는 상부전극(103)의 하강에 의해 압력이 가해지면서 전류가 인가된다. 그러면 서로 포개지지 않고 적층됨으로써 전류밀도가 증가된 엠보싱(21b)(21c)의 끝과 접하는 박판(10a)(10b)과의 사이에는 엠보싱(21b)(21c)의 끝이 용융되면서 압궤되고, 이로 인해 너깃이 효과적으로 형성된다. 결과적으로 0.05∼0.2mm의 두께를 갖는 동일한 금속소재로 이루어진 박판들(10a)(10b)(10c)이 견고하게 접합된 본 발명의 제1 실시예가 완성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 적층된 박판들을 접합하는 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전극을 각각 갖는 하부전극(101)과 상부전극(103)의 사이에는 금속판재(S)가 배치되고, 그 금속판재(S) 위에 박판들(10a)(10b)(10c)이 도 4에 도시된 바와 같이 엠보싱(21a)(21b)(21c)이 적층되는 박판들(10a)(10b)(10c)에 따라 동일한 크기가 교호로 배치되도록 적층될 수 있다.
이후, 박판들(10a)(10b)(10c)에는 상부전극(103)의 하강에 의해 압력이 가해지면서 교류전류가 인가된다. 그러면 서로 포개지지 않고 적층됨으로써 전류밀도가 증가된 엠보싱(21b)(21c)의 끝과 접하는 박판(10a)(10b)과의 사이에는 엠보싱(21b)(21c)의 끝이 용융되면서 압궤되고, 너깃이 효과적으로 형성된다. 결과적으로 0.05∼0.2mm의 두께를 갖는 동일한 금속소재로 이루어진 박판들(10a)(10b)(10c)이 견고하게 접합된 본 발명의 제1 실시예가 완성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 적층된 박판들을 접합하는 또 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 8 도시된 바와 같이, 전극을 각각 갖는 하부전극(101)과 상부전극(103)의 사이에는 박판 형태의 금속판재(S)가 배치되고, 그 금속판재(S) 위에 박판들(10a)(10b)(10c)이 도 5에 도시된 바와 같이 엠보싱(21a)(21b)(21c)이 적층되는 박판들(10a)(10b)(10c)에 따라 종방향 또는 횡방향 중 어느 하나의 방향으로 지그재그로 배치되도록 적층될 수 있다.
이후, 박판들(10a)(10b)(10c)에는 상부전극(103)의 하강에 의해 압력이 가해지면서 전류가 인가된다. 그러면 서로 포개지지 않고 적층됨으로써 전류밀도가 증가된 엠보싱(21b)(21c)의 끝과 접하는 박판(10a)(10b)과의 사이에는 엠보싱(21b)(21c)의 끝이 용융되면서 압궤되고, 너깃이 효과적으로 형성된다. 결과적으로 0.05∼0.2mm의 두께를 갖는 동일한 금속소재로 이루어진 박판들(10a)(10b)(10c)이 견고하게 접합된 본 발명의 제1 실시예가 완성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 박판들이 적층된 모습을 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예의 박판 적층물(이하, "본 발명의 제2 실시예"라고 한다)은 박판들(10a)(10b)(10c), 박판들(10a)(10b)(10c)의 재질과는 다른 이형 재질로 이루어진 판재(210), 판재(210)을 제외한 박판들(10a)(10b)(10c) 각각에 형성된 엠보싱(21a)(21b)(21c)을 포함한다.
박판들(10a)(10b)(10c) 및 판재(210)는 알루미늄, 니켈, 구리, 철 등 중 어느 하나의 금속소재로 제작될 수 있고, 박판들(10a)(10b)(10c)은 판재(210) 위에 적층되어 본 발명의 제2 실시예를 이룬다. 예를 들면, 본 발명의 제2 실시예는 구리 재질의 판재(210) 위에 알루미늄 재질의 박판들(10a)(10b)(10c)이 적층되어 이루어질 수 있다. 판재(210)은 박판들(10a)(10b)(10c)의 두께와 동일한 두께를 갖거나 0.2mm 초과하는 두께를 갖을 수 있다. 엠보싱(21a)(21b)(21c)은 박판들(10a)(10b)(10c)(210)을 서로 접합하는 접합부를 형성한다.
엠보싱(21a)(21b)(21c)은 도 3에 도시된 바와 같이 적층되는 박판들(10a)(10b)(10c)에 따라 크기가 증가하도록 적층될 수 있고, 이에 의해 서로 빠져 포개지는 일이 발생하지 않고 복수의 너깃이 효과적으로 형성된다.
이와 같이 서로 포개지지 않고 적층되는 엠보싱(21a)(21b)(21c)의 끝에는 전류가 충분히 집중되어 전류밀도가 증가된다. 전류밀도가 증가된 엠보싱(21b)(21c)의 끝과 접하는 박판(10a)(10b)과의 사이에는 복수의 너깃이 효과적으로 형성됨으로써, 박판들(10a)(10b)(10c)이 견고하게 접합된다.
또한, 전류밀도가 증가된 엠보싱(21a)의 끝과 접하는 판재(210)와의 사이에도 복수의 너깃이 효과적으로 형성됨으로써, 박판(10a)에 판재(210)가 견고하게 접합된다.
이에 의해 예를 들면, 구리판(210)과 다수의 알루미늄 박판(10a)(10b)(10c)이 접합된 본 발명의 제2 실시예가 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 박판들이 적층된 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 판재(210) 위에는 다수개의 박판들(10a)(10b)(10c)이 적층되며, 엠보싱(21a)(21b)(21c)은 도 4에 도시된 바와 같이 적층되는 박판들(10a)(10b)(10c)에 따라 동일한 크기가 교호로 배치되도록 적층될 수 있다. 이로 인해, 엠보싱(21a)(21b)(21c)은 서로 빠져 포개지는 일이 발생하지 않고 너깃이 효과적으로 형성된다.
이와 같이 서로 포개지지 않고 적층되는 엠보싱(21a)(21b)(21c)의 끝에는 전류가 충분히 집중되어 전류밀도가 증가된다. 전류밀도가 증가된 엠보싱(21b)(21c)의 끝과 접하는 박판(10a)(10b)과의 사이에는 복수의 너깃이 효과적으로 형성됨으로써, 박판들(10a)(10b)(10c)이 견고하게 접합된다.
또한, 전류밀도가 증가된 엠보싱(21a)의 끝과 접하는 판재(210)와의 사이에도 복수의 너깃이 효과적으로 형성됨으로써, 박판(10a)에 판재(210)가 견고하게 접합된다.
이에 의해 예를 들면, 구리판(210)과 다수의 알루미늄 박판(10a)(10b)(10c)이 접합된 본 발명의 제2 실시예가 형성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예을 박판 적층물을 제조하기 위해 박판들이 적층된 또 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 판재(210) 위에는 다수개의 박판들(10a)(10b)(10c)이 적층되며, 엠보싱(21a)(21b)(21c)은 도 5에 도시된 바와 같이 적층되는 박판들(10a)(10b)(10c)에 따라 종방향 또는 횡방향 중 어느 하나의 방향으로 지그재그로 배치되도록 적층될 수 있다. 이로 인해, 엠보싱(21a)(21b)(21c)은 서로 빠져 포개지는 일이 발생하지 않는다.
이와 같이 서로 포개지지 않고 적층되는 엠보싱(21a)(21b)(21c)의 끝에는 전류가 충분히 집중되어 전류밀도가 증가된다. 전류밀도가 증가된 엠보싱(21b)(21c)의 끝과 접하는 박판(10a)(10b)과의 사이에는 복수의 너깃이 효과적으로 형성됨으로써, 박판들(10a)(10b)(10c)이 견고하게 접합된다.
또한, 전류밀도가 증가된 엠보싱(21a)의 끝과 접하는 판재(210)와의 사이에도 복수의 너깃이 효과적으로 형성됨으로써, 박판(10a)에 판재(210)가 견고하게 접합된다.
이에 의해 예를 들면, 구리판(210)과 다수의 알루미늄 박판(10a)(10b)(10c)이 접합된 본 발명의 제2 실시예가 형성될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 적층된 박판들을 접합하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 하부전극(101)과 상부전극(103)의 사이에는 판재(210)가 위치하고, 판재(210) 위에 박판들(10a)(10b)(10c)이 적층된다. 하부전극(101)와 상부전극(103)의 선단에는 전극이 각각 위치하며, 엠보싱(21a)(21b)(21c)은 도 9에 도시된 바와 같이 적층되는 박판들(10a)(10b)(10c)에 따라 크기가 증가하도록 적층될 수 있다.
이후, 박판들(10a)(10b)(10c)(210)에는 상부전극(103)의 하강에 의해 압력이 가해지면서 전류가 인가된다. 그러면 서로 포개지지 않고 적층됨으로써 전류밀도가 증가된 엠보싱(21b)(21c)의 끝과 접하는 박판(10a)(10b)과의 사이에는 엠보싱(21b)(21c)의 끝이 용융되면서 압궤된다. 이로 인해 너깃이 효과적으로 형성되고, 박판들(10a)(10b)(10c)이 견고하게 접합된다.
또한, 전류밀도가 증가된 엠보싱(21a)의 끝과 접하는 판재(210)와의 사이에도 복수의 너깃이 효과적으로 형성됨으로써, 박판(10a)에 판재(210)가 효과적으로 접합된다.
이에 의해 예를 들면, 구리판과 다수의 알루미늄 박판을 동시에 효과적으로 용접할 수 있고, 이로 이루어진 본 발명의 제2 실시예가 완성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 적층된 박판들을 접합하는 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 하부전극(101)과 상부전극(103)의 사이에는 판재(210) 위에 박판들(10a)(10b)(10c)이 적층된다. 엠보싱(21a)(21b)(21c)은 도 10에 도시된 바와 같이 적층되는 박판들(10a)(10b)(10c)에 따라 동일한 크기가 교호로 배치되도록 적층될 수 있다.
이후, 박판들(10a)(10b)(10c)(210)에는 상부전극(103)의 하강에 의해 압력이 가해지면서 전류가 인가된다. 그러면 서로 포개지지 않고 적층됨으로써 전류밀도가 증가된 엠보싱(21b)(21c)의 끝과 접하는 박판(10a)(10b)과의 사이에는 엠보싱(21b)(21c)의 끝이 용융되면서 압궤된다. 이로 인해 너깃이 효과적으로 형성되고, 박판들(10a)(10b)(10c)이 견고하게 접합된다.
또한, 전류밀도가 증가된 엠보싱(21a)의 끝과 접하는 판재(210)와의 사이에도 복수의 너깃이 효과적으로 형성됨으로써, 박판(10a)에 판재(210)가 효과적으로 접합된다.
이에 의해 예를 들면, 구리판과 다수의 알루미늄 박판을 동시에 효과적으로 용접할 수 있고, 이로 이루어진 본 발명의 제2 실시예가 완성될 수 있다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예의 박판 적층물을 제조하기 위해 적층된 박판들을 접합하는 또 다른 모습을 나타낸 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 하부전극(101)과 상부전극(103)의 사이에는 판재(210) 위에 박판들(10a)(10b)(10c)이 적층된다. 엠보싱(21a)(21b)(21c)은 도 11에 도시된 바와 같이 적층되는 박판들(10a)(10b)(10c)에 따라 종방향 또는 횡방향 중 어느 하나의 방향으로 지그재그로 배치되도록 적층될 수 있다.
이후, 박판들(10a)(10b)(10c)(210)에는 상부전극(103)의 하강에 의해 압력이 가해지면서 전류가 인가된다. 그러면 서로 포개지지 않고 적층됨으로써 전류밀도가 증가된 엠보싱(21b)(21c)의 끝과 접하는 박판(10a)(10b)과의 사이에는 엠보싱(21b)(21c)의 끝이 용융되면서 압궤된다. 이로 인해 너깃이 효과적으로 형성되고, 박판들(10a)(10b)(10c)이 견고하게 접합된다.
또한, 전류밀도가 증가된 엠보싱(21a)의 끝과 접하는 판재(210)와의 사이에도 복수의 너깃이 효과적으로 형성됨으로써, 박판(10a)에 판재(210)가 효과적으로 접합된다.
이에 의해 예를 들면, 구리판과 다수의 알루미늄 박판을 동시에 효과적으로 용접할 수 있고, 이로 이루어진 본 발명의 제2 실시예가 완성될 수 있다.
<실험예 1>
0.75mm의 두께를 갖는 1장의 구리판(하부)과, 0.2mm의 두께를 갖는 3장의 알루미늄 박판들(A1,A2,A3)을 하부전극과 상부전극 사이에 적층하였다. 알루미늄 박판들(A1,A2,A3)에 각각 형성된 엠보싱(E1,E2,E3)의 형상은 표 1과 같다. 알루미늄 박판들(A1,A2,A3)은 엠보싱들(E1,E2,E3)의 크기가 증가하도록 적층하였다. 이후, 표 2에 표시된 바와 같은 조건 하에서 구리판과 알루미늄 박판들(A1,A2,A3)을 용접하여 접합하였고, 접합물의 용접부 파단강도를 측정해 보았다.

알루미늄 박판(A1)에 형성된
엠보싱(E1)
알루미늄 박판(A2)에 형성된
엠보싱(E2)
알루미늄 박판(A3)에 형성된
엠보싱(E3)

엠보싱 직경
0.07mm
1.05mm
1.4mm

내측 오목부의 각도(a)
30°
30°
20°

내측 모서리
곡률반경(r)
0.02mm
0.02mm
0.02mm

엠보싱 사이의
간격(P)
1.4mm
2.1mm
2.8mm

높이(H)
0.37mm
0.43mm
0.5mm

전극
상부 전극 : 알루미나 분산동(r)

하부 전극 : 텅스텐 또는 몰리브덴(13-5(r)φ)

가압력
15.5㎏f

용접조건
초기 가압 시간
500msec

전류
10,500A

업 슬로프 시간
7.1msec

통전시간
15.7msec
측정한 결과, 접합물 용접부의 파탄강도가 12.9 ∼ 14.5 ㎏f의 범위 내에 있었다. 측정 결과로부터 접합물의 용접부가 아주 견고함을 알 수 있었고, 불량이 발생하지 않았다.
<실험예 2>
0.75mm의 두께를 갖는 1장의 구리판과, 0.2mm의 두께를 갖는 5장의 알루미늄 박판들(A1,A2,A3,A4,A5)을 하부전극과 상부전극 사이에 적층하였다. 알루미늄 박판들(A1,A2,A3,A4,A5)에 각각 형성된 엠보싱(E1,E2,E1,E2,E1)의 형상은 표 3와 같다. 엠보싱(E1,E2,E1,E2,E1)의 크기가 교호로 배치되도록 알루미늄 박판들(A1,A2,A3,A4,A5)을 순차로 적층하였다. 이후, 표 4에 표시된 바와 같은 조건 하에서 구리판과 알루미늄 박판들(A1,A2,A3,A4,A5)을 용접하여 접합하였고, 그 접합물의 용접부 파탄강도를 측정해 보았다.

알루미늄 박판(A1,A3,A5)에
형성된
엠보싱(E1)
알루미늄 박판(A2,A4)에
형성된
엠보싱(E2)

엠보싱 직경
0.7mm
1.4mm

내측 오목부의 각도(a)
30°
20°

내측 모서리
곡률반경(r)
0.02mm
0.02mm

엠보싱 사이의
간격(P)
1.4mm
2.8mm

높이(H)
0.37mm
0.5mm

전극
상부 전극 : 알루미나 분산동(r)

하부 전극 : 텅스텐 또는 몰리브덴(13-5(r)φ)

가압력
16.4㎏f

용접조건
초기 가압 시간
357msec

전류
11,500A

업 슬로프 시간
7.1msec

통전시간
15.7msec
측정한 결과, 접합물 용접부의 파단강도가 25.3 ㎏f 이상으로 밝혀졌다. 측정 결과로부터 접합물의 용접부가 아주 견고함을 알 수 있었고, 불량이 발생하지 않았다. 이에 의해, 구리판과 3장 이상, 수십장의 알루미늄 박판들을 매우 효과적으로 용접할 수 있을 것이다.
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 박판
21: 엠보싱
101: 하부전극
103: 상부전극
210 : 판재

Claims (14)

  1. 0.05 ∼ 0.2mm의 두께를 가지면서 서로 적층되는 다수개의 박판들; 및
    상기 박판들중에서 최하층의 박판을 제외한 나머지 박판들 각각에 형성되어 상기 박판들을 서로 접합하는 접합부를 형성하는 원호 형상의 엠보싱;을 포함하며,
    상기 엠보싱은 그 크기(D)가
    Figure 112013084566669-pat00016
    의 식에 의해 결정되고, 내측 오목부의 각도(a)는 10°∼30°범위로 형성되고, 내측 모서리 곡률반경(r)은 0.01∼0.2mm 범위로 형성되며, 높이(H)는 0.2 ∼ 0.8mm의 범위로 형성되는 박판 적층물.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 엠보싱의 크기는 적층된 상기 박판의 층에 따라 증가하는 박판 적층물.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 엠보싱은 적층된 상기 박판의 층에 따라 동일한 크기가 교호(交互)로 배치되는 박판 적층물.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 동일한 크기를 갖는 엠보싱의 사이에 적층된 상기 엠보싱은 상기 동일한 크기를 갖는 엠보싱의 크기보다 크거나 작은 박판 적층물.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 엠보싱은 적층된 상기 박판의 층에 따라 종방향 또는 횡방향 중 어느 하나의 방향으로 지그재그로 배치되는 박판 적층물.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 최하층의 박판은 상기 나머지 박판들의 재질과는 다른 이종 재질로 이루어지는, 박판 적층물.
  9. 0.05 ∼ 0.2mm의 두께를 가지면서 서로 적층되는 다수개의 박판들 각각에 엠보싱을 형성하되, 상기 엠보싱은 그 크기(D)가
    Figure 112013084566669-pat00017
    의 식에 의해 결정되고, 내측 오목부의 각도(a)는 10°∼30°범위로 형성되고, 내측 모서리 곡률반경(r)은 0.01∼0.2mm 범위로 형성되고, 높이(H)는 0.2 ∼ 0.8mm의 범위로 형성되면서 상부측 적층의 엠보싱 크기가 증가하도록 적층시키는 제1 단계; 및
    적층된 상기 박판들에 압력을 가하면서 전류를 통전시켜, 상기 엠보싱이 너깃을 형성하며 용융되어 상기 박판들을 서로 접합시키는 제2 단계;를 포함하는 박판 적층물 제조방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 박판들은 이종 재질의 판재 위에 적층되는 박판 적층물 제조방법.
  11. 0.05 ∼ 0.2mm의 두께를 가지면서 서로 적층되는 다수개의 박판들 각각에 엠보싱을 형성하되, 상기 엠보싱은 그 크기(D)가
    Figure 112013084566669-pat00018
    의 식에 의해 결정되고, 내측 오목부의 각도(a)는 10°∼30°범위로 형성되고, 내측 모서리 곡률반경(r)은 0.01∼0.2mm 범위로 형성되고, 높이(H)는 0.2 ∼ 0.8mm의 범위로 형성되면서 엠보싱 크기가 교호로 배치되도록 적층하는 제1 단계; 및
    적층된 상기 박판들에 압력을 가하면서 전류를 통전시켜, 상기 엠보싱이 너깃을 형성하며 용융되어 상기 박판들을 서로 접합시키는 제2 단계;를 포함하는 박판 적층물 제조방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 박판들은 이종 재질의 판재 위에 적층되는 박판 적층물 제조방법.
  13. 0.05 ∼ 0.2mm의 두께를 가지면서 서로 적층되는 다수개의 박판들 각각에 엠보싱을 형성하되, 상기 엠보싱은 그 크기(D)가
    Figure 112013084566669-pat00019
    의 식에 의해 결정되고, 내측 오목부의 각도(a)는 10°∼30°범위로 형성되고, 내측 모서리 곡률반경(r)은 0.01∼0.2mm 범위로 형성되고, 높이(H)는 0.2 ∼ 0.8mm의 범위로 형성되면서 상기 엠보싱이 종방향 또는 횡방향 중 어느 하나의 방향으로 지그재그로 배치되도록 적층하는 제1 단계; 및
    적층된 상기 박판들에 압력을 가하며 전류를 통전시켜, 상기 엠보싱이 너깃을 형성하며 용융되어 상기 박판들을 서로 접합시키는 제2 단계;를 포함하는 박판 적층물 제조방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 박판들은 이종 재질의 판재 위에 적층되는 박판 적층물 제조방법.
KR1020120036525A 2012-04-09 2012-04-09 저항용접용 박판 적층물 및 그 제조방법 KR101337294B1 (ko)

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