KR101404288B1

KR101404288B1 - 보조가열전극이 부착된 스폿용접기 및 이를 이용한 스폿용접방법

Info

Publication number: KR101404288B1
Application number: KR1020120097072A
Authority: KR
Inventors: 진인태
Original assignee: 진인태
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2014-06-05
Also published as: KR20140030644A

Abstract

중첩된 두 금속판을 스폿용접할 때 접촉된 금속판의 일부분에 대량의 전류를 공급하여 접촉면을 용융하기위한 접촉면의 전기저항발열을 촉진시키기위하여 대량의 전류가 용접면에 통전되기전에 용접면을 미리 가열함으로써 접촉면에서 전기저 항발열이 쉽게 일어나도록 한다. 이러한 목적을 이루기 위하여 기존의 구리소재로 만든 스폿용접전극팁을 원주형용접전극팁의 형상으로 바꾸고 그 둘레에 전기저항값이 높은 텅스텐계열 철금속소재를 사용하여 원통형인 보조가열전극을 원주형용접전극팁을 둘러싸면서 스프링으로 지지한 상태에서 원주형용접전극팁보다 약간 튀어나오도록 하여 원주형용접전극팁이 용접판에 접촉하기전에 원통형 보조가열전극이 용접판과 미리 접촉하도록하여 전류의 통전에 의하여 용접판을 순간적으로 가열하도록 한다. 이어서 용접금속판에 접촉한 원주형용접전극팁에 의한 대용량의 전류를 용접금속판에 연속적으로 통전함으로써 용접금속의 접촉면에 원주형너겟을 형성하면서 스폿용접이 완성되도록 한다.

Description

보조가열전극이 부착된 스폿용접기 및 이를 이용한 스폿용접방법 {Spot Welding Machine with Auxiliary Heating Electrode and Spot Welding Method using the Electrodes}

중첩된 두장의 금속판을 전기저항에 의하여 한점에서의 접촉면을 용융함으로써 두 금속판을 스폿용접하는 용접기술분야

스폿용접은 중첩된 두 장의 금속판의 접촉면의 일부분에 전극을 사용하여 대량의 전류를 통전함으로써 그 접촉면의 저항으로 인한 발열에 의하여 두 금속판의 접촉면을 용융하여 용접하는 기술이다.

따라서 접촉면의 상태에 따라 용접의 전류와 통전시간 그리고 가압조건등의 용접특성을 잘 조정해야하는 비교적 까다로운 기술이다. 특히 이 용접기술의 특성상 접촉면의 저항발열이 용이하기 위하여서는 용접하고자 하는 금속판의 전기저항값이 크고 발열되는 열량이 큰 용접금속의 용접에는 유리하지만 저항값이 작거나 발열량이 작은 경우에는 용접하기가 힘들었다.

따라서 경금속과 같은 전기저항값이 작은 금속을 용접해야 하는 경우에는 리벳접합이나 마찰교반용접등을 사용하는 실정이다. 최근에는 스폿용접전극에 보조의 프로세스테이프를 부착하여 이러한 문제점을 해결하고자하는 델타스폿용접등이 소개되고 있다. 이 용접방법은 알루미늄과 같은 경금속의 용접금속을 스폿용접할 때 금속제 프로세스테이프를 이용하여 보조열원으로 사용하여 두장의 용접금속판을 가열과 동시에 대량의 전류를 통전함으로써 중첩된 두 금속판의 접촉면을 용융하여 용접하는 것이 특징이다.

중첩된 두 금속판을 스폿용접할 때 접촉된 금속판의 일부분에 대량의 전류를 공급하여 접촉면을 용융하기위한 접촉면의 전기저항발열을 촉진시키기위하여 대량의 전류가 용접면에 통전되기전에 용접면을 미리 가열함으로써 전기저항발열이 활발하게 일어나게하여 경금속과 같은 전기저항 발열이 힘든 금속소재의 스폿용접이 가능하도록하는 것은 물론 기존의 철계금속의 스폿용접시 발생할 수 있는 스패터등의 용접결함을 대폭 줄이도록 하는 것이 본 발명의 목적이다.

중첩된 두 금속판을 스폿용접할 때 접촉된 금속판의 일부분에 대량의 전류를 공급하여 접촉면을 용융하기위한 접촉면의 전기저항발열을 촉진시키기위하여 대량의 전류가 용접면에 통전되기전에 용접면을 미리 가열함으로써 전기저항발열이 쉽게 일어나도록하여 접촉면을 용융하도록 할 필요가 있다.

따라서 원주형용접전극팁 주위에 전기저항값이 높은 소재의 금속으로 된 보조가열전극을 원통형으로하여 끼우고 원주형용접전극팁이 용접판에 접촉하기전에 미리 용접판과 접촉하도록하여 용접금속판을 순간적으로 가열하도록 한다.

그리고 원통형 보조가열전극의 형상에 따라 가열되는 부분이 원주형으로 되어있기 때문에 기존의 스폿용접에 사용하는 전극팁의 형상이 용접금속면의 표면을 기준으로 구형의 점접촉면을 가지고 있어서 접촉면중심에 전류를 통전하게 되면 보조가열효과가 감소되기 되기 때문에 스폿용접전극팁의 형상을 기존의 구형전극팁에서 원주형전극팁으로 바꾸어 전류가 원주형접촉면으로 흘러들어가도록 함으로써 금속판 가열 원통형 보조가열전극과 원주형용접전극팁이 상승작용하여 원주상접촉면이 집중용융되면서 접촉면에 원주형너겟이 생기고 스폿용접이 완성되도록 한다.

기존 스폿용접의 구형용접전극팁을 사용하는 대신 원주형용접전극팁을 사용하고 그 주위에 원통형 보조가열전극을 이용하여 용접판을 미리 가열한 다음에 이어서 주전극인 원주형용접전극팁을 통하여 대전류를 원주형용접면에 공급함으로써 미리 가열된 보조가열전극과 원주형용접전극팁에의한 대용량의 전류의 통전에 따라 원주형 접촉면상의 접촉저항에 의한 발열이 상승작용하여 원주면접촉면을 용융하게 되고 원주형너겟이 발생하게 되면 경금속과 같은 금속소재의 전기저항 스폿용접이 가능해지며 또한 원주형너겟의 형상에의한 강도특성상 점용접의 용접강도가 대폭 개선될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 원주형용접전극팁을 둘러싸고 있는 원통형보조가열전극이 스프링에 의해서 지지되면서 상호 슬라이딩되도록 되어 있는 구조를 나타내고 있다.
도 2는 도 1의 전극부분이 용접금속판에 접촉할 때의 확대한 그림으로서 원통형보조가열전극과 원주형용접전극팁이 용접금속판상의 원주형접촉면에 접촉되어 원주형전극팁에 의해 대용량의 전류가 공급되면서 중첩된 두 장의 용접금속판의 내부에 있는 원주형 접촉면상에 전기저항발열로 인하여 용융되어 있는 원주형너겟의 형상과 용접전극중공부에 냉각수관이 설치되어 있는 단면을 도시하고 있다.
도 3은 원통형 보조가열전극을 부착한 원주형용접전극팁에 의한 스폿용접순서를 도시한 그림으로서 스폿용접을 위한 원주형용접전극팁이 용접하고자하는 금속판에 접촉하기전에 원통형보조가열전극이 먼저 용접면에 도달하여 가열할 수 있도록 원통형보조가열전극이 스프링으로 원주형전극연결원통지지대에 지지되어 있는 것이 특징이다.
도 4는 원주형용접전극팁과 용접금속판의 접촉면에서의 너겟의 형상을 나타내는 단면을 도시한 그림으로 원주형모서리에 모서리라운드를 주어 원주형용접전극팁을 용접금속판에 작은 원주띠의 형태로 접촉하여 두 장의 중첩된 금속판의 접촉면에서 원주형너겟(10)의 형상을 보여주고 있다.
도 5는 기존의 스폿용접에 사용되는 구형의 용접전극팁과 용접금속판의 접촉면에서의 너겟의 형상을 나타내는 단면을 도시한 그림으로서 구형용접전극팁(13)을 만들어 용접금속판에 원반형의 형태로 접촉하여 두 장의 중첩된 금속판의 접촉면에서 원반형너겟(12)의 형상을 보여주고 있다.

중첩된 두 금속판을 스폿용접할 때 접촉된 금속판의 일부분에 대량의 전류를 공급하여 접촉면을 용융하기위한 접촉면의 전기저항발열을 촉진시키기위하여 대량의 전류가 용접면에 통전되기전에 용접되는 부분을 미리 가열함으로써 접촉면에서 전기저항발열이 쉽게 일어나도록 한다.

이러한 목적을 이루기 위하여 기존의 구리로 만든 도 5의 구형용접전극팁(13)의 스폿용접전극팁을 원주형용접전극팁(3)으로 바꾸고 주위에 전기저항값이 높은 금속소재를 사용하여 원통형보조가열전극(2)을 원주형용접전극팁(3)을 둘러싸면서 원주형용접전극팁(3)보다 약간 튀어나오도록 하여 용접판과 미리 접촉하도록하기 위하여 코일 스프링에의해 일정한 압력으로 지지되어 있다가 전류의 통전에 따라 원통형보조가열전극(2)의 저항발열에 의하여 금속용접판의 용접부분을 순간적으로 가열하도록 한다.

이어서 원주형용접전극팁(3)이 용접금속판(1)에 접촉되면서 대용량의 전류를 용접금속판(1)에 연속적으로 통전함으로써 용접금속의 접촉면에 원주형너겟(10)을 형성하면서 스폿용접이 완성되도록 한다.

발명을 실시하기위한 구체적인 예로서 도 1에서와 같이 비교적 얇은 두 장의 금속판을 중첩한 상태에서 원주형용접전극팁(3)을 둘러싸고 있는 원통형보조가열전극(2)을 용접금속판(1)에 미리 접촉시켜 전기를 통전시킴에 따라 전기저항값이 높은 금속소재로 된 원통형보조가열전극(2)이 발열하게 되고 이 발열된 원통형보조가열전극(2)에 접촉된 용접금속판(1)에 열전도에 의하여 열을 전도시킴으로써 스폿용접부를 집중가열시킨 다음 용접금속판(1)의 용접부분에 대용량의 전류를 공급하기위하여 기존의 스폿용접에 사용되는 구형용접전극팁(13)으로 된 용접전극팁의 형상을 원주형으로 된 원주형용접전극팁(3)의 형상으로 바꾸어 용접할 금속판에 접촉시킬 때 원주형으로 접촉되도록 한다.

상기와 같은 기능으로 작동되기 위하여 원통형보조가열전극(2)은 전기저항이 높은 텅스텐계열 철강재료로 된 원통형으로 가공하여 보조가열전극홀더(4)에 나사로 체결하도록하여 교체가 용이하도록 하고 원주형용접전극팁(3)이 금속판에 도달하기전에 먼저 금속판에 도달하기위해서 코일스프링(6)에의해 돌출되어 있도록 한다.

그리고 돌출된 원통형보조가열전극(2)이 용접금속판(1)에 일정한 압력으로 접촉한 상태에서 원주형용접전극팁(3)이 금속판에 도달할 때까지 일정한 압력을 유지하면서 뒤로 슬라이딩 될 수 있도록 코일스프링(6)을 내장한 가열전극연결고정부(5)에 의해 지지되어 있다.

그리고 원통형보조가열전극(2)을 지지하고 있는 가열전극연결고정부(5)는 원주형용접전극지지대(7)에 나사로 체결하도록 하여 원주형용접전극지지대(7)에 간편하게 탈부착할 수 있도록 되어 있어 기존의 스폿용접기를 사용하면서 원통형보조가열전극(2)을 탈부착하여 사용할 수 있는 것이 특징이다.

도 2에서와 같이 원주형용접전극팁(3)이 용접하고자하는 금속판에 원주형으로 접촉한 상태에서 대용량의 전류를 공급할 수 있도록 접촉면이 원주형으로 되어 있으며 원통의 모서리에 모서리라운드(11)로 라운딩처리하여 금속판의 표면에 작은 폭의 원주띠로 접촉하도록 되어 있다. 따라서 대용량의 전류가 이 원주형용접전극팁(3)의 접촉면을 지나 용접금속판(1)에 유입되게 함으로써 두 장의 중첩된 용접금속판(1)의 접촉면에 도 2와 같은 원주형너겟(10)이 형성되도록 하는 것이 특징이다.

원주형너겟(10)이 형성되기 위해서는 이 부분에 발열량이 최대가 되어야 하기 때문에 이 원주형 외부에는 원통형보조가열전극(2)으로부터 열원을 공급받고 또한 이 원주면 내부에는 원주형용접전극팁(3)에 의한 전류의 유입으로 두 장의 용접금속의 접촉면상의 접촉저항에 의한 발열이 생기도록 하여 이 두 열원으로부터 상호 상승작용하여 최대한의 발열을 유도하고 원주형너겟(10)을 형성하여 두 장의 중첩된 용접금속이 접촉면에서 용접되도록 한다.

이 때 용접금속표면상의 과도한 열에 의한 원주형용접전극팁(3)의 표면이 용접금속의 융착으로 인한 오염을 방지하기 위하여 원주형용접전극팁(3)의 내부에 용접전극중공부(9)를 두어 냉각수관(8)로부터 냉각수를 공급받아 원주형용접전극팁(3)을 일정한 온도로 유지하도록 한다. 원주형용접전극팁(3)은 원주형용접전극지지대(7)에 탈부착할 수 있도록 나사로 체결되어 있다.

이러한 전극이 용접하고자하는 중첩된 두장의 금속판의 양면에 두 개가 쌍을 이루면서 대칭적으로 배치되어 상기와 같은 기능으로 작동되도록 한다.

상기와 같이 배치된 원통형보조가열전극이 부착된 원주형용접전극팁(3)을 이용하여 스폿용접하는 방법을 단계별로 그림과 같이 설명하면 다음과 같다.

도 3(a)은 원통형보조가열전극(2)을 부착한 원주형용접전극팁(3)에 의한 스폿용접순서를 도시한 그림으로서 용접하고자 하는 두 장의 금속판의 양면에 스프링에 의해 돌출되어 있는 원통형보조가열전극(2)이 용접금속판(1)과 떨어져 용접을 기다리고 있는 단계를 도시하고 있다.

도 3(b)는 구리로 되어 있는 원주형용접전극지지대(7)에 유입된 대용량의 전류가 슬라이딩 되면서 접촉하고 있는 같은 재질의 구리로 되어 있는 보조가열전극홀더(4)로 통전되면서 홀더의 끝면에 부착되어 있는 원통형보조가열전극(2)으로 전류를 공급하게 되면 전기저항이 높은 재질로 된 원통형보조가열전극(2)이 발열하게 되고 이 발열된 열이 용접금속판(1)으로 열전도되면서 원주형용접전극팁(3)이 금속판에 닿기까지 용접금속판(1)을 미리 가열하는 단계를 도시하고 있다.

도 3(c)는 원주형용접전극팁(3)이 용접금속판(1)에 도달하게 되면 대용량의 전류가 원주형용접전극팁(3)으로부터 용접금속판(1)으로 직접 흐르면서 두장의 중첩된 금속판의 접촉면의 접촉저항으로 인하여 접촉면을 발열하게 하게 한다. 이 때 미리가열된 접촉면에서 대용량의 전류통전에 의한 접촉저항에 발열과 상승작용하여 원주형너겟(10)이 형성되면서 용접이 진행되는 단계를 도시하고 있다.

도 3(d)와 도 3(e)는 용접금속판(1)으로부터 원주형용접전극팁(3)과 원통형보조가열전극(2)이 후퇴하면서 스폿용접이 완성되는 단계를 도시하고 있다.

도 4는 원주형용접전극팁(3)과 용접금속판(1)의 접촉면에서의 너겟의 형상을 나타내는 단면을 도시한 그림으로 원통형모서리에 모서리라운드(11)를 주어 원주형용접전극팁(3)이 용접금속판에 작은 원주띠의 형태로 접촉하여 접촉면에서 원주형너겟(10)의 형상을 보여주고 있다.

도 5는 기존의 스폿용접에 사용되는 구형용접전극팁(13)의 용접전극팁과 용접금속판의 접촉면에서의 너겟의 형상을 나타내는 단면을 도시한 그림으로서 구형용접전극팁(13)이 용접금속판에 원반형의 형태로 접촉하여 접촉면에서 원반형너겟(12)의 형상을 보여주고 있다.

원통형보조가열전극(2)이 부착된 스폿용접기 및 이를 이용한 스폿용접방법에 있어서 전류의 흐름을 설명하면 다음과 같다.

텅스텐계열의 철강재로 되어 있는 원통형보조가열전극(2)이 부착된 보조가열전극홀더(4)를 코일스프링(6)으로 연결한 가열전극연결고정부(5)를 스폿용접기의 대용량전류가 유입되는 구리로 되어 있는 원주형용접전극지지대(7)에 부착한다.

원통형보조가열전극(2)이 원주형용접전극팁(3)보다 돌출되게 부착되어 있으므로 원주형용접전극팁(3)이 용접금속판(1)에 접촉하기전에 원통형보조가열전극(2)이 두 장의 중첩된 용접금속판(1)의 양면에 먼저 접촉하여 원주형용접전극지지대(7)로 부터 구리로 되어 있는 보조가열전극홀더로(4)로 전류가 통전되면서 원통형보조가열전극(2)이 발열되고 이 발열된 열이 용접금속판(1)으로 열전도되도록 한다.

이어서 구리로 되어 있는 원주형용접전극팁(3)이 두 장의 중첩된 용접금속판(1)의 양면에 접촉할 때 원주형용접전극지지대(7)로부터 직접 유입된 대용량의 전류에 의한 두 장의 중첩된 용접금속판(1)의 접촉면에서의 접촉저항발열을 일으키고 원통형보조가열전극(2)로부터 전도된 열과의 상승작용으로 중첩된 두 용접금속판(1)의 접촉면에서 원주형너겟이 형성되도록 스폿용접하는 원통형보조가열전극(2)이 부착된 스폿용접방법을 특징으로 하고 있다.

알루미늄과 같은 경금속판을 전기저항에 의한 스폿용접이 가능해지며 또한 원주형너겟의 형상에 의한 강도특성상 스폿용접의 용접강도가 대폭 개선될 수 있는 장점이 있다. 또한 강철계 금속판을 스폿용접할 때 사용하면 스폿용접시 발생할 수 있는 스패터의 발생을 억제하여 환경적인 문제점이 해결되고 스폿용접에 있어서 용접변수를 간단하게 조작할 수 있는 사용상의 편리함도 추가할 수 있다.

1:용접금속판 2:원통형보조가열전극 3:원주형용접전극팁 4:보조가열전극홀더 5:가열전극연결고정부 6:코일스프링 7:원주형용접전극지지대 8:냉각수관 9:원주형용접전극중공부 10:원주형너겟 11:모서리라운드 12:원반형너겟 13:구형용접전극팁

Claims

중첩된 스폿 용접금속판(1)과; 원주형용접전극팁(3)을 포함하며 용접금속판의 양면에 접촉배치되어 통전된 전류에 의해 발열되어 용접금속판의 용접부를 예열하는 원통형보조가열전극(2)과; 원통형보조가열전극(2)의 원통내부에 삽입되어 용접금속판의 양면과 접촉하여 통전된 전류에 의해서 중첩된 용접금속판 사이의 접촉부를 가열용융하는 원주형용접전극팁(3)과; 원통형보조가열전극을 지지하는 코일스프링(6)과; 원주형용접전극팁을 지지하는 원주형용접전극지지대(7)와; 보조가열전극홀더(4)를 지지하면서 원통형보조가열전극을 원주형용접전극지지대에 부착하는 가열전극연결고정부(5)로; 구성되어 중첩된 용접금속판(1)을 스폿용접하는 보조가열전극이 부착된 스폿용접기.
청구항 1에 있어서 구리소재의 보조가열전극홀더(4)에 부착된 강철소재의 원통형보조가열전극(2)이 코일스프링(6)으로 지지되어 원통형보조가열전극(2)을 용접금속판(1)에 스프링가압 접촉하도록 구성된 보조가열전극이 부착된 스폿용접기.
청구항 1에 있어서 보조가열전극홀더(4)와 코일스프링(6)을 구리소재의 원통봉으로 되어있는 원주형용접전극지지대(7)의 외측면에 접촉배치하여 전류가 원주형용접전극지지대(7)로부터 보조가열전극홀더(4)로 통전되면서 슬라이딩되도록 지지하고 있으며 보조가열전극홀더(4)와 코일스프링(6)을 포함하고 원주형용접전극지지대(7)의 측면과 나사로써 연결되어 있는 가열전극연결고정부(5)로 구성된 보조가열전극이 부착된 스폿용접기.
청구항 1에 있어서 원주형용접전극팁(3)은 원주형용접전극지지대(7)의 하단부에 부착되어 있으며 용접금속판(1)과 접촉하고 있는 그 선단의 형상이 원주형띠의 형상을 가지고 있는 구리소재의 원주형용접전극팁(3)으로 구성된 보조가열전극이 부착된 스폿용접기.
원통형보조가열전극(2)을 중첩된 스폿용접금속판(1)의 양면에 접촉배치하여 가압하는 단계와; 원통형보조가열전극(2)에 전류를 통전하여 전기저항에 의하여 발열하는 단계와; 발열된 원통형보조가열전극(2)으로부터 용접금속판(1)의 용접부에 열이 전도되어 용접부를 예열하는 단계와; 원통형보조가열전극(2)에 삽입된 원주형용접전극팁(3)을 용접금속판(1)의 용접부에 접촉가압하는 단계와; 원주형용접전극팁(3)에 전류를 통전하여 용접금속판(1)사이의 접촉면을 가열용융하는 단계로; 구성되어 중첩된 용접금속판(1)을 스폿용접하는 보조가열전극이 부착된 스폿용접기를 이용한 스폿용접방법.
청구항 5에 있어서 원통형보조가열전극(2)을 중첩된 스폿 용접금속판(1)의 양면에 접촉배치하여 가압할 때 코일스프링(6)으로써 원통형보조가열전극(2)의 선단을 원주형용접전극팁(3)의 선단보다 돌출시켜 원통형보조가열전극(2)이 원주형용접전극팁(3)보다 용접금속판에 먼저 접촉되어 용접부를 예열한 후 원주형용접전극팁(3)이 용접금속판(1)과 접촉하게 하는 보조가열전극이 부착된 스폿용접기를 이용한 스폿용접방법.
청구항 5에 있어서 원통형보조가열전극(2)에 의해서 용접금속판(1)의 용접부를 예열하기 위하여 원주형용접전극지지대(7)로 부터 통전된 구리소재의 보조가열전극홀더(4)에 부착된 강철소재의 원통형보조가열전극(2)의 전기저항에 의하여 발열시키고 중첩된 용접금속판(1) 사이의 접촉부를 가열용융하기 위하여 원주형용접전극지지대(7)로 부터 통전된 구리소재의 원주형용접전극팁(3)에 의해서 용접금속판에 고전류를 통전시켜 접촉면을 가열용융접합하여 스폿용접하는 보조가열전극이 부착된 스폿용접기를 이용한 스폿용접방법.