KR101432091B1

KR101432091B1 - 스폿 용접용 다중 가압 전극

Info

Publication number: KR101432091B1
Application number: KR1020140030236A
Authority: KR
Inventors: 이세헌; 김동현
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2014-08-22

Abstract

본 발명은 스폿 용접용 다중 가압 전극에 관한 것으로, 본 발명에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극은 말단에 피용접부재(400)와 접촉되는 접촉부(105)가 구비된 전극(100), 및 전극(100)의 말단에 결합되고, 접촉부(105)와 소정간격(W) 이격되도록 접촉부(105)를 둘러싸며, 피용접부재(400)를 가압하는 가압부재(200)를 포함한다.

Description

스폿 용접용 다중 가압 전극{Multiple Pressure Electrode for Spot Welding}

본 발명은 스폿 용접용 다중 가압 전극에 관한 것이다.

스폿 용접은 용접하는데 필요한 전기에너지를 전자적으로 또는 정전기적으로 저장하고 있다가 급격히 방출하여 점용접을 하는 것으로, 주로 판재의 용접에 사용된다. 구체적으로, 스폿 용접은 전극 사이에 피용접부재를 배치하고 가압하면서 전류를 인가하여, 저항열로 가압부분을 융합시킨다.

스폿 용접은 가압방식에 따른 분류로 레버 가압형, 직상 가압형 등이 있고, 전원 방식 또는 전류의 파형에 따른 분류로 단상 교류식, 3상식, 축열식 등이 있다.

한편, 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 종래기술에 따른 스폿 용접기는 스패터(spatter)가 발생하는 문제점이 존재한다. 예를 들어, 도 9a와 도 9b에 도시된 바와 같이, 스패터(적색 원 참조)는 스폿 용접시 용융금속이 높은 가압을 견디지 못하고 편심 방향으로 발생한다. 이러한 스패터는 외관에 잔류물을 발생시켜 도장 공정 등에서 불량을 야기하고 많은 분진발생으로 작업환경과 대기를 악화시킬 뿐만 아니라, 탄소 배출을 증가시킨다. 따라서, 종래에는 각 강종에 따른 전류, 통전시간, 및 가압력을 제어하여, 스패터가 발생하지 않는 조건으로 용접하는 방법이 이용되었다. 하지만, 고강도강이 적용되거나 삼겹 이상의 이종 용접이 진행될 경우 전류, 통전시간, 가압력을 제어해 주는 것만으로 한계가 있고, 적정 변수를 도출하는 과정 또한 많은 시간과 비용이 소모되는 문제점이 있다.

KR

10-2006-0018236

A

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 전극에 가압부재를 결합하여 너겟(nugget) 주변을 가압함으로써, 스패터 발생을 최소화할 수 있는 스폿 용접용 다중 가압 전극을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극은 말단에 피용접부재와 접촉되는 접촉부가 구비된 전극, 및 상기 전극의 말단에 결합되고, 상기 접촉부와 소정간격 이격되도록 상기 접촉부를 둘러싸며, 상기 피용접부재를 가압하는 가압부재를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극에 있어서, 상기 전극은 외주면에 단차가 형성되고, 상기 단차를 기준으로 직경이 서로 상이한 제1 전극과 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극은 상기 제2 전극보다 직경이 작고, 상기 가압부재는 상기 제1 전극의 외주면에 결합된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극에 있어서, 상기 가압부재와 상기 제1 전극은 나사결합된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극에 있어서, 환형으로 형성되어, 상기 가압부재와 상기 단차 사이에 구비된 스페이서를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극에 있어서, 상기 가압부재는, 중앙에 개구부가 형성된 베이스 부재, 상기 개구부의 테두리로부터 상기 피용접부재 방향으로 연장되어, 상기 전극의 말단에 결합되는 제1 돌출부재, 및 상기 베이스 부재의 테두리로부터 상기 피용접부재 방향으로 연장되어, 상기 접촉부와 소정간격 이격되도록 상기 접촉부를 둘러싸는 제2 돌출부재를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극에 있어서, 상기 제2 돌출부재는 상기 접촉부보다 상기 피용접부재 방향으로 더 돌출된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극에 있어서, 상기 제1 돌출부재는 상기 접촉부보다 상기 피용접부재 방향으로 더 돌출된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극에 있어서, 상기 가압부재는 부도체이고, 탄성을 갖는다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극에 있어서, 상기 스페이서는 부도체이고, 탄성을 갖는다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 가압부재로 너겟(nugget) 주변을 가압하여, 스패터 발생을 최소화함으로써, 외관에 잔류물이 발생하여 도장 공정 등에서 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 분진발생으로 작업환경과 대기를 악화시키는 것을 방지할 수 있고, 탄소 배출을 저감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 가압부재로 너겟(nugget) 주변을 가압하여, 안정적인 용접이 가능하고, 종래에 용접이 어려웠던 강종에 대해서도 용접이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극의 결합사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극의 분해사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극의 단면도,
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극의 작동과정을 도시한 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극을 사용하여 도출한 로브곡선,
도 8은 종래기술에 따른 전극을 사용하여 도출한 로브곡선, 및
도 9a 내지 도 9b는 스폿 용접시 발생한 스패터를 촬영한 사진이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극의 결합사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극의 분해사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극의 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극은 말단에 피용접부재(400)와 접촉되는 접촉부(105)가 구비된 전극(100), 및 전극(100)의 말단에 결합되고, 접촉부(105)와 소정간격(W) 이격되도록 접촉부(105)를 둘러싸며, 피용접부재(400)를 가압하는 가압부재(200)를 포함한다.

상기 전극(100)은 피용접부재(400)에 전기에너지를 공급하여 스폿 용접을 진행하는 역할을 수행한다. 여기서, 전극(100)의 말단에는 피용접부재(400)에 접촉되는 접촉부(105)가 구비된다. 구체적으로, 전극(100)은 상부전극(100a)과 하부전극(100b)을 포함할 수 있는데(도 4 내지 도 6 참조), 상부전극(100a)은 피용접부재(400)의 상측에 배치되고, 하부전극(100b)은 피용접부재(400)의 하측에 배치된다. 즉, 상부전극(100a)과 하부전극(100b) 사이에 피용접부재(400)가 배치되는 것이다. 따라서, 상부전극(100a)과 하부전극(100b)으로 피용접부재(400)를 가압하면서 전류를 인가하면, 저항열로 인하여 가압부분이 융합되면서 피용접부재(400)가 용접된다.

또한, 전극(100)은 구조적으로 외주면에 단차(110)가 형성될 수 있다. 이러한 단차(110)로 인하여, 전극(100)은 직경이 상이한 제1 전극(120)과 제2 전극(130)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극(120)은 제2 전극(130)보다 직경이 작을 수 있다(D1<D2). 이와 같이, 상대적으로 직경(D1)이 작은 제1 전극(120)에는 외주면에 나사선이 형성되어 가압부재(200)가 결합되는데, 이와 관련한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

상기 가압부재(200)는 피용접부재(400)를 가압하는 역할을 수행한다. 여기서, 가압부재(200)는 전극(100)의 말단에 결합되고, 방사방향으로 접촉부(105)와 소정간격(W) 이격되도록 접촉부(105)를 둘러싼다. 전체적으로, 가압부재(200)는 환형으로 형성되어 전극(100)의 말단에 삽입되어 결합되고, 말단이 전극(100)의 말단보다 피용접부재(400) 방향으로 더 돌출되어, 피용접부재(400)를 가압할 수 있다. 구체적으로, 가압부재(200)는 베이스 부재(210), 제1 돌출부재(220), 및 제2 돌출부재(230)를 포함할 수 있다. 여기서, 베이스 부재(210)는 전체적으로 원판형으로 형성되어 중앙에 개구부(205)가 형성되고, 이러한 개구부(205)를 통해서 전극(100)의 말단(제1 전극(120))이 삽입된다. 또한, 제1 돌출부재(220)는 개구부(205)의 테두리로부터 피용접부재(400) 방향으로 연장되어, 개구부(205)를 통해서 삽입된 전극(100)의 말단(제1 전극(120))에 결합된다. 이때, 제1 돌출부재(220)의 내주면에는 나사선이 형성되어, 전극(100)의 말단(제1 전극(120))의 외주면에 형성된 나사선과 나사결합(225)될 수 있다. 따라서, 반복적인 사용 등으로 가압부재(200)가 훼손되면, 나사결합(225)을 분리하여 간단히 가압부재(200)를 교체할 수 있다. 그리고, 제2 돌출부재(230)는 베이스 부재(210)의 테두리로부터 피용접부재(400) 방향으로 연장되어, 방사방향으로 접촉부(105)와 소정간격(W) 이격되도록 접촉부(105)를 둘러싼다. 이때, 제2 돌출부재(230)는 접촉부(105)보다 피용접부재(400) 방향으로 더 돌출되어, 피용접부재(400)를 가압할 수 있다. 이와 같이, 제2 돌출부재(230)가 피용접부재(400)를 가압함으로써, 편심 방향으로 스패터가 발생하는 것을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 안정적인 용접이 가능하고, 종래에 용접이 어려웠던 강종에 대해서도 용접이 가능한 장점이 있다.

다만, 반드시 제2 돌출부재(230)만이 피용접부재(400)를 가압해야 하는 것은 아니고, 제1 돌출부재(220)도 제2 돌출부재(230)와 함께 피용접부재(400)를 가압하여 스패터가 발생하는 것을 더욱 효과적으로 최소화할 수 있다. 이 경우, 제1 돌출부재(220)는 접촉부(105)보다 피용접부재(400) 방향으로 더 돌출될 수 있다.

또한, 가압부재(200)의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 스폿 용접 자체에 영향을 주지 않도록 부도체인 것이 바람직하고, 피용접부재(400)가 변형되는 것을 방지하면서도 충분한 가압력을 제공하도록 탄성을 갖는 것이 바람직하다.

추가적으로, 가압부재(200)와 전극(100)의 단차(110) 사이에는 스페이서(300, spacer)가 구비될 수 있다. 여기서, 스페이서(300)는 환형으로 형성되어, 전극(100)에 삽입되고, 전극(100)의 단차(110)에 걸려 고정될 수 있다. 이때, 스페이서(300)는 가압부재(200)의 높이가 적정수준이 되도록 높낮이를 조절하는 역할을 수행할 수 있다. 한편, 스페이서(300)는 가압부재(200)와 유사하게 스폿 용접 자체에 영향을 주지 않도록 부도체인 것이 바람직하고, 피용접부재(400)가 변형되는 것을 방지하면서도 충분한 가압력을 제공하도록 탄성을 갖는 것이 바람직하다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극의 작동과정을 도시한 단면도로, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극의 작동과정을 살펴보도록 한다.

우선, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부전극(100a)과 하부전극(100b) 사이에 피용접부재(400)를 배치한 후, 전극(100)을 피용접부재(400) 방향으로 이동시키면, 전극(100)의 말단보다 피용접부재(400) 방향으로 더 돌출된 가압부재(200)의 말단이 피용접부재(400)에 접촉된다.

다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극(100)을 피용접부재(400) 방향으로 더 이동시키면, 가압부재(200)는 탄성에 의해서 변형이 발생하면서 피용접부재(400)를 가압한다. 이때, 전극(100)은 피용접부재(400)에 접촉된다.

다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 전극(100)을 통해서 전기에너지를 피용접부재(400)에 공급하면, 피용접부재(400)에는 너겟(410)이 발생하면서 용접이 진행된다. 이때, 가압부재(200)는 피용접부재(400)의 너겟(410)을 완전히 둘러싸면서 가압하므로(도 6의 화살표 참조), 편심 방향으로 스패터가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가압부재(200)가 가압하면서 피용접부재(400)를 지지하므로, 안정적인 용접이 가능하고, 종래에 용접이 어려웠던 강종에 대해서도 용접이 가능하다.

< 실시예 >

도 7은 본 발명에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극을 사용하여 도출한 로브곡선이다.

실시예에서는 AC 스폿 용접기를 사용하였고, SGACUD(두께: 0.9mm), SGARC440(두께: 1.0mm), 및 CR DP780(두께: 1.0mm)을 순서대로 배치한 후, 일정한 가압력에서 시간과 전류에 따른 전단인장강도(N)를 산출하였다.

< 비교예 >

도 8은 종래기술에 따른 전극을 사용하여 도출한 로브곡선이다.

비교예에서는 AC 스폿 용접기를 사용하였고, SGACUD(두께: 0.9mm), SGARC440(두께: 1.0mm), 및 CR DP780(두께: 1.0mm)을 순서대로 배치한 후, 일정한 가압력에서 시간과 전류에 따른 전단인장강도(N)를 산출하였다.

즉, 비교예는 실시예와 전극을 제외한 모든 조건이 동일한 상태에서 실험을 진행하였다.

도 7과 도 8에서 전단인장강도 값이 0인 경우는 미용접을 의미하고, 인터페이셜(interfacial)로 표시된 영역(회색)은 불완전한 용접을 의미하고, 바톰(bottom)으로 표시된 영역(녹색)은 적절한 용접을 의미하며, 스패터(spatter)로 표시된 영역(붉은색)은 스패터가 발생한 용접을 의미한다.

도 7과 도 8을 비교해 보면, 실시예는 비교예에 비해 적정한 로브곡선의 범위가 증가하였다는 것을 확인할 수 있고(적정 로브곡선의 범위가 8.5kA(비교예)에서 9.5kA(실시예)까지 약 1kA 증가함), 스패터 발생이 억제되었다는 것을 확인할 수 있다(스패터(spatter)로 표시된 영역(붉은색)이 감소함). 게다가, 실시예는 비교예에 비해 동일한 조건에서 전단인장강도의 값이 증가하였다는 것도 확인할 수 있다.

결과적으로, 본 발명에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극은 스패터가 발생하는 것을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 안정적인 용접이 가능하고, 종래에 용접이 어려웠던 이종 용접에 대해서도 용접이 가능하는 것을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극은 사용분야가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 자동차 및 트레인 제조 및 생산 라인에 사용되는 모든 저항 점 용접기의 전극에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 스폿 용접용 다중 가압 전극은 분진발생으로 작업환경과 대기를 악화시키는 것을 방지할 수 있고, 탄소 배출을 저감할 수 있는 효과가 있으므로, 친환경 저탄소 성장 기술이 필요한 자동차 및 트레인 생산 공장의 스폿 용접기에 사용될 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100: 전극 100a: 상부전극
100b: 하부전극 105: 접촉부
110: 단차 120: 제1 전극
130: 제2 전극 200: 가압부재
205: 개구부 210: 베이스 부재
220: 제1 돌출부재 225: 나사결합
230: 제2 돌출부재 300: 스페이서
400: 피용접부재 410: 너겟
W: 접촉부와 가압부재의 소정간격 D1: 제1 전극의 직경
D2: 제2 전극의 직경

Claims

말단에 피용접부재와 접촉되는 접촉부가 구비된 전극; 및
상기 전극의 말단에 결합되고, 상기 접촉부와 소정간격 이격되도록 상기 접촉부를 둘러싸며, 상기 피용접부재를 가압하는 가압부재;
를 포함하고,
상기 가압부재는,
중앙에 개구부가 형성된 베이스 부재;
상기 개구부의 테두리로부터 상기 피용접부재 방향으로 연장되어, 상기 전극의 말단에 결합되는 제1 돌출부재; 및
상기 베이스 부재의 테두리로부터 상기 피용접부재 방향으로 연장되어, 상기 접촉부와 소정간격 이격되도록 상기 접촉부를 둘러싸는 제2 돌출부재;
를 포함하는 스폿 용접용 다중 가압 전극.
청구항 1에 있어서,
상기 전극은 외주면에 단차가 형성되고,
상기 단차를 기준으로 직경이 서로 상이한 제1 전극과 제2 전극을 포함하며,
상기 제1 전극은 상기 제2 전극보다 직경이 작고,
상기 가압부재는 상기 제1 전극의 외주면에 결합되는 스폿 용접용 다중 가압 전극.
청구항 2에 있어서,
상기 가압부재와 상기 제1 전극은 나사결합되는 스폿 용접용 다중 가압 전극.
청구항 2에 있어서,
환형으로 형성되어, 상기 가압부재와 상기 단차 사이에 구비된 스페이서;
를 더 포함하는 스폿 용접용 다중 가압 전극.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제2 돌출부재는 상기 접촉부보다 상기 피용접부재 방향으로 더 돌출되는 스폿 용접용 다중 가압 전극.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 돌출부재는 상기 접촉부보다 상기 피용접부재 방향으로 더 돌출되는 스폿 용접용 다중 가압 전극.
청구항 1에 있어서,
상기 가압부재는 부도체이고, 탄성을 갖는 스폿 용접용 다중 가압 전극.
청구항 4에 있어서,
상기 스페이서는 부도체이고, 탄성을 갖는 스폿 용접용 다중 가압 전극.