KR101439615B1 - 이종부재 결합구조 및 그 제작방법 - Google Patents

이종부재 결합구조 및 그 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조는 삽입홀이 형성된 제1부재, 상기 제1부재와 이종의 소재로 형성된 제2부재 및 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 제1부재를 고정하며, 상기 제2부재와 동일한 소재로 형성되어 용접에 의해 상기 제2부재와 결합되는 결합부재를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법은 삽입홀을 형성하여 제1부재를 제공하는 제1부재 제공단계, 상기 제1부재와 결합하도록, 상기 삽입홀에 삽입시켜 결합부재를 제공하는 결합부재 제공단계, 상기 결합부재와는 동일하고 상기 제1부재와는 이종인 소재로 형성되는 제2부재를 상기 결합부재와 접하게 상기 제1부재 일측에 제공하는 제2부재 제공단계 및 상기 결합부재를 상기 제2부재와 용접시키는 용접단계를 포함할 수 있다.

Description

이종부재 결합구조 및 그 제작방법{Combination structure of different materials and manufacturing method thereof}
본 발명은 이종부재 간의 용접을 위한 이종부재 결합구조 및 그 제작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이종부재 간의 결합에 있어 용접 공정을 간접적으로 가능하게 적용할 수 있는 발명에 관한 것이다.
근래 들어 휴대용 모바일 기기의 사용 증가와 연료 가격 상승 및 환경 규제에 따른 연비 상승을 위해 휴대용 기기 및 자동차의 경량화 요구가 증대되고 있다.
이들 제품의 경량화를 위해 여러 가지 다양한 소재가 복합적으로 사용되고 있으며, 그 중 경량 소재로 주목받는 재료 중 하나가 마그네슘이다. 마그네슘은 지금까지 주로 다이캐스팅재로 많이 사용되어저 왔으나 근래 들어 판재 형태로 가공하여 사용되고 있기도 하다.
마그네슘은 실용 금속 중 가장 가벼운 금속으로 밀도가 철의 약 5분의 1 정도여서 제품에 적용 시 무게 절감 효과가 큰 소재이다. 일반적으로 자동차 및 모바일 기기 등의 제품에는 부품의 특성 및 기능에 따라 다양한 소재가 복합적으로 사용되고 있으며, 이들 중 일부를 경량 소재로 대체함으로써 제품의 무게를 줄이고 있다.
이렇게 다양한 소재로 구성된 제품에서 마그네슘, 알루미늄, 철 등의 이종소재로 이루어진 구성 간에 적용시에 문제가 되는 것이 소재 간의 결합 문제이다.
많은 경우, 특히 자동차에 있어 대부분 부품끼리의 결합은 용접으로 이루어지고 있는데, 마그네슘 소재로 구성된 부재의 경우에는 동종인 마그네슘 소재로 구성된 부재와는 용접이 가능하나 마그네슘이 아닌 이종의 소재로 구성된 부재와는 용접은 쉽지 않은 문제가 있다.
한편, 이와 같은 문제는 정도의 차이는 있으나 마그네슘뿐만 아니라 알루미늄 또는 철 등의 이종의 소재로 구성된 부재 간의 결합에서도 문제된다.
또한, 마그네슘과 알루미늄 간의 용접은 어느 정도 가능하지만 용접시에 생성되는 금속간 화합물 생성으로 용접부의 강도가 취약한 단점이 있다. 이렇게 용접이 어려울 경우 대체 수단으로 볼팅(bolting) 또는 본딩(bonding)의 방법이 사용되고 있으나, 가격 문제와 자동화의 어려움 또는 내구성 문제 등으로 용접법에 비해 적용이 불리한 단점이 있다.
이외에 이종 재료간의 용접 방법으로 "레이저를 이용한 이종금속간 브레이징 접합 방법"(한국공개공보: 2011-0077626)이 공개발명으로 제시되어 있다. 그러나, 이와 같은 브레이징 접합법은 이종재료 간의 용접이라는 전술한 종래기술의 문제점을 여전히 포함하고 있어 문제해결에 도움이 되지 않는다. 또한, 상기 브레이징 접합법은 구조적으로도 결합이 취약한 단점이 있다.
또한, "추가적인 아연/알루미늄 금속을 이용하여, 동일하거나 다른 금속 또는 금속합금을 포함하는 부품을 불활성 기체용접 하거나 불활성 기체 납땜하는 방법"(한국공개공보: 2005-0119159)은 레이저 브레이징 용접법과 비슷하나 레이저 대신 아크와 불활성 기체를 사용하고 있다. 이 또한 이종재료 간의 용접이라는 문제점을 여전히 포함하고 있는 것은 물론, 용접부의 강도가 취약한 단점이 있는 기술이다.
이와 같은 사례에서 보듯이 이종재료 간의 여러 가지 용접법이 제시되고 있으나 아직 실용화하기에는 여러 가지 한계가 있는 실정이다.
따라서, 이종의 소재로 형성된 복수의 부재를 결합시키는 발명에 관한 연구가 필요하게 되었다.
본 발명의 목적은 이종의 소재로 형성된 구성요소의 기구적 구성에 의해 용접 공정의 적용을 간접적으로 가능하게 하는 동시에 그 결합을 공고히 하기 위한 이종부재 결합구조 및 그 제작방법를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조는 삽입홀이 형성된 제1부재, 상기 제1부재와 이종의 소재로 형성된 제2부재 및 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 제1부재를 고정하며, 상기 제2부재와 동일한 소재로 형성되어 용접에 의해 상기 제2부재와 결합되는 결합부재를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조의 상기 결합부재는 상기 삽입홀에 대응되는 형상을 하며, 용접시 멜팅되는 용접부 및 상기 용접부의 일단에서 연장되어 상기 삽입홀의 폭 이상의 폭을 형성하는 플렌지부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조의 상기 용접부의 두께는 제1부재의 두께에 대응하며, 상기 용접부의 일측이 상기 제2부재에 접할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조의 상기 용접부는 상기 플렌지부로 갈수록 폭이 좁아지게 테이퍼진 고정탭을 제공하며, 상기 삽입홀의 내측면은 상기 고정탭에 대응되는 형상을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조의 상기 제1부재는 마그네슘 소재로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법은 삽입홀을 형성하여 제1부재를 제공하는 제1부재 제공단계, 상기 제1부재와 결합하도록, 상기 삽입홀에 삽입시켜 결합부재를 제공하는 결합부재 제공단계, 상기 결합부재와는 동일하고 상기 제1부재와는 이종인 소재로 형성되는 제2부재를 상기 결합부재와 접하게 상기 제1부재 일측에 제공하는 제2부재 제공단계 및 상기 결합부재를 상기 제2부재와 용접시키는 용접단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법의 상기 용접단계는 상기 결합부재를 상기 제2부재와 스팟용접에 의해 용접시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법의 상기 결합부재 제공단계는 200 ~ 350℃ 또는 상기 제1부재의 열팽창에 의해 상기 결합부재가 삽입될 수 있는 온도의 온간에서 상기 결합부재를 상기 삽입홀에 삽입하는 삽입단계 및 상기 제1부재가 냉각되어 열수축에 의해 상기 결합부재이 고정되는 고정단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법의 상기 결합부재는 상기 삽입홀에 대응되는 형상을 하며, 용접시 멜팅되는 용접부 및 상기 용접부의 일단에서 연장되어 상기 삽입홀의 폭 이상의 폭을 형성하는 플렌지부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법의 상기 용접부는 상기 플렌지부로 갈수록 폭이 좁아지게 테이퍼진 고정탭을 제공하며, 상기 삽입홀의 내측면은 상기 고정탭에 대응되는 형상을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 이종부재 결합구조 및 그 제작방법은 서로 이종의 소재로 형성된 제1, 2 부재를 결합부재를 사용하여 결합할 수 있다.
즉, 상기 결합부재는 상기 제2부재와 동일한 소재로 형성되어 상기 제2부재와는 동종소재 간의 용접으로써의 결합력을 제공하고, 상기 제1부재와는 구조적인 형상으로 결합된 결합력을 제공할 수 있다.
이에 의해, 서로 이종의 소재로 형성된 제1, 2 부재를 견고하게 결합시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 용접을 위한 공정이 기존에 존재하던 동종소재 간의 용접공정으로도 수행될 수 있어, 설비투자 없이 용접할 수 있는 이점이 있다. 이는 이종의 소재로 형성된 부재의 결합을 자동화에 의해 할 수 있는 이점도 발생시킨다.
또한, 복잡한 형상의 부품에 대해서도 적용이 가능하여 다양한 분야에 적용할 수 있는 이점이 있다.
특히, 이종소재와의 용접이 어려운 마그네슘(Mg) 소재를 용이하게 이종소재와 결합시킬 수 있어, 마그네슘 소재를 다양한 분야에 적용할 수 있는 이점도 예상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조의 결합부재를 개략적으로 도시한 평면도 및 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조의 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조의 제1부재를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법의 결합부재 제공단계를 변형한 실시예를 개략적으로 도시한 공정도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조의 결합부재(30)를 개략적으로 도시한 평면도 및 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조의 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조의 제1부재(10)를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조는 삽입홀(11)이 형성된 제1부재(10), 상기 제1부재(10)와 이종의 소재로 형성된 제2부재(20) 및 상기 삽입홀(11)에 삽입되어 상기 제1부재(10)를 고정하며, 상기 제2부재(20)와 동일한 소재로 형성되어 용접에 의해 상기 제2부재(20)와 결합되는 결합부재(30)을 포함을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조의 상기 결합부재(30)는 상기 삽입홀(11)에 대응되는 형상을 하며, 용접시 멜팅되는 용접부(31) 및 상기 용접부(31)의 일단에서 연장되어 상기 삽입홀(11)의 폭(L3) 이상의 폭(L2)을 형성하는 플렌지부(32)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조의 상기 용접부(31)의 두께(t1)는 제1부재(10)의 두께(t3)에 대응하며, 상기 용접부(31)의 일측이 상기 제2부재(20)에 접할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조의 상기 용접부(31)는 상기 플렌지부(32)로 갈수록 폭(L1)이 좁아지게 테이퍼진 고정탭(33)을 제공하며, 상기 삽입홀(11)의 내측면(11a)은 상기 고정탭(33)에 대응되는 형상을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조의 상기 제1부재(10)는 마그네슘 소재로 형성될 수 있다.
본 발명의 이종부재 결합구조는 이종의 소재로 형성된 복수의 부재를 용접 및 기구적 구성에 의해 결합시키는 발명에 관한 것이다.
이에 의해, 이종 소재의 결합을 기존에 비하여 더욱 공고히 할 수 있는 이점이 있다. 또한, 용접을 위한 공정이 기존에 존재하던 동종소재의 용접공정으로도 수행될 수 있어, 설비투자 없이 용접할 수 있는 이점이 있다. 이는 이종의 소재로 형성된 부재의 결합을 자동화에 의해 할 수 있는 이점도 발생시킨다.
또한, 복잡한 형상의 부품에 대해서도 적용이 가능하여 다양한 분야에 적용할 수 있는 이점이 있으며, 특히 이종소재와의 용접이 어려운 마그네슘(Mg) 소재를 용이하게 이종소재와 결합시킬 수 있어, 마그네슘(Mg) 소재를 다양한 분야에 적용할 수 있다.
상기 제1부재(10) 및 상기 제2부재(20)는 서로 이종의 소재로 형성된 결합되기 위한 부재이다. 즉, 마그네슘(Mg)으로 형성된 부재와 철(Fe)로 형성된 부재의 결합시의 각각의 부재를 의미한다. 다만, 상기 마그네슘(Mg) 및 철(Fe)은 일례로써 제시된 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.
이후에 설명할 제1부재(10) 및 제2부재(20)에 대한 설명은 상기 제1부재(10) 및 상기 제2부재(20)를 스위칭하여 적용될 수도 있다. 즉, 상기 제1부재(10) 및 상기 제2부재(20)는 결합을 위한 부재를 구별하기 위한 명칭에 불과함을 전제로 한다.
상기 제1부재(10)는 상기 제1부재(10)와 이종의 소재로 형성된 상기 제2부재(20)와 결합하기 위해, 후술할 결합부재(30)가 삽입될 수 있는 삽입홀(11)을 제공할 수 있다.
상기 삽입홀(11)은 상기 결합부재(30)에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 삽입홀(11)은 원형에 한정되는 것은 아니며, 삼각형, 사각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 삽입홀(11)에 후술할 결합부재(30)를 삽입시키는 경우의 일례로써, 상기 제1부재(10)가 약 200 ~ 250℃로 가열되어 열팽된 상태의 상기 삽입홀(11)의 폭(L3)을 후술할 용접부(31)의 폭(L1)의 1 ~ 1.00625배의 범위에서 형성하는 것이 상기 결합부재(30)의 삽입에 용이하여 바람직하다.
다만, 상기 삽입홀(11)의 폭은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 결합부재(30)가 삽입되어 용접 공정의 적용이 용이할 수 있다면 본 발명에 포함될 수 있다.
상기 결합부재(30)는 서로 이종인 소재로 형성된 상기 제1부재(10) 및 상기 제2부재(20)를 결합시키는 역할을 할 수 있다. 즉, 상기 제1부재(10)는 기구(機構)적인 구성에 의해 고정시키고, 상기 제2부재(20)는 동종소재 간의 용접에 의해 결합시킬 수 있는 것이다.
상기 결합부재(30)가 상기 제1부재(10)를 기구(機構)적인 구성에 의해 고정시키기 위해서, 상기 결합부재(30)는 플렌지부(32) 및 용접부(31)를 제공할 수 있다.
상기 용접부(31)는 상기 결합부재(30)가 상기 제2부재(20)와 용접시에 멜팅(melting)되어 용접(w)작용이 일어나는 부분이다. 즉, 상기 플렌지부(32)에서는 멜팅이 일어나지 않고, 상기 용접부(31)에서는 멜팅이 일어나 용접이 수행되는 것이 바람직하다.
이를 위해, 상기 용접부(31)는 상기 제2부재(20)와 접촉하는 것이 바람직하다. 즉, 스팟용접 등에 의한 용접방법에 의해 상기 용접부(31)에서 용접(w)현상이 발생하도록, 상기 제2부재(20)와 상기 결합부재(30)의 접촉면에서만 멜팅에 의해 용접되는 것이 바람직하다. 이에 대한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.
상기 용접부(31)에서 용접이 일어나기 위해 상기 용접부(31)는 상기 제1부재(10)와 접촉하고 있는 것이 바람직한바, 상기 용접부(31)는 상기 제1부재(10)의 상기 삽입홀(11)에 삽입되어 상기 제2부재(20)와 접촉하는 것이 유리하다.
또한, 상기 용접부(31)의 두께(t1)는 상기 제1부재(10)의 두께(t3)에 대응하는 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1부재(10)의 두께(t3)와 거의 동일하게 형성되는 것이 유리하다. 이는 후술할 플렌지부(32)가 상기 제1부재(10)의 일면에 접촉하는 동시에, 상기 용접부(31)의 일단부가 상기 제2부재(20)에 접촉하여 스팟용접 등을 수행할 수 있도록 하기 위한 것이다.
한편, 상기 용접부(31)의 폭(L1)은 상기 용접부(31)의 상기 제2부재(20)와의 접촉면에서 멜팅이 일어날 수 있는 일반적인 수치로써, 상기 제1부재(10)의 두께(t3)의 1/2승의 5배보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, L1 > 5×t31 /2의 수식을 만족하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 용접부(31)는 상기 플렌지부(32)로 갈수록 폭(L1)이 좁아지는 테이퍼진 고정탭(33)을 포함할 수 있다. 이는 상기 제2부재(20)의 열변형에 의해, 상기 고정탭(33)과 대응되는 형상(11a)을 하는 상기 삽입홀(11)의 내측면(11a)에 상기 고정탭(33)이 걸려서 빠져나오지 못하고 고정시킬 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
상기 플렌지부(32)는 상기 제1부재(10)를 고정시킬 수 있는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 플렌지부(32)는 상기 제1부재(10)의 상기 삽입홀(11)의 폭(L3) 이상의 폭(L2)으로 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 플렌지부(32)는 상기 제1부재(10)가 외부로 이탈하지 않도록, 기구적으로 구성되어 상기 제1부재(10)를 고정시킬 수 있는 것이다. 비슷한 원리로써, 못(nail)이 양측의 나무를 고정시킬때 한쪽의 나무가 외부로 이탈하지 못하도록 못머리가 한쪽의 나무를 고정시키는 것과 유사하다.
다만, 본 발명에서는 상기와 같이 제1부재(10)를 고정시키는 원리 이외에 상기 제2부재(20)와 동일한 소재로 형성된 상기 결합부재(30)를 용접에 의해 상기 제2부재(20)와 결합시키는 것에 차이가 있다. 이에 대한 설명은 후술한다.
상기 플렌지부(32)는 상기 용접부(31)에서 연장되어 형성되며, 상기 용접부(31)와는 일체로 형성된 상기 결합부재(30)의 일부분이다.
한편, 상기 플렌지부(32)의 두께(t2)는 제한이 없으나, 상기 제1부재(10)가 외력에 의해 이탈하지 않는 강성을 갖출 수 있는 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 결합부재(30)는 상기 제2부재(20)와 용접에 의해 결합되기 위해서, 상기 제2부재(20)와 동일한 소재로 형성될 수 있다. 즉, 상기 결합부재(30)는 상기 제2부재(20)와 동일한 소재이므로 용접에 의한 결합이 이종부재 간의 용접과 달리 문제가 되지 않는다. 따라서, 상기 결합부재(30)와 상기 제2부재(20) 사이의 용접은 동종소재 간의 용접으로 강한 결합력을 제공할 수 있다.
즉, 본 발명의 이종부재 결합구조는 서로 이종의 소재로 형성된 제1부재(10) 및 제2부재(20)의 결합을 동종의 소재로 형성된 부재 간의 결합과 같은 견고한 결합을 가능하게 한다. 또한, 종래의 동종의 소재 간의 결합을 위해 사용되는 설비를 그대로 사용할 수 있는 이점이 발생한다.
상기 제2부재(20)와 용접에 의해 결합되는 상기 결합부재(30)의 부분은 상기 용접부(31)일 수 있다. 즉, 상기 제2부재(20)와 접하는 상기 용접부(31)에서 스팟용접 등에 의해 결합할 수 있는 것이다.
스팟용접의 경우에는 접촉면의 전기저항에 의한 발열로 멜팅 후에 용접이 이루어지기 때문에, 상기 제2부재(20)와 접하는 상기 용접부(31)에서 용접이 일어날 수 있다.
본 발명의 이종부재 결합구조에서 이종의 소재로써, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 철(Fe)을 포함한 스틸(steel) 또는 열가소성 폴리머 등이 있을 수 있다.
특히, 이종소재의 부재와의 용접이 어려운 마그네슘(Mg)을 소재로 형성된 부재의 경우에는 본 발명의 이종부재 결합구조에 의해 그 결합을 공고히 할 수 있어, 마그네슘 소재를 이용한 다양한 분야에 적용될 수 있는 이점을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법은 삽입홀(11)을 형성하여 제1부재(10)를 제공하는 제1부재 제공단계, 상기 제1부재(10)와 결합하도록, 상기 삽입홀(11)에 삽입시켜 결합부재(30)를 제공하는 결합부재 제공단계, 상기 결합부재(30)와는 동일하고 상기 제1부재(10)와는 이종인 소재로 형성되는 제2부재(20)를 상기 결합부재(30)와 접하게 상기 제1부재(10) 일측에 제공하는 제2부재 제공단계 및 상기 결합부재(30)를 상기 제2부재(20)와 용접시키는 용접단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법의 상기 용접단계는 상기 결합부재(30)를 상기 제2부재(20)와 스팟용접에 의해 용접시킬 수 있다.
이에 의해, 이종부재 간의 결합을 견고하게 할 수 있으며, 용접을 위한 공정이 기존에 존재하던 동종의 소재의 용접을 위한 공정으로도 수행될 수 있어, 설비투자 없이 용접할 수 있는 이점이 있다. 이는 이종의 소재로 형성된 부재의 결합을 자동화에 의해 할 수 있는 이점도 발생시킨다.
상기 제1부재 제공단계는 상기 제1부재(10)에 삽입홀(11)을 형성하여 상기 제1부재(10)를 용접을 위해 제공되는 단계이다.
상기 삽입홀(11)은 상기 제1부재(10)에 드릴 공정 또는 프레스 공정 등에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1부재(10)에 상기 삽입홀(11)을 형성할 수 있다면 본 발명의 제1부재 제공단계일 수 있다.
한편, 상기 제1부재 제공단계는 판재에 홀을 형성하여 상기 제1부재를 제공하는 방법뿐만 아니라, 주형에 용융된 소재를 주입하여 상기 삽입홀(11)을 포함하는 판재 형상의 제1부재(10)를 형성하는 방법으로도 이루어질 수 있다.
또한, 후술할 열변형에 의해 결합부재(30)와 결합될 수 있도록 200 ~ 350도의 온간에서 상기 삽입홀(11)을 형성할 수도 있다. 이에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
상기 결합부재(30) 제공단계는 상기 제1부재(10)에 형성된 삽입홀(11)에 상기 제2부재(20)와 동일한 소재로 형성된 결합부재(30)를 제공하는 단계이다. 상기 결합부재(30)는 상기 삽입홀(11)에 대응되는 형상을 할 수 있기 때문에, 상기 삽입홀(11)에 삽입되어 고정될 수 있다.
또한, 상기 결합부재(30)는 열수축(s)에 의해 상기 제1부재(10)의 상기 삽입홀(11)에 고정될 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
한편, 상기 결합부재(30)는 상기 제1부재(10)가 이탈하지 않는 형상을 하여 상기 삽입홀(11)에 삽입되어, 후술할 용접단계에서 제2부재(20)와 용접됨으로써, 상기 제1부재(10)를 이탈시키지 않고 고정할 수 있게 된다.
상기 결합부재(30)가 상기 제1부재(10)를 고정시킬 수 있는 실시예로써, 전술한 바와 같은 플렌지부(32)를 포함하여 형성할 수 있다.
상기 제2부재 제공단계는 상기 제1부재(10)와 결합된 상기 결합부재(30)에 접촉하도록 제2부재(20)를 제공하여, 후술할 용접단계에서 상기 제2부재(20)와 상기 결합부재(30)를 용접에 의해 결합하기 위한 단계이다.
즉, 상기 제1부재(10) 및 상기 제2부재(20)를 결합시킬 위치로 조정하여 상기 제2부재(20)를 준비시킬 수 있는 것이다.
또한, 상기 제2부재(20)는 상기 제1부재(10)와는 이종의 소재로 형성되지만, 상기 결합부재(30)와는 동종의 소재로 형성될 수 있어 후술할 용접단계에서의 용접을 용이하게 할 수 있다.
상기 용접단계는 상기 제2부재(20)와 동일한 소재로 형성된 상기 결합부재(30)를 상기 제2부재(20)와 용접(w)에 의해 결합시키는 단계이다. 즉, 상기 결합부재(30)는 상기 제2부재(20)와 동일한 소재이므로 용접(w)에 의한 결합이 이종의 부재 간의 용접과 달리 문제가 되지 않는다.
따라서, 상기 결합부재(30)와 상기 제2부재(20) 사이의 용접(w)은 결합력이 강하여 견고한 결합이 가능하다.
한편, 상기 용접단계에서의 용접(w)은 스팟용접으로 수행되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제2부재(20)와 상기 결합부재(30) 사이에서 용접(w)이 일어나는 것이 바람직하므로, 접촉면의 비저항에 의한 발열로 용접(w)하는 스팟용접이 바람직한 것이다.
일례로써, 제1부재(10)가 마그네슘(Mg)이고, 상기 제2부재(20) 및 상기 결합부재(30)는 스틸인 경우가 있을 수 있다. 즉, 상기 마그네슘(Mg)은 약 20kw 이상에서 멜팅되는데, 상기 스틸의 경우에는 약 14kw에서 멜틸에 의해 용접되므로, 용접장치를 약 14kw로 조정하여 용접작업을 수행하면 상기 제2부재(20) 및 상기 결합부재(30)만이 멜팅에 의해 용접(w)될 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법의 결합부재(30) 제공단계를 변형한 실시예를 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법의 상기 결합부재(30) 제공단계는 200 ~ 350℃ 또는 상기 제1부재(10)의 열팽창에 의해 상기 결합부재(30)가 삽입(insertion: i)될 수 있는 온도의 온간(warm chamber)에서 상기 결합부재(30)를 상기 삽입홀(11)에 삽입(i)하는 삽입단계 및 상기 제1부재(10)가 냉각되어 열수축(shrink: s)에 의해 상기 결합부재(30)이 고정되는 고정단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법의 상기 결합부재(30)는 상기 삽입홀(11)에 대응되는 형상을 하며, 용접시 멜팅되는 용접부(31) 및 상기 용접부(31)의 일단에서 연장되어 상기 삽입홀(11)의 폭(L3) 이상의 폭(L2)을 형성하는 플렌지부(32)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 이종부재 결합구조 제작방법의 상기 용접부(31)는 상기 플렌지부(32)로 갈수록 좁아지게 테이퍼진 고정탭(33)을 제공하며, 상기 삽입홀(11)의 내측면(11a)은 상기 고정탭(33)에 대응되는 형상(11a)을 제공할 수 있다.
상기 결합부재 제공단계는 상기 결합부재(30)를 열수축(s)에 의해 상기 제1부재(10)의 상기 삽입홀(11)에 고정시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 결합부재 제공단계는 삽입단계 및 고정단계를 포함할 수 있다.
상기 삽입단계는 상기 결합부재(30)를 상기 삽입홀(11)에 삽입(i)시키는 단계이다. 이를 위해, 200 ~ 350℃ 또는 상기 제1부재(10)의 열팽창에 의해 상기 결합부재(30)가 상기 삽입홀(11)에 삽입(i)될 수 있는 온도의 온간에서 상기 결합부재(30)를 상기 삽입홀(11)에 삽입(i)시키는 것이 바람직하다.
일례로써, 상기 제1부재(10)가 마그네슘(Mg)으로 형성되고, 상기 결합부재(30)가 철(Fe)로 형성된 경우, 마그네슘(Mg)이 철(Fe)보다 열팽창율이 크기 때문에 상기 온간에서 상기 결합부재(30)는 상기 제1부재(10)에 삽입(i)될 수 있다.
상기 고정단계는 상기 삽입홀(11)에 상기 결합부재(30)를 고정시키는 단계이다. 즉, 상기 온간에서 상기 제1부재(10) 및 상기 결합부재(30)를 상온(常溫)의 작업장소로 이동시켜 상기 제1부재(10)의 열수축(s)에 의해 상기 결합부재(30)를 고정시키는 단계이다.
한편, 상기 결합부재(30)는 전술한 용접부(31) 및 플렌지부(32)를 포함할 수 있으며, 상기 용접부(31)는 상기 플렌지부(32)로 갈수록 폭(L1)이 좁아지게 테이퍼진 고정탭(33)을 포함할 수 있다. 이는 상기 고정탭(33)과 대응되는 형상(11a)을 하는 상기 삽입홀(11)의 내측면(11a)에 상기 결합부재(30)의 상기 고정탭(33)이 걸려서 빠져나오지 못하고 고정시킬 수 있다.
즉, 상기 고정단계에서 열수축(s)하여 상기 고정탭(33)과 상기 삽입홀(11)의 내측면(11a)이 접촉하면서 상기 결합부재(30)를 고정시킬 수 있는 것이다.
다만, 이는 상기 고정단계에서 상기 제1부재(10)의 열수축(s)에 의해 상기 결합부재(30)를 고정시키기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 상기 제1부재(10)의 열수축(s)에 의해 상기 결합부재(30)를 고정시킬 수 있는 형상이라면 본 발명에 포함될 수 있다.
10: 제1부재 11: 삽입홀
20: 제2부재 30: 결합부재
31: 용접부 32: 플렌지부
33: 고정탭

Claims (10)

  1. 삽입홀이 형성되며, 마그네슘 소재로 형성된 제1부재;
    상기 제1부재와 이종의 소재로 형성된 제2부재; 및
    상기 삽입홀에 삽입되어 상기 제1부재를 고정하며, 상기 제2부재와 동일한 소재로 형성되어 용접에 의해 상기 제2부재와 결합되는 결합부재;
    을 포함하며,
    상기 결합부재는,
    두께는 제1부재의 두께에 대응하며, 일측이 상기 제2부재에 일단부가 접하여 안착되게 제공되고, 상기 삽입홀에 대응되는 형상을 하며, 용접시 멜팅되어 용접결합되도록, 상기 일단부의 직경은 적어도 상기 제1부재 두께의 1/2승의 5배보다 크게 제공되는 용접부; 및
    상기 용접부의 타단부에 연장되어 상기 삽입홀의 폭 이상의 폭을 형성하여, 상기 제1부재를 고정하는 플렌지부;
    를 포함하는 이종부재 결합구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용접부는 상기 플렌지부로 갈수록 폭이 좁아지게 테이퍼진 고정탭을 제공하며,
    상기 삽입홀의 내측면은 상기 고정탭에 대응되는 형상을 제공하는 이종부재 결합구조.
  5. 삭제
  6. 삽입홀을 형성하여 제1부재를 제공하는 제1부재 제공단계;
    상기 제1부재와 결합하도록, 상기 삽입홀에 삽입시켜 결합부재를 제공하도록, 200 ~ 350℃ 또는 상기 제1부재의 열팽창에 의해 상기 결합부재가 삽입될 수 있는 온도의 온간에서 상기 결합부재를 상기 삽입홀에 삽입하는 삽입단계와, 상기 제1부재가 냉각되어 열수축에 의해 상기 결합부재가 고정되는 고정단계를 포함하는 결합부재 제공단계;
    상기 결합부재와는 동일하고 상기 제1부재와는 이종인 소재로 형성되는 제2부재를 상기 결합부재와 접하게 상기 제1부재 일측에 제공하는 제2부재 제공단계; 및
    상기 결합부재를 상기 제2부재와 스팟용접에 의해 용접시키는 용접단계;
    를 포함하며,
    상기 결합부재는,
    상기 제2부재에 일단부가 접하여 안착되게 제공되고, 상기 삽입홀에 대응되는 형상을 하며, 용접시 멜팅되어 용접결합되도록, 상기 일단부의 면적은 적어도 상기 제1부재 두께의 1/2승의 5배보다 크게 제공되는 용접부; 및
    상기 용접부의 타단부에 연장되어 상기 삽입홀의 폭 이상의 폭을 형성하여, 상기 제1부재를 고정하는 플렌지부;
    를 포함하고,
    상기 용접부는 상기 플렌지부로 갈수록 폭이 좁아지게 테이퍼진 고정탭을 제공하며,
    상기 삽입홀의 내측면은 상기 고정탭에 대응되는 형상을 제공하는 이종부재 결합구조 제작방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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