KR101482402B1

KR101482402B1 - 용접장치

Info

Publication number: KR101482402B1
Application number: KR20130049596A
Authority: KR
Inventors: 윤상만; 우인수; 이태영; 손원근
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2015-01-21
Also published as: KR20140130955A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극은 인장강도 780MPa 이상의 고강도강 소재의 피용접물에 크랙발생을 방지하며 점용접하도록, 전류가 인가되는 바디부 및 상기 피용접물을 가압하도록, 상기 바디부에 형성되는 접촉단부를 포함하며, 상기 접촉단부는 상기 접촉단부의 가압에 의해 변형된 상기 피용접물의 변형부와 상기 변형부 주변의 외측부가 이루는 변형각도가 5 ~ 30도가 되게 테이퍼진 형상으로 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치는 장치바디, 전류를 인가받아 인장강도 780MPa 이상의 고강도강 소재로 형성된 피용접물을 점용접하도록, 상기 장치바디에 제공되는 용접전극 및 상기 용접전극에 인접하게 상기 장치바디에 제공되며, 상하이동하는 서브가압유닛을 포함하며, 상기 서브가압유닛은 가압에 의해 변형된 상기 피용접물의 변형부와 상기 변형부 주변의 외측부가 이루는 변형각도를 5 ~ 30도로 형성하게 가압력을 상기 피용접물에 제공할 수 있다.

Description

용접장치{Welding apparatus}

본 발명은 용접전극 및 용접장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용접전극의 가압에 의해 변형된 피용접물에 크랙이 발생하는 것을 방지하는 발명에 관한 것이다.

자동차, 가전제품 등의 조립 라인에서는 저항 용접법 중에서도 작업 효율이 높은 스폿(spot)용접법이 일반적으로 사용되고 있다. 또한, 자동화 공정을 필요로 하는 대량 생산 라인에서도 연속 스폿 용접(점용접)은 필수적이다.

이와 같은, 스폿용접은 주울(Joule) 발열을 이용하여 접합면을 용융 또는 고온상태까지 도달하도록 가압하여 접합하는 방법으로 판재의 접합에 주로 이용되는 방법이다.

즉, 겹쳐 놓은 용접부재의 앞쪽 끝을 전극으로 누르고, 여기에 전류를 통하게 하여 접촉면의 큰 전기저항에 의해 열을 발생시켜 용접작업을 하게 되는 것이다.

이러한 스폿용접에서는 소재나 전극의 저항보다 접촉면의 저항이 더 크고, 소재와 전극 사이의 저항에 비하여 소재 사이의 저항이 상대적으로 크기 때문에 주로 소재 사이에서 열이 발생하여 소재가 용융되고 응고되는 과정에서 접합이 이루어진다.

한편, 스폿용접에서는 전극에 의해서 모재를 가압하기 때문에, 모재에는 상기 전극의 가압에 의한 크랙(crack)이 발생할 수 있다.

특히, TWIP강과 같이, 탄소(C), 알루미늄(Al) 및 망간(Mn)이 다량 함유된 780MPa급 이상의 고강도강이 개발되면서 기존 용접 방법이 한계에 이르고 있는 상황이다.

즉, TWIP강과 같은 고강도강의 모재에 전극을 가압하는 저항 스폿용접시에 고강도강은 크랙발생에 매우 취약하다. 이는 망간(Mn)이 10중량% 이상 함유된 고강도강의 경우에는 오스테나이트 조직으로 구성되어 있어, 용접시에 소재 표면의 아연(Zn) 또는 구리(Cu) 등이 용융되면서 LME(liquid metal embrittlement)균열을 발생시키기 때문으로, 이에 의해 용접된 모재의 내구성을 저하시키는 문제를 발생시킨다.

따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위해 용접장치에 대한 연구가 필요하게 되었다.

본 발명의 목적은 점용접시에 용접전극에 의해 가압된 피용접물에 크랙이 발생하는 것을 방지하여 피용접물의 내구성을 향상시키는 용접장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극은 인장강도 780MPa 이상의 고강도강 소재의 피용접물에 크랙발생을 방지하며 점용접하도록, 전류가 인가되는 바디부 및 상기 피용접물을 가압하도록, 상기 바디부에 형성되는 접촉단부를 포함하며, 상기 접촉단부는 상기 접촉단부의 가압에 의해 변형된 상기 피용접물의 변형부와 상기 변형부 주변의 외측부가 이루는 변형각도가 5 ~ 30도가 되게 테이퍼진 형상으로 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극에서 상기 접촉단부의 테두리인 에지부는 경사지게 형성되며, 마주보는 상기 에지부가 이루는 경사각도는 120 ~ 170도일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극의 상기 접촉단부의 중앙부는 평면으로 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극의 상기 접촉단부는 곡면으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치는 장치바디, 전류를 인가받아 인장강도 780MPa 이상의 고강도강 소재로 형성된 피용접물을 점용접하도록, 상기 장치바디에 제공되는 용접전극 및 상기 용접전극에 인접하게 상기 장치바디에 제공되며, 상하이동하는 서브가압유닛을 포함하며, 상기 서브가압유닛은 가압에 의해 변형된 상기 피용접물의 변형부와 상기 변형부 주변의 외측부가 이루는 변형각도를 5 ~ 30도로 형성하게 가압력을 상기 피용접물에 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치의 상기 서브가압유닛은 상하구동력을 제공하며, 상기 장치바디에 연결되는 액추에이터 및 상기 액추에이터에 연계되어 상하이동하며, 상기 피용접물을 가압하는 일단부가 상기 용접전극에 인접한 부분으로 편향되어 테이퍼지게 제공되는 가압단을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용접방법은 인장강도 780MPa 이상의 고강도강 소재의 피용접물을 제공하는 준비단계, 전류가 인가되는 바디부와 상기 바디부에 형성된 접촉단부를 제공하는 용접전극이, 3.0 ~ 4.0kN의 가압력으로 상기 피용접물을 가압하는 가압단계 및 상기 가압단계에 의한 상기 피용접물과 상기 용접전극의 접촉면의 지름을 6.0 ~ 8.0mm로 형성하며, 상기 용접전극에는 7.0 ~ 8.0kA의 전류를 인가하여 상기 피용접물을 용접하는 전류인가단계를 포함하며, 상기 접촉단부는 상기 접촉단부의 가압에 의해 변형된 상기 피용접물의 변형부와 상기 변형부 주변의 외측부가 이루는 변형각도가 5 ~ 30도가 되게 테이퍼진 형상으로 제공될 수 있다.

본 발명의 용접장치는 피용접물의 변형각도가 5 ~ 30도로 형성되게 접촉단부의 형상을 제공함으로써, 상기 피용접물에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

이에 의해, 용접된 피용접물의 내구성을 향상시킬 수 있는 이점도 예상할 수 있다.

또한, 본 발명의 용접장치는 서브가압유닛을 제공함으로써, 피용접물의 인장강도에 따라서, 피용접물의 변형각도를 조절하며 상기 피용접물에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 용접전극을 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 용접전극에서 경사각도를 나타내기 위해 도시한 측면도이다.
도 4는 피용접물의 변형각도에 따른 크랙발생여부를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 용접장치를 도시한 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5의 n부분을 확대하여 도시한 측면도이다.

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.

본 발명의 용접전극(100) 및 용접장치(1)는 용접전극(100)의 가압에 의해 변형된 피용접물(2)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

즉, 피용접물(2)의 변형각도(a)가 5 ~ 30도로 형성되게 접촉단부(120)의 형상을 제공함으로써, 상기 피용접물(2)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다. 이에 의해, 용접된 피용접물(2)의 내구성을 향상시킬 수도 있다.

또한, 본 발명의 용접장치(1)는 서브가압유닛(200)을 제공함으로써, 피용접물(2)의 인장강도에 따라서, 피용접물(2)의 변형각도(a)를 조절하며 상기 피용접물(2)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

구체적으로, 도 1은 상기 접촉단부(120)가 경사지게 형성된 본 발명의 용접전극(100)을 도시한 측면도이며, 도 4는 피용접물(2)의 변형각도(a)에 따른 크랙발생여부를 나타낸 사진이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극(100)은 인장강도 780MPa 이상의 고강도강 소재의 피용접물(2)에 크랙발생을 방지하며 점용접하도록, 전류가 인가되는 바디부(110) 및 상기 피용접물(2)을 가압하도록, 상기 바디부(110)에 형성되는 접촉단부(120)를 포함하며, 상기 접촉단부(120)는 상기 접촉단부(120)의 가압에 의해 변형된 상기 피용접물(2)의 변형부(2a)와 상기 변형부(2a) 주변의 외측부(2b)가 이루는 변형각도(a)가 5 ~ 30도가 되게 테이퍼진 형상으로 제공될 수 있다.

상기 피용접물(2)은 상기 용접전극(100)에 의해 용접되는 부재일 수 있다. 특히, 인장강도가 780MPa 이상의 고강도강의 경우에는 탄소(C), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 등이 다량 함유되어 있어, 기존의 용접전극(100)으로 용접시에 피용접물(2) 표면의 아연(Zn) 또는 구리(Cu) 등이 용융되면서 LME(liquid metal embrittlement)균열 또는 크랙(crack)이 발생하는 한계가 있는데, 본 발명에서는 특별한 형상의 용접전극(100)을 제시하여 이와 같은 문제를 해결하게 되었다. 이에 대한 설명은 상기 용접전극(100)에 대한 설명에서 자세히 하도록 한다.

한편, 상기 피용접물(2)의 일례로는 구성 성분으로 철(Fe), 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 인(P) 황(S) 및 기타 불순물을 포함하고, 조직은 페라이트, 마르텐사이트 및 오스테나이트 중 적어도 하나를 포함함으로써, 인장강도가 980Mpa 이상이며, 연신률이 45 ~ 65%이 되는 TWIP강이 있을 수 있다.

즉, 탄소(C) 0.3 ~ 0.9 중량%, 실리콘(Si) 1.0 중량% 이하, 망간(Mn) 15 ~ 30 중량%, 알루미늄(Al) 0.01 ~ 4.0 중량%, 인(P) 0.05 중량% 이하, 황(S) 0.01 중량% 이하, 잔량의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 TWIP강이 상기 피용접물(2)의 일례로써 적용될 수 있는 것이다.

상기 용접전극(100)은 상기 피용접물(2)의 양측에 접촉하여 상기 피용접물(2)에 전류를 통하게 한다. 이때, 용접전극(100)은 상기 피용접물(2)의 큰 전기저항으로 인해 발생된 열을 이용하여 상기 피용접물(2)를 용접시키는 역할을 하게 된다. 이를 위해, 상기 용접전극(100)은 바디부(110)와 접촉단부(120)로 형성될 수 있다.

상기 용접전극(100)은 상기 피용접물(2)의 양측에 마주보는 한 쌍의 전극으로 구성될 수 있으며, 외부의 전원과 연결된 용접장치(1)에 제공되는 장치바디(300)의 지지봉과 결합되어 전류를 인가할 수 있다. 상기 용접전극(100)은 상기 지지봉과는 나사결합할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 외부의 전원과 연결되어 전류를 인가할 수 있도록 상기 지지봉과 연결되는 것이라면 본 발명에 포함될 수 있다. 즉, 상기 용접전극(100)의 상기 바디부(110)는 상기 지지봉과 연결되어 인가된 전류를 상기 접촉단부(120)로 흘러보낼 수 있는 것이다.

상기 용접전극(100)은 구리 혹은 구리합금(구리카드뮴합금, 구리텅스텐합금 등) 등의 재료로 형성될 수 있다. 또한, 그 재질은 전기전도도와 열전도도가 좋고 연속 사용하더라도 내구성이 있으며 고온에서도 기계적인 성질이 유지되는 소재인 것이 바람직하다.

상기 용접전극(100)의 상기 피용접물(2)과 접촉하는 부분인 접촉단부(120)는 상기 피용접물(2)를 거쳐 전류를 통과시킬 수 있다.

한편, 상기 접촉단부(120)를 포함한 상기 용접전극(100)의 코어는 고열에 의해 소진될 수도 있는데, 이러한 경우에 상기 코어는 교체가능하도록, 상기 용접전극(100)에 분리가능하게 결합될 수도 있다.

일례로 나사결합에 의해 결합할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 코어를 상기 용접전극(100)과 분리가능하게 결합한다면 본 발명에 포함될 수 있다.

다만, 용접작업시에 상기 접촉단부(120)의 소진량이 적으면, 상기 코어를 상기 용접전극(100)과 일체로 형성하는 것이 상기 용접전극(100)의 제작 용이성 측면에서 바람직하다. 이러한 경우에 상기 코어가 소진되어 그 역할을 할 수 없게 되면, 상기 용접전극(100) 자체를 교체할 수 있다.

여기서, 상기 접촉단부(120)는 테이퍼지게 형성될 수 있는 것과 동시에, 상기 피용접물(2)의 가압시에 상기 피용접물(2)에 형성된 변형부(2a)와 상기 변형부(2a) 주변의 평평한 외측부(2b)가 이루는 변형각도(a)가 약 5 ~ 30도로 형성되게 상기 접촉단부(120)를 형성될 수 있다.

이는 상기 용접전극(100)이 상기 피용접물(2)을 가압하는 것과 동시에 전류를 인가하여 열이 발생시킬 때, 상기 피용접물(2)이 변형되어 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위한 상기 용접전극(100)의 형상이다.

다시 말해, 상기 변형각도(a)가 약 5 ~ 30도로 형성되게 제공된다는 것은 상기 접촉단부(120)의 테두리인 서로 마주보는 상기 에지부(121)의 경사각도(b)가 약 120 ~ 170도인 것을 포함할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.

또한, 상기 변형각도(a)가 약 5 ~ 30도로 형성되게 제공된다는 것은 상기 에지부(121)의 내각인 에지내각(d)이 약 5 ~ 30도로 제공된다는 것을 포함할 수 있으며, 상기 에지부(121)의 외각인 에지외각(c)이 약 150 ~ 175도로 제공된다는 것을 포함할 수 있다.

즉, 상기 변형각도(a)는 상기 경사각도(b), 에지내각(d) 또는 에지외각(c)을 갖는 접촉단부(120)의 형상에 의해 약 5 ~ 30도로 형성될 수도 있으나, 다른 형상의 접촉단부(120)에 의해서도 약 5 ~ 30도로 형성될 수 있는 것이다. 이에 대한 것은 도 2를 참조하여 후술한다.

한편, 상기 변형각도(a)를 약 5 ~ 30도로 제시한 것은, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 변형각도(a)가 30도로 형성된 경우에는 크랙의 발생이 관찰되지 않았으나, 도 4의 (b), 도 4의 (c)와 같이 30도 이상인 각도로 변형각도(a)가 형성된 경우에는 다수의 크랙이 발생하기 때문이다.

즉, 도 4의 (b)는 변형각도(a)가 45도로 형성된 것으로 발생된 크랙의 총길이가 약 304㎛이며, 도 4의 (c)는 변형각도(a)가 60도로 형성된 것으로 발생된 크랙의 총길이가 약 1026㎛로써, 다수의 크랙이 발생한 것을 알 수 있다. 여기서, 상기 피용접물(2)은 TWIP강을 사용하였으며, 3.6kN으로 가압하였다.

또한, 상기 변형각도(a)가 5도 미만의 경우에는 인가된 전류에 따른 저항에 의해 용접을 위한 열이 충분하게 발생하지 않는바, 상기 변형각도(a)는 5도 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 2는 상기 접촉단부(120)가 곡면으로 형성된 본 발명의 용접전극(100)을 도시한 측면도로써, 이를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극(100)의 상기 접촉단부(120)는 곡면으로 형성될 수 있다.

즉, 상기 접촉단부(120)가 곡면으로 형성되는 경우에도, 상기 접촉단부(120)가 가압하여 형성된 상기 피용접물(2)의 변형부(2a)와 상기 변형부(2a) 주변의 외측부(2b)가 이루는 변형각도(a)는 약 5 ~ 30도로 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 접촉단부(120)를 곡면으로 형성하는 경우에는, 상기 접촉단부(120)에 각이진 부분을 배제할 수 있어 각진 부분에 저항(R)이 증가하는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 용접전극(100)에서 경사각도(b)를 나타내기 위해 도시한 측면도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극(100)에서 상기 접촉단부(120)의 테두리인 에지부(121)는 경사지게 형성되며, 마주보는 상기 에지부(121)가 이루는 경사각도(b)는 120 ~ 170도일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극(100)의 상기 접촉단부(120)의 중앙부(122)는 평면으로 제공될 수 있다.

즉, 상기 접촉단부(120)의 경사각도(b)를 약 120 ~ 170도로 형성하여 상기 피용접물(2)을 가압하면, 상기 피용접물(2)의 변형부(2a)와 외측부(2b)가 형성하는 변형각도(a)를 약 5 ~ 30도로 형성하여, 상기 피용접물(2)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있는 것이다.

구체적으로, 상기 접촉단부(120)의 테두리 부분인 에지부(121)는 내각인 에지내각(d)을 약 5 ~ 30도로 형성하여, 마주보는 상기 에지부(121)의 연장선이 형성하는 경사각도(b)를 약 120 ~ 170도로 형성할 수 있게 된다. 이는 상기 에지부(121)의 외각인 에지외각(c)을 약 150 ~ 175도로 형성하는 것과 같은 의미로써, 상기 경사각도(b)를 약 120 ~ 170도로 형성할 수 있게 된다.

한편, 상기 접촉단부(120)의 에지부(121) 이외에 가운데 부분인 중앙부(122)는 평평한 평면(plane)으로 형성될 수 있다. 이에 의해, 상기 용접전극(100)에 전류를 인가시에 상기 피용접물(2)을 통하여 전류를 흘려보내기 위한 최소의 접촉면을 형성할 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 도 5의 n부분을 확대하여 도시한 측면도이다. 즉, 도 6a는 서브가압유닛(200)이 피용접물(2)을 가압하기 전의 상태를 도시한 것이고, 도 6b는 서브가압유닛(200)이 하강하여 피용접물(2)을 가압한 상태를 도시한 것이다.

도 6a 및 6b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치(1)는 장치바디(300), 전류를 인가받아 인장강도 780MPa 이상의 고강도강 소재로 형성된 피용접물(2)을 점용접하도록, 상기 장치바디(300)에 제공되는 용접전극(100) 및 상기 용접전극(100)에 인접하게 상기 장치바디(300)에 제공되며, 상하이동하는 서브가압유닛(200)을 포함하며, 상기 서브가압유닛(200)은 가압에 의해 변형된 상기 피용접물(2)의 변형부(2a)와 상기 변형부(2a) 주변의 외측부(2b)가 이루는 변형각도(a)를 5 ~ 30도로 형성하게 가압력을 상기 피용접물(2)에 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치(1)의 상기 서브가압유닛(200)은 상하구동력을 제공하며, 상기 장치바디(300)에 연결되는 액추에이터(210) 및 상기 액추에이터(210)에 연계되어 상하이동하며, 상기 피용접물(2)을 가압하는 일단부가 상기 용접전극(100)에 인접한 부분으로 편향되어 테이퍼지게 제공되는 가압단(220)을 포함할 수 있다.

즉, 상기 용접전극(100)이 장치바디(300)에 연결되어 상기 피용접물(2)을 가압하며, 전류를 통하게 하여 용접하는 경우에, 상기 용접전극(100)의 가압에 의해 상기 피용접물(2)이 변형하여 형성된 변형각도(a)를 감소시키기 위해, 상기 서브가압유닛(200)은 상기 용접전극(100)에 의해 가압된 부분에 인접한 부분을 가압할 수 있게 된다.

상기 용접전극(100)은 전술한 본 발명의 일시예에 따른 용접전극(100)의 기술사상을 포함하는 더 넓은 범위의 용접전극(100)으로, 상기 피용접물(2)에 전류를 통하게 하여 용접을 위한 열을 발생시킬 수 있다면 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접전극(100)이 될 수 있다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접전극(100)은 상기 용접전극(100)이 가압하여 형성된 상기 피용접물(2)의 변형부(2a)와 그 주변의 외측부(2b)가 형성한 변형각도(a)가 5 ~ 30도일 필요는 없으나, 후술할 바와 같이 상기 서브가압유닛(200)이 상기 피용접물(2)을 가압하여 형성한 변형각도(a)는 5 ~ 30도인 것이 바람직하다.

상기 서브가압유닛(200)은 상기 용접전극(100)의 가압에 의해 변형된 상기 피용접물(2)의 변형부(2a) 주변을 추가로 가압할 수 있는 역할을 한다. 다만, 상기 서브가압유닛(200)이 상기 피용접물(2)을 가압하는 것은 변형각도(a)를 감소시키기 위한 것으로, 상기 용접전극(100)이 가하는 가압력보다 작은 가압력을 부가하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 서브가압유닛(200)은 액추에이터(210)와 가압단(220)을 포함할 수 있다.

상기 액추에이터(210)는 상기 장치바디(300)에 제공되어 상기 가압단(220)을 상하로 이동시키는 구동력을 제공할 수 있다. 상기 액추에이터(210)의 일례로는 유압 또는 공압 액추에이터(210) 내지 전동모터가 있을 수 있다.

상기 가압단(220)은 상기 액추에이터(210)에 의해 상하로 이동하며 상기 피용접물(2)을 가압하는 역할을 할 수 있다.

한편, 상기 가압단(220)은 상기 용접전극(100)을 향하여 테이퍼지게 형성될 수 있다. 즉, 상기 용접전극(100)에 인접한 부분으로 편향된 형상으로 테이퍼지게 형성될 수 있는 것이다.

이에 의해, 상기 용접전극(100)이 가압한 상기 피용접물(2)의 변형부(2a)에 최대한 인접하게 추가적인 가압력을 인가함으로써, 상기 변형각도(a)를 감소시킬 수 있게 된다.

다시 말해, 상기 가압단(220)이 상기 피용접물(2)을 가압하는 부분이 상기 용접전극(100)에 의해 변형된 상기 피용접물(2)의 변형부(2a)에서 일정거리 이격되면, 상기 가압단(220)에 의해 가압되어 변형된 부분과 상기 용접전극(100)에 의해 가압되어 변형된 부분 사이에 돌출한 형상이 형성될 수 있어, 상기 변형각도(a)를 감소시킬 수 없기 때문에, 상기 가압단(220)이 가압하는 부분이 상기 변형부(2a)에 인접하도록 상기 가압단(220)의 형상을 편향되게 테이퍼지게 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용접장치(1)의 상기 피용접물(2)은 인장강도 780MPa 이상의 고강도강 소재로 형성되며, 상기 가압단(220)은 가압에 의해 변형된 상기 피용접물(2)의 변형부(2a)와 상기 변형부(2a) 주변의 외측부(2b)가 이루는 변형각도(a)를 5 ~ 30도로 형성하게 가압력을 상기 피용접물(2)에 제공할 수 있다.

이와 같이, 상기 가압단(220)이 변형각도(a)가 5 ~ 30도로 형성되도록 가압함으로써, 본 발명의 일시예에 따른 용접전극(100)에서 전술한 바와 같이, 상기 피용접물(2)에 크랙이 발생하는 것을 방지하여, 상기 피용접물(2)의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용접방법은 인장강도 780MPa 이상의 고강도강 소재의 피용접물(2)을 제공하는 준비단계, 전류가 인가되는 바디부(110)와 상기 바디부(110)에 형성된 접촉단부(120)를 제공하는 용접전극(100)이, 3.0 ~ 4.0kN의 가압력으로 상기 피용접물(2)을 가압하는 가압단계 및 상기 가압단계에 의한 상기 피용접물(2)과 상기 용접전극(100)의 접촉면의 지름을 6.0 ~ 8.0mm로 형성하며, 상기 용접전극(100)에는 7.0 ~ 8.0kA의 전류를 인가하여 상기 피용접물(2)을 용접하는 전류인가단계를 포함하며, 상기 접촉단부(120)는 상기 접촉단부(120)의 가압에 의해 변형된 상기 피용접물(2)의 변형부(2a)와 상기 변형부(2a) 주변의 외측부(2b)가 이루는 변형각도(a)가 5 ~ 30도가 되게 테이퍼진 형상으로 제공될 수 있다.

상기 준비단계는 용접하기 위한 상기 피용접물(2)을 제공하는 단계로써, 상기 피용접물(2)은 전술한 TWIP강과 같은 780MPa 이상의 고강도강으로 제공될 수 있다. 한편, 상기 피용접물(2)이 고강도강으로 제공됨으로써, 점용접시에 크랙이 발생할 수 있으나, 후술할 가압단계에서 상기 피용접물(2)을 가압하는 용접전극(100)이 특별한 형상으로 제공됨으로써, 상기 피용접물(2)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 가압단계는 상기 용접전극(100)이 상기 피용접물(2)에 밀착하도록 가압하는 단계로써, 상기 용접전극(100)이 상기 피용접물(2)을 가압하는 가압력은 3.0 ~ 4.0kN일 수 있다.

한편, 상기 용접전극(100)은 후술할 전류인가단계에서 전류가 인가되는 바디부(110)와 상기 바디부(110)에 인가된 전류를 상기 피용접물(2)로 전달하는 접촉단부(120)를 제공할 수 있으며, 상기 접촉단부(120)는 상기 접촉단부(120)의 가압에 의해 변형된 상기 피용접물(2)의 변형부(2a)와 상기 변형부(2a) 주변의 외측부(2b)가 이루는 변형각도(a)가 5 ~ 30도가 되게 테이퍼진 형상으로 제공될 수 있으며, 이에 대한 설명은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접전극(100)에서 전술하였다.

상기 전류인가단계는 상기 가압단계에 의한 상기 피용접물(2)과 상기 용접전극(100)의 접촉면의 지름이 6.0 ~ 8.0mm로 형성되는 경우에, 도금된 상기 피용접물(2)을 가압하여 접하는 상기 용접전극(100)에 전류를 인가하여 저항에 의해 발생한 열로 상기 피용접물(2)을 용접하는 단계로써, 인가되는 전류는 7.0 ~ 8.0kA일 수 있다.

1 : 용접장치 2 : 피용접물
100: 용접전극 110: 바디부
120: 접촉단부 121: 에지부
122: 중앙부 200: 서브가압유닛
210: 액추에이터 220: 가압단
300: 장치바디

Claims

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장치바디;
전류를 인가받아 피용접물을 점용접하도록, 상기 장치바디에 제공되며, 전류가 인가되는 바디부와, 상기 피용접물을 가압하도록, 상기 바디부에 형성되는 접촉단부를 포함하는 용접전극; 및
상기 용접전극에 인접하게 상기 장치바디에 제공되며, 상하이동하는 서브가압유닛;
을 포함하며,
상기 피용접물은, 구성 성분으로 철(Fe), 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 인(P) 황(S) 및 기타 불순물을 포함하고, 조직은 페라이트, 마르텐사이트 및 오스테나이트 중 적어도 하나를 포함함으로써, 인장강도가 980Mpa 이상이며, 연신률이 45 ~ 65%이 되는 TWIP강이고,
상기 접촉단부의 테두리인 에지부는, 경사지게 형성되며, 마주보는 상기 에지부가 이루는 경사각도는 120 ~ 170도이고, 상기 접촉단부의 중앙부는 평면으로 제공되며,
상기 서브가압유닛은,
상하구동력을 제공하며, 상기 장치바디에 연결되는 액추에이터; 및
상기 액추에이터에 연계되어 상하이동하며, 상기 피용접물을 가압하는 곡면 형상의 일단부가 상기 용접전극에 인접한 부분으로 편향되어 테이퍼지게 제공되는 가압단;
을 포함하는 용접장치.
제5항에 있어서,
상기 서브가압유닛은, 가압에 의해 변형된 상기 피용접물의 변형부와 상기 변형부 주변의 외측부가 이루는 변형각도는 5 ~ 30도로 형성하게 가압력을 상기 피용접물에 제공하는 용접장치.
제5항에 있어서,
상기 용접전극은,
상기 피용접물와의 접촉면 지름을 6.0 ~ 8.0mm로 형성하며,
3.0 ~ 4.0kN의 가압력으로 상기 피용접물을 가압하며,
7.0 ~ 8.0kA의 전류가 인가되는 용접장치.