KR101516401B1

KR101516401B1 - 진동 스폿 용접 장치

Info

Publication number: KR101516401B1
Application number: KR1020130154199A
Authority: KR
Inventors: 황정재; 이문용
Original assignee: 주식회사 성우하이텍
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-04-29

Abstract

진동 스폿 용접 장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 진동 스폿 용접 장치는 동일한 구성의 2개의 진동 스폿 용접기가 상호 대응하여 배치되는 진동 스폿 용접장치에 있어서, 상기 진동 스폿 용접기는 장착 프레임; 상기 장착 프레임의 전방에 고정되는 핀 가이더; 상기 핀 가이더의 선단에 장착된 전극봉; 상기 전극봉의 선단에 장착되어 소재의 용접부에 전류를 인가하여 저항열을 발생시키는 캡 팁; 상기 핀 가이더와 상기 전극봉 내부에 삽입된 상태로, 선단이 상기 캡 팁을 관통하여 상기 소재의 용접부에 작용하도록 배치되는 진동핀; 상기 장착 프레임의 후측에 구성되어 전후진 반복 작동하는 진동축을 갖는 진동실린더; 상기 장착 프레임의 전측에 구성되어 상기 진동축과 연동하는 연동축 상의 스토퍼의 양측에 배치되는 전진 및 후진 행정조절너트를 통하여 상기 연동축과 연결된 상기 진동핀의 행정을 조절하는 행정조절부를 포함한다.

Description

진동 스폿 용접 장치 {DEVICE OF VIBRO-SPOT WELDING}

본 발명의 실시예는 진동 스폿 용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중첩된 금속판의 용접부에 열을 가함과 동시에 연속적인 직선 반복 하중을 가하여 중첩된 금속판을 용접하는 진동 스폿 용접 장치에 관한 것이다.

일반적으로 얇은 두 장의 중첩된 금속판을 용접하는 방법에는 용융 용접법(fusion welding)과 고상 용접법(solid phase welding)이 있다.

용융 용접법은 스폿 용접법을 예로 들 수 있는데, 스폿 용접법은 중첩된 금속판들의 용접부에 전기저항에 의한 열과 압력에 의해 용접부를 용융시켜 중첩된 금속판을 용접하는 방법이다.

고상 용접법은 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding; FSW)을 예로 들 수 있는데, 마찰 교반 용접법은 나사산 형태의 돌기를 갖는 비소모성 공구를 고속으로 회전시키면서 피접합재에 삽입하면, 공구와 피접합재와의 상호 마찰에 의한 열이 발생하며, 이러한 마찰열에 의해 공구 주변의 재료는 연화되고, 공구의 교밤에 의한 재료의 소성유동으로 접합면 양쪽의 재료들이 강제적으로 혼합되는 원리로 피접합재를 용접하는 방법이다.

상기 스폿 용접과 마찰 교반 용접은 각각의 장점 및 단점을 가지고 있는 바, 예를 들어, 스폿 용접은 전기 저항에 의하여 발생된 열에 의해 금속판들의 용접부를 용융시켜 용접하기 때문에 금속판의 접촉면에 고전류의 인가로 인한 아크가 발생하고, 용접면이 미려하지 못한 단점이 있다.

그리고 마찰 교반 용접은 고상 용접법으로써, 용접된 금속판들의 기계적 강도가 우수하고 아크가 발생하지는 않아. 경금속의 용접에 적합한 장점은 있으나, 용접 후, 용접면에 돌기의 회전에 의한 용접 자국 또는 구멍이 남는 단점이 있다.

이러한 스폿 용접과 마찰 교반 용접의 단점을 해결하기 위하여, 최근에는 단순 직진성 왕복 운동의 반복 하중으로 금속판을 접합하는 진동 스폿 용접 장치와 관련된 연구개발이 이루어지고 있다.

본 발명의 실시 예는 중첩된 금속판의 용접부에 열을 가함과 동시에, 진동핀을 통하여 연속적인 직선 반복 하중을 가하여 상기 용접부에서 고상접합이 이루어지도록 하는 진동 스폿 용접 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시 예는 진동축에 연동하는 연동축 상의 스토퍼 양측에 전진 및 후진 행정조절너트를 배치하여 행정조절부를 이루며, 상기 행정조절부를 통하여 진동핀의 행정을 정밀하게 조절할 수 있도록 하는 진동 스폿 용접 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 동일한 구성의 2개의 진동 스폿 용접기가 상호 대응하여 배치되는 진동 스폿 용접장치에 있어서, 상기 진동 스폿 용접기는 장착 프레임; 상기 장착 프레임의 전방에 고정되는 핀 가이더; 상기 핀 가이더의 선단에 장착된 전극봉; 상기 전극봉의 선단에 장착되어 소재의 용접부에 전류를 인가하여 저항열을 발생시키는 캡 팁; 상기 핀 가이더와 상기 전극봉 내부에 삽입된 상태로, 선단이 상기 캡 팁을 관통하여 상기 소재의 용접부에 작용하도록 배치되는 진동핀; 상기 장착 프레임의 후측에 구성되어 전후진 반복 작동하는 진동축을 갖는 진동실린더; 상기 장착 프레임의 전측에 구성되어 상기 진동축과 연동하는 연동축 상의 스토퍼의 양측에 배치되는 전진 및 후진 행정조절너트를 통하여 상기 연동축과 연결된 상기 진동핀의 행정을 조절하는 행정조절부를 포함하는 진동 스폿 용접 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 핀 가이더는 상기 장착 프레임의 전방에 형성되는 전방 프레임 외측에 설치될 수 있다.

또한, 상기 진동핀은 원형단면의 핀으로 형성되며, 후단 외주면에 나사산을 형성하여 상기 연동축의 선단부에 형성된 나사홀에 나사 체결될 수 있다.

또한, 상기 2개의 진동 스폿 용접기에 적용되는 각각의 진동핀은 상호 동일한 직경의 원형단면을 가질 수 있다.

또한, 상기 진동핀의 나사산에는 상기 연동축에 대한 진동핀의 체결상태를 고정하는 진동핀 고정너트가 체결될 수 있다.

또한, 상기 진동실린더는 작동압을 공압으로 공압 진동실린더로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 행정조절부는 상기 장착 프레임의 전방 전후 측에 각각 고정되며, 상기 진동축의 축선 상에 각각 체결홀이 형성되는 전방 및 후방 지지블록; 상기 전방 및 후방 지지블록의 각 체결홀에 나사 체결되는 전진 및 후진 행정조절너트; 상기 전진 및 후진 행정조절너트에 슬라이드 가능하게 설치되어, 후단이 상기 진동축과 연결되고, 선단이 상기 진동핀과 연결되며, 상기 전진 및 후진 행정조절너트 사이의 일측에는 스토퍼가 일체로 형성되는 연동축으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 진동축은 선단 외주면에 나사산을 형성하여 상기 연동축의 후단부에 형성된 나사홀에 나사 체결될 수 있다.

또한, 상기 진동축의 나사산에는 상기 연동축에 대한 진동축의 체결상태를 고정하는 진동축 고정너트가 체결될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 중첩된 금속판의 용접부에 열을 가함과 동시에, 진동핀을 통하여 연속적인 직선 반복 하중을 가하여 상기 용접부에서 소성유동에 의한 고상접합이 이루어지도록 하여 중첩된 금속판재를 용접함으로, 아크가 발생하지 않으며, 용접 소요시간을 단축시킬 수 있고, 용접부의 접합력을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 진동축에 연동하는 연동축 상의 스토퍼 양측에 전진 및 후진 행정조절너트를 배치하여 행정조절부를 이룸으로써, 상기 행정조절부를 통하여 진동핀의 행정을 정밀하게 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 진동 스폿 용접 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 진동 스폿 용접 장치의 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 진동 스폿 용접 장치에 적용되는 행정조절부의 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 진동 스폿 용접 장치의 사용 상태도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

또한, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 진동 스폿 용접 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 진동 스폿 용접 장치의 부분 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 진동 스폿 용접 장치(1)는 2개의 진동 스폿 용접기(3)(5)를 한 세트로 하여 좌우 양측에 각각의 진동핀(11)이 서로 대응하도록 각 테이블(7,9) 상에 배치된 상태로 구성된다.

이하, 각각의 진동 스폿 용접기(3)(5)는 동일한 구성으로 이루어지며, 각 진동핀(11)의 전후진 작동만 반대로 이루어짐으로, 일측의 진동 스폿 용접기(5)에 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

즉, 상기 진동 스폿 용접기(5)는 장착 프레임(13), 핀 가이더(15), 전극봉(17), 캡 팁(19), 진동핀(11), 진동실린더(21), 및 행정조절부(23)를 포함한다.

상기 장착 프레임(13)은 테이블(9) 상에 고정된다.

상기 핀 가이더(15)는 상기 장착 프레임(13)의 전방에 고정되는데, 상기 장착 프레임(13)은 전방에 전방 프레임(13a)이 일체로 형성되고, 상기 핀 가이더(15)는 상기 전방 프레임(13a)의 외측에 설치된다.

상기 전극봉(17)은 상기 핀 가이더(15)의 선단에 나사 체결되어 장착된다.

상기 캡 팁(19)은 상기 전극봉(17)의 선단에 억지 끼움에 의해 장착되어 소재의 용접부에 전류를 인가하여 저항열을 발생시키는 기능을 한다.

상기 진동핀(11)은 상기 핀 가이더(15)와 상기 전극봉(17) 내부에 삽입된 상태로, 선단이 상기 캡 팁(19)을 관통하여 상기 소재의 용접부에 작용하도록 배치된다.

이때, 상기 진동핀(11)은 원형단면의 핀으로 형성되고, 상기 2개의 진동 스폿 용접기(3)(5)에 적용되는 각각의 진동핀(11)은 상호 동일한 직경의 원형단면을 갖는다.

그리고 상기 진동실린더(21)는 상기 장착 프레임(13)의 후측에 구성되어 전후진 반복 작동하는 진동축(21a)을 갖는다.

이러한 진동실린더(21)는 작동압을 공압으로 공압 진동실린더로 이루어질 수 있으나, 반드이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 행정조절부(23)는 상기 장착 프레임(13)의 전측에 구성되어 상기 진동축(21a)과 연동하는 연동축(31) 상의 스토퍼(33)의 양측에 배치되는 전진 및 후진 행정조절너트(N1)(N2)를 통하여 상기 연동축(31)과 연결된 상기 진동핀(11)의 행정을 조절한다.

도 2를 참조하면, 이러한 행정조절부(23)는 상기 장착 프레임(13)의 전방 전후 측에 전방 지지블록(35)과 후방 지지블록(37)이 각각 고정된다.

그리고 전방 지지블록(35)과 후방 지지블록(37)에는 상기 진동축(21a)의 축선 상에 각각 체결홀(H1)(H2)이 형성되고, 각 체결홀(H1)(H2)에 상기 전진 행정조절너트(N1)와 후진 행정조절너트(N2)가 각각 나사 체결된다.

또한, 상기 연동축(31)은 상기 전진 행정조절너트(N1) 및 후진 행정조절너트(N2)에 슬라이드 가능하게 설치되는데, 상기 연동축(31)의 후단은 상기 진동축(21a)과 연결되고, 선단은 상기 진동핀(11)과 연결된다.

이러한 연동축(31)은 상기 전진 행정조절너트(N1)와 후진 행정조절너트(N2) 사이의 일측에 스토퍼(33)가 일체로 형성된다.

여기서, 상기 진동핀(11)은 후단 외주면에 나사산을 형성하여 상기 연동축(31)의 선단부에 형성된 나사홀(NH1)에 나사 체결되고, 상기 진동핀(11)의 나사산에는 상기 연동축(31)에 대한 진동핀(11)의 체결상태를 고정하는 진동핀 고정너트(41)가 체결된다.

또한, 상기 진동축(21a)은 선단 외주면에 나사산을 형성하여 상기 연동축(31)의 후단부에 형성된 나사홀(NH2)에 나사 체결되고, 상기 진동축(21a)의 나사산에도 상기 연동축(31)에 대한 진동축(21a)의 체결상태를 고정하는 진동축 고정너트(43)가 체결된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 진동 스폿 용접 장치에 적용되는 행정조절부의 작동 상태도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 진동 스폿 용접 장치의 사용 상태도이다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 진동 스폿 용접 장치(1)에 적용되는 행정조절부(23)의 작동과 전체적인 진동 스폿 용접 장치(1)에 의한 진동 스폿 용접 작동을 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 진동 스폿 용접 장치(1)에 적용되는 진동핀(11)의 행정 조절은 상기 행정조절부(23)에서 이루어진다.

도 2에서와 같이, 진동핀(11)의 행정(S)이 풀 스트로크로 이루어지는 상태라면, 상기 행정(S)을 줄이기 위해서는 도 3에서와 같이, 전진 행정조절너트(N1)를 후방으로 더 이동하도록 체결하여 진동핀(11)의 행정을 "ΔS"만큼 미세하게 줄여 스트로크를 조절할 수 있다.

즉, 도 3에서는 전진 행정조절너트(N1)를 조작하여 진동핀(11)의 행정을 조절하는 예이나, 후진 행정조절너트(N2)를 조작하거나, 전진 및 후진 행정조절너트(N1)(N2)를 동시에 조작하여 원하는 행정(S)을 조절할 수 있으며, 이때, 전진 및 후진 행정조절너트(N1)(N2)를 동시에 조작함에 따라 상기 진동핀(11)의 전체적인 스트로크 위치를 이동시킬 수 도 있다.

그리고 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 진동 스폿 용접 장치(1)를 이용한 진동 스폿 용접 작동은 먼저, 클램퍼(40)를 통하여 접합하고자 하는 2장의 금속판재(P)를 중첩시켜 양측 진동 스폿 용접기(3)(5)의 캡 팁(19) 사이에 위치시킨다. 이러한 상태로, 중첩된 금속판재(P)에 전극봉(17)을 통하여 전류를 인가하여 용접부(W)를 급속 가열한다.

그러면, 용접부(W)는 가열에 의하여 연화되고, 이러한 상태로, 양측 진동 스폿 용접기(3)(5)의 각 진동실린더(21)를 교대로 작동시킨다.

그러면, 양측 진동 스폿 용접기(3)(5)의 각 진동핀(11)은 가열된 용접부(W)에 대하여 교대로 왕복 전후진하여 진입과 이탈을 반복하면서, 용접부(W)가 소성 유동되도록 하고, 각 금속판재(P)는 용접부(W)에서 서로 소성유동에 의해 섞이면서 용접이 이루어진다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 진동 스폿 용접 장치(1)에 의하면, 중첩된 금속판재(P)의 용접부(W)에 열을 가함과 동시에, 진동핀(11)을 통한 연속적인 직선 반복 하중을 가함으로써 용접부(W)에 소성유동을 발생시켜 용접하므로, 아크가 발생하지 않으며, 용접소요시간을 단축할 수 있으며, 용접부(W)의 접합력을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 진동 스폿 용접 장치(1)는 비교적 적은 반복 하중으로 용접부에 소성유동을 발생시키므로 에너지 소모가 적고, 아크에 의하여 용접되기가 어려운 경금속들의 용접도 가능하다.

이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

1: 진동 스폿 용접 장치
3,5: 진동 스폿 용접기
7,9: 테이블
11: 진동핀
13: 장착 프레임
15: 핀 가이더
17: 전극봉
19: 캡 팁
21: 진동실린더
21a: 진동축
23: 행정조절부
31: 연동축
33: 스토퍼
35,37:전방 및 후방 지지블록
40: 클램퍼
N1,N2: 전진 및 후진 행정조절너트
P: 금속판재
W: 용접부

Claims

동일한 구성의 2개의 진동 스폿 용접기가 상호 대응하여 배치되는 진동 스폿 용접장치에 있어서,
상기 진동 스폿 용접기는
장착 프레임;
상기 장착 프레임의 전방에 고정되는 핀 가이더;
상기 핀 가이더의 선단에 장착된 전극봉;
상기 전극봉의 선단에 장착되어 소재의 용접부에 전류를 인가하여 저항열을 발생시키는 캡 팁;
상기 핀 가이더와 상기 전극봉 내부에 삽입된 상태로, 선단이 상기 캡 팁을 관통하여 상기 소재의 용접부에 작용하도록 배치되는 진동핀;
상기 장착 프레임의 후측에 구성되어 전후진 반복 작동하는 진동축을 갖는 진동실린더;
상기 장착 프레임의 전측에 구성되어 상기 진동축과 연동하는 연동축 상의 스토퍼의 양측에 배치되는 전진 및 후진 행정조절너트를 통하여 상기 연동축과 연결된 상기 진동핀의 행정을 조절하는 행정조절부;
를 포함하는 진동 스폿 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 핀 가이더는
상기 장착 프레임의 전방에 형성되는 전방 프레임 외측에 설치되는 진동 스폿 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 진동핀은
원형단면의 핀으로 형성되며, 후단 외주면에 나사산을 형성하여 상기 연동축의 선단부에 형성된 나사홀에 나사 체결되는 진동 스폿 용접 장치.
제3항에 있어서,
상기 2개의 진동 스폿 용접기에 적용되는 각각의 진동핀은
상호 동일한 직경의 원형단면을 갖는 진동 스폿 용접 장치.
제3항에 있어서,
상기 진동핀의 나사산에는 상기 연동축에 대한 진동핀의 체결상태를 고정하는 진동핀 고정너트가 체결되는 진동 스폿 용접장치.
제1항에 있어서,
상기 진동실린더는
작동압을 공압으로 공압 진동실린더로 이루어지는 진동 스폿 용접 장치.
제1항에 있어서,
상기 행정조절부는
상기 장착 프레임의 전방 전후 측에 각각 고정되며, 상기 진동축의 축선 상에 각각 체결홀이 형성되는 전방 및 후방 지지블록;
상기 전방 및 후방 지지블록의 각 체결홀에 나사 체결되는 전진 및 후진 행정조절너트;
상기 전진 및 후진 행정조절너트에 슬라이드 가능하게 설치되어, 후단이 상기 진동축과 연결되고, 선단이 상기 진동핀과 연결되며, 상기 전진 및 후진 행정조절너트 사이의 일측에는 스토퍼가 일체로 형성되는 연동축으로 이루어지는 진동 스폿 용접 장치.
제1항 또는 제7항에 있어서,
상기 진동축은
선단 외주면에 나사산을 형성하여 상기 연동축의 후단부에 형성된 나사홀에 나사 체결되는 진동 스폿 용접 장치.
제8항에 있어서,
상기 진동축의 나사산에는 상기 연동축에 대한 진동축의 체결상태를 고정하는 진동축 고정너트가 체결되는 진동 스폿 용접장치.
동일한 구성의 2개의 진동 스폿 용접기가 상호 대응하여 배치되는 진동 스폿 용접장치에 있어서,
상기 진동 스폿 용접기는
장착 프레임;
상기 장착 프레임의 전방에 형성된 전방 프레임의 외측에 고정 설치되는 핀 가이더;
상기 핀 가이더의 선단에 장착된 전극봉;
상기 전극봉의 선단에 장착되어 소재의 용접부에 전류를 인가하여 저항열을 발생시키는 캡 팁;
원형단면의 핀으로 형성되어 상기 핀 가이더와 상기 전극봉 내부에 삽입된 상태로, 선단이 상기 캡 팁을 관통하여 상기 소재의 용접부에 작용하도록 배치되는 진동핀;
상기 장착 프레임의 후측에 구성되어 전후진 반복 작동하는 진동축을 갖는 진동실린더;
상기 장착 프레임의 전방 전후 측에 각각 고정되며, 상기 진동축의 축선 상에 각각 체결홀이 형성되는 전방 및 후방 지지블록과, 상기 전방 및 후방 지지블록의 각 체결홀에 나사 체결되는 전진 및 후진 행정조절너트와, 상기 전진 및 후진 행정조절너트에 슬라이드 가능하게 설치되어, 후단이 상기 진동축과 연결되고, 선단이 상기 진동핀과 연결되며, 상기 전진 및 후진 행정조절너트 사이의 일측에 스토퍼가 일체로 형성되는 연동축으로 이루어져, 상기 스토퍼의 행정을 제한하는 전진 및 후진 행정조절너트의 위치를 조정하여 상기 진동핀의 행정을 조절하는 행정조절부;
를 포함하는 진동 스폿 용접 장치.
제10항에 있어서,
상기 진동핀은
후단 외주면에 나사산을 형성하여 상기 연동축의 선단부에 형성된 나사홀에 나사 체결되고, 상기 진동핀의 나사산에는 상기 연동축에 대한 진동핀의 체결상태를 고정하는 진동핀 고정너트가 체결되는 진동 스폿 용접장치.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 2개의 진동 스폿 용접기에 적용되는 각각의 진동핀은
상호 동일한 직경의 원형단면을 갖는 진동 스폿 용접 장치.
제10항에 있어서,
상기 진동실린더는
작동압을 공압으로 공압 진동실린더로 이루어지는 진동 스폿 용접 장치.
제10항에 있어서,
상기 진동축은
선단 외주면에 나사산을 형성하여 상기 연동축의 후단부에 형성된 나사홀에 나사 체결되며, 상기 진동축의 나사산에는 상기 연동축에 대한 진동축의 체결상태를 고정하는 진동축 고정너트가 체결되는 진동 스폿 용접장치.