KR101739495B1 - 직류 마이크로펄스를 사용한 저항점 용접을 위한 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

직류 마이크로펄스들을 이용하는 저항점 용접을 위한 시스템 및 그 방법이 개시되어 있다. 하나의 개시된 방법은 적어도 두 물질조각들에 제1 용접봉 및 제2 용접봉을 통해 다수의 직류 마이크로펄스들을 공급함에 의해 용접접합부를 형성하는 단계를 포함하고 있다.

Description

직류 마이크로펄스를 사용한 저항점 용접을 위한 시스템 및 그 방법{Methods And Systems For Resistance Spot Welding Using Direct Current Micro Pulses}

이 출원은 "시트 금속 접합을 위한 마이크로펄스 저항점 및 솔기 용접 방법"이라는 명칭으로 2009년 8월 14일자 출원된 미국 가 출원 제61/234,019호의 우선권을 주장하고, 전체내용이 여기에 기재되어 있다.

본 발명은 용접에 관한 것으로서, 구체적으로는 확장된 용접봉 수명, 강화된 용접 전류 폭, 큰 용접규모(높은 용접된 접합강도) 및 용접 덩어리에 있어서의 아주 정교한 마이크로 구조를 갖는 동일한 또는 다른 시트 물질들을 용접하기 위해 사용될 수 있는 저항점 용접, 저항점 용접 방법을 포함하는 직류 마이크로펄스를 사용한 저항점 용접을 위한 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 이 방법은 특히 USIBOR, 뜨거운데 살짝 담근 아연도금철판 등과 같은 다른(비중이 큰, 산화된) 코팅물질로 된 금속판의 접합을 위하여(여기에 한정되는 것은 아님) 적합하다.

저항점 용접의 전형적 예에 있어서, 한 쌍의 용접봉이 사전결정된 힘으로 둘 이상의 물질 조각들을 함께 클램프하고, 이 물질 조각들을 통해 용접봉들의 끝에 용접전류를 통과시킨다. 용접전류가 물질 조각들을 통해 흐르기 때문에, 전류 흐름에 대한 물질들의 저항이 그들의 고유 용융점에서 물질들의 가열을 일으킨다. 결과로 녹은 물질은 용접된 접합부 또는 덩어리를 형성하도록 사전설정된 클램핑 힘(clamping force)하에서 굳어진다.

둘 이상의 판 물질 조각들을 함께 용접하는데 사용된 종래의 저항점 용접 공정들은 교류(AC) 또는 직류(DC)를 적용해도 좋다. 작동 전류 범위는 설계된 최소 용접규모를 위한 용접전류(최소용접전류) 및 날림용접전류(최대용접전류) 사이의 용접전류값들로 정의된다. 용접전류 입력은 하나 이상의 펄스일 수 있다. 각 용접전류 펄스의 시간은 초당 한 주기로부터 초당 여섯 이상의 주기까지 범위이어도 좋다.

용접전류 범위는 최소 용접 덩어리 크기를 생산하는데 요구되는 낮은 한계(즉, 최소) 용접전류 및 용융금속 스플래싱(splashing)을 일으키는 상부 한계(즉, 최대) 용접전류 사이에서 다르게 정의된다. 저항점 용접(RSW) 용접성 시험은 DC 용접전류 모드가 채용되었을 때 얇은 게이지(0.91 mm) USIBOR® 1500P를 위하여 안정적이지 못한 용접전류 범위이고 1.52 mm USIBOR® 1500P를 위하여 매우 좁은 용접전류 범위인 것으로 밝혀졌다. 또한, RSW 용접성 시험은 AC용접전류가 사용되었을 때 안정적인 용접전류 범위인 것으로 나타났다. 실험결과들은 DC를 위한 용접봉 단부 면의 악화율이 AC를 위한 것보다 더 높다는 것을 나타낸다. 더 높은 용접력, 더 긴 용접시간 및 더 큰 크기의 용접봉의 사용이 DC 용접을 위한 용접전류 범위를 크게 할 수 있다. 그러나, 또한 실험결과들은 용접봉 수명의 개선이 용접 변수 최적화로부터 매우 제한적이라는 것을 발견했다.

저주파수 직류(DC) 저항 용접 장비 및 중간 주파수 직류(MFDC) 저항 용접 장비 둘 다 용접을 위한 일정한 이차 DC 전류 출력을 발생한다. 중간 주파수 직류(MFDC) 저항 용접 장비는 일차 전류를 이차 전류로 변환하기 위하여 기초 교류(50 또는 60 Hz)의 주파수 대신에 400 내지 2,500 Hz의 주파수 펄스를 사용한다. 이처럼, MFDC 용접장비의 크기는 AC 및 저주파수 DC 용접장비에 비해 상당히 감소된다. MFDC 저항 용접장비의 출력 용접전류는 일정하게 남는다. 더욱이, MFDC 용접장비는 저주파수 DC 및 AC 용접장비의 경우에서처럼 전력 공급선 장애를 일으키지 않는다.

MFDC 저항점 용접장비는 그것의 작은 크기, 경량 및 제어가능성 때문에 자동차, 기기 및 항공기 제조 산업에 광범위하게 사용되고, 특히 로봇응용분야를 위하여 적합하다. 한편, AC RSW 장비의 크기, 무게 및/또는 제어는 동일한 응용분야에 적합하지 않다. 그러므로, 확대된 용접전류 범위, 확장된 용접봉 수명, 용접 덩어리에 있어서의 양호한 미세구조, 우수한 용접접합 강도, 또는 이 구성들의 어떤 조합을 갖는 강력한 저항점 용접공정을 얻기 위한 획기적인 저항점 용접방법을 개발하는 것이 이점이 있을 것이디.

본 발명의 목적은 위와 같은 단점들을 극복하는 직류 마이크로펄스를 사용한 저항점 용접을 위한 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

예를 들면, 직류 마이크로펄스를 이용한 저항점 용접을 위한 시스템 및 그 방법의 일 실시형태는 적어도 둘 이상의 물질조각에 제1 용접봉 및 제2 용접봉을 통해 다수의 직류 마이크로펄스를 지원함에 의해 용접접합을 형성하는 단계를 포함하는 방법을 포함한다. 직류 마이크로펄스를 이용한 저항점 용접을 위한 시스템 및 그 방법의 다른 실시형태는 적어도 둘 이상의 물질조각에 다수의 직류 마이크로펄스를 지원함에 의해 적어도 둘 이상의 물질조각들을 함께 접합하는 용접접합을 형성하도록 설정된 제1 용접봉 및 제2 용접봉을 포함하는 시스템을 포함한다.

발명의 부분을 구성하는 장치, 시스템, 방법, 도구, 물품, 조립체 및 이와 유사한 것 등을 포함하는 본 발명의 다양한 측면들에 대한 또 다른 실시형태 및 상세한 것은 예시적 실시형태의 상세한 설명 및 도면을 통해 더 명확해질 것이다. 본 발명은 뒤따르는 상세한 설명, 도면 및 청구항들에 기재된 상세한 사항들에 국한되는 것은 아니고 다양한 방법들로 실시될 수 있고, 다른 실시형태가 가능하다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다.

마이크로펄스 저항점 용접의 하나의 이점은 용접봉 단부의 더 긴 유용수명이다. 종래의 점 용접공정들에 있어서, 용접봉들은 저하되고 200 용접 이하의 유용수명을 갖는다. 그러나, 마이크로펄스 저항점 용접을 사용하면, 용접봉 수명이 500 또는 그 이상의 용접들로 연장될 수 있다.

또한, MPDC공정은 다른 종래의 저항점 용접공정과 비교하여 더 긴 유효한 용접봉 수명과 우수한 용접전류범위를 제공한다.

또한, 직류 마이크로펄스들을 이용하는 저항점 용접을 위한 시스템 및 방법의 하나의 이점은 용접될 수 있는 물질들의 폭넓음이다. 종래의 DC 용접공정들을 이용하여 용접될 수 없는 일부 물질들도 MPDC 저항점 용접을 사용함에 의해 효과적으로 용접될 수가 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 직류 마이크로펄스를 이용하는 저항점 용접을 위한 제1 방법에 대한 플로우챠트,
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 직류 마이크로펄스를 이용하는 저항점 용접을 위한 제2 방법에 대한 플로우챠트,
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 직류 마이크로펄스를 이용하는 저항점 용접을 위한 시스템에 대한 블록도,
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 MPDC 공정, 종래의 MFDC 공정, 및 종래의 AC 공정을 위한 측정된 용접전류 파형 형태의 예를 보여주는 그래프,
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 종래의 MFDC 공정 및 MPDC 공정의 측정된 용접전류 범위의 비교에 대한 예를 보여주는 그래프,
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 종래의 MFDC 공정 및 MPDC 공정의 측정된 용접규모 및 용접전류의 비교에 대한 예를 보여주는 그래프, 및
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시형태에 따른 종래의 DC 공정 및 MPDC 공정에 의해 각각 형성된 용접 덩어리의 미세구조를 나타낸 것이다.

본 발명의 위와 같은 그리고 다른 구성들, 관점들 및 이점들은 첨부한 도면을 통한 상세한 설명을 통해 좀 더 구체적으로 이해될 수 있을 것이다.

도면 전체를 통해 대응하는 부분에 참조번호가 붙은 도면들을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예 및 방법을 상세히 설명한다. 그러나, 더 넓은 관점에 있는 본 발명이 예시적 실시예 및 방법과 관련하여 개시된 특정 상세부분들, 개시된 장치들 및 방법들, 그리고 설명적인 예들에 국한되는 것은 아님을 알 수 있을 것이다.

직류 마이크로펄스를 사용하는 저항점 용접을 위한 하나의 예시적 방법에 있어서, 한 쌍의 용접봉이 사전설정된 용접 또는 클램핑 힘에 의해 두 물질조각들(즉, 공정에 있는 소재)을 함께 고정한다. 이 한 쌍의 용접봉은 구리합금을 포함해도 좋고, 약 5kN과 같은 설계된 용접 힘에 의해 두 물질조각들을 함께 고정한다. 용접제어기가 용접봉들과 연락되고, 용접 힘, 용접전류 규모, 용접기간, 용접물의 총 수, 및 정지 기간을 포함하는 하나 이상의 용접 변수들을 제어하도록 구성되어 있다.

한 쌍의 용접봉은 이 한 쌍의 용접봉 사이에 있는 적어도 두 물질조각에 다수의 직류 마이크로펄스를 공급한다. 이 다수의 직류 마이크로펄스는 짧은 정지기간의 계열에 의해 분리된 짧은(예를 들면, 1 밀리 초 내지 10 밀리 초) 직류 펄스의 계열을 포함한다. 각 직류마이크로펄스의 크기는 1 내지 20,000 암페어 이상(예를 들면, 5,000 암페어)이어도 좋다. 직류 마이크로펄스의 시퀀스(sequence)를 이용함에 의해, 두 물질조각들은 국부적으로 용융되고, 따라서 두 물질조각들을 함께 접합하는 용접접합을 형성한다.

같은 번호들은 여러 도면들을 통해 같은 요소들을 나타내는 도면들을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 직류 마이크로펄스를 이용하는 저항점 용접을 위한 제1 방법에 대한 플로우챠트이다. 이 방법은 다수의 직류 마이크로펄스를 적어도 두 물질조각들에 공급하는 한 쌍의 용접봉으로 시작한다(102). 이 물질들은 강철과 같은 마치 하나 이상의 형태의 금속과 같은 저항점 용접에 적합한 다양한 물질들을 포함해도 좋다. 용접물질의 치수는 용접된 접합부의 설계에 기초하여 달라질 수 있다. 예를 들면, 한 실시형태에 있어서, 적어도 두 물질조각은 0.91 mm USIBOR®1500P 금속의 두 조각을 포함한다.

각 직류 마이크로펄스는 1 내지 10 밀리 초(ms)의 기간과 함께 1 내지 20 킬로암페어(kA) 이상을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 직류 마이크로펄스는 1 내지 10ms 동안 지속해도 좋고, 1-20kA(즉, 1000암페어 내지 20000암페어)의 크기를 가져도 좋다. 각 직류 마이크로펄스는 용접전류 정지기간에 의해 분리 되어져도 좋다. 각 용접전류 정지기간은 약 1 내지 10ms 동안 지속되어도 좋다. 용접전류 정지기간 동안, 적어도 두 물질조각들에 전류가 공급되지 않거나 또는 매우 낮은 전류가 공급된다.

어떤 실시예에 있어서는, 용접전류 정지기간은 실질적으로 용접전류 작동(마이크로펄스 기간)과 동일한 기간이어도 좋다. 다른 실시예들에 있어서는, 용접전류 정지기간은 용접전류 작동과는 다르다.

다수의 직류 마이크로펄스를 공급함에 의해, 적어도 두 물질조각들을 함께 접합하는 용접접합부가 형성된다(104). 하나 이상의 용접접합부들, 또는 용접 덩어리들이 형성되거나 또는 창조되어도 좋다. 하나의 실시예에 있어서, 다수의 용접접합부들이 두 물질 사이의 솔기를 따라서 창조되어 있다.

도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 직류 마이크로펄스를 이용하는 저항점 용접을 위한 제2 방법에 대한 플로우챠트이다. 단계 202에 있어서, 적어도 두 물질조각들이 함께 고정된다. 한 쌍의 용접봉들은 사전설정된 용접 힘에서 두 물질들을 함께 고정해도 좋다. 이 사전설정된 힘은 약 1-10 킬로뉴우톤(kN)일 수 있다. 하나의 예로서, 이 용접봉들은 물질조각들을 약 5 kN의 힘으로 고정해도 좋다. 일부 실시예에 있어서는, 둘 이상의 물질조각들을 함께 고정한다.

다음, 직류 마이크로펄스는 적어도 두 물질조각들에 공급된다(204). 이 직류 마이크로펄스 각각의 크기는 1 kA 및 20 kA 사이일 수 있다. 직류 마이크로펄스 각각의 기간은 1ms 및 10ms 사이일 수 있다.

직류 마이크로펄스가 인가(204)된 후, 용접전류는 정지기간 동안 차단된다(206). 이 정지기간 동안(206), 전류가 전혀 공급되지 않거나, 또는 매우 낮은 전류가 공급될 수 있다. 정지기간의 기간은 1ms 및 10ms 사이이어도 좋다.

단계 204 및 206은 용접접합부를 형성하기 위하여 필요하다면 반복되어 져도 좋다. 용접강도는 각 직류 마이크로펄스(204) 및 정지기간(206)의 기간 및 총 수에 의해 결정된다. 도 2에 도시된 방법 동안, 직류 마이크로펄스(204)는 두 용접봉들 사이에 있는 국부적인 물질을 용융온도로 가열하고, 따라서 용접된 접합부 또는 용접 덩어리를 형성한다.

도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 직류 마이크로펄스를 이용하는 저항점 용접을 위한 시스템에 대한 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이 장치는 제1 용접봉(302) 및 제2 용접봉(304)을 포함한다. 이 제1 용접봉(302) 및 제2 용접봉(304)은 둘 다 용접제어기(310)와 함께 소통되는 것을 보여준다.

이 제1 용접봉(302) 및 제2 용접봉(304)은 제1 물질조각(306) 및 제2 물질조각(308)을 함께 클램프 또는 보지한다. 이 용접봉들(302, 304)은 이 물질들(306, 308)을 사전설정된 힘으로 함께 보지한다. 이 제1 용접봉(302) 및 제2 용접봉(304)은 작업재료에 직류 마이크로펄스와 같은 전기적 펄스를 공급하도록 구성되어 있다.

용접제어기(310)는 용접공정의 다양한 용접변수들을 제어할 수 있다. 이 용접변수들은 용접 힘, 용접 주파수(즉, 용접 펄스 및 정지기간의 기간), 총 용접시간(즉, 용접펄스의 총 수), 및 용접전류를 포함한다. 이 용접제어기(310)는 용접 프로젝트의 특정 특성들에 대한 적어도 일부분에 기초된 다양한 용접변수들을 처리할 수 있다. 예를 들면, 용접제어기(310)는, 적어도 두 물질조각들을 함께 접합하는 용접접합부의 접합부설계의 하나에 대하여, 적어도 두 물질조각들의 적어도 하나의 치수에 대하여, 적어도 두 물질조각들의 적어도 하나의 코팅에 대하여, 적어도 두 물질조각들의 적어도 하나의 물질의 화학적 조성에 대하여, 적어도 두 물질조각들의 적어도 하나의 하나 이상의 기계적 특성에 대하여, 한 쌍의 용접봉들의 크기에 대하여, 또는 용접 힘의 크기에 대하여, 적어도 일부분에 기초된 하나 이상의 용접변수들을 제어해도 좋다.

일부 실시예들에 있어서, 상업적으로 입수 가능한 MFDC 저항점 용접제어기가 용접제어기(310)로 사용되어도 좋다. 하나의 예로서, 용접제어기(310)는 3000 Series Welding Control of Welding Technology Corporation을 포함해도 좋다.

도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 MPDC 공정, 종래의 MFDC 공정, 및 종래의 AC 공정을 위한 측정된 용접전류 파형 형태의 예를 보여주는 그래프이다. 좌측에 도시된 y축은 수천 암페어(kA)에서 측정된 전류를 나타낸다. x축은 밀리초(ms)에서 측정된 용접시간을 나타낸다. 도 4에 도시된 실시예에 따르면, 파형 형태들, 또는 전류초과시간의 측정치들이 마이크로펄스 직류(402), MFDC 용접장비의 직류(404), 및 교류(406)를 위하여 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 저항점 용접을 위한 하나의 통상적 방법은 작업소재에 안정적인 직류(404)를 공급한다. 이 안정적인 직류(404)는 약 5 kA(이 전류는 접합 되는 재료들 및 치수에 기초하여 1로부터 20 kA 이상으로 변한다)일 수 있고, 그리고 용접공정의 기간 동안 지속한다. 저항점 용접을 위한 다른 통상의 방법은 작업소재에 교류(406)를 공급한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이 교류(406)는 약 15ms의 주기로 약 -7 kA 및 +7 kA 사이에서 주기적으로 변한다(이 전류는 접합 되는 재료들 및 치수에 기초하여 1로부터 20 kA 이상으로 변한다).

통상적인 저항점 용접방법들과 대조적으로, 직류 마이크로펄스(402)를 이용하는 저항점 용접은 짧은 직류펄스들 또는 마이크로펄스들의 시퀀스(sequence)를 사용한다. 이러한 짧은 직류 펄스들(즉, 마이크로펄스들)은 40ms 초과에서 펄싱 스파이크 폭을 전형적으로 내포하는 통상적 전류 펄싱주기와 대조된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각 마이크로펄스는 약 4ms 지속하고, 약 4ms 지속하는 정지기간이 뒤따른다. 펄스 전류 및 뒤이은 정지기간의 기간은 단지, 예를 들면 약 1 내지 10ms의, 수 밀리 초 지속한다. 한 실시예에 있어서, 직류 마이크로펄스 및 정지기간 각각은 1ms 지속한다. 다른 실시예들에 있어서는, 직류 마이크로펄스 및 정지기간 각각은 2ms, 3ms, 3.5ms, 4ms, 4.5ms, 5ms, 또는 10ms 지속한다.

직류 마이크로펄스들 사이의 정지기간은 비교할 만한 길이, 예를 들면 약 1 내지 10ms일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서는, 직류 마이크로펄스의 길이가 정지기간의 길이와 실질적으로 동일하다. 다른 실시예들에 있어서는, 직류 마이크로펄스의 길이가 정지기간의 길이보다 다르다. 하나의 실시예로서, 100 직류 마이크로펄스를 갖는 용접은 각 직류 마이크로펄스가 5ms 지속하고 각 정지기간 사이클이 3ms 지속하는 것과 함께 약 800ms의 총 용접시간을 가져도 좋다. 다수의 직류 마이크로펄스들은 3 이상으로부터 예를 들면 5, 10, 50, 80, 100, 또는 그 이상의 마이크로펄스들의 수를 가져도 좋다.

각 마이크로펄스를 위한 용접전류의 크기, 용접전류의 작동 및 정지기간, 그리고 마이크로펄스들의 총 수(또는 총 용접시간)는 용접된 용접부 설계에 기초 된 저항점 용접공의 용접전류 제어기로부터 조정될 수 있다. 직류 마이크로펄스의 크기는 물질의 특성들 및 함께 용접되어지는 치수의 적어도 일 부분에 기초되어 져도 좋다. 예를 들면, 직류 마이크로펄스의 크기는 작업소재의 치수, 작업소재의 코팅, 작업소재의 물질적 화학적 조성, 작업소재의 기계적 특성, 용접봉의 크기, 적용된 용접 힘, 및 총 용접시간에 기초되어도 좋다.

마이크로펄스 저항점 용접은 종래의 점용접 공정들을 넘어 여러 가지 이점을 제공한다. 마이크로펄스 저항점 용접의 하나의 이점은 용접봉 단부의 더 긴 유용수명이다. 종래의 점 용접공정들에 있어서, 용접봉들은 저하되고 200 용접 이하의 유용수명을 갖는다. 그러나, 마이크로펄스 저항점 용접을 사용하면, 용접봉 수명이 500 또는 그 이상의 용접들로 연장될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 종래의 MFDC 공정 및 MPDC 공정의 측정된 용접전류 범위의 비교에 대한 예를 보여주는 그래프이다. 종래의 중간 주파수 직류 저항점 용접공정은 DC 곡선들(502, 504)에 의해 나타나 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로펄스 직류점 용접공정은 MPDC 곡선들(506, 508)에 의해 나타나 있다. 종래의 그리고 마이크로펄스 직류용접들 둘 다 0.91 mm USIBOR® 1500P를 사용하여 용접공정 동안 측정되어졌다. 용접공정 동안, 각각이 6.0 mm 직경을 갖는 한 쌍의 반 구형 용접봉들이 5.0 Kn의 힘으로 .91 mm USIBOR® 1500P를 클램프하였다. 용접시간은 20 싸이클이었다.

제1 한 쌍의 곡선들, DC 각인 직경(502) 및 MPDC 각인 직경(506)은 시험된 용접 공정 동안 용접봉 단부 각인의 직경을 나타내고 있다. 이들 각인 직경 곡선들을 위하여, 그래프 좌측의 y축은 각인의 직경을 밀리미터(mm)로 나타내고, x축은 용접의 수를 나타낸다. 제2 한쌍의 곡선들, DC 전류(504) 및 MPDC 전류(508)는 시험 된 용접공정 동안 측정된 전류범위를 나타낸다. 이들 전류범위 곡선을 위하여, 그래프의 우측의 y축은 전류를 kA로 나타내고, x축은 용접의 수를 나타낸다.

MPDC 각인 직경(506)에 따르면, 500 용접 후, 마이크로펄스 직류 용접은 약 2.11 kA 및 약 1.72 kA 사이의 전류범위와 함께 비교적 안정된 용접봉 단부 각인 크기(5.0 mm의 원래 단부 표면 직경과 비교하여 약 4.5 mm)를 유지했다. 한편, 직류 각인 직경(502)에 의해 도시된 바와 같이, 용접봉 단부 각인은 종래 공정에 있어서 단지 200 용접 후에 4.0 mm 이하로 떨어졌다. 한편, 직류공정의 용접전류범위는 단지 0.29 kA 였다. 이처럼, MPDC공정은 다른 종래의 저항점 용접공정과 비교하여 더 긴 유효한 용접봉 수명과 우수한 용접전류범위를 제공한다.

마이크로펄스 저항 용접의 다른 이점은 더 큰 용접전류범위이다. 도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 종래의 MFDC 공정 및 MPDC 공정의 측정된 용접규모 및 용접전류의 비교에 대한 예를 보여주는 그래프이다. 종래의 직류 저항점 용접공정은 DC 곡선(604)에 의해 나타나 있다. 본 발명의 실시예에 따른 마이크로펄스 직류점 용접공정은 MPDC 곡선(602)로 나타나 있다. 좌측에 도시된 y축은 용접크기(즉, 용접 덩어리 또는 용접접합부의 크기)를 밀리미터(mm)로 표시하고 있다. x축은 용접전류를 kA로 표시하고 있다. 종래의 그리고 마이크로펄스 직류 용접 둘 다 0.91 mm USIBOR® 1500P를 사용하여 용접공정 동안 측정되었다. 용접공정 동안, 각각이 5.0 mm 직경을 갖는 한 쌍의 반 구형 용접봉들이 3.0 kN의 힘으로 .91 mm USIBOR® 1500P를 클램프하였다. 용접시간은 14 싸이클이었다.

도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 직류 저항점 용접공정(604)은 +4 mm의 신뢰할 만한 용접크기를 위하여 비교적 작은 용접전류범위(약 4.6 kA로부터 5.75 kA까지)를 가졌다. 한편, 직류 마이크로펄스를 이용한 저항점 용접의 용접전류범위는 약 4.75 kA 및 6.75 kA 사이로 거의 두 배였다.

직류 마이크로펄스들을 이용하는 저항점 용접을 위한 시스템 및 그 방법은 또한 더 넓은 용접전류범위 때문에 종래의 저항점 용접방법들보다 더 큰 용접접합 크기를 생성할 수 있다. MFDC와 같은 종래의 용접공정들에 비해, MPDC 용접전류범위는 많이 더 넓다. 그러므로, 용접된 접합부가 많이 더 높은 용접전류를 사용하여 생성될 수 있다. 직류 마이크로펄스들을 이용하는 저항점 용접으로 만들어진 용접 덩어리 크기는 종래의 용접공정들에 의해 생성된 용접 덩어리 크기보다 많이 더 크다. 도 6에 도시된 바와 같이, 동일한 조건 하에서, 종래의 용접기술들은 5 mm보다 더 크지 않는 용접크기를 생성할 수 있는 반면, MPDC공정은 5 내지 7 mm의 용접크기를 생성한다. 따라서, 직류 마이크로펄스들을 이용하여 달성된 더 큰 용접접합부들은 종래의 용접방법들보다 더 우수한 용접접합강도를 갖게 한다. 하나의 시나리오에 있어서, MPDC방법들을 위한 박리 샘플들의 파쇄 모드들이 더 바람직했고 그 이유는 계면파쇄모드가 관찰되지 않았기 때문이다.

종래의 용접방법들과 비교하여, MPDC방법은 용접 덩어리에 있어서 더 좋은 미세구조를 생성할 수 있다. 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시형태에 따른 종래의 DC 공정 및 MPDC 공정에 의해 각각 형성된 용접 덩어리의 미세구조를 나타낸 것이다. 도 7a는 종래의 DC 용접에 의해 생성된 용접 덩어리의 미세구조를 나타낸다. 도 7b는 0.91 mm USIBOR® 1500P를 위한 MPDC공정에 의해 생성된 용접 덩어리를 나타낸다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, MPDC방법은 용접접합부 밀도를 증강시킨 "깨끗한" 용접 덩어리 미세구조를 생성한다. 일부 실시예들에 있어서, MPDC방법은, 더 강한 용접접합부를 산출할 수 있는, 산화된 Al/Si 내포가 없는 용접 덩어리를 생성한다.

이 MPDC방법은 좁은 용접전류 스파이크로 접합하는 표면에서 높은 저항성 계면 접촉 층을 파괴할 수 있고, 이것은 다른 코팅들(예를 들면 산화 알루미늄 코팅, 더운데 담근 아연도금 코팅) 또는 산화된 강철표면을 갖는 강철 금속 물질들을 접합하기에 특히 적합한 방법을 가능하게 한다.

MPDC로 저항점 용접은 자동차 산업, 기기제조산업, 항공기제조산업, 농기계제조산업, 및 다른 제조 및/또는 가공산업을 포함하는 광범위한 산업에 걸쳐 넓게 응용될 수가 있다. 직류 마이크로펄스들을 이용하는 저항점 용접을 위한 시스템 및 방법의 하나의 이점은 용접될 수 있는 물질들의 폭넓음이다. 종래의 DC 용접공정들을 이용하여 용접될 수 없는 일부 물질들도 MPDC 저항점 용접을 사용함에 의해 효과적으로 용접될 수가 있다.

본 발명의 예시적 실시예들의 위와 같은 상세한 설명은 본 발명의 원리와 그것의 실질적 응용을 설명할 목적으로 제공되어졌고, 그것에 의해 예상되는 특정 용도에 적합한 것으로서 다양한 실시예들 및 다양한 변경들을 위하여 이 기술분야의 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 이해할 수 있을 것이다. 여기에서의 개시된 내용은 완전하게 할 또는 개시된 정확한 실시예들에 본 발명을 한정할 의도는 아니다. 비록 단지 몇 개의 실시예들이 위에서 상세히 개시되었지만, 다른 실시예들이 가능하고 발명자들은 이것들이 이 명세서 및 청구항의 범위 내에 포함되는 것으로 생각한다. 명세서는 다른 방식으로 달성될 수 있는 더 일반적인 목표를 달성하기 위한 특정 예들을 개시하고 있다. 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 변경들 및 균등한 것들은 청구항의 범위 및 정신 이내에 포함될 것이다. 이 개시내용은 설명의 목적이고, 청구항들은 당업자가 예상할 수 있는 어떤 변경들을 커버할 의도로 작성되었다.

"..을 위한 수단"의 단어를 사용하는 청구항들은 35 USC 112, 6항목하에서 해석될 수 있다. 더욱이, 어떤 청구항들의 해석에 있어서, 만약 어떤 한정이 청구항에 명시적으로 기재되어 있지 않는 한, 명세서의 기재로부터 한정되지는 않는다.

302, 304: 용접봉 306, 308: 물질조각
310: 용접제어기

Claims (23)

1. 강철판 저항점 용접방법에 있어서,
   1㎳ 내지 10㎳의 용접전류 정지시간과 1㎳ 내지 10㎳의 용접전류 지속시간 동안 적어도 두 용접봉을 통해 적어도 두 강철판에 대하여 직류 마이크로펄스들을 번갈아 공급하며, 강철판들이 저항점 용접에 의해 국부적으로 용융될 때까지 적어도 두 용접봉을 통해 상기 강철판들에 대하여 전류를 공급되지 않거나 직류 마이크로펄스들에 비하여 낮은 전류를 공급하는 단계; 및
   상기 판들을 함께 접합하여 용접덩어리를 형성하도록 국부적으로 용융된 강철판들을 굳히는 단계를 포함하는 용접방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 용접전류 정지시간 동안 상기 두 용접봉을 통해 상기 강철판들에 대하여 전류가 공급되지 않는 용접방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 용접전류 정지시간 동안 상기 두 용접봉을 통해 상기 강철판들에 대하여 상기 직류 마이크로펄스들에 비하여 낮은 전류가 공급되는 용접방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 용접 덩어리는 5 내지 7㎜인 용접방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 강철판들 사이의 솔기를 따라서 다수의 용접 덩어리를 형성하도록 상기 단계들을 반복하는 단계를 더 포함하는 용접방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 강철판들은 용융아연도금강판(hot dip galvanized steel sheets)인 용접방법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 직류 마이크로펄스들을 공급하는 동안 용접 힘(weld force)과 함께 강철판들을 가압하는 단계를 더 포함하는 용접방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 용접 힘(weld force)은 1kN 및 10kN 사이인 용접방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 직류 마이크로펄스들은 1㎄ 및 20㎄ 사이의 크기를 갖는 용접방법.
10. 제 1항에 있어서, 상기 직류 마이크로펄스들은 1㎄ 및 20㎄ 사이의 크기를 갖는 용접방법.
11. 저항점 용접을 하기 위해 직류 마이크로펄스들을 공급하기 위한 시스템에 있어서,
    적어도 두 강철판에 직류 마이크로펄스들을 공급함에 의해 강철판들을 함께 접합하는 용접덩어리를 형성하도록 구성된 제1 용접봉 및 제2 용접봉; 및
    제1 용접봉 및 제2 용접봉과 연락되며, 용접봉들을 통해 강철판들을 대하여 다수의 1㎳ 내지 10㎳의 용접전류 지속시간과 1㎳ 내지 10㎳의 용접전류 정지시간을 번걸아 직류 마이크로펄스들이 공급되도록 구성되고, 강철판들이 저항점 용접에 의해 국부적으로 용융될 때까지 적어도 두 용접봉을 통해 상기 강철판들에 대하여 전류를 공급하지 않거나 상기 직류 마이크로펄스들에 비하여 낮은 전류를 공급하는 용접 제어기를 포함하는 시스템.
12. 제 11항에 있어서, 상기 용접 제어기는 상기 용접전류 정지시간 동안 상기 두 용접봉을 통해 상기 강철판들에 대하여 전류를 공급하지 않도록 구성된 시스템.
13. 제 11항에 있어서, 상기 용접 제어기는 상기 용접전류 정지시간 동안 상기 두 용접봉을 통해 상기 강철판들에 대하여 상기 직류 마이크로펄스들에 비하여 낮은 전류를 공급하도록 구성된 시스템.
14. 제 11항에 있어서, 상기 용접 제어기는 5 내지 7㎜의 크기(size)를 갖는 용접덩어리를 형성하도록 구성된 시스템.
15. 제 11항에 있어서, 상기 용접봉들은 용접 힘(weld force)과 함께 상기 강철판들을 가압(press)하도록 구성된 시스템.
16. 제 15항에 있어서, 상기 용접 힘(weld force)은 1kN 및 10kN 사이인 시스템.
17. 제 16항에 있어서, 상기 용접 제어기는 1㎄ 및 20㎄ 사이의 크기를 갖는 직류 마이크로펄스들을 공급하도록 구성된 시스템.
18. 제 11항에 있어서, 상기 용접 제어기는 1㎄ 및 20㎄ 사이의 크기를 갖는 직류 마이크로펄스들을 공급하도록 구성된 시스템.
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