KR102059894B1

KR102059894B1 - 스폿용접 장치의 저압흔 전극팁 구조

Info

Publication number: KR102059894B1
Application number: KR1020180071477A
Authority: KR
Inventors: 김상명; 황득섭; 김철호; 이달헌; 백주환; 최승호
Original assignee: 대우공업 (주)
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-12-27

Abstract

본 발명은 스폿용접 장치의 저압흔 전극팁의 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플레이트의 양측면에 전극팁의 단부를 밀착가압시키고, 상기 전극팁에 전류를 통전시켜 상기 플레이트 사이 접합면에 너겟이 형성되어 상기 플레이트가 상호 접합되는 스폿용접 장치에 있어서, 상기 전극팁의 외연을 따라 삽입홈이 연속하여 절개형성되고, 상기 삽입홈 내에 중공이 형성되는 디스크형의 절연체가 삽입되되, 상기 절연체의 외측면에는 이탈방지링이 억지끼움되어, 상기 절연체가 상기 전극팁 내에서 이탈되지 않도록 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 전극팁의 단부가 플랫한 형상으로 전극팁에 디스크형의 절연체를 삽입시켜, 절연체에 의해 용접 표면의 불필요한 발열을 최소화함과 함께 용접대상면과의 비발열부 접촉면적을 넓혀 표면 가열부분의 응력이 낮아지도록 하여 압흔깊이를 감소시키고, 외관을 미려하게 하는 한편, 압흔에 의한 두께 감소 부분에서의 강도 저하를 방지하고, 전극팁의 중앙으로 전류밀도가 높아지도록 하여, 용접강도를 높히고 용접 압흔부위의 크랙을 방지하고 열변형을 최소화하여 용접성능을 획기적으로 향상시키도록 하는 효과가 있다.
특히, 열팽창 수축 계수가 큰 알루미늄이나, 각종 첨가원소에 의해 탄소당량이 높아진 난용접성의 고장력강류의 저항 스폿 용접 성능 향상에 큰 기여를 한다.
전극팁의 단부가 플랫한 형상으로 용접대상면과의 접촉면적을 넓혀 표면응력이 낮아지도록 하여 압흔깊이를 감소시켜 외관을 미려하게 하는 한편, 전극팁에 디스크형의 절연체를 삽입시켜 전극팁의 중앙으로 전류밀도가 높아지도록 하여 용접강도를 높혀 용접부위의 크랙을 방지하고 열변형을 최소화하여 용접성능을 획기적으로 향상시키도록 하는 효과가 있다.
또한, 절연체 외측에 이탈방지링을 끼워 용접작업간에 절연체가 전극팁에서 이탈되지 않도록 하여 안정적인 연속 용접작업이 이루어질 수 있도록 하며, 전극팁의 내측에 나선형의 제1 냉각수유로홈을 형성시켜 이슬점 직상 온도의 냉각수가 전극팁 내부에서 활발하게 빠른 유속으로 이동되도록 하여 냉각효율을 높혀, 전극팁 단부의 마모를 감소시켜 전극팁의 수명을 증대시키고, 방열클램프가 절연체의 이탈을 구속시킴과 함께 절연체로 가해지는 열이 외부로 방출되도록 하여 절연체의 내구성을 증대시키는 효과가 있다.

Description

스폿용접 장치의 저압흔 전극팁 구조{Structure of eletrode tip for spot welding equipment that minimizes indentation impression}

본 발명은 스폿용접 장치의 저압흔 전극팁의 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접대상면에 접촉되는 전극팁의 단부가 플랫한 형상으로 접촉면적을 넓혀 표면응력이 낮아지도록 함과 함께, 전극팁에 디스크형의 절연체를 안정하게 삽입 가능한 구조 및 타점시의 반복된 가압력과 열진동에도 일정 삽입상태의 유지가 가능하고, 전극팁의 중앙으로만 전류밀도가 높아지도록 하여 압흔의 깊이를 감소시키면서도 용접부의 일정 전류 밀도 유지 및 용접 강도를 확보할 수 있는 스폿용접 장치의 저압흔 전극팁 구조에 관한 것이다.

일반적으로 스폿용접은 금속을 겹쳐서 전극 끝에 물리고, 국부적으로 가열함과 동시에 전극으로 가압하는 저항 용접으로, 도 1을 참조하면, 두 개의 금속판재(1,2)의 양측면에 전극팁(3)을 밀착시키고 전류를 통과시켜, 금속판재(1,2)에 너겟(N)을 형성시켜 용접이 이루어지도록 한다.

이때, 전극팁(3)은 단부가 라운드진 형태로 형성되어, 금속판재를 누를 경우, 일반적으로 압흔율이 20~30%에 이르게 되어 용접면의 외관이 미려하지 않게 되며 특히, 용접부위에서의 크랙이 발생하거나, 열적인 영향으로 인해 도금층의 파괴 및 열변형이 이루어져, 열팽창 수축 계수가 큰 알루미늄이나 각종 첨가 원소에 의한 높은 탄소 당량의 고장력강의 경우는 압흔부의 균열(CRACK)이 발생하거나, 압흔율로 인하여 감소된 두께에 해당하는 용접 강도의 저하 등 심각한 문제점이 발생된다.

이러한 압흔율을 줄이기 위해, 도 2에서와 같이 단부가 플랫한 형태의 전극팁(3')을 이용하여 용접대상면과의 접촉면적을 넓혀 표면응력이 낮아지도록 할 수는 있으나, 접촉면적이 넓은 만큼 전류밀도 또한 낮아지게 되어 적정한 너겟을 얻기 위해서는 전류를 높혀야 하며, 전류가 높아지더라도 단위 면적당의 전류 밀도와 용접성은 저하되는 문제점을 가지게 된다.

따라서, 이러한 종래 스폿용접의 불합리한 점을 극복하고, 용접부위의 전류밀도 크기를 유지함으로써 충분한 저항 발열을 통한 접합부의 인장전단 강도를 확보하면서도 압흔 깊이를 획기적으로 감소시킬 수 있는 스폿용접 장치의 전극팁의 구조에 대한 개발이 필요한 실정이다.

한국공개특허 제 2015-0125458호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 용접강도를 확보하면서도 압흔 깊이를 감소시킬 수 있는 전극팁의 구조를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전극팁에 삽입되는 디스크형의 절연체가 용접작업간에 가압력 및 열진동으로 인해 이탈되는 것을 방지하도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전극팁의 냉각수 흐름 속도 향상 구조 및 방열효과를 극대화시켜 전극팁 단부의 마모와 용접 소재 표면의 불필요한 발열을 감소시키도록 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 플레이트의 양측면에 전극팁의 단부를 밀착가압시키고, 상기 전극팁에 전류를 통전시켜 상기 플레이트 사이 접합면에 너겟이 형성되어 상기 플레이트가 상호 접합되는 스폿용접 장치에 있어서, 상기 전극팁의 외연을 따라 삽입홈이 연속하여 절개형성되고, 상기 삽입홈 내에 중공이 형성되는 디스크형의 절연체가 삽입되되, 상기 절연체의 외측면에는 이탈방지링이 억지끼움되어, 상기 절연체가 상기 전극팁 내에서 이탈되지 않도록 한다.

아울러, 상기 전극팁의 외측면에는 상단부에서 상기 삽입홈으로 가이드홈이 연장형성되어, 상기 이탈방지링이 상기 전극팁의 상단부에서 상기 가이드홈을 따라 상기 절연체의 외측면으로 압입된다.

또한, 상기 삽입홈의 하단부에는 스토퍼가 돌출형성되어, 상기 이탈방지링이 상기 스토퍼의 상단에 안착된다.

더욱이, 상기 전극팁의 상단부는 상기 스폿용접 장치의 생크에 결합되어, 상기 생크 내측과 연통되는 상기 전극팁의 내측면에는 냉각수 수용홈이 형성되되,

상기 냉각수 수용홈의 하단부는 상광하협구조로 형성되되, 나선형으로 연속된 제1 냉각수유로홈이 상기 냉각수 수용홈을 따라 복수개의 단으로 형성되어, 상기 냉각수 수용공간 내측면을 타고 하방으로 이동되는 냉각수가 상기 제1 냉각수유로홈을 따라 일방향으로의 와류가 형성되도록 한다.

아울러, 상기 전극팁의 외측면에는 상기 삽입홈의 하단에 단턱지도록 연장홈이 상기 전극팁의 외측면으로 더 절개형성되어, 하단부가 상기 연장홈상으로 삽입되도록 방열플랜지가 돌출형성되어, 상기 삽입홈으로 삽입되는 절연체의 하단부에 밀착되고, 상기 절연체의 외측면을 둘러싸도록 밀착체결되는 방열클램프를 더 포함하여 제공된다.

더욱이, 상기 생크의 하단부 내측면에는 나선형으로 연속된 제2 냉각수유로홈이 일정 길이로 형성된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 전극팁의 단부가 플랫한 형상으로 전극팁에 디스크형의 절연체를 삽입시켜, 절연체에 의해 용접 표면의 불필요한 발열을 최소화함과 함께 용접대상면과의 비발열부 접촉면적을 넓혀 표면 가열부분의 응력이 낮아지도록 하여 압흔깊이를 감소시키고, 외관을 미려하게 하는 한편, 압흔에 의한 두께 감소 부분에서의 강도 저하를 방지하고, 전극팁의 중앙으로 전류밀도가 높아지도록 하여, 용접강도를 높히고 용접 압흔부위의 크랙을 방지하고 열변형을 최소화하여 용접성능을 획기적으로 향상시키도록 하는 효과가 있다.

특히, 열팽창 수축 계수가 큰 알루미늄이나, 각종 첨가원소에 의해 탄소당량이 높아진 난용접성의 고장력강류의 저항 스폿 용접 성능 향상에 큰 기여를 한다.

전극팁의 단부가 플랫한 형상으로 용접대상면과의 접촉면적을 넓혀 표면응력이 낮아지도록 하여 압흔깊이를 감소시켜 외관을 미려하게 하는 한편, 전극팁에 디스크형의 절연체를 삽입시켜 전극팁의 중앙으로 전류밀도가 높아지도록 하여 용접강도를 높혀 용접부위의 크랙을 방지하고 열변형을 최소화하여 용접성능을 획기적으로 향상시키도록 하는 효과가 있다.

또한, 절연체 외측에 이탈방지링을 끼워 용접작업간에 절연체가 전극팁에서 이탈되지 않도록 하여 안정적인 연속 용접작업이 이루어질 수 있도록 하며, 전극팁의 내측에 나선형의 제1 냉각수유로홈을 형성시켜 이슬점 직상 온도의 냉각수가 전극팁 내부에서 활발하게 빠른 유속으로 이동되도록 하여 냉각효율을 높혀, 전극팁 단부의 마모를 감소시켜 전극팁의 수명을 증대시키고, 방열클램프가 절연체의 이탈을 구속시킴과 함께 절연체로 가해지는 열이 외부로 방출되도록 하여 절연체의 내구성을 증대시키는 효과가 있다.

도 1은 금속판재를 스폿용접하는 과정을 간단하게 나타낸 도면이다.
도 2는 플랫형의 전극팁을 이용한 스폿용접하는 구조를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 저압흔 전극팁을 이용하여 금속 플레이트의 양측면을 용접하는 상태를 간단하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 저압흔 전극팁과 비교예들을 통해 압흔 율(%)을 측정한 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 실험결과에 의해 압흔자국이 나타난 판재를 촬영한 사진을 나타낸 도면이다.
도 6a은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저압흔 전극팁을 이용하여 금속 플레이트의 양측면을 용접하는 상태를 간단하게 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저압흔 전극팁을 이용하여 금속 플레이트의 양측면을 용접하는 상태를 간단하게 나타낸 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 저압흔 전극팁(10)은 내측에 수용공간이 형성되어, 용접건의 생크(100) 단부가 수용공간 내로 삽입되며, 아울러, 금속 플레이트에 접촉되는 단부는 플랫형에 근접한 형태로 형성되어, 용접 대상면과의 접촉면적을 넓히도록 한다.

이러한, 본 발명의 일실시예에 따른 저압흔 전극팁(10)은 원통형으로 외연을 따라 내측으로 삽입홈(11)이 연속적으로 절개형성되며, 삽입홈(11)에는 디스크형의 절연체(20)가 삽입되도록 한다. 이와 같은 절연체(20)의 삽입으로 인해 전극팁(10)의 수명이 단축될 수 있어, 전극팁(10)의 재질은 방열효과가 뛰어난 고강도 지르코늄동으로 사용함이 바람직하다.

아울러, 절연체(20)는 용접과정에서 고압력과, 고온에서의 신뢰성이 확보되기 위해 베이크라이트 또는 마이카판 등의 재질로 이루어짐이 바람직하다.

그리고 절연체(20)를 전극팁(10)에 고정시키기 위해서는 디스크형의 절연체(20)를 양측으로 분할시켜 작업자가 삽입홈(11) 내측으로 분할된 절연체(20)를 끼우도록 한다.

이와 같이 저압흔 전극팁(10)에 삽입된 절연체(20)는 디스크형으로 중공이 형성되어, 저압흔 전극팁(10)으로 흐르는 전류가 절연체(20)에 의해 중공 부분을 통해 하부로 흐르게 하여 전류밀도를 높혀 너겟(N) 형성을 용이하게 하도록 한다.

즉, 본 발명은 플랫형의 전극팁(10)에 의해 용접면과의 접촉면적을 넓혀 표면응력이 낮아지도록 하여 압흔자국을 최소화시킴과 함께, 절연체(20)를 삽입시켜 전극팁(10)의 중앙으로 전류밀도가 높아지도록 하여 일정 용접강도를 확보할 수 있도록 한다.

특히, 삽입홈(11) 내측으로 삽입된 절연체(20)가 용접작업간에 진동에 의해 삽입홈(11) 내측에 위치하지 못하고 외부로 밀려 이탈될 수 있는데, 이에 본 발명에서는 절연체(20)의 외측면으로 이탈방지링(30)을 억지끼움시켜, 절연체(20)가 전극팁(10) 내에서 이탈되지 않도록 한다.

이러한 이탈방지링(30)은 테프론 재질 또는, 테프론 코팅을 통해 부도체로 이루어짐이 바람직하다.

그리고 전극팁(10)의 외측면 상단부에서 삽입홈(11)으로 가이드홈(12)이 연장형성되어, 이탈방지링(30)이 전극팁(10)의 상단부에서 가이드홈(12)을 따라 하방으로 압입되도록 한다.

아울러, 삽입홈(11)의 하단부에는 스토퍼(13)가 돌출형성되어, 이탈방지링(30)이 스토퍼(13)의 상단에 안착되어 더 이상 하방으로 이동되지 않도록 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 저압흔 전극팁과 비교예들을 통해 압흔율을 측정한 결과를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 실험결과에 의해 압흔자국이 나타난 판재를 촬영한 사진을 나타낸 도면이다.

실시예는 본 발명의 일실시예에 따른 저압흔 전극팁을 이용하여 스폿용접을 실시한 결과이며, 비교예1은 플랫한 타입의 일반평팁을 전극팁으로 사용하였으며, 비교예2에서는 볼록한 형태의 현재 일반적으로 사용되는 전극팁을 사용하였으며, 용접대상 재료의 크기나 가압력, 전류값, 통전시간은 모두 동일하게 설정하여 실험을 실시하였다.

실험 결과, 실시예에서는 압흔율이 2.8%, 2.9%로 각각 측정되었으며, 비교예1에서는 11.0%, 8.6%로 측정되었으며, 이러한 비교에1에서는 너겟의 크기가 실시예보다 큰 8mm로 형성되었다. 그리고 비교에2에서는 압흔율이 19%로 나타나, 본 발명의 일실시예에 따른 저압흔 전극팁을 사용한 결과 대략 3% 이하의 압흔율을 나타내며, 도 5에서와 같이 실시예에서의 압흔에 의한 두께감소가 적어 이에 따른 크랙이 발생될 우려가 적게 된다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저압흔 전극팁을 이용하여 금속 플레이트의 양측면을 용접하는 상태를 간단하게 나타낸 도면으로, 도 6a는 전극팁(10)에 절연체(20)와 방열클램프(40)가 설치되지 않은 상태의 도면이고, 도 6b는 전극팁(10)에 절연체(20)와 방열클램프(40)가 설치된 상태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 제2 실시예에서는 전극팁(10)의 상단부가 스폿용접 장치의 생크(100)에 결합되어, 생크(100) 내측과 연통되는 전극팁(10)의 내측면에 냉각수 수용공간(14)이 형성되되, 이러한 냉각수 수용공간(14)의 하단부는 상광하협구조로 형성되고, 냉각수 수용공간(14)의 하단부에는 나선형으로 연속된 제1 냉각수유로홈(15)이 냉각수 수용공간(14)의 내연을 따라 복수개의 단으로 형성되도록 한다.

이와 같은 냉각수 수용공간(14) 구조에 의해, 냉각수 수용공간(14)의 내측면을 타고 하방으로 이동되는 이슬점 직상 온도의 냉각수가 제1 냉각수유로홈(15)을 따라 회전되면서 와류를 형성시켜 가속되어, 냉각수 수용공간(14)의 하단부에서 빠른 유속으로 신속하게 상방으로 이송되도록 한다. 이에 따라, 냉각수의 원활한 흐름이 만들어져 냉각수가 전극팁(10) 내부면에 충돌이 활성화되면서 냉각효율을 높이게 된다.

더욱이, 생크(100)의 하단부 내측면에는 제1 냉각수유로홈(15)과 동일한 제2 냉각수유로홈(110)이 나선형으로 연속되도록 형성시켜, 냉각수가 제2 냉각수유로홈(110)을 따라 회전되면서 하부 냉각수 수용공간(14)으로 이송되도록 하여 냉각수 흐름에 따른 냉각효율을 극대화시키도록 한다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에서는 전극팁(10)의 외측면으로 방출되는 열에 의해 절연체(20)로 전달되는 열을 보다 효과적으로 신속하게 배출시키기 위해 전극팁(10)의 외측면을 감싸도록 방열클램프(40)가 더 설치되어, 열에 의해 절연체(20)의 내구성이 떨어지는 것을 방지하도록 한다.

이러한 방열클램프(40)를 설치하기 위해, 본 발명의 제2 실시예에서는 전극팁(10)의 외측면에는 삽입홈(11)의 하단에 단턱지도록 연장홈(16)이 전극팁(10)의 외측면으로 더 절개형성된다. 그리고 방열클램프(40)는 연장홈(16)상으로 삽입되도록 하단부에 방열플랜지(41)가 돌출형성되어, 방열클램프(40)가 전극팁(10)의 외측면으로 감싸지면서 삽입홈(11)으로 삽입되는 절연체(20)의 하단부에 방열플랜지(41)가 밀착되며, 절연체(20)의 외측면을 둘러싸도록 밀착체결된다.

이와 같이 결합된 방열클램프(40)에 의해 절연체(20)가 전극팁(10) 내에서 이탈되지 않도록 함과 함께, 절연체(20)의 하단부와 측면으로 밀착되어 열을 외부로 방출시키도록 하여 용접 표면의 불필요한 발열을 최소화함과 동시에 압흔율을 감소 가능하도록 하며, 절연체(20)의 내구성을 향상시켜, 절연체(20)의 교체주기를 늘려 작업성이 높아지도록 한다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

10 : 전극팁 11 : 삽입홈
12 : 가이드홈 13 : 스토퍼
14 : 냉각수 수용공간 15 : 제1 냉각수유로홈
16 : 연장홈
20 : 절연체
30 : 이탈방지링
40 : 방열클램프 41 : 방열플랜지
100 : 용접건 생크 110 : 제2 냉각수유로홈

Claims

플레이트의 양측면에 전극팁의 단부를 밀착가압시키고, 상기 전극팁에 전류를 통전시켜 상기 플레이트 사이 접합면에 너겟이 형성되어 상기 플레이트가 상호 접합되는 스폿용접 장치에 있어서,
상기 전극팁의 외측면을 따라 내측으로 삽입홈이 절개형성되고, 상기 삽입홈 내에 디스크형의 절연체가 삽입되되, 상기 절연체의 외측면에는 이탈방지링이 억지끼움되어, 상기 절연체가 상기 전극팁 내에서 이탈되지 않도록 하며,
상기 전극팁의 상단부는 상기 스폿용접 장치의 생크에 결합되어, 상기 생크 내측과 연통되는 상기 전극팁의 내측면에는 냉각수 수용홈이 형성되되, 상기 냉각수 수용홈의 하단부는 상광하협구조로 형성되되, 나선형으로 연속된 제1 냉각수유로홈이 상기 냉각수 수용홈을 따라 복수개의 단으로 형성되어, 상기 냉각수 수용공간 내측면을 타고 하방으로 이동되는 냉각수가 상기 제1 냉각수유로홈을 따라 일방향으로의 와류가 형성되며,
상기 생크의 하단부 내측면에는 나선형으로 연속된 제2 냉각수유로홈이 일정 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 스폿용접 장치의 저압흔 전극팁 구조.
제 1항에 있어서,
상기 전극팁의 외측면에는 상단부에서 상기 삽입홈으로 가이드홈이 연장형성되어, 상기 이탈방지링이 상기 가이드홈을 따라 상기 절연체의 외측면으로 체결되는 것을 특징으로 하는 스폿용접 장치의 저압흔 전극팁 구조.
제 1항에 있어서,
상기 삽입홈의 하단부에는 스토퍼가 돌출형성되어, 상기 이탈방지링이 상기 스토퍼의 상단에 안착되는 것을 특징으로 하는 스폿용접 장치의 저압흔 전극팁 구조.
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제 1항에 있어서,
상기 전극팁의 외측면에는 상기 삽입홈의 하단과 단턱지도록 연장홈이 더 형성되어,
하단부가 상기 연장홈상으로 삽입되도록 냉각핀이 돌출형성되어 상기 삽입홈으로 삽입되는 절연체의 하단부에 밀착되고, 상기 절연체의 외측면을 둘러싸도록 밀착체결되는 방열클램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스폿용접 장치의 저압흔 전극팁 구조.
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