KR102187374B1 - 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법에 관한 것으로, 한 쌍의 전극 사이에 용접재를 놓고 용접을 하는 단계와, 상기 용접 후, 상기 용접재를 제거하고 한 쌍의 상기 전극을 통전하면서 용접타수에 따른 동저항을 측정하되, 초기접촉저항의 저항값, 및 상기 동저항의 감소가 안정화된 제1 접촉저항과 제2 접촉저항 사이의 저항값을 각각 측정하는 단계와, 각각의 상기 저항값과 각각의 기 설정된 기준값과 비교하여 전극열화 여부를 판단하는 단계를 포함함으로써, 본 발명은 용접재 없이 전극과 전극을 통전하여 용접타수에 따른 초기접촉저항, 제1 접촉저항, 제2 접촉저항의 동저항 값을 측정하여 전극열화를 판단함으로써, 전극열화의 정도를 파악할 수 있을 뿐만 아니라 전극과 전극을 통전하였을 때의 전류 및 시간 조건을 최적화하여 기존의 방법에 비하여 전극열화의 정도를 명확하게 파악하여 품질판단의 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

Description

알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법{Method for quality judgment in aluminium resistance spot welding}

본 발명은 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 용접재 없이 전극과 전극을 통전하여 용접타수에 따른 초기접촉저항, 제1 접촉저항, 제2 접촉저항의 동저항 값을 측정하여 전극열화를 판단하는 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 저항 용접(resistance welding)은 접합부재 사이에 전기적 저항을 발생시켜 용접에 필요한 열을 발생시키는 용접 방식이고, 저항 점 용접(resistance spot welding)은 주방용기, 자동차 차체 등과 같은 박판의 용접에 널리 사용된다.

강철(Steel) 저항 점 용접의 경우 용접 중 발생하는 전압, 전류를 이용하여 실시간 동저항 곡선 형태나 곡선의 면적을 수치화하여 용접품질을 판단한다.

하지만, 종래의 강철 저항 점 용접과 달리 알루미늄 저항 점 용접은 낮은 고유저항, 높은 전기전도도 및 열전도도, 낮은 용융점 등과 같은 특성으로 인해 동저항 그래프의 형태로는 용접 품질을 판단하기 어렵다는 문제점이 있다.

1. 대한민국 등록특허 제10-1754732호(2017.06.30. 등록)

본 발명은 용접재 없이 전극과 전극을 통전하여 용접타수에 따른 초기접촉저항, 제1 접촉저항, 제2 접촉저항의 동저항 값을 측정하여 전극열화를 판단하는 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법에 관한 것이다.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 한 쌍의 전극 사이에 용접재를 놓고 용접을 하는 단계와, 상기 용접 후, 상기 용접 후, 상기 용접재를 제거하고 한 쌍의 상기 전극을 통전하면서 용접타수에 따른 동저항을 측정하되, 초기접촉저항의 저항값, 및 상기 동저항의 감소가 안정화된 제1 접촉저항과 제2 접촉저항 사이의 저항값을 각각 측정하는 단계와, 각각의 상기 저항값과 각각의 기 설정된 기준값과 비교하여 전극열화 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 용접을 하는 단계는, 상기 용접재가 알루미늄이고 상기 전극이 구리인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 전극 열화 여부를 판단하는 단계는, 각각의 상기 저항값이 각각의 상기 기준값보다 높은 경우에 상기 전극열화가 일어난 것으로 판단할 수 있다.

본 발명은 용접재 없이 전극과 전극을 통전하여 용접타수에 따른 초기접촉저항, 제1 접촉저항, 제2 접촉저항의 동저항 값을 측정하여 전극열화를 판단함으로써, 전극열화의 정도를 파악할 수 있을 뿐만 아니라 전극과 전극을 통전하였을 때의 전류 및 시간 조건을 최적화하여 기존의 방법에 비하여 전극열화의 정도를 명확하게 파악하여 품질판단의 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법의 과정을 나타낸 플로우 차트이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법의 과정에서 전극과 용접재를 나타낸 도면이고,
도 3은 강재(steel)의 저항 점 용접시 동저항 그래프이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법을 이용한 전류의 세기에 따른 동저항 그래프이고,
도 5는 종래의 방식인 용접재가 있는 상태에서의 용접타수에 따른 초기접촉저항의 저항값을 나타낸 비교예의 그래프이며,
도 6은 종래의 방식인 용접재가 있는 상태에서의 용접타수에 따른 제1 접촉저항과 제2 접촉저항 사이의 저항값을 나타낸 비교예의 그래프이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법을 이용한 용접타수에 따른 초기접촉저항의 저항값을 나타낸 그래프이며,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법을 이용한 용접타수에 따른 제1 접촉저항과 제2 접촉저항 사이의 저항값을 나타낸 그래프이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법을 이용한 전극열화 전, 후의 용접부를 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법의 과정을 나타낸 플로우 차트이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법의 과정에서 전극과 용접재를 나타낸 도면이다.

도 3은 강재(steel)의 동저항 그래프이고 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄의 동저항 그래프로서, 초기접촉저항, 제1 접촉저항 및 제2 접촉저항의 측정위치를 나타내고 있다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법에서 전류의 세기에 따른 동저항을 비교하고 있다.

도 1 및 2를 참조하면, 한 쌍의 전극(10) 사이에 용접재(20)을 놓고 용접을 할 수 있다(단계 S110).

여기에서, 전극(10)은 구리이고, 용접재(20)은 알루미늄인 것을 특징으로 할 수 있다.

용접 후, 용접재(20)을 제거하고 한 쌍의 전극(10)을 통전하면서 용접타수에 따른 초기접촉저항(A)의 저항값, 및 제1 접촉저항(B)과 제2 접촉저항(C)사이의 저항값을 측정할 수 있다(단계 S120).

여기에서, 도 3, 4에 도시한 바와 같이, 초기접촉저항(A)의 저항값은 통전 시에 발생하는 최초 동저항의 값을 나타낸다.

또한, 제1 접촉저항(B)과 제2 접촉저항(C) 사이의 저항값은 한 쌍의 전극(10)을 통전한 후 접촉저항의 감소가 안정화되는 구간의 저항값 즉, 통전 후 동저항의 감소가 안정화되는 시점의 저항(B)과 통전 종료 시점의 저항(C) 사이의 저항값이다. 본 발명에서는 통전시간 20ms부터 100ms 사이의 동저항 값일 수 있다.

이러한 단계(S120)의 통전 시의 전류는 전극열화 전, 후의 초기접촉저항(A)의 저항값의 차이를 비교하여 최적전류를 도출할 수 있다.

예를 들면, 도 4에 도시한 바와 같이, ISO 18595 기준을 근거하여 가압을 3.5kN, 통전시간을 80ms로 설정하고, 전류의 조건을 변화시켜 전극열화 전, 후의 초기접촉저항(A)의 저항값을 반복적으로 비교할 수 있다.

실험 결과, 전류가 20kA,30kA인 경우에는 전극열화 전, 후의 초기접촉저항(A)의 저항값이 큰 차이가 나지 않는 반면에, 전류가 10kA로 할 경우에는 전극열화 전, 후의 초기접촉저항(A)의 저항값이 큰 차이가 나는 것을 확인할 수 있다.

각각의 저항값과 각각의 기 설정된 기준값과 비교하여 전극 열화 여부를 판단할 수 있다(단계 S130).

여기에서, 각각의 저항값이 각각의 기준값보다 높은 경우에 상기 전극열화가 일어난 것으로 판단할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법을 이용한 전극열화 전, 후의 용접부를 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 열화 후에 용접부에 크랙이 발생한 것을 알 수 있다. 이에 따라, 기준값은 전극열화판단 시기를 육안으로 판단하고, 단면절단을 통한 용접부내의 크랙 및 결함 유무에 따라 초기접촉저항(A), 제1 접촉저항(B) 및 제2 접촉저항(C)사이의 저항값의 임계치를 설정하였다.

따라서, 본 발명은 용접재 없이 전극과 전극을 통전하여 용접타수에 따른 초기접촉저항, 제1 접촉저항, 제2 접촉저항의 동저항 값을 측정하여 전극열화를 판단함으로써, 전극열화의 정도를 파악할 수 있을 뿐만 아니라 전극과 전극을 통전하였을 때의 전류 및 시간 조건을 최적화하여 기존의 방법에 비하여 전극열화의 정도를 명확하게 파악하여 품질판단의 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 5는 종래의 방식인 용접재가 있는 상태에서의 용접타수에 따른 초기접촉저항의 저항값을 나타낸 비교예의 그래프이며, 도 6은 종래의 방식인 용접재가 있는 상태에서의 용접타수에 따른 제1 접촉저항과 제2 접촉저항 사이의 저항값을 나타낸 비교예의 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법을 이용한 용접타수에 따른 초기접촉저항의 저항값을 나타낸 그래프이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법을 이용한 용접타수에 따른 제1 접촉저항과 제2 접촉저항 사이의 저항값을 나타낸 그래프이다.

도 5 및 6을 참조하면, 비교예는 전류의 크기가 26kA, 가압의 크기는 3.5kN, 통전시간은 80ms, 용접재 시편은 Al6451 1.1t의 조건으로 진행을 하였으며, 시편이 있는 상태에서의 용접타수에 따른 초기접촉저항(A)의 저항값 그래프에서 전극열화 발생 지점 전, 후에 나타나는 동저항 값의 패턴의 변화가 일정하지 않아 전극열화에 대해 판단하기 어렵다.

또한, 용접재 시편이 있는 상태에서의 용접타수에 따른 제1 접촉저항(B)과 제2 접촉저항(C) 사이의 저항값 그래프에서도 전극열화 발생 지점(27타점)의 전, 후인 25타점, 30타점에서 나타나는 동저항 값의 패턴의 변화가 일정하지 않아 전극열화에 대해 판단하기 어렵다.

도 7 및 8을 참조하면, 실시예는 전류의 크기가 26kA, 가압의 크기는 3.5kN, 통전시간은 80ms의 조건으로 진행을 하였고, 용접재 시편이 없는 상태에서의 용접타수에 따른 초기접촉저항(A)의 저항값을 비교해보면, 전극열화 발생 지점(26타점) 후에 초기접촉저항이 기준값인 1400 μ·ohm 이상으로 저항값이 증가한 것을 알 수 있다.

또한, 용접재 시편이 없는 상태에서의 용접타수에 따른 제1 접촉저항(B) 및 제2 접촉저항(C)의 저항값을 비교해보면, 20타점부터 저항값이 기준값인 80 μ·ohm 이상으로 증가한 것을 알 수 있다.

여기에서, 전극열화 발생 지점(26타점) 보다 먼저 제1 접촉저항(B)과 제2 접촉저항(C) 사이의 저항값이 증가하는 것을 보고 전극열화 발생이 일어날 것을 미리 인지하여 대응할 수 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 용접재가 있는 상태에서의 동저항 그래프를 통해서는 전극열화 시점을 알 수 없기 때문에, 품질판단을 할 수 없지만, 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법을 통해 용접재를 제거한 상태에서의 동저항 그래프를 보면 전극열화 시점을 알 수 있기 때문에, 전극열화에 따른 품질판단이 가능하다는 점을 확인할 수 있다.

이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

10: 전극 20: 용접재

Claims (3)

1. 한 쌍의 전극 사이에 용접재를 놓고 용접을 하는 단계와,
   상기 용접 후, 상기 용접재를 제거하고 한 쌍의 상기 전극을 통전하면서 용접타수에 따른 동저항을 측정하되, 초기접촉저항의 저항값, 및 제1 접촉저항과 제2 접촉저항 사이의 저항값을 각각 측정하는 단계와,
   각각의 상기 저항값과 각각의 기 설정된 기준값을 비교하여 전극열화 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
   상기 초기접촉저항의 저항값은 상기 통전 시에 발생하는 최초의 동저항의 값이며,
   상기 제1 접촉저항과 제2 접촉저항 사이의 저항값은 상기 통전 후 동저항의 감소가 안정화되는 시점의 저항과 통전 종료 시점의 저항 사이의 동저항 값이고,
   상기 기준값은 단면절단을 통한 용접부 내의 크랙 및 결함 유무에 따라 설정된 상기 초기접촉저항의 저항값, 및 상기 제1 접촉저항과 제2 접촉저항 사이의 저항값의 임계치이며,
   상기 전극 열화 여부를 판단하는 단계는, 각각의 상기 저항값이 각각의 상기 기준값보다 높은 경우에 상기 전극열화가 일어난 것으로 판단하고,
   상기 통전 시의 전류는 전극열화 전, 후의 상기 초기접촉저항의 저항값의 차이를 비교하여 도출된 최적전류인 것
   을 특징으로 하는 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 용접을 하는 단계는, 상기 용접재가 알루미늄이고 상기 전극이 구리인 것을 특징으로 하는 알루미늄 저항 점 용접 동저항을 통한 품질판단 방법.
   
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