KR102247713B1 - 전극 표면 연마 장치 및 이를 이용한 전극 표면 연마 방법 - Google Patents

Abstract

제안기술은 전극 표면 연마 장치 및 이를 이용한 전극 표면 연마 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 합금 등의 저항 점 용접 시 발생되는 전극 오염 문제를 해결하기 위한 전극 표면 연마 장치 및 이를 이용한 전극 표면 연마 방법에 관한 발명이다.

Description

전극 표면 연마 장치 및 이를 이용한 전극 표면 연마 방법{Electrode surface polishing apparatus and electrode surface polishing method using the same}

제안기술은 전극 표면 연마 장치 및 이를 이용한 전극 표면 연마 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 합금 등의 저항 점 용접 시 발생되는 전극 오염 문제를 해결하기 위한 전극 표면 연마 장치 및 이를 이용한 전극 표면 연마 방법에 관한 발명이다.

일반적으로 알루미늄 합금의 저항 점 용접은, 알루미늄 합금의 낮은 고유저항(steel 대비 약 6배), 높은 전기전도도(steel 대비 약 3.5배) 및 열전도도(steel 대비 약 6배) 등과 같은 특징으로 인해 단시간/고전류(고입열)의 용접 조건이 필요하다.

상기와 같은 용접 조건에서 용접 시 도 1에 도시된 바와 같이, 알루미늄 표면 산화층에서의 높은 저항은 전극과 모재 사이에 발열을 발생시키게 되고, 이는 합금화 현상을 초래하여 도 2에 도시된 바와 같이 전극에 알루미늄이 융착되는 전극 오염을 발생시키게 된다.

전극의 오염은 전극과 모재의 표면에서의 저항 값을 증가시키게 되며, 이는 스패터, 균열, 냉접 등의 용접 품질을 저하시키는 원인이 된다.

전극의 오염을 제거하기 위해 전극의 팁을 드레싱하는 방법이 적용되고 있으나, 초고장력강판 소재(핫스탬핑강)는 아연도금강판에 비해 모재 표면에 두꺼운 합금화층 및 산화층이 존재하며 이로 인해 타 소재에 비해 전극 표면의 열화현상이 가속화되는 문제가 있기 때문에 전극 팁 드레싱 주기가 짧아지게 된다.

전극 팁 드레싱 주기가 짧아지게 되면 전극 소모량 증가에 따른 전극 교체 시간 및 전극 비용이 증가하게 되고, 결과적으로 생산성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.

한국등록특허 제10-1311491호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 3D 프린팅을 통해 제작된 패터닝(patterning) 유닛을 이용하여 전극의 표면에 원하는 형상의 패턴을 형성함으로써 저항 점 용접 시 일정 타점 이내에 발생되는 전극의 오염을 방지하는데 목적이 있다.

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.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전극 표면 연마 장치에 있어서,

전극의 표면에 일정 형상의 패턴을 형성시키기 위한 패터닝(patterning) 유닛; 및

전극의 표면에 융착된 금속 물질을 제거하기 위한 드레싱 유닛;을 포함하며,

패터닝 유닛은 3D 프린팅을 이용하여 제작되는 것을 특징으로 한다.

또한, 패터닝 유닛은 기둥 형상이며, 일정 높이 부분을 기준으로 상하부가 서로 대칭인 것을 특징으로 한다.

또한, 패터닝 유닛의 상면 및 하면은 상면 및 하면 각각에 접촉되는 전극의 표면 형상과 대응되는 형상의 단면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 패터닝 유닛의 상면 및 하면 각각에는 일정 형상의 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 패턴은 복수 개의 돌출부로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 돌출부는 기하학적 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 돌출부는 다각 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 돌출부는 한 변의 길이가 2mm 내지 3mm인 것을 특징으로 한다.

또한, 돌출부는 반구 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 돌출부의 직경은 2mm 내지 3mm인 것을 특징으로 한다.

또한, 돌출부는 서로 일정 간격으로 균일하게 정렬되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전극 표면 연마 방법에 있어서,

상부 전극과 하부 전극 사이에 패터닝 유닛을 위치시키는 단계;

용접 건 샹크의 상하 가압으로 인해 상부 전극과 하부 전극이 패터닝 유닛을 향하여 이동하는 단계;

용접 건 샹크의 상하 가압이 지속되면서 패터닝 유닛에 형성된 패턴이 상부 전극의 표면과 하부 전극의 표면에 각각 형성되는 단계;를 포함한다.

또한, 용접 건 샹크의 상하 가압으로 인해 상부 전극과 하부 전극이 패터닝 유닛을 향하여 이동하는 단계에서,

상부 전극은 패터닝 유닛의 상면을 향하고, 하부 전극은 패터닝 유닛의 하면을 향하여 이동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상부 전극과 하부 전극 사이에 패터닝 유닛을 위치시키는 단계 이전에,

드레싱 유닛을 이용하여 저항 점 용접 시 상부 전극과 하부 전극에 융착된 금속 물질을 제거하기 위한 드레싱 공정이 진행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 3D 프린팅을 통해 제작된 패터닝(patterning) 유닛을 이용하여 전극의 표면에 원하는 형상의 패턴을 형성함으로써 저항 점 용접 시 일정 타점 이내에 발생되는 전극의 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 저항 점 용접 시 일정 타점 이내에서 전극의 오염이 발생되지 않기 때문에 전극 팁 드레싱 주기가 길어지게 되는 효과가 있다. 따라서 전극 소모량이 감소하게 됨으로써 전극 교체 시간 및 전극 비용이 감소하여 결과적으로 생산성이 증가하게 되는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 저항 점 용접 시 전극 표면에 융착되는 알루미늄 개념도.
도 2는 저항 점 용접 시 전극 표면에 융착된 알루미늄 사진.
도 3은 본 발명에 따른 패터닝(patterning) 유닛의 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 드레싱 공정 시 사용되는 드레싱 유닛의 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 패터닝 유닛에 형성된 패턴의 제1실시예.
도 6은 본 발명에 따른 패터닝 유닛에 형성된 패턴의 제2실시예.
도 7은 본 발명에 따른 패터닝 유닛에 의해 전극에 형성된 패턴의 사진.
도 8은 본 발명에 따른 드레싱 공정 시 공정 전/후의 전극 표면 사진.
도 9는 일반적인 전극을 이용한 저항 점 용접 시 타점 증가에 따른 전극 표면의 사진.
도 10은 본 발명의 패터닝 유닛에 의해 패터닝 된 전극을 이용한 저항 점 용접 시 타점 증가에 따른 전극 표면의 사진.
도 11은 일반적인 전극을 이용한 저항 점 용접 시 용접된 시편의 단면 형상.
도 12는 본 발명의 패터닝 유닛에 의해 패터닝 된 전극을 이용한 저항 점 용접 시 용접된 시편의 단면 형상.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 전극 표면 연마 장치 및 이를 이용한 전극 표면 연마 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 합금 등의 저항 점 용접 시 발생되는 전극 오염 문제를 해결하기 위한 전극 표면 연마 장치 및 이를 이용한 전극 표면 연마 방법에 관한 발명이다.

도 3에는 본 발명에 따른 패터닝(patterning) 유닛의 개념도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 따른 드레싱 공정 시 사용되는 드레싱 유닛의 개념도가 도시되어 있다.

저항 점 용접 시 오염되는 전극의 표면을 연마시키기 위한 본 발명의 전극 표면 연마 장치는 상기 전극(2, 4)의 표면에 일정 형상의 패턴을 형성시키기 위한 패터닝(patterning) 유닛(6)과, 상기 전극(2, 4)의 표면에 융착된 금속 물질을 제거하기 위한 드레싱(dressing) 유닛(10)을 포함하여 구성된다.

상기 패터닝 유닛(6)은 3D 프린팅을 이용하여 제작되는 것으로, 상기 패터닝 유닛(6)은 기둥 형상이며, 일정 높이 부분을 기준으로 상하부가 서로 대칭이 되도록 형성된다.

상기 패터닝 유닛(6)의 상면 및 하면은 상기 상면 및 하면에 각각 접촉되는 상기 전극(2, 4)의 표면 형상과 대응되는 형상의 단면으로 형성되는 것으로, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 전극(2, 4)의 표면이 볼록하게 돌출되어 형성될 때 상기 패터닝 유닛(6)의 상면 및 하면은 상기 전극(2, 4)의 볼록한 부분에 대응되는 크기의 오목한 형상으로 형성된다.

도 5에는 본 발명에 따른 패터닝 유닛에 형성된 패턴의 제1실시예가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명에 따른 패터닝 유닛에 형성된 패턴의 제2실시예가 도시되어 있다.

상기 패터닝 유닛(6)의 상기 상면 및 하면 각각에는 일정 형상의 패턴이 형성된다.

상기 패턴은 복수 개의 돌출부(8)로 형성되는 것으로, 상기 돌출부(8)는 다각 형상의 단면 또는 반구 형상의 단면을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 돌출부(8)가 상기 다각 형상의 단면으로 형성되는 경우 상기 돌출부(8)는 한 변의 길이가 2mm 내지 3mm가 되도록 형성되며, 상기 돌출부(8)가 반구 형상의 단면으로 형성되는 경우 상기 돌출부(8)의 직경은 2mm 내지 3mm가 되도록 형성된다.

이는 상기 패턴의 조밀성을 위한 것으로, 일반적으로 상기 돌출부(8)는 서로 일정 간격으로 균일하게 정렬되도록 형성되지만, 비정렬 상태 즉, 불균일한 형태의 패턴으로도 형성될 수 있다.

또한, 상기 패터닝 유닛(6)은 3D 프린팅을 이용하여 제작되기 때문에 제작자의 의도에 따라 상기 돌출부(8)가 기하학적인 형상의 단면을 갖도록 형성될 수도 있다.

상기 패터닝 유닛(6)의 상면과 하면에 형성된 상기 패턴은 일반적으로 상기 패터닝 유닛(6)의 상면과 하면에 서로 동일한 형상으로 형성되지만, 제작자의 의도에 따라 서로 다른 형상으로 형성될 수도 있다.

도 7에는 본 발명에 따른 패터닝 유닛에 의해 전극에 형성된 패턴의 사진이 도시되어 있다.

하기에서는 상기에서 설명한 본 발명의 전극 표면 연마 장치를 이용한 전극 표면 연마 방법에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 전극 표면 연마 방법은,

상부 전극(2)과 하부 전극(4) 사이에 상기 패터닝 유닛(6)을 위치시키는 단계;

용접 건 샹크의 상하 가압으로 인해 상기 상부 전극(2)과 상기 하부 전극(4)이 상기 패터닝 유닛(6)을 향하여 이동하는 단계;

상기 용접 건 샹크의 상하 가압이 지속되면서 상기 패터닝 유닛(6)에 형성된 상기 패턴이 상기 상부 전극(2)의 표면과 상기 하부 전극(4)의 표면에 각각 형성되는 단계;를 포함하여 진행된다.

상기 상부 전극(2)과 하부 전극(4) 사이에 상기 패터닝 유닛(6)을 위치시키는 단계 이전에, 상기 드레싱 유닛(10)을 이용하여 저항 점 용접 시 상기 상부 전극(2)과 상기 하부 전극(4)에 융착된 금속 물질을 제거하기 위한 드레싱 공정이 진행된다.

도 8에는 본 발명에 따른 드레싱 공정 시 공정 전/후의 전극 표면 사진이 도시되어 있다.

상기 드레싱 유닛(10)은 회전하면서 상기 상부 전극(2) 및 상기 하부 전극(4)에 융착된 전극 오염층을 제거하게 된다.

상기 드레싱 유닛(10)을 이용한 드레싱 공정 이후, 상기 상부 전극(2)과 하부 전극(4) 사이에 상기 패터닝 유닛(6)을 위치시키게 된다.

상기 상부 전극(2)과 상기 하부 전극(4) 사이에 상기 패터닝 유닛(6)이 위치하게 되면, 상기 용접 건 샹크의 상하 가압에 의해 상기 상부 전극(2)과 상기 하부 전극(4)이 상기 패터닝 유닛(6)을 향하여 이동하게 된다. 이때, 상기 상부 전극(2)은 상기 패터닝 유닛(6)의 상면을 향하고, 상기 하부 전극(4)은 상기 패터닝 유닛(6)의 하면을 향하여 이동하게 된다.

상기 용접 건 샹크의 상하 가압이 지속되면서 상기 패터닝 유닛(6)에 형성된 상기 패턴이 상기 상부 전극(2)의 표면과 상기 하부 전극(4)의 표면에 각각 형성되어진다.

도 9에는 일반적인 전극을 이용한 저항 점 용접 시 타점 증가에 따른 전극 표면의 사진이 도시되어 있고, 도 10에는 본 발명의 패터닝 유닛에 의해 패터닝 된 전극을 이용한 저항 점 용접 시 타점 증가에 따른 전극 표면의 사진이 도시되어 있다.

도 9와 도 10의 비교 결과, 일반적인 전극을 이용한 저항 점 용접 시에는 41타점 부근에서 전극의 오염이 발생되지만, 본 발명의 패터닝 유닛(6)에 의해 패터닝 된 전극을 이용한 저항 점 용접 시에는 136타점 부근에서 전극의 오염이 발생되는 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 패터닝 유닛(6)에 의해 패터닝 된 전극을 이용한 저항 점 용접 시 타점별 전극의 오염도가 현저하게 감소하는 것을 확인할 수 있다.

도 11에는 일반적인 전극을 이용한 저항 점 용접 시 용접된 시편의 단면 형상이 도시되어 있고, 도 12에는 본 발명의 패터닝 유닛에 의해 패터닝 된 전극을 이용한 저항 점 용접 시 용접된 시편의 단면 형상이 도시되어 있다.

도 11과 도 12의 비교 결과, 일반적인 전극을 이용한 저항 점 용접 시 용접된 시편은 도면상 너깃의 형상이 상기 시편의 하부에 집중되어 있으며, 1타점부터 전극의 오염이 눈에 띄게 발생하는 것을 확인할 수 있다.

반면에, 본 발명의 패터닝 유닛에 의해 패터닝 된 전극을 이용한 저항 점 용접 시 용접된 시편은 도면상 너깃의 형상이 상기 시편의 중앙부에 집중되어 발생된다. 또한, 초기 타점에서는 전극의 오염이 발생되지 않으며, 전극의 오염이 발생되는 타점 또한 일반적인 전극을 이용한 저항 점 용접 시 용접된 시편 보다 늦은 것을 확인할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

2 : 상부 전극
4 : 하부 전극
6 : 패터닝 유닛
8 : 돌출부
10 : 드레싱 유닛

Claims (14)

1. 저항 점 용접 시 오염되는 전극의 표면을 연마시키기 위한 전극 표면 연마 장치에 있어서,
   상기 전극의 표면에 일정 형상의 패턴을 형성시키기 위한 패터닝(patterning) 유닛; 및
   상기 전극의 표면에 융착된 금속 물질을 제거하기 위한 드레싱 유닛;을 포함하며,
   상기 패터닝 유닛은 3D 프린팅을 이용하여 제작되고,
   상기 패턴은 복수 개의 돌출부로 형성되고,
   상기 돌출부는 다각 형상의 단면을 가지며,
   상기 돌출부는 한 변의 길이가 2mm 내지 3mm이고,
   용접 건 샹크의 상하 가압에 의해 상기 패터닝 유닛에 형성된 상기 패턴이 상기 상부 전극의 표면과 상기 하부 전극의 표면에 각각 형성되는 것
   을 특징으로 하는 전극 표면 연마 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 패터닝 유닛은 기둥 형상이며, 일정 높이 부분을 기준으로 상하부가 서로 대칭인 것을 특징으로 하는 전극 표면 연마 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 패터닝 유닛의 상면 및 하면은 상기 상면 및 하면 각각에 접촉되는 상기 전극의 표면 형상과 대응되는 형상의 단면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 표면 연마 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 패터닝 유닛의 상기 상면 및 하면 각각에는 일정 형상의 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 표면 연마 장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 저항 점 용접 시 사용되는 전극의 표면에 일정 형상의 패턴을 형성시키기 위해 3D 프린팅을 이용하여 제작되는 패터닝(patterning) 유닛; 및
    상기 전극의 표면에 융착된 금속 물질을 제거하기 위한 드레싱 유닛;을 포함하는 전극 표면 연마 장치를 이용한 전극 표면 연마 방법에 있어서,
    상부 전극과 하부 전극 사이에 상기 패터닝 유닛을 위치시키는 단계;
    용접 건 샹크의 상하 가압으로 인해 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 상기 패터닝 유닛을 향하여 이동하는 단계;
    상기 용접 건 샹크의 상하 가압이 지속되면서 상기 패터닝 유닛에 형성된 상기 패턴이 상기 상부 전극의 표면과 상기 하부 전극의 표면에 각각 형성되는 단계;를 포함하며,
    상기 용접 건 샹크의 상하 가압이 지속되면서 상기 패터닝 유닛에 형성된 상기 패턴이 상기 상부 전극의 표면과 상기 하부 전극의 표면에 각각 형성되는 단계에서,
    상기 패턴은 복수 개의 돌출부로 형성되고,
    상기 돌출부는 다각 형상의 단면을 가지며, 한 변의 길이가 2mm 내지 3mm인 것
    을 특징으로 하는 전극 표면 연마 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 용접 건 샹크의 상하 가압으로 인해 상기 상부 전극과 상기 하부 전극이 상기 패터닝 유닛을 향하여 이동하는 단계에서,
    상기 상부 전극은 상기 패터닝 유닛의 상면을 향하고, 상기 하부 전극은 상기 패터닝 유닛의 하면을 향하여 이동하는 것을 특징으로 하는 전극 표면 연마 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 상부 전극과 하부 전극 사이에 상기 패터닝 유닛을 위치시키는 단계 이전에,
    상기 드레싱 유닛을 이용하여 저항 점 용접 시 상기 상부 전극과 상기 하부 전극에 융착된 금속 물질을 제거하기 위한 드레싱 공정이 진행되는 것을 특징으로 하는 전극 표면 연마 방법.

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