KR102299733B1 - Welding method for aluminium sheet and carbon fiber reinforced plastics sheet - Google Patents

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Abstract

알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법은 CFRP 복합판재와 알루미늄 판재를 상호 겹친 상태로 지그 상의 전자 마그네틱 상에 상기 알루미늄 판재를 상부로 하여 로딩하는 로딩단계; 상기 지그의 상부에 구성되는 작동 실린더에 의해 승하강하는 히팅금형을 하강시켜 상기 CFRP 복합판재에 대해 알루미늄 판재를 가압함과 동시에 상기 히팅금형의 둘레에 일체로 구성된 금속 가이더를 상기 알루미늄 판재의 상면에 접촉시킨 상태로, 상기 지그 상의 전자 마그네틱을 작동하여 자력으로 상기 금속 가이더를 끌어당겨 상기 CFRP 복합판재와 알루미늄 판재를 상호 압착하는 압착단계; 상기 압착단계의 상태에서, 히팅금형을 열원으로 상기 알루미늄 판재를 가열하면서 열전달에 의해 상기 CFRP 복합판재를 비점까지 가열하여 용융수지 내에 발생되는 고압버블이 접합 경계면에서 터지면서 상기 알루미늄 판재의 접합부 표면을 거칠게 하여 상기 CFRP 복합판재의 용융수지가 상기 접합부 표면에 침투 및 고화시켜 접합하는 가열접합단계를 포함한다.A method of bonding an aluminum plate and a carbon fiber reinforced plastic composite plate is disclosed. The bonding method of an aluminum plate and a carbon fiber reinforced plastic composite plate according to an embodiment of the present invention is a loading step of loading the aluminum plate with the aluminum plate as the upper part on the electronic magnetic on the jig in a state where the CFRP composite plate and the aluminum plate are overlapped with each other; A metal guider integrally formed around the heating mold is placed on the upper surface of the aluminum plate while pressing the aluminum plate against the CFRP composite plate by lowering the heating mold that is raised and lowered by the working cylinder configured on the upper part of the jig. A pressing step of mutually pressing the CFRP composite plate and the aluminum plate by pulling the metal guider by magnetic force by operating the electromagnetic magnet on the jig in a contact state; In the state of the pressing step, while heating the aluminum plate with a heating mold as a heat source, the CFRP composite plate is heated to a boiling point by heat transfer, and high-pressure bubbles generated in the molten resin burst at the joint interface, and the surface of the joint of the aluminum plate It includes a heat bonding step in which the molten resin of the CFRP composite sheet is roughened to penetrate and solidify the surface of the bonding portion to be bonded.

Description

알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법{WELDING METHOD FOR ALUMINIUM SHEET AND CARBON FIBER REINFORCED PLASTICS SHEET} Bonding method of aluminum plate and carbon fiber reinforced plastic composite plate

본 발명은 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 별도의 본딩이나 체결부품 없이 강판과 CFRP 복합판재를 히팅금형에 의한 접촉 가열을 열원으로 하여 접합하는 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bonding method of an aluminum plate and a carbon fiber reinforced plastic composite plate, and more particularly, an aluminum plate for joining a steel plate and a CFRP composite plate with a heating mold as a heat source without separate bonding or fastening parts. And to a bonding method of carbon fiber reinforced plastic composite plate.

일반적으로 산업분야에서 두 금속판재를 상호 겹치기 접합하기 위해서는 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저빔을 이용한 레이저 용접이나, 스폿 용접기를 이용한 전기저항 용접이 주로 적용된다. In general, in order to overlap and bond two metal plates to each other in the industrial field, laser welding using a laser beam output from a laser oscillator or electric resistance welding using a spot welding machine is mainly applied.

도 1에서는 일반적인 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접 공정도이다。1 is a laser welding process diagram by a general laser welding system.

도 1을 참조하면, 레이저빔(LB)을 이용하여 강판 소재를 용접하기 위한 일반적인 레이저 용접 시스템은 로봇(1)의 아암(3) 선단에 레이저 헤드(5)가 설치되고, 이 레이저 헤드(5)는 레이저 발진기(7)와 연결된다. Referring to FIG. 1 , in a general laser welding system for welding a steel sheet material using a laser beam LB, a laser head 5 is installed at the tip of an arm 3 of a robot 1, and the laser head 5 ) is connected to the laser oscillator 7 .

상기 로봇(1)은 로봇 제어기(C)에 의해 거동 제어되어 상기 레이저 헤드(5)를 소재(9)의 용접패턴을 따라 이동시키면서 레이저빔(LB)이 조사되도록 하여 용접작업을 진행하게 된다. The robot 1 is controlled by the robot controller C to move the laser head 5 along the welding pattern of the material 9 while irradiating the laser beam LB to perform the welding operation.

한편, 최근에는 차체의 고강도 경량화의 추세에 따라 차체 소재로 금속판재 또는 비철금속판재뿐만 아니라 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: CARBON FIBER REINFORCED PLASTICS, 이하, CFRP라 칭함)으로 이루어지는 복합판재를 적용하는 사례가 빈번해 졌다. On the other hand, recently, in accordance with the trend of high strength and light weight of the car body, it is frequently used as a car body material consisting of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP: CARBON FIBER REINFORCED PLASTICS, hereinafter referred to as CFRP) as well as a metal plate or non-ferrous metal plate. lost.

탄소섬유를 이용한 CFRP는 강도, 탄성률, 경량성, 안정성이 우수하기 때문에, 높은 성능이 요구되는 항공이나 자동차 분야에서는 주요한 재료 중 하나로 각광받고 있으며, 경제적인 조건만 해결되면 향후 사용이 더욱 확대되고, CFRP의 제조량이 비약적으로 증가될 것으로 기대된다.CFRP using carbon fiber has excellent strength, modulus, lightness, and stability, so it is in the spotlight as one of the main materials in aviation and automobile fields that require high performance. It is expected that the production amount of CFRP will increase dramatically.

특히, 자동차 산업에서의 CFRP는 탄소섬유를 주로 에폭시나 플라스틱 등의 수지의 심으로 제조하여 많이 사용하는 추세이다. 즉, CFRP는 탄소섬유를 와인딩 모양이나 직물 모양으로 제조한 후, 수지류에 함침하여 경화시킨 것으로서, 고강도, 고탄성의 경량소재로 주목받고 있는 첨단 복합 재료이며, 비금속재이다. In particular, CFRP in the automobile industry is mainly used by manufacturing carbon fiber as a core of resin such as epoxy or plastic. That is, CFRP is a high-tech composite material that is attracting attention as a lightweight material with high strength and high elasticity, and is a non-metal material, which is manufactured by manufacturing carbon fibers in a winding shape or a fabric shape, and then impregnated with resins to harden them.

이러한 CFRP에서 수지류는 경도가 우수한 반면, 인장강도가 약해 쉽게 끊어지고, 탄소섬유는 인장강도가 높지만 굽힘 반발력이 없기 때문에 이 둘을 결합하는 것이다. In this CFRP, resins have excellent hardness, but are easily broken due to weak tensile strength.

또한, 탄소섬유는 같은 부피의 스틸에 비해 1/4의 무게로 경량화가 가능하고, 인장강도는 10배나 강하여 강성 확보에 유리하며, 성형성 역시 좋다는 이점이 있다. In addition, carbon fiber can be reduced in weight by 1/4 of the weight of steel of the same volume, and its tensile strength is 10 times stronger, which is advantageous for securing rigidity and has good formability.

그러나 상기한 바와 같은 CFRP를 차체에 적용하기 위해서는 이를 대체하기 어려운 부분에 적용되는 강판 또는 알루미늄 판재 등과의 접합이 가능해야 하는데, 두 소재의 물성적 특성에 의해 종래와 같이 레이저 용접이나 스폿 용접은 불가능한 단점이 있어, 주로 본딩이나 체결부품을 이용한 기계적 접합이 이루어지고 있다.However, in order to apply CFRP as described above to a vehicle body, it must be possible to join a steel plate or an aluminum plate applied to a part that is difficult to replace it. There is a disadvantage, and mechanical bonding is mainly performed using bonding or fastening parts.

특히, 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 종래의 접합방법에 따른 본딩이나 기계적 접합을 위해서는 설계치수를 벗어나지 않도록 설계단계에서부터 치수가 고려되어야 하며, 이에 따른 레이아웃 상의 자유도가 낮은 단점이 있어 새로운 접합방법의 연구개발이 시급한 문제이다.In particular, for bonding or mechanical bonding according to the conventional bonding method between an aluminum plate and a carbon fiber reinforced plastic composite plate, the dimensions must be considered from the design stage so as not to deviate from the design dimensions, and accordingly, there is a disadvantage in that the degree of freedom in the layout is low. Research and development of methods is an urgent issue.

상기와 같은 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in the background section as described above are prepared to enhance the understanding of the background of the invention, and may include matters that are not already known to those of ordinary skill in the art to which this technology belongs.

본 발명의 실시 예는 별도의 본딩이나 체결부품 없이 알루미늄 판재와 CFRP 복합판재를 겹쳐서 전자 마그네틱의 자력을 이용하여 상호 압착한 상태로, 히팅금형에 의한 접촉 가열을 통해 알루미늄 판재와 CFRP 복합판재의 비점(boiling point) 차이를 이용하여 접합하는 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법을 제공하고자 한다. An embodiment of the present invention is a state in which an aluminum plate and a CFRP composite plate are overlapped without a separate bonding or fastening part and pressed together using the magnetic force of an electromagnetic magnetic force. An object of the present invention is to provide a bonding method between an aluminum plate and a carbon fiber reinforced plastic composite plate, which is joined by using the difference (boiling point).

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법에 있어서, CFRP 복합판재와 알루미늄 판재를 상호 겹친 상태로 지그 상의 전자 마그네틱 상에 상기 알루미늄 판재를 상부로 하여 로딩하는 로딩단계; 상기 지그의 상부에 구성되는 작동 실린더에 의해 승하강하는 히팅금형을 하강시켜 상기 CFRP 복합판재에 대해 알루미늄 판재를 가압함과 동시에 상기 히팅금형의 둘레에 일체로 구성된 금속 가이더를 상기 알루미늄 판재의 상면에 접촉시킨 상태로, 상기 지그 상의 전자 마그네틱을 작동하여 자력으로 상기 금속 가이더를 끌어당겨 상기 CFRP 복합판재와 알루미늄 판재를 상호 압착하는 압착단계; 상기 압착단계의 상태에서, 히팅금형을 열원으로 상기 알루미늄 판재를 가열하면서 열전달에 의해 상기 CFRP 복합판재를 비점까지 가열하여 용융수지 내에 발생되는 고압버블이 접합 경계면에서 터지면서 상기 알루미늄 판재의 접합부 표면을 거칠게 하여 상기 CFRP 복합판재의 용융수지가 상기 접합부 표면에 침투 및 고화시켜 접합하는 가열접합단계를 포함하는 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법을 제공할 수 있다.In one or more embodiments of the present invention, in the bonding method of the aluminum plate and the carbon fiber reinforced plastic composite plate, the aluminum plate is loaded on the electronic magnetic on the jig in a state in which the CFRP composite plate and the aluminum plate are overlapped with each other. a loading step; A metal guider integrally formed around the heating mold is placed on the upper surface of the aluminum plate while pressing the aluminum plate against the CFRP composite plate by lowering the heating mold that is raised and lowered by the working cylinder configured on the upper part of the jig. A pressing step of mutually pressing the CFRP composite plate and the aluminum plate by pulling the metal guider by magnetic force by operating the electromagnetic magnet on the jig in a contact state; In the state of the pressing step, while heating the aluminum plate with a heating mold as a heat source, the CFRP composite plate is heated to a boiling point by heat transfer, and high-pressure bubbles generated in the molten resin burst at the joint interface, and the surface of the joint of the aluminum plate It is possible to provide a bonding method of an aluminum sheet and a carbon fiber reinforced plastic composite sheet comprising a heat bonding step in which the molten resin of the CFRP composite sheet penetrates and solidifies the surface of the bonding portion by roughening and bonding.

또한, 상기 가열접합단계는 상기 알루미늄 판재의 상면에 대하여 히팅금형이 접촉 가열하여 알루미늄 판재로부터의 열전달에 의해 상기 CFRP 복합판재의 접합부 일정영역을 가열함과 동시에, 상기 알루미늄 판재의 접합부 표면이 상기 CFRP 복합판재의 접합부 일정영역에 부분 용입되도록 하는 단계; 상기 CFRP 복합판재의 접합부 일정영역이 비점에 도달하면, CFRP 복합판재의 접합부 일정영역의 용융수지 내부에 발생되는 고압버블이 급격하게 팽창하여 접합 경계면에서 터지면서 상기 부분 용입 상태인 알루미늄 판재의 접합부 표면을 거칠게 하는 단계; 상기 알루미늄 판재의 거칠어진 표면에 상기 CFRP 복합판재의 용융수지가 침투되는 단계; 상기 열원을 제거하고, 자연냉각을 통해 상기 CFRP 복합판재와 알루미늄 판재가 냉각되도록 하여 상기 알루미늄 판재의 거칠어진 표면에 침투된 상기 CFRP 복합판재의 용융수지가 고화되도록 하여 접합하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in the heating bonding step, the heating mold is heated in contact with the upper surface of the aluminum plate to heat a certain area of the joint of the CFRP composite plate by heat transfer from the aluminum plate, and at the same time, the surface of the joint of the aluminum plate is the CFRP Partially penetrating into a certain area of the joint of the composite plate; When a certain area of the joint portion of the CFRP composite plate reaches the boiling point, the high-pressure bubble generated inside the molten resin in a certain area of the joint portion of the CFRP composite plate rapidly expands and bursts at the joint interface, and the surface of the joint portion of the aluminum plate in the partial penetration state roughening; Infiltrating the molten resin of the CFRP composite plate into the roughened surface of the aluminum plate; Removing the heat source, allowing the CFRP composite plate and the aluminum plate to cool through natural cooling, so that the molten resin of the CFRP composite plate penetrated into the roughened surface of the aluminum plate is solidified, and bonding may include. .

또한, 상기 가열접합단계에서, 상기 열원에 의한 입열량은 2kJ/min ~ 2.4kJ/min 범위내에서 설정될 수 있다.In addition, in the heat bonding step, the amount of heat input by the heat source may be set within the range of 2 kJ/min to 2.4 kJ/min.

또한, 상기 가열접합단계에서, 상기 히팅금형은 전후진 구동하는 작동 실린더를 전진 구동하여 상기 히팅금형을 상기 알루미늄 판재에 접촉하여 가열할 수 있다.In addition, in the heating bonding step, the heating mold may be heated by contacting the heating mold with the aluminum plate by driving the working cylinder driven back and forth forward.

또한, 상기 CFRP 복합판재의 비점은 상기 알루미늄 판재의 융점보다 낮은 온도에서 설정될 수 있다.In addition, the boiling point of the CFRP composite plate may be set at a temperature lower than the melting point of the aluminum plate.

또한, 상기 CFRP 복합판재의 비점은 240℃ ~ 260℃ 온도범위 내에서 설정될 수 있다.In addition, the boiling point of the CFRP composite plate may be set within a temperature range of 240 ℃ ~ 260 ℃.

본 발명의 실시 예는 CFRP 복합판재에 대해 상기 알루미늄 판재를 겹쳐서 전자 마그네틱의 자력을 이용하여 상기 알루미늄 판재와 CFRP 복합판재를 상호 압착한 상태로, 상기 알루미늄 판재를 히팅금형에 의해 접촉 가열하여 열전달에 의해 상기 CFRP 복합판재를 비점까지 가열함으로써, CFRP 복합판재의 용융수지 내부에서 발생하는 고압버블이 터지면서 상기 알루미늄 판재의 접합부 표면을 거칠게 하고, 거칠어진 접합부 표면에 상기 CFRP 복합판재의 용융수지가 침투 및 고화되도록 하여 접합하는 것으로, 본딩이나 접착제 테이핑 또는 기계적 접합에 비하여 자동화 라인의 구현이 쉽고, 체결부품 등, 접합 부재료를 배제할 수 있어 설계치수를 고려할 필요가 없다는 이점이 있다.In an embodiment of the present invention, the aluminum plate is overlapped with respect to the CFRP composite plate, and the aluminum plate and the CFRP composite plate are pressed together using the magnetic force of an electromagnetic field, and the aluminum plate is heated by contact with a heating mold for heat transfer. By heating the CFRP composite plate to the boiling point by heating And by bonding to solidify, it is easier to implement an automated line compared to bonding, adhesive taping, or mechanical bonding, and there is an advantage in that there is no need to consider design dimensions because bonding auxiliary materials such as fastening parts can be excluded.

또한, 본딩 접합은 접착제 정적온도를 유지 관리해야 하는 반면, 주변 온도에 따른 접합강도의 편차가 없다는 이점도 있다. In addition, the bonding bonding has the advantage that there is no variation in bonding strength depending on the ambient temperature, while maintaining the static temperature of the adhesive.

도 1은 일반적인 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법에 따른 공정도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법에 따른 가열접합단계의 세부 공정도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법에 따라 접합된 시편의 접합부 단면도이다. 1 is a laser welding process diagram by a general laser welding system.
2 is a process diagram according to a bonding method of an aluminum plate and a carbon fiber reinforced plastic composite plate according to an embodiment of the present invention.
3 is a detailed process diagram of the heat bonding step according to the bonding method of the aluminum plate and the carbon fiber reinforced plastic composite plate according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a joint portion of a specimen joined according to the bonding method of an aluminum plate and a carbon fiber reinforced plastic composite plate according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법에 따른 공정도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법에 따른 가열접합단계의 세부 공정도이다.Figure 2 is a process diagram according to the bonding method of the aluminum plate and carbon fiber reinforced plastic composite plate according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a bonding method of the aluminum plate and carbon fiber reinforced plastic composite plate according to an embodiment of the present invention It is a detailed process diagram of the heat bonding step.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법은 알루미늄 판재(13)와 CFRP 복합판재(11)를 겹친 상태로 자력에 의해 상호 압착하여 히팅금형(30)에 의한 접촉 가열을 열원으로 알루미늄 판재(13)와 CFRP 복합판재(11)의 비점(boiling point) 차이를 이용하여 접합하는 것으로, 크게 로딩단계(S1), 압착단계(S2), 가열접합단계(S3)를 포함한다. 2, in the bonding method of the aluminum plate and the carbon fiber reinforced plastic composite plate according to an embodiment of the present invention, the aluminum plate 13 and the CFRP composite plate 11 are pressed together by magnetic force in an overlapping state to form a heating mold By using the contact heating by (30) as a heat source to join using the difference in boiling point between the aluminum plate 13 and the CFRP composite plate 11, it is largely a loading step (S1), a pressing step (S2), heating A bonding step (S3) is included.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법은 상기 CFRP 복합판재(11)의 비점이 상기 알루미늄 판재(13)의 융점보다 훨씬 낮은 온도에서 설정되는 조건에서 진행될 수 있으며, 통상의 알루미늄 판재(13)의 융점이 약 660℃ 라면, 상기 CFRP 복합판재(11)의 비점은 240℃ ~ 260℃ 온도범위 내에서 설정된다. That is, the bonding method of the aluminum plate and the carbon fiber reinforced plastic composite plate according to an embodiment of the present invention is carried out under the condition that the boiling point of the CFRP composite plate 11 is set at a temperature much lower than the melting point of the aluminum plate 13. If the melting point of the conventional aluminum plate 13 is about 660 ℃, the boiling point of the CFRP composite plate 11 is set within a temperature range of 240 ℃ ~ 260 ℃.

먼저, 상기 로딩단계(S1)는 CFRP 복합판재(11)와 알루미늄 판재(13)를 상호 겹친 상태로 지그(17) 상의 전자 마그네틱(19) 상면에 상기 알루미늄 판재(13)를 상부로 하여 로딩한다. First, in the loading step (S1), the aluminum plate 13 is loaded on the upper surface of the electronic magnetic 19 on the jig 17 in a state where the CFRP composite plate 11 and the aluminum plate 13 are overlapped with each other. .

이때, 상기 알루미늄 판재(13)는 상기 CFRP 복합판재(11)의 상부에 겹쳐진 상태로, 상기 CFRP 복합판재(11)와 함께 상기 지그(17) 상의 전자 마그네틱(19)의 상면에 로딩되고, 상기 CFRP 복합판재(11)와 알루미늄 판재(13)는 상호 접합부에 아무런 선처리 없이 상호 겹쳐진다. At this time, the aluminum plate 13 is loaded on the upper surface of the electronic magnetic 19 on the jig 17 together with the CFRP composite plate 11 in a state overlapped with the upper portion of the CFRP composite plate 11, and the The CFRP composite plate 11 and the aluminum plate 13 are superimposed on each other without any pretreatment at the mutual bonding portion.

이어서, 금속판재(13)와 CFRP 복합판재(11)는 상기 지그(17) 상의 전자 마그네틱(19)에 의해 상기 압착단계(S3)를 진행한다.Next, the metal plate 13 and the CFRP composite plate 11 are subjected to the pressing step (S3) by the electromagnetic magnet 19 on the jig 17 .

즉, 상기 압착단계(S3)는 상기 지그(17)의 상부에 구성되는 작동 실린더(40)의 작동로드 선단에 장착되는 상기 히팅금형(30)을 먼저 하강시킨다. That is, in the pressing step (S3), the heating mold 30 mounted on the tip of the working rod of the working cylinder 40 configured on the upper part of the jig 17 is first lowered.

이때, 상기 히팅금형(30)은 둘레에 금속 가이더(21)가 일체로 구성되며, 상기 히팅금형(30)의 하강으로 상기 CFRP 복합판재(11)에 대해 알루미늄 판재(13)를 가압함과 동시에 상기 히팅금형(30)의 둘레에 일체로 구성된 상기 금속 가이더(21)를 상기 알루미늄 판재(13)의 상면에 접촉시킨 상태로, 상기 지그(17) 상의 전자 마그네틱(19)을 작동시킨다. At this time, the heating mold 30 is integrally formed with a metal guider 21 on the periphery, and the aluminum plate 13 is pressed against the CFRP composite plate 11 by the descent of the heating mold 30 , and at the same time In a state in which the metal guider 21 integrally formed around the heating mold 30 is brought into contact with the upper surface of the aluminum plate 13 , the electromagnetic magnet 19 on the jig 17 is operated.

그러면, 제어기에서 공급되는 전원에 의해 상기 전자 마그네틱(19)이 자화하여 발생되는 강한 자력으로 상기 금속 가이더(21)를 더욱 강하게 끌어당겨 상기 CFRP 복합판재(11)와 알루미늄 판재(13)를 상호 압착시킨다. Then, the CFRP composite plate 11 and the aluminum plate 13 are mutually compressed by pulling the metal guider 21 more strongly with the strong magnetic force generated by the magnetization of the electro-magnetic 19 by the power supplied from the controller. make it

그리고 도 3을 참조하면, 상기 가열접합단계(S3)는 상기 전자 마그네틱(19)의 자력에 의해 끌어당겨지는 상기 금속 가이더(21)가 상기 CFRP 복합판재(11)와 알루미늄 판재(13)를 상호 일정압으로 압착한 상태에서, 히팅금형(30)에 의한 접촉 가열을 열원으로 하여 상기 알루미늄 판재(13)를 가열하고, 가열된 알루미늄 판재(13)의 열전달에 의해 상기 CFRP 복합판재(11)를 비점까지 가열되면, 이때 CFRP 복합판재(11)의 용융수지(R) 내부에서 발생되는 고압버블(B)이 접합 경계면에서 터지면서 상기 알루미늄 판재(13)의 접합부 표면(F)을 거칠게 하여 이 거칠어진 접합부 표면(F)에 상기 CFRP 복합판재(11)의 용융수지(R)가 침투되어 고화됨으로써, 접합이 이루어지도록 한다. And referring to FIG. 3, in the heat bonding step (S3), the metal guider 21, which is attracted by the magnetic force of the electro-magnetic 19, connects the CFRP composite plate 11 and the aluminum plate 13 to each other. In a state of being compressed at a constant pressure, the aluminum plate 13 is heated using contact heating by a heating mold 30 as a heat source, and the CFRP composite plate 11 is heated by heat transfer of the heated aluminum plate 13. When heated to the boiling point, at this time, the high-pressure bubble (B) generated inside the molten resin (R) of the CFRP composite plate (11) bursts at the joint interface and roughens the joint surface (F) of the aluminum plate (13) to make this rough The molten resin (R) of the CFRP composite plate material 11 penetrates and solidifies on the surface (F) of the true joint, so that the joint is made.

이러한 가열접합단계(S3)는 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.This heat bonding step (S3) will be described in more detail as follows.

즉, 상기 가열접합단계(S3)는 가열단계(S31), 표면처리단계(S32), 수지침투단계(S33), 및 냉각단계(S34)로 구분된다. That is, the heat bonding step (S3) is divided into a heating step (S31), a surface treatment step (S32), a resin penetration step (S33), and a cooling step (S34).

먼저, 상기 가열단계(S31)는 상기 지그(17) 상에서 전자 마그네틱(19)의 자력에 의해 상기 CFRP 복합판재(11)와 알루미늄 판재(13)가 상호 압착된 상태로, 상기 알루미늄 판재(13)의 상면에 대하여 히팅금형(30)이 접촉된 상태로 접촉 가열을 진행하며, 가열되는 알루미늄 판재(13)로부터의 열전달에 의해 상기 CFRP 복합판재(11)의 접합부 일정영역(Z)을 가열하고, 상기 알루미늄 판재(13)의 접합부 표면(F)은 상기 CFRP 복합판재(11)의 접합부 일정영역(Z)에 부분 용입(PP; Partial Penetration)된다. First, in the heating step (S31), the CFRP composite plate 11 and the aluminum plate 13 are pressed together by the magnetic force of the electromagnetic 19 on the jig 17, the aluminum plate 13 The heating mold 30 is in contact with the upper surface of the contact heating is carried out, and the junction portion Z of the CFRP composite plate 11 is heated by heat transfer from the heated aluminum plate 13, The joint surface F of the aluminum plate 13 is partially penetrated (PP) into the joint region Z of the CFRP composite plate 11 .

이때, 열원인 히팅금형(30)의 접촉 가열에 의해 알루미늄 판재(13)와 CFRP 복합판재(11)에 입열되는 입열량은 2kJ/min ~ 2.4kJ/min 범위내에서 설정되고, 상기 히팅금형(30)는 작동 실린더(40)의 작동로드 선단에 장착되며, 내부에 히팅코일(31)이 구성되어 상기 작동 실린더(40)의 전진 구동에 의해 상기 알루미늄 판재(13)에 접촉된 상태로 제어기(C)의 제어신호에 따라 알루미늄 판재(13)를 접촉 가열한다. At this time, the amount of heat input to the aluminum plate 13 and the CFRP composite plate 11 by contact heating of the heating mold 30, which is a heat source, is set within the range of 2 kJ/min to 2.4 kJ/min, and the heating mold ( 30) is mounted on the front end of the working rod of the working cylinder 40, and a heating coil 31 is configured therein so that it is in contact with the aluminum plate 13 by forward driving of the working cylinder 40. According to the control signal of C), the aluminum plate 13 is heated by contact.

여기서, 상기 히팅금형(30)는 출력제어에 의해 상기 알루미늄 판재(13)의 가열온도를 제어할 수 있다. Here, the heating mold 30 may control the heating temperature of the aluminum plate 13 by output control.

그리고 상기 표면처리단계(S32)는 상기와 같이, 가열단계(S31)에서, 알루미늄 판재(13)로부터의 열전달에 의해 상기 CFRP 복합판재(11)의 접합부 일정영역(Z)이 비점(약 250℃)에 도달하면, 이 비점에서 상기 CFRP 복합판재(11)의 접합부 일정영역(Z)의 용융수지(R) 내부에 고압버블(B)이 발생하여 급격하게 팽창하면서 상기 알루미늄 판재(13)와 CFRP 복합판재(11)의 접합 경계면으로 이동하여 터지면서 상기 알루미늄 판재(13)의 부분 용입(PP; Partial Penetration) 상태인 접합부 표면(F)에 데미지를 주어 접합부 표면(F)을 거칠게 한다. And in the surface treatment step (S32), as described above, in the heating step (S31), a certain region Z of the joint portion of the CFRP composite plate 11 by heat transfer from the aluminum plate 13 has a boiling point (about 250 ° C.) ), a high-pressure bubble (B) is generated inside the molten resin (R) in a certain area (Z) of the joint portion of the CFRP composite plate (11) at this boiling point and rapidly expands while the aluminum plate (13) and the CFRP As it moves to the bonding interface of the composite plate 11 and bursts, damage is given to the surface F of the joint in a partial penetration (PP) state of the aluminum plate 13 to roughen the surface of the joint (F).

여기서, 상기 접합부 표면(F)이 거칠다함은 상기 고압버블(B)이 상기 알루미늄 판재(13)와 CFRP 복합판재(11)의 접합 경계면 근처에서 급격한 압력 상승에 따라 팽창하여 터지면서 입열량에 의해 연화되어 CFRP 복합판재(11)의 용융부에 부분적으로 용입된 상기 알루미늄 판재(13)의 접합부 표면(F)에 데미지를 입혀 불규칙적인 미세 홈(G)을 형성한다는 의미이다.Here, the roughness of the joint surface (F) means that the high-pressure bubble (B) expands and bursts as the pressure rises rapidly near the joint interface between the aluminum plate (13) and the CFRP composite plate (11). It means that the softened and partially infiltrated into the molten portion of the CFRP composite plate 11 causes damage to the joint surface (F) of the aluminum plate (13) to form irregular microgrooves (G).

그리고 상기 수지침투단계(S33)는 상기와 같이 표면처리단계(S32)가 진행됨과 동시에, 상기 알루미늄 판재(13)의 거칠어진 접합부 표면(F)에 용융상태의 상기 CFRP 복합판재(11)의 용융수지(R)가 침투된다. And in the resin penetration step (S33), the surface treatment step (S32) proceeds as described above, and at the same time, the CFRP composite plate material 11 in a molten state on the rough joint surface F of the aluminum plate material 13 is melted. The resin (R) penetrates.

즉, 상기 표면처리단계(S32)와 상기 수지침투단계(S33)는 열원인 히팅금형(30)에 의한 가열이 종료될 때까지는 고압버블(B)이 계속 터지면서 알루미늄 판재(13)의 접합부 표면(F)을 거칠게 하고, 상기 거칠어진 접합부 표면(F)에 용융상태의 상기 CFRP 복합판재(11)의 용융수지(R)가 침투되는 과정이 반복적으로 진행된다. That is, in the surface treatment step (S32) and the resin penetration step (S33), the high-pressure bubble (B) continues to burst until the heating by the heating mold 30, which is a heat source, is finished, and the surface of the joint of the aluminum plate 13 (F) is roughened, and the process of infiltrating the molten resin (R) of the CFRP composite plate material 11 in a molten state into the roughened joint surface (F) is repeated.

이어서, 상기 냉각단계(S34)가 진행되는데, 상기 냉각단계(S34)에서는 상기 열원인 히팅금형(30)를 통한 접촉 가열을 중지하고, 자연냉각을 통해 상기 CFRP 복합판재(11)와 알루미늄 판재(13)가 서서히 냉각되도록 하여 상기 알루미늄 판재(13)의 거칠어진 접합부 표면(F)에 침투된 상기 CFRP 복합판재(11)의 용융수지(R)가 자연 고화되도록 하여 접합이 완료되도록 한다.Then, the cooling step (S34) proceeds. In the cooling step (S34), the contact heating through the heating mold 30, which is the heat source, is stopped, and the CFRP composite plate 11 and the aluminum plate material through natural cooling ( 13) is allowed to cool slowly so that the molten resin R of the CFRP composite plate 11 penetrated into the rough joint surface F of the aluminum plate 13 is naturally solidified to complete the joining.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법에 따라 접합된 시편의 접합부 단면도이다. 4 is a cross-sectional view of a joint portion of a specimen joined according to a bonding method of an aluminum plate and a carbon fiber reinforced plastic composite plate according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기한 바와 같은 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법에 의해 접합된 시편의 단면을 확대하여 살펴보면, CFRP 복합판재(11)와 알루미늄 판재(13)의 절단면의 A, B, C 영역의 각 접합 경계부에서, 상기 고압버블(B)이 터지면서 상기 알루미늄 판재(13)의 접합부 표면(F)에 형성된 불규칙적인 미세 홈(G) 내부로 상기 CFRP 복합판재(11)의 용융수지(R)가 침투하여 고화된 앵커 효과(AE; anchor effect)의 흔적을 확인할 수 있다. Referring to Figure 4, looking at the enlarged cross section of the specimen joined by the bonding method of the aluminum plate and the carbon fiber reinforced plastic composite plate as described above, the cut surface A of the CFRP composite plate 11 and the aluminum plate 13 , B, and C at each joint boundary of the region, the high-pressure bubble (B) bursts into the irregular micro-grooves (G) formed in the joint surface (F) of the aluminum plate (13) into the CFRP composite plate (11) Traces of the anchor effect (AE) that are solidified by penetration of the molten resin (R) of the can be confirmed.

이러한 앵커 효과(즉, 투묘 효과)에 의해 상기한 CFRP 복합판재와 알루미늄 판재는 기계적 결합력을 가지며 접합이 이루어진다.By this anchor effect (ie, anchoring effect), the CFRP composite plate and the aluminum plate have a mechanical bonding force and are bonded.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법은 히팅금형(30)에 의한 접촉 가열을 열원으로 알루미늄 판재(13)와 CFRP 복합판재(11)의 비점 차이를 이용하여 접합한 것과 같이, CFRP 복합판재(11)에 접합되는 소재로 알루미늄 판재(13)에 초점을 맞춘 접합방법이기는 하나, 스틸판재나, 마그네슘 합금강판 등도 상기 CFRP 복합판재(11)와의 비점 차이를 이용하여 접합에 응용할 수 있으며, 열원 제어를 통하여 동일한 접합강도도 확보할 수 있다. On the other hand, the bonding method of the aluminum plate material and the carbon fiber reinforced plastic composite plate material according to an embodiment of the present invention uses the contact heating by the heating mold 30 as a heat source to reduce the boiling point difference between the aluminum plate material 13 and the CFRP composite plate material 11. As a bonding method using the CFRP composite sheet 11 as a material to be bonded to the CFRP composite sheet 11, although it is a bonding method focusing on the aluminum sheet 13, the steel sheet, magnesium alloy steel sheet, etc. also have a boiling point difference with the CFRP composite sheet 11 It can be applied to bonding using , and the same bonding strength can be secured through heat source control.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법에 의하면, CFRP 복합판재(11)의 비점에서 CFRP 복합판재(11)의 용융수지(R) 내부에서 발생하는 고압버블(B)이 터지는 현상을 이용하여 알루미늄 판재(13)의 접합부 표면(F)을 거칠게 하고, 거칠어진 접합부 표면(F)에 상기 CFRP 복합판재(11)의 용융수지(R)가 침투 및 고화되도록 하여 앵커 효과(anchor effect)에 의해 접합하는 것으로, 기존의 본딩이나 접착제 테이핑 또는 기계적 접합에 비하여 자동화 라인의 구현이 쉽다. And according to the bonding method of the aluminum plate and the carbon fiber reinforced plastic composite plate according to the embodiment of the present invention, the high-pressure bubble generated inside the molten resin (R) of the CFRP composite plate 11 at the boiling point of the CFRP composite plate 11 (B) Roughen the joint surface (F) of the aluminum plate 13 using the bursting phenomenon, and the molten resin (R) of the CFRP composite plate 11 penetrates and solidifies on the roughened joint surface (F) Therefore, it is joined by the anchor effect, and it is easier to implement an automated line compared to conventional bonding, adhesive taping, or mechanical bonding.

또한, 소재가 되는 알루미늄 판재(13)와 CFRP 복합판재(11)에 대하여 별도의 선처리가 필요 없으며, 소재마다 상이한 열전도도와, 비점에서 발생되는 고압버블(B)의 불규칙한 유동궤적을 제어한다면, 건전한 접합영역(Z)을 확보할 수 있다. In addition, there is no need for separate pretreatment for the aluminum plate 13 and the CFRP composite plate 11, which are the raw materials, and if the irregular flow trajectory of the high-pressure bubble (B) generated at the boiling point and the different thermal conductivity for each material is controlled, a sound The junction region Z can be secured.

또한, 체결부품 등, 접합 부재료를 배제할 수 있어 설계치수를 고려할 필요가 없다.In addition, it is not necessary to consider the design dimensions because the joining materials such as fastening parts can be excluded.

또한, 본딩 접합은 접착제 정적온도를 유지 관리해야 하는 반면, 주변 온도에 따른 접합강도의 편차가 없다. In addition, while bonding bonding requires maintaining the static temperature of the adhesive, there is no variation in bonding strength depending on the ambient temperature.

또한, CFRP 복합판재(11)와 접합되는 판재를 알루미늄 판재(13)와 같은 비철금속판재 외에 스틸판재, 마그네슘 합금강판 등의 철금속판재에 적용할 수 있다.In addition, the plate material to be bonded to the CFRP composite plate 11 can be applied to a ferrous metal plate such as a steel plate, a magnesium alloy steel plate, in addition to a non-ferrous metal plate such as an aluminum plate 13 .

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.Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and it can be easily changed by a person skilled in the art from the embodiment of the present invention to equivalent It includes all changes to the extent recognized as such.

11: CFRP 복합판재
13: 알루미늄 판재
17: 지그
19: 전자 마그네틱
21: 금속블럭
30: 히팅금형
31: 히팅코일
40: 작동 실린더
C: 제어기
F: 접합부 표면
G: 미세홈
PP: 부분 용입
R: 용융수지
B: 고압버블
Z: CFRP 복합판재의 접합부 일정영역
AE: 앵커 효과11: CFRP composite plate
13: aluminum plate
17: jig
19: Electromagnetic
21: metal block
30: heating mold
31: heating coil
40: working cylinder
C: Controller
F: joint surface
G: microgroove
PP: partial penetration
R: melt
B: high pressure bubble
Z: Joint area of CFRP composite plate
AE: anchor effect

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법에 있어서,
CFRP 복합판재와 알루미늄 판재를 상호 겹친 상태로 지그 상의 전자 마그네틱 상에 상기 알루미늄 판재를 상부로 하여 로딩하는 로딩단계;
상기 지그의 상부에 구성되는 작동 실린더에 의해 승하강하는 히팅금형을 하강시켜 상기 CFRP 복합판재에 대해 알루미늄 판재를 가압함과 동시에 상기 히팅금형의 둘레에 일체로 구성된 금속 가이더를 상기 알루미늄 판재의 상면에 접촉시킨 상태로, 상기 지그 상의 전자 마그네틱을 작동하여 자력으로 상기 금속 가이더를 끌어당겨 상기 CFRP 복합판재와 알루미늄 판재를 상호 압착하는 압착단계;
상기 압착단계의 상태에서, 상기 알루미늄 판재의 상면에 대하여 히팅금형을 열원으로 2kJ/min ~ 2.4kJ/min 범위내에서 입열 가열하여 알루미늄 판재로부터의 열전달에 의해 상기 CFRP 복합판재의 접합부 일정영역을 가열함과 동시에, 상기 알루미늄 판재의 접합부 표면이 상기 CFRP 복합판재의 접합부 일정영역에 부분 용입되도록 하는 가열단계;
상기 CFRP 복합판재의 접합부 일정영역이 비점에 도달하면, CFRP 복합판재의 접합부 일정영역의 용융수지 내부에 발생되는 고압버블이 급격하게 팽창하여 접합 경계면에서 터지면서 상기 부분 용입 상태인 알루미늄 판재의 접합부 표면을 거칠게 하는 표면처리단계;
상기 알루미늄 판재의 거칠어진 표면에 상기 CFRP 복합판재의 용융수지가 침투되는 수지침투단계;
상기 열원을 제거하고, 자연냉각을 통해 상기 CFRP 복합판재와 알루미늄 판재가 냉각되도록 하여 상기 알루미늄 판재의 거칠어진 표면에 침투된 상기 CFRP 복합판재의 용융수지가 고화되도록 하여 접합하는 냉각단계;
를 포함하는 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법.In the bonding method of an aluminum plate and a carbon fiber reinforced plastic composite plate,
A loading step of loading the CFRP composite plate and the aluminum plate with the aluminum plate as the upper part on the electromagnetic magnet on the jig in a state of overlapping each other;
A metal guider integrally formed around the heating mold is placed on the upper surface of the aluminum plate while pressing the aluminum plate against the CFRP composite plate by lowering the heating mold that is raised and lowered by the working cylinder configured on the upper part of the jig. A pressing step of mutually pressing the CFRP composite plate and the aluminum plate by pulling the metal guider by magnetic force by operating the electromagnetic magnet on the jig in a contact state;
In the state of the pressing step, the heating mold is heated in the range of 2 kJ / min ~ 2.4 kJ / min as a heat source with respect to the upper surface of the aluminum plate to heat a certain area of the junction of the CFRP composite plate by heat transfer from the aluminum plate At the same time, a heating step of allowing the surface of the joint of the aluminum plate to be partially penetrated into a certain region of the joint of the CFRP composite plate;
When a certain area of the joint portion of the CFRP composite plate reaches the boiling point, the high-pressure bubble generated inside the molten resin in a certain area of the joint portion of the CFRP composite plate rapidly expands and bursts at the joint interface, and the surface of the joint portion of the aluminum plate in the partial penetration state a surface treatment step of roughening the
a resin penetration step in which the molten resin of the CFRP composite plate penetrates the roughened surface of the aluminum plate;
A cooling step of removing the heat source, allowing the CFRP composite plate and the aluminum plate to cool through natural cooling so that the molten resin of the CFRP composite plate penetrated into the roughened surface of the aluminum plate is solidified and joined;
A bonding method of an aluminum plate and a carbon fiber reinforced plastic composite plate comprising a. 제7항에 있어서,
상기 가열단계에서, 상기 히팅금형은 전후진 구동하는 작동 실린더를 전진 구동하여 상기 알루미늄 판재에 접촉되어 가열하는 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법. 8. The method of claim 7,
In the heating step, the heating mold is a bonding method of an aluminum plate and a carbon fiber reinforced plastic composite plate that is heated in contact with the aluminum plate by driving the working cylinder that drives forward and backward forward. 제7항에 있어서,
상기 CFRP 복합판재의 비점은
240℃ ~ 260℃ 온도범위 내에서 설정되는 알루미늄 판재와 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 접합방법. 8. The method of claim 7,
The boiling point of the CFRP composite plate is
A bonding method of an aluminum plate and a carbon fiber reinforced plastic composite plate set within a temperature range of 240°C to 260°C.
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