KR102392963B1 - 접합부의 비파괴 강도측정장치 - Google Patents

접합부의 비파괴 강도측정장치 Download PDF

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Abstract

접합부의 비파괴 강도측정방법 및 접합부의 비파괴 강도측정장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 접합부의 비파괴 강도측정방법은: 복수의 피접합부재를 겹치는 단계; 복수의 피접합부재가 접합되도록 리벳 접합기를 이용하여 복수의 피접합부재에 리벳을 압입하는 단계; 및 경도 측정기를 이용하여 리벳에 의해 압축된 가공경화부의 경도값을 측정하여 강도값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

접합부의 비파괴 강도측정장치{NON-DESTRUCTIVE STRENGTH MEASURING APPARATUS}
본 발명은 접합부의 비파괴 강도측정방법 및 접합부의 비파괴 강도측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 접합부의 강도값을 비파괴적이고 실시간으로 측정할 수 있는 접합부의 비파괴 강도측정방법 및 접합부의 비파괴 강도측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 및 우주항공 산업 등에는 높은 강도를 가지며 경량화된 소재가 요구된다. 이러한 소재로는 탄소섬유 강화플라스틱, 마그네슘합금 및 알루미늄합금 등의 고강도 경량소재가 적용될 수 있다.
고강도 경량소재는 용접이 어렵기 때문에 기계적 체결이나 접착제를 이용하여 접합한다. 기계적 체결방식으로는 피접합체에 삽입홀을 형성하지 않고 리벳을 피접합체에 직접 압입하는 방식이 적용된다.
그러나, 종래에는 피접합체의 접합부를 절단하고, 절단면에서 리벳의 삽입 정도를 측정하여 접합부의 신뢰성을 확인한다. 피접합체를 절단하면 실제 접합으로 사용이 불가능해진다. 따라서, 접합부의 신뢰성을 비파괴적으로 평가하는 기술이 필요하다.
또한, 피접합체에 압입된 리벳의 높이를 측정하여 접합부의 신뢰성을 평가하는 방법도 적용된다. 이러한 방식은 리벳이 피접합체에 압입될 때에 휘어지면 리벳의 삽입 깊이를 정확하게 측정할 수 없으므로, 접합부의 신뢰성을 확보하기 어려웠다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2016-0011060호(2016. 01. 29 공개, 발명의 명칭: 금속 패널의 리벳이음 검사방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 접합부의 강도값을 비파괴적이고 실시간으로 측정할 수 있는 접합부의 비파괴 강도측정방법 및 접합부의 비파괴 강도측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 접합부의 비파괴 강도측정방법은: 복수의 피접합부재를 겹치는 단계; 복수의 상기 피접합부재가 접합되도록 리벳 접합기를 이용하여 복수의 상기 피접합부재에 리벳을 압입하는 단계; 및 경도 측정기를 이용하여 상기 리벳에 의해 압축된 가공경화부의 경도값을 측정하여 강도값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
복수의 상기 피접합부재는 적어도 하나 이상의 난용접부재를 포함할 수 있다.
상기 난용접부재는 탄소섬유 강화플라스틱부재, 마그네슘합금부재 및 알루미늄합금부재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 가공경화부는 상기 리벳의 레그부에 의해 압착된 부분일 수 있다.
상기 경도 측정기를 이용하여 상기 리벳에 의해 압축된 상기 가공경화부의 상기 경도값을 측정하는 단계는, 상기 경도 측정기가 상기 가공경화부의 상기 경도값을 측정하는 단계; 및 제어부에서 상기 경도값을 통해 강도값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 경도 측정기는 상기 피접합부재의 하측에서 상기 가공경화부로 이동되어 상기 가공경화부의 상기 경도값을 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 접합부의 비파괴 강도측정장치는: 겹쳐진 복수의 피접합부재에 리벳을 압입하는 리벳 접합기; 상기 리벳에 의해 압축된 상기 피접합부재의 가공경화부의 경도값을 측정하는 경도 측정기; 및 상기 경도 측정기에서 측정되는 상기 경도값을 통해 강도값을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
복수의 상기 피접합부재는 적어도 하나 이상의 난용접부재를 포함할 수 있다.
상기 난용접부재는 탄소섬유 강화플라스틱부재, 마그네슘합금부재 및 알루미늄합금부재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 가공경화부는 상기 리벳의 레그부에 의해 압착된 부분일 수 있다.
상기 리벳 접합기는 상기 피접합부재의 상측에 이동 가능하게 배치되고, 상기 경도 측정기는 상기 피접합부재의 하측에 이동 가능하게 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 가공경화부의 경도값을 측정하여 접합부의 강도를 정확하게 확인할 수 있으므로, 접합부를 절단하지 않고 비파괴적으로 접합부의 강도를 측정할 수 있다. 또한, 경도 측정기에 의해 피접합부재의 강도를 실시간으로 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 리벳이 압입력에 의해 피접합체를 변형하는 경우 가공경화부의 경도가 현저히 증가하므로, 가공경화부의 경도 측정에 의해 접합부의 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정장치에서 리벳 접합기가 리벳을 피접합부재에 압입하는 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정장치에서 리벳이 피접합부재에 압입된 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정장치에서 리벳이 피접합부재에 압입된 상태를 개략적으로 도시한 배면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정장치에서 경도 측정기가 피접합부재의 가공경화부의 경도를 측정하는 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 접합강도를 측정하는 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정장치에서 경도값과 강도값의 상관 관계를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정방법을 개략적으로 도시한 플로우차트이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 접합부의 비파괴 강도측정방법 및 접합부의 비파괴 강도측정장치의 일 실시예를 설명한다. 접합부의 비파괴 강도측정방법 및 접합부의 비파괴 강도측정장치를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정장치를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정장치에서 리벳 접합기가 리벳을 피접합부재에 압입하는 상태를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정장치에서 리벳이 피접합부재에 압입된 상태를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정장치에서 리벳이 피접합부재에 압입된 상태를 개략적으로 도시한 배면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정장치에서 경도 측정기가 피접합부재의 가공경화부의 경도를 측정하는 상태를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 접합강도를 측정하는 상태를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정장치에서 경도값과 강도값의 상관 관계를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정장치는 리벳 접합기(110), 경도 측정기(120) 및 제어부(140)를 포함한다.
리벳 접합기(110)는 겹쳐진 복수의 피접합부재(11,13)에 리벳(20)을 압입한다. 리벳 접합기(110)는 피접합부재(11,13)에 삽입홀을 미리 가공하지 않고 리벳(20)을 피접합부재(11,13)에 직접 압입한다. 복수의 피접합부재(11,13)에 리벳(20)이 직접 압입되므로, 피접합부재(11,13)에 삽입홀을 미리 가공하지 않아도 된다. 따라서, 피접합부재(11,13)의 접합 시간 및 가공 속도를 현저히 증가시킬 수 있다.
복수의 피접합부재(11,13)는 적어도 하나 이상의 난용접부재를 포함한다. 예를 들면, 난용접부재는 탄소섬유 강화플라스틱부재(11)(CFRP: carbon fiber reinforced plastic), 알루미늄합금부재(13)(aluminium) 및 마그네슘합금부재(magnesium) 중 적어도 하나를 포함한다. 피접합부재(11,13)로는 난용접부재와 가용접부재가 함께 적용될 수 있다. 여기서, 난용접부재는 용접이 어려운 소재이고, 가용접부재는 용접이 가능한 소재를 의미한다. 피접합부재(11,13)가 난용접부재를 포함하므로, 자동차나 우주항공 분야에서 요구되는 강도를 충분히 증가시키면서도 경량화를 구현할 수 있다. 또한, 용접이 어려운 소재를 접합하여 필요한 부품을 생산할 수 있다.
가공경화부(15)는 피접합부재(11,13)에서 리벳(20)의 레그부(23)에 의해 압착된 부분이다. 가공경화부(15)는 하측의 피접합부재(11,13)에서 약간 돌출되게 형성될 수 있다. 가공경화부(15)는 리벳(20)의 레그부(23)의 형태에 대응되는 형태로 돌출된다.
리벳(20)이 피접합부재(11,13)에 압입되면, 피접합부재(11,13)의 소성변형에 따라 가공경화가 일어나고, 압축됨에 따라 연신된 그레인(grain)이 형성된다. 이때, 가공경화부(15)는 높은 경도값을 갖게 되므로, 접합부의 경도값에 따라 리벳(20)의 삽입 정도나 삽입 깊이를 판단할 수 있다.
경도 측정기(120)는 리벳(20)에 의해 압축된 피접합부재(11,13)의 가공경화부(15)의 경도값을 측정한다. 경도 측정기(120)는 다양한 형태가 적용될 수 있다.
이때, 리벳(20)이 피접합부재(11,13)에 압입될 때에 리벳(20)의 레그부(23)가 휘어짐에 따라 리벳(20)의 삽입 깊이가 낮으면, 가공경화부(15)의 경도가 충분히 높아지지 않는다. 또한, 리벳(20)이 피접합부재(11,13)에 충분히 깊게 압입되면, 가공경화부(15)의 경도가 현저히 증가된다. 또한, 리벳(20)이 과도하게 삽입되면, 가공경화부(15)가 매우 얇아짐에 따라 경도값이 현저히 높게 나올 수 있다. 이 경우에는 가공경화부(15)가 너무 얇기 때문에 접합부가 진동 등의 외부환경에 의해 제품의 실제 사용 중에 가공경화부(15)에서 균열이 발생될 수 있다. 따라서, 가공경화부(15)의 경도값을 측정하여 접합부의 강도를 정확하게 확인할 수 있으므로, 접합부를 절단하지 않고 비파괴적으로 접합부의 강도를 측정할 수 있다. 또한, 경도 측정기(120)에 의해 피접합부재(11,13)의 강도를 실시간으로 확인할 수 있다. 또한, 리벳(20)이 압입력에 의해 휘어지는 경우 가공경화부(15)의 경도가 충분히 높아지지 않는다.
접합강도 측정기(130)는 복수의 피접합부재(11,13)의 접합강도를 측정한다. 이때, 접합강도 측정기(130)는 리벳(20)에 의해 접합된 피접합부재(11,13)의 양측을 잡아당겨 접합강도를 측정한다. 접합강도 측정기(130)는 다양한 형태가 적용될 수 있다.
제어부(140)는 경도 측정기(120)에서 측정되는 경도값을 통해 강도값을 산출한다. 경도값과 접합강도값이 비례하는 것을 실험적으로 확인할 수 있었다. 따라서, 경도값을 측정하여 접합강도값을 거의 정확하게 산출할 수 있다.
리벳 접합기(110)는 피접합부재(11,13)의 상측에 이동 가능하게 배치되고, 경도 측정기(120)는 피접합부재(11,13)의 하측에 이동 가능하게 배치된다. 따라서, 리벳(20)이 피접합부재(11,13)에 압입된 후 피접합부재(11,13)를 뒤집지 않고 가공경화부(15)의 경도를 측정하므로, 경도 측정기(120)의 경도 측정 시간을 현저히 단축시킬 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정방법에 관해 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 접합부의 비파괴 강도측정방법을 개략적으로 도시한 플로우차트이다.
도 8을 참조하면, 복수의 피접합부재(11,13)의 일부분을 겹친다(S11). 이때, 복수의 피접합부재(11,13)는 일정폭이 겹쳐진다.
복수의 피접합부재(11,13)가 접합되도록 리벳 접합기(110)를 이용하여 복수의 피접합부재(11,13)에 리벳(20)을 압입하여 접합부를 접합한다(S12). 이때, 리벳(20)은 피접합부재(11,13)의 접합부에 압입된다. 가공경화부(15)는 피접합부재(11,13)에서 리벳(20)의 레그부(23)에 의해 압착된 부분이다. 가공경화부(15)는 하측의 피접합부재(11,13)에서 약간 돌출되게 형성될 수 있다.
이때, 복수의 피접합부재(11,13)는 적어도 하나 이상의 난용접부재를 포함한다. 예를 들면, 난용접부재는 탄소섬유 강화플라스틱부재(11), 알루미늄합금부재(13) 및 마그네슘합금부재 중 적어도 하나를 포함한다. 피접합부재(11,13)로는 난용접부재와 가용접부재가 함께 적용될 수 있다. 피접합부재(11,13)가 난용접부재를 포함하므로, 자동차나 우주항공 분야에서 요구되는 강도를 충분히 증가시키면서도 경량화를 구현할 수 있다. 또한, 용접이 어려운 소재를 접합하여 필요한 부품을 생산할 수 있다.
리벳(20)이 피접합부재(11,13)에 압입되면, 피접합부재(11,13)의 소성변형에 따라 가공경화가 일어나고, 압축됨에 따라 연신된 그레인(grain)이 형성된다. 가공경화부(15)는 높은 경도값을 갖게 되므로, 접합부의 경도에 따라 리벳(20)의 삽입 정도나 삽입 깊이를 판단할 수 있다.
경도 측정기(120)를 이용하여 리벳(20)에 의해 압축된 가공경화부(15)의 경도값을 측정하고(S13), 제어부(140)에서는 경도 측정기(120)에서 측정된 경도값을 통해 강도값을 산출한다(S14). 즉, 경도 측정기(120)가 가공경화부(15)의 경도값을 측정하고(S13), 접합강도 측정기(130)가 복수의 피접합부재(11,13)를 인장시킴에 따라 접합강도값을 측정한다. 접합강도 시험을 실시함으로써, 경도값이 강도값에 일정하게 비례한다는 것을 확인할 수 있다. 도 7에서 세모마크를 포함하는 그래프(H)는 경도값(Hardness)로 나타내고, 네모마크를 포함하는 그래프(S)는 강도값(Strength)으로 나타내었다.
이때, 리벳(20)이 피접합부재(11,13)에 압입될 때에 리벳(20)의 레그부(23)가 휘어짐에 따라 리벳(20)의 삽입 깊이가 낮으면, 가공경화부(15)의 경도가 충분히 높아지지 않는다. 또한, 리벳(20)이 피접합부재(11,13)에 충분히 깊게 압입되면, 가공경화부(15)의 경도가 현저히 증가된다. 또한, 리벳(20)이 과도하게 삽입되면, 가공경화부(15)가 매우 얇아짐에 따라 경도값이 현저히 높게 나올 수 있다. 이 경우에는 가공경화부(15)가 너무 얇기 때문에 접합부가 진동 등의 외부환경에 의해 제품의 실제 사용 중에 가공경화부(15)에서 균열이 발생될 수 있다. 따라서, 가공경화부(15)의 경도값을 측정하여 접합부의 접합강도를 정확하게 확인할 수 있으므로, 접합부를 절단하지 않고 비파괴적으로 접합부의 강도를 측정할 수 있다. 또한, 경도 측정기(120)에 의해 피접합부재(11,13)의 접합강도를 실시간으로 확인할 수 있다.
또한, 경도 측정기(120)는 피접합부재(11,13)의 하측에서 가공경화부(15)로 이동되어 가공경화부(15)의 경도값을 측정한다. 따라서, 리벳(20)이 피접합부재(11,13)에 압입된 후 피접합부재(11,13)를 뒤집지 않고 가공경화부(15)의 경도를 측정하므로, 경도 측정기(120)의 경도 측정 시간을 현저히 단축시킬 수 있다. 또한, 리벳(20)이 압입력에 의해 휘어지는 경우 가공경화부(15)의 경도가 충분히 높아지지 않는다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
11: 탄소섬유 강화플라스틱부재 13: 알루미늄부재
15: 가공경화부 20: 리벳
21: 헤드부 23: 레그부
110: 리벳 접합기 120: 경도 측정기
130: 접합강도 측정기 140: 제어부

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 겹쳐진 복수의 피접합부재에 리벳을 압입하는 리벳 접합기;
    상기 리벳에 의해 압축된 상기 피접합부재의 가공경화부의 경도값을 측정하는 경도 측정기; 및
    상기 경도 측정기에서 측정되는 상기 경도값을 통해 상기 복수의 피접합부재의 접합강도값을 산출하는 제어부를 포함하고,
    상기 리벳 접합기는 상기 피접합부재의 상측에 이동 가능하게 배치되고,
    상기 경도 측정기는 상기 피접합부재의 하측에 이동 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 접합부의 비파괴 강도측정장치.
  8. 제7항에 있어서,
    복수의 상기 피접합부재는 적어도 하나 이상의 난용접부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합부의 비파괴 강도측정장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 난용접부재는 탄소섬유 강화플라스틱부재, 마그네슘합금부재 및 알루미늄합금부재 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합부의 비파괴 강도측정장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 가공경화부는 상기 리벳의 레그부에 의해 압착된 부분인 것을 특징으로 하는 접합부의 비파괴 강도측정장치.
  11. 삭제
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