KR102400274B1 - 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법 - Google Patents

Abstract

접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법은 이종소재로 이루어진 상부판재와 하부판재를 상호 접합하는 접합 하드웨어를 이용한 이송소재의 접합방법으로서, 상기 하부판재의 상부에, 관통홀이 가공된 상기 상부판재를 안착하는 소재로딩단계, 상기 관통홀에 상기 접합 하드웨어의 첨단부가 대응되도록 로딩시키고, 상기 접합 하드웨어의 통전부를 통해 제1전류를 흘려주는 전원공급단계, 상기 접합 하드웨어의 첨단부에 아크가 발생하면, 상기 접합 하드웨어에 가압력을 가해 상기 상부판재와 하부판재에 상기 첨단부를 용융시키는 용융단계, 및 상기 접합 하드웨어에 제2전류를 흘려주면, 상기 첨단부와 연결된 파단부가 파단되는 파단단계를 포함한다.

Description

접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법{METHOD OF BONDING DIFFERENT MATERIALS USING BONDING HARDWARE}

본 발명은 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이종소재를 접합할 수 있는 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 산업에서는 환경 문제에 따른 연비의 향상을 위해 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 및 플라스틱 복합소재 등의 사용을 통하여 차체의 경량화를 도모하고 있다.

예를 들어, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 또는 플라스틱 복합소재 만을 차체에 적용할 경우는 자동차 안정도 평가를 만족하기 위해 많은 설계 및 제조비용이 든다.

그러나, 고장력 강판과 알루미늄 합금 혹은 플라스틱 복합소재를 접합하여 차체를 제조할 경우 자동차 안정도 평가 만족과 제조비용을 줄일 수 있다.

이와 같이 고장력 강판과 비철소재 판재(알루미늄 합금 혹은 플라스틱 복합소재 등)를 접합하는 이종소재의 접합은 통상적인 스폿 용접으로 불가능하기 때문에, 셀프 피어싱 리벳 시스템(self-piercing rivet)을 이용한 접합 방식을 채택하고 있다.

셀프 피어싱 리벳을 이용하여 이종소재의 접합 대상물을 기계적으로 접합하는 방식은 유압 또는 공압으로 셀프피어싱 리벳을 접합 대상물에 압입하여 소성 변형시킴으로써 접합 대상물을 접합할 수 있다.

그러나, 종래 기술에서 셀프 피어싱 리벳을 이용한 이종소재의 접합 방식은 비철소재 판재의 셀프 피어싱 리벳 접합 부위에 대한 수밀 성능이 취약하고, 셀프 피어싱 리벳에 의한 비철소재 판재 접합 부위의 크랙으로 국부적인 취성이 발생함에 따라 셀프 피어싱 리벳이 접합 부위로부터 이탈될 염려가 있다.

또한, 종래 기술에서는 스틸소재로 이루어진 셀프 피어싱 리벳과 비철소재 판재의 접합 부위에서 그 셀프 피어싱 리벳과 비철소재의 이종소재가 접촉되어 그들 사이에 전위차가 있을 때 발생하는 갈바닉 부식에 취약하다는 단점이 있다.

한편, 이종소재의 접합방법으로는 접착제를 이용한 화학적 접합방식이 있다.

그러나, 종래 기술에서 상기 접착제를 이용한 이종소재의 접합 방식 또한, 체결 강도를 얻기까지 많은 경화시간이 필요하며, 접착제 토출 부위의 경화에 따른 막힘 문제 등이 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 용접조건을 조절하여 이종재질로 이루어진 상부판재와 하부판재를 접합하고, 상기 상부판재의 두께에 상관없이 상기 접합 하드웨어를 유연하게 구속이 가능한 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 이종소재로 이루어진 상부판재와 하부판재를 상호 접합하는 접합 하드웨어를 이용한 이송소재의 접합방법으로서, 상기 하부판재의 상부에, 관통홀이 가공된 상기 상부판재를 안착하는 소재로딩단계, 상기 관통홀에 상기 접합 하드웨어의 첨단부가 대응되도록 로딩시키고, 상기 접합 하드웨어의 통전부를 통해 제1전류를 흘려주는 전원공급단계, 상기 접합 하드웨어의 첨단부에 아크가 발생하면, 상기 접합 하드웨어에 가압력을 가해 상기 상부판재와 하부판재에 상기 첨단부를 용융시키는 용융단계, 및 상기 접합 하드웨어에 제2전류를 흘려주면, 상기 첨단부와 연결된 파단부가 파단되는 파단단계를 포함하는 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 소재로딩단계는 상기 접합 하드웨어와 동종소재로 이루어진 하부판재를, 상기 하부판재와 이종소재로 이루어진 상부판재와 상호 겹치는 단계일 수 있다.

또한, 상기 접합 하드웨어와 하부판재는 알루미늄소재로 이루어지고, 상기 상부판재는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)소재로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 전원공급단계는 상기 접합 하드웨어의 하측 선단에 그 단부가 뾰족하게 형성된 첨단부를 상기 관통홀에 대응되도록 로딩하는 단계일 수 있다.

또한, 상기 용융단계는 상기 첨단부가 용융되어 상기 관통홀을 메우면서 상기 하부판재와 접합되는 단계, 및 상기 첨단부의 상측으로 일체로 연결되어 상기 첨단부의 반경방향 외측으로 확장 형성되는 플랜지부의 하면이 상기 상부판재과 접합되는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 플랜지부의 하면 상에는 원주방향을 따라 움푹 파인 수용홈이 형성되며, 상기 용융단계는 상기 수용홈에 상기 상부판재의 일부가 유입되면서 접합되는 단계일 수 있다.

또한, 상기 수용홈은 상기 플랜지부의 두께의 40% 이상 45% 이하의 범위에서 설정깊이로 형성될 수 있다.

또한, 상기 파단단계는 상기 제1전류와 제2전류가 0.6:1의 전류비를 가지도록 상기 제2전류를 흘려주는 단계일 수 있다.

또한, 상기 파단단계는 상기 첨단부와 통전부 사이에 구성되는 파단부가 파단되는 단계일 수 있다.

또한, 상기 파단부는 상기 통전부의 외경에 비하여 25% 이상 50% 이하의 범위에서 설정외경으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법은 간단한 구조로 이종소재로 이루어진 상부판재와 하부판재를 상호 접합할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법은 상기한 바와 같이 용접조건을 조절하여 상부판재의 두께에 상관없이 상기 접합 하드웨어를 유연하게 구속이 가능한 이점이 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법에 적용되는 접합 하드웨어의 저면 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법에 적용되는 접합 하드웨어의 절단 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법에 적용되는 접합 하드웨어의 저면 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법에 적용되는 접합 하드웨어의 절단 사시도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법은 이종소재로 이루어진 상부판재(50)와 하부판재(60)를 상호 접합하기 위해 적용될 수 있다.

예를 들어, 상기 상부판재(50)는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)소재를 포함하는 플라스틱 복합재로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 하부판재(60)는 알루미늄소재로 이루어질 수 있다.

더불어, 상기 따른 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법에 적용되는 접합 하드웨어(1)는 상기 하부판재(60)와 동종소재로 이루어지는 것이 유리하다.

예를 들어, 상기 접합 하드웨어(1)는 알루미늄소재로 이루어질 수 있다.

즉, 상기 상부판재(50)와 하부판재(60)가 겹쳐진 상태에서, 상기 상부판재(50)의 관통홀(51)을 통해 상기 접합 하드웨어(1)가 동종소재인 상기 하부판재(60)에 용융 접합됨으로써, 상기 상부판재(50)와 하부판재(60)가 상호 접합될 수 있다.

이를 위해, 상기 접합 하드웨어(1)는, 도 1과 도 2를 참조하면, 첨단부(10), 플랜지부(20), 파단부(30), 및 통전부(40)를 포함한다.

상기 접합 하드웨어(1)는 하측에서부터 상측으로 상기 첨단부(10), 플랜지부(20), 파단부(30), 및 통전부(40)가 일체로 형성된다.

본 발명의 실시 예에서는 도 1을 기준으로 좌우, 전후 및 상하 방향으로 설정하는데, 상측을 향하는 부분을 상부, 상단, 상면 및 상단부로 정의하며, 하측을 향하는 부분을 하부, 하단, 하면 및 하단부로 정의하기로 한다. 더 나아가, 하기에서의 "단(한쪽/일측 단 또는 다른 한쪽/일측 단)"은 어느 한쪽의 끝으로 정의될 수 있고, 그끝을 포함하는 일정 부분(한쪽/일측 단부 또는 다른 한쪽/일측 단부)으로 정의될 수도 있다.

상기 첨단부(10)는 상기 접합 하드웨어(1)의 하측 선단에 그 단부가 뾰족하게 형성되어 이루어진다.

상기 첨단부(10)의 상측으로는 플랜지부(20)가 일체로 연결된다.

상기 플랜지부(20)는 상기 첨단부(10)를 기준으로 반경방향 외측으로 확장 형성된다.

이때, 상기 플랜지부(20)의 하면 상에는 원주방향을 따라 움푹 파인 수용홈(21)이 형성된다.

상기 수용홈(21)은 상기 플랜지부(20)의 두께의 40% 이상 45% 이하의 범위에서 설정깊이로 형성될 수 있다.

상기 플랜지부(20)의 상측으로는 파단부(30)가 일체로 형성된다.

상기 파단부(30)는 상기 플랜지부(20)의 중심에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 파단부(30)의 상측으로는 통전부(40)가 일체로 형성된다.

상기 통전부(40)는 원기둥형상으로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 파단부(30)는 상기 통전부(40)의 외경에 비하여 25% 이상 50% 이하의 범위에서 설정외경으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 형성되는 접합 하드웨어(1)를 이용하여 이종소재를 접합하는 방법은 다음과 같다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 하부판재(60)의 상부에, 관통홀(51)이 가공된 상부판재(50)를 안착하는 소재로딩단계를 진행한다.

상기 소재로딩단계는 상기 접합 하드웨어(1)와 동종소재로 이루어진 하부판재(60)를, 상기 하부판재(60)와 이종소재로 이루어진 상부판재(50)와 상호 겹치는 단계이다.

도 4를 참조하면, 상기 관통홀(51)에 상기 접합 하드웨어(1)의 첨단부(10)가 대응되도록 로딩시킨다.

상기 접합 하드웨어(1)의 통전부(40)를 통해 제1전류를 흘려주는 전원공급단계를 진행한다.

상기 전원공급단계는 상기 접합 하드웨어(1)의 하측 선단에 그 단부가 뾰족하게 형성된 첨단부(10)를 상기 관통홀(51)에 대응되도록 로딩한 후, 제1전류를 흘려주는 단계이다.

이때, 상기 접합 하드웨어(1)에 제1전류를 흘려주면, 상기 접합 하드웨어(1)의 첨단부(10)에 전류가 집중되고, 아크(arc)가 발생한다.

도 5를 참조하면, 상기 접합 하드웨어(1)의 첨단부(10)에 아크가 발생하면, 상기 접합 하드웨어(1)에 가압력을 가해 상기 상부판재(50)와 하부판재(60)에 상기 첨단부(10)를 용융시키는 용융단계를 진행한다.

상기 용융단계는 상기 첨단부(10)가 용융되어 상기 관통홀(51)을 메우면서 상기 하부판재(60)와 접합되는 단계이다.

또한, 상기 용융단계는 상기 플랜지부(20)의 하면이 상기 상부판재과 접합되는 단계이다.

이때, 상기 수용홈(21)에 상기 상부판재의 일부가 유입되면서 접합될 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 접합 하드웨어(1)에 제2전류를 흘려준다(S4).

이때, 상기 파단부(30)가 상기 제2전류를 이기지 못하고 파단되어 상기 파단부(30) 및 통전부(40)가 상기 첨단부(10) 및 플랜지부(20)로부터 분리되게 된다.

이러한 파단단계는 상기 제1전류와 제2전류가 0.6:1의 전류비를 가지도록 상기 제2전류를 흘려주는 단계이다.

예를 들어, 상기 전원공급단계에서 60mA의 제1전류를 흘려주면, 상기 파단단계에서는 대략 100mA의 제2전류를 흘려주는 것이다.

이로써, 상기 헤드부와 상기 파단부(30)의 경계선에서 파단이 일어난다.

즉, 상기 파단부(30)가 파단되면서, 상기 상부판재과 하부판재 사이에서 상기 첨단부(10)가 용융접합된 상태로, 상기 상기 상부판재의 상부에서 플랜지부(20)가 가압하는 구조로 이루어져 접합성을 확보할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법은 간단한 구조로 이종소재로 이루어진 상부판재(50)와 하부판재(60)를 상호 접합할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법은 상기한 바와 같이 용접조건을 조절하여 상부판재(50)의 두께에 상관없이 상기 접합 하드웨어(1)를 유연하게 구속이 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법은 편방향 용접으로 파이프 및 폐단면 구조에서도 적용이 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 접합 하드웨어
10: 첨단부
20: 플랜지부
21: 수용홈
30: 파단부
40: 통전부
50: 상부판재
51: 관통홀
60: 하부판재

Claims (10)

1. 이종소재로 이루어진 상부판재와 하부판재를 상호 접합하는 접합 하드웨어를 이용한 이송소재의 접합방법으로서,
   상기 접합 하드웨어와 동종소재로 이루어진 상기 하부판재의 상부에, 상기 하부판재와 이종소재로 이루어져 관통홀이 가공된 상기 상부판재를 상호 겹쳐서 안착하는 소재로딩단계;
   상기 관통홀에, 상기 접합 하드웨어의 하측 선단에 단부가 뾰족하게 형성된 첨단부가 대응되도록 로딩시키고, 상기 접합 하드웨어의 통전부를 통해 제1전류를 흘려주는 전원공급단계;
   상기 접합 하드웨어의 첨단부에 아크가 발생하면, 상기 접합 하드웨어에 가압력을 가해 상기 첨단부가 용융되어 상기 관통홀을 메우면서 상기 하부판재와 접합되고, 상기 첨단부의 상측으로 일체로 연결되어 상기 첨단부의 반경방향 외측으로 확장 형성되는 플랜지부의 하면 상에 원주방향을 따라 움푹 파여 형성된 수용홈에 상기 상부판재의 일부가 유입되면서 상부판재과 접합되는 용융단계; 및
   상기 제1전류와 제2전류가 0.6:1의 전류비를 가지도록 상기 접합 하드웨어에 제2전류를 흘려주면, 상기 첨단부와 상기 통전부 사이에 형성된 파단부가 파단되는 파단단계;
   를 포함하는 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 접합 하드웨어와 하부판재는 알루미늄소재로 이루어지고,
   상기 상부판재는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)소재로 이루어지는 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 수용홈은
   상기 플랜지부의 두께의 40% 이상 45% 이하의 범위에서 설정깊이로 형성되는 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 파단부는
    상기 통전부의 외경에 비하여 25% 이상 50% 이하의 범위에서 설정외경으로 형성되는 접합 하드웨어를 이용한 이종소재의 접합방법.

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