KR102564724B1 - 이종 금속 용접 방법 - Google Patents

Abstract

이종 금속 용접 방법은 준비 단계 및 작업 단계를 포함한다. 준비 단계에서, 핀 부재가 회전되는 동안 제2 금속 재료로 이동되고, 도구 본체가 회전되는 동안 제2 금속 재료로부터 멀어지는 방향으로 이동되도록 도구 본체가 구동된다. 작업 단계에서, 관통 구멍이 핀 부재에 의해 제2 금속 재료에 형성되고, 그 후 핀 부재의 원위 단부가 제1 금속 재료 내의 미리결정된 깊이 위치까지 제1 금속 재료 내로 파고든다.

Description

이종 금속 용접 방법

본 발명은 이종 금속 용접 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 일본 특허 제4602796호는 알루미늄 판재와 강판을 중첩시키고, 축을 중심으로 회전하는 회전 도구의 견부 부재의 원위 단부에 동축으로 위치되는 프로브를 회전시켜서 프로브의 원위 단부가 강판 바로 위의 미리결정된 위치에 도달하도록 프로브를 알루미늄 판재 측으로 삽입하며, 마찰 교반에 의해 알루미늄 판재와 강판의 스폿 용접을 수행하는 방법에 관한 발명을 개시한다.

일본 특허 제4602796호에서, 프로브의 원위 단부는 강판 바로 위의 미리결정된 위치(10μm 이상, 알루미늄 판재의 두께의 20% 이하)로 하향 이동되며, 이 위치에서 마찰 교반이 수행된다. 견부 부재는 프로브가 상향으로 이동되는 동안에 하향으로 이동되고, 이에 의해 프로브의 견인에 의해 발생되는 프로브 구멍이 재료의 유동에 의해 충전된다. 이에 의해, 알루미늄 판재와 강판의 스폿 용접이 수행된다.

일본 특허 제4602796호에서, 프로브는 알루미늄 판재 내로 삽입되고, 프로브는 프로브가 강판에 도달하기 전에 정지된다. 프로브의 하향 이동이 정지되는 타이밍이 프로브의 하향 이동량이 미리결정된 값이 되는 시점인 경우에, 알루미늄 판재 및 강판의 판 두께 크기에 변동이 있으면, 프로브는 강판 바로 위의 미리결정된 위치에서 정확하게 정지될 수 없다. 이와 관련하여, 개선의 여지가 있다.

본 발명은 제1 및 제2 금속 재료의 판 두께 크기의 변동에 관계없이 제1 금속 재료와 제2 금속 재료를 고품질로 용접할 수 있게 하는 이종 금속 용접 방법을 제공한다.

본 발명의 일 양태는 제1 금속 재료와 제2 금속 재료를 중첩시키고 제1 금속 재료와 제2 금속 재료의 마찰 교반 스폿 용접을 수행하는 이종 금속 용접 방법이며, 제2 금속 재료는 제1 금속 재료를 구성하는 금속의 융점보다 낮은 융점을 갖는 금속으로 구성되고, 이종 금속 용접 방법은, 핀 부재의 원위 단부 표면이 회전되는 동안 핀 부재의 원위 단부 표면이 제2 금속 재료로 이동되도록 구동을 수행함으로써, 핀 부재의 원위 단부 표면이 제2 금속 재료의 비-중첩 표면 상의 미리결정된 위치에 맞닿게 하는 준비 단계로서, 핀 부재는 회전 가능하고 축방향으로 이동 가능한 방식으로 원통형 도구 본체의 내부 구멍 내로 삽입되고, 도구 본체는 회전 가능하고 축방향으로 이동 가능한 방식으로 지지되는, 준비 단계; 및 핀 부재의 회전 및 이동을 계속하고, 도구 본체가 회전되는 동안 도구 본체의 원위 단부 표면이 제2 금속 재료로부터 멀어지는 방향으로 이동되도록 구동을 수행하는 작업 단계를 포함하며, 작업 단계에서, 관통 구멍이 핀 부재에 의해 제2 금속 재료에 형성되고, 그 후 핀 부재의 원위 단부가 제1 금속 재료 내의 미리결정된 깊이 위치까지 제1 금속 재료 내로 파고든다.

작업 단계에서, 중첩 방향을 따르는 관통 구멍이 제2 금속 재료에 형성되는 동안, 관통 구멍의 형성으로 인해 소성 유동하는 금속 및 핀 부재가 제1 금속 재료 내로 파고드는 것에 의해 제거된 금속을 핀 부재의 외주, 도구 본체의 원위 단부 표면, 및 도구 본체를 회전 가능하고 축방향으로 이동 가능한 방식으로 지지하는 지지 부재의 내주에 의해 형성되는 환형 공간에 수집하는 것이 가능하다.

이 구성에 의하면, 핀 부재가 제1 금속 재료 내로 파고들어갈 때, 제1 금속 재료의 새롭게 형성된 표면이 노출되고, 새롭게 형성된 표면으로 소성 유동하는 금속 및 파고드는 것에 의해 제거된 금속의 고상 용접이 수행된다. 따라서, 제1 금속 재료와 제2 금속 재료를 고품질로 용접할 수 있다.

또한, 제1 금속 재료 및 제2 금속 재료는 이종 금속이고, 따라서 작업 단계에서, 관통 구멍이 핀 부재에 의해 제2 금속 재료 내에 형성될 때의 부하와 핀 부재가 제1 금속 재료 파고들 때의 부하 사이에는 분명히 차이가 있다.

부하는 핀 부재의 회전 방향의 구동 부하 및 핀 부재의 이동 방향의 구동 부하 중 적어도 하나이다. 부하의 변화는 상기 핀 부재를 회전시키기 위한 구동원(모터)에 인가되는 전류의 변화량 및 상기 핀 부재를 축방향으로 이동시키기 위한 구동원(모터)에 인가되는 전류의 변화량 중 적어도 하나를 모니터링함으로써 인식될 수 있다.

따라서, 핀 부재가 제1 금속 재료 내로 파고든 것이 검지되는 시점 또는 검지 시점 이후 미리결정된 시간이 경과한 시점에 핀 부재 및 도구 본체의 이동을 정지시키는 것이 가능하다.

이에 의해, 제1 및 제2 금속 재료의 판 두께 크기에 변동이 있는 경우에도, 핀 부재와 도구 본체의 이동의 정지 타이밍을 쉽고 정밀하게 관리할 수 있다. 그 결과, 제1 및 제2 금속 재료의 판 두께 크기의 변동에 관계없이 제1 금속 재료와 제2 금속 재료를 고품질로 안정적으로 용접할 수 있다.

상기 이종 금속 용접 방법은, 핀 부재를 회전시키기 위한 구동원(모터)에 인가되는 전류의 변화량 및 핀 부재를 축방향으로 이동시키기 위한 구동원(모터)에 인가되는 전류의 변화량 중 적어도 하나가 작업 단계에서 미리결정된 임계값보다 커질 때 핀 부재 및 도구 본체의 이동이 정지되도록 구성될 수 있다.

이러한 구성에 의해, 핀 부재에 의한 제2 금속 재료 내의 관통 구멍의 형성 과정에서, 핀 부재의 원위 단부 표면이 제1 금속 재료 내로 미리결정된 양으로 파고든 때의 위치에서 핀 부재 및 도구 본체의 이동을 정지시키는 것이 가능하다.

즉, 핀 부재에 의해 제2 금속 재료에 관통 구멍이 형성된 후에 핀 부재가 제1 금속 재료 내로 파고들어갈 때, 관통 구멍이 제2 금속 재료에 형성될 때와 비교하여, 각각의 구동원(모터)의 부하가 급격히 증가하고 각각의 구동원(모터)에 인가되는 전류가 급격히 증가한다.

이에 의해, 양 구동원(모터) 중 적어도 하나에 인가되는 전류의 변화를 점검함으로써, 핀 부재가 제1 금속 재료 내로 파고드는 것을 쉽고 정밀하게 인식할 수 있고, 따라서 핀 부재와 도구 본체의 이동의 정지 타이밍을 쉽고 정밀하게 인지할 수 있다.

따라서, 제1 및 제2 금속 재료의 판 두께 크기에 변동이 있을 때에도, 핀 부재가 제1 금속 재료 내로 파고드는 양, 즉 제1 금속 재료의 작업량을 변동에 관계없이 쉽고 정밀하게 관리할 수 있다.

또한, 상기 이종 금속 용접 방법은, 핀 부재를 회전시키기 위한 구동원(모터)에 인가되는 전류의 변화량 및 핀 부재를 축방향으로 이동시키기 위한 구동원(모터)에 인가되는 전류의 변화량 중 적어도 하나가 작업 단계에서 미리결정된 임계값보다 커질 때 핀 부재 및 도구 본체의 이동을 정지시킨 후에, 핀 부재가 제1 금속 재료로부터 빠져나오도록 핀 부재를 이동시키고 도구 본체를 제1 금속 재료로 이동시키는 용접 단계를 추가로 포함한다.

요약하면, 용접 단계에서, 작업 단계에서 환형 공간에 수집되는, 소성 유동 금속 및 핀 부재가 제1 금속 재료 내로 파고드는 것에 의해 제거된 금속이 관통 구멍 내로 복귀되며, 따라서 소성 유동 금속인 제2 금속 재료의 고상 용접이 제1 금속 재료의 파인 부위(새롭게 형성된 표면)에 대해 수행된다.

본 발명에 따른 이종 금속 용접 방법에 의하면, 제1 및 제2 금속 재료의 판 두께 크기의 변화에 관계없이, 제1 금속 재료와 제2 금속 재료를 고품질로 용접할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점, 및 기술적 및 산업적 중요성을 첨부 도면을 참고하여 이하에서 설명하며, 도면에서 유사 부호는 유사 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 이종 금속 용접 방법을 실행하는 용접 장치의 일 실시예를 도시하는 개략적인 구성도이며, 제1 및 제2 금속 재료가 클램핑된 상태를 도시한다.
도 2는 도 1의 용접 장치에 의해 실행되는 이종 금속 용접 방법의 개요를 설명하기 위한 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 작업 단계의 상세를 설명하기 위한 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 4는 작업 단계의 방식을 도시하는 도면이다.
도 5는 용접 단계의 방식을 도시하는 도면이다.
도 6은 핀 부재의 원위 단부(하단부)의 형상을 도시하는 사시도이다.
도 7은 핀 부재의 원위 단부(하단부)의 형상의 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 8은 도 1의 용접 장치가 설치된 다관절 로봇의 외관을 도시한 사시도이다.

이하, 본 발명을 실행하기 위한 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 8은 본 발명의 실시예를 도시한다. 본 발명에 따른 이종 금속 용접 방법을 실행하는 용접 장치의 설명 전에, 용접 장치의 사용의 예가 도 8에 의해 설명될 것이다. 도 8에서, 도면 부호 1은 다관절 로봇을 나타내고, 도면 부호 2는 용접 장치를 나타낸다.

도 8에 도시되는 바와 같이, 용접 장치(2)는 다관절 로봇(1)의 아암(1a)의 원위 단부에 설치된다.

용접 장치(2)는 제1 금속 재료(3) 및 제1 금속 재료(3)와는 다른 제2 금속 재료(4)의 마찰 교반 스폿 용접을 위해 사용되고, 클램프(5), 작업 도구(6), 제1 구동 유닛(7), 제2 구동 유닛(8), 제어 유닛(9) 등을 포함한다.

예를 들어, 제1 금속 재료(3)는 강철(제1 철 금속)로 이루어진 판재이고, 제2 금속 재료(4)는 강철보다 낮은 융점을 갖는 알루미늄 합금으로 이루어진 판재이다.

용접 대상인 제1 및 제2 금속 재료(3, 4)의 조합은 상기 조합으로 한정되지 않고, 하나의 금속 재료의 융점과 다른 금속 재료의 융점 사이에 소정량의 차이가 있는 한, 본 실시예는 예를 들어 강철 및 마그네슘 합금 등의 조합에 적용될 수 있다.

실시예에 따른 이종 금속 용접 방법은 판재의 용접뿐만 아니라 판 유사 부분을 포함하는 다양한 부재의 용접에도 적용될 수 있다.

클램프(5)는 다관절 로봇(1)의 아암(1a)의 원위 단부에 부착되고, 판 형상을 갖는 제2 금속 재료(4)가 판 형상을 갖는 제1 금속 재료(3) 상에 중첩되는 작업편을 유지하여, 중첩 방향으로 작업편을 조인한다.

작업 도구(6)는 도구 본체(견부로도 지칭됨)(61) 및 핀 부재(프로브로도 지칭됨)(62)를 포함한다.

도구 본체(61)는, 예를 들어 원통형 형상을 갖고, 도구 본체(61)의 중심 축선 주위로 회전 가능하고 중심 축선을 따라 이동 가능하도록 클램프(5)의 상측 부재(참조 번호는 생략됨)에 의해 지지된다. 이러한 방식으로, 클램프(5)의 상측 부재(참조 번호가 생략됨)는 도구 본체(61)를 회전 가능하고 축방향으로 이동 가능한 방식으로 지지하는 지지 부재로서 기능한다.

핀 부재(62)는, 예를 들어 기둥 형상을 갖고, 핀 부재(62)의 중심 축선 주위로 회전 가능하고 중심 축선을 따라 이동 가능하도록 도구 본체(61)의 내부 구멍에 삽입된다.

핀 부재(62)의 원위 단부 표면(하단부 표면)(62a)은, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 평탄한 표면이고, 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이 볼록부(62b)가 제공되도록 형성될 수 있다.

핀 부재(62)는 제1 금속 재료(3)의 표면 상에 자연적으로 형성되는 표면 산화막 및 강철로 이루어진 제1 금속 재료(3)를 커팅하는 것을 가능하게 하는 초경질 재료로 형성된다.

상세는 도시되지 않지만, 제1 구동 유닛(7)은 도구 본체(61)를 회전시키기 위한 구동원(모터), 감속기(reducer) 등, 및 도구 본체(61)를 상하로 이동시키기 위한 구동원(모터), 동적 동력 변환 기구 등을 포함한다.

상세는 도시되지 않지만, 제2 구동 유닛(8)은 핀 부재(62)를 회전시키기 위한 구동원(모터), 감속기 등, 및 핀 부재(62)를 상하로 이동시키기 위한 구동원(모터), 동적 동력 변환 기구 등을 포함한다.

용접 실행 요구에 응답하여, 제어 유닛(9)은 도 2 및 도 3에 도시되는 흐름도에 따라 제1 및 제2 구동 유닛(7, 8)을 제어함으로써 마찰 교반 스폿 용접 방법을 실행한다.

제어 유닛(9)은 일반적으로 공지된 전자 제어 유닛(ECU)이며, 중앙 처리 장치(중앙 처리 유닛: CPU), 비휘발성 저장 장치(판독 전용 메모리: ROM), 임시 저장 장치(랜덤 액세스 메모리: RAM) 등을 포함한다.

ROM에는, 다양한 제어 프로그램, 다양한 제어 프로그램의 실행 시에 참조되는 맵 등이 저장되어 있다. CPU는 ROM에 저장된 다양한 제어 프로그램 및 맵에 기초하여 동작 처리를 실행한다. RAM은 CPU에 의한 동작 결과, 센서로부터 입력된 데이터 등이 일시적으로 저장되는 메모리이다.

다음으로, 전술한 용접 장치(2)에 의한 마찰 교반 스폿 용접 방법을 상세하게 설명할 것이다.

마찰 교반 스폿 용접 방법으로서, 도 2에 도시되는 바와 같이, 용접 장치(2)의 제어 유닛(9)은 단계 S1의 준비 단계, 단계 S2의 작업 단계, 및 단계 S3의 용접 단계를 이 순서로 실행한다. 용접 단계 후에, 제어 유닛(9)은 도 2에 도시되는 흐름도를 종료한다.

구체적으로는, 준비 단계에서, 제1 및 제2 구동 유닛(7, 8)은, 도구 본체(61) 및 핀 부재(62)의 원위 단부 표면(하단부 표면)(61a, 62a)이 서로 동일 평면 상에 있는 상태에서 도구 본체(61) 및 핀 부재(62)를 회전시키면서 도구 본체(61) 및 핀 부재(62)를 하방으로 구동 및 이동시킨다. 이에 의해, 양 원위 단부 표면(61a, 62a)은 제1 금속 재료(3) 상에 중첩된 제2 금속 재료(4)의 상부 표면(비-중첩 표면) 상의 미리결정된 위치에 맞닿는다. 본 실시예에서, 도구 본체(61)의 회전 방향과 핀 부재(62)의 회전 방향은 동일하다.

부가적으로, 도구 본체(61) 및 핀 부재(62)의 원위 단부 표면(하단부 표면)(61a, 62a)이 제2 금속 재료(4)의 상부 표면에 맞닿을 때, 제2 구동 유닛(8)의 핀 부재(62)를 회전시키기 위한 구동원(모터)에 인가되는 전류값 및 제1 구동 유닛(7)의 도구 본체(61)를 회전시키기 위한 구동원(모터)에 인가되는 전류값의 양자 모두는 맞닿기 전의 전류값보다 커진다. 따라서, 제어 유닛(9)은 제2 구동 유닛(8)의 핀 부재(62)를 회전시키기 위한 구동원(모터)에 인가되는 전류값 및 제1 구동 유닛(7)의 도구 본체(61)를 회전시키기 위한 구동원(모터)에 인가되는 전류값 중 적어도 하나를 모니터링함으로써 원위 단부 표면(하단부 표면)(61a, 62a)이 맞닿는 시점을 인식할 수 있다.

핀 부재(62)의 원위 단부 표면(하단부 표면)(62a)이 준비 단계에서 제2 금속 재료(4)의 상부 표면에 맞닿은 것이 검출된다. 그 후, 작업 단계에서, 제2 구동 유닛(8)에 의한 핀 부재(62)의 회전 및 하향 이동이 계속된다. 한편, 제1 구동 유닛(7)에 의한 도구 본체(61)의 회전이 계속되는 동안, 도구 본체(61)는 도구 본체(61)의 하향 이동이 일단 정지되고 도구 본체(61)가 상향으로 이동되도록 구동된다.

이에 의해, 제2 금속 재료(4)는 핀 부재(62)와의 마찰 및 핀 부재(62)의 교반 작용에 의해 발생되는 마찰열에 의해 연화되고, 제2 금속 재료(4)는 소성 유동한다. 이에 의해, 도 4에 도시되는 바와 같이, 관통 구멍(41)이 제2 금속 재료(4)에 형성되고, 소성 유동하는 금속(이하, 소성 유동 금속으로도 지칭됨)(42)이 핀 부재(62)의 외주, 도구 본체(61)의 원위 단부 표면(하단부 표면)(61a) 및 클램프(5)의 상측 부재(참조 번호가 생략됨)의 내주에 의해 형성된 환형 공간(10)에 수집된다.

그 후, 핀 부재(62)의 하향 이동은 핀 부재(62)의 원위 단부 표면(62a)이 제1 금속 재료(3)의 상부 표면으로부터 미리결정된 깊이로 파고들 때까지 계속된다. 파고든 후에, 제2 구동 유닛(8)에 의한 핀 부재(62)의 하향 이동 및 제1 구동 유닛(7)에 의한 도구 본체(61)의 상향 이동이 정지된다.

파고드는 것은 핀 부재(62)에 의한 제1 금속 재료(3)의 커팅에 의해 실현될 수 있다. 파고드는 양은 임의의 양일 수 있고, 예를 들어 0.1 내지 0.5 mm로 설정될 수 있다. 파고드는 것에 의해, 제1 금속 재료(3)의 표면으로부터 미리결정된 깊이의 위치에 있는 재료가 새롭게 형성된 표면(31)으로서 노출된다(도 4 참조). 새롭게 형성된 표면(31)은 제1 금속 재료(3)의 원래의 재료로 이루어지고 산화막이 형성되지 않는 표면이다.

또한, 용접 단계에서, 핀 부재(62)는 회전하면서 제2 구동 유닛(8)에 의해 상향으로 이동되고, 도구 본체(61)는 회전하면서 제1 구동 유닛(7)에 의해 하향으로 이동된다.

이에 의해, 도 5에 도시되는 바와 같이, 환형 공간(10) 내에 수집되는 소성 유동 금속(42) 및 파고드는 것에 의해 제거된 금속은 관통 구멍(41) 내로 복귀되고, 제2 금속 재료(4)의 소성 유동 금속(42)의 고상 용접이 제1 금속 재료(3)의 새롭게 형성된 표면(31)(도 4 참조)에 대해 수행된다. 도 5에서, 고상 용접부는 굵은 선으로서 도시되어 있고, 도면 부호 43으로 나타낸다.

이어서, 상술한 작업 단계의 상세를 도 3에 도시되는 흐름도를 참조하여 설명한다.

준비 단계로부터 작업 단계로의 이행 후에, 먼저, 단계 S21에서, 제2 구동 유닛(8)에 의한 핀 부재(62)의 회전 및 하향 이동이 계속된다. 또한, 제1 구동 유닛(7)에 의한 도구 본체(61)의 회전이 계속되는 동안, 도구 본체(61)는 도구 본체(61)의 하향 이동이 일단 정지되고 도구 본체(61)가 상향으로 이동되도록 구동된다.

그 후, 단계 S22에서, 핀 부재(62)의 하향 이동 및 도구 본체(61)의 상향 이동의 정지 타이밍이 모니터링된다.

구체적으로는, 단계 S22에서, 제2 구동 유닛(8)의 핀 부재(62)를 회전시키기 위한 구동원(모터) 및 제2 구동 유닛(8)의 핀 부재(62)를 상하로 이동시키기 위한 구동원(모터) 중 적어도 하나에 인가되는 전류의 변화량(ΔI)이 미리결정된 임계값(X)보다 큰지 여부가 판정된다.

단계 S22에서 ΔI ≤ X로 판정되는 경우, 처리는 단계 S21로 복귀한다.

한편, 단계 S22에서 ΔI > X가 충족된다고 판정된 경우, 후속 단계 S23에서, 핀 부재(62)의 하향 이동이 제2 구동 유닛(8)에 의해 정지되고, 도구 본체(61)의 상향 이동이 제1 구동 유닛(7)에 의해 정지된다. 단계 S23 후에, 처리는 도 3에 도시되는 흐름도에서 벗어나고, 도 2의 단계 S3으로 이행(복귀)한다.

작업 단계에서, 관통 구멍(41)이 핀 부재(62)에 의해 제2 금속 재료(4)에 형성된 후에 핀 부재(62)가 제1 금속 재료(3) 내로 파고들 때, 핀 부재(62)를 회전시키기 위한 구동원(모터)의 부하 및 핀 부재(62)를 상하로 이동시키기 위한 구동원(모터)의 부하는 제2 금속 재료(4)가 작업될 때의 부하에 비해 급격히 증가하고, 구동원(모터)에 인가되는 전류의 변화량이 급격히 증가한다.

이러한 현상에 비추어, 단계 S22에서, 핀 부재(62)를 회전시키기 위한 구동원(모터)에 인가되는 전류 및 핀 부재(62)를 상하로 이동시키기 위한 구동원(모터)에 인가되는 전류의 급격한 증가의 현상이 발생했는지 여부가 판정된다.

이러한 판정 방법에 의해, 핀 부재(62)가 제1 금속 재료(3) 내로 파고드는 초기 스테이지에서, 핀 부재(62)의 하향 이동 및 도구 본체(61)의 상향 이동을 정지시킬 수 있다.

이러한 방식으로, 작업 단계에서, 핀 부재(62)의 하향 이동 및 도구 본체(61)의 상향 이동의 정지의 타이밍을 쉽고 정밀하게 인지하는 것이 가능하고, 따라서 핀 부재(62)가 제1 금속 재료(3) 내로 파고드는 양을 쉽고 정밀하게 관리하는 것이 가능하여, 파고드는 양이 미리결정된 범위 내에 있게 된다.

상기 마찰 교반 스폿 용접 방법에서, 제어 유닛(9)에 의해 미리 설정된 조정값에 기초하여, 제1 및 제2 구동 유닛(7, 8)에서 도구 본체(61) 및 핀 부재(62)의 회전 속도 및 상하 속도를 관리할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명이 적용되는 실시예에 의하면, 제1 금속 재료(3)를 구성하는 금속보다 융점이 낮은 금속으로 구성된 제1 금속 재료(3)와 제2 금속 재료(4)를 고품질로 용접할 수 있다.

또한, 상기 실시예에 의하면, 제1 및 제2 금속 재료(3, 4)의 판 두께 크기에 변동이 있는 경우에도, 변동에 관계없이 작업 단계에서 제1 금속 재료(3) 내로 핀 부재(62)가 파고드는 양, 즉 제1 금속 재료(3)의 작업량을 용이하고 정밀하게 관리할 수 있다. 그 결과, 제1 및 제2 금속 재료(3, 4)의 판 두께 크기의 변동에 관계없이, 제1 금속 재료(3)와 제2 금속 재료(4)를 고품질로 안정적으로 용접할 수 있다.

부가적으로, 도시되지 않았지만, 예를 들어 차량 내의 다이캐스팅된 알루미늄으로 이루어진 현수 타워(suspension tower)가 제2 금속 재료(4)로서 채용될 수 있고, 예를 들어 차량 내의 강철로 이루어진 전방측 부재가 제1 금속 재료(3)로서 채택될 수 있다.

종래, 자체-천공 리벳(self-pierce rivet)(SPR)이 현수 타워(다이캐스팅된 알루미늄으로 이루어진 판재)와 전방측 부재(강철로 이루어진 판재)를 접합하기 위해 사용된다. 그러나, 본 발명에 따른 이종 금속 용접 방법이 예를 들어 이종 금속 재료의 접합에 적용되는 경우, 자체-천공 리벳이 채용될 때 필요한 열처리, 즉 리벳과 현수 타워의 접합부의 일부의 열처리를 생략할 수 있고, 따라서 비용 절감의 관점에서 이점이 있다.

또한, 종래에는, 예를 들어 강철(제1 철 금속)로 이루어진 제1 금속 재료에 대해, 제1 금속 재료의 새롭게 형성된 표면은 핀 부재와의 접촉 없이 알루미늄 합금으로 이루어진 제2 금속 재료의 소성 유동에 의해 간단하게 노출된다. 이 경우, 제1 금속 재료의 표면에 도금 막(예를 들어, GA: 합금 용융 아연도금(alloyed hot-dip galvanization))을 형성할 필요가 있다. 한편, 상기 실시예에서, 도금 막을 형성할 필요가 없다.

본 발명은 상기 실시예로만 한정되지 않고, 청구항의 범위 및 청구항의 범위와 동등한 범위 내에서 적절하게 변경될 수 있다.

(1) 상기 실시예에서, 제2 금속 재료(4)가 제1 금속 재료(3)의 상부 표면에 중첩되고 도구 본체(61) 및 핀 부재(62)가 회전되는 동안 상하로 이동되는 구성이 예로서 설명되었지만, 본 발명은 이러한 구성으로만 한정되지 않는다.

예를 들어, 제1 금속 재료(3) 및 제2 금속 재료(4)는 측방향으로 중첩될 수 있고, 도구 본체(61) 및 핀 부재(62)는 회전하면서 수평 방향으로 이동될 수 있다. 또한, 제1 금속 재료(3) 및 제2 금속 재료(4)는 다른 방향으로 중첩될 수 있다. 이러한 구성도 본 발명에 포함된다.

본 발명은 제1 금속 재료와 제1 금속 재료를 구성하는 금속의 융점보다 낮은 융점을 갖는 금속으로 구성된 제2 금속 재료를 중첩시키고, 제1 금속 재료와 제2 금속 재료의 마찰 교반 스폿 용접을 수행하는 이종 금속 용접 방법에 적합하게 사용될 수 있다.

Claims (3)

1. 제1 금속 재료(3)와 제2 금속 재료(4)를 중첩시키고 제1 금속 재료(3)와 제2 금속 재료(4)의 마찰 교반 스폿 용접을 수행하는 이종 금속 용접 방법이며, 제2 금속 재료(4)는 제1 금속 재료(3)를 구성하는 금속의 융점보다 낮은 융점을 갖는 금속으로 구성되고, 이종 금속 용접 방법은 클램프(5), 클램프(5)의 상측 부재에 의해 회전 가능하고 축방향으로 이동 가능한 방식으로 지지되는 원통형 도구 본체(61), 및 회전 가능하고 축방향으로 이동 가능한 방식으로 상기 원통형 도구 본체(61)의 내부 구멍 내로 삽입되는 핀 부재를 갖는 용접 장치를 사용하며, 이종 금속 용접 방법은,
   핀 부재(62)의 원위 단부 표면이 회전되는 동안 핀 부재(62)의 원위 단부 표면이 제2 금속 재료(4)로 이동되도록 구동을 수행함으로써, 핀 부재(62)의 원위 단부 표면이 제2 금속 재료(4)의 비-중첩 표면 상의 미리결정된 위치에 맞닿게 하는 준비 단계; 및
   핀 부재(62)의 회전 및 이동을 계속하고, 도구 본체(61)가 회전되는 동안 도구 본체(61)의 원위 단부 표면이 제2 금속 재료(4)로부터 멀어지는 방향으로 이동되도록 구동을 수행하는 작업 단계를 포함하며,
   작업 단계에서, 관통 구멍이 핀 부재(62)에 의해 제2 금속 재료(4)에 형성되고, 소성 유동하는 제2 금속 재료(4)의 금속이 핀 부재(62)의 외주, 도구 본체(61)의 원위 단부 표면 및 클램프(5)의 상측 부재의 내주에 의해 형성된 환형 공간에 수집되며, 그 후 핀 부재(62)의 원위 단부가 제1 금속 재료(3) 내의 미리결정된 깊이 위치까지 제1 금속 재료(3) 내로 파고들며,
   핀 부재(62)를 회전시키기 위한 구동원에 인가되는 전류의 변화량 및 핀 부재(62)를 축방향으로 이동시키기 위한 구동원에 인가되는 전류의 변화량 중 적어도 하나가 작업 단계에서 미리결정된 임계값보다 커질 때 핀 부재(62) 및 도구 본체(61)의 이동이 정지되는 이종 금속 용접 방법.
2. 제1항에 있어서, 핀 부재(62)를 회전시키기 위한 구동원에 인가되는 전류의 변화량 및 핀 부재(62)를 축방향으로 이동시키기 위한 구동원에 인가되는 전류의 변화량 중 적어도 하나가 작업 단계에서 미리결정된 임계값보다 커질 때 핀 부재(62) 및 도구 본체(61)의 이동을 정지시킨 후에, 핀 부재(62)가 제1 금속 재료(3)로부터 빠져나오도록 핀 부재(62)를 이동시키고 도구 본체(61)를 제1 금속 재료(3)로 이동시키는 용접 단계를 더 포함하는 이종 금속 용접 방법.
3. 삭제

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