KR20020035492A - 알루미늄시트의 프로젝션 용접 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속시트, 바람직하게는 알루미늄시트를 인접시트에 프로젝션 용접을 하는 그 시트상에서의 압인가공시킨 프로젝션에 관한 것이다.

그 프로젝션은 프로젝션 형성시트의 두께보다 더 큰 두께를 가진다.

그 프로젝션의 벽은 제1리세스(first recess)를 둘러싸며, 제2리세스는 그 프로젝션에 대향한 시트의 한쪽면에 형성되고 그 프로젝션에서 금속이 냉간유동되어 그 프로젝션을 형성한다.

용접건 조립체(welding gun assembly)는 인접시트에 그 프로젝션을 가진 시트를 용접한 프로젝션의 붕괴에 대하여 저관성과 신속한 응답을 향상시킨다.

Description

알루미늄시트의 프로젝션 용접{PROJECTION WELDING OF AN ALUMINUM SHEET}

프로젝션 용접은 2개의 겹친 금속시트를 접합하는 공지의 기술이다.

통상의 프로젝션 용접에서 소형 프로젝션은 이들 금속시트의 하나에 형성되고, 그 금속시트 한쪽에 횡방향으로 형성되어 있으며, 그 팁(tip)이 다른 금속시트와 접촉되어있다.

용접건의 전극을 프레싱시켜 그 프로젝션과 얼라인먼트(alignment)되어 있는 상태에서 이들의 금속시트중 하나와 접촉되어있다.

또, 용접전류와 힘을 조합시켜 전극에 인가하여 그 프로젝션이 붕괴되고, 그 프로젝션에 의해 형성되어있는 접촉영역에서 2개의 금속시트를 동시에 접합한 웰드너겟(weld nugget)를 형성한다.

도 1은 프로젝션헴 용접(projection hem welding)에 대한 공지의 배열장치 (10)를 나타낸다.

이 용접배열장치(10)는 두께 약 0.020 ~ 약 0.050인치를 통상적으로 가진 경량스틸시트(light-gauge steel sheets)를 주로 겹친 상태로 설정한 박층시트형상 금속성분(thin sheetlike metal components)의 프로젝션 용접에 대하여 특히 바람직하다.

이 박층시트(11,12)는 직접 겹친 부분을 가지며, 헴 용접방법(hem welding process)에서 그 시트의 하나(11)는 플랜지(flange) 또는 헴부분(hem part)(13)을 구비하여, 그 헴부분은 구부려 다른 시트(12)의 다른 측면과 겹치도록 하였다.

그 중간시트(12)는 시트(11)와 그 시트의 헴부분(13)사이에 간삽되어있다.

그 중간시트(12)는 비드(bead) 또는 프로젝션(14)을 구비하여, 그 프로젝션은 횡방향으로 돌출되어있다.

따라서, 그 프로젝션의 선단부(tip)는 그 헴부분(13)의 인접면과 접촉한다.

프로젝션 용접은 프로젝션(14)의 영역에 있는 헴부분(13)과 시트(12)사이에 직접 형성된다.

접착제(16)는 2개의 시트(11,12)사이에 설정할 수 있다(도 2 및 3 참조).

그 접착제(16)는 열에 의해 경화시킬 수 있는 접착제로서, 통상적으로 오븐에서 열을 가하여 활성화시킨 다음에 2개의 금속시트를 함께 더 고정시킨다.

도 1에서 나타낸 바와 같이 프로젝션 용접장치(10)에서는 중첩시트(11,12)를 주로 지지체 또는 다이(die)(15)상에 설정시키며, 가동용접헤드(movable weldinghead assembly)(17)를 다이(15)에 인접하여 설정시켜 중첩시트사이에 프로젝션 용접을 실시한다.

그 용접헤드(17)에는 중공하우징(hollow housing)(18)이 형성되어 있어 그 중공 하우징내에서 가동할 수 있게 지지되어 있는 전극(19)을 구비하여 그 전극이 그 프로젝션 영역에서 중첩된 시트와 접촉할 수 있게 외측방향으로 돌출되어있다.

또, 스프링(21)이 그 중공하우징(18)내에 구성되어 있어 그 전극이 외측방향으로 전진시킨 위치로 되도록 그 전극(19)의 내면(inner face)에 대하여 작동을 한다.

이 전진위치에서 그 전극은 그 중공하우징에 형성된 내부 정지면(interior stop surface)에 인접되어있다.

그 용접헤드(17)는 고정변압기(stationary transformer)(24)에 전기접속되어있다.

그 고정변압기(22)의 전원공급, 즉 그 용접헤드에 공급하는 용접전류는 적합한 제어유닛(control unit)(23)에 의해 제어된다.

고정변압기(22)는 전기에너지를 그 고정변압기(22)에 공급하는 적합한 도전체(25,26)에 접속한 그 고정변압기의 1차코일(24)을 구비한다.

그 고정변압기의 2차코일(27)은 도전체(28,29)에 접속되며, 그 도전체중 하나는 용접헤드(17)에 접속되고 그 다른 하나는 가공편(11,12)에 접속되므로, 다이(die)(15) 또는 전기접촉건(electrical contact gun)(31)에 접속한다.

그 접촉건(31)에는 일반적으로 에어실린더(air cylinder)로서 작동할 수 있게 지지되어있는 통상의 전극(33)을 가진 통상의 복동식 압력실린더(double-acting pressure cylinder)등의 지지체(support)(32)를 구비한다.

그 전극(33)은 중간시트(12)의 일부분(34)과 결착하며, 그 일부분(34)은 이들의 시트의 중첩부분에서 간격을 둔 상태로 구성시켜 도면에 나타내었다.

도전체(28,29)는 고정변압기(22)에 대하여 용접헤드(17)와 접촉조립체(31)를 각각 작동할 수 있도록 통상적으로 플렉시블한 래미네이션(lamination)구조를 주로 구성한다.

또, 용접헤드 배열장치에서는 용접헤드(17)를 작동시킨 구동장치(36)를 구성한다.

그 구동장치는 통상적으로 하우징(38)을 구비한 공기실린더(pneumatic cylinder)(37)를 구성하여, 그 용접헤드(17)에서 일정한 간격을 두고 분리시켜 고정할 수 있게 장착되어있다.

신축할 수 있는 피스톤로드(39)가 하우징(38)에서 형성되어 있어 그 용접헤드 (17)의 하우징(18)을 구동장치(36)에 연결한다.

그 피스톤로드(39)는 그 용접헤드(17)의 운동을 조정하여 프로젝션 용접 조작을 실시할때 시트(11,12)와 결착시킨다.

위에서 설명한 바와 같이 프로젝션 용접을 할때, 그 프로젝션은 대향다이 (opposed dies)에 의해 박층스틸시트(thin steel sheet)상에서 주로 스탬핑 (stamping) 또는 엠보싱(embossing)되며, 그 대향다이는 그 형성다이 (forming die)에 의해 가한 힘의 방향으로 그 시트를 측방향돌출을 시키는 프로젝션(projection)을 형성하도록 그 시트의 일부분에 측방향의 힘을 가함으로서 그 시트를 변형시킨다.

그 프로젝션은 그 시트에서 횡방향으로 돌출될때 절단원추형상 또는 부분구형상(partial spherical shape)등 기하학적 형상을 주로 형성한다.

이와같이 하여 프로젝션을 형성하는 방법에 의해 프로젝션의 형상이 얻어지므로, 그 기준시트(base sheet)의 두께보다 더 얇아진 프로젝션의 벽두께가 반드시 얻어지며, 또 기준시트에 대하여 경사지게 설정된 프로젝션의 기준벽(base wall)이 얻어진다(즉, 그 프로젝션이 그 기준시트에 접합되어 있는 벽의 부분임).

그러나, 이들의 후자의 구조특징은 박층스틸시트의 스틸이 높은 인장강도를 갖고있어 실제의 용융온도 또는 용접온도에 도달되기전에 그 스틸에 가한 상당한 압축력에 견딜 수 있기 때문에 이들의 박층스틸시트 사이에서 적합한 용접을 형성할 수 있는 그 프로젝션의 형성능에 방해를 받지 않는다.

따라서, 시트스틸(sheet steel)의 프로젝션 용접을 할때 프로젝션의 조기붕괴(premature collapse)는 중대한 기술적인 문제를 제공하지 않는다.

그러나, 알루미늄 시트의 프로젝션 용접을 실시할때, 스틸시트와 비교하여 전적으로 다른 용융온도와 인장강도 특성을 알루미늄시트에 의해 나타낸다.

따라서, 반복하여 연속적으로 실시하는 알루미늄시트의 프로젝션 용접을 일반적으로 얻을 수 없다.

더 구체적으로 말하면, 알루미늄은 스틸(steel)보다 강도가 현저하게 낮을 뿐만 아니라, 알루미늄의 항복강도(yield strength)는 알루미늄을 200℉~400℉ 사이의 온도로 가열할때 현저하게 감소한다(도 4참조).

실제로 이와같은 강도의 현저한 감소는 알루미늄의 용융온도 또는 용접온도이하에서 현저하게 극히 작은 온도범위에 걸처 발생한다.

그 프로젝션이 용접온도 이하에서의 현저한 온도에서 그 프로젝션의 조기붕괴를 나타내기 때문에 박층 알루미늄시트의 프로젝션 용접에 대한 대부분의 종래시도는 대부분 실패하였다.

따라서, 그 프로젝션에 대한 필요한 전극압력을 적합하게 반복해서 유지할 수 없으며, 또 적합한 전류-전송 접촉을 유지하도록 그 프로젝션의 붕괴를 적합하게 반복하여 그 전극의 후속조작을 할 수 없다.

이와같이, 적합한 접촉, 즉 프로젝션에 전류의 전송과, 그 프로젝션에 의해 구성한 소형의 전기접촉영역을 통한 전류의 적합한 농도를 반복하여 서로 의존적 관계를 가지면서 달성할 수 없다.

따라서, 적합한 용접너겟은 알루미늄시트의 프로젝션 용접을 시도할때 얻을 수 없었다.

본 발명은 다른 금속체(metal body)에 금속시트의 프로젝션 용접에 관한 것으로, 더 구체적으로 말하면 프로젝션 용접에 쓰이는 얇은 알루미늄시트의 개량시킨 프로젝션(projection)과 프로젝션 형성방법 및 그 사용에 대하여 개량시킨 용접건 (welding gun)에 관한 것이다.

도 1은 종래의 통상적인 프로젝션 용접 시스템의 개략도이다.

도 2는 프로젝션 용접에 쓰이는 통상의 박층금속시트의 확대도이다.

도 3은 붕괴 프로젝션(collapsed projection)과 용접너겟(weld nugget)의 형성을 나타내는 도 2와 동일한 통상의 박층금속시트의 확대도이다.

도 4는 스틸(steel)과 알루미늄에 대한 온도에 따르는 항복강도를 나타내는 그라프이다.

도 5는 본 발명의 프로젝션의 평면도이다.

도 6은 도 5의 6-6선에 따라 취한 횡단면도이다.

도 7은 프로젝션을 형성하는 다이장치의 횡단면도이다.

도 8은 개량시킨 용접건(welding gun)의 정면도이다.

도 9는 도 8의 용접건의 길이방향 횡단면도이다.

도 10은 도 9의 일부의 부분 확대 단면도이다.

다음의 설명에서 여러가지의 용어가 사용되거나 한정되어 있는 것은 아니다.

예로서, 용어 "상방향으로", "하방으로", "우측방향" 및 "좌측방향으로"는 관련도면에서 나타낸 방향을 말한다.

용어 "내측방향으로" 및 "외측방향으로"는 또 설명한 배열장치 및 그 부분의중심에서의 방향을 기준으로 하여 정한 방향이다.

본 발명에 의한 바람직한 실시예는 첫째로 프로젝션(projection)의 구조에 대하여 설명하고, 그 다음으로 프로젝션을 형성하는 다이(dies)와 방법을 설명하며, 이어서 금속시트와 인접금속체(최소한 하나는 알루미늄으로 구성되는 것이 바람직함)사이에서 프로젝션 용접을 형성하는데 사용되는 용접건에 대하여 설명한다.

도 5 및 도 6에 대하여 설명한다.

특히, 비교적 박층인 금속시트의 프로젝션 용접에 쓰이는 본 발명에 의해 개량시킨 프로젝션(51)을 도면에 나타낸다.

그 프로젝션(51)은 실제로 크기가 크나 박층의 금속시트, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금시트(52)의 일부분으로서 일체로 되게 형성되어 있으며, 그 시트는 거의 평면상의 평행한 제1측면(53)과 제2측면(54)을 가지며, 여기서 말하는 제1측면과 제2측면은 편의상 상면과 하면으로 한다.

용어 "시트"(sheet)는 금속재, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 두께가 약 0.006~0.249 인치이다.

그 프로젝션(51)은 여기서 환상의 직립벽(55)으로 나타낸 무단(endless)형상에 의해 구성되어있다.

그 직립벽은 튜브형상의 단면이 바람직하며 그 시트(52)의 평면에 대하여 거의 수직으로 형성되어있는 축(56)의 주위에 구성되어있다.

따라서, 그 직립벽(55)은 그 시트(52)에서 거의 수직방향에서 상방으로 캔틸레버 형상의 구성을 하여 하나의 원통(cylinder)을 형성한다.

그 원통형상벽(55)은 동심 외측환상측면(concentric onter annular side surface)(57)과 동심 내측환상측면(58)에 의해 각각 구성되어 있으며, 이들의 측면은 직경이 균일하며 축방향으로 일직선 배열한 가느다란 원통형상면을 형성한다.

그러나, 그 프로젝션의 제조를 구속하므로, 그 원통형상면(57,58)은 수직방향에 대하여 약간 경사지게 형성되어 이들의 원통형상면(57,58)은 그 직립벽(55)의 자유단부쪽 축방향으로 돌출되어 있으므로 수직(즉, 축56)방향에서 서로 대칭적으로 수렴되어있다.

이와같이 이 프로젝션은 각각의 내외측 원통형상측면(57,58)에 의해 구성되어 있는 바와 같이 직립벽(55)을 약간 내외측으로 테이퍼지게 형성시켜, 다이(dies)에 의해 그 프로젝션의 형성을 용이하게 하며, 또 그 프로젝션 형성후 다이의 분리를 쉽게한다.

이들의 측면의 약간의 테이퍼는 상부시트면(53)의 수지방향에서 약 2°등 최소 각으로 유지된다.

그 직립벽(55)의 자유단부는 단벽(end wall)(59)에 의해 구성되어있다.

그 단벽은 일반적으로 동심방향의 내외측벽(57,58)사이에서 접속용 반원과 유사한 아취형상의 블록구성으로 단면에서 형성되어있다.

그 직립벽(55)은 이들의 직립벽내에 리세스(recess)(61)를 구성하며, 그 리세스는 내측 원통형상측벽(58)에 의해 경계를 형성하고 있으므로 구조가 거의 원통형상이며, 그 프로젝션의 자유단부(59)에 의해 외측방향에서 공축방향으로 개방되어있다.

이 리세스(61)는 폐쇄개구(blind opening)로서, 그 개구의 내부단 또는 하부단이 그 리세스의 저부면에서 횡방향으로 형성되어있는 기벽(base wall) 또는 웨브(web)(62)에 의해 폐쇄되어있다.

이 기벽(62)은 시트(52)의 저부면(54)에서 그 시트의 두께 내부상방으로 개방되어있는 원통형상리세스(63)와 프로젝션을 구성하는 리세스(61)를 분리시킨다.

그 리세스(63)는 또 리스세(61)와 공축방향으로 거의 일직선 배열이 되도록 축(56)을 중심으로 하여 센터링(centering)되어있다.

그 리세스(63)는 포위되어있는 원통형상벽(surrounding cylindricla wall)(64)에 의해 구성되어있으며, 그 원통형상벽(64)은 저부면(54)에 수직방향으로 형성되는 것이 바람직하나 그 프로젝션의 제조를 용이하게 하도록 하기 위하여 수직방향으로 형성될때 수직방향에 대하여 약간 경사지게 구성되어있다.

즉, 그 원통형상벽(64)은 약 2도 정도로 경사지게 구성되어있다.

그 원통형상벽(64)은 리세스(61)를 구성하는 내부원통형상벽(58)의 평균직경 Di와 치수가 동일한 것이 바람직한 평균직경을 가진다(평균직경 Di의 약 75%~125% 범위).

그 벽 또는 웨브(62)는 횡방향으로 형성되어있고, 리세스(61,63)를 폐쇄시키며, 이들의 리세스를 분리시킨다.

이 웨브(62)는 시트(52)의 두께 "t" 또는 벽(55)의 높이 "h" 와 비교하여 두께가 작은 것이 바람직하다.

또, 그 기벽(base wall)(62)은 횡방향으로 형성되어 프로젝션의 리세스(61)를 상부자유단부(59)에서 하방으로 일정거리로 간격을둔 위치에서 폐쇄되도록 위치되어 있는 것이 바람직하며, 바람직한 실시예에서는 그 웨브(62)가 거의 "h"에 있는 자유단부(59)정점에서 하방으로 리세싱(recessing)되도록 하여 그 상부면(65)이 그 시트(52)의 상부면(53)과 공평면이 구성되게 위치되어있다.

그 시트(52)에 이어저있는 프로젝션(51)은 환상요홈(annular groove or moat)(66)에 의해 둘러싸여 있는 것이 바람직하며, 그 환상요홈(66)은 상부면(53)에서 시트의 두께 내부 하방으로 프레싱 한다(depressed).

이 요홈(66)은 내부환상경계벽(67)을 구비하는 것이 바람직하며, 그 내부환상경계벽(67)은 외부원통형상측벽(57)의 하방향 형성부와 같이 형성되어, 그 요홈의 저부벽 내부에 민활하게 합쳐저 후자(경계벽)는 원형형상의 오목단면으로 형성하는 것이 바람직하다.

그 요홈(66)은 시트(52)의 두께 내부에서 하방향으로 돌출되도록 하는 깊이를 가지며, 그 요홈의 깊이는 주로 그 시트두께의 20%~65% 범위에 있다.

프로젝션의 리세스(61)와 공축방향의 얼라인먼트(coaxial alignment)에 있는시트의 저부면상에서 형성된 리세스(63)를 구성하고, 상부면(53)의 그 시트내부에서 하방향으로 개방되고, 프로젝션(51)를 외방향으로 둘러싼 요홈(moat)(66)을 추가로 구성함으로써, 환상벽부(annular wall portion)(69)를 구성시켜, 그 환상벽부는 시트(52)의 일부가 되며 리세스(63)와 동축방향으로 둘러싼 요홈(66)사이에서 반경방향으로 구성되어있다.

이 환상벽부(69)는 환상직립벽(55)의 축방향 형성부를 적합하게 구성한다.

그 시트(52)에 대한 프로젝션(51)의 상대적인 크기 또는 비에 있어서 그 프로젝션은 자유단부(59)와 상부면(53)사이에서 수직방향으로 측정한 높이 "h"를 구비하는 것이 바람직하며, 그 높이 "h"는 시트(52)의 두께 "t"의 0.5배이상이 바람직하다.

프로젝션(51)의 한예로서, 높이 "h"는 그 두께 "t"보다 더 작다.

또, 직립벽(55)은 벽두께를 갖는 것이 바람직하다.

즉, 평균외측벽 Do와 평균내측멱 Di사이의 차의 1/2이다.

그 벽두께는 시트두께 "t"의 크기와 동일하다.

즉, 직립벽(55)의 평균반경방향두께는 시트두께 "t의 최소 0.75배가 바람직하다.

본 발명의 실시예에서, 그 직립벽(55)의 평균반경방향두께는 일반적으로 시트두께 "t"와 동일하다.

또, 원통형상 프로젝션(51)은 평균직경 Dm을 가지며, 그 평균직경은 시트두께 "t"의 약 2½~약 5배이고, 시트두께 "t"의 제곱근(square root)의 약 5배가 바람직하다.

그러나, 접합영역을 증가시키고 시트사이의 용접강도를 증가시키기 위하여 그 직경 Dm 을 증가시킬 수 있다.

또, 기벽 또는 웨브(web)(62)의 두께는 주로 시트두께 " t"의 0.5배 미만이다.

더 바람직하게는 시트두께 "t"의 약 0.25배 미만이다.

바람직한 실시예에서, 리세스(63)와 요홈(moat)(66)의 깊이는 저부리세스 (63)의 최상부지점(즉, 상부폐쇄단부)에 의해 구성된 수평면에 또는 그 수평면 아래에 요홈(66)의 저부 또는 최하지점이 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다.

즉, 그 요홈깊이는 웨브(web)(62)의 두꼐와 거의 동일하다.

그 프로젝션(51)은 프로젝션을 형성시키는 박층시트(52)의 적합한 냉간가공(cold working)을 행할 수 있도록 박층시트를 프레싱하여 형성시키는 대향다이(opposed dies)에 의해 박층시트(52)상에서 형성시킨다.

바람직한 형성방법은 "압인가공"(coining)으로 공지되어 있으며, 그 박층시트의 소정의 냉간가공을 시켜 그 박층시트를 프레싱 및 압축하도록 하기 위하여 단일조작으로 동시에 작동할 수 있는 대향다이를 이용한다.

실시예에 의한 압입가공다이(71,72)를 도 7에 나타낸다.

그 다이(71,72)는 그 시트(52)의 대향측면상에서 작동할 수 있게 위치되어 있으며, 그 시트(52)를 적합한 지지구 또는 클램핑부재(clamping structure)(도시생략)에 고정시킨 다음 그 대향다이(71,72)를 서로 내방향으로 동시에 작동시켜 다이사이에서 그 시트를 결착시켜 프로젝션을 형성시킨다.

도 7에 나타낸 다이(71,72)는 암다이(female die)와 숫다이(male die)로 이루어저 있어, 그 상부의 다이(71)에서는 프로젝션(51)을 형성시키는 구조를 구성하며, 반면에 그 하부의 다이(72)에서는 저부리세스(63)를 형성시키는 구조를 구성한다.

더 구체적으로 말하면, 암다이(female die)(71)는 환상리브(annular rib) 또는 환상댐(dam)(73)를 구비하여 그 환상리브 또는 댐(73)은 평편한 전면(74)에서 외측방향에서 수직으로 돌출되어있다.

그 전면(74)에서 외측방향의 환상댐(73)돌기는 프로젝션 형성 프로세스중에 요홈(moat)(66)을 형성하도록 구성한다.

또, 그 다이(71)는 단부없는 채널(endless channel)(75)을 구비하여 그 채널(75)은 댐(73)의 내측에서 직접 반경방향으로 설정되고 그 전면(74)에서 다이(71)깊이 안쪽에서 수직방향으로 리세싱되어있다.

그 채널(75)은 위에서 설명한 바와 같이 직립벽(55)에 대응하는 크기와 구조를 구비하므로 그 직립벽을 형성한다.

그 채널(75)은 센터허브(center hub)(76)가 포위되어 있어, 그 센터허브는 단부면(74)과 거의 공평면 형상으로 설정한 단부면(end surface)(77)을 구비한다.

따라서, 그 센터허브(76)는 그 프로젝션내에 구성한 원통형상리세스(61)의 구조를 구성한다.

그 대향한 숫다이(male die)(72)는 평편한 전면(78)을 구비하여 그 전면(78)은 암다이(71)의 전면(74)과 평행하게 설정되어있다.

일반적으로 원형단면의 형성돌기(forming projection) 또는 앤빌(anvil)(79)은 그 전면(78)에서 외측방향에서 수직으로 돌출되어있어 저부리세스(63)를 형성하도록 하기 위하여 그 저부리세스(63)에 대응하는 구조를 구비한다.

그 다이(71,72)는 채널(75)과 앤빌(79)이 공통축(81)을 따라 공축방향으로 얼라인먼트(alignment)되도록하고 충분한 거리의 간격을 두어 시트(52)를 그 사이에 위치시켜 클램핑(clamping)되게 유지시킨다.

그 다음으로, 그 대향다이(71,72)를 바람직하게는 동시에 안쪽으로 작동시키면서 이들의 다이에 구동력 F를 가하므로 그 구동력은 통상의 프레스 메카니즘에 의해 시트금속재, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄합금의 시트금속재를 유동하도록 하는 속도로 행하여진다.

그 다이(71,72)는 동시에 구동할 수 있게 안쪽으로 작동하여 그 환상댐(73)과 앤빌(79)이 그 시트(52)의 대향측면과 결착되며, 여기서 또 다이의 내방향 구동에 의해 댐(73)이 시트의 상부면을 통하여 하방으로 침입되어 요홈(66)형성을 개시하며 동시에 그 앤빌(79)이 시트의 저부면를 통하여 상방향으로 침칩되어 저부면 리세스 (63)의 형성을 개시하도록 한다.

이와같이 서로간 다이(71,72)의 내방향 프레싱은 대향한 전면(74,78)이 시트의 각각의 상부 및 하부측면과 접합하게 프레싱 할 수 있도록 결착할때까지 계속한다.

이와같은 결착위치에 도달될때 그 시트(52)는 적합하게 냉간가공된다.

즉. 압인가공되어 도 6에 나타낸 바와 같이 프로젝션(51)을 형성한다.

위에서 간단하게 설명한 바와 같이, 그 프로젝션을 형성할때 앤빌(79)과 허브(76)의 대향단부는 채널(75)에 의해 구성된 환상공간(annular void)내에서 외측방향에서 반경방향으로 그 알루미늄시트재를 접합하게 압착(즉, 냉간가공)되도록 협조함과 동시에, 환상리브(73)가 시트재상부면으로 침입하여 요홈(66)을 적합하게 구성함으로서 상방향으로 축방향 만곡을 하는 대향한 센터허브(centerhubs)(76,79)사이에서 외측으로 반경방향 압착을 시키는 냉간유동재가 발생하여 직립벽(55)을 형성하도록 하기 위하여 그 냉각유동재가 채널(75)의 내부로 유동하여 적합하게 채운다.

그 프로젝션의 이와같은 압인가공을 할때 그 알루미늄시트재의 냉간가공은 그 구동력방향에 대하여 측방향으로 알루미늄시트재의 유동을 현저하게 실시함과 동시에, 그 저부리세스(63)에 최초로 차지한 알루미늄시트재는 측방향, 즉 축방향으로 구동력을 받게되어 그 채널(75)을 최대로 채운다.

이와같은 압인가공조작에 의한 프로젝션 형성과, 압인조작을 할때 그 알루미늄시트재의 냉간가공에 의해 직립벽(55)형성에 적합하게 이동되어 그 직립벽은 소정의 높이와 두께를 가질 수 있고, 또 그 직립벽이 기재시트에 거의 수직으로 형성하도록 함으로써 최적강도를 제공한다.

또, 그 알루미늄 시트재의 냉간가공은 그 얻어진 프로젝션의 강도와 경도를 현저하게 증가시킴으로 프로젝션 용접의 연속적인 이용에 있어서 더 바람직한 특성을 제공한다.

더 나아가서, 위에서 설명한 그 프로젝션(51)의 형상 및 그 프로젝션과 관련된 형성방법에 의해, 그 프로젝션(51)를 구성하는 환상직립벽(55)은 그 시트의 저부면(54)으로 적합하게 하방향 형성을 한다.

이와같은 하방향 형성이유는 그 환상벽부(69)가 직립벽(55)형성부와 공축방향으로 얼라인먼트됨으로써 기판시트재에 대한 프로젝션의 직립컬럼강도(upright column strength)을 최대화 하기 때문이다.

이와 같이 그 직립 컬럼강도하에 있는 그 환상벽부(69)의 위치 설정은 그 직립 컬럼에 대하여 보강을 제공하며 프로젝션 접합을 할때 그 컬럼의 바람직하지 않은 조기붕괴(premature collapse)를 방지한다.

본 발명의 한 실시예에서는 그 프로젝션(50)이 두께 약 0.030~0.035인치의 박층 알루미늄시트(52)상에 형성되어있다.

프로젝션벽(55)의 높이와, 그 금속시트가 유동되어 그 벽을 형성하도록 하는 암다이채널(75)의 길이는 약 0.028인치 로서 동일하다.

프로젝션벽(55)의 중심부(center)에 의해 구성한 원통(cylinder)의 직경, 즉 Dm은 약 0.15인치이다.

그 프로젝션벽의 기재(base)의 너비는 시트(52)의 두께와 거의 동일하여, 약 0.030~0.035인치이다. 요홈(moat)(66)는 깊이가 약 0.20인치이다.

위에서 설명한 그 프로젝션(51)은 낮은 관성에 대하여 신속하게 응답하는 용접건(welding gun)을 이용하는 것이 바람직하다

그 한예로는 특허문헌 USP5,714,730)(Newcor, Inc.)에 기재되어있다.

더 구체적으로 설명하면, 프로젝션(51)과 함께 사용하는 용접건은 특허문헌 미국특허출원 08/895 526에 기재되어 있는 추가특징을 가진다.

위에서 설명한 개량 프로젝션(51)을 사용하여 알루미늄시트의 프로젝션 용접을 하는데 쓰이는 용접건(welding gun)에 대하여 더 개량하며, 특히 그 용접건의 중량과 관성을 더 감소시키고, 그 프로젝션이 붕괴할때 그 용접건의 신속한 추종응답(fast follow-up response)을 더 개량하기 위하여, 도 8-10에 따라 아래에 설명하는 추가변경을 한 그 용접건의 구성 및 작동을 더 개량하였다.

도 8-10에 따라 자세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의해 일체로 된 프로젝션 용접헤드 및 구동조립체(101)의 개량을 도면에 나타낸다.

그 일체로된 조립체(101)는 도 1에 나타낸 통상의 시스템에서 구동장치(36)와 헤드조립체(17)를 대치하였다.

이 조립체(101)에는 유체압구동실린더(103)에 장착된 전극조립체(102)를 구성하며, 도 1에 나타낸 바와 같이 중첩한 박층 금속시트 사이에서 프로젝션 용접을 형성시키는데 바람직하며. 특히 위에서 설명한 본 발명에 의한 알루미늄 프로젝션(51)을 포함하는 프로젝션접합을 형성시키는데 바람직하다.

그 조립체(101)는 또 단기간 단극 전류펄스 또는 교류파형의 반주기 이하 기간을 각각 가진 다수의 감소진폭의 전류펄스를 인가하는데 특히 적합하며, 또 특허문헌 USP5 714 730에 기재되어있는 전극스프링힘을 프리로딩(preloading)하는데도 특히 적합하다.

그 조립체(101)는 또 외측바이어스힘(outward biasing force)을 전극조립체(102)에 제공하는 관성이 낮고 신속한 응답력을 발생하는 장치(low-inertia, fast-response force generating unit)(104)와, 그 응답력 발생장치(104)에 의해 발생한 힘을 선택하는 조정구조체(adjusting structure)(106)를 구성한다.

구체적으로 설명하면, 그 구동실린더(103)는 보어(bore)(111)을 둘러싼 가느다란 실린더벽(109)를 포함하는 가느다란 하우징(107)을 구비한다.

그 보어(111)는 상하부헤드(113,114)에 의해 그 보어의 상하부단에서 각각 폐쇄되어있다.

그 결과, 그 보어(111)는 피스톤(116)이 전극조립체(102)의 운동을 상하방향으로 왕복구동시키는 유체구동체임버(fluid driven chamber)를 구성한다.

더 구체적으로 설명하면, 그 피스톤(116)은 그 보어(111)내에서 슬라이딩 할 수 있게 수용하여 전방압체임버(forward pressure chamber)(118)와 귀환압체임버 (return pressure chamber)(119)로 유체에 의해 분리된다.

최소한 2개의 포트(port)(도시생략)가 각각 이들의 전방 및 귀환압체임버 (118,119)에 유체로 연통되어있어 피스톤(116)을 작동시킨다.

베어링하우징 또는 캐리어(carrier)(121)가 하부헤드(lower head)(114)에 인접한 구동실린더(103)의 일단부에 고정되어있어, 그 하우징내에 고정된 원통형부싱 (cylindrical bushing)(122)을 구비하며, 그 하부헤드(114)에서 떨어저있는 하부자유단(127)을 구성한다.

원통형상로드(rod)(123)가 고정단(124)에 있는 피스톤(116)에 고정할 수 있도록 캔틸레버(cantilever)형상으로 구성되어 있으며, 귀환압체임버(119), 하부헤드 (114), 베어링캐리어(121)를 통하여 형성되어있고 부싱(122)내에서 슬라이딩할 수 있게 지지되어있어 그 로드(123)의 하부자유단(126)이 베어링캐리어하부단(127)을 지나 축방향으로 형성되어있다.

그 로드(123)에는 폐쇄보어(blind bore)(129)가 구성되어있어, 그 폐쇄보어는 로드자유단(126)에서 개방되어있고, 길이방향의 중심축(150)에 따라 축방향으로 그 로드(123)의 전길이를 형성하여 고정로드단(124)에 인접하여 종료된다.

그 로드(123)의 보어(129)는 계단상구조(stepped configuration)를 구비하여, 그 단계상구조에서는 제1보어부(first bore portion)(132)가 고정로드단(124)에서 가장 가깝게 위치되어있으며, 폐쇄상부단을 구비한다.

제2, 제3 및 제4 보어부(133,134,135)가 차례로 제1보어부(132)에서 자유로드단(126)까지 배열되어있다.

이들의 보어부(132,133,134,135)의 직경은 각각 차례로 증가한다.

제2보어부(133)는 그 보어부에서 원통형상베어링 또는 부싱(137)을 수용한다.

그 전극조립체(102)는 구동실린더(103)에서 간격을 두고 떨어저있어 공축방향의 장착개구(142)와 전극수용개구(144)를 그 대향단에 구비한 튜브형상의 도전성 아답터블록(adapter block)(141)을 구성한다.

그 장착개구(142)는 전극수용개구(142)의 직경보다 더 큰 직경을 구비한다.

그 장착개구단에 있는 그 어답터블록(141)은 직경방향으로 절단되어 그 어답터블록의 장착개구(142)는 높이를 감소시킨 분할클램프(reduced height split clamp)(145)가 그 아답터블록(141)상에서 밀착될때 폐쇄된다.

그 분할클램프(145)의 일부분이 그 아답터블록(141)을 포위하여 충분한 높이만을 구비하며 그 분할클램프와 아답터블록에 수직방향으로 스크루를 수용함으로써 그 스크루가 분할클램프를 아덥터블록에 밀착시킴과 동시에, 그 장착개구(142)를부분적으로 폐쇄한다.

그 분할클램프(145)에는 작동방향(150)으로 또는 축에 대하여 축방향으로(즉, 반경방향으로)돌출되어있는 높이를 감소시킨 플랜지(147)를 구비하여 그 축(150)에 평행하게하여 수방향으로 형성되어있는 나사구멍(148)을 구비한다.

그 분할클램프(145)는 최소중량을 형성하도록 구성되어있다.

그 전극수용개구(144)는 그 개구내에 볼트형상전극(140)을 수용한다.

그 전극(140)에는 도면에 나타낸 바와 같이 나사형상의 가느다란 스템(stem)과, 그 스템의 일단과 일체로 되게 구성시켜 그 전극이 아답터블록(141)에 완전히 나사식으로 결착될때 아답터블록(141)에 접속할 수 있게 인접되어있는 확대시킨 저부가공편 접촉단을 구성한다.

전원공급조립체(149)는 전류를 전극조립체(102)에 공급하며 그 하부단에 인접한 하우징(107)의 하부분에 고정되어있다.

그 전원공급조립체(149)에는 예로서 고정스크루(도시생략)에 의해 캐리어 (121)상에 수용시켜 고정한 홀더 또는 클램프링(clamping ring)(151)을 구성한다.

그 홀더(holder)(151)의 반경방향형성플랜지(153)가 그 홀더(1,51)의 나머지 부분에 대하여 약 20도로 경사지게 형성되어 최소한 1개, 바람직하게는 2개의 볼트수용구멍(bolt receiving apertures)(154)를 구성하며, 그 볼트수용구멍은 수직방향으로 관통할 수 있게 형성되어있다.

도전체(158), 즉 주로 다수의 중첩한 박층동판에 의해 구성된 적층시킨 가요성있는 도전성션트(shunt)가 그 일단에 전원공급장치, 에로서 도 1에 나타낸 변압기(22), 제어기(23) 및 전압원에 전기접속시키며, 그 타단에서는 가요성있는 도전체(159)의 일단에 전기접속시키고 이들의 인접단은 플랜지(153)에 고정시킨다.

그 도전체(159)는 다수의 가느다란 도전성있는 가용성판으로, 금속캡 또는 클립(clips)(161)에 의해 각각의 단부에서 함께 고정시킨 중첩한 박층의 동판이다.

즉, 은도금을 한 C형상의 동제(Cu)클립이다.

그 도전체(158,159)는 이들의 도전체단부에 인접시켜 관통하는 구멍 (aperture)을 각각 가지며, 그 구멍을 통하여 볼트(bolt)(160)가 형성되어 그 도전체와 적층판을 함께 그 플랜지(153)상에서 고정시킨다.

절연성슬리브(sleeve)(156)는 그 구멍(154)에 각각 설정시키고, 절연성와서 (washers)(157)는 도전체(158,159)의 그 홀더(151), 즉 캐리어(121)와 하우징(107)을 전기절연하도록 하기 위하여 홀더부분(holder portion)(153)의 상하부면상에 각각 설정시킨다.

도전체(159)의 타단은 클램프(145)의 플랜지(147)에 볼트로 고정되어 있어 아답터블록(141) 및 전극(148)에 그 타단을 통하여 전기에너지를 전송한다.

그 도전체(159)는 플랜지(153)에서 클램프(145)까지 거의 C형상으로 짧은 거리를 형성하며, 그 도전체의 하부레그(lower leg)(162)는 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이 전극조립체(102)의 전체 형성위치에서 그 축(150)에 수직방향으로 형성되어있다.

그 로드(123)의 보어(139)는 중심축(150)을 중심으로 하여 센터링 (centering)하는 가느다란 중공의 경질튜브(170)를 슬라이딩 할 수 있도록수용(receiving)하며, 그 튜브는 크로몰리(chromolly)로 된 원통형상튜브가 바람직하다.

그 부싱(137)은 튜브(170)의 상부분과 슬라이딩할 수 있게 지지되어있다.

그 튜브(170)는 제1 보어부(132)의 직경보다 최소한 약간 작은 외측직경을 구비하여 용이하게 수용할 수 있다.

민활한 벽으로 형성된 튜브(170)은 제4보어부(135)내에서 부분적으로 수용되어 그 보어(129)와 자유로드단(free rod end)(126)을 지나 외측방향에서 축방향으로 형성되어있다.

그 전극조립체(102)는 중공의 튜브(170)의 하부길이방향 단부에서 고정할수 있게 장착되고 그 로드(123)에서 간격을 두고 떨어져 있다.

그 튜브(170)의 하부단은 장착개구(142)내에 수용된다.

그 클램프(145)는 클램프(143)와 아답터블록(141)을 튜브(170)의 자유단에 고정하는 아답터블록(141)의 분할부(split portion) 상에 밀착되어있다.

그 구동력 발생장치(104)에는 축방향의 가느다란 스프링(175), 바람직하게는 코일스트링이 구성되어있다.

즉, 그 보어(129)내에 그리고 도면에 나타낸 실시예에서 제3 보어부(134)내에 그 스프링이 모두 수용되어있다.

그 스프링(175)은 제 3보어부(134)의 직경보다 작은 직경을 가지며 튜브(170)의 외측직경보다 더 큰 직경을 가저 그 스프링(175)은 마찰에 의한 간섭(frictional interference)이 없으며 로드(123)또는 튜브(170)에서 전기절연되어있다.

링형상 베어링와서(176)는 제2보어부(133)와 제3보어부(134)사이의 단상면(step face)상에 장착되어있는 전기절연와서(177)에 설정되어있다.

그 와서(176)는 축방향에서 하방으로 대향하여 있는 대향측면에 대하여 스프링(175)의 상부단을 지지할 수 있게 수용한다.

따라서, 그 베어링와서(176)는 스프링(175)의 지지면으로 작동하며, 그 절연와서(177)는 베어링와서(176)를 지지한다.

그 와서(177)의 축방향의 상방 대향측면상에 그 원통형상부싱(137)의 단부가 설정되어 제2보어부(133)에서 부싱(137)의 지지를 조력한다.

그 조정구조체(106)에는 자유로드단(126)에 위치되어 있는 정지구(stop) 또는 단부조립체(179)가 구성되어있고, 또 외측방향으로 나사식 고정을 하며 제4보어부(135)에 나사식으로 고정할 수 있게 수용하는 원통형상피팅 (fitting) (181)을 구성한다.

그 피팅(181)은 외측방향에서 반경방향으로 형성되어있는 구동플랜지(182)를 그 하부단에 구비한다.

그 구동플랜지(182)는 자유로드단(126)에서 축방향으로 간격을 둠으로써 그 구동플랜지는 적합한 수단, 즉 공구 또는 수동에 의해 결착할 수 있도록 하여 제4보어부(135)에 대하여 그 단부조립체(179)를 회전시켜 제4보어부에서 그 단부조립체를 축방향으로 설정시킨다.

그 피팅(181)은 또 길이방향 중심축(150)을 중심으로 하여 센터링하여 형성되어있는 원통형상의 길이방향 관통개구(183)를 구비한다.

그 개구(183)는 그 개구내에서 고정되어있는 전기절연성 원통형상부싱(184)을 수용한다.

그 부싱(184)의 상부면은 피팅(181)의 상부면상에서 축방향으로 형성할 수 없다.

중량이 가벼운 즉 알루미늄으로 이루어진 분할 정지링 또는 칼라 (collar)(186)는 튜브(170)의 양단부중간에 있는 제3 또는 제4 보어부 (134,135)에서 그 조정피팅(181)의 상부단상에 설정되어있다.

그 칼라(186)는 반부분을 함께 접합하고, 각각의 반부분을 수용하여 접속하는 스크루의 구멍(185)를 구비하며, 또 그 원통형상부싱(184)보다 더 큰 반경방향 벽너비를 구비하여 그 칼라는 그 부싱에 대하여 외측방향에서 반경방향으로 구성한다.

그 칼라(186)는 외측방향에서 반경방향으로 형성되어 있으므로 그 칼라의 하부면(188)은 그 최하부축방향위치에서 칼라(186)를 정지시키는 피팅(181)의 상부단과 접촉한다.

그 환상의 칼라(186)의 상부면(189)은 그 스프링(175)의 하부단에 인접되어 있으므로, 그 스프링의 제2지지면을 구성하여 그 스프링(175)은 그 피팅(181)에서 하방향으로 칼라(186)를 작동시킨다.

회전방지장치(190)가 제3 또는 제4 보어부(134,135)내에 있는 튜브(170)의 양단부 중간에 위치되어있고, 튜브(170)내에서 고정되어 있는 전기절연슬리브(193)와, 튜브(170)에서 반경방향으로 형성되어있고, 그 슬리브(193)로 프레싱시킨 핀(191)과, 그 로드(123)에서 길이방향으로 형성되어있는 가느다란 슬롯(192)을 구성한다.

그 슬롯(192)은 핀(191)이 칼라(186)의 반경방향보어를 관통한 다음에 그 슬롯내에 그 핀(191)을 수용한다.

그 슬롯(192)은 핀(191)의 직경과 거의 동일한 너비를 가져 중심튜브(170)와 로드(123)사이에서 상대회전운동을 방지한다.

그 슬롯(192)은 로드(123)에 대하여 튜브(170)의 상대적인 축방향운동을 하도록 하는 핀(191)의 직경보다 상당히 큰 높이를 가진다.

그 조립체(101)는 부착판(204)에 고정되고, 그 부착판(204)은 고정지지체 (206)에 고정되어있어 그 지지체(206)상에서 축방향으로 슬라이딩할 수 있도록 한다(도 9참조).

통상의 위치선택장치(207)는 그 부착판(204)을 지지체(206)에 고정시켜 그 조립체가 일단 반복할 수 있는 용접조작을 위하여 위치가 설정되면 그 지지체는 이들 사이의 작동을 방지한다.

본 발명에 의해 일체로 된 용접헤드와 구동실린더조립체(101)의 작동을 프로젝션(51)과 관련하여 아래에 설명한다.

용접조작을 할때 그 프로젝션(51)상에 용접조립체(101)의 신속한 응답을 제공하게되어, 프로젝션 용접조작을 할때 전극조립체(102)에 의해 프로젝션(51)상에 가한 힘을 정밀하게 제어하여 사전에 측정하는 것이 바람직하다.

본 발명은 스프링(175)의 예비압축(precompression)을 제공하며, 그 스프링(175)는 로드(123)에 전부 수용되어 있어 중량과 관성을 감소시킨 튜브(170)와 전극조립체(102)를 바이어싱(biasing)시킴으로써 본 발명에 의한 프로젝션 용접조립체(101)에 의해 반복할 수 있으며 균일한 프로젝션 용접을 실시한다.

그 전극조립체(102)가 완전조립될때, 도 10에 나타낸 바와 같이 완전 형성상태에서 그 전극조립체가 최대 범위로 로드(123)에서 직전방향으로 형성되며 그 도전체센트(shunt)(159)가 C-형상으로 형성된다.

그 전극조립체가 완전형성 상태에 있을때 그 스프링(175)은 축방향으로 간격을 둔 지지면, 즉 베어링플레이트(176)와 칼라(collar)(186)사이에서 구성이 한정되어 예비압축을 하여 프리로딩력(preloading force)을 발생한다.

더 구체적으로 말하면, 그 스프링(175)의 일단이 로드(123)에 대하여 베어링판(176)에 의해 고정되어있다.

또, 스프링(175)의 타단이 칼라(186)에 의해 한정되어있어 그 칼라는 그 로드(123)와 베어링판(176)에 대하여 축방향으로 작동할 수 있다.

제2스프링지지면에 대하여 제1스프링 지지면 및 칼라(186)와 베어링플레이트 (176)의 축방향 위치설정은 제4 보어부(135)의 단부조립체(179)의 위치에 의해 고정된다.

그 단부조립체(179)는 제4보어부의 피팅(181)을 나사식으로 결착시킴으로써 제4보어부(135)에서 축방향위치로 이동시켜 스프링(175)이 칼라(186)를 밀어내는 (pushing)핑팅(181)의 상부면을 축방향으로 위치시킨다.

이와같은 피팅(181)의 위치설정, 즉 그 피팅상에 설정한 칼라(186)는 제1지지면과 제2지지면사이에 있는 스프링(175)을 조절할 수 있도록 제한시킴으로써 사전에 정한 프리로딩력(preloading force)으로 그 스프링(175)을 프리로딩시킨다.

그 프리로딩력은, 그 전극조립체(102)와 튜브(170)를 로드(123)에 대하여 상방향으로, 또 스프링(175)에 대향하면서 보어(129)내축방향으로 이동할 수 있도록 동일하게 극복하는 프리로딩력과 반대방향으로 힘을 가할때까지 그 전극조립체 (102)와 튜브(170)을 완전하게 형성시킨 위치상태로 유지시킨다.

그 전극조립체(102)가 축(150)에 따라 상방향으로 이동할때, 그 도전체 (159)의 하부 레그(162)가 도전체(157)의 상부 레그로 더 가깝게 작동한다.

용접조작을 실시하기 위하여 도 8 및 도 9에 나타낸 위치에서 용접행정 (welding stroke)을 개시한다.

더 구체적으로 설명하면, 그 로드(123)를 구동실린더(107)내로 후진시켜 전극조립체(102)를 로드(123)에서 완전하게 형성시킨다.

그리고, 그 로드(123)는 전극조립체(102)를 구동시켜 그 로드가 전체 피스톤보다 길이가 짧은 제1거리와 로드 이동거리로 이동한 다음에 가공편과 접촉한다.

그 로드(123)는 연속적으로 더 짧은 거리로 이동하면서 그 전극조립체(102)와 튜브(170)가 일정한 공간내에서 고정된다.

이와같이 공간내고정은 스프링(175)을 동일하게 짧은 거리에서 압축하도록 프로젝션(51)와 얼라인먼트(alignment)상태에서 그 가공편을 전극조립체가 접촉하기 때문이다.

즉, 와서(176)가 칼라(186)에 더 가깝게 이동한다.

더 압축시킨 스프링(175)은 제2탄력(second spring force)을 발생하여, 그 제2탄력은 전극조립체(102)를 가공편쪽에서 하방향으로 바이어싱(biasing)시켜, 그 탄력을 프로젝션(51)과 접촉되어있는 인접시트의 계면(interface)에 가한다.

그 스프링압축에 의해 그 제2탄력은 제1 탄력보다 더 크며, 바람직한 실예서는 제2탄력은 약 2001bs로 감소된다.

제2탄력은 통상의 프로젝션 용접조작을 할때 프로젝션에 가한 통상의 힘(약 400lbs임)과 다르다.

알루미늄프로젝션에 가한 힘을 감소시킴으로써 그 프로젝션에 인가한 전류를 동일하게 감소사킬 수 있다.

또, 위에서 설명한 바와 같이 그 스프링(175)을 프리로딩시켜 가공편의 손상을 회피하여 반복할 수 있고 인접한 프로젝션 접합을 달성하도록 하기 위하여 완전하게 형성되어있는 위치에 있는 전극조립체(102)에 초기에 전달한 탄력의 광범위한 변동을 방지할 수 있다.

그 전극(140)이 가공편과 접촉하여 그 용접행정을 행할때 로드(123)가 연속적으로 하방향 이동을 한 다음에, 그 로드(123)에 고정되어있는 피팅(181)이 칼라 (186)에서 떨어저 있는 튜브(170)상에서 슬라이딩을 하는 부싱(184)과 함께 하방향으로 슬라이딩을 한다.

제3보어부(134)는 칼라(186)의 외측 직경보다 최소한 약간 더 큰 직경을 가져 제3보어부는 그 칼라주위에서 접촉되지 않도록 하방향으로 이동할 수 있다.

그 피팅(181)과 칼라(186)사이의 분리할 수 있는 거리는 그 전극이 이동되어 프로젝션(51), 즉 프로젝션벽(55)을 붕괴시켜 용접너겟(weld nugget)또는 2개시트의 동시 접합고정(joint fixing)으로 형성할 수 있는 최대거리가 동일하다.

그 붕괴 프로젝션상에 작동하는 스프링(175)에 의해 발생한 탄력이 감소됨으로써 그 시트의 더 작은 비틀림(distortion)또는 리드-스루(read-through)가 발생되어 하부용접전류의 사용으로 그 프로젝션을 가열할 수 있다.

일단 그 로드(123)가 로드의 가장 아래지점에 도달되어 스프링(175)을 완전 압축시키면, 전류용접펄스가 센트(shunt)(158)에 인가되어 전도체(159)를 통하여 전극조립체(102)로 이송된다.

그 전류펄스는 그 용접시스템에 인가한 교류의 반파주기 이하의 기간 또는 그 반파주기와 동일한 기간을 가진다.

필요할 경우, 추가펄스를 인가시켜 프로젝션(51)의 붕괴를 발생하도록 하기 위하여 그 프로젝션(51)을 충분하게 가열시킬 수 있다.

그 전류펄스가 도전체(159)를 통과하여 이송될 경우, 그 전류펄스는 도전체(159)상에서 힘을 발생한다.

그 도전체(159)는 도전체를 일직선 형상으로 형성하므로 C형상도전체(159)의 레그가 서로 떨어저 작동하도록 한다.

그 상부도전체 레그는 플랜지(153), 즉 고정하우징(107)에 고정되어 있으므로, 일직선형상 형성력이 전극조립체(102)에 고정된 것과 같이 하부도전체레그 (162)상에서 작동한다.

그 전극조립체(102)는 불완전형성위치에 있으며, 그 하부도전체 레그(162)와 그 전극조립체가 가공편쪽에서 하방으로 있도록 한다.

그 결과, 그 도전체(159)는 스프링(175)을 조력하여 신속한 응답을 제공한 다음에 그 프로젝션을 붕괴하도록 한다.

따라서, 그 용접건(welding gun)조립체(101)는 프로젝션 용접조작을 할때 프로젝션(151)이 붕괴될 때까지 그 구성구조를 개량시켜 반복할 수 있는 후속조작을 제공한다.

더 구체적으로 말하면, 그 작동시켜 후속동작을 하는 구성체에는 전극조립체 (102), 도전체(159) 및 튜브(170)를 구성하며, 이들의 구성체 전부는 프로젝션(51)의 붕괴를 수속으로 작동시켜 형상시키는데 도움을 준다.

그 전극조립체(102)의 중량은 아덥터블록(141)을 튜브(170)에 고정하는 두께를 감소시킨 클램프(145)와 감소중량을 또 가진 아답터블록(141)에 나사식으로 결착시켜 수용하는 더 작은 전극(140)에 의해 감소시킨다.

그 도전체(159)는 C형상을 구비하여 그 하나의 레그가 하우징베어링(122)상에 고정되어있으며, 특히 용접조작을 할때 고정되고, 다른 레그(162)는 전극조립체 (102)와 함께 동작하는 용접건 조립체(101)의 축(150)과 직교하는 클램프(145)의 플랜지(147)에 고정되어있다.

그 도전체(159)는 용접전류펄스가 그 도전체에 인가될때 일직선 형상으로 형성할려는 경향이 있다.

따라서, 또 다른 잇점은 도전체(159)의 위치를 설정하는 데 있다.

그 도전체(159)는 이와같은 위치설정을 사용하여 프로젝션(51)붕괴에 대한 전극조립체의 후속작동조작을 하도록 하는 스프링(175)을 보강한다.

더 나아가서, 또 하나의 잇점은 도전체(159)의 양단부가 서로 근접하여 도전체(159)의 중량을 최소화 하는 데 있다.

또 하나의 다른 잇점은 스프링(175)이 관통에 의해 작동하여 전극조립체 (102)를 하방으로 구동시킨 다음에 프로젝션(51)을 붕괴시키는 중공튜브 (170)의 중량감소에 있다.

이와같이 그 용접건 조립체(101)는 프로젝션(51)붕괴에 대하여 향상시킨 후속동작조작을 하는 구성체를 제공한다.

본 발명의 하나의 실시예에서는 그 시트상에 프로젝션을 포함하는 시트가 알루미늄시트인데 반하여, 그 인접하는 다른 금속체는 스틸시트(steel sheet)로 할 수 있다.

그 프로젝션은 여기서 설명한 방법을 사용하여 알루미늄시트상에서 압인가공한다.

그 프로젝션은 스틸시트와 접촉시켜 여기서 설명한 방법과 장치에 의해 용접한다.

최근의 테스트에서는 알루미늄시트와 스틸시트사이의 충분한 금속고정을 형성시킬 수 있다는 것을 나타내었다.

본 발명의 범위내에서 알루미늄시트상에서의 비중공 프로젝션, 예로서 가느다란 리브(ribs)(요홈에 의해 둘러싼 리브)를 압인가공한다.

이들의 프로젝션은 주상(columnar)이며 예리하지 않다.

즉, 이들의 프로젝션은 그 정상에서 볼때 원형이다.

첨부 도면에 따라 위에서 설명한 프로젝션은 환상의 직립 원통형상을 가진다.

본 발명의 범위내에서 직립하지 아니한 원통형상, 타원형상 등의 다른 형상을 가진다.

위에서 설명한 용접시스템의 실시예는 전류펄스를 공급하는 변압기 및 제어기에 대하여 설명하였으나, 용접전류펄스를 제공할 수 있는 어떤 장치라도 본 발명의 범위내에 있다는 것을 알 수 있다.

이와같은 장치의 다른 종래의 타입에는 캐패시터방전기(capacitor discharge) 및 중주파장치를 포함한다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에서는 도면에 나타낸 기술구성에 대하여 구체적으로 기재하였으나, 그 구조와 장치를 본 발명의 범위내에서 여러가지로 변형시킬 수 있고 구성부분을 재배치 할 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 목적은 박층금속시트의 프로젝션 용접의 개량, 특히 프로젝션을 형성시켜 구비한 박층금속시트가 알루미늄으로 구성되어 있는 상태에서 프로젝션 용접을 연속적으로 행하도록 처리할 수 있는 프로젝션 용접의 개량을 제공하는 데있다.

더 구체적으로 말하면, 본 발명의 목적은 프로젝션 용접조작을 연속적으로 실시하도록 하여 박층알루미늄시트와 일체로되게 결합한 개량시킨 프로젝션에 있어서, 개량한 형상, 크기 및 형성방법에 의한 프로젝션이 조기붕괴(premature collapse)됨이 없이 프로젝션에 가한 전극압력에 견딜수 있도록 현저하게 증가한 강도를 제공함으로써, 그 프로젝션이 신속하게 붕괴되어 중첩금속시트와 금속체 사이에서 금속접합을 형성하도록 하는 온도에 도달될때까지 그 프로젝션과 인접금속체 사이에서 적합한 계면압력, 접촉영역 및 전류밀도를 유지하는 프로젝션을 제공하는데 있다.

본 발명에서 그 프로젝션은 일반적으로 알루미늄시트의 한쪽에서 떨어저 수직방향으로 캔틸레버(cantilever)형상으로 구성되어있는 중공의 직립 원통형상벽으로 형성되어있다.

그 중공의 직립면은 그 알루미늄시트의 두께에 근접하거나, 거의 동일한 벽두께를 가지며, 또 압축강도가 현저하게 높은 컬럼(colume)을 구성하도록 하는 상당한 높이를 가진다.

그 알루미늄시트와 접합한 그 컬럼은 또 그 알루미늄시트의 전체두께에 의해 지지되어있다.

그 컬럼의 내부는 바람직한 실예에서 알루미늄시트의 상부면과 거의 동일 평면(flush)이나, 그 알루미늄시트 두께와 비교하여 두께가 현저하게 감소되어있는 저부벽(bottom wall)에서 종료되도록 컬럼의 자유단부에서 하방으로 개방되어있다.

형성되어있는 리세스(recess)는 그 프로젝션과 공축방향의 얼라인먼트 (alignment)상태에서 그 시트의 대향측면에서 내방으로 개방되어 있으며 박층저부벽에서 종료된다.

그 형성리세스는 주로 중공 직립 원통형상벽에서 그 내벽의 반경방향범위에서 반경방향으로 형성되지 않은 외측벽에 의해 한정되어있다.

본 발명의 프로젝션은 바람직하게는 압인가공조작(coining operation)에 의해 형성됨으로 그 시트재는 저부리세스를 형성할때 측방으로 압축가공(squeezing)한 다음에 그 중공의 직립원통형상벽을 형성하도록 외측방향(즉수직방향)으로 유동 (flowing)시킨다.

이와같이 그 직립원통형상벽을 형성하는 형성재는 상당한 냉간가공을 실시한다.

그 냉간가공은 상당한 컬럼강도를 얻도록 하기 위하여 그 두꺼운 직립벽을 형성시킬뿐만 아니라 그 컬럼강도를 더 증가하도록 하기 위하여 그 형성재에 대하여 또 상당한 냉간가공을 시킨다.

또, 본 발명은 개량시킨 프로젝션과 관련하여 박층금속시트, 특히 알루미늄시트의 연속적인 프로젝션 용접을 실시하도록 하는 개량시킨 용접건(welding gun)에 관한 것이다.

그 용접건은 스프링작동전극(spring-urged electrode)을 사용하며, 그 전극은 용접조작을 할때 직립 프로젝션(uprizet projection)의 붕괴에 용이하게 대응하도록 극소한 중량과 관성을 가짐으로써 적당한 접속압력과 그 용접전류의 농도를유지하여 소정의 용접너겟(weld nugget) 또는 조인트(joint)가 얻어진다.

본 발명의 다른 목적은 첨부도면에 따르는 구체적 설명에서 알 수 있다.

본 발명에 의해 금속시트, 특히 알루미늄시트를 인접시트에 프로젝션 용접을 하는 그 시트상에서 압인가공시킨 프로젝션을 얻을 수 있으며, 그 프로젝션은 그 프로젝션 형성시트의 두께보다 더 큰 두께를 가지며, 그 프로젝션벽은 제1리세스로 둘러싸여 있도록 한다.

본 발명에 의한 용접건 조립체는 프로젝션 붕괴에 대하여 후속조작을 크게 향상시크는 구성체를 제공하며 도전체의 위치를 효과적으로 설정시켜 프로젝션 붕괴에 대한 전극조립체의 후속작동조작을 하도록 하는 스프링을 보강한다.

Claims (22)

1. 제1의 박층알루미늄시트를 인접한 제2금속체에 프로젝션 용접을 하도록 제1의 박층알루미늄시트에 프로젝션을 형성하는 방법에 있어서,

   알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 제1의 박층금속시트를 형성시켜;

   제1의 박층금속시트를 구성한 제1압인가공다이와 제2압인가공다이 사이에 설정시켜 제1의 박층금속시트에 프로젝션을 형성시키고;

   제1압인가공다이와 제2압인가공다이를 각각 제1의 박층금속시트의 대향한 제1 측면 및 제2측면과 접촉시키며;

   제1의 박층금속시트를 제1 압인가공다이와 제2 압인가공다이의 사이에서 압착시켜 직립환상벽으로 구성한 프로젝션을 형성하도록 제1압인가공다이내의 환상채널에서 반경방향에서 축방향으로 제1의 박층금속시트의 금속을 냉간유동하도록 하여, 그 직립환상벽이 제1표면의 외측방향에서 횡방향으로 형성되어 중공의 내부를 구성하며 그 직립환상벽이 제1표면과 제2표면사이에 형성되어있는 제1의 박층금속시트의 환상부에 의해 지지되어 그 직립환상벽의 축방향 형성부를 적합하게 구성시키고;

   제1박층금속시트와 제2금속체를 서로 인접하여 지지체와 용접전극의 팁(tip)사이에서 결착상태로 설정시켜 제1박층금속시트상의 프로젝션이 제2금속체상의 대향면과 접촉되고, 또 그 프로젝션이 용접전극과 얼라이먼트되며;

   그 전극의 팁에서의 가압력(pressing force)을 제1박층금속시트와 프로젝션과 얼라이먼트된 제2금속체중 하나의 외측면상에 가하고, 용접전류펄스를 그 전극에 인가하여 그 프로젝션에서 접촉하는 제1박층금속시트와 제2금속체에 송전하여 제1박층금속시트와 제2금속체 사이에 용접을 형성하도록 그 프로젝션을 가열 및 붕괴시키는 스텝으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   그 압착스텝에서는 제1박층금속시트의 제2면에서 안쪽으로 금속을 냉간유동시켜 직립환상벽내에 형성된 중공내부와 얼라이먼트되어 있으나 분리되어 있는 제2면에서 안쪽으로 개방되어 있는 리세스(recess)를 형성하는 스텝을 포함함을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서,

   제2면에서 안쪽으로 개방되어있는 리세스는 제1면과 제2면 사이에서 형성되어있는 제1 박층금속시트의 환상부내에 구성되고 그 환상부에 의해 포위되며 직립 환상벽의 축방향형성부를 적합하게 구성함을 특징으로 하는 방법.
4. 제2항에 있어서,

   그 리세스와 그 중공내부는 각각 개방되어 있는 원통형상공간으로, 그 공간은 얼라이먼트(alignment)되어 있으나 저부벽에 의해 서로 분리되어있고, 그 저부벽은 일측면상에서 그 시트의 제1면과 함께 형성할 수 있도록 구성되고 그 시트의 두께보다 더 얇은 두께를 구비함으로써 그 리세스가 그 시트의 두께이하의 깊이를 통하여 그 시트내 안쪽으로 개방되어, 그 리세스는 그 중공내부를 둘러싼 프로젝션 내벽의 직경과 크기가 동일한 직경을 가진 포위벽(surrounding wall)에 의해 포위되어 있음을 특징으로 하는 방법.
5. 제3항에 있어서,

   그 냉간유동(cold flowing)스텝에서는 그 시트의 잔류부분내에서 횡방향으로 유동하는 제2면 리세스에서 금속의 압착을 방지함을 특징으로 하는 방법.
6. 제3항에 있어서,

   그 시트의 잔류부분내에서 횡방향으로 유동하는 제2면의 리세스에서 그 금속재의 압착을 방지하는 스텝에서는 그 시트의 제1면에서의 금속을 냉간유동하여 환상리세스를 형성하며, 그 환상리세스는 제1면에서 안쪽으로 개방되고 직립환상벽과 밀접하게 인접시켜 둘러싸도록 구성함을 특징으로 하는 방법.
7. 제3항에 있어서,

   그 시트를 압착시켜 금속을 냉간유동하여, 저부벅에서 종료되는 내부 리세스를 형성하도록 하기 위하여 직립환상벽의 중공내부의 유동에서 냉간유동금속을 형성하는 압착스텝은 제1면에서 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서,

   그 시트의 압착스텝에는 직립환상벽과 밀접하게 인접하여 둘러싼 그 시트의 제1면에서 금속을 냉간유동시켜 제1면에서 안쪽으로 개방되고 그 시트의 두께 내부에서 부분적으로만 간격을 두고 돌출되어 있는 환상리세스를 형성시킴을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서,

   그 압착스텝에서는 그 시트의 제2면에서 금속을 냉간유동시켜 그 직립환상벽의 중공내부와 얼라이먼트된 제2면에서 안쪽으로 개방되어있으나, 그 시트의 두께 보다 더 얇은 두께를 가진 저부벽에 의해 분리되어있는 리세스를 형성하고, 그 압착에 의해 직립환상벽을 형성하도록 하기 위하여 제1다이의 채널내에서 반경방향의 축방향으로 금속의 냉간유동을 발생하도록 함을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서,

    그 용접전극은 그 전극의 팁이 외측면과 결착될때 그 용접전극에 대하여 연속적으로 바이어싱 힘(biasing force)을 가하는 스프링장치를 구성하는 용접헤드조립체상에 설치시켜, 그 용접전극이 압력을 가하도록 하기 위하여 그 프로젝션쪽으로 연속하여 힘을 가하여 그 프로젝션의 붕괴운동을 후속조작하면서 그 외측면과 그 전극팁의 결착을 유지함을 특징으로 하는 방법.
11. 제10항에 있어서,

    그 용접헤드조립체에는 전극헤드에 접합된 하나의 레그(leg)을 가지며 전극운동방향에 대하여 횡방향으로 형성되어있는 U자 형상의 적층되어있는 도전성 스트랩(strap)을 구비하여 전기에너지가 작용할때 그 스트랩은 그 전극에 바이어싱힘을 가하여 그 전극은 프로젝션이 붕괴될때 그 프로젝션에 대하여 그 전극의 신속한 후속조작운동에 조력하도록 함을 특징으로 하는 방법.
12. 알루미늄시트부와 그 알루미늄시트부상에 형성된 프로젝션을 구성하는 제1금속체(metal first body)에서, 그 프로젝션은 인접한 제2금속체(adjacent metal second body)에 제1금속체를 접촉시켜 프로젝션 용접을 형성하도록 하고,

    그 알루미늄시트부는 그 제1 평면상측면과 제2평면상측면사이에서 형성되어있는 두께를 구비하는 제1금속체의 프로젝션에 있어서, 그 프로젝션은 그 알루미늄시트부의 제1평면상측면에서 외측방향에서 수직으로 형성되어있는 직립 튜브형상벽과, 그 튜브형상벽에 의해 둘러싸여 있고 제1평면상측면쪽에서 그 튜브형상벽의 자유단으로 형성되어있는 제1리세스(first recess) 와, 제2평면상측면에서 그 알루미늄시트부의 두께 내부에 부분적으로 떨어저 형성되고, 제1리세스와 함께 서로 얼라이먼트되어있는 제2리레스(second recess)와,

    이들의 제1 및 제2 리세스의 저부면을 구성하고 제1리세스와 제2리세스를 서로 분리시키는 웨브벽(web wall)을 구성함을 특징으로 하는 프로젝션.
13. 제12항에 있어서,

    그 튜브형상벽은 환형상으로 형성되고, 제1리세스는 원통형상으로 형성되어 있음을 특징으로 하는 프로젝션.
14. 제12항에 있어서,

    제2리세스는 튜브형상벽의 축방향 형성부와 얼라이먼트되고 그 축방향 형성부를 구성하는 그 알루미늄시트부의 환상부분에 의해 외측방향으로 포위되어, 그 튜브형상벽이 그 알루미늄시트부의 전두께(full thickness)에 의해 지지됨을 특징으로 하는 프로젝션.
15. 제12항에 있어서,

    그 웨브벽은 그 알루미늄시트부 두께보다 더 얇은 두께를 구비함을 특징으로 하는 프로젝션.
16. 제12항에 있어서,

    그 웨브벽은 제1평면상측면에 대하여 공평면상의 제1면을 구비하고, 제2리세스는 그 알루미늄시트부의 두께의 1/2보다 더 크거나 그 두께와 동일하나 그 두께보다 더 얇은 깊이를 구비함을 특징으로 하는 프로젝션.
17. 제12항에 있어서,

    그 프로젝션두께는 0.028인치이며, 그 알루미늄 시트부 두께는 0.030~0.035인치임을 특징으로 하는 프로젝션.
18. 제12항에 있어서,

    그 알루미늄시트부에는 제1평면상측면에서 안쪽으로 개방되어있고 그 튜브형상벽에 밀접하게 인접시켜 둘러싸여 있도록 구성되어 있는 깊이가 얕은 환상요홈을 구비함을 특징으로 하는 프로젝션.
19. 인접금속체를 중첩하며 그 인접금속체쪽으로 형성되어있는 금속시트 사이에 프로젝션 용접을 형성하는 프로젝션 용접장치에 있어서,

    고정하우징과; 그 고정하우징내에 부분적으로 설정하며 그 고정하우징내에 보어(bore)를 구비하는 로드(rod)와;

    그 로드(rod)를 그 고정하우징에 대하여 개시위치에서 접촉위치와 그 접촉위치를 통과하는 단부위치(end position)까지 이동하는 작동장치(actuating device)와;

    그 로드의 자유단에 설치하며, 그 보어내에 수용되고 그 로드에서 축방향으로 형성되는 중량이 가벼운 중공튜브와, 그 로드가 접촉위치와 단부위치에 있을때 그 알루미늄시트와 금속체중 하나를 접촉하도록 하는 전극을 구비하는 전극조립체와;

    그 로드의 튜브를 외측방향에서 축방향으로 바이어싱 되도록 그 로드와 튜브를 결착하는 스프링유닛(spring unit)과; U형상 구조로 지지되고, 그 하우징에 고정된 제1 레그와 전극조립체에 고정된 제2 레그를 구비하여, 용접전류를 제1단부에 입력하여 그 전류를 전극조립체와 그 알루미늄시트상의 프로젝션에 송전하도록 하고 제2 레그가 그 튜브의 축방향이동방향과 그 축에 대하여 횡방향으로 형성되도록 하는 가느다란 적층시킨 도전체를 구성함을 특징으로 하는 프로젝션 용접장치.
20. 제19항에 있어서,

    그 전극조립체에는 아답터블록(adapter block)과, 그 아답터블록을 튜브의 자유단에 고정시키는 클램프(clamp)를 구비하여, 그 클램프는 그 튜브에 횡방향으로 그 아답터블록에서 반경방향으로 형성되어 있는 플랜지를 구성하고, 제2 레그는 그 튜브에 횡방향으로 형성되어 있는 클램프의 한 표면에 고정됨을 특징으로 하는 프로젝션 용접장치.
21. 제20항에 있어서,

    그 전극조립체에는 그 튜브에서 떨어저 있는 아답터블록의 단부에 고정시킨 전극을 구비함을 특징으로 하는 프로젝션 용접장치.
22. 제19항에 있어서,

    그 튜브에는 그 로드에서 그 튜브를 절연시키는 전기절연부를 구비함을 특징으로 하는 프로젝션 용접장치.