KR20100023488A

KR20100023488A - 알루미늄 판재 용접 방법

Info

Publication number: KR20100023488A
Application number: KR1020080082275A
Authority: KR
Inventors: 유지홍
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2010-03-04
Also published as: US20100044349A1; CN101653862A

Abstract

상부 전극(10a)과 상측 알루미늄 판재(20a) 사이, 하부 전극(10b)과 하측 알루미늄 판재(20b) 사이에 각각 니켈이 양면에 도금된 금속 박판(30)을 개재시킨 상태에서, 용접을 실시하는 알루미늄 용접 방법이 소개된다. 이 방법에 따르면, 용접 전극의 오염이 적으며 용접 품질이 우수하다.

알루미늄, 판재, 용접, 전극

Description

알루미늄 판재 용접 방법{WELDING METHOD FOR ALUMINUM SHEETS}

본 발명은 용접 전극의 오염이 적으며 용접 품질이 우수한 알루미늄 판재 용접 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차체 및 외판 재질은 강재(steel)로 제작되나, 차체 경량화 요구에 따라 최근 알루미늄 적용 부품의 개발이 활발하게 확대되고 있으며, 이에 따라 알루미늄 소재의 조립 및 접합 기술에 대한 요구 또한 확대되고 있다.

그런데, 현재까지 접합 기술은 강판을 위주로 개발되어 왔고 알루미늄 판재의 접합 기술은 아직 많은 진척을 이루고 있지 못한 상태이다. 알루미늄 판재는 전기전도도가 높아 접합에 필요한 충분한 열량을 얻기 어려우며, 열전도도가 크기 때문에 발생된 열이 급속히 소산되어 버린다. 또한, 용접 전극 오염이 심하여 종래의 점용접 방식으로는 접합이 어렵다.

한편, 알루미늄 판재의 표면을 산화시켜 표면 저항값을 올리고, 이를 통해 용접이 용이하게 하는 방법도 제안된 바 있다. 그러나, 이 방법은 전극과 알루미늄 판재 간의 접촉 저항값이 일정치 않고, 고온에서의 알루미늄 확산 및 금속간 화합물 생성으로 인하여 전극 표면에 알루미늄이 융착될 수 있어, 용접 불량률이 높고 전극 수명이 짧다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 용접 전극의 오염이 적으며 우수한 용접 품질을 얻을 수 있는 알루미늄 판재 용접 방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알루미늄 판재 용접 방법은, 상부 및 하부 전극 사이에 알루미늄 판재들을 서로 겹쳐서 공급하는 과정; 상부 전극과 상측 알루미늄 판재 사이, 하부 전극과 하측 알루미늄 판재 사이에 각각 니켈이 양면에 도금된 금속 박판을 공급하는 과정; 및 상기 상부 및 하부 전극에 전원을 공급하고 알루미늄 판재들을 용접하는 과정;을 포함한다.

바람직하게는, 상기 금속 박판은 강판의 양면에 주석 도금층과 니켈 도금층이 각각 적층된 것일 수 있으며, 상기 강판은 100~120㎛, 상기 주석 도금층은 0.1~0.2㎛, 상기 니켈 도금층은 0.8~1.2㎛의 두께를 가질 수 있다.

또한, 바람직하게는, 상기 금속 박판은, 1회 용접 후 다음 용접 전 금속 박판을 공급 길이를 증가시켜 매 용접 시마다 전극과 맞닿는 부위가 달라지도록 하는 방식으로, 연속 공급된다.

상술한 바와 같은 알루미늄 판재 용접 방법에 따르면, 알루미늄 판재와 전극의 직접적인 접촉이 금속 박판에 의해 차단됨과 아울러 알루미늄 판재와 금속 박판 사이에 추가 저항이 발생되므로, 용접 전극의 오염이 방지될 뿐만 아니라 용접 부위의 접합 강도 및 용접 품질이 우수하다.

또한, 금속 박판이 연속적으로 공급되므로 작업 효율이 향상된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 판재 용접 방법에 대하여 살펴본다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 서로 이격 배치된 상부와 하부 전극(10a,10b: 10) 사이에 서로 겹쳐진 2장의 알루미늄 판재(20)가 공급된다. 이들 전극(10a,10b)은 구리 전극이며, 상부 전극(10a)과 상측 알루미늄 판재(20a) 사이, 하부 전극(10b)과 하측 알루미늄 판재(20b) 사이에는 각각 니켈(Ni)이 양면에 도금된 금속 박판(30)이 개재된다. 금속 박판(30)을 매개로 전극들(10a,10b)과 알루미늄 판재(20)를 접촉시킨 상태에서 전극들(10a,10b)에 전원을 공급하면, 용접 부위(1) 이외에 금속 박판(30)과 알루미늄 판재(20) 사이에 추가적인 저항이 발생(2)(도 2 참조)되어, 원활한 용접이 실행된다.

도 3을 참조하면, 금속 박판(30)은 강판(31)의 양면에 주석(Sn) 도금층(32)과 니켈(Ni) 도금층(33)이 각각 적층된 구조를 갖는다. 강판(31)은 알루미늄 판재(20)의 용접에 필요한 저항을 추가시키는 역할을 하며, 주석 도금층(32)은 강판(31)과의 젖음성(wettability) 및 밀착성이 우수하여 전류 효율을 좋게 한다. 그리고, 니켈 도금층(33)은 평활성을 향상시켜 전류밀도를 넓게 하며, 강판(31)과 전극(10) 사이에 금속간 화합물이 생성되는 것을 막아 전극(10)의 수명을 연장시킨 다.

한편, 강판(31)은 100~120㎛의 두께로 형성되는 것이 좋다. 두께 100㎛ 미만의 강판 생산은 현실적으로 어려운 점이 있으며, 강판 두께가 120㎛를 초과할 경우 전극(10) 내를 흐르는 냉각수의 냉각 기능이 떨어져 알루미늄 판재(10)와의 융착이 발생될 수 있다. 주석 도금층(32)이 없는 경우 강판(31)과 니켈 도금층(33)의 밀착력이 떨어져 전류 효율이 낮아지는데, 이러한 주석 도금층(32)은 0.1~0.2㎛의 두께로 형성되는 것이 좋다. 니켈 도금층(33)은 0.8~1.2㎛의 두께로 형성되는 것이 좋은데, 0.8㎛ 미만일 경우 전류밀도를 넓히는 효과가 미미하여 많은 전류가 소모되며, 1.2㎛를 초과하는 두께의 도금은 효과 대비 경제성이 적다.

도 4 및 도 5를 참조하여 위와 같은 금속 박판의 공급 과정에 대해 살펴본다.

도 4에서 보듯이, 금속 박판(30)은 공급부(40)에 의해 연속적으로 공급된다. 즉, 공급부(40)는 1회 용접이 완료된 후 다음 용접 전까지 금속 박판(30)을 회전시켜 다음 번의 용접 타점 부위로 이동시킨다. 이러한 금속 박판(30)의 연속 공급을 통해 전극(10)과 금속 박판(30) 사이의 저항값이 일정하게 유지되며, 균일하고 우수한 용접 품질을 유지할 수 있다. 도 4에서 공급부(40)는 단순하게 스프라켓으로 도시되어 있으나, 이는 개념적인 설명을 위한 것일 뿐, 이러한 연속 공급부(40)는 공지기술을 이용하여 다양한 형태로 제작될 수 있을 것이다. 그리고, 당연하게도, 용접될 알루미늄 판재가 공급되기 전에 금속 박판을 공급할 것인지 후에 할 것인지는 중요하지 않은 문제이다.

도 5는 다수 회의 용접을 연속적으로 실시하는 실험 예를 보인 사진이다. 도 5에서 용접이 실시된 후의 금속 박판(30)에 일정 간격의 용접 타점 부위(34)가 발생된 것을 확인할 수 있는데, 실험결과, 기존의 점용접은 100~200 타점 후 용접 전극(10)을 드레싱 하여야 하나 본 발명의 실시예에 따르면 드레싱 주기를 10배 이상으로 늘릴 수 있는 것으로 나타났다. 물론, 모든 용접 부위에서의 용접 품질이 균일하고 우수하게 나타났다. 미설명 부호 11은 용접 가이드이다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 이해될 필요가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 판재 용접 공정의 설명을 위한 도면,

도 2는 도 1에 도시된 용접 부위에서의 거리에 따른 온도 프로파일을 도시한 도면,

도 3은 도 1에 도시된 금속 박판의 단면 구조를 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 알루미늄 판재 용접 공정의 실행을 위한 개념적인 장치 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 알루미늄 판재 용접 공정의 실시예를 보인 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 용접 부위 10a,10b: 상·하부 전극

11: 가이드 20: 알루미늄 판재

30: 금속 박판 31: 강판

32: 주석 도금층 33: 니켈 도금층

40: 공급부

Claims

상부 및 하부 전극 사이에 알루미늄 판재들을 서로 겹쳐서 공급하는 과정;

상부 전극과 상측 알루미늄 판재 사이, 하부 전극과 하측 알루미늄 판재 사이에 각각 니켈이 양면에 도금된 금속 박판을 공급하는 과정; 및

상기 상부 및 하부 전극에 전원을 공급하고 알루미늄 판재들을 용접하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 판재 용접 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 금속 박판은, 강판의 양면에 주석 도금층과 니켈 도금층이 각각 적층된 것임을 특징으로 하는 알루미늄 판재 용접 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 강판은 100~120㎛, 상기 주석 도금층은 0.1~0.2㎛, 상기 니켈 도금층은 0.8~1.2㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 판재 용접 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 금속 박판은, 매 용접 시마다 전극과 맞닿는 부위가 달라지도록, 연속 공급되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 판재 용접 방법.