KR20130089323A

KR20130089323A - 용접부 산화 방지 기능을 갖는 스폿 용접용 전극

Info

Publication number: KR20130089323A
Application number: KR1020120010593A
Authority: KR
Inventors: 허동운
Original assignee: 현대로템 주식회사
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-12

Abstract

본 발명은 스폿 용접용 전극에 관한 것으로서, 특히 측면과 바닥면에 용접부 주변으로 존재하는 산소제거를 위한 불활성 기체인 아르곤가스 또는 질소분자가스의 공급과 확산을 용이하게 이룰 수 있는 가스 공급 구멍과 가스 배출 구멍을 구비하여 용접부의 산화 현상을 방지할 수 있는 스폿 용접용 전극에 관한 것이다. 구성은 스폿 용접용 전극으로서, 외주 면 사방에 불활성 기체인 아르곤가스 또는 질소분자가스의 공급을 위한 가스공급구멍이 각각 형성되고, 상기 각 가스공급구멍과 연통 되어 가스공급구멍을 통해 유입되는 아르곤가스 또는 질소분자가스를 바닥면 사방으로 고르게 배출시키기 위한 가스배출구멍이 다수 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

용접부 산화 방지 기능을 갖는 스폿 용접용 전극{a spot welding electrode has the welding zone oxidation prevention function}

본 발명은 스폿 용접용 전극에 관한 것으로서, 특히 측면과 바닥면에 용접부 주변으로 존재하는 산소제거를 위한 불활성 기체인 아르곤가스 또는 질소분자가스의 공급과 확산을 용이하게 이룰 수 있는 가스 공급 구멍과 가스 배출 구멍을 구비하여 용접부의 산화 현상을 방지할 수 있는 스폿 용접용 전극에 관한 것이다.

일반적으로 스폿 용접(鎔接, spot welding)은 겹침 저항 용접법의 한 가지로서, 점 용접이라고도 한다. 앞쪽 끝을 적당하게 성형한 애노드 전극(anode electrode)과 캐소드 전극(cathode electrode)으로 이루어지는 용접용 전극을 이용하여 겹쳐 놓은 용접 모재를 상,하 양쪽에서 누르고, 여기에 전류를 통하면 접촉 면의 전기저항이 크므로 발열하게 된다. 접촉 면의 저항은 곧 소멸하게 되나, 이 발열에 의하여 재료의 온도가 상승하여 모재 자체의 저항이 커져서 온도는 더욱 상승한다. 여기에 강한 압력을 가하여 용접을 하는 것이 스폿 용접이다.

여기서, 상기 스폿 용접용 전극은 구리 혹은 구리합금(구리카드뮴합금, 구리텅스텐합금 등)제로, 그 재질은 전기와 열전도가 좋고 연속 사용하더라도 내구성이 있으며 고온에서도 기계적인 성질이 유지되는 것이어야 하며, 그 끝 모양은 R형, C형, F형, CF형, P형 등이 있다.

한편, 스폿 용접은 12% 이상의 크롬(Cr)이 첨가된 스테인리스와 같은 금속을 접합할 경우, 고온의 열과 산소에 의해 부동태 피막((Cr₂O₃))이 산화되어 용접부 주위가 변색하여 외관의 품질 저하, 부식을 유발하는 등의 주원인이 된다.

이에 따라, 크롬이 첨가된 스테인리스와 같은 금속을 저항 스폿 용접할 경우 발생되는 용접부의 산화를 최소화할 수 있는 산화방지장치가 요구되었고, 이에 부합하여 다양한 구성의 산화방지장치가 제시되고 있다.

그러나, 종래의 스폿 용접용 산화방지장치는 구성이 복잡하고 부피가 커서 제작비용이 비싸고, 잦은 균열 또는 파손으로 인해 산소제거 효율이 떨어지며, 전극의 주변을 완전히 감싸도록 설치되므로 굴곡이 있거나, 용접 모재의 용접부 주변으로 요철이 있는 경우 간섭이 발생하기 때문에 용접을 할 수 없는 문제점이 있었다.

또, 전극의 외부에서만 산소 제거를 위한 불활성 기체가 공급되기 때문에 용접부 전체로 불활성 기체가 고르게 확산 되지 못해, 용접부의 산소 제거가 확실하게 이루어지지 않게 되므로 산화 현상을 완벽하게 방지할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 종래에는 용접 모재와 전극의 바닥면이 완전히 접촉하기 때문에 밀폐구간이 형성되므로 용접부 주변으로 아르곤가스를 주입하기가 어려워 산소 제거가 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 철도차량은 제품의 설계 특성상 곡면부와 요철부가 많은 용접부 주변은 제품의 설계 특성상 산화방지장치와 간섭이 자주 발생하여 불활성 기체인 아르곤가스 또는 질소분자가스의 분위기 조성이 어려운 문제점이 있고, 부피가 큰 산화방지장치로 인해 작업자의 시야 확보가 원활하지 못해 용접 포인트에 정확히 용접이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 크롬이 첨가된 스테인리스와 같은 용접 모재를 저항 스폿 용접할 경우 발생 되는 용접부의 산화를 완벽하게 방지할 수 있도록 스폿 용접 전극에 아르곤가스 또는 질소분자가스와 같은 산소제거를 위한 불활성 기체의 가스공급구멍과 가스배출구멍을 형성하여 불활성 기체인 아르곤가스 또는 질소분자가스가 용접부 전체로 고르게 확산되면서 산소가 완전히 제거될 수 있도록 함으로써, 용접 모재의 부동태 피막층(Cr₂O₃)의 산화 작용과 소손을 방지하여 용접 품질을 향상시키는 용접부 산화 방지 기능을 갖는 스폿 용접용 전극을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 스폿 용접용 전극으로서, 외주 면 사방에 불활성 기체인 아르곤가스 또는 질소분자가스의 공급을 위한 가스공급구멍이 각각 형성되고, 상기 각 가스공급구멍과 연통 되어 공급되는 불활성 기체를 바닥면 사방으로 고르게 배출시키기 위한 가스배출구멍이 다수 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 스폿 용접용 전극의 외 측으로는 가스공급구멍에 불활성 기체인 아르곤가스 또는 질소분자가스를 누기 없이 용접부에 전달하기 위해 상기 각 가스공급구멍과 동일한 축을 이루는 가스공급 관을 갖는 밀폐 커버가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 가스공급구멍은 경사를 이루도록 형성되고, 상기 가스배출구멍은 수직을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 밀폐 커버는 탄성력을 갖는 고무재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전극에 직접 불활성 기체의 공급과 배출을 위한 구멍을 형성하여 용접부에 존재하는 산소 제거를 확실하고 용이하게 하여 모재의 용접부 부동태 피막((Cr₂O₃)의 산화 작용과 소손을 방지함으로써, 용접부 품질을 더욱더 향상시키는 효과가 있다.

또, 본 발명은 산화 현상을 더욱더 효율적으로 방지함으로써, 용접부의 전해연마 공정을 없애 생산성 향상과 원가절감을 이루고, 유해 작업 환경을 해소하여 쾌적한 작업 환경을 도모하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스폿 용접용 전극의 상부 전극과 밀폐커버를 분리하여 밑에서 바라본 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 스폿 용접용 전극의 상부 전극과 밀폐커버를 분리하여 위에서 바라본 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2를 결합한 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 A-A선 단면 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 스폿 용접용 전극의 사용 상태로서 상부 전극을 하강시키기 전의 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 스폿 용접용 전극의 사용 상태로서 상부 전극을 하강시킨 상태를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스폿 용접용 전극을 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 1 내지, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명은 상부전극(110)과 하부전극(120) 및 밀폐 커버(130)로 이루어진다.

상기 상부전극(110)과 하부전극(120)은, 음극과 양극으로 이루어지고, 예컨대 상기 상부전극(110)의 외주 면(111) 사방(4방향)에는 용접 모재(140)의 용접부 산화 작용(현상)을 방지하기 위해 산소와 결합, 전자의 잃음 또는 화학당 량의 증가를 가져오는 화학적 변화를 촉진하는 매개체 역할을 하는 불활성 기체인 질소분자 가스(N₂ Gas)나, 아르곤 가스(Ar Gas) 등의 공급을 위한 가스공급구멍(111a)이 각각 형성된다.

또, 상기 상부전극(110)의 바닥면(112) 사방에는 상기 가스공급구멍(111a)과 연통 되어 가스공급구멍(111a)을 통해 공급되는 아르곤가스 또는 질소분자가스와 같은 불활성 기체를 바닥면(112) 전체로 고르게 배출시키기 위한 가스배출구멍(112a)이 다수 형성된다.

여기서, 상기 가스공급구멍(111a)은 상부전극(110)의 외주 면(111) 상부에서 하부로 경사를 이루도록 형성되고, 상기 가스배출 구멍(112a)은 가스공급구멍(111a)과 연결되도록 바닥면(112)에서부터 수직을 이루도록 형성되어 공급되는 불활성 기체인 아르곤 가스 또는 질소분자가스를 보다 용이하게 주입되도록 함과 동시에 상부전극(110)의 바닥면(112) 전체로 원활하고 고른 확산을 이루도록 함으로써, 용접시 모재(140)의 용접부 주변에 존재하는 산소(산화 현상을 유발하는 원인임)의 효율적인 제거(Purging)가 이루어지도록 한다.

그리고, 상기 가스공급구멍(111a)과 가스배출구멍(112a)은 상부전극(110)과 하부전극(120)에 모두 형성되거나 상부전극(110) 또는 하부전극(120) 중 어느 하나에 형성될 수 있다.

또한, 상기 상부전극(110)과 하부전극(120)의 바닥면(112),(122)은 누름 동작시 용접 모재의 압착 흔적을 최소화하기 위해 동합금 예컨대, 크롬-구리(Cr-Cu) 합금으로 형성될 수 있거나, 동합금보다 강도가 높은 물질이면서 용접시 열전도율을 유지하는 금속물질로 평편하게 형성되는 것이 바람직하다 .

그리고, 상기 상부전극(110)과 하부전극(120)은 직경(지름)이 개략 Ø25∼Ø35의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 밀폐 커버(130)는, 상기 상부전극(110)의 상부를 덮어씌움과 동시에 외주 면(111)과 밀착, 결합하도록 내부가 개략 단차진 원통형을 이루고 상면(131)에는 상기 가스공급구멍(111a)으로 아르곤 가스와 같은 산소제거를 위한 불활성 기체를 공급하기 위한 가스공급 관(132)과 결합을 위한 결합구멍(131a)이 다수 형성된다.

여기서, 상기 가스공급 관(132)과 결합을 위한 결합구멍(131a)은 상부전극(110)에 형성된 각 가스공급구멍(111a)과 상호 동일한 위치로 일치하지 않아도 도 4에 도시된 바와 같이 밀폐 커버(130)는 내면(133) 상부 측으로 단차를 이루고 있기 때문에 빈공간을 통해 각 가스공급구멍(111a)으로 불활성 기체의 하나인 아르곤 가스(Ar gas)의 공급이 원활하게 이루어져 용접부 주변 전체의 산소제거가 용이하게 진행하게 된다.

뿐만 아니라, 상기 밀폐 커버(120)는 공급되는 불활성 기체인 아르곤 가스 또는 질소분자가스를 누기 없이 용접부에 전달하기 위해 상기 상부전극(110)의 외주면(111)과 완전 밀착되도록 탄성력을 갖는 고무와 같은 탄성체로 형성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 상부전극(110)의 외주 면(111)과 밀폐 커버(130)의 내면(133)이 탄성력에 의해 밀착 결합 되므로 빈 틈이 형성되지 않아 상기 가스 공급 관(132)을 통해 공급되는 아르곤 가스는 옆으로 새지 않고 상부전극(110)의 가스공급구멍(111a)과 가스배출구멍(112a)을 통해 용접 모재(140)의 용접부로 고르고 확실하게 공급되어 용접부 주변에 존재하는 산소를 용이하고 효율적으로 제거(Purging)하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 피용접재인 12% 이상의 크롬(Cr)이 첨가된 스테인리스와 같은 용접모재(140)를 용접부 산화 방지 기능을 갖는 스폿 용접용 전극(100)의 상부전극(110)과 하부전극(120) 사이에 위치시킨다.

상기 상부전극(110)과 하부전극(120) 사이에 위치하는 용접모재(140)가 지그 등에 의해 고정된 상태에서 상부전극(110)과 하부전극(120)에 용접을 위한 전류를 공급, 가압함과 동시에 상기 밀폐커버(130)를 통해 공급되는 산소제거를 위한 아르곤가스 또는 질소분자가스는 상부전극(110)의 가스공급구멍(111a)과 가스배출구멍(112a)을 거쳐 용접부 주변 전체로 고르게 배출된다.

이에 따라, 해당 용접부는 불활성 기체에 의해 산화방지를 위한 가스 분위기가 집중적으로 조성되면서 산소가 제거(purging)되어 산소와의 접촉이 이루어지지 않게 된다.

계속해서, 산소가 제거된 용접부는 용접이 이루어진다. 이때 용접부는 부동태 피막층((Cr₂O₃)의 산화작용과 소손이 방지된다.

그리고, 용접이 완료된 후에는 불활성 기체의 공급을 중지하고 용접모재(140)를 세척 및 누수시험 한 후 용접공정을 전부 완료한다.

따라서, 스폿 용접시 발생할 수 있는 용접부의 산화 현상을 완벽하게 방지할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100 : 전극(電極, electrode) 110 : 상부전극
111 : 외주면 112 : 바닥면
111a : 가스공급구멍 112a : 가스배출구멍
120 : 하부전극 130 : 밀폐커버
131 : 상면 131a : 결합구멍
132 : 가스공급 관 133 : 내면
140 : 용접모재

Claims

스폿 용접용 전극으로서,
외주 면 사방에 불활성 기체인 아르곤가스 또는 질소분자가스의 공급을 위한 가스공급구멍이 각각 형성되고, 상기 각 가스공급구멍과 연통 되어 가스공급구멍을 통해 유입되는 아르곤가스 또는 질소분자가스를 바닥면 사방으로 고르게 배출시키기 위한 가스배출구멍이 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 용접부 산화방지 기능을 갖는 스폿 용접용 전극.
청구항 1에 있어서, 상기 전극의 외 측으로는 가스공급구멍에 가스를 누기 없이 전달하기 위해 상기 각 가스공급구멍과 동일한 축을 이루는 가스공급 관을 갖는 밀폐 커버가 형성되는 것을 특징으로 하는 용접부 산화방지 기능을 갖는 스폿 용접용 전극.
청구항 1에 있어서, 상기 가스공급구멍은 경사를 이루도록 형성되고, 상기 가스배출구멍은 수직을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 용접부 산화방지 기능을 갖는 스폿 용접용 전극.
청구항 2에 있어서, 상기 밀폐 커버는 탄성력을 갖는 고무재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접부 산화방지 기능을 갖는 스폿 용접용 전극.