KR20130123964A - 스터드 용접건 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스터드 용접시 모재에 발생하는 그을음의 확산을 방지할 수 있는 스터드 용접건에 관한 것으로서, 건베이스와, 상기 건베이스에 의해 고정되는 원통형의 하우징과, 상기 하우징의 내부에 전후진 가능하게 설치되고, 공압에 의해 전후로 슬라이딩하는 푸싱로드가 내부에 구비된 건바디와, 상기 건바디의 전방에 설치되어 상기 푸싱로드의 전진에 따라 스터드를 파지하는 척이 구비된 어댑터와, 상기 건바디의 후방에 설치되어 상기 건바디를 전진 또는 후진시키는 리프팅모듈과, 상기 건바디와 리프팅모듈 사이에 개재된 메인스프링과, 상기 어댑터 내부로 상기 스터드를 공급하는 스터드 공급부를 포함하는 스터드 용접건에 있어서, 일단이 상기 하우징 또는 건베이스에 고정 결합되고, 타단이 전방으로 연장된 고정레그와, 하부가 상기 고정레그 타단에 고정 결합되고, 상부에 척삽입홀이 형성되어 상기 척삽입홀로 상기 척이 간섭되지 않도록 삽입되는 고정브라켓과, 외주면에 전후 길이방향을 따라 내외로 관통된 복수의 슬릿이 형성된 원통형상이고, 내부로 상기 어댑터의 척이 간섭되지 않게 삽입되어 상기 척의 외주방향을 감싸도록 상기 고정브라켓의 척삽입홀 전방에 고정 결합된 수트실드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스터드 용접건{STUD WELDING GUN}

본 발명은 모재에 스터드를 자동으로 용접하는 스터드 용접건에 있어서, 스터드 용접시 모재에 발생하는 그을음의 확산을 방지할 수 있는 스터드 용접건에 관한 것이다.

스터드 용접(stud welding)이란 스터드 등을 전극으로 사용하여 아크를 발생시키고, 스터드가 용융된 상태에서 이를 모재에 압착하여 하는 용접을 말한다.

여기서 스터드는 통상적으로 일단에 나사산이 형성된 비교적 짧은 길이의 강봉으로서, 나사산이 형성되지 않은 단부를 판재 또는 부품 따위의 모재에 융착 또는 용접하고 나사산이 형성된 측에는 나사산을 이용해 다른 판재 또는 부품을 결합할 수 있도록 한 것을 가리킨다. 일측에 나사산이 형성되어 있다는 점에서 스터드볼트라고도 칭한다.

이러한 스터드는 특히 자동차 조립 공정에서 대량으로 소비됨에 따라 스터드를 자동으로 용접하는 스터드 용접건이 다양한 형태로 개발되고 있다. 스터드 용접건은 통상 평평한 판형상인 모재에 대해 상대적으로 수평이동하면서 모재 상에 미리 설정된 복수의 지점에 각각 스터드를 연속적으로 용접할 수 있다. 보통 모재를 수평하게 배치하여 스터드 용접건을 상하 방향으로 직립되게 설치하고, 스터드 용접건의 하단 척(chuck)에 스터드를 파지한 후 상승 또는 하강시킴으로써 승강 작동이라고 표현하나, 요즘엔 스터드 용접건이나 모재를 로봇팔에 장착시켜 3축 작동시킴으로써 승강보다는 용접건의 전진 또는 후진의 모재에 대한 전후 작동이라는 표현이 바람직하다.

본 출원인이 출원 및 등록하였던 종래 기술(특허문헌 1 및 2)에 따른 스터드 용접건의 일반적인 구성은 도 1을 참조할 때, 크게 건베이스(10)와, 상기 건베이스(10)에 의해 고정되는 원통형의 하우징(20)과, 상기 하우징(20)의 내부에 전후진 가능하게 설치되고, 공압에 의해 전후로 슬라이딩하는 푸싱로드(31)가 내부에 구비된 건바디(30)와, 상기 건바디(30)의 전방에 설치되어 상기 푸싱로드(31)의 전진에 따라 스터드를 파지하는 척(41)이 구비된 어댑터(40)와, 상기 건바디(30)의 후방에 설치되어 상기 건바디(30)를 전진 또는 후진시키는 리프팅모듈(50)과, 상기 건바디(30)와 리프팅모듈(50) 사이에 개재된 메인스프링(60)을 포함하여 이루어진다.

스터드 용접건을 이용한 스터드 용접과정을 도 2를 참조하여 살펴보면, 1) 접촉, 2) 후진 및 유도아크 발생, 3) 주아크 발생, 4) 전진에 의한 압착 과정을 차례로 진행한다.

먼저, 상기 1) 접촉과정을 진행하기 전에 스터드 공급부(70)를 통해 자동으로 어댑터(40)의 내부로 스터드가 공급되고, 건바디(30) 내부에 구비된 푸싱로드(31)가 공압에 의해 전진한다. 즉, 건바디(30)는 푸싱로드(31)에 대하여는 공압실린더 중에서 복동실린더로서 기능한다. 상기 푸싱로드(31)의 전진에 따라 어댑터(40)의 척(41)에 스터드가 파지된 상태가 되고, 스터드 용접건이 모재에 가까이 다가간 상태에서 스터드를 모재에 접촉시킨다.

1) 상기 모재에 스터드를 최초 접촉시킨 상태는 푸싱로드(31)가 건바디(30)의 전방으로 전진된 상태로서, 푸싱로드(31)의 선단이 스터드의 후단과 접촉된 상태이다. 이 경우 스터드가 접촉되는 모재의 접촉면이 평평하든 엠보싱이 있든 상관없이 푸싱로드(31)의 공압에 의한 전후진 스트로크는 완전히 이동한 스트로크로서 동일하다. 다만, 모재의 접촉면에 엠보싱이 있는 경우라면 푸싱로드(31)의 공압에 의한 전진 스트로크는 완전히 이루어지고, 엠보싱의 높이만큼 건바디(30) 자체가 후방으로 밀리면서 메인스프링(60)이 압축되는 것이다. 즉, 모재의 접촉면에 엠보싱 높이를 보상하는 구성은 메인스프링(60)에 의해 이루어진다.

2) 후진 및 유도아크 발생의 과정부터 리프팅모듈(50)이 작동한다. 아크 발생 전부터 스터드와 모재 사이에 간격이 있으면 아크가 발생하지 않는다. 그러나, 스터드와 모재가 접촉된 상태에서 바로 주아크를 발생시키게 되면 스터드가 제대로 용융되지 않고 모재에 스터드가 불량으로 용접되게 된다. 따라서, 상기 접촉상태에서 먼저 유도아크를 발생시키고, 후술할 주아크에 의해 스터드의 용융이 최적화되는 최적 아크 발생거리를 만들기 위해 건바디(30)를 리프팅모듈(50)을 작동시켜 후진시킨다. 이때의 최적 아크 발생거리는 수많은 실험과 경험을 토대로 널리 알려진 거리로서 대략 1.5mm이고, 바로 리프팅모듈(50)은 건바디(30)를 1.5mm만큼 후진시키는 것이다. 상기 유도아크 전류는 20A 정도로서 후술할 주아크를 발생시키기 전에 스터드와 모재 사이에 아크가 유지되도록 하기 위한 것이다.

3) 주아크 발생과정은 유도아크가 발생된 후 리프팅모듈(50)에 의해 건바디(30)가 1.5mm, 즉 최적 아크 발생거리만큼 후진된 상태에서 이루어진다. 이때의 주아크 전류는 200A 내지 1800A까지 흐르게 된다. 주아크의 발생에 따라 스터드의 접촉면과 마주보는 모재의 접촉면의 일부가 용융된다.

4) 전진에 의한 압착과정은 주아크가 미리 설정된 시간만큼 흐르고 스터드 및 모재의 접촉면이 용융된 상태에서 리프팅모듈(50)을 작동시켜 건바디(30)를 전진시키면 스터드의 용융된 접촉면이 모재의 접촉면과 융착되면서 용접이 완료된다.

상술한 도 2의 3) 주아크 발생과정과 함께 4) 전진에 의한 압착과정에서 모재와 스터드의 용융된 접촉면이 융착될 때, 모재와 스터드의 급속한 산화과정에서 연기에 섞여 나오는 먼지 모양의 검은 가루인 그을음(soot, black dirt)이 필연적으로 발생한다.

특히, 상기와 같은 구성의 종래 기술에 따른 스터드 용접건의 경우 어댑터(40)의 척(41)에 파지된 스터드와 모재 사이에 그을음이 발생하면서 모재에 용접된 스터드 주위로 도 3과 같이 그을음이 더욱 크게 확산된다.

이렇게 모재에 확산되어 코팅될 정도의 그을음은, 첫째 외관상으로 보기에도 더러울 뿐만 아니라, 둘째 다른 부품과의 결합과정에서 접촉에 의해 다른 부품도 오염되며, 특히 도장시에는 도장면과의 밀착력을 저하시켜 도장면을 쉽게 이탈시킨다는 문제가 있다.

한국등록특허 제10-1096298호 한국등록특허 제10-1098631호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 스터드 용접시 모재에 발생하는 그을음의 확산을 방지할 수 있는 스터드 용접건을 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 스터드 용접건은, 건베이스와, 상기 건베이스에 의해 고정되는 원통형의 하우징과, 상기 하우징의 내부에 전후진 가능하게 설치되고, 공압에 의해 전후로 슬라이딩하는 푸싱로드가 내부에 구비된 건바디와, 상기 건바디의 전방에 설치되어 상기 푸싱로드의 전진에 따라 스터드를 파지하는 척이 구비된 어댑터와, 상기 건바디의 후방에 설치되어 상기 건바디를 전진 또는 후진시키는 리프팅모듈과, 상기 건바디와 리프팅모듈 사이에 개재된 메인스프링과, 상기 어댑터 내부로 상기 스터드를 공급하는 스터드 공급부를 포함하는 스터드 용접건에 있어서, 일단이 상기 하우징 또는 건베이스에 고정 결합되고, 타단이 전방으로 연장된 고정레그와, 하부가 상기 고정레그 타단에 고정 결합되고, 상부에 척삽입홀이 형성되어 상기 척삽입홀로 상기 척이 간섭되지 않도록 삽입되는 고정브라켓과, 외주면에 전후 길이방향을 따라 내외로 관통된 복수의 슬릿이 형성된 원통형상이고, 내부로 상기 어댑터의 척이 간섭되지 않게 삽입되어 상기 척의 외주방향을 감싸도록 상기 고정브라켓의 척삽입홀 전방에 고정 결합된 수트실드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수트실드는, 카본섬유강화복합소재(CFRP)로 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수트실드는 내열합금 재질이고, 상기 수트실드의 전면에 결합되고, 환형으로 된 판상의 카본섬유강화복합소재(CFRP)로 형성된 수트실드링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수트실드는, 후단에 외주면을 따라 돌출된 결속플랜지가 형성되고, 상기 수트실드의 전방 외주방향으로 삽입되어 상기 수트실드의 후단 결속플랜지에 걸림되고, 상기 고정브라켓의 전면에 결속볼트를 통해 고정 결합되는 환형의 실드결속링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정브라켓은, 고압의 공기가 유입되도록 일측면으로부터 상기 척삽입홀의 내주면을 향해 관통된 에어유입로가 형성되고, 상기 척에 간섭되지 않도록 상기 고정브라켓의 척삽입홀 후방으로부터 전방으로 삽입 결합되고, 상기 고정브라켓의 에어유입로와 연통되도록 내부에 에어분사로가 형성되며, 상기 에어분사로를 통해 상기 수트실드의 내부로 고압의 공기를 분사하는 환형의 에어노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 스터드 용접건은, 척의 외주방향을 감싸도록 설치된 수트실드를 통하여 스터드 용접시 모재에 발생하는 그을음의 확산을 쉽게 방지할 수 있다.

또한, 수트실드의 설치시 고정레그와 고정브라켓만으로도 종래 스터드 용접건의 큰 구조변경 없이 용이하게 적용할 수 있어, 종래 스터드 용접건의 호환성에도 크게 기여할 수 있다.

특히, 인접한 거리에서 모재와 스터드 간의 높은 용접온도를 견딜 수 있으면서도, 용접시 발생하는 스패터에 의한 소위 용접똥의 육성도 최소한으로 할 수 있고, 더욱이 모재와의 접촉에 의한 취성파괴가 일어나지 않도록 높은 강도를 가진 재료로서 다양한 재질에 대한 수많은 실험과 분석을 통하여 수트실드의 재질로 카본섬유강화복합소재(CFRP)를 찾아낼 수 있게 되었다.

또한, 수트실드의 라이프사이클에 맞게 수트실드만을 쉽게 교체할 수 있도록 실드결속링을 통하여 분해 및 조립을 용이하게 할 수 있도록 하였다.

한편, 어떠한 재질이든 스패터에 의한 소위 용접똥의 육성은 최소화할 수 있으나, 없앨 수는 없으므로 이러한 용접똥의 육성을 더욱 지연시켜 수트실드의 라이프사이클을 최대화시키기 위하여 에어노즐에 의한 에어분사로 수트실드에 육성되는 용접똥을 가능한 제거하고자 하였다.

도 1은 종래 기술에 따른 스터드 용접건을 도시한 측단면도이고,
도 2는 일반적인 스터드 용접과정을 시간에 따라 순서별로 도시한 그래프이며,
도 3은 종래 기술에 따른 스터드 용접건을 사용하여 모재에 스터드를 용접한 상태를 도시한 그을음이 확산된 사진이고,
도 4는 본 발명에 따른 스터드 용접건의 제1 실시예를 도시한 사시도이며,
도 5는 도 4의 실시예의 요부 분해사시도이고,
도 6은 도 4의 실시예의 측면도이며,
도 7은 도 4의 실시예으 요부 측단면도이고,
도 8은 본 발명에 따른 스터드 용접건의 제2 실시예를 도시한 사시도이며,
도 9는 도 8의 실시예의 요부 분해사시도이고,
도 10은 도 8의 실시예의 측면도이며,
도 11은 도 8의 실시예의 요부 측단면도이고,
도 12는 본 발명에 따른 스터드 용접건의 제3 실시예를 도시한 사시도이며,
도 13은 도 12의 실시예의 요부 분해사시도이고,
도 14는 도 12의 실시예의 요부 측단면도이며,
도 15는 도 14의 실시예에서 고정브라켓의 에어유입로로부터 에어노즐의 에어분사로를 통해 고압의 공기가 분사되는 과정을 도시한 측단면도이고,
도 16은 본 발명에 따른 스터드 용접건을 사용하여 모재에 스터드를 용접한 상태를 도시한 그을음 확산이 방지된 사진이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 스터드 용접건의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 스터드 용접건은 기본적으로 도 1에 도시된 바와 같이 건베이스(10), 하우징(20), 건바디(30), 어댑터(40), 리프팅모듈(50), 메인스프링(60) 및 스터드공급부(70)를 포함하고, 도 4 내지 7에 도시된 바와 같이 고정레그(100), 고정브라켓(200) 및 수트실드(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 스터드 용접건은 도 8 내지 11에 도시된 바와 같이 수트실드링(400) 및 실드결속링(500)을 더 포함할 수 있고, 도 12 내지 15에 도시된 바와 같이 에어노즐(600)을 더 포함할 수 있다.

먼저, 본 발명에 따른 스터드 용접건의 일반적인 구성 및 작동은 배경기술란에서 설명한 종래기술과 대동소이하다. 간략하게 다시 한번 설명하자면, 본 발명에 따른 스터드 용접건은 도 1에 도시된 바와 같이 건베이스(10)와, 상기 건베이스(10)에 의해 고정되는 원통형의 하우징(20)과, 상기 하우징(20)의 내부에 전후진 가능하게 설치되고, 공압에 의해 전후로 슬라이딩하는 푸싱로드(31)가 내부에 구비된 건바디(30)와, 상기 건바디(30)의 전방에 설치되어 상기 푸싱로드(31)의 전진에 따라 스터드를 파지하는 척(41)이 구비된 어댑터(40)와, 상기 건바디(30)의 후방에 설치되어 상기 건바디(30)를 전진 또는 후진시키는 리프팅모듈(50)과, 상기 건바디(30)와 리프팅모듈(50) 사이에 개재된 메인스프링(60)과, 상기 어댑터(40) 내부로 상기 스터드를 공급하는 스터드 공급부(70)를 포함한다.

상술한 본 발명에 따른 스터드 용접건의 일반적인 구성에 대해서는 종래기술로부터 쉽게 구현 가능하므로 그 구체적인 설명은 자제하고, 본 발명의 핵심인 모재에 스터드 용접시 발생하는 그을음 확산 방지를 위한 수트실드(300) 및 그와 관련된 부가적인 구성에 대해서 면밀히 살펴본다.

그렇다면, 모재와 스터드의 용접시 급속한 산화과정에서 발생하는 그을음의 확산을 방지하고자 한다면, 당연히 이를 차폐할 수 있는 실드(shield)를 생각할 수 있을 것이다. 그러나, 이러한 실드를 어떻게 설치할 것인지, 어디에, 무엇을 통해 고정할 것인지를 고찰해야 한다. 또한, 스터드가 파지되는 척(41)과 어댑터(40)가 건바디(30)와 함께 전후 작동되는 과정에서 간섭되지 않도록 실드가 설치되어야 할 것이라는 점, 모재와 스터드 간의 용접시 발생하는 초고온을 인접하게 설치된 실드가 견딜 수 있는 내열성에 관한 점, 스터드 용접건의 모재에 대한 전후 작동시 모재에 실드가 접촉할 때 그 충격에 의해 쉽게 파손되지 않는 강도를 가져야 한다는 점, 모재에 스터드가 용접되는 과정에서 스패터에 의해 소위 용접똥이 실드의 내부에 육성되지 않도록 해야 한다는 점 등을 특별히 더욱 고려해야 한다.

상기한 고려되어야 할 점을 해결하는 과정에서 순서대로 각 실시예에 따라 설명하자면, 첫째 본 발명의 스터드 용접건의 수트실드(300)를 어떻게, 어디에, 무엇을 통해 고정 설치하였는지를 도 4 내지 7을 참조하여 살펴본다.

일단, 수트실드(300)는 스터드가 파지되는 척(41)의 외주방향을 감싸도록 설치되어야 스터드가 모재에 용접될 때 발생하는 그을음의 확산을 방지할 수 있을 것이다. 그러나, 스터드가 파지된 척(41)과, 척(41)이 구비된 어댑터(40)는 최적아크발생거리를 확보하기 위하여 리프팅모듈(50)의 작동에 따라 건바디(30)와 함께 전후로 이동하므로 어댑터(40) 또는 척(41)에 상기 수트실드(300)가 함께 고정 설치되기는 어렵다. 따라서, 건베이스(10) 및 하우징(20)은 고정된 상태이므로 고정된 건베이스(10) 또는 하우징(20)으로부터 고정 연결된 구성을 통하여 수트실드(300)를 설치하되, 척(41)에 수트실드(300)가 간섭되지 않도록 설치하여야 한다. 이를 위하여, 도 4 내지 7에 도시된 바와 같이 고정레그(100) 및 고정브라켓(200)이 구비된다.

고정레그(100)는 일단이 상기 하우징(20) 또는 건베이스(10)에 고정 결합되고, 타단이 전방으로 연장된다. 먼저, 고정레그(100)의 일단이 건베이스(10)에 고정 결합된 구성은 도 4 및 6에 도시된 바와 같고, 고정레그(100)의 일단이 하우징(20)에 고정 결합된 구성은 도 8 및 10에 도시된 바와 같다. 고정레그(100)는 하나 또는 그 이상의 복수가 구비되어 후술할 고정브라켓(200)과 연결 고정되어 지지할 수 있으면 족하지만, 도면상 한 쌍, 즉 2개의 고정레그(100)가 구비되어 안정적으로 고정브라켓(200)을 연결 고정하고 있다. 고정레그(100)의 일단이 도 4 및 6에 도시된 바와 같이 건베이스(10)에 고정 결합될 경우는, 건베이스(10)에 고정레그(100)의 일단이 결합될 수 있는 별도의 고정홀(미도시)을 형성하거나, 고정레그(100)의 일단에 나사산을 형성하여 상기 건베이스(10)의 고정홀에 나사결합됨으로써 고정 결합될 수도 있을 것이다. 한편, 고정레그(100)의 일단이 도 8 및 10에 도시된 바와 같이 하우징(20)에 고정 결합될 경우는, 하우징(20)에 고정레그(100)의 일단을 고정할 수 있는 별도의 브라켓을 형성하거나, 고정레그(100)의 일단에 하우징(20)의 외주면에 결합될 수 있는 별도의 결합부재(미도시) 등을 구비하면 될 것이다. 즉, 고정레그(100)의 일단이 하우징(20) 또는 건베이스(10)에 고정 결합되면 족하고, 어떠한 결합방식이나 결합구성이 더 포함되더라도 상관없다.

고정브라켓(200)은 하부가 상기 고정레그(100)의 타단에 고정 결합되고, 상부에 척삽입홀(210)이 형성되어 상기 척삽입홀(210)로 상기 척(41)이 간섭되지 않도록 삽입된다. 고정레그(100)는 상술한 바와 같이 건베이스(10) 또는 하우징(20)으로부터 고정되어 타단이 전방으로 연장된 상태이고, 이러한 고정레그(100)의 타단에 고정브라켓(200)의 하부가 고정 결합된다. 따라서, 고정레그(100) 및 고정브라켓(200)은 건베이스(10) 또는 하우징(20)으로부터 연장되어 고정된 상태를 유지한다. 또한, 고정브라켓(200)의 상부에는 척(41)이 삽입되는 척삽입홀(210)이 형성되며, 척삽입홀(210)의 직경은 척(41)의 외경보다 크므로 척(41)에 접촉되지 않고, 척(41)의 전후 작동에 고정브라켓(200)이 간섭되지 않을 것이다. 이러한, 고정브라켓(200)에 상기 수트실드(300)가 고정 설치된다.

즉, 수트실드(300)는 도 4 내지 7에 도시된 바와 같이 외주면에 전후 길이방향을 따라 내외로 관통된 복수의 슬릿(310)이 형성된 원통형상이고, 내부로 상기 어댑터(40)의 척(41)이 간섭되지 않게 삽입되어 상기 척(41)의 외주방향을 감싸도록 상기 고정브라켓(200)의 척삽입홀(210) 전방에 고정 결합된다. 수트실드(300)가 원통형상을 가진 이유는 스터드 용접건의 전체적인 구성이 원형 또는 원통형이기도 하지만, 특히 척(41)에 파지되는 스터드가 원기둥 형상을 가지기 때문이다. 물론, 상기 수트실드(300)의 형상이 원통형상이 아니더라도, 예컨대 사각이나 오각 등 다각형의 기둥 형상이라도 무관하다. 이러한 수트실드(300)가 척(41)의 외주방향을 감싸도록 설치된다면, 척(41)에 파지된 스터드가 모재에 용접될 때 그음음이 발생하더라도 수트실드(300)에 의해 차단되어 도 16에 도시된 바와 같이 외부로 확산되는 것을 방지할 수 있는 것이다. 이때, 상기 수트실드(300)의 외주면에 복수의 슬릿(310)이 관통 형성된 이유는, 첫째 스터드가 모재에 용접시 산화과정에 의해 연기가 발생하므로 이러한 연기를 외부 공기중으로 배출하고자 하는 것이고, 둘째 용접 스패터에 의해 용접똥이 수트실드(300)의 내부에 육성되지 않도록 외부 공기중으로 배출하고자 하는 것이다.

이렇게 고정레그(100), 고정브라켓(200) 및 수트실드(300)를 통해 스터드가 모재에 용접시 발생하는 그을음이 모재에 넓게 확산되는 것을 방지하고, 도 16에 도시된 바와 같이 수트실드(300)의 전단 내경까지만 그을음이 모재에 협소하게 생기게 된다.

다음으로, 상술한 수트실드(300)의 기능만을 본다면, 모재에 대한 그을음의 확산을 방지하는 것은 해결이 된다. 다만, 수트실드(300)가 모재에 접촉하면서 발생하는 충격에 의한 파손이나 수트실드(300) 내부의 용접똥의 육성 여부 및 모재와 스터드 간의 용접시 발생하는 초고온을 견딜 수 있는 내열성의 문제로서, 이는 수트실드(300)의 재질 문제이다.

수트실드(300)를 사용함에 있어 제작 및 가공, 고정브라켓(200)에 대한 고정 결합과 관련하여 다양한 재질에 대한 실험 및 분석 결과, 크게 3가지의 재질을 살펴보면 내열합금의 금속재질, 세라믹 재질, 카본재질을 들 수 있다. 이 세가지 재질은 무엇보다 초고온에도 견딜 수 있는 내열성은 만족한다는 점이다. 다만, 내열함급의 금속재질의 경우 세라믹이나 카본보다 금속재질이라는 점에서 용접똥의 육성이 너무 심해 오래 사용할 수 없는 문제가 있고, 두번째로 세라믹의 경우 모재에 대한 접촉시 발생하는 충격에 의해 선단 팁 부분이 쉽게 떨어져 나가는 문제가 있다. 그에 반해 카본재질은 내열성 및 강도는 물론, 용접똥의 육성이 잘 일어나지 않는다는 점에서 수트실드(300)를 사용함에 있어서 최고의 재질이라 할 수 있다. 카본재질이라 함은 보통 카본섬유를 말하며, 단순히 카본섬유만을 사용하는 것이 아니 첨가재를 사용하므로 흔히 카본재질은 카본섬유강화복합소재(CFRP)를 말한다.

따라서, 상기 수트실드(300)는 카본섬유강화복합소재(CFRP)로 일체로 형성되는 것이 가장 바람직하다. 이때, 도 4 내지 7에 도시된 바와 같이 수트실드(300)가 카본섬유강화복합소재로 일체로 형성될 경우 고정브라켓(200)의 전방에 록타이트나 기타 유사한 본딩을 통해 결합될 수 있을 것이다. 또한, 수트실드(300)가 세라믹 재질인 경우나 내열합금의 금속재질인 경우라도 본딩이나 볼팅 또는 기타 다른 방식의 결합을 통해 고정브라켓(200)의 전방에 결합될 수도 있다.

상기 수트실드(300) 전체를 카본섬유강화복합소재(CFRP)로 일체로 형성하면 좋겠지만, 비용이나 가공 상의 어려움에 따라 도 8 내지 11에 도시된 바와 같이 상기 수트실드(300)는 내열합금 재질로 형성하고, 상기 수트실드(300)의 전면에 카본섬유강화복합소재(CFRP)로 형성된 수트실드링(400)을 결합할 수도 있다. 즉, 수트실드링(400)은 내열합금의 수트실드(300)의 전면에 결합되고, 환형으로 된 판상의 카본섬유강화복합소재(CFRP)로 형성된다. 이는 모재와 스터드 간의 용접이 발생하는 부분이 수트실드(300)의 전단에 집중되므로 그에 따른 내열성, 강도 및 용접똥의 육성문제가 수트실드(300)의 전단부에 가장 심하기 때문이다. 그에 따라, 수트실드(300)는 비용 및 가공상 용이한 내열합금 재질로 사용하고, 수트실드(300)의 전면에 별도의 수트실드링(400)을 결합하되 상기 수트실드링(400)의 재질을 카본섬유강화복합소재(CFRP)로 형성하는 것이다.

상술한 하나의 수트실드(300)나 수트실드링(400)이 결합된 수트실드(300)는 결국 소모성 부품일 수밖에 없다. 이러한 소모성 부품의 수트실드(300)를 고정브라켓(200)에 본딩과 같이 영구결합을 통해 고정 결합한다면, 고정브라켓(200) 역시 소모송 부품이 되어 함께 교체해야하는 문제가 된다. 따라서, 고정브라켓(200)에 상기 수트실드(300)를 쉽게 교체할 수 있도록 조립 및 분해가 용이하도록 할 필요가 있다.

이러한 수트실드(300)의 용이한 조립 및 분해를 위하여 도 8 내지 11에 도시된 바와 같이 실드결속링(500)을 설치하게 된다. 실드결속링(500)의 설치를 위해 먼저, 상기 수트실드(300)는 후단에 외주면을 따라 돌출된 결속플랜지(320)가 형성된다. 그에 따라, 실드결속링(500)은 도 9에 도시된 바와 같이 명칭 그대로 환형상으로 상기 수트실드(300)의 전방 외주방향으로 삽입되어 상기 수트실드(300)의 후단 결속플랜지(320)에 걸림되고, 상기 고정브라켓(200)의 전면에 결속볼트(510)를 통해 고정 결합된다. 즉, 실드결속링(500)은 고정브라켓(200)의 전면에 결속볼트(510)에 의해 고정 결합되고, 이때 실드결속링(500)과 고정브라켓(200) 사이에 수트실드(300)의 후단 결속플랜지(320)가 걸림되므로 결국 수트실드(300)는 실드결속링(500)과 고정브라켓(200)에 의해 고정 결합되는 것이다. 실드결속링(500)의 고정브라켓(200)에 대한 분해 및 조립에 따라 당연히 수트실드(300)의 분해 및 조립이 이루어지므로 수트실드(300)의 교체가 용이해진다.

한편, 수트실드(300)에 어떠한 재질을 사용하든 많고 적음은 있을지라도 내부에 용접똥의 육성은 막을 수 없다. 이러한 수트실드(300) 내부에 육성되는 용접똥을 최대한 억제하기 위하여 수트실드(300) 내부의 용접똥을 외부로 배출할 수 있는 구성으로 도 12 내지 15에 도시된 바와 같이 에어노즐(600)을 설치한다. 에어노즐(600)은 명칭 그대로 고압의 공기를 분사하는 노즐로서, 유입되는 공기를 배출하는 기능을 할 것이다. 에어노즐(600)로 공기를 유입시키기 위하여 고정브라켓(200)에 에어유입로(220)가 형성된다.

즉, 고정브라켓(200)은 도 12 내지 15에 도시된 바와 같이 일측면으로부터 상기 척삽입홀(210)의 내주면을 향해 관통된 에어유입로(220)가 형성된다. 이러한 고정브라켓(200)의 에어유입로(220)로부터 고압의 공기가 상기 에어노즐(600)을 통해 유입된 후 분사되어야 한다. 따라서, 에어노즐(600)은 환형상으로 상기 척(41)에 간섭되지 않도록 상기 고정브라켓(200)의 척삽입홀(210) 후방으로부터 전방으로 삽입 결합되고, 상기 고정브라켓(200)의 에어유입로(220)와 연통되도록 내부에 에어분사로(610)가 형성되며, 상기 에어분사로(610)를 통해 상기 수트실드(300)의 내부로 고압의 공기를 분사한다. 이렇게 에어노즐(600)을 통해 수트실드(300)의 내부로 고압의 공기를 분사하게 되면, 수트실드(300) 내부에 육성되는 용접똥을 외부 공기중으로 털어내어 수트실드(300) 내부에 용접똥의 육성을 최소화시킬 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 스터드 용접건은, 척(41)의 외주방향을 감싸도록 설치된 수트실드(300)를 통하여 스터드 용접시 모재에 발생하는 그을음의 확산을 쉽게 방지할 수 있다.

또한, 수트실드(300)의 설치시 고정레그(100)와 고정브라켓(200)만으로도 종래 스터드 용접건의 큰 구조변경 없이 용이하게 적용할 수 있어, 종래 스터드 용접건의 호환성에도 크게 기여할 수 있다.

특히, 인접한 거리에서 모재와 스터드 간의 높은 용접온도를 견딜 수 있으면서도, 용접시 발생하는 스패터에 의한 소위 용접똥의 육성도 최소한으로 할 수 있고, 더욱이 모재와의 접촉에 의한 취성파괴가 일어나지 않도록 높은 강도를 가진 재료로서 다양한 재질에 대한 수많은 실험과 분석을 통하여 수트실드(300)의 재질로 카본섬유강화복합소재(CFRP)를 찾아낼 수 있게 되었다.

또한, 수트실드(300)의 라이프사이클에 맞게 수트실드(300)만을 쉽게 교체할 수 있도록 실드결속링(500)을 통하여 분해 및 조립을 용이하게 할 수 있도록 하였다.

한편, 어떠한 재질이든 스패터에 의한 소위 용접똥의 육성은 최소화할 수 있으나, 없앨 수는 없으므로 이러한 용접똥의 육성을 더욱 지연시켜 수트실드(300)의 라이프사이클을 최대화시키기 위하여 에어노즐(600)에 의한 에어분사로 수트실드(300)에 육성되는 용접똥을 가능한 제거하고자 하였다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

10 : 건베이스
20 : 하우징
30 : 건바디 31 : 푸싱로드
40 : 어댑터 41 : 척
50 : 리프팅모듈
60 : 메인스프링
70 : 스터드공급부
100 : 고정레그
200 : 고정브라켓
210 : 척삽입홀 220 : 에어유입로
300 : 수트실드
310 : 슬릿 320 : 결속플랜지
400 : 수트실드링
500 : 실드결속링 510 : 결속볼트
600 : 에어노즐 610 : 에어분사로

Claims (5)

1. 건베이스와, 상기 건베이스에 의해 고정되는 원통형의 하우징과, 상기 하우징의 내부에 전후진 가능하게 설치되고, 공압에 의해 전후로 슬라이딩하는 푸싱로드가 내부에 구비된 건바디와, 상기 건바디의 전방에 설치되어 상기 푸싱로드의 전진에 따라 스터드를 파지하는 척이 구비된 어댑터와, 상기 건바디의 후방에 설치되어 상기 건바디를 전진 또는 후진시키는 리프팅모듈과, 상기 건바디와 리프팅모듈 사이에 개재된 메인스프링과, 상기 어댑터 내부로 상기 스터드를 공급하는 스터드 공급부를 포함하는 스터드 용접건에 있어서,
   일단이 상기 하우징 또는 건베이스에 고정 결합되고, 타단이 전방으로 연장된 고정레그와,
   하부가 상기 고정레그 타단에 고정 결합되고, 상부에 척삽입홀이 형성되어 상기 척삽입홀로 상기 척이 간섭되지 않도록 삽입되는 고정브라켓과,
   외주면에 전후 길이방향을 따라 내외로 관통된 복수의 슬릿이 형성된 원통형상이고, 내부로 상기 어댑터의 척이 간섭되지 않게 삽입되어 상기 척의 외주방향을 감싸도록 상기 고정브라켓의 척삽입홀 전방에 고정 결합된 수트실드를 더 포함하는 것을 특징으로 스터드 용접건.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 수트실드는,
   카본섬유강화복합소재(CFRP)로 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 스터드 용접건.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 수트실드는 내열합금 재질이고,
   상기 수트실드의 전면에 결합되고, 환형으로 된 판상의 카본섬유강화복합소재(CFRP)로 형성된 수트실드링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스터드 용접건.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 수트실드는,
   후단에 외주면을 따라 돌출된 결속플랜지가 형성되고,
   상기 수트실드의 전방 외주방향으로 삽입되어 상기 수트실드의 후단 결속플랜지에 걸림되고, 상기 고정브라켓의 전면에 결속볼트를 통해 고정 결합되는 환형의 실드결속링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스터드 용접건.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 고정브라켓은,
   고압의 공기가 유입되도록 일측면으로부터 상기 척삽입홀의 내주면을 향해 관통된 에어유입로가 형성되고,
   상기 척에 간섭되지 않도록 상기 고정브라켓의 척삽입홀 후방으로부터 전방으로 삽입 결합되고, 상기 고정브라켓의 에어유입로와 연통되도록 내부에 에어분사로가 형성되며, 상기 에어분사로를 통해 상기 수트실드의 내부로 고압의 공기를 분사하는 환형의 에어노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스터드 용접건.
   
   

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