KR20140082087A - 스터드 용접 장치 - Google Patents

Abstract

가압력 및 용접 변수들에 대한 제어가 용이하고, 연속 용접성이 우수하며, 용접 단계에서 압력조절이 가능하도록, 스터드가 장착되는 콜렛과, 콜렛을 피용접재에서 이격시키고 필요시 가압력을 가해 스터드를 피용접재에 압착시키는 가압부를 포함하고, 상기 가압부는 콜렛 상단에 설치되어 외측으로 연장되는 작동로드와, 상기 작동로드에 연결되고 유체의 압력을 이용하여 작동로드를 전후진시키는 구동실린더를 포함하는 스터드 용접 장치를 제공한다.

Description

스터드 용접 장치{STUD WELDING DEVICE}

본 발명은 용접 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 피용접재에 스터드를 접합하는 용도로 사용되는 스터드 용접 장치에 관한 것이다.

일반적으로 마그네슘 합금은 우수한 기계 가공성과 높은 진동 감쇠능력, 진동 및 충격에 대한 탁월한 흡수성, 우수한 전자파 차폐특성, 경량성, 높은 비강도 등의 우수한 특성을 가지며 가공적인 측면에서 얇은 판재로서의 성형이 가능하다.

이에, 급속히 컴퓨터, 휴대전화 등의 전자기기 케이스에 마그네슘 합금의 적용이 증가하고 있다. 전자기기 케이스는 회로기판 혹은 내장부품을 조립하기 위한 수단이 요구되는데 두께가 얇고 열전도가 빠르기 때문에 보스용접이 어렵다. 따라서 컨덴서 방전에 의한 스터드 용접이 제안되었다.

스터드 용접은 스터드의 단부에 설치된 핀과 피용접재 사이에 발생하는 아크열에 의하여 피용접재의 표면과 스터드를 가열하여 매우 짧은 시간에 용접이 이루어지므로, 알루미늄 또는 마그네슘 합금 용접에 유용하다.

종래 컨덴서 축전 및 간극 방식의 스터드 용접에서는 스프링 가압방식을 사용하는 데, 스프링을 압축한 후 스터드 건을 발사함과 동시에 축전된 컨덴서를 방전하면 용량이 한정된 펄스형 전류가 인가된 상태에서 피용접재에 스터드가 충돌한다. 이때 높은 전류에 의해 스터드의 단부에 형성된 핀이 용융, 증발, 해리되어 아크 플라즈마가 발생되고, 핀의 길이에 해당하는 동안 아크열에 의해 스터드 및 피용접재의 표면이 예열되어 압착된다.

이러한 종래의 구조는 스터드 장착과정에서 스프링을 압축하여야 하므로 연속 용접이 어렵고 스프링 탄성계수를 가변할 수 없어 압력을 변화시키지 못하는 단점이 있다.

또한, 종래의 구조는 스터드를 장착하는 콜렛의 위치에 대한 확인 및 제어가 힘들고, 누설에 의한 용접 전기 에너지의 손실이 발생하는 문제점이 있다.

이에, 가압력 및 용접 변수들에 대한 제어가 용이하고, 연속 용접성이 우수한 스터드 용접 장치를 제공한다.

또한, 반복적인 작업이 용이하며, 용접 단계에서 압력조절이 가능하도록 된 스터드 용접 장치를 제공한다.

본 스터드 용접 장치는 스터드가 장착되는 콜렛과, 콜렛을 피용접재에서 이격시키고 필요시 가압력을 가해 스터드를 피용접재에 압착시키는 가압부를 포함하고, 상기 가압부는 콜렛 상단에 설치되어 외측으로 연장되는 작동로드와, 상기 작동로드에 연결되고 유체의 압력을 이용하여 작동로드를 전후진시키는 구동실린더를 포함할 수 있다.

상기 구동실린더는 유체가 수용되는 하우징과, 상기 하우징 내주면에 슬라이딩가능하게 밀착되어 하우징을 두 개의 챔버로 구획하는 피스톤부재를 포함하고, 상기 작동로드가 하우징 내부로 관통하여 상기 피스톤부재에 연결된 구조일 수 있다.

상기 가압부는 상기 하우징의 각 챔버에 연결되어 작동유체를 공급하는 공급라인과, 상기 공급라인에 연결되어 작동유체를 공급하는 공급탱크, 상기 공급라인에 설치되어 작동유체 공급을 전환하는 밸브 및 상기 밸브를 제어작동하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 가압부는 작동유체가 공기일 수 있다.

상기 스터드 용접 장치는 적어도 하나의 스터드를 보관하여 상기 콜렛으로 제공하는 스터드송급기를 더 포함할 수 있다.

상기 스터드송급기는 스터드를 보관하는 카트리지와, 카트리지에 연결되어 스터드가 이송되는 이송관, 이송관에 연결되어 이송된 스터드가 놓여지는 이송블럭을 포함할 수 있다.

상기 가압부는 하우징 내의 작동로드 이동 거리가 상기 스터드와 피용접재 간의 간격보다 큰 구조일 수 있다.

상기 피용접재 또는 상기 스터드는 알루미늄 또는 마그네슘 재질을 포함할 수 있다.

이상 본 실시예에 의하면, 유체에 의한 압력비 변화를 통해 스터드 발사 및 후퇴가 자유롭고 제어가 용이하여 보다 정밀한 용접이 가능하게 된다.

또한, 전 후진이 자유로운 유압 실린더를 이용하여 반복 용접에 유리하며, 용접단계에서 압력 조절이 가능하여 용접 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 스터드 용접 장치의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.
도 2와 도 3은 본 실시예에 따른 스터드 용접 장치의 작용을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 스터드 용접 장치의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.

도 1을 참조하면, 스터드 용접 장치(100)는 스터드(S)가 장착되는 콜렛(10)과, 콜렛을 피용접재(P)에서 이격시키고 필요시 가압력을 가해 스터드(S)를 피용접재(p)에 압착시키는 가압부(20)를 포함한다.

본 실시예에서, 상기 스터드 용접 장치는 알루미늄 또는 마그네슘 재질로 된 피용접재(P) 또는 스터드(S)의 용접에 사용할 수 있다. 상기 스터드 용접 장치(100)는 설비 상에 고정시켜 사용되거나, 1축 또는 1축 이상의 다관절 로봇의 아암에 장착되어 3차원 형상의 부품에 대한 스터드 용접에 사용할 수 있다.

상기 콜렛(10)은 구리, 알루미늄, 은 등의 전기 전도도가 우수한 소재로 형성하며, 하단부에는 홈이 가공되어 스터드(S)가 장착될 수 있는 구조로 되어 있다.

상기 용접 장치는 상기 가압부(20)가 유체의 압력을 이용하여 콜렛에 장착된 스터드(S)를 발사하여 가압하는 구조로 되어 있다.

이를 위해, 본 실시예의 가압부(20)가 콜렛(10) 상단에 설치되어 외측으로 연장되는 작동로드(22)와, 상기 작동로드(22)에 연결되어 작동로드(22)를 전후진시키는 구동실린더(24)를 포함한다.

이에, 본 장치는 종래 스프링을 이용한 가압 구조와 비교하여 유체에 의한 압력비 변화를 자유롭게 조정할 수 있어, 콜렛을 이동시키고 가압력을 주거나 용접 변수에 따른 압력 제어를 보다 용이하게 수행할 수 있게 된다.

여기서, 상기 구동실린더(24)의 작동원인 유체는 공기(air)로 이루어질 수 있다. 상기 구동실린더(24)는 공압에 의해 구동되는 공압실린더로 이루어진다. 공압실린더 외에 상기 구동실린더는 작동유체에 따라 유압에 의해 구동되는 유압실린더일 수 있다.

보다 구체적으로 상기 구동실린더(24)는 유체가 수용되는 하우징(26)과, 상기 하우징(26) 내주면에 슬라이딩가능하게 밀착되어 하우징(26)을 두 개의 챔버로 구획하는 피스톤부재(28)를 포함한다.

본 실시예의 가압부는 상기 작동로드(22)가 하우징(26) 내부로 관통하여 상기 피스톤부재(28)에 직접 연결된 구조로 되어 있다. 즉, 콜렛이 설치되는 작동로드(22)가 바로 구동실린더의 일부를 이룬다.

이와 같이, 콜렛이 구동실린더와 직결됨에 따라 구동실린더의 구동력이 바로 콜렛으로 전달되어 콜렛의 가압력을 보다 정밀하고 확실하게 제어할 수 있게 된다.

상기 가압부는 상기 구동실린더의 압력 제어를 위해, 상기 하우징(26)의 각 챔버에 연결되어 작동유체를 공급하는 공급라인(30)과, 상기 공급라인(30)에 연결되어 작동유체를 공급하는 공급탱크(32), 상기 공급라인(30)에 설치되어 작동유체 공급을 전환하는 밸브(34) 및 상기 밸브(34)를 제어작동하는 제어부(36)를 더 포함한다.

상기 밸브(34)는 하우징(26)의 각 챔버로 연결되는 공급라인(30)으로 작동유체를 공급 또는 드레인시켜 하우징(26) 내부 피스톤부재(28)를 하우징(26) 내부에서 이동시키게 된다. 공급라인(30)을 통한 하우징(26)의 일측 챔버 내로 공급된 공기의 압력은 피스톤부재(28)에 인가되고, 피스톤부에 연결된 작동로드(22)를 통해 콜렛으로 전달된다.

상기 밸브(34)의 구동은 제어부(36)를 통해 제어된다. 상기 제어부(36)의 구동에 따라 밸브(34)가 구동되어 설정된 압력으로 콜렛에 장착된 스터드가 피용접재에 가압된다. 상기 스터드의 용접 압력은 하우징(26)으로 공급되는 공기의 압력을 조절함으로써, 작동로드(22)를 통해 콜렛으로 전달되는 압력을 변화시켜 세밀하게 조절 가능하다.

상기 공급탱크(32)는 작동유체인 공기를 압축 저장하여 공급하게 되며, 작동유체에 따라 압축 공기 외에 압유를 공급하는 구조일 수 있다.

또한, 본 장치는 적어도 하나의 스터드를 보관하여 상기 콜렛(10)으로 제공하는 스터드송급기(40)를 포함한다. 상기 스터드송급기(40)는 스터드를 보관하는 카트리지(42)와, 상기 카트리지(42)에 연결되어 스터드가 이송되는 이송관(44), 상기 이송관(44)에 연결되어 이송된 스터드(S)가 놓여지는 이송블럭(46)을 포함한다. 스터드송급기(40)는 작업에 맞춰 카트리지(42)에 보관된 스터드를 이송관(44)을 통해 이송블럭(46)을 송급하게 되고, 이송블럭(46)은 콜렛(10)이 피용접재(P)에서 이격된 상태에서 콜렛(10) 하부로 이동하여 콜렛(10)이 스터드를 장착할 수 있도록 한다. 콜렛(10) 하부로 이동된 이송블럭(46)은 공급된 스터드(S)를 상승시켜 콜렛(10)에 장착한다.

이하, 본 장치의 작용에 대해 도 2와 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(36)의 구동에 따라 밸브(34)가 작동되면 하우징(26) 내부로 작동 유체가 공급되어 작동로드(22)를 이동시키게 된다. 작동로드의 이동에 따라 콜렛(10)에 장착된 스터드(S)가 피용접재(P)로부터 이격시키면서 발사를 위한 상태로 장전된다.

상기 콜렛(10)의 이동은 단지 구동실린더(24)의 각 챔버로 공기를 공급하는 것으로 보다 간단하게 이루어질 수 있다.

이와 같이 콜렛에 스터드가 장착되어 피용접재에서 이격된 상태에서 밸브(34)를 작동하여 하우징 내에 압축공기를 공급하게 되면 구동실린더(24)의 신축 구동에 의해 피스톤부재(28)에 고압이 걸려 이동되면서 작동로드에 연결된 콜렛(10)을 피용접재로 발사하게 된다.

이에, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 콜렛(10)에 장착된 스터드(S)는 피스톤부재(28)에 인가되어 콜렛으로 전달된 유체의 압력에 의해 피용접재(P)에 가압되면서 용접이 이루어진다.

여기서 상기한 용접과정에서 피용접재에 대한 스터드의 용접 압력은 피스톤부재에 가해지는 유체의 압력을 통해 조절가능하다.

종래 구조의 경우, 스프링을 통해 스터드의 가압력을 얻기 때문에 스프링의 탄성계수에 가압력을 전적으로 의존하게 된다. 스프링의 탄성계수는 변경되지 않으므로 종래 장치의 경우 스터드의 가압력을 변화시키기 어려웠다.

이에 반해, 본 장치의 경우 상기와 같이 제어부(36)를 통해 밸브(34)를 제어하는 것으로 피스톤부재(28)에 인가되는 유체의 압력을 용이하게 조절할 수 있게 되어 스터드 용접 압력 제어가 용이하다.

스터드 용접에 있어, 용접 품질을 향상시키기 위해서는 아크 발생시기와 용접 가압시기 및 가압력을 정확히 맞춰 주어야 한다. 이에 본 실시예의 경우 필요에 따라 가압력을 더 주는 등 압력 조절이 용이하므로, 용융상태에서 용접부위의 볼륨이 늘어난 상태에서 가압력을 보다 증가시킬 수 있어 아크 반발력을 보상할 수 있다. 종래 구조의 경우 가압력을 더 주지 못하여 아크 반발력 발생으로 스터드가 뒤로 밀리면서 기공이 발생하는 등 용접 품질이 떨어지게 된다.

이와 같이 본 실시예의 용접 장치는 콜렛의 이동 및 가압에 유체의 압력을 이용함으로써, 보다 정밀한 압력 조절을 통해 용접 품질을 높일 수 있게 된다.

여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(26) 내에서 작동로드(22)의 이동거리(A)는 상기 스터드(S)와 피용접재(P) 간의 간격(B)보다 큰 구조로 되어 있다. 상기 작동로드(22)에는 스터드(S)가 장착된 콜렛(10)이 설치되므로, 작동로드(22)의 이동거리(A)는 즉, 스터드가 장착된 콜렛(10)의 이동거리가 된다. 상기 작동로드(22)의 이동거리라 함은 도 2에 도시된 바와 같이, 스터드(S)가 피용접재(P)에서 이격된 상태에서 하우징(26) 내에서 피스톤부재(28)와 하우징(26) 내측 하단 사이의 거리를 의미한다.

스터드 용접이 제대로 이루어지기 위해서는 콜렛(10)에 설치된 스터드(S) 하단의 핀이 피용접재(P) 표면에 박히면서 서로 가압되어 아크열을 발생시켜야 한다.

이에, 상기와 같이 작동로드(22)의 이동거리(A)를 스터드 하단의 핀과 피용접재(P) 사이의 간격(B)보다 크게 함으로써, 피스톤부재(28)가 하우징(26) 내측 하단에 도달하기 전에 스터드(S)가 피용접재(P)에 접하게 된다. 따라서, 작동로드(22)가 상기 간격(B) 이상으로 더 하강하면서 스터드(S)의 핀을 피용접재(P)에 박히도록 충분히 가압시킬 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10 : 콜렛 20 : 가압부
22 : 작동로드 24 : 구동실린더
26 : 하우징 28 : 피스톤부재
30 : 공급라인 32 : 공급탱크
34 : 밸브 36 : 제어부
40 : 스터드송급기 42 : 카트리지
44 : 이송관 46 : 이송블럭

Claims (7)

1. 스터드가 장착되는 콜렛, 상기 콜렛을 피용접재에서 이격시키고 필요시 가압력을 가해 스터드를 피용접재에 압착시키는 가압부를 포함하고,
   상기 가압부는 상기 콜렛 상단에 설치되어 외측으로 연장되는 작동로드, 상기 작동로드에 연결되고 유체의 압력을 이용하여 작동로드를 전후진시키는 구동실린더를 포함하는 스터드 용접 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스터드 용접 장치는 적어도 하나의 스터드를 보관하여 상기 콜렛으로 제공하는 스터드송급기를 더 포함하는 스터드 용접 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 스터드송급기는 스터드를 보관하는 카트리지, 상기 카트리지에 연결되어 스터드가 이송되는 이송관, 상기 이송관에 연결되어 이송된 스터드가 놓여지는 이송블럭을 포함하는 스터드 용접 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구동실린더는 유체가 수용되는 하우징, 상기 하우징 내주면에 슬라이딩가능하게 밀착되어 하우징을 두 개의 챔버로 구획하는 피스톤부재를 포함하고, 상기 작동로드가 하우징 내부로 관통하여 상기 피스톤부재에 연결된 구조의 스터드 용접 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 가압부는 상기 하우징의 각 챔버에 연결되어 작동유체를 공급하는 공급라인, 상기 공급라인에 연결되어 작동유체를 공급하는 공급탱크, 상기 공급라인에 설치되어 작동유체 공급을 전환하는 밸브 및 상기 밸브를 제어작동하는 제어부를 더 포함하는 스터드 용접 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 가압부는 작동유체가 공기인 스터드 용접 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 가압부는 하우징 내의 작동로드 이동 거리가 상기 스터드와 피용접재 간의 간격보다 큰 구조의 스터드 용접 장치.

Images