KR20150062042A - 스폿 용접용 캡 팁 - Google Patents

Abstract

스폿 용접용 캡 팁이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 캡 팁은 중첩된 패널의 용접부를 기준으로 서로 마주보는 한 쌍의 진동 용접건을 포함하며, 상기 한 쌍의 진동 용접건 사이에서 왕복 운동하는 용접팁을 이용해 소성 유동이 발생되도록 하며, 소성 유동이 발생된 상기 용접부를 가압하여 접합되도록 하는 진동 스폿 용접장치에서 상기 한 쌍의 진동 용접건의 각 선단에 장착되는 스폿 용접용 캡 팁에 있어서, 상기 용접팁이 이동 가능하게 삽입되는 삽입홀이 형성되는 몸체부; 및 상기 한 쌍의 패널의 용접부와 접촉되는 상기 몸체부의 일면에 형성되는 저항 저감홈을 포함한다.

Description

스폿 용접용 캡 팁{A CAP TIP FOR SPOT WELDING}

본 발명은 스폿 용접용 캡 팁에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중첩된 패널의 용접부 중앙에 열이 집중되도록 소재와의 접촉 시, 접촉 저항이 중앙에서 최대가 되도록 하는 스폿 용접용 캡 팁에 관한 것이다.

일반적으로 비교적 얇은 두 장의 중첩된 금속판을 용접하는 방법에는 용융 용접법(fusion welding)과 고상 용접법(solid phase welding)이 있다. 용융 용접법은 스폿 용접법을 예로 들 수 있는데, 스폿 용접법은 중첩된 금속판들의 용접부에 전기저항에 의한 열과 압력을 가하여 용접부를 용융시켜 금속판들을 용접하는 방법을 의미한다.

고상 용접법인 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding; FSW)을 예로 들 수 있는데, 마찰 교반 용접법은 중첩된 금속판에 회전하는 공구(rotating tool)의 돌기(probe)를 삽입하면 회전하는 돌기와 금속판 사이의 마찰열에 의하여 공구 주변의 금속판이 연화되고 공구의 교반에 의한 용접부에 발생하는 소성 유동에 의하여 양 금속판의 용접부가 강제적으로 혼합되어 금속판들을 용접하는 방법을 의미한다.

상기 스폿 용접과 마찰 교반 용접은 각각의 장점 및 단점을 가지고 있는 바, 예를 들어, 스폿 용접은 전기 저항에 의하여 발생된 열에 의해 금속판들의 용접부를 용융시켜 용접하기 때문에 금속판의 접촉면에 고전류의 인가로 인한 아크가 발생하고 용접면의 불량 등의 문제점을 가지고 있다.

그리고, 마찰 교반 용접은 고상 용접법이기 때문에 용접된 금속판들의 기계적 강도가 우수하고 아크가 발생하지 않으며 경금속의 용접에 적합한 장점이 있는 반면에 용접 후 용접면에 돌기의 회전에 의한 용접 자국 또는 구멍이 남는 단점이 있다.

이러한 스폿 용접과 마찰 교반 용접의 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국등록특허 제743857호와 같은 압출 점 접합 방법(Extru-Spot Welding; ESW)이 개발되었다. 대한민국등록특허 제743857호는 중첩된 두 장의 금속판과 별도의 금속 띠를 전극으로 순간적으로 가열하고 금속 띠로부터 압입 소재를 펀칭하며 펀칭된 압입 소재를 중첩된 금속판에 압출하여 금속판을 용접하는 기술이 개시되어 있다. 이러한 압출 점 접합 방법은 접합력이 강하고 아크가 발생되지 않는 장점이 있으나 별도의 금속 띠를 사용해야 하는 단점이 있다.

한편, 대한민국등록특허 제743857호에 따른 점 접합 방법의 문제점을 개선하기 위하여 대한민국공개특허 제2012-0010570호와 같은 진동 스폿 용접 장치 및 방법이 개발되었다.

대한민국공개특허 제2012-0010570호는 중첩된 금속판의 용접부에 열을 가함과 동시에 연속적인 직선 반복 하중을 가하여 중첩된 금속판을 용접하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 이와 같은 진동 스폿 용접 장치는 단순 직진성 왕복 운동의 반복 하중으로 금속판을 접합하는데 국한되어 있기 때문에, 용접 소요시간이 많이 소요되고, 용접 부위의 접합력이 저하된다는 단점이 있다.

또한, 통전에 의한 소재 용융이후 캐 팁 중앙 용접팁에 의한 소성유동으로 중첩된 패널의 용접부 접합을 구현하는데 있어 캡 팁과 용접부 사이의 접촉면적이 증가됨으로써, 통전 저항의 밀도가 낮아지고, 열손실이 커지게 되며, 이로 인해, 목표위치인 용접부에 열이 집중되지 않아 소재 연화정도를 제어하기가 어렵고 용접품질이 저하되는 문제점도 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 중첩된 패널의 용접부 중앙에 열이 집중되도록 소재와의 접촉 시, 접촉 저항이 용접부 중앙에서 최대가 되도록 용접팁이 위치되는 중앙을 오목하게 형성함으로써, 패널과의 밀착도 저감을 통해 접촉저항을 중앙으로 집중시켜 용접부의 용융수준을 정밀 제어하도록 하는 스폿 용접용 캡 팁을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 캡 팁은 중첩된 패널의 용접부를 기준으로 서로 마주보는 한 쌍의 진동 용접건을 포함하며, 상기 한 쌍의 진동 용접건 사이에서 왕복 운동하는 용접팁을 이용해 소성 유동이 발생되도록 하며, 소성 유동이 발생된 상기 용접부를 가압하여 접합되도록 하는 진동 스폿 용접장치에서 상기 한 쌍의 진동 용접건의 각 선단에 장착되는 스폿 용접용 캡 팁에 있어서, 상기 용접팁이 이동 가능하게 삽입되는 삽입홀이 형성되는 몸체부; 및 상기 한 쌍의 패널의 용접부와 접촉되는 상기 몸체부의 일면에 형성되는 저항 저감홈을 포함한다.

상기 몸체부는 원통 형상으로 형성되고, 상기 한 쌍의 진동 용접건 선단이 삽입되며, 상기 삽입홀과 연통되는 끼움홈이 형성될 수 있다.

상기 끼움홈은 상기 저항 저감홈을 향하여 설정각도로 경사지게 형성될 수 있다.

상기 삽입홀은 상기 몸체부의 중앙에 길이방향을 따라 형성되며, 단면의 형상이 상기 용접팁의 형상에 대응하여 삼각형 형상으로 형성될 수 있다.

상기 저항 저감홈은 상기 몸체부의 일면 외측으로부터 상기 삽입홀의 중심으로 내측을 향하여 오목하게 형성될 수 있다.

상기 저항 저감홈은 상기 패널의 용접부와 접촉 시, 상기 삽입홀이 위치되는 중앙과 상기 패널과의 사이에 공간이 형성되도록 단면의 형상이 상기 몸체부의 외주면으로부터 상기 삽입홀의 중심을 향하여 경사지게 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 캡 팁에 의하면, 중첩된 패널의 용접부 중앙에 열이 집중되도록 소재와의 접촉 시, 접촉 저항이 용접부 중앙에서 최대가 되도록 용접팁이 위치되는 중앙을 오목하게 형성함으로써, 패널과의 밀착도 저감을 통해 접촉저항을 중앙으로 집중시켜 용접부의 용융수준을 정밀 제어할 수 있다.

또한, 용접부의 용융수준을 정밀 제어함으로써, 용접품질을 향상시키는 동시에, 용접부의 용접강도를 높여 접합품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 캡 팁이 적용되는 진동 스폿 용접장치를 도시한 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 캡 팁의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 캡 팁의 소재 접촉 저항값을 종래 기술과 비교한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 캡 팁이 적용되는 진동 스폿 용접장치를 도시한 단면 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 캡 팁의 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 캡 팁의 소재 접촉 저항값을 종래 기술과 비교한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 캡 팁(10)은 중첩된 패널의 용접부 중앙에 열이 집중되도록 소재와의 접촉 시, 접촉 저항이 용접부(W1, W2) 중앙에서 최대가 되도록 용접팁(13)이 위치되는 중앙에 오목하게 형성함으로써, 패널(P1, P2)과의 밀착도 저감을 통해 접촉저항을 중앙으로 집중시켜 용접부(W1, W2)의 용융수준을 정밀 제어할 수 있도록 한다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 캡 팁(100)이 적용되는 진동 스폿 용접장치는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 금속으로 이루어진 중첩된 제1, 제2 패널(P1, P2)을 기준으로 서로 마주보는 한 쌍의 진동 용접건(10)을 포함한다.

상기 한 쌍의 진동 용접건(10)은 서로 동일한 구조를 가지거나 서로 다른 구조를 가질 수 있으며, 설명의 편의 상, 본 명세서에서는 상, 하부에 배치되는 한 쌍의 진동 용접건(10)이 동일한 구조를 가지는 것을 보이나, 이에 한정되지는 않는다.

이와 같은 구성을 갖는 진동 스폿 용접장치는 한 쌍의 진동 용접건(10)이 제1, 제2 패널(P1, P2)의 용접부(W1, W2)를 가열하고, 용접팁(13)을 왕복 운동시켜 소성 유동이 발생하도록 하며, 소성 유동이 발생된 용접부(W1, W2)를 가압하여 상기 각 패널(P1, P2)이 접합되도록 한다.

여기서, 상기 진동 용접건(10)은 실린더(11)의 내부에 미도시된 진동 피스톤과 가압 피스톤이 구비되어 상기 용접팁(13)을 왕복 운동 및 가압하게 되며, 각 진동 용접건(10)의 선단에는 본 발명의 실시예에 따른 캡 팁(100)이 장착되어 상기 각 패널(P1, P2)에 접촉됨으로써, 각 패널(P1, P2)이 서로 밀착되도록 한다.

이러한 진동 용접건(10)의 내부 구조는 널리 알려진 공지기술에 해당하므로 이하 그 구성에 대한 설명은 생략한다.

본 실시예에서, 상기 캡 팁(100)은 각 패널(P1, P2)과 접촉된 부분에서 전기 저항이 크게 작용하게 되는 바, 캡 팁(100)에 고전류를 인가하게 되면, 전기 저항에 의하여 중첩된 패널(P1, P2)을 가열하게 된다.

이러한 캡 팁(100)은, 도 2와 도 3에서 도시한 바와 같이, 몸체부(110)와 저항 저감홈(115)을 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 몸체부(110)는 상기 용접팁(13)이 이동 가능하게 삽입되는 삽입홀(111)이 형성된다.

이러한 몸체부(110)는 원통 형상으로 형성되고, 상기 한 쌍의 진동 용접건(10) 선단이 삽입되며, 상기 삽입홀(111)과 연통되는 끼움홈(113)이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 끼움홈(113)은 상기 저항 저감홈(115)을 향하여 양측 내면이 설정각도로 경사지게 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 진동 용접건(10)은 그 선단이 상기 끼움홈(113)에 삽입될 경우, 보다 안정적으로 용이하게 삽입될 수 있다.

또한, 본 실시예에서, 상기 삽입홀(111)은 상기 몸체부의 중앙에 길이방향을 따라 형성되며, 단면의 형상이 상기 용접팁(13)의 형상에 대응하여 삼각형 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 상기 삽입홀(111)의 단면 형상이 삼각 형상으로 형성되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 용접팁(13)의 형상에 따라 원형 또는 다각형 형상으로 변경하여 적용이 가능하다.

그리고 상기 저항 저감홈(115)은 상기 한 쌍의 패널(P1, P2)의 용접부(W1, W2)와 접촉되는 상기 몸체부(110)의 일면에 일체로 형성된다.

여기서, 상기 저항 저감홈(115)은 상기 몸체부(110)의 일면 외측으로부터 상기 삽입홀(111)의 중심으로 내측을 향하여 오목하게 형성될 수 있다.

즉, 상기 저항 저감홈(115)은 상기 패널(P1, P2)의 용접부(W1, W2)와 접촉 시, 상기 삽입홀(111)이 위치되는 중앙과 상기 패널(P1, P2)과의 사이에 공간(S)이 형성되도록 단면의 형상이 상기 몸체부(110)의 외주면으로부터 상기 삽입홀(111)의 중심을 향하여 경사지게 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 캡 팁(100)은 고전류가 인가될 경우, 상기 몸체부(110)의 일면 외측은 접촉된 상태에서, 상기 용접부(W1, W2)와 용접팁(13)이 삽입되는 삽입홀(111) 사이에서 저항 저감홈(115)을 통해 공간(S)을 형성함으로써, 상기 용접부(W1, W2)와 용접팁(13) 사이인 중앙에서 패널(P1, P2)과의 밀착도를 저감시키고, 접촉저항을 중앙으로 집중시키게 된다.

그러면, 접촉저항이 집중된 중앙에 위치된 상기 용접부(W1, W2)는 열 손실이 최소화됨으로써, 소재 연화의 정도를 상기 캡 팁(100)에 인가되는 고전류 인가시간의 조절로 정밀하게 제어할 수 있고, 빠른 시간 내에 용접부(W1, W2)의 가열이 가능하여 용접시간을 줄일 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 캡 팁의 소재 접촉 저항값을 종래 기술과 비교한 도면이다.

도면을 참조하면, 소재 접촉 저항값 변위는 종래 기술의 경우, 패널(P1, P2)과 접촉되는 면이 평면으로 형성된 종래의 캡 팁(1)이 적용된 종래 기술의 경우, 종래의 캡 팁(1)이 패널(P1, P2)과 밀착됨에 따라, 패널(P1, P2)과의 사이에 통전 밀도가 낮아짐으로써, 접촉 저항이 중앙에 집중되지 않고, 중앙과 양측에 걸쳐 불규칙적으로 분포된다.

그러면, 패널(P1, P2)과 종래의 캡 팁(1) 사이에서 발생되는 되어 열 손실이 커지게 되며, 목표위치인 용접부(W1, W2)에 열이 집중되지 않아 용접부(W1, W2)의 연화정도를 제어하기가 어렵고, 패널(P1, P2)의 저항가열 시간이 증가된다.

반면, 본 실시예에 따른 캡 팁(100)을 적용할 경우에는, 저항 저감홈(115)이 패널(P1, P2)과의 사이에서 용접부(W1, W2)와 용접팁(13)이 삽입되는 삽입홀(111) 사이에 공간(S)을 형성하여 밀착도를 저감시킴으로써, 용접부(W1, W2)가 위치되는 중앙에 접촉 저항이 집중된다.

이에 따라, 용접부(W1, W2)는 접촉 저항이 집중되어 더욱 빨리 가열되며, 상기 용접부(W1, W2)의 연화정도를 상기 캡 팁(100)에 인가되는 고전류 인가시간의 조절을 통해 제어가 가능하여 용접부(W1, W2)의 용융 수준을 정밀하게 제어할 수 있게 된다.

또한, 용접부(W1, W2)의 용융 수준의 정밀 제어가 가능해지면, 패널(P1, P2)의 용접부(W1, W2)에서 용접팁(13)을 통한 소성 유동이 원활하게 진행됨에 따라, 중첩된 패널(P1, P2)의 접합품질을 향상시키게 된다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 스폿 용접용 캡 팁(100)을 적용하면, 중첩된 패널(P1, P2)의 용접부 중앙에 열이 집중되도록 패널(P1, P2)과의 접촉 시, 접촉 저항이 용접부(W1, W2) 중앙에서 최대가 되도록 용접팁(13)이 위치되는 중앙에 오목하게 형성된 저항 저감홈(115)을 일체로 형성함으로써, 패널(P1, P2)과의 밀착도 저감을 통해 접촉저항을 중앙으로 집중시켜 용접부(W1, W2)의 용융수준을 정밀 제어할 수 있다.

또한, 용접부(W1, W2)의 용융수준을 정밀 제어함으로써, 용접품질을 향상시키는 동시에, 용접부(W1, W2)의 용접강도를 높여 중첩된 한 쌍의 패널(P1, P2) 접합품질을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 진동 용접건
13 : 용접팁
100 : 캡 팁
110 : 몸체부
111 : 삽입홀
113 : 끼움홈
115 : 저항 저감홈
P1, P2 : 패널
W1, W2 : 용접부
S : 공간

Claims (10)

1. 중첩된 패널의 용접부를 기준으로 서로 마주보는 한 쌍의 진동 용접건을 포함하며, 상기 한 쌍의 진동 용접건 사이에서 왕복 운동하는 용접팁을 이용해 소성 유동이 발생되도록 하며, 소성 유동이 발생된 상기 용접부를 가압하여 접합되도록 하는 진동 스폿 용접장치에서 상기 한 쌍의 진동 용접건의 각 선단에 장착되는 스폿 용접용 캡 팁에 있어서,
   상기 용접팁이 이동 가능하게 삽입되는 삽입홀이 형성되는 몸체부; 및
   상기 한 쌍의 패널의 용접부와 접촉되는 상기 몸체부의 일면에 형성되는 저항 저감홈;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 스폿 용접용 캡 팁.
2. 제1항에 있어서,
   상기 몸체부는
   원통 형상으로 형성되고, 상기 한 쌍의 진동 용접건 선단이 삽입되며, 상기 삽입홀과 연통되는 끼움홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 스폿 용접용 캡 팁.
3. 제2항에 있어서,
   상기 끼움홈은
   상기 저항 저감홈을 향하여 양측 내면이 설정각도로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 스폿 용접용 캡 팁.
4. 제1항에 있어서,
   상기 삽입홀은
   상기 몸체부의 중앙에 길이방향을 따라 형성되며, 단면의 형상이 상기 용접팁의 형상에 대응하여 삼각형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스폿 용접용 캡 팁.
5. 제1항에 있어서,
   상기 저항 저감홈은
   상기 몸체부의 일면 외측으로부터 상기 삽입홀의 중심으로 내측을 향하여 오목하게 형성되는 것을 특징으로 하는 스폿 용접용 캡 팁.
6. 중첩된 패널의 용접부를 기준으로 서로 마주보는 한 쌍의 진동 용접건을 포함하며, 상기 한 쌍의 진동 용접건 사이에서 왕복 운동하는 용접팁을 이용해 소성 유동이 발생되도록 하며, 소성 유동이 발생된 상기 용접부를 가압하여 접합되도록 하는 진동 스폿 용접장치에서 상기 한 쌍의 진동 용접건의 각 선단에 장착되는 스폿 용접용 캡 팁에 있어서,
   원통 형상으로 형성되어 중앙에 길이방향을 따라 상기 용접팁이 이동 가능하게 삽입되는 삽입홀이 형성되는 몸체부; 및
   상기 한 쌍의 패널의 용접부와 접촉되는 상기 몸체부의 일면에 형성되고, 상기 몸체부의 외주면으로부터 상기 삽입홀의 중앙으로 상기 몸체부의 내측을 향하여 오목하게 형성되는 저항 저감홈;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 스폿 용접용 캡 팁.
7. 제1항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 저항 저감홈은
   상기 패널의 용접부와 접촉 시, 상기 삽입홀이 위치되는 중앙과 상기 패널과의 사이에 공간이 형성되도록 단면의 형상이 상기 몸체부의 외주면으로부터 상기 삽입홀의 중심을 향하여 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 스폿 용접용 캡 팁.
8. 제6항에 있어서,
   상기 삽입홀은
   상기 용접팁의 형상에 대응하여 단면의 형상이 삼각형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스폿 용접용 캡 팁.
9. 제6항에 있어서,
   상기 몸체부는
   상기 한 쌍의 진동 용접건 선단이 삽입되며, 상기 삽입홀과 연통되는 끼움홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 스폿 용접용 캡 팁.
10. 제9항에 있어서,
    상기 끼움홈은
    상기 저항 저감홈을 향하여 양측 내면이 설정각도로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 스폿 용접용 캡 팁.

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