KR20170004766A - 진동 스폿 용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치에 의하면, 서로 중첩된 금속판의 외측 일면과 접촉하도록 배치되는 제1용접팁, 및 상기 제1용접팁과 대응하여 상기 금속판의 외측 타면과 접촉하도록 배치되는 제2용접팁을 포함하고, 상기 제2용접팁은, 상기 금속판에 밀착되어 전류를 인가하도록 배치되는 제1전극부, 및 상기 제1전극에서 인가되어 상기 금속판을 통해서 인가되는 전류를 수신하도록 상기 금속판에 밀착되도록 배치되는 제2전극부를 포함할 수 있다.

Description

진동 스폿 용접 장치{VIBRATION SPOT WELDING DEVICE}

본 발명은 중첩된 금속판의 설정된 부분에 전류를 인가하는 동시에 진동을 가해서 중첩된 금속판이 용접되어 서로 결합되도록 하는 진동 스폿 용접 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 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 압력에 의해 용접부를 용융시켜 중첩된 금속판을 용접하는 방법이다.

고상 용접법은 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding; FSW)을 예로 들 수 있는데, 마찰 교반 용접법은 상호 마찰에 의한 열이 발생하며, 이러한 마찰열에 의해 공구 주변의 재료는 연화되고, 소성유동으로 접합면 양쪽의 재료들이 강제적으로 혼합되는 원리로 피접합재를 용접하는 방법이다.

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, 용접면이 미려하지 못한 단점이 있다.

그리고 마찰 교반 용접은 고상 용접법으로써, 용접된 금속판들의 기계적 강도가 우수하고 아크가 발생하지는 않아. 경금속의 용접에 적합한 장점은 있으나, 용접 후, 용접면에 용접 자국 또는 구멍이 남는 단점이 있다.

상기 스폿용접과 상기 마찰 교반 용접의 장점을 결합한 용접 방법으로, 진동 스폿 용접장치가 개발되었으며, 이는 전류를 이용하여 열을 발생시키고 진동을 가해서 용접부위가 보다 효과적으로 접합되도록 한다.

한편, 두 개의 중첩된 금속판 중에서 상판과 하판에 전류를 인가하기 위해서, 두 금속판이 모두 전도체여야 하는 제한요소가 있으며, 상부팁에서 하부팁으로 전류를 인가하기 위한 구조가 필요하다. 종래기술로써는, 대한민국등록특허 제743857호가 있다.

본 발명은 종래의 기술들을 해결하기 위한 것으로 중첩된 금속판의 용접부에 전류를 인가하여 열을 발생시키는 동시에 연속적인 반복 하중을 가하여 중첩된 금속판을 서로 용접시키는 진동 스폿 용접 장치를 제공하는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치에 의하면, 서로 중첩된 금속판의 외측 일면과 접촉하도록 배치되는 제1용접팁, 및 상기 제1용접팁과 대응하여 상기 금속판의 외측 타면과 접촉하도록 배치되는 제2용접팁을 포함하고, 상기 제2용접팁은, 상기 금속판에 밀착되어 전류를 인가하도록 배치되는 제1전극부, 및 상기 금속판을 통해서 상기 제1전극에서 인가되는 전류를 인가받도록 상기 금속판에 밀착되는 제2전극부를 포함할 수 있다.

상기 제1용접팁은, 상기 금속판이 가열되어 반용융상태로 변형된 부분이 혼합되도록 상기 금속판의 표면에 흔들림을 가하는 진동부재를 포함할 수 있다.

상기 제1용접팁은, 상기 진동부재의 외주면을 감싸도록 배치되고, 그 단부면은 상기 금속판의 일면과 대응하는 파이프부쉬, 및 상기 파이프부쉬의 외주면을 감싸도록 배치되고, 상기 금속판의 일면에 밀착되어 상기 금속판이 서로 밀착되도록 하는 팁하우징을 더 포함할 수 있다.

상기 제2용접팁은, 상기 제1전극부와 상기 제2전극부 사이에 개재되는 절연부재를 포함할 수 있다.

상기 절연부재는 상기 진동부재와 대응하는 위치에 배치되고, 그 양측면에 상기 제1,2전극부가 배치될 수 있다.

상기 제1전극부 또는 상기 제2전극부를 상기 절연부재에 고정시키는 고정부를 더 포함할 수 있다.

상기 진동부재는 상기 금속판이 중첩된 두께 방향으로 흔들려서 상기 금속판을 누르거나 당기는 진동을 가할 수 있다.

상기 진동부재의 외주면과 상기 파이프부쉬는 서로 슬라이딩되도록 서로 결합될 수 있다.

상기 제2용접팁이 삽입되어 고정되고, 외부로부터 전류를 인가 받는 어댑터를 더 포함하고, 상기 어댑터의 내주면 일측은 상기 제1전극부와 밀착될 수 있다.

상기 제1,2용접팁이 상기 금속판에 밀착되는 면은 원형의 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치에 의하면, 서로 중첩된 금속판의 외측 일면과 접촉하도록 배치되고, 상기 금속판에 진동을 전달하는 진동부재가 배치된 제1용접팁, 및 상기 제1용접팁과 대응하여 상기 금속판의 외측 타면과 접촉하도록 배치되고, 상기 금속판으로 전류를 인가하는 제1전극부와 전류를 수신하는 제2전극부를 포함하는 제2용접팁, 상기 제2용접팁에서 상기 제1전극부와 상기 제2전극부 사이에 개재되는 절연부재, 및 상기 제1전극부 또는 상기 제2전극부를 상기 절연부재에 고정시키는 고정부를 포함할 수 있다.

상기 제2용접팁이 상기 금속판의 일면에 밀착되는 면은 원의 형태를 가지며, 상기 절연부재는 상기 원의 중심부를 지나도록 형성될 수 있다.

상기 제1전극부와 상기 제2전극부는 상기 원의 중심을 기준으로 부채꼴로 대칭적으로 형성될 수 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따라서, 금속판에 가해지는 진동은 제1용접팁에서 수행되고, 금속판에 전류를 인가하는 것은 제2용접팁에서 수행하는 구조를 통해서 고상 접합 조건을 용이하게 제어할 수 있다.

아울러, 두 개의 용접팁 중에서 제2용접팁을 통해서 금속판에 전류를 인가하는 구조로, 두 개의 금속판 중 하나는 알루미늄과 같이 비전도성 금속을 적용하고, 나머지 하나만 전도성금속을 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 진동 스폿 용접 장치의 전체적인 사시도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 진동 스폿 용접 장치의 제1용접팁의 사시도이다.
도 3은 본 발명과 관련된 진동 스폿 용접 장치의 제2용접팁의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치의 용접 원리를 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치의 제1,2용접팁의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치의 제2용접팁의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치의 개략적인 구성도이다.

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

도 1은 본 발명과 관련된 진동 스폿 용접 장치의 전체적인 사시도이다.

도 1을 참조하면, 진동 스폿 용접 장치는 구동부(120), 제1용접팁(100), 제2용접팁(110), 및 프레임(140)을 포함한다.

상기 프레임(140)의 상부측에는 상기 구동부(120)가 배치되고, 상기 구동부(120)의 하부에 상기 제1용접팁(100)이 하부로 향하도록 배치되며, 상기 프레임(140)의 하부측에는 상기 제1용접팁(100)과 동축 선상에 상기 제2용접팁(110)이 배치되고, 상기 제2용접팁(110)은 상부로 향하도록 배치된다.

상기 구동부(120)는 상기 제1용접팁(100)을 하부로 이동시키고, 상기 제1용접팁(100)에 진동을 발생시키는 기능을 수행한다. 아울러, 상기 구동부(120)는 상기 제1용접팁(100) 또는 상기 제2용접팁(110)에 전류를 인가하는 기능을 수행한다.

도 2는 본 발명과 관련된 진동 스폿 용접 장치의 제1용접팁의 사시도이고, 도 3은 본 발명과 관련된 진동 스폿 용접 장치의 제2용접팁의 사시도이다.

도 2를 참조하면, 상기 제1용접팁(100)의 하단부에는 진동부재(200)와 제1전극부(210)가 형성된다. 상기 진동부재(200)의 상부측에는 진동발생부(도 7의 730)가 배치되고, 상기 진동발생부(730)에서 발생된 진동에 의해서 상기 진동부재(200)로 전달된다. 아울러, 상기 진동발생부(730) 주위에는 금속판으로 전류를 인가하는 제1전극부가 배치된다.

도 3을 참조하면, 상기 제2용접팁(110)의 상단부에는 상기 제1전극부(210)에서 공급되는 전류를 상기 금속판을 통해서 인가받는 제2전극부(300)가 고정되어 배치된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치의 용접 원리를 보여주는 개략적인 구성도이다.

도 4를 참조하면, 제1용접팁(100)에는 진동부재(200), 파이프부쉬(415), 및 팁하우징(410)을 포함한다. 상기 팁하우징(410)은 파이프 타입으로 상기 파이프부쉬(415)가 삽입되어 상기 파이프부쉬(415)의 외주면과 상기 팁하우징(410)의 내주면을 서로 접한다.

그리고, 상기 파이프부쉬(415)는 파이프 타입으로 샤프트 형태의 상기 진동부재(200)가 삽입되어 상기 진동부재(200)의 외주면과 상기 파이프부쉬(415)의 내주면은 접한다.

상기 제2용접팁(110)은 중심부에 배치되는 절연부재(400)와 상기 절연부재(400)를 기준으로 양측에 배치되는 전극부(470)를 포함하고, 상기 전극부(470)는 전류를 인가하는 제1전극부(210)와 전류를 수신하는 제2전극부(300)를 포함한다.

도시한 바와 같이, 상기 제1용접팁(100)과 상기 제2용접팁(110) 사이에는 상판(450)과 하판(455)이 중첩되고, 상기 제1용접팁(100)의 상기 팁하우징(410)은 상기 상판(450)의 상면에 밀착되고, 상기 진동부재(200)는 상기 상판(450)의 외측면에 진동을 가한다.

그리고, 상기 절연부재(400)를 중심으로 상기 제1전극부(210)는 상기 하판(455) 일측에 전류를 인가하고, 상기 제2전극부(300)는 상기 하판(455)을 통해서 전달되는 전류를 수신한다.

상기 제1전극부(210)에서 상기 제2전극부(300) 사이에서 상기 상판(450)과 상기 하판(455)의 내부에 형성된 전류흐름루트(465)를 따라서 전류가 흐르고, 상기 진동부재(200)와 상기 절연부재(400)에 대응하는 위치에서 상기 상판(450)과 상기 하판(455) 사이에는 상기 전류흐름루트 상에 용접너겟(460)이 형성된다.

전술한 바와 같이, 상기 제2용접팁(110)에서 전류를 인가하고, 수신하는 구조이기 때문에 하판(455)은 전도체이고 상판(450)은 부도체일 수 있다. 아울러, 상기 제1용접팁(100)에는 진동부재(200)를 배치하여 상판(450)과 하판(455) 사이에 진동을 가하여 전기 용접을 보다 효과적으로 수행하도록 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치의 제1,2용접팁의 사시도이다.

도 5를 참조하면, 상기 제1용접팁(100)의 하단면 외측에 상기 팁하우징(410)이 배치되고, 상기 팁하우징(410)의 하단부 중심부에 상기 파이프부쉬(415)가 삽입되고, 그 중심부에 상기 진동부재(200)가 삽입되며, 상기 파이프부쉬(415)는 상기 팁하우징(410)의 하단면에서 설정거리 돌출되어 배치되고, 상기 진동부재(200)는 상기 파이프부쉬(415)의 하단면에서 설정거리 돌출되어 배치된다.

상기 진동부재(200)와 상기 파이프부쉬는 상기 팁하우징 안에서 상하로 이동가능하게 배치되어, 상기 진동부재(200)와 상기 파이프부쉬(415)의 하단면은 상기 팁하우징(410)의 하단면과 평평하게 배치될 수 있다.

상기 제2용접팁(110)에는 절연부재(400), 제1전극부(210), 및 제2전극부(300)를 포함하고, 상기 절연부재(400)를 중심으로 일측에 상기 제1전극부(210)가 배치되고, 타측에 상기 제2전극부(300)가 배치된다. 아울러, 상기 진동부재(200)는 상기 절연부재(400)와 대응하여 원의 중심부에 배치된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치의 제2용접팁의 사시도이다.

도 6을 참조하면, 상기 제2전극부(300)의 외측면에는 체결볼트(600)가 삽입되어 체결되는 홀이 형성되고, 상기 체결볼트(600)는 상기 제2전극부(300)의 홀에 나사 체결되어 상기 제2전극부(300)를 상기 절연부재(400)에 고정시킨다.

상기 제2용접팁(110)이 상기 어댑터(610)를 관통하여 상부로 돌출되도록 배치되고, 상기 제2전극부(300) 하부에 상기 어댑터(610)가 고정되어 배치된다.

상기 어댑터(610)의 내주면은 상기 제1전극부(210)의 외주면과 접하고, 상기 어댑터(610)는 상기 제1전극부(210)와 전기적으로 연결되어 외부의 전력을 상기 제1전극부(210)로 전달한다.

상기 절연부재(400), 상기 제1,2전극부(470)의 상단부에서 상기 하판(455)과 밀착되는 면은 원의 형태를 가지며, 상기 절연부재(400)의 중심부에 중심점(620)이 형성되고, 상기 제1,2전극부(470)의 상단면은 부채꼴 형상을 가지고, 상기 중심점(620)을 중심으로 대칭적으로 형성된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 진동 스폿 용접 장치의 개략적인 구성도이다.

도 7을 참조하면, 진동 스폿 용접 시스템은 제1용접팁(100), 제2용접팁(110), 팁이동부(700), 진동발생부(730), 파워부(720), 및 제어부(710)를 포함한다.

상기 팁이동부(700)는 상기 제1용접팁(100) 또는 상기 제2용접팁(110)을 이동하여 상기 상판과 상기 하판의 외측면에 밀착시키고, 상기 진동발생부(730)는 진동을 발생시키고 상기 진동부재(200)로 진동을 전달한다.

아울러, 상기 파워부(720)는 상기 제2용접팁(110)의 상기 제1전극부(210) 또는 상기 제2전극부(300)로 전류를 인가하고, 상기 제어부(710)는 상기 팁이동부(700), 상기 진동발생부(730), 및 상기 파워부(720)를 제어한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1용접팁(100)은 상부에 배치되고, 상기 제2용접팁(110)은 하부에 배치되는 것으로 기재하였으나, 상기 제1용접팁(100)과 상기 제2용접팁(110)은 좌우로 수평방향으로 배치될 수도 있고, 상기 제1용접팁(100)과 상기 제2용접팁(110)은 경사진 각도를 갖도록 경사지게 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서, 두 개의 금속판을 중첩하고, 상기 제1,2용접팁(100. 110)이 이들을 접합하는 것으로 기재하였으나, 상기 제1,2용접팁은 두 개 이상의 금속판을 용접 또는 접합할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 제1용접팁(100)과 접하는 상기 상판(450)은 알루미늄재질이고, 상기 제2용접팁(110)과 접하는 상기 하판(455)은 스틸재질일 수 있다. 아울러, 상기 상판(450)과 상기 하판(455)은 알루미늄이나 스틸 재질, 또는 이들의 복합재질에서 선택될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 제1전극부(210), 상기 제2전극부(300), 상기 어댑터(610)는 구리합금으로 제작되어 전류의 저항을 줄이고, 상기 절연부재(400)는 절연코팅된 비철금속일 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

100: 제1용접팁 110: 제2용접팁
120: 구동부 140: 프레임
200: 진동부재 470: 전극부
210: 제1전극부 300: 제2전극부
400: 절연부재 410: 팁하우징
415: 파이프부쉬 450: 상판
455: 하판 460: 용접너겟
465: 전류흐름루트 600: 체결볼트
610: 어댑터 700: 팁이동부
710: 제어부 720: 파워부
730: 진동발생부

Claims (13)

1. 서로 중첩된 금속판의 외측 일면과 접촉하도록 배치되는 제1용접팁; 및
   상기 제1용접팁과 대응하여 상기 금속판의 외측 타면과 접촉하도록 배치되는 제2용접팁; 을 포함하고,
   상기 제2용접팁은,
   상기 금속판에 밀착되어 전류를 인가하도록 배치되는 제1전극부; 및
   상기 금속판을 통해서 상기 제1전극에서 인가되는 전류를 인가받도록 상기 금속판에 밀착되는 제2전극부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
2. 제1항에서,
   상기 제1용접팁은,
   상기 금속판의 표면에 흔들림을 가하는 진동부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
3. 제2항에서,
   상기 진동부재는 상기 금속판이 중첩된 두께 방향으로 흔들려서 상기 금속판의 내부에 용융된 부분이 혼합되도록 하는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
4. 제2항에서,
   상기 제1용접팁은,
   상기 진동부재의 외주면을 감싸도록 배치되고, 그 단부면은 상기 금속판의 일면과 대응하는 파이프부쉬; 및
   상기 파이프부쉬의 외주면을 감싸도록 배치되고, 상기 금속판의 일면에 밀착되어 상기 금속판이 서로 밀착되도록 하는 팁하우징;
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
5. 제1항에서,
   상기 제2용접팁은,
   상기 제1전극부와 상기 제2전극부 사이에 개재되는 절연부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
6. 제5항에서,
   상기 절연부재는 상기 진동부재와 대응하는 위치에 배치되고, 그 양측면에 상기 제1,2전극부가 배치되는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
7. 제5항에서,
   상기 제1전극부 또는 상기 제2전극부를 상기 절연부재에 고정시키는 고정부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
8. 제4항에서,
   상기 진동부재의 외주면과 상기 파이프부쉬는 서로 슬라이딩되도록 서로 결합된 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
9. 제1항에서,
   상기 제2용접팁이 삽입되어 고정되고, 외부로부터 전류를 인가받는 어댑터; 를 더 포함하고,
   상기 어댑터의 내주면 일측은 상기 제1전극부와 밀착되는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
10. 제1항에서,
    상기 제1,2용접팁이 상기 금속판에 밀착되는 면은 원형의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
11. 서로 중첩된 금속판의 외측 일면과 접촉하도록 배치되고, 상기 금속판에 진동을 전달하는 진동부재가 배치된 제1용접팁; 및
    상기 제1용접팁과 대응하여 상기 금속판의 외측 타면과 접촉하도록 배치되고, 상기 금속판으로 전류를 인가하는 제1전극부와 전류를 수신하는 제2전극부를 포함하는 제2용접팁;
    상기 제2용접팁에서 상기 제1전극부와 상기 제2전극부 사이에 개재되는 절연부재; 및
    상기 제1전극부 또는 상기 제2전극부를 상기 절연부재에 고정시키는 고정부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
12. 제11항에서,
    상기 제2용접팁이 상기 금속판의 일면에 밀착되는 면은 원의 형태를 가지며, 상기 절연부재는 상기 원의 중심부를 지나도록 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.
13. 제12항에서,
    상기 제1전극부와 상기 제2전극부는 상기 원의 중심을 기준으로 부채꼴로 대칭적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 스폿 용접 장치.

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