KR20180068700A

KR20180068700A - 통전 가열 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20180068700A
Application number: KR1020160170643A
Authority: KR
Inventors: 김영태
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2018-06-22
Also published as: KR102395284B1

Abstract

본 발명은, 통전 가열 장치에 관한 것으로서, 가공 대상물의 미리 정해진 제1 연화 영역과 접촉되는 양극; 및 상기 가공 대상물의 미리 정해진 제2 연화 영역과 접촉되는 음극을 포함하며; 상기 양극과 상기 음극은, 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역을 통해 상기 가공 대상물에 전류를 인가하여 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역의 가열 온도가 상기 가공 대상물의 나머지 영역의 가열 온도에 비해 낮도록 상기 가공 대상물을 가열한다.

Description

통전 가열 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ELECTRIC HEATING}

본 발명은 통전 가열 장치 및 방법에 관한 것이다.

핫스탬핑 공법은 성형성 향상 및 초고강도 확보 등을 위한 성형법의 일종이다. 핫스탬핑 공법은, 블랭킹 공정과, 가열 공정과, 프레싱 및 급냉 공정과, 및 후가공 공정을 포함한다. 블랭킹 고정은 강판을 미리 정해진 크기를 갖도록 절단하여 수행한다. 가열 공정은 블랭킹된 강판을 오스테나이즈화(austenitizing) 온도 이상으로 가열하여 수행한다. 프레싱 및 급냉 공정은, 가열된 강판을 프레스를 이용해 성형 및 급냉시켜 수행한다. 후가공 공정은, 성형 및 급냉된 강판을 대상으로 트리밍, 펀칭 등의 가공을 실시하여 수행한다. 이러한 핫스탬핑 공법에 의하면, 1,400MPa 수준 이상의 치수정합성이 확보된 초고강도 부품을 얻을 수 있다.

핫스탱핑 처리된 초고강도 부품(이하, '핫스탬핑 부품'이라고 함)은 일반적으로 점 용접(spot welding)에 의해 타 부품과 조립된다. 점 용접이란, 핫스탬핑 부품의 모재부와 타 부품의 모재부를 서로 겹쳐 놓은 상태에서, 전극을 이용해 상기 모재부들을 국부적으로 밀착시킴과 동시에 국부적으로 밀착된 부위에 전류를 인가함으로써, 국부적으로 밀착된 부위에 모재부가 용융되어 형성된 점 모양의 용접부를 통해 상기 모재부들을 용접하는 용접법을 말한다.

도 1은 종래의 핫스탬핑 부품을 이용해 점 용접을 실시한 경우에, 용접부와 열영향부가 형성되는 양상을 나타내는 도면이며, 도 2는 종래의 핫스탬핑 부품을 이용해 점 용접을 실시한 경우에, 용접부, 열영향부 및 모재부의 강도를 비교한 그래프이다.

그런데, 핫스탬핑 부품(100)을 점 용접하는 경우에는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 용접부(104)의 주위에는 점 용접 시 발생한 열에 의해 용접부(104)와 모재부(102)에 비해 낮은 강도를 갖도록 열 변형된 열영향부(Heat Affected Zone, HAZ)(106)가 형성된다. 일반적으로 용접된 제품은 강도가 가장 낮은 부위에서 변형이 시작되므로, 핫스탬핑 부품(100)은 열영향부(106)에서부터 변형이 시작된다. 그런데, 열영향부(106)는 모재부(102)의 전체 면적에 비해 협소한 면적을 가지므로 상대적으로 낮은 에너지 흡수능을 갖는다. 따라서, 핫스탬핑 부품(100)은 열영향부(106)에 응력이 집중되는 금속학적 노치 효과로 인해 열영향부(106)나 용접부(104)에 버튼 파단(button fracture)이 발생한다는 문제점이 있다.

이러한 핫스탬핑 부품(100)의 버튼 파단을 방지하기 위하여, 모재부(102)가 외력을 흡수하는 버퍼로 작용할 수 있도록 모재부(102)를 연화시켜 열영향부(106)로의 응력 집중을 방지하는 방법이 개발되었다.

예를 들어, 종래에는, 핫스탬핑 부품(100)의 제조 후 모재부(102)를 레이저 가열, 유도 가열 등을 이용해 별도로 열처리하는 방법(제1 방법)과, 프레싱 및 냉각 공정을 수행할 때 가열 금형, 저열전도도 금형 등을 이용해 모재부(102)의 냉각 속도를 저하시키는 방법(제2 방법)과, 가열 공정을 수행할 때 모재부(102)를 강판의 나머지 부분(고온부)에 비해 낮은 온도를 갖도록 가열하는 방법(제3 방법)이 개발되었다.

그런데, 제1 방법은, 모재부(102)의 열처리 설비의 설치로 인해 비용이 증가한다는 문제점과, 부품 단위로 개별적으로 열처리를 실시함으로 인해 대량 생산에 적용하기 부적합하다는 문제점이 있다. 또한, 제2 방법은, 가열 금형과 저열전도도 금형이 고가라는 문제점과, 냉각 공정의 소요 시간이 증가되어 부품의 생산성이 저하된다는 문제점이 있다. 또한, 제3 방법은, 모재부(102)와 고온부 간의 열전도로 인해 모재부(102)의 가열 온도를 단속적으로 제어하는데 한계가 있다는 문제점이 있다.

본 발명은, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 핫스탬핑 부품의 모재부의 연화에 소요되는 시간, 비용 등을 줄일 수 있도록 개선한 핫스탬핑용 통전 가열 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명은, 핫스탬핑 부품의 모재부의 가열 온도를 정밀하게 제어할 수 있도록 개선한 핫스탬핑용 통전 가열 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명은, 핫스탬핑 부품의 모재부의 점 용접 후 모재부의 탄성으로 인해 잔류 응력이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 개선한 핫스탬핑용 통전 가열 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 통전 가열 장치는, 가공 대상물의 미리 정해진 제1 연화 영역과 접촉되는 양극; 및 상기 가공 대상물의 미리 정해진 제2 연화 영역과 접촉되는 음극을 포함하며; 상기 양극과 상기 음극은, 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역을 통해 상기 가공 대상물에 전류를 인가하여 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역의 가열 온도가 상기 가공 대상물의 나머지 영역의 가열 온도에 비해 낮도록 상기 가공 대상물을 가열한다.

바람직하게, 상기 양극과 상기 음극은, 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역의 가열 온도가 상기 가공 대상물의 미리 정해진 변태 온도 범위에 비해 낮도록 상기 가공 대상물을 가열한다.

바람직하게, 상기 양극과 상기 음극은, 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역 사이에 위치하는 강화 영역의 온도가 상기 변태 온도 범위에 비해 높도록 상기 가공 대상물을 가열한다.

바람직하게, 상기 변태 온도 범위는, 상기 가공 대상물의 오스테나이즈화 온도 범위이다.

바람직하게, 상기 양극과 상기 음극은, 상기 제1 연화 영역과 상기 강화 영역 사이, 및 상기 제2 연화 영역과 상기 강화 영역 사이에 각각 위치하는 천이 영역들의 가열 온도가 각각 상기 변태 온도 범위에 속하도록 상기 가공 대상물을 가열한다.

바람직하게, 상기 양극과 상기 음극은, 상기 가공 대상물에 비해 낮은 내부 저항을 갖는다.

바람직하게, 상기 양극은 상기 제1 연화 영역을 선택적으로 커버 가능하도록 상기 제1 연화 영역의 면적과 동일한 면적을 갖고, 상기 음극은 상기 제2 연화 영역을 선택적으로 커버 가능하도록 상기 제2 연화 영역의 면적과 동일한 면적을 갖는다.

바람직하게, 상기 가공 대상물은 핫스탬핑용 강판이고, 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역은, 상기 가공 대상물의 미리 정해진 모재부에 위치하도록 설정된다.

바람직하게, 상기 가공 대상물의 미리 정해진 제3 연화 영역과 접촉되며, 상기 가공 대상물에 비해 낮은 저항을 갖는 저 저항 전도체를 더 포함한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 양상에 따른 통전 가열 방법은, (a) 양극을 가공 대상물의 미리 정해진 제1 연화 영역과 접촉되도록 배치함과 함께, 음극을 상기 가공 대상물의 미리 정해진 제2 연화 영역과 접촉되도록 배치하는 단계; 및 (b) 상기 제1 연화 영역과 제2 연화 영역을 통해 상기 가공 대상물에 전류를 인가하여, 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역의 가열 온도가 상기 가공 대상물의 나머지 영역들의 가열 온도에 비해 낮도록 상기 가공 대상물을 가열하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 양극과 상기 음극은 각각, 상기 가공 대상물에 비해 낮은 저항을 갖는다.

바람직하게, 상기 (b) 단계는, 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역의 가열 온도가 상기 가공 대상물의 미리 정해진 변태 온도 범위에 비해 낮도록 수행한다.

바람직하게, 상기 (b) 단계는, 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역에 사이에 위치하는 강화 영역의 온도가 상기 변태 온도 범위에 비해 높도록 수행한다.

바람직하게, 상기 (b) 단계는, 상기 제1 연화 영역과 상기 강화 영역 사이, 및 상기 제2 연화 영역과 상기 강화 영역 사이에 각각 위치하는 천이 영역들의 온도가 상기 변태 온도 범위에 속하도록 수행한다.

바람직하게, 상기 (a) 단계는, 상기 가공 대상물에 비해 낮은 저항을 갖는 저 저항 전도체를 상기 가공 대상물의 미리 정해진 제3 연화 영역에 접촉되도록 배치하여 수행한다.

본 발명에 따른 통전 가열 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 본 발명은, 가공 대상물과 용접 대상물을 점 용접할 때 모재부로서 사용되는 가공 대상물의 미리 정해진 연화 영역을 점 용접에 의해 발생하는 열영향부와 유사한 강도를 갖도록 연화시킬 수 있으므로, 연화 영역을 열영향부에 대한 에너지 버퍼로서 활용하여 용접부나 열영향부가 버튼 파단되는 것을 방지할 수 있다.

둘째, 본 발명은, 통전 가열을 이용해 연화 영역을 형성하므로, 연화에 소요되는 시간, 비용 등을 줄일 수 있고, 연화 영역과 강화 영역 사이의 열전도를 최소화시켜 연화 영역의 가열 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.

셋째, 본 발명은, 가공 대상물과 용접 대상물을 점 용접할 때 가압되어 용접 대상물과 밀착되는 연화 영역을 연화시킬 수 있으므로, 용접부에 탄성으로 인한 잔류 응력이 발생하는 것을 최소화시킬 수 있다.

도 1은 종래의 핫스탬핑 부품을 이용해 점 용접을 실시한 경우에, 용접부와 열영향부가 형성되는 양상을 나타내는 도면.
도 2는 종래의 핫스탬핑 부품을 이용해 점 용접을 실시한 경우에, 용접부, 열영향부 및 모재부의 강도를 비교한 그래프.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통전 가열 장치의 정면도.
도 4는 도 3에 바람직한 실시예에 따른 통전 가열 장치의 평면도.
도 5는 도 3에 도시된 가공 대상물의 평면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 가공 대상물이 통전 가열 장치에 의해 통전 가열되는 양상을 나타내는 도면.
도 7은 도 3에 도시된 가공 대상물이 통전 가열된 상태를 나타내는 도면.
도 8은 도 7에 도시된 가공 대상물의 천이 영역을 설명하기 위한 그래프.
도 9는 도 7에 도시된 가공 대상물이 프레싱 및 급냉된 상태를 나타내는 도면.
도 10은 도 9에 도시된 가공 대상물이 점 용접되는 양상을 나타내는 도면.
도 11은 도 10에 도시된 연화 영역에 용접부와 열영향부가 형성된 상태를 나타내는 도면.
도 12는 도 10에 도시된 용접부, 열영향부 및 모재부의 강도를 비교한 그래프.
도 13은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 통전 가열 장치의 정면도.
도 14는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 통전 가열 방법을 설명하기 위한 순서도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통전 가열 장치의 정면도이고, 도 4는 도 3에 바람직한 실시예에 따른 통전 가열 장치의 평면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 가공 대상물(의 평면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통전 가열 장치(1)는, 가공 대상물(10)이 안착되는 베이스(20)와, 가공 대상물(10)의 제1 연화 영역(11)에 접촉되도록 배치되는 양극(30)와, 가공 대상물(10)의 제2 연화 영역(12)에 접촉되도록 배치되는 음극(40)을 구비할 수 있다.

이러한 통전 가열 장치(1)는, 핫스탬핑 공법 중 가열 공정을 수행하기 위한 장치이다. 가공 대상물(10)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 핫스탬핑 공법을 이용해 가공 가능한 강판으로서 블랭킹 공정에서 미리 정해진 크기를 갖도록 재단된 상태이다. 이하에서는, 이를 전제로 통전 가열 장치(1)에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 베이스(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 가공 대상물(10)이 안착되도록 마련되며, 양극(30)과 음극(40)이 가공 대상물(10)과 밀착될 수 있도록 가공 대상물(10)의 하면을 지지한다. 이러한 베이스(20)는, 베이스(20)로 인한 전류 손실을 방지하기 위하여 세라믹 기타 절연 소재로 형성된다.

다음으로, 양극(30)은 가공 대상물(10)의 미리 정해진 제1 연화 영역(11)과 접촉되도록 배치되고, 음극(40)은 가공 대상물(10)의 미리 정해진 제2 연화 영역(12)과 접촉되도록 배치된다. 제1 연화 영역(11)과 제2 연화 영역(12)은, 가공 대상물(10)의 다른 영역에 비해 낮은 강도를 갖도록 가공하기 위한 영역으로서, 가공 대상물(10)을 이용해 제조한 핫스탬핑 부품과 타 부품을 용접하기 위한 모재부에 해당하는 부분에 위치한다.

이러한 제1 연화 영역(11)과 제2 연화 영역(12)의 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 연화 영역(11)은 가공 대상물(10)의 일측 단부에 위치하고, 제2 연화 영역(12)은 상기 일측 단부와 반대되는 타측 단부에 위치할 수 있다.

양극(30)은, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 제1 연화 영역(11)과 동일한 면적을 갖도록 마련되어 제1 연화 영역(11)의 일면과 접촉되도록 배치된다. 이러한 양극(30)은, 가공 대상물(10)에 비해 현저히 낮은 내부 저항을 갖도록 마련되며, 음극(40)에 비해 높은 전위를 갖도록 전기 공급원(50)과 전기적으로 연결된다.

음극(40)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 연화 영역(12)과 동일한 면적을 갖도록 마련되어 제2 연화 영역(12)의 일면과 접촉되도록 배치된다. 이러한 음극(40)은, 가공 대상물(10)에 비해 현저히 낮은 내부 저항을 갖도록 마련되며, 양극(30)에 비해 낮은 전위를 갖도록 전기 공급원(50)과 전기적으로 연결된다.

도 6은 도 3에 도시된 가공 대상물이 통전 가열 장치에 의해 통전 가열되는 양상을 나타내는 도면이며, 도 7은 도 3에 도시된 가공 대상물이 통전 가열된 상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 7에 도시된 가공 대상물의 천이 영역을 설명하기 위한 그래프이다.

전기 공급원(50)이 작동되는 경우에, 도 6에 도시된 바와 같이, 양극(30)과 음극(40)은 제1 연화 영역(11)과 제2 연화 영역(12)을 통해 가공 대상물(10)에 전류를 인가한다. 가공 대상물(10)은, 소정의 저항을 가지므로, 양극(30)과 음극(40)을 통해 인가된 전류에 의해 통전 가열된다. 그런데, 제1 연화 영역(11)과 제2 연화 영역(12)은 각각, 가공 대상물(10)에 비해 현저히 낮은 내부 저항을 갖는 양극(30) 또는 음극(40)과 접촉된 상태이다. 따라서, 이러한 제1 연화 영역(11)과 제2 연화 영역(12)은 가공 대상물(10)의 나머지 영역에 비해 느리게 통전 가열된다.

통전 가열 장치(1)는, 이러한 영역 간의 가열 속도차를 이용해 제1 연화 영역(11) 및 제2 연화 영역(12)을 가공 대상물(10)의 나머지 영역에 비해 낮은 온도를 갖도록 통전 가열할 수 있다.

예를 들어, 통전 가열 장치(1)는, 제1 연화 영역(11)과 제2 연화 영역(12)은 가공 대상물(10)의 미리 정해진 변태 온도 범위에 비해 낮도록 가열됨과 함께 제1 연화 영역(11)과 제2 연화 영역(12) 사이에 마련된 강화 영역(13)은 변태 온도 범위에 비해 높도록 가공 대상물(10)을 가열할 수 있다. 변태 온도 범위는 특별히 한정 되지 않는다. 예를 들어, 변태 온도 범위는, 오스테나이즈화 온도 범위로서, 600 ℃ 내지 900 ℃일 수 있다. 그러면, 제1 연화 영역(11)과 제2 연화 영역(12)은 600 ℃ 미만의 온도를 갖도록 가열되어 오스테나이즈화되지 않고, 강화 영역(13)은 900 ℃ 이상의 온도를 갖도록 가열되어 완전 오스테나이즈화된다.

그런데, 제1 연화 영역(11) 및 제2 연화 영역(12)은 가공 대상물(10)의 나머지 영역에 비해 상대적으로 낮은 온도로 가열되므로, 제1 연화 영역(11) 및 제2 연화 영역(12)과 인접한 영역은 이러한 제1 연화 영역(11) 및 제2 연화 영역(12)에 의해 냉각된다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 연화 영역(11)과 강화 영역(13) 사이, 및 제2 연화 영역(12)과 강화 영역(13) 사이에는 각각, 오스테나이즈화 온도 범위에 속하도록 제1 연화 영역(11) 및 제2 연화 영역(12)에 의해 냉각된 천이 영역(14)이 마련된다. 천이 영역(14)은 600 ℃ 내지 900 ℃의 온도를 갖도록 가열되어 부분적으로 오스테나이즈화 된다. 이러한 천이 영역(14)은 통전 가열에 의해 천이 영역(14)에서 발생한 열이 연화 영역(11, 12)으로 일부 열 전도되어 형성된다. 따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 천이 영역(14)의 폭(W2)은 연화 영역(11, 12)의 폭(W1)에 비례한다.

도 9는 도 7에 도시된 가공 대상물(10)이 프레싱 및 급냉된 상태를 나타내는 도면.

통전 가열 장치(1)를 이용해 가공 대상물(10)을 통전 가열한 이후에는, 프레스(미도시)를 이용해 프레싱 및 급냉 공정을 수행하여 가공 대상물(10)을 미리 정해진 형상을 갖도록 성형함으로써, 핫스탬핑 부품을 제조할 수 있다.

예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 가공 대상물(10)을 프레스를 이용해 프레싱 및 급냉하여 연화 영역(11, 12)과 천이 영역(14)이 각각 플렌지(17)에 위치하도록 성형하여, 모자형 핫스탬핑 부품을 제조할 수 있다.

또한, 가공 대상물(10)의 급냉 과정에서, 연화 영역(11, 12)은 500 ㎫ 내지 600 ㎫의 강도를 갖게 되고, 강화 영역(13)은 1500 ㎫ 내외의 강도를 갖게 되고, 천이 영역(14)은 연화 영역(11, 12)과 강화 영역(13)의 중간 정도의 강도를 갖게 된다. 즉, 연화 영역(11, 12)은 가공 대상물(10)의 나머지 영역에 비해 낮은 강도를 갖게 되는 것이다.

도 10은 도 9에 도시된 가공 대상물(10)이 점 용접되는 양상을 나타내는 도면이고, 도 11은 도 10에 도시된 연화 영역에 용접부(15)와 열영향부가 형성된 상태를 나타내는 도면이며, 도 12는 도 10에 도시된 용접부(15), 열영향부 및 모재부의 강도를 비교한 그래프이다.

프레스에 의해 성형된 가공 대상물(10)은 용접 장치(S)를 이용해 점 용접을 실시하여 용접 대상물(P)과 접합할 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 가공 대상물(10)의 플렌지들(18)이 용접 대상물(P)과 겹치도록 가공 대상물(10)과 용접 대상물(P)을 배치한 후, 연화 영역(11, 12) 및 연화 영역(11, 12)과 겹쳐진 용접 대상물(P)의 특정 영역을 점 용접하여 접합할 수 있다. 즉, 연화 영역(11, 12)을 가공 대상물(10)과 용접 대상물(P)을 점 용접하기 위한 모재부로서 활용하는 것이다.

이와 같이 연화 영역(11, 12)을 모재부로서 활용하여 점 용접을 실시할 경우에, 도 11에 도시된 바와 같이, 연화 영역(11, 12)에는 점 용접에 의해 용융되어 용접 대상물(P)과 접합되는 용접부(15)와, 용접부(15)와 인접하게 위치하여 용접부(15)로부터 전달된 열에 의해 열 변형되는 열영향부(16)가 형성된다. 이 때, 도 12에 도시된 바와 같이, 용접부(15)는 상대적으로 높은 강도를 갖고, 열영향부(16)는 용접부(15)에 비해 낮은 강도를 갖고, 연화 영역(11, 12)은 열영향부(16)와 대체적으로 유사한 강도를 갖는다.

일반적으로 용접된 제품에 외력이 인가될 때에는, 강도가 낮은 부분에 응력이 집중되어 강도가 낮은 부분에서부터 변형이 시작된다. 그런데, 가공 대상물(10)은 통전 가열 장치(1)에 의해 연화 영역(11, 12)이 열영향부(16)와 유사한 강도를 갖도록 가공되었으므로, 가공 대상물(10)에 인가된 외력은 열영향부(16)와 연화 영역(11, 12)에 걸쳐 고르게 분배된다. 그런데, 연화 영역(11, 12)은, 열영향부(16)에 비해 면적이 넓으므로, 열영향부(16)에 비해 높은 에너지 흡수능을 가진다. 이로 인해, 연화 영역(11, 12)은 외력에 대한 에너지 버퍼로서 작용할 수 있다. 따라서, 연화 영역(11, 12)은 열 영향부나 용접부(15)에 응력이 집중되는 것을 차단하여 열 영향부나 용접부(15)에 버튼 파단이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

일반적으로 구조물의 전체 강도는 구조물에 형성된 폐단면의 형상에 의해 주로 결정된다. 그런데, 연화 영역(11, 12)은, 용접 대상물(P)과 밀착되도록 접합되어 폐단면의 형성에는 기여하지 않으므로, 가공 대상물(10)과 용접 대상물(P)이 이루는 구조물의 전체 강도에 큰 영향을 미치지 않는다. 따라서, 연화 영역(11, 12)의 형성으로 인한 구조물 전체의 강도 저하는 최소화될 수 있다.

일반적으로 핫스탬핑 부품은, 고강도로 인해 전단기를 이용해 용이하게 트리밍할 수 없으므로, 레이저 빔을 이용해 트리밍한다. 여기서, 트리밍이란 부품의 단부를 절단하여 다듬는 작업을 말한다. 그런데, 가공 대상물(10)은, 양측 단부에 연화 영역(11, 12)이 형성되므로, 레이저 빔을 이용할 필요 없이 상온에서 전단기를 이용해 원활하게 트리밍할 수 있다. 따라서, 통전 가열 장치(1)는, 레이저 빔을 이용한 트리밍으로 인해 가공 대상물(10)에 열 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이러한 통전 가열 장치(1)는, 열처리 설비, 가열 금형, 저열전도도 금형 등에 비해 저가인 전극들을 이용해 가공 대상물의 연화 영역을 연화시킬 수 있으므로, 연화 영역의 형성에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.

또한, 통전 가열 장치(1)는, 전기를 이용해 가공 대상물을 빠른 속도로 가열할 수 있으므로, 연화 영역과 강화 영역 사이의 열전도를 최소화하여 연화 영역의 가열 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 통전 가열 장치(1)는, 점 용접 시 모재부로서 활용되는 영역을 낮은 강도를 갖도록 연화시킬 수 있으므로, 점 용접 시 연화 영역에 잔류 응력이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.

도 13은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 통전 가열 장치의 정면도이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 통전 가열 장치(2)는, 저 저항 전도체(60)를 더 포함 한다는 점에서, 전술한 통전 가열 장치(1)와 차이점을 갖는다.

도 13을 참조하면, 저 저항 전도체(60)는, 가공 대상물(10)의 미리 정해진 제3 연화 영역(18)과 접촉되도록 배치된다. 제3 연화 영역(18)은, 가공 대상물(10)의 강화 영역(13)에 비해 낮은 강도를 갖도록 가공하기 위한 영역으로서, 용접 대상물(P)과 용접되는 모재부에 해당하는 부분에 위치한다. 이러한 제3 연화 영역(18)은, 제1 연화 영역(11)과 제2 연화 영역(12) 이외에 가공 대상물(10)과 용접 대상물(P)을 용접하기 위한 모재부가 추가적으로 더 필요할 경우에 설정된다. 제3 연화 영역(18)의 설정 개수는 특별히 한정되지 않으며, 적어도 하나의 제3 연화 영역(18)이 설정될 수 있다.

저 저항 전도체(60)의 설치 개수는 특별히 한정되지 않으며, 제3 연화 영역(18)의 설정 개수와 동일하도록 적어도 하나의 저 저항 전도체(60)가 설치될 수 있다. 저 저항 전도체(60)는 가공 대상물(10)에 비해 현저히 낮은 저항을 갖는 소재로 형성된다. 예를 들어, 저 저항 전도체(60)는 구리(Cu) 소재로 형성될 수 있다.

이러한 저 저항 전도체(60)에 의하면, 제3 연화 영역(18)은 제1 연화 영역(11) 및 제2 연화 영역(12)과 마찬가지로 강화 영역(13)에 비해 낮은 온도를 갖도록 통전 가열되어 제1 연화 영역(11) 및 제2 연화 영역(12)과 유사한 성질을 갖게 된다. 따라서, 이러한 제3 연화 영역(18)을 모재부로서 활용하여 가공 대상물(10)을 용접 대상물(P)과 점 용접할 수 있다.

도 14는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 통전 가열 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 통전 가열 방법은, 양극(30)과 음극(40)을 연화 영역(11, 12)과 접촉되도록 배치하는 단계(S 10)와, 연화 영역(11, 12)을 통해 가공 대상물(10)에 전류를 인하여 가공 대상물(10)을 통전 가열하는 단계(S 20)를 포함할 수 있다.

먼저, 양극(30)과 음극(40)을 배치하는 단계는, 양극(30)을 가공 대상물(10)의 미리 정해진 제1 연화 영역(11)과 접촉되도록 배치함과 함께, 음극(40)을 가공 대상물(10)의 미리 정해진 제2 연화 영역(12)과 접촉되도록 배치하여 수행할 수 있다. 양극(30)과 음극(40)은 각각, 가공 대상물(10)에 비해 현저히 낮은 내부 저항을 갖도록 마련된다.

또한, 양극(30)과 음극(40)을 배치하는 단계(S 10)는, 가공 대상물(10)에 비해 현저히 낮은 저항을 갖는 저 저항 전도체(60)를 가공 대상물(10)의 미리 정해진 제3 연화 영역(18)에 접촉되도록 배치하여 수행할 수 있다.다음으로, 가공 대상물(10)을 통전 가열하는 단계(S 20)는, 제1 연화 영역(11)과 제2 연화 영역(12)을 통해 가공 대상물(10)에 전류를 인가하여, 제1 연화 영역(11)과 상기 제2 연화 영역(12)의 가열 온도가 가공 대상물(10)의 나머지 영역들의 가열 온도에 비해 낮도록 가공 대상물(10)을 가열하는 수행할 수 있다.

또한, 가공 대상물(10)을 통전 가열하는 단계(S 20)는, 제1 연화 영역(11)과 제2 연화 영역(12)의 가열 온도가 가공 대상물(10)의 미리 정해진 변태 온도 범위에 비해 낮도록 수행할 수 있다. 여기서, 변태 온도 범위는, 오스테나이즈화 온도 범위인 것이 바람직하다.

또한, 가공 대상물(10)을 통전 가열하는 단계(S 20)는, 제1 연화 영역(11)과 제2 연화 영역(12)에 사이에 위치하는 강화 영역(13)의 온도가 상기 변태 온도 범위에 비해 높도록 수행할 수 있다.

또한, 가공 대상물(10)을 통전 가열하는 단계(S 20)는, 제1 연화 영역(11)과 강화 영역(13) 사이, 및 제2 연화 영역(12)과 강화 영역(13) 사이에 각각 위치하는 천이 영역(14)들의 온도가 변태 온도 범위에 속하도록 수행할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 가공 대상물
11 : 제1 연화 영역
12 : 제2 연화 영역
13 : 강화 영역
14 : 천이 영역
15 : 용접부
16 : 열영향부
17 : 플렌지
18 : 제3 연화 영역
20 : 베이스
30 : 양극
40 : 음극
50 : 전기 공급원
60 : 저 저항 전도체
100 : 핫스탬핑 부품
102 : 모재부
104 : 용접부
106 : 열영향부

Claims

가공 대상물의 미리 정해진 제1 연화 영역과 접촉되는 양극; 및
상기 가공 대상물의 미리 정해진 제2 연화 영역과 접촉되는 음극을 포함하며;
상기 양극과 상기 음극은, 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역을 통해 상기 가공 대상물에 전류를 인가하여 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역의 가열 온도가 상기 가공 대상물의 나머지 영역의 가열 온도에 비해 낮도록 상기 가공 대상물을 가열하는 것을 특징으로 하는 통전 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 양극과 상기 음극은, 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역의 가열 온도가 상기 가공 대상물의 미리 정해진 변태 온도 범위에 비해 낮도록 상기 가공 대상물을 가열하는 것을 특징으로 하는 통전 가열 장치.
제2항에 있어서,
상기 양극과 상기 음극은, 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역 사이에 위치하는 강화 영역의 온도가 상기 변태 온도 범위에 비해 높도록 상기 가공 대상물을 가열하는 것을 특징으로 하는 통전 가열 장치.
제2항에 있어서,
상기 변태 온도 범위는, 상기 가공 대상물의 오스테나이즈화 온도인 것을 특징으로 하는 통전 가열 장치.
제2항에 있어서,
상기 양극과 상기 음극은, 상기 제1 연화 영역과 상기 강화 영역 사이, 및 상기 제2 연화 영역과 상기 강화 영역 사이에 각각 위치하는 천이 영역들의 가열 온도가 각각 상기 변태 온도 범위에 속하도록 상기 가공 대상물을 가열하는 것을 특징으로 하는 통전 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 양극과 상기 음극은, 상기 가공 대상물에 비해 낮은 내부 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 통전 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 양극은 상기 제1 연화 영역을 선택적으로 커버 가능하도록 상기 제1 연화 영역의 면적과 대응하는 면적을 갖고,
상기 음극은 상기 제2 연화 영역을 선택적으로 커버 가능하도록 상기 제2 연화 영역의 면적과 대응하는 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 통전 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 가공 대상물은 핫스탬핑용 강판이고,
상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역은, 상기 가공 대상물의 미리 정해진 용접 부위에 위치하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 통전 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 가공 대상물의 미리 정해진 제3 연화 영역과 접촉되며, 상기 가공 대상물에 비해 낮은 저항을 갖는 저 저항 전도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통전 가열 장치.
(a) 양극을 가공 대상물의 미리 정해진 제1 연화 영역과 접촉되도록 배치함과 함께, 음극을 상기 가공 대상물의 미리 정해진 제2 연화 영역과 접촉되도록 배치하는 단계; 및
(b) 상기 제1 연화 영역과 제2 연화 영역을 통해 상기 가공 대상물에 전류를 인가하여, 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역의 가열 온도가 상기 가공 대상물의 나머지 영역들의 가열 온도에 비해 낮도록 상기 가공 대상물을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 통전 가열 방법.
제10항에 있어서,
상기 양극과 음극은 각각, 상기 가공 대상물에 비해 낮은 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 통전 가열 방법,
제10항에 있어서,
상기 (b) 단계는, 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역의 가열 온도가 상기 가공 대상물의 미리 정해진 변태 온도 범위에 비해 낮도록 수행하는 것을 특징으로 하는 통전 가열 방법.
제12항에 있어서,
상기 (b) 단계는, 상기 제1 연화 영역과 상기 제2 연화 영역에 사이에 위치하는 강화 영역의 온도가 상기 변태 온도 범위에 비해 높도록 수행하는 것을 특징으로 하는 통전 가열 방법.
제12항에 있어서,
상기 (b) 단계는, 상기 제1 연화 영역과 상기 강화 영역 사이, 및 상기 제2 연화 영역과 상기 강화 영역 사이에 각각 위치하는 천이 영역들의 온도가 상기 변태 온도 범위에 속하도록 수행하는 것을 특징으로 하는 통전 가열 방법.
제12항에 있어서,
상기 변태 온도 범위는, 상기 가공 대상물의 오스테나이즈화 온도인 것을 특징으로 하는 통전 가열 방법.
제10항에 있어서,
상기 (a) 단계는, 상기 가공 대상물에 비해 낮은 저항을 갖는 저 저항 전도체를 상기 가공 대상물의 미리 정해진 제3 연화 영역에 접촉되도록 배치하여 수행하는 것을 특징으로 하는 통전 가열 방법.