KR20180069711A - 초음파 용접-조인트의 강도를 예측하는 방법 - Google Patents

초음파 용접-조인트의 강도를 예측하는 방법 Download PDF

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Abstract

와이어-케이블(10)의 초음파 용접-조인트(22)의 강도(20)를 예측하기 위해 사용되는 방법(100)은 와이어-케이블(10)을 제공하는 단계, 조합 중량(40)을 결정하는 단계, 오염물(18)을 제거하는 단계, 용매(42)를 제거하는 단계, 중량(54)을 결정하는 단계, 오염물(18)의 중량 백분율(54)을 결정하는 단계, 및 오염물(18)의 중량 백분율(54)이 임계치(24) 미만인지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 와이어-케이블(10)로부터 제거된 오염물(18)의 중량 백분율(54)을 결정하는 단계는 식 [(Mb-Ma)/Mb]*100에 기초하며, Mb는 와이어-케이블(10) 및 오염물(18)의 조합 중량(40)이며, Ma는 와이어-케이블(10)의 중량(54)이다. 오염물(18)의 중량 백분율(54)의 임계치(24)는 초음파 용접-조인트(22)의 강도(20)에 상관된다.

Description

초음파 용접-조인트의 강도를 예측하는 방법{METHOD TO PREDICT A STRENGTH OF AN ULTRASONIC WELD-JOINT}
본 개시내용은 일반적으로 초음파 용접-조인트 분야에 관한 것이며, 더 구체적으로는 초음파 용접-조인트의 강도를 예측하는 방법에 관한 것이다.
알루미늄 및 구리 와이어-케이블의 표면의 과도한 오염물은 초음파 용접-조인트의 강도에 부정적인 영향을 줄 수 있다는 것이 알려져 있다. 국제 표준은 단지 최적의 상업적 실례에 조화되며 활용을 저해하지 않는 청결성에 대한 정성적 설명만을 제공할 뿐이다.
일 실시예에 따르면, 와이어-케이블의 초음파 용접-조인트의 강도를 예측하기 위해 사용되는 방법이 제공된다. 상기 방법은 와이어-케이블을 제공하는 단계, 조합 중량을 결정하는 단계, 오염물을 제거하는 단계, 용매를 제거하는 단계, 중량을 결정하는 단계, 오염물의 중량 백분율을 결정하는 단계, 및 오염물의 중량 백분율이 임계치 미만인지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 와이어-케이블을 제공하는 단계는 유기 오염물을 포함하는 와이어-케이블의 샘플을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 조합 중량을 결정하는 단계는 와이어-케이블 및 오염물의 조합 중량을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 오염물을 제거하는 단계는 용매를 사용하여 와이어-케이블의 표면으로부터 오염물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 용매를 제거하는 단계는 와이어-케이블의 표면으로부터 용매를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 중량을 결정하는 단계는 와이어-케이블의 중량을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 오염물의 중량 백분율을 결정하는 단계는 식 [(Mb-Ma)/Mb]*100에 기초하여 와이어-케이블로부터 제거된 오염물의 중량 백분율을 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, Mb는 와이어-케이블의 조합 중량이며 Ma는 와이어-케이블의 중량이다. 오염물의 중량 백분율이 임계치 미만인지 여부를 결정하는 단계는 오염물의 중량 백분율이 미리정해진 임계치 미만인지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 임계치는 초음파 용접-조인트의 강도와 상관된다.
추가적인 특징 및 장점은 첨부의 도면과 관련되며 단지 비제한적인 예로서 제공되는 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 더 명확해질 것이다.
이제 첨부의 도면을 참고하여 예로서 본 발명을 설명한다.
도 1a는 일 실시예에 따른 초음파 용접-조인트의 평면도이다.
도 1b는 일 실시예에 따른 도 1a의 초음파 용접-조인트의 측면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 연선-코어의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 클리닝 장치의 도시이다.
도 4는 일 실시예에 따른 연선-코어의 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 와이어의 오염물의 중량 백분율에 대한 용접-조인트의 강도의 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 용접-조인트의 강도를 예측하는 방법의 흐름도이다.
초음파 용접(USW)은 와이어-케이블(10)을 끝맺음하는 공지된 처리이다. 와이어-케이블(10), 및 전형적으로는 연선-코어(12)는 이것으로 제한되는 것은 아니지만 예를 들어 배터리-케이블을 포함하는 자동차 용례에 사용된다. USW는 클램핑력에 의해 함께 유지되는 와이어-케이블(10) 및 정합 단자(14)에 고주파 진동을 부여하여 와이어-케이블(10)의 외면(16)과 단자(14) 사이에 마찰을 일으킨다. 마찰은 충분히 높은 온도를 생성하여 용융 금속의 용탕이 없는 상태로 와이어-케이블(10)과 단자(14)를 함께 야금학적으로 결합시킨다. 와이어 제조 처리에서 전형적으로 사용되는 소멸 오일 또는 다른 유기 화합물 같은 오염물(18)이 충분히 많은 양으로 와이어-케이블(10)의 표면(16)에 존재하는 경우, 오염물(18)은 초음파 용접-조인트(22)(이하, 용접-조인트(22)라 칭함)의 강도(20)에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 본원에 기재된 본 발명은 용접-조인트(22)의 강도(20)를 예측할 수 있는 오염물(18)의 임계치(24)를 정량화한다.
와이어-케이블(10)은 알루미늄 기반 재료(26) 또는 구리 기반 재료(28)로 형성될 수 있으며, 이들 양자 모두는 이것으로 제한되는 것은 아니지만 주석(30)을 포함하는 도전성 재료로 도금될 수 있다.
도 1a는 연선-코어(12)가 단자(14)에 용접된 용접-조인트(22)의 평면도의 비제한적인 예를 도시한다. 도 1b는 연선-코어(12)가 단자(14)에 용접된 도 1a의 용접-조인트(22)의 측면도의 비제한적인 예를 도시한다. 연선-코어(12)의 절취 단부(32)는 통상의 기술자에 의해 인식되는 바와 같이 USW 처리로 인해 변형되어 있다.
도 2는 개별 와이어-스트랜드(36)의 표면(16)의 오염물(18)을 포함하는 연선-코어(12)의 단면(34)의 비제한적인 예를 도시한다. 오염물(18)은 와이어 제조 처리 동안 윤활제로서 사용될 수 있는 소멸 오일 또는 다른 유기 화합물일 수 있다.
도 3은 와이어-케이블(10)의 표면(16)으로부터 오염물(18)을 제거하기 위해 사용될 수 있는 속슬렛 추출기(Soxhlet extractor)(38A) 같은 클리닝 장치(38)를 도시한다. 오염물(18)을 포함하는 와이어-케이블(10)의 샘플이 와이어-케이블(10)로부터 오염물(18)을 제거하기 전에 와이어-케이블(10)과 오염물(18)의 조합 중량(40)(도 2)을 결정하기 위해 임의의 절연물의 제거 후에 스케일을 사용하여 칭량된다. 와이어-케이블(10)의 샘플은 클리닝 장치(38) 내측에 배치될 수 있으며, 샘플은 통상의 기술자에 의해 인식되는 바와 같이 용매(42)의 비등점(44)까지 가열되는 용매(42)에 의해 세정되고, 용매(42)를 환류시킨다. 오염물(18)의 제거를 보장하기 위해 다수의 환류 사이클이 행해질 수 있다. 발명자에 의한 실험에 의해 다섯(5) 회의 환류 사이클이 와이어-케이블(10)로부터 오염물(18)을 제거하는데 충분하다는 것을 알아냈다. 클리닝 장치(38)에 사용되는 용매(42)는 와이어-케이블(10)의 재료와 양립가능한 임의의 용매(42)일 수 있으며 디에틸 에테르(46), 트리클로로메탄(48) 및 2-프로파논(50)을 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 다른 용매(42)가 생각되지만 기재하지는 않는다.
와이어-케이블(10)로부터 오염물(18)이 제거되면, 용매(42)는 통상의 기술자에 의해 인식되는 바와 같이 건조제를 포함하는 건조기 같은 건조기-장치(52)에 와이어-케이블(10)을 배치함으로써 와이어-케이블(10)의 표면(16)으로부터 제거된다. 발명자에 의한 실험에 의해, 와이어-케이블(10)은 15℃ 내지 30℃의 온도 및 50 킬로파스칼(kPa) 내지 150 kPa의 압력에서 최소 열 두 시간(12시간) 동안 건조기-장치(52)에 유지되어야 한다는 것을 알아냈다. 와이어-케이블(10)은 그 후 도 4에 도시된 바와 같이 오염물(18)이 없는 상태에서 와이어-케이블(10)의 중량(54)을 결정하기 위해 스케일을 사용하여 칭량된다.
와이어-케이블(10)로부터 제거된 오염물(18)의 중량 백분율(56)이 식 [(Mb-Ma)/Mb]*100에 기초하여 결정될 수 있으며, Mb는 와이어-케이블(10) 및 오염물(18)의 조합 중량(40)으로서 규정되고(도 2), Ma는 오염물(18)이 제거된 상태의 와이어-케이블(10)의 중량(54)으로서 규정된다(도 4).
도 5는 와이어-케이블(10)로부터 제거된 오염물(18)의 중량 백분율(56)과 용접-조인트(22)의 강도(20) 사이의 관계를 도시하는 그래프(58)이다. 발명자에 의한 실험에 의해, 초음파식으로 용접된 와이어-케이블(10)의 오염물(18)의 중량 백분율(56)과 용접-조인트(22)의 강도(20) 사이에 상관관계가 존재한다는 것을 알아냈다. 용접-조인트(22)의 강도(20)는 당김력에 의해 특징지어질 수 있다. 당김력은 와이어-케이블(10)과 단자(14) 사이의 결합을 분리하기 위해 요구되는 인장력으로서 규정된다. 용접-조인트(22)의 강도(20)를 특징짓기 위해 사용되는 다른 측정기준이 고려되지만 나타내지 않으며 통상의 기술자에게는 명확할 것이다. 발명자에 의한 실험에 의해 1200 뉴턴(1200 N) 초과의 당김력이 내구성 용접-조인트(22)를 제공하는데 충분하다는 것을 알아냈다. 도 5는 또한 와이어-케이블(10)로부터 제거된 오염물(18)의 중량 백분율(56)의 임계치(24)를 도시하며, 그 아래에서는 자동차 용례에 적용될 수 있는 충분한 강도(20)의 용접-조인트(22)를 제공하는 것으로 결정된다. 또한, 임계치(24)는 제어가능한 USW 처리를 제공하기 위해 충분히 낮게 설정된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 발명자는 오염물(18)의 중량 백분율(56)이 0.0143% 위로 증가되는 경우 상당한 강도(20) 저하가 발생한다는 것을 발견하였다. 이 범위의 값에 대해 강도(20)와 중량 백분율(56) 사이에 선형적인 관계를 상정함으로써, 0.021% 미만의 임계치(24)는 내구성 용접-조인트(22)를 나타낼 수 있다. 임계치(24)는 도 5에 역시 나타낸 바와 같이 용접-조인트(22)의 강도(20)를 더 증가시키기 위해서 0.0055% 미만으로 더 감소될 수 있다.
도 6은 와이어-케이블(10)의 초음파 용접-조인트(22)의 강도(20)를 예측하기 위해 사용되는 방법(100)의 비제한적인 예를 도시한다.
단계 120(와이어-케이블을 제공한다)은 유기 오염물(18)을 포함하는 와이어-케이블(10)의 샘플을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 와이어-케이블(10)의 길이는 스풀(spool)로부터 절단되며, 임의의 절연물이 샘플을 스케일에 배치하기 전에 와이어-케이블(10)로부터 제거된다. 발명자에 의한 실험에 의해, 50 그램(50g) 내지 310 g의 대응하는 질량을 갖는 와이어-케이블(10)의 길이가 검출가능한 오염물(18)의 양을 제공한다는 것을 알아냈다.
단계 140(조합 중량을 결정한다)은 스케일을 사용하여 샘플을 칭량함으로써 와이어-케이블(10) 및 오염물(18)의 조합 중량(40)을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 샘플의 질량에 충분한 용량 및 0.1 밀리그램(0.1 mg)의 해상력을 갖는 임의의 스케일 및 바람직하게는 분석용 저울, 예를 들어 폴란드의 RADWAG Balances and Scales of Radom에 의해 제조된 Model AS 310.R2이 사용될 수 있다.
단계 160(오염물을 제거한다)은 용매(42)를 사용하여 와이어-케이블(10)의 표면(16)으로부터 오염물(18)을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 180(용매를 제거한다)은 와이어-케이블(10)의 표면(16)으로부터 용매(42)를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 200(중량을 결정한다)은 오염물(18) 및 용매(42)가 제거된 와이어-케이블(10)의 중량(54)을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 220(오염물의 백분율을 결정한다)은 식 [(Mb-Ma)/Mb]*100에 기초하여 와이어-케이블(10)로부터 제거된 오염물(18)의 중량 백분율(56)을 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, Mb는 와이어-케이블(10) 및 오염물(18)의 조합 중량(40)이며 Ma는 와이어-케이블(10)의 중량(54)이다.
단계 240(오염물의 백분율이 임계치 미만인지를 결정한다)은 오염물(18)의 중량 백분율(56)이 미리정해진 임계치(24) 미만인지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, 임계치(24)는 초음파 용접-조인트(22)의 강도(20)와 상관된다.
단계 260(초음파 용접 동작으로부터 와이어-케이블을 배제한다)은 오염물(18)의 중량 백분율(56)이 미리정해진 임계치(24) 미만이 아닌 경우 USW 처리로부터 와이어-케이블(10)의 배치(batch)를 배제하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 280(와이어-케이블에 대해 초음파 용접 동작을 허용한다)은 오염물(18)의 중량 백분율(56)이 미리정해진 임계치(24) 미만인 경우 와이어-케이블(10)의 배치에 대해 USW 처리를 허용하는 단계를 포함할 수 있다.
따라서, 와이어-케이블(10)의 초음파 용접-조인트(22)의 강도(20)를 예측하기 위해 사용되는 방법(100)이 제공된다. 발명자에 의한 실험에 의해, 초음파식으로 용접된 와이어-케이블(10)의 오염물(18)의 중량 백분율(56)과 용접-조인트(22)의 강도(20) 사이에 상관관계가 존재한다는 것을 알아냈다. 오염물(18)의 중량 백분율(56)의 임계치(24)의 수준은 또한 USW 처리의 안정성에 영향을 준다.
본 발명을 그 바람직한 실시예와 관련하여 설명하였지만, 본 발명은 그와 같이 한정되지 않고 이하의 청구항에 기재된 범위로만 한정된다. 또한, 제1, 제2, 상위, 하위 등의 용어의 사용은 중요도, 위치, 또는 배향의 임의의 순서를 나타내는 것이 아니며, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 요소를 다른 것으로부터 구별하기 위해 사용된다. 또한, 단수형 등의 용어의 사용은 양의 한정을 나타내는 것이 아니라 언급된 항목의 적어도 하나의 존재를 나타내는 것이다.

Claims (10)

  1. 와이어-케이블(10)의 초음파 용접-조인트(22)의 강도(20)를 예측하는 방법(100)이며,
    유기 오염물(18)을 포함하는 와이어-케이블(10)의 샘플을 제공하는 단계;
    와이어-케이블(10) 및 오염물(18)의 조합 중량(40)을 결정하는 단계;
    용매(42)를 사용하여 와이어-케이블(10)의 표면(16)으로부터 오염물(18)을 제거하는 단계;
    와이어-케이블(10)의 표면(16)으로부터 용매(42)를 제거하는 단계;
    와이어-케이블(10)의 중량(54)을 결정하는 단계;
    식 [(Mb-Ma)/Mb]*100에 기초하여 와이어-케이블(10)로부터 제거된 오염물(18)의 중량 백분율(56)을 결정하는 단계로서, Mb는 와이어-케이블(10) 및 오염물(18)의 조합 중량(40)이며, Ma는 와이어-케이블(10)의 중량(54)인, 중량 백분율(56)을 결정하는 단계; 및
    오염물(18)의 중량 백분율(54)이 미리정해진 임계치(24) 미만인지 여부를 결정하는 단계로서, 상기 임계치(24)는 초음파 용접-조인트(22)의 강도(20)에 상관되는, 임계치 미만인지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 방법(100).
  2. 제1항에 있어서, 와이어-케이블(10)은 연선-코어(12)인, 방법(100).
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 와이어-케이블(10)은 알루미늄 기반 재료(26) 및 구리 기반 재료(28)를 포함하는 리스트로부터 선택되는 재료로 형성되는, 방법(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 와이어-케이블(10)은 주석(30)으로 도금되는, 방법(100).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 용매(42)는 디에틸 에테르(46), 트리클로로메탄(48), 및 2-프로파논(50)을 포함하는 리스트로부터 선택되는, 방법(100).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 용매(42)를 비등점(44)까지 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법(100).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    샘플을 속슬렛 추출기(38A) 내에 배치하는 단계; 및
    속슬렛 추출기(38A) 내에서 용매(42)로 샘플을 세정하는 단계를 더 포함하는, 방법(100).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 와이어-케이블(10)의 표면(16)으로부터 용매(42)를 제거하는 단계는 건조기-장치(52)를 사용하여 행해지는, 방법(100).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 와이어-케이블(10)은 열 두 시간 초과 동안 건조기-장치(52)에 유지되는, 방법(100).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임계치(24)는 0.021 중량 백분율(56)인, 방법(100).
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