KR20190081288A

KR20190081288A - 복합판재의 접합방법

Info

Publication number: KR20190081288A
Application number: KR1020170183698A
Authority: KR
Inventors: 배민관; 유경선; 박상언
Original assignee: 주식회사 성우하이텍
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2019-07-09
Also published as: KR102329206B1

Abstract

복합판재의 접합방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합판재의 접합방법은 상판과 하판 사이에 접합할 복합판재의 일측에 일정한 관통홀을 형성하고 상기 관통홀에 끼워지는 태핑너트를 이용하여 상기 상판과 하판에 저항 용접하여 접합표면의 균열을 방지하면서도 체결력을 충분히 확보하도록, 복합판재의 일측에 일정한 관통홀을 형성하는 홀 성형단계; 상기 관통홀에 태핑너트를 끼워 넣어 고정하는 너트 고정단계; 상기 관통홀과 상기 태핑너트 사이에 접착제를 도포하는 접착제 도포단계; 상기 복합판재의 양쪽 면에 상판과 하판을 각각 배치하는 판재 로딩단계; 및 상기 태핑너트에 대응하여 상부 및 하부 가압전극을 통하여 상기 상판과 하판을 가압하면서 통전하여 상기 상판과 하판을 상기 태핑너트에 저항 용접하는 접합단계를 포함한다.

Description

복합판재의 접합방법{WELDING METHOD FOR CARBON FIBER REINFORCED PLASTICS SHEETS}

본 발명은 복합판재의 접합방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2장의 스틸판재 사이에 복합판재를 개재하여 스틸판재와의 사이에 고정하기 위한 복합판재의 접합방법에 관한 것이다.

일반적으로 산업분야에서 두 금속판재를 상호 겹치기 접합하기 위해서는 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저빔을 이용한 레이저 용접이나, 스폿 용접기를 이용한 전기저항 용접이 주로 적용된다.

도 1에서는 일반적인 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접 공정도로써, 레이저빔(LB)을 이용하여 강판 소재를 용접하기 위한 일반적인 레이저 용접 시스템은 로봇(1)의 아암(3) 선단에 레이저 헤드(5)가 설치되고, 이 레이저 헤드(5)는 레이저 발진기(7)와 연결된다.

상기 로봇(1)은 로봇 제어기(C)에 의해 거동 제어되어 상기 레이저 헤드(5)를 소재(9)의 용접패턴을 따라 이동시키면서 레이저빔(LB)이 조사되도록 하여 용접작업을 진행한다.

한편, 최근에는 차체의 고강도 경량화의 추세에 따라 차체 소재로 금속판재 또는 비철금속판재뿐만 아니라 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: CARBON FIBER REINFORCED PLASTICS, 이하, CFRP라 칭함)으로 이루어지는 복합판재를 적용하는 사례가 빈번해 졌다.

탄소섬유를 이용한 CFRP는 강도, 탄성률, 경량성, 안정성이 우수하기 때문에, 높은 성능이 요구되는 항공이나 자동차 분야에서는 주요한 재료 중 하나로 각광받고 있으며, 경제적인 조건만 해결되면 향후 사용이 더욱 확대되고, CFRP의 제조량이 비약적으로 증가될 것으로 기대된다.

특히, 자동차 산업에서의 CFRP는 탄소섬유를 주로 에폭시나 플라스틱 등의 수지의 심으로 제조하여 많이 사용하는 추세이다. 즉, CFRP는 탄소섬유를 와인딩 모양이나 직물 모양으로 제조한 후, 수지류에 함침하여 경화시킨 것으로서, 고강도, 고탄성의 경량소재로 주목받고 있는 첨단 복합 재료이며, 비금속재이다.

이러한 CFRP에서 수지류는 경도가 우수한 반면, 인장강도가 약해 쉽게 끊어지고, 탄소섬유는 인장강도가 높지만 굽힘 반발력이 없기 때문에 이 둘을 결합하는 것이다.

또한, 탄소섬유는 같은 부피의 스틸에 비해 1/4의 무게로 경량화가 가능하고, 인장강도는 10배나 강하여 강성 확보에 유리하며, 성형성 역시 좋다는 이점이 있다.

그러나 상기한 바와 같은 CFRP를 차체에 적용하기 위해서는 이를 대체하기 어려운 부분에 적용되는 강판과의 접합, 또는 CFRP 상호간에 접합이 가능해야 하는데, 소재의 물성적 특성에 의해 종래와 같이 레이저 용접이나 스폿 용접은 불가능한 단점이 있어, 주로 본딩이나 체결부품을 이용한 기계적 접합이 이루어지고 있다.

특히, 탄소 섬유 강화 플라스틱 복합판재의 종래의 접합방법 중, 2장의 스틸판재 사이에 복합판재를 개재하여 접합하는 3겹 접합의 경우, 본딩공법은 통상 고온경화에 의해 접합되는 구조용 접착제를 이용하는데, 이는 경화에 시간이 과다하게 소요되는 단점이 있고, 기계적 접합은 셀프 피어싱 리벳 등을 이용하는데, 이 또한, 소재에 강제로 불균일한 피어싱 성형을 유도하여 피어싱부의 표면균열에 의해 접합 품질이 불량한 단점이 있어 새로운 접합방법의 연구개발이 시급한 문제이다.

상기와 같은 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 상판과 하판 사이에 접합할 복합판재의 일측에 일정한 관통홀을 형성하고 상기 관통홀에 끼워지는 태핑너트를 이용하여 상기 상판과 하판에 저항 용접하여 접합표면의 균열을 방지하면서도 체결력을 충분히 확보하는 복합판재의 접합방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 복합판재의 일측에 일정한 관통홀을 형성하는 홀 성형단계; 상기 관통홀에 태핑너트를 끼워 넣어 고정하는 너트 고정단계; 상기 관통홀과 상기 태핑너트 사이에 접착제를 도포하는 접착제 도포단계; 상기 복합판재의 양쪽 면에 상판과 하판을 각각 배치하는 판재 로딩단계; 및 상기 태핑너트에 대응하여 상부 및 하부 가압전극을 통하여 상기 상판과 하판을 가압하면서 통전하여 상기 상판과 하판을 상기 태핑너트에 저항 용접하는 접합단계를 포함하는 복합판재의 접합방법이 제공될 수 있다.

상기 복합판재는 탄소 섬유 강화 플라스틱 판재로 이루어질 수 있다.

상기 상판과 하판은 전도성 판재로 이루어질 수 있다.

상기 태핑너트는 상기 상판과 하판과 동일한 소재로 형성될 수 있다.

상기 태핑너트는 모서리가 라운드 처리된 삼각형상의 외형을 가지며, 라운드 처리된 각 모서리부에는 복수의 태핑 홈이 형성될 수 있다.

상기 태핑너트는 툴이 끼워지도록 중앙에 다각형상의 툴 홀이 형성될 수 있다.

또한, 상기 태핑너트는 상기 관통홀에 끼워져 설치된 상태로 상면과 하면이 상기 관통홀로부터 노출되도록 상기 복합판재의 두께보다 더 두껍게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 상판과 하판 사이에 접합할 복합판재의 일측에 일정한 관통홀을 형성하고 상기 관통홀에 끼워지는 태핑너트를 이용하여 상기 상판과 하판에 저항 용접하여 접합표면의 균열을 방지하면서도 체결력을 충분히 확보할 수 있다.

또한, 태핑너트를 복합판재의 관통홀에 끼운 상태로 공급하여 기존의 저항용접기를 이용하여 3겹 접합이 가능하며, 자동화 라인의 구현이 쉽고, 다수의 체결부품 등, 접합 부재료를 최소화할 수 있으며, 주변 온도에 따른 접합강도의 편차가 없다는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 레이저 용접 시스템에 의해 레이저 용접 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 접합방법에 따른 공정도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 접합방법에 적용되는 태핑너트를 관통홀에 장착한 상태의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 접합방법에 적용되는 태핑너트의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 접합방법에 적용되는 태핑너트와 관통홀 사이에 접착제를 도포한 상태의 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 접합방법에 따른 공정도이다.

먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 접합방법에 적용되는 복합판재는 탄소 섬유 강화 플라스틱 판재를 예로 하여 설명하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 열가소성을 갖는 복합소재로 이루어진 판재이면, 적용이 가능하다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 접합방법은 전도성을 갖는 스틸재질의 상판(21)과 하판(23) 사이에 복합판재(11)를 개재하여 고정하기 위한 것으로, 별도의 하드웨어로 태핑너트(13)를 이용한 저항용접이 적용된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 접합방법에 적용되는 태핑너트를 관통홀에 장착한 상태의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 접합방법에 적용되는 태핑너트의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 접합방법에 적용되는 태핑너트와 관통홀 사이에 접착제를 도포한 상태의 평면도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 복합판재의 접합방법은 홀 성형단계(S1), 너트 고정단계(S2), 접착제 도포단계(S3), 판재 로딩단계(S4), 및 접합단계(S5)를 포함한다.

먼저, 상기 홀 성형단계(S1)는 복합판재(11)의 일측에 일정한 관통홀(H)을 피어싱 성형하여 형성한다.

여기서, 상기 관통홀(H)은 저항용접이 적용되는 부위에 대응하여 복수개가 형성될 수 있다.

상기 너트 고정단계(S2)는 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 관통홀(H)에 태핑너트(13)를 끼워 넣어 고정한다.

이때, 상기 태핑너트(13)는 도 4에서 도시한 바와 같이, 모서리가 라운드 처리된 삼각형상의 외형을 가지며, 라운드 처리된 각 모서리부에는 복수의 태핑 홈(T)이 형성된다.

또한, 상기 태핑너트(13)는 장착용 툴(미도시)이 끼워지도록 중앙에 6각형상의 툴 홀(13a)이 형성된다.

즉, 상기 태핑너트(13)는 상기 툴 홀(13a)에 장착용 툴(미도시)을 끼운 상태로, 정원형의 홀로 가공된 상기 관통홀(H)에 억지끼움으로 삽입하여 고정하는데, 이때, 상기 태핑너트(13)는 복합소재의 경도보다 높기 때문에 삽입이 가능하다.

또한, 상기 태핑너트(13)는 상기 관통홀(H)에 끼워져 설치된 상태로 상면과 하면이 상기 관통홀(H)로부터 노출되도록 상기 복합판재(11)의 두께보다 더 두껍게 형성된다.

이와 같이, 상기 너트 고정단계(S2) 이후에는 상기 접착제 도포단계(S3)를 진행한다.

즉, 상기 접착제 도포단계(S3)는 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 관통홀(H)과 상기 태핑너트(13) 사이에 접착제(15)를 도포한다.

이때, 상기 접착제(15)는 상기 관통홀(H)과 상기 태핑너트(13)의 사이의 간격과 상기 태핑 홈(T) 사이에 충진된다.

이러한 상태로, 상기 판재 로딩단계(S4)가 진행된다.

상기 판재 로딩단계(S4)는 상기 복합판재(11)의 상면과 하면에 대응하여 각각 상판(21)과 하판(23)을 배치한다.

이러한 판재 로딩단계(S4)가 완료되면, 상기 접합단계(S5)를 진행한다.

상기 접합단계(S5)는 저항용접으로 이루어지는데, 상기 태핑너트(13)에 대응하여 상부 가압전극(31)과 하부 가압전극(33)을 통하여 상기 상판(21)과 하판(23)을 상기 태핑너트(13)에 대하여 가압하면서 통전하여 상기 상판(21)과 하판(23)을 상기 태핑너트(13)의 상면과 하면에 각각 저항 용접(W)하여 이루어진다.

이때, 상기 태핑너트(13)는 상기 상판(21) 및 하판(23)과 동일한 스틸소재로 구성될 수 있다.

따라서 상기한 바와 같은 복합판재간의 접합방법에 의하면, 상판(21)과 하판(23) 사이에 접합할 복합판재(11)의 일측에 일정한 정원형의 관통홀(H)을 형성하고 상기 관통홀(H)에 끼워지는 태핑너트(13)를 이용하여 상기 상판(21)과 하판(23)에 저항 용접하여 복합판재(11)의 접합표면의 균열을 방지하면서도 체결력을 충분히 확보할 수 있다.

또한, 태핑너트(13)를 복합판재(11)의 관통홀(H)에 끼운 상태로 공급하여 기존의 저항용접기를 이용하여 3겹 접합이 가능하며, 자동화 라인의 구현이 쉽고, 다수의 체결부품 등, 접합 부재료를 최소화할 수 있으며, 주변 온도에 따른 접합강도의 편차가 없다는 효과가 있다.

또한, 태핑너트(13)와 복합판재(11) 사이의 관통홀(H)을 접착제(15)로 채워 접합강도를 확보함은 물론, 전위차 부식을 방지할 수 있는 장점이 있다.

이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

11: 복합판재
13: 태핑너트
15: 접착제
21: 상판
23: 하판
31,33: 상부 및 하부 가압전극
H: 관통홀
W: 저항 용접

Claims

복합판재의 일측에 일정한 관통홀을 형성하는 홀 성형단계;
상기 관통홀에 태핑너트를 끼워 넣어 고정하는 너트 고정단계;
상기 관통홀과 상기 태핑너트 사이에 접착제를 도포하는 접착제 도포단계;
상기 복합판재의 양쪽 면에 상판과 하판을 각각 배치하는 판재 로딩단계; 및
상기 태핑너트에 대응하여 상부 및 하부 가압전극을 통하여 상기 상판과 하판을 가압하면서 통전하여 상기 상판과 하판을 상기 태핑너트에 저항 용접하는 접합단계;
를 포함하는 복합판재의 접합방법.
제1항에 있어서,
상기 복합판재는
탄소 섬유 강화 플라스틱 판재로 이루어지는 복합판재의 접합방법.
제1항에 있어서,
상기 상판과 하판은
전도성 판재로 이루어지는 복합판재의 접합방법.
제1항에 있어서,
상기 태핑너트는
상기 상판과 하판과 동일한 소재로 형성되는 복합판재의 접합방법.
제1항에 있어서,
상기 상판과 하판은
스틸판재로 이루어지는 복합판재의 접합방법.
제1항에 있어서,
상기 태핑너트는
스틸소재로 형성되는 복합판재의 접합방법.
제1항에 있어서,
상기 태핑너트는
모서리가 라운드 처리된 삼각형상의 외형을 가지며, 라운드 처리된 각 모서리부에는 복수의 태핑 홈이 형성되는 복합판재의 접합방법.
제7항에 있어서,
상기 접착제는
상기 관통홀과 상기 태핑너트의 사이의 간격과 상기 태핑 홈 사이에 충진되는 복합판재의 접합방법.
제1항에 있어서,
상기 태핑너트는
툴이 끼워지도록 중앙에 다각형상의 툴 홀이 형성되는 복합판재의 접합방법.
제1항에 있어서,
상기 태핑너트는
상기 관통홀에 끼워져 설치된 상태로 상면과 하면이 상기 관통홀로부터 노출되도록 상기 복합판재의 두께보다 더 두껍게 형성되는 복합판재의 접합방법.