KR20220027546A - 플러그 아크 용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플러그 아크 용접 방법에 관한 것으로서, 용접부가 겹쳐지도록 상판 및 하판을 배치하는 단계; 상기 상판의 적어도 어느 일부에 타원형 홀을 형성하는 단계; 및 상기 타원형 홀의 장축을 기준으로 일단에서 타단 방향으로 용접을 수행하여 상기 상판 및 하판을 접합하는 용접 단계;를 포함할 수 있다.

Description

플러그 아크 용접 방법{Method for producing plug arc welding}

본 발명은 플러그 아크 용접 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 자동차 차체의 접합에 사용되는 플러그 아크 용접 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 차체의 접합에는 주로 점용접(resistance spot welding)을 사용하고 있다. 하지만 카울 사이드 아웃터(cowl side outer)와 같이 점용접을 적용하기 어려운 폐구간에서는 주로 아크용접(arc welding)을 사용한다. 플러그 용접은 두 판재 중 한쪽에만 구멍을 뚫은 후 용접을 통해 그 구멍을 채워 판재를 접합시키는 것이다. 플러그 용접은 주로 복잡한 형상의 제품 성형시 공차 발생 문제를 고려하여 사용되는 용접 방법이다.

그러나, 차량용 박판에 플러그 용접을 적용하기에는 모재의 얇은 두께로 인해 용락 발생의 위험이 있다. 실제 양산에서는 티칭 위치의 관리에 어려움이 있어, 채움량이 부족하거나 채움량 확보를 위해서 2회 내지 3회 반복적으로 용접을 수행하고 있다.

종래에는 이와 같이 티칭 위치 관리가 어려우며, 채움량 확보를 위해서, 반복적으로 용접을 수행하여 생산성이 저하되는 문제점이 있었다. 이와 같은 용접 품질 불량 및 생산성 저하 문제의 해결을 위해 최적의 티칭 위치를 찾으려 하고 있고, 채움량을 채우기 위해서 'ㄱ' 자로 플러그 용접을 수행하는 등 노력을 기울이고 있으나, 아직까지 뚜렷한 해결책을 찾지 못했다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 플러그 아크 용접을 수행하기 위해서, 상판에 가공하는 홀의 형상을 제어함으로써, 효율적인 용접을 수행할 수 있는 플러그 아크 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 플러그 아크 용접 방법을 제공한다. 상기 플러그 아크 용접 방법은 용접부가 겹쳐지도록 상판 및 하판을 배치하는 단계; 상기 상판의 적어도 어느 일부에 타원형 홀을 형성하는 단계; 및 상기 타원형 홀의 장축을 기준으로 일단에서 타단 방향으로 용접을 수행하여 상기 상판 및 하판을 접합하는 용접 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 플러그 아크 용접 방법을 제공한다. 상기 플러그 아크 용접 방법은 적어도 어느 일부에 타원형 홀을 구비하는 상판을 준비하는 단계; 상기 타원형 홀을 용접부에 위치하도록 상기 상판 및 하판을 배치하는 단계; 및 상기 타원형 홀의 장축을 기준으로 일단에서 타단 방향으로 용접을 수행하여 상기 상판 및 하판을 접합하는 용접 단계;를 포함할 수 있다.

상기 플러그 아크 용접 방법에 있어서, 상기 용접 단계는, 상기 타원형 홀의 일단에서 타단 방향으로 1차 용접을 수행하고, 연속적으로 상기 타단에서 일단 방향으로 2차 용접을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 플러그 아크 용접 방법에 있어서, 상기 용접 단계는, 용접봉이 상기 상판의 상면과 접촉되어 수행되며, 상기 접촉은 상기 타원형 홀의 일단으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 배치된 티칭 포인트에서 이루어지는 단계를 포함할 수 있다.

상기 플러그 아크 용접 방법에 있어서, 상기 타원형 홀의 장축은, 상기 상판 및 상기 하판이 겹쳐진 끝부분의 라인(line)과 평행하게 형성될 수 있다.

상기 플러그 아크 용접 방법에 있어서, 상기 타원형 홀의 장축은, 상기 상판 및 상기 하판이 겹쳐진 끝부분의 라인(line)과 소정의 각도만큼 기울어진 형태로 형성될 수 있다.

상기 플러그 아크 용접 방법에 있어서, 상기 소정의 각도는 15도 내지 75도 범위를 가질 수 있다.

상기 플러그 아크 용접 방법에 있어서, 상기 소정의 각도는 30도 내지 60도 범위를 가질 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 상판에 타원형 홀을 가공하여 티칭 포인트를 용이하게 관리하고 생산성을 향상시킬 수 있는 플러그 아크 용접 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그 아크 용접 방법을 설명하기 위한 모식도 및 테스트 결과를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 비교예에 따른 플러그 아크 용접 방법을 설명하기 위한 모식도 및 테스트 결과를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 플러그 아크 용접 방법으로 수행한 샘플들의 강도를 비교분석한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그 아크 용접 방법을 설명하기 위한 모식도 및 테스트 결과를 도시한 도면이다.

이하에서, 도 1의 (a) 내지 (c)를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그 아크 용접 방법을 설명한다. 먼저, 용접부가 겹쳐지도록 상판(20) 및 하판(10)을 배치할 수 있다. 이후에 상판(20)의 적어도 어느 일부에 타원형 홀(22)을 형성할 수 있다.

다른 예로서, 적어도 어느 일부에 타원형 홀(22)을 구비하는 상판(20)을 준비할 수 있다. 이후에 타원형 홀(22)이 용접부에 위치하도록 상판(20)을 하판(10) 상에 배치할 수 있다. 공정의 편의에 따라, 타원형 홀(22)의 형성 순서는 용이하게 변경이 가능하다.

타원형 홀(22)은 홀의 중심을 기준으로 길이가 서로 다른 장축(L)과 단축(D)을 포함한다. 타원형 홀(22)의 장축(L)은 상판(20) 및 하판(10)이 겹쳐진 끝부분의 라인(line)과 평행하게 형성될 수 있다. 혹은 타원형 홀(22)의 장축(L)은 상판(20) 및 하판(10)이 겹쳐진 끝부분의 라인(line)과 소정의 각도만큼 기울어진 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 소정의 각도는 15도 내지 75도 범위를 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 소정의 각도는 30도 내지 60도 범위를 가질 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 소정의 각도는 40도 내지 50도 범위를 가질 수 있다.

강판의 배치가 완료되면 용접을 수행하며, 타원형 홀(22)의 장축(L)을 기준으로 일단에서 타단 방향으로 용접을 수행하여 상판(20) 및 하판(10)을 접합할 수 있다.

여기서, 용접시 용접봉(wire)이 상판(20)의 상면과 접촉되어 수행된다. 이때, 상기 접촉은 타원형 홀(22)의 일단으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 배치된 티칭 포인트(도 1의 (c)에 도시된 P)에서 접촉된다. 용접은 티칭 포인트(P)에서부터 시작되며, 타원형 홀(22)의 장축(L)을 따라 용접 종료 포인트(E)까지 1회에 걸쳐 수행된다. 상기 용접 종료 포인트(E)는 티칭 포인트(P)와 동일하게, 타원형 홀(22)의 타단으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 배치된 곳일 수 있다. 상기 소정의 거리는 티칭 포인트(P)와 동일하거나, 혹은 용접 수행 결과에 따라 조금 더 짧게 떨어진 거리일 수 있다. 이렇게 수행된 경우, 도 1의 (d) 및 (e)와 같이, 1회의 용접만으로도 전면과 후면에 100% 채움이 가능해진다.

다른 예로서, 용접은 타원형 홀(22)의 일단에서 타단 방향으로 1차 용접을 수행하고, 연속적으로 상기 타단에서 일단 방향으로 2차 용접을 수행할 수 있다. 구체적으로, 도 1의 (c)를 참조하면, 티칭 포인트(P)에서부터 용접 종료 포인트(E)까지 1차 용접을 수행하고, 용접 종료 포인트(E)에서부터 티칭 포인트(P)까지 다시 2차 용접을 수행할 수 있다. 즉, 용접봉을 왕복시켜, 용접시 홀 내에 채움량이 부족하지 않도록 보완할 수 있다.

도 2는 본 발명의 비교예에 따른 플러그 아크 용접 방법을 설명하기 위한 모식도 및 테스트 결과를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 비교예에 따른 플러그 아크 용접 방법을 설명함으로써, 본 발명의 주요한 기술적 특징을 설명하고자 한다.

일반적으로 플러그 아크 용접 방법은 상판(20) 및 하판(10)을 겹치되, 상판(20)에 원형 홀(24)을 형성한다. 이후에 용접을 수행하는데, 용접봉(wire)은 원형 홀(24)의 중앙에 위치한 티칭 포인트(P)에서 상하 방향으로 이동하며 용접을 수행한다. 이 경우, 원형 홀(24)의 중앙에 정확하게 티칭하기 어려운 문제점이 있기 때문에, 티칭 포인트(P) 공차에 의한 미채움(도 1의 (d))이 발생하게 된다. 이를 해결하기 위해서, 'ㄱ'자 형태(도 1의 (c)에 도시된 화살표 방향과 같이)로 용접을 수행하는데, 이 경우에도 미채움(D)의 발생 빈도가 상당히 높다.

한편, 도 1의 (e)와 같이, 아크 용접 토치(torch)를 상하 방향으로 이동하며 용접할 셩우, 하판에 과입열로 인해서 용락이 발생할 가능성이 높다. 반면, 본 발명은 아크 용접 토치를 상하가 아닌 좌우 방향으로 이동하며 용접함으로써, 상판에 열이 가해지게 되어 용락 발생을 방지할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 이해를 돕고, 최적의 플러그 아크 용접 방법을 찾기 위한 실시예들을 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실시예들만으로 한정되는 것은 아니다.

하기 표 1은 본 발명의 실험예 샘플들의 용접 조건에 대해 정리해 놓은 것이다.

구분	정보	구분	정보
홀 사이즈	장축:6mm / 단축:4mm	용접기	FRONIUS CMT (V1490)
강판	하판:0.7 SGAR440 CTR FLOOR 상판:0.7 SPFC590 REINF-CTR FLOOR	CTWD	15mm 내지 20mm
자세	아래보기	와이어	0.9 파이

표 2는 각 실험예 샘플들의 타원형 홀의 방향에 따른 인장강도 평가 결과를 정리한 것이다.

샘플 종류	하중[kN]
실험예 1(W)	7.6
실험예 2(R)	8.3
실험예 3(T)	9.1

도 3은 본 발명의 실험예에 따른 플러그 아크 용접 방법으로 수행한 샘플들의 강도를 비교분석한 도면이다.

표 1, 표 2 및 도 3을 참조하면, 각 샘플들의 용접 형상은 미채움 부분 없이 용접이 잘 수행된 것을 확인할 수 있었다. 다만, 타원형 홀의 형성 방향에 따라 실험예 샘플들의 인장강도 값이 상이한 것을 확인할 수 있었다. 샘플별로 살펴보면, 실험예 3(T) 샘플이 9.1 kN으로 가장 높은 인장강도를 나타냈으며, 그 뒤로, 실험예 2(R) 샘플이 8.3 kN, 실험예 1(W) 샘플이 7.6kN으로 나타났다.

정리하면, 타원형 홀의 장축(L)이 상판 및 하판이 겹쳐진 끝부분의 라인과 평행하게 형성된 샘플이 가장 높은 인장강도를 갖는 것으로 나타났으며, 반면, 타원형 홀의 장축(L)이 상판 및 하판이 겹쳐진 끝부분의 라인과 수직하게 형성된 샘플이 가장 낮은 인장강도를 갖는 것으로 나타났다. 이를 고려하여 용접부에 타원형 홀의 방향은 상판 및 하판이 겹쳐진 끝부분의 라인과 평행하게 형성하거나, 혹은 경우에 따라서 상판 및 하판이 겹쳐진 끝부분의 라인과 소정의 각도를 갖고 기울어진 방향으로 타원형 홀을 형성하되, 상기 라인과 수직한 방향으로 되지 않게 형성하는 것이 중요하다.

상술한 바와 같이, 자동차 산업에서, 플러그 아크 용접 공정은 차체에 점용접을 적용하기 어려운 폐구간에서 적용되는 용접 방법이다. 두 판재를 접합 시, 한쪽 판재 즉, 상판에만 타원형 홀을 뚫은 후 용접봉(wire)에 전류를 인가하여 아크 열을 발생시켜, 용접봉과 판재를 녹여 상기 타원형 홀을 메꾸면서 두 판재를 접합시킨다.

본 발명은 타원형 홀로 설계하고, 티칭 포인트를 상판의 상면으로 하여 타원형 홀의 장축을 따라 직선방향으로 플러그 아크 용접을 수행하는 것이다. 종래에는 원형 홀을 이용한 용접시에는 상기 원형 홀을 100% 채우기가 어려운 반면, 타원형 홀을 적용할 경우 장축 방향으로 1회 직선 용접 시 100% 타원형 홀을 채울 수 있다. 이에 따라, 단회성 용접 적용을 통해 생산성을 높일 수 있으며, 용접부의 기계적 물성을 확보할 수 있다. 또, 차체에 적용되는 판재의 경우 판 두께가 얇아 용접 시 용락 발생의 위험이 있다. 본 발명의 경우 티칭 포인트가 상판의 상면에 두었기 때문에 하판의 과입열을 막을 수 있어 용락 발생을 막을 수 있고, 이에 따라 종래의 플러그 아크 용접보다 더 효율적으로 판재의 두께를 선정할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 하판
20: 상판
22: 타원형 홀
24: 원형 홀

Claims (8)

1. 용접부가 겹쳐지도록 상판 및 하판을 배치하는 단계;
   상기 상판의 적어도 어느 일부에 타원형 홀을 형성하는 단계; 및
   상기 타원형 홀의 장축을 기준으로 일단에서 타단 방향으로 용접을 수행하여 상기 상판 및 하판을 접합하는 용접 단계;
   를 포함하는,
   플러그 아크 용접 방법.
2. 적어도 어느 일부에 타원형 홀을 구비하는 상판을 준비하는 단계;
   상기 타원형 홀을 용접부에 위치하도록 상기 상판 및 하판을 배치하는 단계; 및
   상기 타원형 홀의 장축을 기준으로 일단에서 타단 방향으로 용접을 수행하여 상기 상판 및 하판을 접합하는 용접 단계;
   를 포함하는,
   플러그 아크 용접 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 용접 단계는,
   상기 타원형 홀의 일단에서 타단 방향으로 1차 용접을 수행하고, 연속적으로 상기 타단에서 일단 방향으로 2차 용접을 수행하는 단계를 포함하는,
   플러그 아크 용접 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 용접 단계는,
   용접봉이 상기 상판의 상면과 접촉되어 수행되며, 상기 접촉은 상기 타원형 홀의 일단으로부터 소정의 거리만큼 이격되어 배치된 티칭 포인트에서 이루어지는 단계를 포함하는,
   플러그 아크 용접 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 타원형 홀의 장축은,
   상기 상판 및 상기 하판이 겹쳐진 끝부분의 라인(line)과 평행하게 형성된,
   플러그 아크 용접 방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 타원형 홀의 장축은,
   상기 상판 및 상기 하판이 겹쳐진 끝부분의 라인(line)과 소정의 각도만큼 기울어진 형태로 형성된,
   플러그 아크 용접 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 소정의 각도는 15도 내지 75도 범위를 갖는,
   플러그 아크 용접 방법.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 소정의 각도는 30도 내지 60도 범위를 갖는,
   플러그 아크 용접 방법.

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