KR20220087945A

KR20220087945A - 프로젝션 용접 볼트

Info

Publication number: KR20220087945A
Application number: KR1020200178489A
Authority: KR
Inventors: 지창욱; 김재훈; 전현욱; 김재원
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-06-27
Also published as: KR102428483B1

Abstract

제안기술은 프로젝션 용접 볼트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프로젝션 용접 볼트의 돌기 형상을 최적화하여 용접부의 인장강도를 향상시킬 수 있는 프로젝션 용접 볼트에 관한 발명이다.

Description

프로젝션 용접 볼트{Projection welding bolt}

일반적으로 스폿 용접 및 스터드 용접 등의 전기 저항 용접 방식은 산업용 로봇에 장착하여 주로 자동차의 자체 조립, 수송기기 조립 공정과 같은 대량 생산 조립 라인에서 패널 등을 용접할 때 많이 사용되고 있다.

스터디 용접의 원리는 금속재 스터드를 축방향으로 모재와 용접 결합하는 것으로, 스터드 척에 공급된 스터드를 모재와 접촉시킨 후, 스터드 척을 통해 순간적으로 전기를 인가하여 스터드와 모재 사이에 강한 아크를 발생시키게 된다. 이로 인해 스터드의 단부와 모재가 용융되고, 동시에 스터드가 모재에 가압되어 용융부가 응고 및 용착되도록 함으로써 결합시키게 된다.

도 1에는 종래의 프로젝션 용접 볼트를 이용한 용접 시 개념도가 도시되어 있다.

초고장력강판(1.5기가급) 핫스탬핑강의 경우, 금형의 고온성형으로 인하여 모재의 철(Fe) 성분이 알루미늄-실리콘 도금층으로 확산되면서 복잡하고 두꺼운 합금화층이 생성된다.

이로 인해 표면 최상단에 산화층이 형성되어 용접성에 좋지 않은 영향을 미치게 된다.

또한, 저항 용접부 인장강도의 물성도 일정 기준에 미치지 못하여 현장에서 많은 문제가 되고 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 현장에서는 표면의 도금층을 제거하거나, 용접 조건 최적화를 통해 용접성을 개선하고 있는 실정이다.

한국등록특허 제10-1786726호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 프로젝션 용접 볼트의 돌기 형상을 최적화하여 용접부의 인장강도를 향상시키는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 프로젝션 용접 볼트에 있어서,

모재의 용접면에 대응하는 원형상의 용접단면을 형성하며, 용접단면에 복수 개의 용접돌기가 형성되는 헤드부;

용접단면의 중앙부에 수직 방향으로 형성되는 체결부;를 포함하고,

용접돌기는 헤드부의 둘레방향으로 서로 일정 각도 이격되어 복수 개 형성되며,

용접돌기의 일단과 타단 사이의 각도(R1)는 어느 하나의 용접돌기와 어느 하나의 용접돌기와 인접한 다른 하나의 용접돌기 사이의 각도(R2)와 제1 일정 비를 이루고,

용접돌기의 상면과 측면의 모서리부는 모깎기(fillet)되어 형성되며,

모깎기 시 반경은 헤드부의 직경과 제2 일정 비를 이루는 것을 특징으로 한다.

용접돌기는,

용접돌기의 상면이며, 원호형상으로 형성되고, 용접 전 모재의 용접면과 접촉되는 접촉면;

접촉면의 각 가장자리와 용접단면을 연결하며, 모깎기되어 형성되는 가장자리면;

접촉면의 각 모서리와 용접단면을 연결하며, 어느 하나의 가장자리면과 어느 하나의 가장자리면과 인접한 다른 하나의 가장자리면을 연결하고, 모깎기되어 형성되는 모서리면;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

제2 일정 비는 21:1인 것을 특징으로 한다.

헤드부의 직경은 용접돌기의 내경과 외경 사이의 폭과 제3 일정 비를 이루는 것을 특징으로 한다.

제3 일정 비는 9:1 내지 8:1인 것을 특징으로 한다.

헤드부의 직경은 접촉면의 외경과 제4 일정 비를 이루는 것을 특징으로 한다.

제4 일정 비는 1.1:1 내지 1.2:1인 것을 특징으로 한다.

용접단면과 접촉면 사이의 간격은 제2 일정 비와 동일한 비율로 형성되는 것을 특징으로 한다.

제 1 일정 비(R1:R2)는 1:1 내지 5:1인 것을 특징으로 한다.

제 1 일정 비(R1:R2)는 1.5:1 내지 3:1인 것을 특징으로 한다.

용접돌기의 일단과 타단 사이의 각도(R1)와 어느 하나의 용접돌기와 어느 하나의 용접돌기와 인접한 다른 하나의 용접돌기 사이의 각도(R2)의 합은 일정한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 프로젝션 용접 볼트의 돌기 형상을 최적화하여 용접부의 인장강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

따라서, 이로 인한 용접 불량 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 프로젝션 용접 볼트를 이용한 용접 시 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 프로젝션 용접 볼트의 제1실시예.
도 3은 본 발명에 따른 프로젝션 용접 볼트의 제2실시예.
도 4는 본 발명에 따른 프로젝션 용접 볼트의 제3실시예.
도 5는 종래의 프로젝션 용접 볼트에 따른 압축 강도 결과 실시예.
도 6은 도 2에 따른 압축 강도 결과 실시예.
도 7은 도 3에 따른 압축 강도 결과 실시예.
도 8은 도 4에 따른 압축 강도 결과 실시예.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 프로젝션 용접 볼트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프로젝션 용접 볼트의 돌기 형상을 최적화하여 용접부의 인장강도를 향상시킬 수 있는 프로젝션 용접 볼트에 관한 발명이다.

도 2에는 본 발명에 따른 프로젝션 용접 볼트의 제1실시예가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 따른 프로젝션 용접 볼트의 제2실시예가 도시되어 있으며, 도 4는 본 발명에 따른 프로젝션 용접 볼트의 제3실시예가 도시되어 있다.

본 발명의 프로젝션 용접 볼트는 모재의 용접면에 대응하는 원형상의 용접단면을 형성하며, 상기 용접단면에 복수 개의 용접돌기(4)가 형성되는 헤드부(2)와, 상기 용접단면의 중앙부에 수직 방향으로 형성되는 체결부(12)를 포함하여 구성된다.

상기 용접돌기(4)는 상기 헤드부(2)의 둘레방향으로 서로 일정 각도 이격되어 복수 개 형성되는 것으로, 상기 용접돌기(4)의 상면과 측면의 모서리부는 모깎기(fillet)되어 형성된다.

상기 용접돌기(4)는 보다 자세하게, 원호형상으로 형성되고, 용접 전 상기 모재의 용접면과 접촉되는 상면인 접촉면(6)과, 상기 접촉면(6)의 각 가장자리와 상기 용접단면을 연결하며, 상기 모깎기되어 형성되는 가장자리면(8)과, 상기 접촉면(6)의 각 모서리와 상기 용접단면을 연결하며, 어느 하나의 가장자리면(8)과 상기 어느 하나의 가장자리면(8)과 인접한 다른 하나의 가장자리면(8)을 연결하고, 상기 모깎기되어 형성되는 모서리면(10)을 포함하여 형성된다.

상기 용접돌기(4)의 일단과 타단 사이의 각도(R1)와 어느 하나의 용접돌기(4)와 상기 어느 하나의 용접돌기(4)와 인접한 다른 하나의 용접돌기(4) 사이의 각도(R2)의 합은 일정하다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 용접돌기(4)는 6개로 구성된다. 따라서 상기 용접돌기(4)의 일단과 타단 사이의 각도(R1)와 어느 하나의 용접돌기(4)와 상기 어느 하나의 용접돌기(4)와 인접한 다른 하나의 용접돌기(4) 사이의 각도(R2)의 합은 60°로 일정하다.

또한, 상기 용접돌기(4)의 일단과 타단 사이의 각도(R1)는 어느 하나의 용접돌기(4)와 상기 어느 하나의 용접돌기(4)와 인접한 다른 하나의 용접돌기(4) 사이의 각도(R2)와 제1 일정 비를 이루도록 형성된다.

상기 제 1 일정 비(R1:R2)는 1:1 내지 5:1일 수 있으며, 바람직하게는 1.5:1 내지 3:1일 수 있다. 즉, 상기 용접돌기(4)의 일단과 타단 사이의 각도(R1)가 35° 일 때 상기 어느 하나의 용접돌기(4)와 상기 어느 하나의 용접돌기(4)와 인접한 다른 하나의 용접돌기(4) 사이의 각도(R2)는 25°일 수 있으며, 상기 용접돌기(4)의 일단과 타단 사이의 각도(R1)가 45° 일 때 상기 어느 하나의 용접돌기(4)와 상기 어느 하나의 용접돌기(4)와 인접한 다른 하나의 용접돌기(4) 사이의 각도(R2)는 15°일 수 있다.

보다 더 바람직하게는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제 1 일정 비(R1:R2)는 2:2로 형성되어, 상기 R1은 40°, 상기 R2는 20°로 형성될 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제 1 일정 비(R1:R2)는 1:1로 형성되어, 상기 R1은 30°, 상기 R2는 30°로 형성될 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제 1 일정 비(R1:R2)는 5:1로 형성되어, 상기 R1은 50°, 상기 R2는 10°로 형성될 수 있다.

상기 용접돌기(4)의 모깎기 시 반경(r)은 상기 헤드부(2)의 직경(D)과 제2 일정 비(D:r)를 이루게 된다.

상기 제2 일정 비는 21:1일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 헤드부(2)의 직경은 21mm, 상기 반경(r)은 1mm로 형성된다.

상기 헤드부(2)의 직경(D)은 상기 용접돌기(4)의 내경과 외경 사이의 폭(E)과 제3 일정 비(D:E)를 이루게 된다.

상기 제3 일정 비는 9:1 내지 8:1일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 용접돌기(4)의 내경과 외경 사이의 폭(E)은 2.5mm로 형성된다.

상기 헤드부(2)의 직경(D)은 상기 접촉면(6)의 외경(G)과 제4 일정 비(D:G)를 이루게 된다.

상기 제4 일정 비는 1.1:1 내지 1.2:1일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 접촉면(6)의 외경(G)은 17mm로 형성된다.

상기 용접단면과 상기 접촉면(6) 사이의 간격(h)은 상기 제2 일정 비와 동일한 비율로 형성된다. 즉, 상기 용접단면과 상기 접촉면(6) 사이의 간격(h)은 상기 헤드부(2)의 직경과 21:1의 비율로 형성되며, 따라서 상기 용접단면과 상기 접촉면(6) 사이의 간격(h)은 1mm로 형성된다.

상기 헤드부(2)의 직경은 상기 체결부(12)의 직경(d)과 제5 일정 비(D:d)를 이루게 된다.

상기 제5 일정 비는 21:10일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 체결부(12)의 직경(d)은 10mm로 형성된다.

도 5에는 종래의 프로젝션 용접 볼트에 따른 압축 강도 결과 실시예가 도시되어 있고, 도 6에는 도 2에 따른 압축 강도 결과 실시예가 도시되어 있으며, 도 7에는 도 3에 따른 압축 강도 결과 실시예가 도시되어 있고, 도 8에는 도 4에 따른 압축 강도 결과 실시예가 도시되어 있다.

도 5를 참조하여 보면, 종래에는 압축강도가 638.37kgf 일 때 모재의 용접면에 버튼파단, 용융파단 및 기공 등의 문제가 발생하는 것을 확인할 수 있다.

반면에, 도 6 내지 도 8을 참조하여 보면, 압축강도가 각각 990kgf, 1372kgf, 774kgf 일 때 볼트의 용접 단면에 버튼파단, 용융파단 및 기공 등의 문제가 발생하는 것을 확인할 수 있다.

즉, 상기와 같이 최적화되어 형성된 프로젝션 용접 볼트의 용접돌기(4) 형상에 의해 용접부의 인장강도를 향상시킬 수 있게 되며, 따라서 이로 인한 용접 불량 문제를 해결할 수 있게 된다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

2 : 헤드부
4 : 용접돌기
6 : 접촉면
8 : 가장자리면
10 : 모서리면
12 : 체결부
R1 : 용접돌기의 일단과 타단 사이의 각도
R2 : 어느 하나의 용접돌기와 어느 하나의 용접돌기와 인접한 다른 하나의 용접돌기 사이의 각도
D : 헤드부의 직경
E : 용접돌기의 내경과 외경 사이의 폭
G : 접촉면의 외경
h : 용접단면과 접촉면 사이의 간격
d : 체결부의 직경

Claims

모재의 용접면에 대응하는 원형상의 용접단면을 형성하며, 상기 용접단면에 복수 개의 용접돌기가 형성되는 헤드부;
상기 용접단면의 중앙부에 수직 방향으로 형성되는 체결부;를 포함하고,
상기 용접돌기는 상기 헤드부의 둘레방향으로 서로 일정 각도 이격되어 복수 개 형성되며,
상기 용접돌기의 일단과 타단 사이의 각도(R1)는 어느 하나의 용접돌기와 상기 어느 하나의 용접돌기와 인접한 다른 하나의 용접돌기 사이의 각도(R2)와 제1 일정 비를 이루고,
상기 용접돌기의 상면과 측면의 모서리부는 모깎기(fillet)되어 형성되며,
상기 모깎기 시 반경은 상기 헤드부의 직경과 제2 일정 비를 이루는 것
을 특징으로 하는 프로젝션 용접 볼트.
제1항에 있어서,
상기 용접돌기는,
상기 용접돌기의 상면이며, 원호형상으로 형성되고, 용접 전 상기 모재의 용접면과 접촉되는 접촉면;
상기 접촉면의 각 가장자리와 상기 용접단면을 연결하며, 상기 모깎기되어 형성되는 가장자리면;
상기 접촉면의 각 모서리와 상기 용접단면을 연결하며, 어느 하나의 가장자리면과 상기 어느 하나의 가장자리면과 인접한 다른 하나의 가장자리면을 연결하고, 상기 모깎기되어 형성되는 모서리면;을 포함하는 것
을 특징으로 하는 프로젝션 용접 볼트.
제2항에 있어서,
상기 제2 일정 비는 21:1인 것을 특징으로 하는 프로젝션 용접 볼트.
제1항에 있어서,
상기 헤드부의 직경은 상기 용접돌기의 내경과 외경 사이의 폭과 제3 일정 비를 이루는 것을 특징으로 하는 프로젝션 용접 볼트.
제4항에 있어서,
상기 제3 일정 비는 9:1 내지 8:1인 것을 특징으로 하는 프로젝션 용접 볼트.
제2항에 있어서,
상기 헤드부의 직경은 상기 접촉면의 외경과 제4 일정 비를 이루는 것을 특징으로 하는 프로젝션 용접 볼트.
제6항에 있어서,
상기 제4 일정 비는 1.1:1 내지 1.2:1인 것을 특징으로 하는 프로젝션 용접 볼트.
제3항에 있어서,
상기 용접단면과 상기 접촉면 사이의 간격은 상기 제2 일정 비와 동일한 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 용접 볼트.
제1항에 있어서,
상기 제 1 일정 비(R1:R2)는 1:1 내지 5:1인 것을 특징으로 하는 프로젝션 용접 볼트.
제10항에 있어서,
상기 제 1 일정 비(R1:R2)는 1.5:1 내지 3:1인 것을 특징으로 하는 프로젝션 용접 볼트.
제1항에 있어서,
상기 용접돌기의 일단과 타단 사이의 각도(R1)와 어느 하나의 용접돌기와 상기 어느 하나의 용접돌기와 인접한 다른 하나의 용접돌기 사이의 각도(R2)의 합은 일정한 것을 특징으로 하는 프로젝션 용접 볼트.