KR20230035418A - 용접 요소 및 용접 요소를 공작물에 연결하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접 방법을 이용하여 공작물에 연결하기 위한 용접 요소(10)에 관한 것으로서, 상기 용접 요소(10)는, 용접 표면(22)과 용접 표면(22)으로부터 이격되어 배열된 정지 표면(24)을 가진 헤드(14), 제1 단부 영역(18)과 제2 단부 영역(20) 사이에서 종축(Xa)을 따라 연장되는 샤프트 형태의 앵커 부분(12)을 포함하되, 제1 단부 영역(18)은 정지 표면(24)에 연결되고, 용접 표면(22)은 균일하고 일정하게 분포된 복수의 뾰족한 돌출부(26)들을 포함한다.

Description

용접 요소 및 용접 요소를 공작물에 연결하기 위한 방법{WELDING ELEMENT AND WELDING METHOD FOR CONNECTING A WELDING ELEMENT TO A WORKPIECE}

본 발명은 용접 방법을 이용하여 공작물에 연결하기 위한 용접 요소, 특히 용접 스터드에 관한 것으로서, 용접 요소는 용접 표면과 용접 표면으로부터 이격되어 배열된 정지 표면(또는 받침 표면)을 가진 헤드, 제1 단부 영역과 제2 단부 영역 사이에서 종축을 따라 연장되는 샤프트 형태의 앵커 부분을 포함하되, 제1 단부 영역은 정지 표면에 연결된다.

또한, 본 발명은 용접 요소를 공작물에 연결하기 위한 용접 방법에 관한 것이다.

자동차의 차체 구성에 있어서, 구성요소들을 결부시키기 위하여 용접 요소들을 사용하는 방법들이 알려져 있다. 이를 위하여, 공지된 방법으로, 예를 들어, 스터드 용접에 의해, 구조물에 고정시키는 용접 스터드가 주로 사용된다. 용접 요소들을 결부시키기 위하여 다양한 용접 기술들, 가령, 아크 스터드 용접이 유용하다. 아크 스터드 용접 방법은 아크 압력 용접 방법 중 한 방법으로서 특정 요소, 가령, 용접 스터드, 핀, 부시(bush), 후크 또는 아이(eye)를 이에 상응하는 더 큰 요소, 가령, 차체 쉬트, 하우징, 공작물 또는 이와 비슷한 것들에 영구적으로 연결하도록 사용된다. 용접 요소의 헤드는 공작물 또는 구성요소에 배열되고 용접된다.

용접 요소 또는 용접 스터드를 공작물 표면에 연결할 때, 용융 및 용접이 균일한지를 확인해야 한다.

DE2227384A1호는 헤드 및 헤드에 연결된 샤프트 형태의 앵커 부분을 포함하는 체결 요소(fastening element)에 관해 기술하고 있다. 이러한 체결 요소는, 구성요소에 연결해야 하는 표면에서, 상기 표면의 중심 주위로 대칭 배열되고 별(star) 형태로 외부를 향해 돌출된 복수의 돌출 부분들을 가진다. JPH0523857호, US2005111932호, DE102013225048호 및 EP1060822호는 플랜지 및 플랜지에 제공된 복수의 돌출부를 가진 요소에 관해 기술하고 있다. 하지만, 이러한 문헌들에 기술되어 있는 돌출부들은 균일하지 않으며 용접 표면에 걸쳐 일정하게 분포되지 않는다. 따라서, 이러한 돌출부들로 인해, 공작물 상에 용접 표면을 균일하고 일정하게 용접할 수 없게 된다.

다수의 기술 분야에서, 공간 절약 문제를 고려함에 따라, 다양한 산업 분야 뿐만 아니라 예를 들어, 자동차를 위한 경량의 차체 재료로서, 다양한 쉬트 두께(두꺼운 쉬트 두께 및 얇은 쉬트 두께)와 최대 1500MPa의 인장강도를 가진 알루미늄 합금 및/또는 고강도 또는 최대강도의 차체 쉬트가 사용되어 왔다. 쉬트의 강도 및 다양한 쉬트 두께는 차체 요소들의 기능에 좌우된다. 각각의 쉬트 두께를 위해 동일한 용접 요소를 사용하는 것이 불가능하기 때문에, 강도를 변경하기가 용이하지 않다.

따라서, 본 발명에서 제기하는 문제는, 용접 요소에 있어서 위에서 언급한 단점들을 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 해결하기 위한 것이다. 특히, 본 발명에서 제기하는 문제는, 용접 요소를 공작물에 간단하면서도 비용-효율적으로 영구적으로 연결하고, 유연성이 향상되며, 쉬트가 관통-용접(through-welding)되는 위험을 줄이고, 용접된 연결 강도가 기존의 용접 요소 및 용접 방법들과 일치하면서도, 균일성이 증가될 수 있는, 용접 요소 및 용접 방법을 제공하기 위한 것이다.

위에서 언급한 문제는 청구항 제1항의 특징들을 가진 용접 스터드(welding stud)에 의해 해결된다.

본 발명은 따르면, 용접 방법을 이용하여 공작물(workpiece)에 연결하기 위한 용접 요소(welding element)는 용접 표면(welding surface)과 용접 표면으로부터 이격되어 배열된 정지 표면(stop surface)을 가진 헤드(head), 제1 단부 영역과 제2 단부 영역 사이에서 종축(longitudinal axis)을 따라 연장되는 샤프트(shaft) 형태의 앵커 부분(anchor portion)을 포함하되, 제1 단부 영역은 정지 표면에 연결되며, 용접 표면은 전체 용접 표면에 걸쳐 균일하고 일정하게 분포된 복수의 뾰족한(pointed) 돌출부들을 포함한다. 따라서, 전체 용접 표면은 돌출부들에 의해 덮힌다(covered).

용어 "뾰족한(pointed)"은 날카롭거나 둥근 끝단(tip)을 가지거나 혹은 날카롭거나 둥근 코너(corner)를 가진 형태를 의미하는 것이다.

이러한 용접 표면의 기하학적 형상(geometry)에 의해, 용접 특성 곡선(welding characteristic curve)가 두꺼운 쉬트 두께 및 얇은 쉬트 두께에 모두 적용될 수 있다. 이러한 기하학적 형상으로 인해, 쉬트 두께가 얇을 경우 관통-용접(through-welding) 위험을 방지할 수 있다.

추가적인 실시예에 따르면, 복수의 돌출부들은 용접 표면에 걸쳐 균일하게 분포된 복수의 일직선을 따라 연장된다. 돌출부들은 평행한 열(parallel row)들로 배열되며 두 그룹의 교차 홈(intersecting groove)들로 분리된다. 두 돌출부들은 명확하게 경계가 분리되며(demarcated), 이러한 종류의 분리는 많은 노력 없이도 형성될 수 있다. 보다 구체적으로는, 돌출부들은 복수의 일직선을 따라 배열된다. 제1 그룹의 홈들은 서로 평행하게 연장된다. 제2 그룹의 홈들은 서로 평행하게 연장된다. 제1 그룹의 홈들은 제2 그룹의 홈들에 대해 수직이다.

한 실시예에서, 용접 표면은 불룩한 부분(bulge)을 형성하며, 돌출부들은 불룩한 부분에 배열된다. 돌출부들은 제한된 영역에 걸쳐 연장되어, 용접 요소의 용접을 간단하게 한다.

추가적인 실시예에서, 불룩한 부분은 원형의 횡단면을 가진다. 불룩한 부분은 종축의 중앙에 위치된다(centered).

한 실시예에서, 각각의 돌출부는 정사각형 베이스(square base)를 포함하는 피라미드(pyramid) 형태를 가진다. 돌출부의 형태로 인해, 효율적이고 표적 방식으로(targeted) 용융될 수 있다. 뿐만 아니라, 돌출부의 형태는 특히 엠보싱(embossing)에 의해 쉽게 형성된다. 또 다른 실시예에서, 돌기부(protuberance) 또는 원뿔형의 올라온 부분(conical raised portion)들도 제공될 수 있다.

한 실시예에서, 각각의 돌출부는 4개의 평평한 횡방향 표면을 포함하며, 2개의 서로 맞은편에 있는 횡방향 표면들은 75° 내지 85° 사이의 각도로 형성된다. 이러한 각도로 인해, 효율적이고 표적 방식으로 용융될 수 있다.

추가적인 실시예에 따르면, 2개의 인접한 돌출부들의 꼭지점(끝단)들은 서로 0.5 밀리미터 내지 2.0 밀리미터 사이의 거리만큼 이격되어 위치된다. 이러한 공간으로 인해, 전체 용접 표면에 걸쳐 균일하게 용융되고 모든 꼭지점들이 효율적으로 점화(ignition)될 수 있다.

한 실시예에서, 돌출부들은 용접 요소가 형성될 때 적절한 냉간 포밍(cold forming) 방법에 의해 제조된다. 돌출부들을 형성하기 위하여 추가적인 단계들은 필요 없다. 돌출부들은 헤드와 일체형으로 구성된다.

또한, 위에서 언급한 문제는 용접 요소를 공작물에 연결하기 위한 용접 방법에 의해 해결되는데, 상기 용접 방법은:

위에 기술된 것과 같이, 용접 요소를 제공하는 단계,

제1 및 제2 표면을 포함하고 특정 쉬트 두께를 가진 공작물을 제공하는 단계,

용접 장치를 제공하는 단계,

공작물의 제1 표면에 용접 요소의 용접 표면을 배열하는 단계,

쉬트 두께에 따라 용접 장치를 작동시키는 단계,

돌출부들 중 적어도 몇몇 부분을 용융하고 용접 요소를 공작물에 대해 가압함으로써(pressing) 용접 요소를 공작물에 용접하는 단계를 포함한다.

한 실시예에서, 돌출부들은 종축을 따라 특정 돌출부 높이를 가지며 상기 돌출부 높이는 쉬트 두께에 따라 결정된다.

한 실시예에서, 공작물의 제2 표면에는 아연 층(zinc layer)이 제공된다. 이러한 종류의 방법은 베이스 재료 뒤에서 아연 층에 최소 영향만을 끼친다.

위에서 언급한 특징들과 밑에 설명하고자 하는 특징들은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도, 서로 관련하여 조합시켜 사용할 수 있을 뿐만 아니라 그 밖의 다른 조합으로도 사용할 수 있거나 또는 분리하여 단독으로 사용할 수 있다는 사실은 자명할 것이다.

본 발명의 실시예들이 첨부도면들에 도시되며, 이 첨부도면들을 참조하여 하기 발명의 상세한 설명에서 보다 상세하게 기술될 것이다. 도면들에서:
도 1은 헤드와 앵커 부분을 포함하는 본 발명에 따른 용접 요소를 개략적으로 도시한 투시도로서, 헤드는 제1 표면 구조물을 가지고;
도 2는 도 1의 용접 요소의 측면도;
도 3은 도 1의 용접 요소의 표면 구조물의 평면도;
도 4는, 공작물의 표면에 배열되고 개략적인 용접 장치를 보여주는, 본 발명에 따른 용접 요소의 한 실시예의 종방향 단면도;
도 5는 추가적인 실시예에 따른 용접 요소의 측면도.

도 1은 용접 스터드(용접 stud)로서 형성되는 용접 요소(10)를 도시하는데, 용접 요소(10)는 샤프트 형태의 앵커 부분(12)과 헤드(14)(또는 스터드 헤드)를 포함한다.

샤프트 형태의 앵커 부분(12)는 본체(16), 제1 및 제2 단부 영역(18, 20)을 가진다.

본체(16)는 제1 단부 영역(18)과 제2 단부 영역(20) 사이에서 종축(Xa)을 따라 연장된다. 앵커 부분(12)의 본체(16)는 각각 원하는 샤프트 형태를 포함할 수 있다. 도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 것과 같이, 본체(16)는 그 길이에 걸쳐 실질적으로 균일한 원형의 횡단면을 가질 수 있다. 그 밖의 다른 실시예들에서, 앵커 부분은 직사각형, 삼각형 또는 둥근 삼각형(trilobular) 형태의 횡단면을 가질 수 있다. 이와 마찬가지로, 그 밖의 다른 실시예들에서, 본체(16)는 그 길이에 걸쳐 균일하지 않을 수도 있다.

도 1에 도시된 용접 요소(10)는 실질적으로 원통형의 연결 요소인 것이 바람직하며, 앵커 부분(12)은 스레드(thread)를 포함한다. 도 1 및 도 2에 따른 용접 요소(10)에 관해 살펴보면, 여기서 도시된 용접 스터드에는 앵커 부분(12)들에서 각각 스레드가 제공되며, 용접 후에, 해당 용접 스터드들에는, 추가적인 요소를 나사고정 하거나 또는 그 밖의 다른 목적을 위해, 스레드 형태의 조립체(threaded assembly)가 제공될 수 있다는 점을 유의해야 한다. 다양한 스레드 형태 및 스레드 크기가 제공될 수 있다.

앵커 부분(12)의 제2 단부 영역(20)은 둥근 것이 바람직하지만, 그 밖의 다른 형태를 가진 단부 영역들도 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 단부 영역에는 커팅 에지(cutting edge)가 제공될 수도 있다.

헤드(14)는 제1 단부 영역(18)으로부터 연장된다. 헤드(14)는 예를 들어 원형이며 헤드 축(Xk)에 대해 동심 배열된다. 예를 들어, 헤드 축(Xk)과 종축(Xa)은 일치한다. 디스크(또는 플랜지) 형태인 헤드(14)는 용접 표면(22)과 상기 용접 표면(22)으로부터 이격되어 배열된 정지 표면(24)을 포함한다. 종축(Xa)을 따라 정지 표면(24)과 용접 표면(22) 사이의 공간은 헤드(14)의 두께를 형성한다. 이 공간이 크면 클수록, 헤드는 점점 더 두꺼워진다. 앵커 부분(12)의 제1 단부 영역(18)은 정지 표면(24)에 연결된다. 헤드(14)는 그 측면 상에서 앵커 부분(12)으로부터 이격되어 배열된 용접 표면(22)을 가진다.

용접 표면(22)은 예를 들어 평면으로 연장된다(또는 비교적 평평하다). 또 다른 실시예에서(도시되지 않음), 용접 표면(22)은 2개의 용접 부분을 가질 수 있는데, 이들은 서로 7° 또는 9°의 각도를 형성한다.

도 2에 도시된 것과 같이, 정지 표면(24)은 예를 들어 앵커 부분의 직경보다 큰 헤드 직경(Dk)을 가진다. 또한, 용접 표면은 원형일 수 있으며 용접 직경(Ds)을 가질 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같이, 헤드 직경(Dk)과 용접 직경(Ds)은 일치할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 헤드 직경(Dk)은 도 4에 도시된 것과 같이 용접 직경(Ds)보다 클 수 있다. 이 경우, 용접 표면(22)은 정지 표면(24)의 중앙에 위치될 수 있도록 제공될 수 있다.

도 5에 도시된 것과 같이, 또 다른 실시예에서, 용접 표면(22)은 고리 형태일 수 있으며(annular), 헤드 축(Xk)에 대해 동심 배열된 리세스(48)를 정지 표면이 포함하도록 칼라(collar)를 형성할 수 있다.

도 1, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5에서 볼 수 있듯이, 헤드(14)의 용접 표면(22)은 수평이지(level) 않으며 복수의 돌출부(26)들이 제공된다.

특히, 용어 "돌출부(projection)"는, 올라온 부분, 툭 튀어나온 부분(hump) 등과 같이, 용접 표면(22)으로부터 돌출된 헤드 부분을 의미하는 것이다.

돌출부(26)는 뾰족하다. "뾰족하다(pointed)"는 의미는, 모서리, 끝단 또는 코너 부분을 형성하는 형태를 의미하는 것이다. 돌출부(26)의 꼭지점(28)들은 날카롭거나 둥글 수도 있다. 바람직하게는, 돌출부(26)의 꼭지점(28)들은 보관 및 이동을 용이하게 하기 위하여 둥글게 형성된다. 특히, 둥근 꼭지점들을 가진 용접 요소들은 이동을 위한 포장(packaging)을 손상시키지 않는다. 돌출부들은 돌출부의 자유 단부(free end)를 형성한다. 돌출부는 꼭지점으로부터 베이스(30)까지 종축(Xa)을 따라 연장되는데, 베이스(30)는 헤드의 지지부(support)에 배열된다. 지지부는 꼭지점보다 넓다.

돌출부(26)들은 전기 아크(electric arc)에서 용융될 수 있는 재료로 제조된다.

돌출부(26)들은 용접 표면(22)에 균일하게 분포될 수 있도록 배열된다. 각각의 돌출부(26)는 예를 들어 실질적으로 피라미드 형태를 가지며, 정사각형의 베이스(30) 및 꼭지점(28)을 형성하는 4개의 실질적으로 평평한 횡방향 표면(32)들을 포함한다. 4개의 횡방향 표면(32)들은 수렴되어(converge) 꼭지점(28)을 형성한다.

바람직하게는, 2개의 서로 맞은편에 있는 횡방향 표면(32)들이 70° 내지 90° 사이, 특히, 75° 내지 85° 사이의 각도(α)로 형성된다. 2개의 서로 맞은편에 있는 횡방향 표면(32)들은 약 80°의 각도(α)로 형성될 수 있다. 이러한 각도로 인해, 돌출부들이 바람직하게 분포될 수 있으며, 그와 동시에 간단하게 용접 요소(또는 용접 표면)가 형성될 수 있다.

돌출부(26)의 2개의 서로 맞은편에 있는 횡방향 표면(32)들 사이의 각도(α)는 그 밖의 다른 2개의 서로 맞은편에 있는 횡방향 표면(32)들 사이의 각도(α)와 동일하거나 상이할 수 있다. 2개의 서로 인접한 돌출부(26)(특히, 2개의 인접한 돌출부(26)들의 두 꼭지점(28)들) 사이의 거리는 0.5 밀리미터(mm) 내지 2.0 밀리미터(mm) 사이일 수 있다.

또 다른 실시예에서(도시되지 않음), 각각의 돌출부는 돌기부(protuberance) 또는 원뿔형의 올라온 부분들을 포함한다.

각각의 돌출부(26)는 종축(Xa)을 따라 돌출부 높이(Hv)를 가진다. 모든 돌출부(26)들의 돌출부 높이(Hv)는 똑같을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 돌출부(26)들은 상이한 돌출부 높이(Hv)를 가진다. 예를 들어, 돌출부 높이(Hv)는 0.2 내지 1.1 밀리미터(mm) 사이, 특히 0.3 내지 1.0 밀리미터(mm) 사이일 수 있다. 돌출부 높이(Hv)은 바람직하게는 0.3 밀리미터일 수 있다.

돌출부(26)들은 도 3에 도시된 것과 같이 평행한 열(parallel row)들로 배열된다. 바람직하게는, 돌출부(26)들은 두 그룹의 교차 홈(34a, 34b)(또는 라인)들로 분리된다. 제1 그룹의 홈(34a)(또는 라인)들은 제2 그룹의 홈(34b)(또는 라인)들에 대해 수직으로 배열될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 그룹의 홈(34a)(또는 라인)들은 제2 그룹의 홈(34b)과 90°보다 크거나 90°보다 작은 각도(β)를 형성할 수도 있다.

돌출부(26)들은 실질적으로 와플(waffle) 형태의 패턴을 형성한다. 돌출부(26)들은 상이한 구배(gradient), 깊이(depth) 및 연장선(extension)을 가질 수 있도록 배열될 수 있다.

용접 표면(22)은 예를 들어 불룩한 부분(36)을 형성하며, 돌출부(26)들은 이 불룩한 부분(36)에 배열될 수 있다. 예를 들어, 불룩한 부분(36)은 원형의 횡단면을 가진다. 불룩한 부분(36)은 종축(Xa)의 중앙에 위치될 수 있도록 배열될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 용접 요소(10)는 불룩한 부분을 포함하지 않으며, 용접 표면(22)은 정지 표면의 맞은편에 있는 평평한 평면을 형성한다.

추가적인 실시예에서, 용접 표면(22)은 고리 형태이며 돌출부(26)들은 헤드 축(Xk) 주위로 칼라를 형성한다.

용접 요소(10)는 예를 들어 단일 재료로 제조된다. 그 밖의 다른 실시예들에서, 용접 요소(10)는 복수의 재료들로 구성될 수 있다. 용접 요소(10)는 바람직하게는 스틸 또는 스테인리스 스틸로 제조된다. 그 밖의 금속, 가령, 알루미늄 또는 그 밖의 다른 재료들도 사용될 수 있다. 용접 요소(10)는 예를 들어, 냉간 포밍(cold forming)에 의해 제조되며, 돌출부(26)들은 냉간 포밍 동안 제조된다. 돌출부들은 예를 들어 엠보싱(embossing)에 의해 형성된다.

용접 요소는 복수의 단계들로 제조될 수 있다. 예를 들어, 표면이 제1 단계에서 압출된다. 제2 단계에서, 용접 직경에 프레싱 공정(pressing operation)이 수행될 수 있다. 제3 단계에서, 예를 들어, 엠보싱 공구(embossing tool)를 사용하여, "와플" 형태의 패턴(또는 돌출부(26)들)이 프레싱될 수 있다.

용접 요소(10)는 일체형으로 구성될 수 있거나 또는 모노리식(monolithic)으로 구성될 수 있으며, 그에 따라 특히 앵커 부분(12) 및 상응하는 돌출부(26)들을 포함하는 헤드(14)도 용접 요소(10)를 형성하기 위하여 하나의 구성요소(또는 공작물)로 제조된다.

그 밖의 다른 실시예들에서, 용접 요소(10)는 다중 부분(multiple part)들을 가질 수 있다.

용접 요소(10)는 용접 방법(특히 아크 용접)에 의해 공작물(38)에 연결될 수 있다. 공작물(38)은 차체 쉬트(vehicle body 쉬트)이며, 제1 표면(40)과 제2 표면(42)을 포함하고, 쉬트 두께(Tb)를 가진다. 공작물(38)은 다양한 용접가능한 재료, 가령, 금속 또는 합금 또는 그 밖의 다른 재료들로 제조될 수 있다.

제1 표면(40)은 연결 부분(44)을 포함한다. 예를 들어, 아연 층(또는 또 다른 표면 층, 가령, 페인트 코트(paint coat), 부식 방지 층 등)이 공작물(38)의 제2 표면(42)에 제공될 수 있다.

제1 단계에서, 용접 요소(10)는 연결 부분(44) 영역에 배열된다. 공정에서, 돌출부(26)들과 특히 돌출부(26)들의 한 꼭지점(원위 지점)(28)이 적어도 부분적으로 공작물(38)의 연결 부분(44)과 접촉하게 된다. 하지만, 상기 꼭지점(28)으로 인해 발생되는, 용접 요소와 공작물 사이의 접촉 영역은 복수의 꼭지점 접촉 영역들에 분포되어 연속적이지 못하다. 이에 따라, 용접 요소(10)가 공작물(38)에 배열될 때 전체 용접 표면에 걸쳐 압축력(compressive force)이 더 잘 분포될 수 있다. 앵커 부분(12)은 용접 요소(10)의 헤드(14)의 정지 표면(24)으로부터 멀어지는 방향을 향해 연장된다.

용접 요소(10)와 공작물(38)은 각각 전기를 공급하기 위하여 전력선(power line)에 의해 전력 공급원(power source)에 연결된다. 돌출부(26)들은 공작물(38)의 연결 부분(44)과 함께 배열되거나 연결 부분(44)과 접촉되어 폐전류회로(closed current circuit)를 형성하며, 상기 폐전류회로에 의해 아크가 형성될 수 있다. 이러한 종류의 용접 방법들에서, 바이어스 전류(bias current)와 메인 전류(main current)가 사용된다. 용접 공정에서 필요한 전압은 공작물(38)과 용접 요소의 재료, 및 요소들의 크기에 좌우된다.

용접 요소(10)는 처음에는 공작물(38) 상에 배열된다. 용접 요소가 배열되면(또는 배열되고 난 뒤) 바이어스 전류가 작동된다. 전류 흐름으로 인해, 공작물(38)과 용접 요소(10) 사이의 직접적인 접촉 영역(즉 공작물(38)과 꼭지점(28) 사이의 접촉 영역)은 가열된다. 그 뒤, 용융 상태(melting phase)를 시작하기 위하여, 메인 전류가 작동된다. 이는 결합 영역(joining zone)에 의해 구현된다(initialized). 용접 요소는 공작물(38)에 대해 가압된다(pressed). 용융부의 결정화(crystallization)에 의해 연결이 수행된다.

용접 영역은 용접 표면(22)의 기하학적 형상(geometry)에 의해(즉 돌출부들에 의해) 확대된다(expanded). 돌출부들로 인해, 전체 용접 표면에 걸쳐 용접 에너지를 효율적으로 분포할 수 있다. 돌출부의 형태로 인해, 용융이 돌출부의 꼭지점으로부터 베이스까지 구현되게 한다. 돌출부의 형태는 전체 용접 표면에 걸쳐 용융이 균일하게 분포될 수 있게 하며, 헤드의 용융 깊이도 가능한 균일하게 할 수 있다. 꼭지점들은 특히 용접 공정의 시작부에서 용융되어야 한다. 용접 에너지는 돌출부에서 종축(Xa)을 따라 정지 표면을 향해 분포될 것이다. 용융은 전체 용접 표면에 걸쳐 종축(Xa)을 따라 돌출부의 베이스가 배열되는 평평한 평면까지 분포된다. 균일하게 분포된 뾰족한 돌출부들은 아크가 용접 표면에서 안정적으로 연소될 수 있게 한다. 따라서, 아크가, 조절되지 않고 외부를 향해 움직이는 것이 방지될 수 있다.

용접 방법(특히 용접 방법의 변수들, 가령, 요구 에너지 및 공정 길이)은 오직 돌출부(26)의 꼭지점(28)(또는 특정 돌출부 높이(Hv))이 용융되도록 선택될 수 있다. 이는, 완전히 관통-용접(through-welding) 없이도, 얇은 쉬트 두께를 가진 공작물(38)과 용접 요소(10)(또는 용접 스터드) 사이에 결합 연결을 형성하기에 충분할 수 있다. 용접 방법(특히 용접 방법의 변수들, 가령, 요구 에너지 및 공정 길이)는 모든 돌출부(26)들과 지지 부분이 용융되도록 선택될 수 있다. 특히, 용융되는 지지부의 깊이는 쉬트 두께에 좌우된다.

쉬트 두께는 예를 들어 0.5 내지 3 밀리미터 사이일 수 있다. 예를 들어, 쉬트의 두께는 0.5 내지 2 밀리미터 사이일 수 있다. 얇은 쉬트는 0.5 내지 0.7 밀리미터 사이의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 두꺼운 쉬트는 0.8 내지 2 밀리미터 사이의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 두꺼운 재료(쉬트)를 용접할 때, 결합되어야 하는 부분들을 충분히 용융하고 그에 따라 충분한 연결을 형성하기 위하여, 가공 에너지가 증가되거나 및/또는 용접 시간이 연장된다.

공작물(38)의 두께에 따라, 용접 방법의 변수들을 자동으로 조절하기 위하여, 조절 장치가 제공된다. 특히, 공작물(38)의 두께는 센서에 의해 측정되고, 용접 장치(46)의 전압은 공작물의 관통-용접이 방지되고 용접이 최적화되도록 조절 장치에 의해 조절된다.

Claims (11)

1. 용접 방법을 이용하여 공작물에 연결하기 위한 용접 요소(10)에 있어서,
   상기 용접 요소(10)는:
   용접 표면(22)과 용접 표면(22)으로부터 이격되어 배열된 정지 표면(24)을 가진 헤드(14), 및
   제1 단부 영역(18)과 제2 단부 영역(20) 사이에서 종축(Xa)을 따라 연장되는 샤프트 형태의 앵커 부분(12)을 포함하되, 제1 단부 영역(18)은 정지 표면(24)에 연결되고,
   용접 표면(22)은 균일하고 일정하게 분포된 복수의 뾰족한 돌출부(26)들을 포함하며, 각각의 돌출부(26)는 정사각형 베이스를 포함하는 피라미드 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 공작물에 연결하기 위한 용접 요소(10).
2. 제1항에 있어서, 복수의 돌출부(26)들은 용접 표면에 걸쳐 균일하게 분포된 복수의 일직선을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 공작물에 연결하기 위한 용접 요소(10).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 돌출부(26)들은 평행한 열(parallel row)들로 배열되며 두 그룹의 교차 홈(34a, 34b)들로 분리되고, 제1 그룹의 홈(34a)들은 서로 평행하게 연장되며, 제1 그룹의 홈(34a)들은 제2 그룹의 홈(34b)들에 대해 수직인 것을 특징으로 하는 공작물에 연결하기 위한 용접 요소(10).
4. 제1항에 있어서, 용접 표면(22)은 불룩한 부분(36)을 형성하며, 돌출부(26)들은 불룩한 부분(36)에 배열되는 것을 특징으로 하는 공작물에 연결하기 위한 용접 요소(10).
5. 제4항에 있어서, 불룩한 부분(36)은 원형의 횡단면을 가지며, 불룩한 부분(36)은 종축(Xa)의 중앙에 위치되는 것을 특징으로 하는 공작물에 연결하기 위한 용접 요소(10).
6. 제1항에 있어서, 각각의 돌출부(26)는 돌출부(26)의 꼭지점(28)을 형성하는 4개의 평평한 횡방향 표면을 포함하며, 2개의 서로 맞은편에 있는 횡방향 표면(32)들은 75° 내지 85° 사이의 각도(α)로 형성되는 것을 특징으로 하는 공작물에 연결하기 위한 용접 요소(10).
7. 제1항에 있어서, 돌출부(26)들은 0.3 내지 1.0 밀리미터(mm) 사이의 돌출부 높이(Hv)를 가지는 것을 특징으로 하는 공작물에 연결하기 위한 용접 요소(10).
8. 제1항에 있어서, 2개의 인접한 돌출부(26)들의 꼭지점들은 서로 0.5 밀리미터 내지 2.0 밀리미터 사이의 거리만큼 이격되어 위치되는 것을 특징으로 하는 공작물에 연결하기 위한 용접 요소(10).
9. 용접 요소(10)를 공작물(38)에 연결하는 용접 방법에 있어서,
   상기 방법은:
   제1항에 따른 용접 요소(10)를 제공하는 단계,
   제1 및 제2 표면(40, 42)을 포함하고 쉬트 두께(Tb)를 가진 공작물(38)을 제공하는 단계,
   용접 장치(46)를 제공하는 단계,
   공작물(38)의 제1 표면(40)에 용접 요소(10)의 용접 표면(22)을 배열하는 단계,
   쉬트 두께(Tb)에 따라 용접 장치(46)를 작동시키는 단계,
   돌출부(26)들 중 적어도 몇몇 부분을 용융하고 용접 요소를 공작물에 대해 가압함으로써 용접 요소(10)를 공작물(38)에 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 요소(10)를 공작물(38)에 연결하는 용접 방법.
10. 제9항에 있어서, 돌출부(26)들은 종축(Xa)을 따라 특정 돌출부 높이(Hv)를 가지며, 용융되어야 하는 돌출부 높이(Hv)는 쉬트 두께(Tb)에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 용접 요소(10)를 공작물(38)에 연결하는 용접 방법.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 공작물(38)의 제2 표면(42)에는 아연 층이 제공되는 것을 특징으로 하는 용접 요소(10)를 공작물(38)에 연결하는 용접 방법.

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