KR20230133631A - 이종 소재 접합 장치 및 이종 소재 접합 방법 - Google Patents

이종 소재 접합 장치 및 이종 소재 접합 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230133631A
KR20230133631A KR1020220030848A KR20220030848A KR20230133631A KR 20230133631 A KR20230133631 A KR 20230133631A KR 1020220030848 A KR1020220030848 A KR 1020220030848A KR 20220030848 A KR20220030848 A KR 20220030848A KR 20230133631 A KR20230133631 A KR 20230133631A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rivet
plate
upper electrode
material joining
dissimilar material
Prior art date
Application number
KR1020220030848A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102622160B1 (ko
Inventor
감동혁
이태현
황인성
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020220030848A priority Critical patent/KR102622160B1/ko
Publication of KR20230133631A publication Critical patent/KR20230133631A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102622160B1 publication Critical patent/KR102622160B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/10Spot welding; Stitch welding
    • B23K11/11Spot welding
    • B23K11/115Spot welding by means of two electrodes placed opposite one another on both sides of the welded parts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/002Resistance welding; Severing by resistance heating specially adapted for particular articles or work
    • B23K11/004Welding of a small piece to a great or broad piece
    • B23K11/0066Riveting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/003Cooling means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B19/00Bolts without screw-thread; Pins, including deformable elements; Rivets
    • F16B19/04Rivets; Spigots or the like fastened by riveting
    • F16B19/06Solid rivets made in one piece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/18Sheet panels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)

Abstract

본 발명은 서로 다른 소재로 형성되는 판재를 견고하게 결합시킬 수 있는 이종 소재 접합 장치 및 이종 소재 접합 방법에 관한 것으로서, 원기둥 형상으로 형성되고, 제 1 판재와 제 2 판재가 적어도 일부분이 겹쳐지도록 안착되는 지그의 하방에 설치되는 하부 전극과, 원기둥 형상으로 형성되고, 상기 지그를 기준으로 상기 하부 전극과 상하로 대향되게 형성될 수 있도록, 상기 지그의 상방에 설치되는 상부 전극 및 상기 하부 전극과 상기 상부 전극의 통전에 따른 상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재의 접합 개시 전까지 상기 이종 소재 접합 리벳이 상기 상부 전극의 중심축과 대응되는 정위치에서 임시 홀딩될 수 있도록, 상기 상부 전극 측에 설치되어 상기 상부 전극의 중심축과 상기 이종 소재 접합 리벳의 중심축이 일치하도록 상기 상부 전극의 하측에서 상기 이종 소재 접합 리벳을 탄성적으로 홀딩하는 리벳 공급부를 포함할 수 있다.

Description

이종 소재 접합 장치 및 이종 소재 접합 방법{Dissimilar material bonding device and dissimilar material bonding method}
본 발명은 이종 소재 접합 장치 및 이종 소재 접합 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 서로 다른 소재로 형성되는 판재를 견고하게 결합시킬 수 있는 이종 소재 접합 장치 및 이종 소재 접합 방법에 관한 것이다.
자동차 산업은 화석연료의 고갈로 인해 차량 연비 규제 기준 강화를 위한 연구를 진행하고 있으며, 경량 재료인 알루미늄(Al) 합금에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 따라, 차체에 알루미늄 소재를 적용하기 위해, 기존의 고장력강 부품들과 조립을 위한 이종 소재 접합 기술에 대한 중요성이 점점 대두되고 있다.
일반적으로, 알루미늄 합금은 열전도도와 비열이 높고, 전기저항이 낮아 기존의 저항 점용접(Resistance Spot Welding)을 적용하기에는 많은 어려움이 있어, 이를 대체할 수 있는 접합 방법에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 최근에 들어서는 SPR(Self Piercing Rivet) 공법이나, REW(Resistance Element Welding) 공법과 같은 이종 소재 접합에 관한 기술 개발이 지속되고 있다.
그러나, 이러한 종래의 이종 소재 접합 공법으로 이용되고 있는 SPR 공법은, 리벳으로 자가 천공을 하는 방식으로서 초고강도강이나 고강도 알루미늄과 같은 고강도 소재의 적용에는 한계가 있다는 문제점이 있었다. 또한, REW 공법의 경우, 판재를 천공한 후 리벳을 삽입하는 공정과 리벳을 이용하여 저항 용접을 하는 공정이 각각 다른 장비에서 이루어지는 투-스텝(Two-Step) 공정으로 이루어져 생산효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 리벳팅과 저항 용접이 원-스텝(One-step) 공정으로 이루어져 이종 소재를 높은 생산효율로 접합할 수 있는 이종 소재 접합 장치 및 이종 소재 접합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이종 소재 접합 장치가 제공된다. 상기 이종 소재 접합 장치는, 서로 다른 소재로 형성되어 상하로 적층된 제 1 판재와 제 2 판재를 이종 소재 접합 리벳을 이용한 저항 용접으로 접합하는 이종 소재 접합 장치에 있어서, 원기둥 형상으로 형성되고, 상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재가 적어도 일부분이 겹쳐지도록 안착되는 지그의 하방에 설치되는 하부 전극; 원기둥 형상으로 형성되고, 상기 지그를 기준으로 상기 하부 전극과 상하로 대향되게 형성될 수 있도록, 상기 지그의 상방에 설치되는 상부 전극; 및 상기 하부 전극과 상기 상부 전극의 통전에 따른 상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재의 접합 개시 전까지 상기 이종 소재 접합 리벳이 상기 상부 전극의 중심축과 대응되는 정위치에서 임시 홀딩될 수 있도록, 상기 상부 전극 측에 설치되어 상기 상부 전극의 중심축과 상기 이종 소재 접합 리벳의 중심축이 일치하도록 상기 상부 전극의 하측에서 상기 이종 소재 접합 리벳을 탄성적으로 홀딩하는 리벳 공급부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 리벳 공급부는, 상기 상부 전극의 중간 부분에서 상기 상부 전극을 기준으로 그 위치가 고정적으로 설치되는 고정 블록; 상기 고정 블록의 하측에서 상기 상부 전극을 기준으로 슬라이딩 이동 가능하도록, 상기 상부 전극의 하단 인근 부분에 이동 가능하게 설치되는 가동 블록; 상기 가동 블록이 상기 상부 전극을 따라 슬라이딩 이동 가능하도록, 상기 고정 블록의 양측과 상기 가동 블록의 양측을 연결하는 한 쌍의 가동 브라켓; 및 상기 한 쌍의 가동 브라켓의 하단부에 설치되어 상기 이종 소재 접합 리벳의 머리부의 양측을 탄성적으로 가압하여 홀딩하는 한 쌍의 파지 브라켓;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고정 블록은, 육면체 형상의 블록으로 형성되고, 관통된 상기 상부 전극을 기준으로 고정될 수 있도록 중심부에 고정용 관통홀부가 형성되고, 상기 가동 블록은, 상기 고정 블록의 단면적과 동일한 형상의 단면적을 가지는 육면체 형상의 블록으로 형성되고, 관통된 상기 상부 전극을 기준으로 슬라이딩 이동될 수 있도록 중심부에 이동용 관통홀부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 한 쌍의 가동 브라켓은, 사각의 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 가동 블록과 함께 상기 상부 전극을 기준으로 슬라이딩 이동될 수 있도록, 상기 가동 블록의 측면에 돌출되게 결합되는 제 1 고정구가 삽입되는 제 1 홀부가 정원(正圓) 형상으로 형성되고, 상기 고정 블록의 측면에 돌출되게 결합되는 제 2 고정구가 삽입되는 제 2 홀부가 슬라이딩 이동 방향으로 길게 형성되는 슬롯(Slot) 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 한 쌍의 파지 브라켓은, 사각의 블록체로서, 상기 이종 소재 접합 리벳의 상기 머리부의 일측의 적어도 일부분을 수용하여 가압할 수 있도록, 상기 머리부의 원주면의 적어도 일부분과 대응되는 원호 형상으로 오목하게 형성되는 수용홈부 및 상기 상부 전극의 하단부와 접촉할 수 있도록, 상기 수용홈부의 상측에 상기 수용홈부 보다 작은 지름의 원호 형상으로 오목하게 형성되는 접촉홈부가 일측에 형성되는 파지 블록; 상기 파지 블록이 상기 한 쌍의 파지 브라켓의 하단부에서 상기 가동 블록의 슬라이딩 이동 방향과 수직한 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치될 수 있도록, 봉 형상으로 적어도 하나가 상기 파지 블록의 타측에 돌출되게 형성되고, 상기 한 쌍의 파지 브라켓의 하단부를 관통하도록 형성되는 슬라이딩 봉; 및 상기 슬라이딩 봉에 삽입되어, 상기 한 쌍의 파지 브라켓과 멀어지는 방향으로 상기 파지 블록에 압축 탄성력을 인가하는 제 1 탄성 부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 한 쌍의 파지 브라켓은, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극의 통전에 따른 상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재의 접합 시, 상기 상부 전극의 하단부와 상기 파지 블록의 상기 접촉홈부의 접촉에 의해 각각의 상기 파지 블록이 서로 멀어지는 방향으로 슬라이딩 이동함으로써, 상기 이종 소재 접합 리벳에 가해지는 탄성 가압력을 해제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 리벳 공급부는, 상기 고정 블록과 상기 가동 블록 사이에 위치할 수 있도록 상기 상부 전극에 삽입되어, 상기 고정 블록과 멀어지는 방향으로 상기 가동 블록에 압축 탄성력을 인가하는 제 2 탄성 부재;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 리벳 공급부는, 사각의 플레이트 형상으로 형성되어, 상기 한 쌍의 가동 브라켓의 양측면을 연결할 수 있도록 상기 가동 블록의 전방 및 후방 중 적어도 어느 하나 이상에 설치되고, 상기 상부 전극과 상기 리벳 공급부의 하강 시, 상기 지그에서 상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재의 측면의 적어도 일부분을 감싸도록 돌출되게 형성된 돌출턱부와 접촉하여, 상기 제 2 탄성 부재에 의해 상기 고정 블록과 멀어지는 방향으로 압축 탄성력을 받는 상기 가동 블록을 상기 고정 블록과 가까워지는 방향으로 이동시키는 가동 플레이트;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 이종 소재 접합 리벳은, 제 1 지름의 원기둥 형상으로 형성되는 몸체부; 플랜지 형상을 이룰 수 있도록, 상기 몸체부의 상단에 상기 몸체부와 일체형으로 상기 제 1 지름 보다 큰 제 2 지름의 원기둥 형상으로 형성되는 머리부; 및 상기 머리부의 상면으로부터 상기 머리부 구간은 전체 관통하고 상기 몸체부의 적어도 일부 구간을 부분 관통하도록 상기 제 1 지름 보다 작은 제 3 지름의 원기둥 형상으로 형성되어, 상기 몸체부 및 상기 머리부의 중심부에 형성되는 코어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 몸체부 및 상기 머리부는, 금속 소재인 제 1 소재로 형성되고, 상기 코어부는, 상기 제 1 소재 보다 전기 전도성이 높은 금속 소재인 제 2 소재로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 몸체부 및 상기 머리부는, 스틸(Steel) 소재로 형성되고, 상기 코어부는, 상기 스틸 소재 보다 전기 전도성이 높은 구리(Cu) 소재로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 코어부는, 상기 몸체부의 하단 영역의 적어도 일부분에 소정 두께의 저항열 발생 영역이 형성될 수 있도록, 상기 머리부로부터 상기 몸체부의 적어도 일부분을 부분 관통하도록 형성되어, 그 하단부가 상기 몸체부의 하면으로부터 소정의 수직 방향 이격 거리를 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 수직 방향 이격 거리는, 상기 코어부의 외주면으로부터 상기 몸체부의 외주면까지의 수평 방향 이격 거리 보다 짧은 거리로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 판재는, 스틸(Steel) 소재로 형성되고, 상기 지그 상에서 상기 제 1 판재의 상방에 적층되는 상기 제 2 판재는, 알루미늄(Al) 소재로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이종 소재 접합 방법이 제공된다. 상기 이종 소재 접합 방법은, 상기 지그에 상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재를 순차적으로 안착시키는 판재 안착 단계; 상기 리벳 공급부에 상기 이종 소재 접합 리벳을 탄성적으로 홀딩시키는 리벳 피딩 단계; 상기 상부 전극 및 상기 리벳 공급부를 하강시켜 상기 정위치에서 상기 상부 전극과 상기 이종 소재 접합 리벳을 접촉시킨 후, 상기 이종 소재 접합 리벳의 가압과 동시에 제 1 전류를 인가하는 예비 가열 단계; 상기 상부 전극으로 상기 이종 소재 접합 리벳의 가압과 동시에 상기 제 1 전류 보다 높은 제 2 전류를 인가하는 리벳 용접 단계; 및 상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재의 접합이 완료된 후, 상기 상부 전극 및 상기 리벳 공급부를 상승시키고, 상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재의 접합 부위를 냉각시키는 냉각 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 예비 가열 단계에서, 상기 상부 전극으로부터 인가되는 상기 제 1 전류에 의해, 상기 이종 소재 접합 리벳의 저항열 발생 영역이 제 1 온도로 발열하여 상기 제 2 판재의 적어도 일부분을 용융시킴으로써, 상기 이종 소재 접합 리벳이 상기 제 2 판재를 천공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 리벳 용접 단계에서, 상기 제 2 판재를 천공한 상기 이종 소재 접합 리벳이 상기 제 1 판재와 접촉한 후, 상기 상부 전극으로부터 인가되는 상기 제 2 전류에 의해, 상기 이종 소재 접합 리벳의 상기 저항열 발생 영역이 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도로 발열하여 상기 제 1 판재의 적어도 일부분을 용융시킴으로써, 상기 이종 소재 접합 리벳과 상기 제 1 판재 간의 저항 점 용접이 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 예비 가열 단계에서, 상기 이종 소재 접합 리벳의 상기 저항열 발생 영역은, 알루미늄(Al) 소재로 형성되는 상기 제 2 판재의 용융점 보다는 높고 스틸(Steel) 소재로 형성되는 상기 제 1 판재의 용융점 보다는 낮은 상기 제 1 온도로 발열하고, 상기 리벳 용접 단계에서, 상기 이종 소재 접합 리벳의 상기 저항열 발생 영역은, 상기 스틸(Steel) 소재로 형성되는 상기 제 1 판재의 용융점 보다 높은 상기 제 2 온도로 발열할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 중심부에 구리 소재로 형성되는 코어부가 삽입된 이종 소재 접합 리벳과, 이러한 이종 소재 접합 리벳을 서로 다른 소재로 형성되는 제 1 판재와 제 2 판재의 접합 개시 전까지 정위치에서 탄성적으로 홀딩할 수 있는 이종 소재 접합 장치를 이용하여, 이종 소재의 접합 공정을 진행함으로써, 리벳팅과 저항 점용접이 하나의 장비에서 원-스텝(One-Step)으로 이루어질 수 있으므로, 초고강도 강이나 고강도 알루미늄에도 용이하게 적용할 수 있으며, 이종 소재 접합의 생산성을 향상시키는 효과를 가질 수 있다.
또한, 저항 점용접의 개시 전까지 이종 소재 접합 리벳을 탄성적으로 홀딩할 수 있는 리벳 공급부를 기존의 저항 점 용접 시스템에 장착하여 활용이 가능하므로, 새로운 장비 도입으로 인한 비용 소모를 방지할 수 있고, 기존 조립 공정에 적용하는 데 어려움이 없으므로, 기존 공정을 유지하면서도 이종 소재의 접합이 가능한 이종 소재 접합 장치 및 이송 소재 접합 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 이종 소재 접합 장치의 상면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 절취선 "A-A"를 따라 취한 단면을 개략적으로 나타내는 절단 단면도이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 이종 소재 접합 장치에서 사용되는 이종 소재 접합 리벳의 실시예들을 나타내는 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 소재 접합 방법을 순서대로 나타내는 순서도이다.
도 7 내지 도 12는 도 6의 이종 소재 접합 방법의 각 단계를 도 3의 "C"부분을 확대한 모습 또는 도 3의 절취선 "B-B"를 따라 취한 단면을 기준으로 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
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 이종 소재 접합 장치(1000)를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 이종 소재 접합 장치(1000)의 상면을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 3은 도 2의 절취선 "A-A"를 따라 취한 단면을 개략적으로 나타내는 절단 단면도이고, 도 4 및 도 5는 도 1의 이종 소재 접합 장치(1000)에서 사용되는 이종 소재 접합 리벳(100, 110)의 실시예들을 나타내는 단면도들이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 장치(1000)는, 서로 다른 소재로 형성되어 상하로 적층된 제 1 판재(1)와 제 2 판재(2)를 이종 소재 접합 리벳(100)을 이용한 저항 용접으로 접합하는 장치로서, 크게, 하부 전극(200)과, 상부 전극(300) 및 리벳 공급부(400)를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 하부 전극(200)은, 원기둥 형상으로 형성되고, 제 1 판재(1)와 제 2 판재(2)가 적어도 일부분이 겹치도록 안착되는 지그(500)의 하방에 설치되고, 상부 전극(300)은, 원기둥 형상으로 형성되고, 지그(500)를 기준으로 하부 전극(200)과 상하로 대향되게 형성될 수 있도록, 지그(500)의 상방에 설치될 수 있다.
예컨대, 하부 전극(200) 및 상부 전극(300)은, 종래의 저항 점 용접 장치에서 사용되는 것과 동일한 구성으로서, 하부 전극(200) 및 상부 전극(300)을 이용하여 제 1 판재(1) 및 제 2 판재(2)를 겹쳐진 상태로 고정시킨 후, 하부 전극(200)과 상부 전극(300) 사이에 위치한 이종 소재 접합 리벳(100)을 통해 전류를 흐르게 함으로써, 이종 소재 접합 리벳(100) 내부에서 발생한 저항열에 의해, 판재(1, 2)의 접합면을 용융시킴과 동시에 압력을 가해 접합부를 형성할 수 있다.
더욱 구체적으로, 본 발명의 이종 소재 접합 장치(1000)는, 종래의 저항 점 용접 장치의 하부 전극(200) 및 상부 전극(300)에 이종 소재 접합 리벳(100)을 이용하여, 스틸(Steel) 소재로 형성되는 제 1 판재(1)와, 지그(500) 상에서 제 1 판재(1)의 상방에 적층되는 알루미늄(Al) 소재로 형성되는 제 2 판재(2), 즉 서로 다른 이종의 소재를 접합하기 위한 장치일 수 있다.
이러한, 이종 소재 접합 장치(1000)는, 우선, 하부 전극(200)과 상부 전극(300) 간의 통전으로 이종 소재 접합 리벳(100)의 내부에서 발생한 저항열을 이용해 상측에 적층된 알루미늄 소재의 제 2 판재(2)를 용융시킴으로써 천공하여 리벳팅할 수 있다. 이어서, 제 2 판재(2)를 천공한 후 제 1 판재(1)와 접촉한 이종 소재 접합 리벳(100)에 다시 더 큰 저항열을 발생시켜, 이종 소재 접합 리벳(100)과 제 1 판재(1)의 접합면을 용융시킴과 동시에 압력을 가해 접합부를 형성함으로써, 이종 소재 접합 리벳(100)에 의한 리벳팅과 저항 점 용접의 연속 공정으로 서로 다른 이종 소재로 형성되는 제 1 판재(1)와 제 2 판재(2)를 접합 공정을 실시할 수 있다.
여기서, 이종 소재 접합 리벳(100)에 의해 접합되는 제 1 판재(1)는 스틸 소재로 형성되고, 제 2 판재(2)는 알루미늄 소재로 형성되는 것을 예로 들었지만, 반드시 이에 국한되지 않고, 하측에 위치하는 제 1 판재(1)가 저항 용접이 가능한 소재라면 어떠한 이종 금속 소재의 조합도 가능할 수 있다. 또한, 제 1 판재(1) 및 제 2 판재(2)를 지지 및 고정하는 지그(500)는, 하부 전극(200)이 승하강 가능하게 고정된 하부 베이스부(210) 상에 안착되고, 하부 전극(200)이 통과하여 제 1 판재(1)의 하면과 접촉할 수 있도록, 하부 전극(200)과 대응되는 위치에 관통홀부(520)가 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 리벳 공급부(400)는, 하부 전극(200)과 상부 전극(300)의 통전에 따른 제 1 판재(1)와 제 2 판재(2)의 접합 개시 전까지 이종 소재 접합 리벳(100)이 상부 전극(300)의 중심축과 대응되는 정위치에서 임시 홀딩될 수 있도록, 상부 전극(300) 측에 설치되어 상부 전극(300)의 중심축과 이종 소재 접합 리벳(100)의 중심축이 일치하도록 상부 전극(300)의 하측에서 이종 소재 접합 리벳(100)을 탄성적으로 홀딩할 수 있다.
예컨대, 제 1 판재(1)와 제 2 판재(2)의 접합 시, 이종 소재 접합 리벳(100)의 중심축이 하부 전극(200) 및 상부 전극(300)의 중심축과 일치하지 않고 어긋나게 배치될 경우, 하부 전극(200)과 상부 전극(300) 간에 통전이 원활하게 이루어 지지 않거나 이종 소재 접합 리벳(100)이 제 2 판재(2)를 원활하게 천공하지 못하여 접합 불량을 야기시키는 원인이 될 수 있으므로, 접합 개시 전까지 리벳 공급부(400)를 이용한 이종 소재 접합 리벳(100)의 정위치 정렬은, 이종 소재의 접합 품질 유지에 매우 중요한 요소로 작용될 수 있다.
이러한, 리벳 공급부(400)는, 상부 전극(300)의 중간 부분에서 상부 전극(300)을 기준으로 그 위치가 고정적으로 설치되는 고정 블록(410)과, 고정 블록(410)의 하측에서 상부 전극(300)을 기준으로 슬라이딩 이동 가능하도록, 상부 전극(300)의 하단 인근 부분에 이동 가능하게 설치되는 가동 블록(420)과, 가동 블록(420)이 상부 전극(300)을 따라 슬라이딩 이동 가능하도록, 고정 블록(410)의 양측과 가동 블록(420)의 양측을 연결하는 한 쌍의 가동 브라켓(430)과, 한 쌍의 가동 브라켓(430)의 하단부에 설치되어 이종 소재 접합 리벳(100)의 머리부(20)의 양측을 탄성적으로 가압하여 홀딩하는 한 쌍의 파지 브라켓(440)과, 고정 블록(410)과 가동 블록(420) 사이에 위치할 수 있도록 상부 전극(300)에 삽입되어, 고정 블록(410)과 멀어지는 방향으로 가동 블록(420)에 압축 탄성력을 인가하는 제 2 탄성 부재(450) 및 사각의 플레이트 형상으로 형성되어, 한 쌍의 가동 브라켓(430)의 양측면을 연결할 수 있도록 가동 블록(420)의 전방 및 후방 중 적어도 어느 하나 이상에 설치되고, 상부 전극(300)과 리벳 공급부(400)의 하강 시, 지그(500)에서 제 1 판재(1)와 제 2 판재(2)의 측면의 적어도 일부분을 감싸도록 돌출되게 형성된 돌출턱부(510)와 접촉하여, 제 2 탄성 부재(450)에 의해 고정 블록(410)과 멀어지는 방향으로 압축 탄성력을 받는 가동 블록(420)을 고정 블록(410)과 가까워지는 방향으로 이동시키는 가동 플레이트(460)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 리벳 공급부(400)의 고정 블록(410)은, 육면체 형상의 블록으로 형성되고, 관통된 상부 전극(300)을 기준으로 그 위치가 고정될 수 있도록 중심부에 고정용 관통홀부(411)가 형성되고, 가동 블록(420)은, 고정 블록(410)의 단면적과 동일한 형상의 단면적을 가지는 육면체 형상의 블록으로 형성되고, 관통된 상부 전극(300)을 기준으로 슬라이딩 이동될 수 있도록 중심부에 이동용 관통홀부(421)가 형성될 수 있다.
또한, 한 쌍의 가동 브라켓(430)은, 사각의 플레이트 형상으로 형성되고, 가동 블록(420)과 함께 상부 전극(300)을 기준으로 슬라이딩 이동될 수 있도록, 가동 블록(420)의 측면에 돌출되게 결합되는 제 1 고정구가 삽입되는 제 1 홀부(431)가 정원(正圓) 형상으로 형성되고, 고정 블록(410)의 측면에 돌출되게 결합되는 제 2 고정구가 삽입되는 제 2 홀부(432)가 슬라이딩 이동 방향으로 길게 형성되는 슬롯(Slot) 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 한 쌍의 파지 브라켓(440)은, 사각의 블록체로서, 이종 소재 접합 리벳(100)의 머리부(20)의 일측의 적어도 일부분을 수용하여 가압할 수 있도록, 머리부(20)의 원주면의 적어도 일부분과 대응되는 원호 형상으로 오목하게 형성되는 수용홈부(441a) 및 상부 전극(300)의 하단부와 접촉할 수 있도록, 수용홈부(441a)의 상측에 수용홈부(441a) 보다 작은 지름의 원호 형상으로 오목하게 형성되는 접촉홈부(441b)가 일측에 형성되는 파지 블록(441)과, 파지 블록(441)이 한 쌍의 파지 브라켓(440)의 하단부에서 가동 블록(420)의 슬라이딩 이동 방향과 수직한 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치될 수 있도록, 봉 형상으로 적어도 하나가 파지 블록(441)의 타측에 돌출되게 형성되고, 한 쌍의 파지 브라켓(440)의 하단부를 관통하도록 형성되는 슬라이딩 봉(442) 및 슬라이딩 봉(442)에 삽입되어, 한 쌍의 파지 브라켓(440)과 멀어지는 방향으로 파지 블록(441)에 압축 탄성력을 인가하는 제 1 탄성 부재(443)를 포함하여 구성될 수 있다.
따라서, 하부 전극(200)과 상부 전극(300)의 통전에 따른 제 1 판재(1)와 제 2 판재(2)의 접합 시, 상부 전극(300)에 고정적으로 설치된 고정 블록(410)에 의해 리벳 공급부(400) 전체가 상부 전극(300)과 함께 하강할 수 있다. 이때, 가동 플레이트(460)가 지그(500)의 돌출턱부(510)와 접촉하면, 가동 플레이트(460) 및 가동 플레이트(460)와 일체화된 가동 블록(420), 한 쌍의 파지 브라켓(440)은 하강을 멈춘 상태에서 제 2 탄성 부재(450)의 압축 탄성력을 이기고 상부 전극(300)과 계속 하강하는 고정 블록(410)과 점점 가까워질 수 있다.
이러한 과정에서, 고정 블록(410)과 함께 계속 하강하는 상부 전극(300)이 가동 블록(420)의 하면으로부터 점점 더 돌출되게 되고, 가동 블록(420)의 하면으로부터 돌출되는 상부 전극(300)의 하단부와 파지 블록(441)의 접촉홈부(441b)의 접촉에 의해 한 쌍의 파지 브라켓(440)의 각각의 파지 블록(441)이 제 1 탄성 부재(443)의 압축 탄성력을 이기고 서로 멀어지는 방향으로 슬라이딩 이동함으로써, 이종 소재 접합 리벳(100)에 가해지는 탄성 가압력이 해제될 수 있다.
이에 따라, 이종 소재 접합 리벳(100)은, 하부 전극(200)과 상부 전극(300)의 통전에 따른 제 1 판재(1)와 제 2 판재(2)의 접합 개시 전까지 상부 전극(300)의 중심축과 대응되는 정위치에서 임시 홀딩되다가, 제 1 판재(1)와 제 2 판재(2)의 접합 개시와 동시에 그 구속이 해제될 수 있다.
이와 같이, 하부 전극(200)과 상부 전극(300)의 통전에 따른 제 1 판재(1)와 제 2 판재(2)의 접합 개시 전까지, 상부 전극(300)의 중심축과 이종 소재 접합 리벳(100)의 중심축이 일치하도록 상부 전극(300)의 하측에서 이종 소재 접합 리벳(100)을 탄성적으로 홀딩하는 리벳 공급부(400)는, 고정 블록(410)에 의해 상부 전극(300)에 착탈식으로 고정할 수 있는 구조로서, 종래의 저항 점 용접 장치에 적용가능한 구조일 수 있다. 또한, 리벳 공급부(400)의 한 쌍의 파지 브라켓(440)의 각 파지 블록(441)은, 이종 소재 접합 리벳(100)이 리벳 공급부(400)의 장치 구성과 절연되어 전류 흐름의 손실 없이 내부 저항에 의한 발열이 원활하게 일어날 수 있도록, 절연 소재로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 리벳 공급부(400)를 포함하는 본 발명의 이종 소재 접합 장치(1000)에서 사용되는 이종 소재 접합 리벳(100)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 크게, 몸체부(10)와, 머리부(20) 및 코어부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 몸체부(10)는, 제 1 지름의 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 머리부(20)는, 플랜지 형상을 이룰 수 있도록, 몸체부(10)의 상단에서 몸체부(10)와 일체형으로 형성되고, 몸체부(10)의 상기 제 1 지름보다 큰 제 2 지름의 원기둥 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 코어부(30)는, 머리부(20)의 상면으로부터, 머리부(20) 구간은 전체 관통하고 몸체부(10)의 적어도 일부 구간을 부분 관통하도록, 몸체부(10)의 상기 제 1 지름 보다 작은 제 3 지름의 원기둥 형상으로 형성되어, 몸체부(10)의 머리부(20)의 중심부에 형성될 수 있다.
이러한, 코어부(30)는, 이종 소재 접합 장치(1000)의 하부 전극(200)과 상부 전극(300) 사이에서 전류가 통전되는 통로의 역할을 하는 구성으로서, 몸체부(10) 및 머리부(20)가 금속 소재인 제 1 소재로 형성될 경우, 코어부(30)는, 상기 제 1 소재 보다 전기 전도성이 높은 금속 소재인 제 2 소재로 형성될 수 있다.
예컨대, 몸체부(10) 및 머리부(20)가 스틸(Steel) 소재로 형성될 경우, 코어부(30)는, 상기 스틸 소재 보다 전기 전도성이 높은 구리(Cu) 소재로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 코어부(30)는, 몸체부(10)의 하단 영역의 적어도 일부분에 소정 두께의 저항열 발생 영역(11)이 형성될 수 있도록, 머리부(20)로부터 몸체부(10)의 적어도 일부분을 부분 관통하도록 형성되어, 그 하단부가 몸체부(10)의 하면으로부터 소정의 수직 방향 이격 거리(A)를 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 수직 방향 이격 거리(A)는, 코어부(30)의 외주면으로부터 몸체부(10)의 외주면까지 수평 방향 이격 거리(B) 보다 짧은 거리로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
예컨대, 이종 소재 접합 리벳(100)에 코어부(30)가 형성되지 않을 경우, 상하로 적층된 스틸 소재의 제 1 판재(1)와 알루미늄 소재의 제 2 판재(2) 중 우선 상측에 위치한 알루미늄 소재의 제 2 판재(2)의 천공 시, 스틸 소재로 형성되는 몸체부(10) 및 머리부(20)의 내부 저항으로 인해 전류가 이종 소재 접합 리벳(100)의 측면을 타고 흐름으로써, 상부 전극(300)과 직접적으로 접촉하는 이종 소재 접합 리벳(100)의 상측 부분에 저항열 발생 영역이 형성되어, 이종 소재 접합 리벳(100)의 상측에서만 주로 발열이 일어날 수 있다.
이에 따라, 제 2 판재(2)와 직접적으로 접촉하는 이종 소재 접합 리벳(100)의 하측 부분의 온도가 낮아 제 2 판재(2)를 용이하게 용융시키지 못함으로써, 제 2 판재(2)의 천공이 이루어지지 않아 관통 불량이 쉽게 발생할 수 있다.
또한, 내부 저항에 의해 이종 소재 접합 리벳(100) 내부에서 발열이 쉽게 일어나 열에 의한 연화가 발생하여, 이종 소재 접합 리벳(100)의 강성이 전체적으로 저하됨으로써, 제 2 판재(2)의 천공에 더욱 어려움을 겪을 수 있다.
그러나, 본 발명의 이종 소재 접합 리벳(100)과 같이, 코어부(30)가 형성될 경우, 전류가 구리 재질의 코어부(30)를 타고 이종 소재 접합 리벳(100)의 중심부를 통해 상하 방향으로 내부 저항 없이 용이하게 흐를 수 있으며, 이에 따라, 이종 소재 접합 리벳(100)의 내부에서 내부 저항에 의한 발열이 발생하지 않으므로, 이종 소재 접합 리벳(100)의 전체적인 강성을 열에 의한 연화 없이 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 코어부(30)가 일부 형성되지 않은 이종 소재 접합 리벳(100)의 하단부에서만 저항열 발생 영역(11)이 형성되어 내부 저항에 의한 발열이 일어나므로, 이종 소재 접합 리벳(100)의 하단에서 발생하는 저항 열로 인하여 제 2 판재(2)의 천공이 원활하게 이루어질 수 있다.
이때, 코어부(30)로부터 이종 소재 접합 리벳(100)의 측면부로 전류가 흐르지 않고, 코어부(30)의 하단으로부터 이종 소재 접합 리벳(100)의 하단부의 저항열 발생 영역(11)으로만 전류가 흘러 저항열 발생 영역(11)에서만 내부 저항에 의한 발열이 일어날 수 있도록, 코어부(30)의 하단부로부터 몸체부(10)의 하면까지의 수직 방향 이격 거리(A)는, 코어부(30)의 외주면으로부터 몸체부(10)의 외주면까지 수평 방향 이격 거리(B) 보다 짧은 거리로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 종래의 REW(Resistance Element Welding) 공법과 같이, 제 2 판재(2)를 먼저 천공한 후, 리벳을 삽입할 경우, 리벳의 외측면과 천공홀의 내측면 사이에 갭(Gap)이 형성되어, 부식에 취약하거나 리벳의 흔들림 발생 등 다양한 문제의 발생 가능성이 있을 수 있다. 그러나, 본 발명과 같이, 이종 소재 접합 리벳(100)의 저항열 발생 영역(11)의 발열에 의해 제 2 판재(2)를 용융시키면서 천공할 경우, 용융물에 의해 이종 소재 접합 리벳(100)의 외측면과 천공홀의 내측면 사이의 갭이 메워짐으로써, 상술한 문제점들이 해소될 수 있다.
또한, 예컨대, 이종 소재 접합 리벳(100)에 코어부(30)가 형성되지 않을 경우, 상하로 적층된 스틸 소재의 제 1 판재(1)와 알루미늄 소재의 제 2 판재(2)에서, 하측에 위치한 스틸 소재의 제 1 판재(1)와 저항 용접 시, 스틸 소재로 형성되는 몸체부(10) 및 머리부(20)의 내부 저항으로 인해 이종 소재 접합 리벳(100) 내부에서 발생하는 발열로 인하여 입열량이 증가함으로써 내부에서 폭발(Explosion)이 일어나, 접합부에 기공 불량이 쉽게 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명의 이종 소재 접합 리벳(100)과 같이, 코어부(30)가 형성될 경우, 전류가 구리 재질의 코어부(30)를 타고 이종 소재 접합 리벳(100)의 중심부를 통해 상하 방향으로 내부 저항 없이 용이하게 흐를 수 있으며, 이에 따라, 이종 소재 접합 리벳(100)의 하단부의 저항열 발생 영역(11)에서만 발열이 일어나므로, 상술한 기공 불량과 같은 문제점이 해소될 수 있다.
여기서, 이종 소재 접합 리벳(100)의 몸체부(10) 및 머리부(20)는, 스틸 소재로 형성되고, 코어부(30)는 구리 소재로 형성되는 것을 예로 들었지만, 반드시 이에 국한되지 않고, 코어부(30)가 몸체부(10) 및 머리부(20) 보다 전기 전도성이 높은 소재라면 어떠한 금속 소재의 조합도 가능할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 소재 접합 리벳(110)과 같이, 머리부(20)는, 그 하면에서 몸체부(10)의 둘레를 따라 링 형상으로 오목하게 형성되는 오목 그루브(21)를 포함할 수도 있다.
이에 따라, 이종 소재 접합 리벳(200)이 제 2 판재(2)를 용융에 의해 천공 시 발생하는 용융물을 오목 그루브(21)가 수용함으로써, 이종 소재 접합 리벳(200)의 머리부(20)가 제 2 판재(2)의 상면에 밀착되도록 할 수 있다.
이하에서는 상술한 이종 소재 접합 장치(1000)를 이용한 이종 소재 접합 방법에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이종 소재 접합 방법을 순서대로 나타내는 순서도이고, 도 7 내지 도 12는 도 6의 이종 소재 접합 방법의 각 단계를 도 3의 "C"부분을 확대한 모습 또는 도 3의 절취선 "B-B"를 따라 취한 단면을 기준으로 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 6을 참조하면, 상기 이종 소재 접합 방법은, 판재 안착 단계(S10)와, 리벳 피딩 단계(S20)와, 예비 가열 단계(S30)와, 리벳 용접 단계(S40) 및 냉각 단계(S50) 순으로 진행될 수 있다.
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 판재 안착 단계(S10)에서, 지그(500)에 제 1 판재(1)와 제 2 판재(2)를 순차적으로 안착시킨 후, 리벳 피딩 단계(S20)에서, 리벳 공급부(400)의 한 쌍의 파지 브라켓(440)에 이종 소재 접합 리벳(100)을 탄성적으로 홀딩시킬 수 있다.
여기서, 제 1 판재(1)는, 스틸 소재로 형성되고, 제 1 판재(1)의 하방에 적층되는 제 2 판재(2)는, 알루미늄 소재로 형성될 수 있다. 또한, 한 쌍의 파지 브라켓(440)에 의해 탄성적으로 홀딩되는 이종 소재 접합 리벳(100)은, 그 중심축이 상부 전극(300)의 중심축과 일치하는 정위치에 정렬될 수 있다.
이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 예비 가열 단계(S30)에서, 상부 전극(300) 및 리벳 공급부(400)를 하강시켜 상기 정위치에서 이종 소재 접합 리벳(100)의 하단이 제 2 판재(2)와 접촉하도록 상부 전극(300)과 이종 소재 접합 리벳(100)을 접촉시키고, 하부 전극(200)을 상승시켜 하부 전극(200)과 제 1 판재(1)가 접촉하도록한 후, 이종 소재 접합 리벳(100)의 가압과 동시에 제 1 전류를 인가할 수 있다.
이러한, 예비 가열 단계(S30)에서, 상부 전극(300)으로부터 인가되는 상기 제 1 전류에 의해, 이종 소재 접합 리벳(100)의 저항열 발생 영역(11)이 제 1 온도로 발열하여 제 2 판재(2)의 적어도 일부분을 용융시킴으로써, 이종 소재 접합 리벳(100)이 제 2 판재(2)를 천공할 수 있다.
더욱 구체적으로, 예비 가열 단계(S30)에서, 이종 소재 접합 리벳(100)의 저항열 발생 영역(11)은, 알루미늄 소재로 형성되는 제 2 판재(2)의 용융점 보다는 높고 스틸 소재로 형성되는 제 1 판재(1)의 용융점 보다는 낮은 상기 제 1 온도로 발열할 수 있다.
이때, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 예비 가열 단계(S30)에서, 리벳 공급부(400)의 한 쌍의 퍼지 브라켓(440)의 각 파지 블록(441)은, 제 1 탄성 부재(443)의 압축 탄성력에 의해 이종 소재 접합 리벳(100)를 탄성적으로 홀딩하고 있는 상태를 유지할 수 있다.
이어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 리벳 용접 단계(S40)에서, 상부 전극(300)으로 이종 소재 접합 리벳(100)의 가압과 동시에 상기 제 1 전류 보다 높은 제 2 전류를 인가할 수 있다.
예컨대, 리벳 용접 단계(S40)에서, 제 2 판재(2)를 천공한 이종 소재 접합 리벳(100)이 제 1 판재(1)의 상면과 접촉한 후, 상부 전극(300)으로부터 인가되는 상기 제 2 전류에 의해, 이종 소재 접합 리벳(100)의 저항열 발생 영역(11)이 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도로 발열하여 제 1 판재(1)의 적어도 일부분을 용융시킴으로써, 이종 소재 접합 리벳(100)과 제 1 판재(1) 간의 저항 점 용접이 이루어질 수 있다.
더욱 구체적으로, 리벳 용접 단계(S40)에서, 이종 소재 접합 리벳(100)의 저항열 발생 영역(11)은, 스틸 소재로 형성되는 제 1 판재(1)의 용융점 보다 높은 상기 제 2 온도로 발열할 수 있다.
이때, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 리벳 용접 단계(S40)에서, 상부 전극(300)의 하단부와 파지 블록(441)의 접촉홈부(441b)의 접촉에 의해, 한 쌍의 퍼지 브라켓(440)의 각 퍼지 블록(441)이 제 1 탄성 부재(443)의 압축 탄성력을 이기고 서로 멀어지는 방향으로 슬라이딩 이동함으로써, 이종 소재 접합 리벳(100)의 홀딩이 해제될 수 있다.
이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 냉각 단계(S50)에서, 이종 소재 접합 리벳(100)에 의한 제 1 판재(1)와 제 2 판재(2)의 접합이 완료된 후, 상부 전극(300) 및 리벳 공급부(400)를 상승시키고, 하부 전극(400)을 하강시킨 후, 제 1 판재(1)와 제 2 판재(2)의 접합 부위를 냉각시킬 수 있다. 여기서, 상기 접합 부위의 냉각 방식은, 자연 냉각 방식이나, 냉각팬을 이용한 냉각 방식이나, 냉각 챔버에 삽입하는 냉각 방식 등 다양한 냉각 방식이 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 여러 실시예에 따른, 이종 소재 접합 장치(1000)와 이를 이용한 이종 소재 접합 방법에 따르면, 중심부에 구리 소재로 형성되는 코어부(30)가 삽입된 이종 소재 접합 리벳(100)과, 이러한 이종 소재 접합 리벳(100)을 서로 다른 소재로 형성되는 제 1 판재(1)와 제 2 판재(2)의 접합 개시 전까지 정위치에서 탄성적으로 홀딩할 수 있는 이종 소재 접합 장치(1000)를 이용하여, 이종 소재의 접합 공정을 진행함으로써, 리벳팅과 저항 점용접이 하나의 장비에서 원-스텝(One-Step)으로 이루어질 수 있으므로, 초고강도 강이나 고강도 알루미늄에도 용이하게 적용할 수 있으며, 이종 소재 접합의 생산성을 향상시키는 효과를 가질 수 있다.
또한, 저항 점용접의 개시 전까지 이종 소재 접합 리벳(100)이 정위치에 위치하도록 탄성적으로 홀딩할 수 있는 리벳 공급부(400)를 기존의 저항 점 용접 시스템에 장착하여 활용이 가능하므로, 새로운 장비 도입으로 인한 비용 소모를 방지할 수 있고, 기존 조립 공정에 적용하는 데 어려움이 없으므로, 기존 공정을 유지하면서도 이종 소재의 접합이 가능할 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.
1: 제 1 판재
2: 제 2 판재
10: 몸체부
11: 저항열 발생 영역
20: 머리부
21: 오목 그루브
30: 코어부
100, 110: 이종 소재 접합 리벳
200: 하부 전극
300: 상부 전극
400: 리벳 공급부
410: 고정 블록
411: 고정용 관통홀부
420: 가동 블록
421: 이동용 관통홀부
430: 가동 브라켓
431: 제 1 홀부
432: 제 2 홀부
440: 한 쌍의 파지 브라켓
441: 파지 블록
441a: 수용홈부
441b: 접촉홈부
442: 슬라이딩 봉
443: 제 1 탄성 부재
450: 제 2 탄성 부재
460: 가동 플레이트
500: 지그
510: 돌출턱부
520: 관통홀부
1000: 이종 소재 접합 장치

Claims (18)

  1. 서로 다른 소재로 형성되어 상하로 적층된 제 1 판재와 제 2 판재를 이종 소재 접합 리벳을 이용한 저항 용접으로 접합하는 이종 소재 접합 장치에 있어서,
    원기둥 형상으로 형성되고, 상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재가 적어도 일부분이 겹쳐지도록 안착되는 지그의 하방에 설치되는 하부 전극;
    원기둥 형상으로 형성되고, 상기 지그를 기준으로 상기 하부 전극과 상하로 대향되게 형성될 수 있도록, 상기 지그의 상방에 설치되는 상부 전극; 및
    상기 하부 전극과 상기 상부 전극의 통전에 따른 상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재의 접합 개시 전까지 상기 이종 소재 접합 리벳이 상기 상부 전극의 중심축과 대응되는 정위치에서 임시 홀딩될 수 있도록, 상기 상부 전극 측에 설치되어 상기 상부 전극의 중심축과 상기 이종 소재 접합 리벳의 중심축이 일치하도록 상기 상부 전극의 하측에서 상기 이종 소재 접합 리벳을 탄성적으로 홀딩하는 리벳 공급부;
    를 포함하는, 이종 소재 접합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리벳 공급부는,
    상기 상부 전극의 중간 부분에서 상기 상부 전극을 기준으로 그 위치가 고정적으로 설치되는 고정 블록;
    상기 고정 블록의 하측에서 상기 상부 전극을 기준으로 슬라이딩 이동 가능하도록, 상기 상부 전극의 하단 인근 부분에 이동 가능하게 설치되는 가동 블록;
    상기 가동 블록이 상기 상부 전극을 따라 슬라이딩 이동 가능하도록, 상기 고정 블록의 양측과 상기 가동 블록의 양측을 연결하는 한 쌍의 가동 브라켓; 및
    상기 한 쌍의 가동 브라켓의 하단부에 설치되어 상기 이종 소재 접합 리벳의 머리부의 양측을 탄성적으로 가압하여 홀딩하는 한 쌍의 파지 브라켓;
    을 포함하는, 이종 소재 접합 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고정 블록은,
    육면체 형상의 블록으로 형성되고, 관통된 상기 상부 전극을 기준으로 고정될 수 있도록 중심부에 고정용 관통홀부가 형성되고,
    상기 가동 블록은,
    상기 고정 블록의 단면적과 동일한 형상의 단면적을 가지는 육면체 형상의 블록으로 형성되고, 관통된 상기 상부 전극을 기준으로 슬라이딩 이동될 수 있도록 중심부에 이동용 관통홀부가 형성되는, 이종 소재 접합 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 가동 브라켓은,
    사각의 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 가동 블록과 함께 상기 상부 전극을 기준으로 슬라이딩 이동될 수 있도록, 상기 가동 블록의 측면에 돌출되게 결합되는 제 1 고정구가 삽입되는 제 1 홀부가 정원(正圓) 형상으로 형성되고, 상기 고정 블록의 측면에 돌출되게 결합되는 제 2 고정구가 삽입되는 제 2 홀부가 슬라이딩 이동 방향으로 길게 형성되는 슬롯(Slot) 형상으로 형성되는, 이종 소재 접합 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 파지 브라켓은,
    사각의 블록체로서, 상기 이종 소재 접합 리벳의 상기 머리부의 일측의 적어도 일부분을 수용하여 가압할 수 있도록, 상기 머리부의 원주면의 적어도 일부분과 대응되는 원호 형상으로 오목하게 형성되는 수용홈부 및 상기 상부 전극의 하단부와 접촉할 수 있도록, 상기 수용홈부의 상측에 상기 수용홈부 보다 작은 지름의 원호 형상으로 오목하게 형성되는 접촉홈부가 일측에 형성되는 파지 블록;
    상기 파지 블록이 상기 한 쌍의 파지 브라켓의 하단부에서 상기 가동 블록의 슬라이딩 이동 방향과 수직한 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치될 수 있도록, 봉 형상으로 적어도 하나가 상기 파지 블록의 타측에 돌출되게 형성되고, 상기 한 쌍의 파지 브라켓의 하단부를 관통하도록 형성되는 슬라이딩 봉; 및
    상기 슬라이딩 봉에 삽입되어, 상기 한 쌍의 파지 브라켓과 멀어지는 방향으로 상기 파지 블록에 압축 탄성력을 인가하는 제 1 탄성 부재;
    를 포함하는, 이종 소재 접합 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 파지 브라켓은,
    상기 하부 전극과 상기 상부 전극의 통전에 따른 상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재의 접합 시, 상기 상부 전극의 하단부와 상기 파지 블록의 상기 접촉홈부의 접촉에 의해 각각의 상기 파지 블록이 서로 멀어지는 방향으로 슬라이딩 이동함으로써, 상기 이종 소재 접합 리벳에 가해지는 탄성 가압력을 해제하는, 이종 소재 접합 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 리벳 공급부는,
    상기 고정 블록과 상기 가동 블록 사이에 위치할 수 있도록 상기 상부 전극에 삽입되어, 상기 고정 블록과 멀어지는 방향으로 상기 가동 블록에 압축 탄성력을 인가하는 제 2 탄성 부재;
    를 더 포함하는, 이종 소재 접합 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 리벳 공급부는,
    사각의 플레이트 형상으로 형성되어, 상기 한 쌍의 가동 브라켓의 양측면을 연결할 수 있도록 상기 가동 블록의 전방 및 후방 중 적어도 어느 하나 이상에 설치되고, 상기 상부 전극과 상기 리벳 공급부의 하강 시, 상기 지그에서 상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재의 측면의 적어도 일부분을 감싸도록 돌출되게 형성된 돌출턱부와 접촉하여, 상기 제 2 탄성 부재에 의해 상기 고정 블록과 멀어지는 방향으로 압축 탄성력을 받는 상기 가동 블록을 상기 고정 블록과 가까워지는 방향으로 이동시키는 가동 플레이트;
    를 더 포함하는, 이종 소재 접합 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이종 소재 접합 리벳은,
    제 1 지름의 원기둥 형상으로 형성되는 몸체부;
    플랜지 형상을 이룰 수 있도록, 상기 몸체부의 상단에 상기 몸체부와 일체형으로 상기 제 1 지름 보다 큰 제 2 지름의 원기둥 형상으로 형성되는 머리부; 및
    상기 머리부의 상면으로부터 상기 머리부 구간은 전체 관통하고 상기 몸체부의 적어도 일부 구간을 부분 관통하도록 상기 제 1 지름 보다 작은 제 3 지름의 원기둥 형상으로 형성되어, 상기 몸체부 및 상기 머리부의 중심부에 형성되는 코어부;
    를 포함하는, 이종 소재 접합 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 몸체부 및 상기 머리부는,
    금속 소재인 제 1 소재로 형성되고,
    상기 코어부는,
    상기 제 1 소재 보다 전기 전도성이 높은 금속 소재인 제 2 소재로 형성되는, 이종 소재 접합 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 몸체부 및 상기 머리부는,
    스틸(Steel) 소재로 형성되고,
    상기 코어부는,
    상기 스틸 소재 보다 전기 전도성이 높은 구리(Cu) 소재로 형성되는, 이종 소재 접합 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 코어부는,
    상기 몸체부의 하단 영역의 적어도 일부분에 소정 두께의 저항열 발생 영역이 형성될 수 있도록, 상기 머리부로부터 상기 몸체부의 적어도 일부분을 부분 관통하도록 형성되어, 그 하단부가 상기 몸체부의 하면으로부터 소정의 수직 방향 이격 거리를 갖도록 형성되는, 이종 소재 접합 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 수직 방향 이격 거리는,
    상기 코어부의 외주면으로부터 상기 몸체부의 외주면까지의 수평 방향 이격 거리 보다 짧은 거리로 형성되는, 이종 소재 접합 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 판재는,
    스틸(Steel) 소재로 형성되고,
    상기 지그 상에서 상기 제 1 판재의 상방에 적층되는 상기 제 2 판재는,
    알루미늄(Al) 소재로 형성되는, 이종 소재 접합 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 이종 소재 접합 장치를 이용한 이종 소재 접합 방법에 있어서,
    상기 지그에 상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재를 순차적으로 안착시키는 판재 안착 단계;
    상기 리벳 공급부에 상기 이종 소재 접합 리벳을 탄성적으로 홀딩시키는 리벳 피딩 단계;
    상기 상부 전극 및 상기 리벳 공급부를 하강시켜 상기 정위치에서 상기 상부 전극과 상기 이종 소재 접합 리벳을 접촉시킨 후, 상기 이종 소재 접합 리벳의 가압과 동시에 제 1 전류를 인가하는 예비 가열 단계;
    상기 상부 전극으로 상기 이종 소재 접합 리벳의 가압과 동시에 상기 제 1 전류 보다 높은 제 2 전류를 인가하는 리벳 용접 단계; 및
    상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재의 접합이 완료된 후, 상기 상부 전극 및 상기 리벳 공급부를 상승시키고, 상기 제 1 판재와 상기 제 2 판재의 접합 부위를 냉각시키는 냉각 단계;
    를 포함하는, 이종 소재 접합 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 예비 가열 단계에서,
    상기 상부 전극으로부터 인가되는 상기 제 1 전류에 의해, 상기 이종 소재 접합 리벳의 저항열 발생 영역이 제 1 온도로 발열하여 상기 제 2 판재의 적어도 일부분을 용융시킴으로써, 상기 이종 소재 접합 리벳이 상기 제 2 판재를 천공하는, 이종 소재 접합 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 리벳 용접 단계에서,
    상기 제 2 판재를 천공한 상기 이종 소재 접합 리벳이 상기 제 1 판재와 접촉한 후, 상기 상부 전극으로부터 인가되는 상기 제 2 전류에 의해, 상기 이종 소재 접합 리벳의 상기 저항열 발생 영역이 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도로 발열하여 상기 제 1 판재의 적어도 일부분을 용융시킴으로써, 상기 이종 소재 접합 리벳과 상기 제 1 판재 간의 저항 점 용접이 이루어지는, 이종 소재 접합 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 예비 가열 단계에서,
    상기 이종 소재 접합 리벳의 상기 저항열 발생 영역은, 알루미늄(Al) 소재로 형성되는 상기 제 2 판재의 용융점 보다는 높고 스틸(Steel) 소재로 형성되는 상기 제 1 판재의 용융점 보다는 낮은 상기 제 1 온도로 발열하고,
    상기 리벳 용접 단계에서,
    상기 이종 소재 접합 리벳의 상기 저항열 발생 영역은, 상기 스틸(Steel) 소재로 형성되는 상기 제 1 판재의 용융점 보다 높은 상기 제 2 온도로 발열하는, 이종 소재 접합 방법.
KR1020220030848A 2022-03-11 2022-03-11 이종 소재 접합 장치 및 이종 소재 접합 방법 KR102622160B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220030848A KR102622160B1 (ko) 2022-03-11 2022-03-11 이종 소재 접합 장치 및 이종 소재 접합 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220030848A KR102622160B1 (ko) 2022-03-11 2022-03-11 이종 소재 접합 장치 및 이종 소재 접합 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230133631A true KR20230133631A (ko) 2023-09-19
KR102622160B1 KR102622160B1 (ko) 2024-01-09

Family

ID=88196969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220030848A KR102622160B1 (ko) 2022-03-11 2022-03-11 이종 소재 접합 장치 및 이종 소재 접합 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102622160B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5938747B2 (ja) * 1977-10-19 1984-09-19 工業技術院長 半導体装置及びその使用方法
JPH1099971A (ja) * 1996-09-27 1998-04-21 Yutaka Fujimura ナット用キャップの溶接装置および溶接方法
KR20180022498A (ko) * 2016-08-24 2018-03-06 주식회사 성우하이텍 진동 저항 요소 용접방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5938747B2 (ja) * 2013-03-11 2016-06-22 株式会社神戸製鋼所 リベット、リベットを備えた異材接合用構造体、及び異材接合体の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5938747B2 (ja) * 1977-10-19 1984-09-19 工業技術院長 半導体装置及びその使用方法
JPH1099971A (ja) * 1996-09-27 1998-04-21 Yutaka Fujimura ナット用キャップの溶接装置および溶接方法
KR20180022498A (ko) * 2016-08-24 2018-03-06 주식회사 성우하이텍 진동 저항 요소 용접방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102622160B1 (ko) 2024-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101562484B1 (ko) 인다이렉트 스폿 용접 방법
JP4694873B2 (ja) 圧入接合方法及び圧入接合部品
KR101404288B1 (ko) 보조가열전극이 부착된 스폿용접기 및 이를 이용한 스폿용접방법
CN104797372A (zh) 焊接辅助结合零件和用该零件连接元件的方法
JP2015062911A (ja) 異材接合体の製造方法
JP5549153B2 (ja) インダイレクトスポット溶接方法
CN202667910U (zh) 点焊用夹具
JP6143402B1 (ja) 薄肉銅板同士の溶接方法
JP6900692B2 (ja) リベットを用いた接合方法とその実施に使用する装置
KR102622160B1 (ko) 이종 소재 접합 장치 및 이종 소재 접합 방법
KR101714242B1 (ko) 리브너트 용접용 전극유닛
KR20180065674A (ko) 이종소재 접합용 리벳 및 이를 이용한 이종소재 접합 구조체
KR20230133630A (ko) 이종 소재 접합 리벳과, 이종 소재 접합 장치 및 이송 소재 접합 방법
JP2007184184A (ja) 組電池における接続板の溶接方法
KR20190070050A (ko) 이종 소재 접합체, 이종 소재 접합 장치 및 방법
CN104485261B (zh) 一种继电器接点簧片组件的焊接方法
JP2022146546A (ja) 抵抗溶接方法
CN110582650B (zh) 接合体、汽车用座椅框架以及接合方法
US1930263A (en) Method of electrically butt welding sheet metal pipe
CN218363010U (zh) 一种用于u型钣金件和线束夹的固定焊接工装
CN114192950B (zh) 电阻点焊方法以及电阻点焊装置
JP6414805B2 (ja) スポット溶接装置及びスポット溶接方法
US9893498B2 (en) Method for manufacturing tubular metal shell including ground electrode bar for spark plug, and method for manufacturing spark plug
CN114473164B (zh) 对异种金属工件堆叠式总成电阻点焊的方法及电阻点焊的异种金属堆叠式总成
JP2014041781A (ja) 電線溶接方法及び電線溶接装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant