KR20190105295A - 고장력강용 저항 점용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 고장력강용 저항 점용접 장치는 피가공재에 전류를 인가하여 용접하는 저항 점용접 장치로서, 피가공재를 중심으로 상, 하방에 기 설정된 간격만큼 이격 배치되고, 상기 피가공재 방향으로 승강되어 상기 피가공재의 평면 및 저면에 전류를 인가하는 한 쌍의 전극유닛; 및 용접부에 로렌츠 힘이 인가되도록, 각각의 상기 전극유닛의 외주면을 감싸도록 설치되어 자기장을 발생시키는 한 쌍의 전자석;을 포함한다.

Description

고장력강용 저항 점용접 장치{RESISTANCE POINT WELDING APPARATUS FOR HIGH STRENGTH STEEL}

본 발명은 고장력강용 저항 점용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저항 점용접 방식으로 고장력강 용접시 용접부 크기 및 조직의 치밀성을 확보하여 용접부 품질을 향상시킬 수 있는 고장력강용 저항 점용접 장치에 관한 것이다.

최근 차량의 경량화 및 충돌성능 향상에 대한 요구가 증가함에 따라 알루미늄(Al) 또는 마그네슘(Mg)과 같은 경량 합금 뿐만 아니라, 탄소강에 비하여 강도가 우수한 고장력 강판의 사용이 점차 증가되고 있다.

상기와 같은 고장력 강판은 일반 탄소강에 비하여 전기 전도도 및 열 전도도가 높기 때문에, 상기와 같은 피가공재들은 저항 점용접 방식으로 상호 접합시키는 것이 일반적이다.

저항 점용접이란, 상부 및 하부 전극을 이용하여 판재를 고정시킨 후, 전류를 흐르게 하여 판재 내부에서 발생한 접촉 저항열에 의해 판재의 접합면을 용융시킴과 동시에 압력을 가해 접합부를 형성하는 용접방법의 하나이다.

도 1은 종래 일반적인 저항 점용접 방식으로 초고장력 강판 용접시 용접부 미생성 불량(a) 및 용접부 크기 불량(b)을 보여주는 사진이고, 도 2는 종래 일반적인 저항 점용접 방식으로 초고장력 강판 용접시 기공 불량을 보여주는 사진이다.

도 1 및 도 2에서 알 수 있듯, 고장력 강판의 경우 고강도화를 위해 첨가되는 고합금계의 영향으로 고유저항이 높아 소재 계면간 저항 차이가 발생함에 따라, 용접부가 과도하게 작게 형성되거나 미생성되는 등과 같은 용접불량을 유발하거나, 용접부의 강건성이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.

종래 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 전극의 직경을 증가시키는 기술, 서브 전극을 사용하여 용접하는 기술 및 다단 통전을 통한 기술 등을 통해 용접불량을 감소시키는 기술이 개발되었다.

그러나 전극의 직경을 증가시키는 기술은 근본적인 문제 해결방법이 아닐뿐만 아니라 가압력 설비를 추가해야하는 문제점이 있고, 서브 전극을 이용한 저항 점용접은 별도의 서브 전극을 필요로하여 설비 비용이 증가되는 문제점이 있으며, 다단 통전을 이용한 저항 점용접은 추가적인 설비를 요구하지 않으나 용접시간이 증가함에 따라 생산성이 저하되고 용접변수가 증가함에 따라 조건 설정이 어려운 문제점을 해결하지 못하였다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-0421424 B1(2004. 02. 23.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 점용접시 용접부에 자기장을 형성하여 용접부의 크기 및 조직 치밀성을 확보하여 용접품질을 향상시킬 수 있는 고장력강용 저항 점용접 장치를 제공한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고장력강용 저항 점용접 장치는 피가공재에 전류를 인가하여 용접하는 저항 점용접 장치로서, 피가공재를 중심으로 상, 하방에 기 설정된 간격만큼 이격 배치되고, 상기 피가공재 방향으로 승강되어 상기 피가공재의 평면 및 저면에 전류를 인가하는 한 쌍의 전극유닛; 및 용접부에 로렌츠 힘이 인가되도록, 각각의 상기 전극유닛의 외주면을 감싸도록 설치되어 자기장을 발생시키는 한 쌍의 전자석;을 포함한다.

상기 전극유닛은, 원기둥 형상의 전극바디; 외부로부터 공급받은 전류를 상기 피가공재에 인가하도록 전도성 소재로 마련되어 상기 전극바디의 단부에 일면이 노출되도록 설치된 용접팁; 및 상기 전극바디를 승강시키는 승강 실린더;를 포함할 수 있다.

상기 전극유닛는, 상기 전극바디 내부에 설치되어 냉각수가 유동되는 냉각유로;를 더 포함할 수 있다.

상기 전극바디는, 절연재질로 마련되고, 상기 전자석을 감싸는 바디 플랜지부가 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력강용 저항 점용접 장치는 상기 전극유닛 및 전자석에 동시에 전류를 공급하는 전류 공급부;를 더 포함할 수있다.

또한, 고장력강용 저항 점용접 장치는 상기 전자석의 표면을 감싸는 절연재질의 보호커버를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 저항 점용접시 전극의 외주면을 감싸는 전자석이 자기장을 형성하여 용접시 발생되는 용접전류와 로렌츠 힘을 발생시킴으로써, 용접부의 크기 및 조직 치밀성을 확보하여 용접품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 생산시간이 증가되는 것을 방지할 수 있어 생산성 저하를 방지면서 용접부의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 일반적인 저항 점용접 방식으로 초고장력 강판 용접시 너겟 미생성 불량(a) 및 너겟 경 감소 불량(b)을 보여주는 사진이고,
도 2는 종래 일반적인 저항 점용접 방식으로 초고장력 강판 용접시 기공 불량을 보여주는 사진이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력강용 저항 점용접 장치를 설명하기 위한 개략도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력강용 저항 점용접 장치의 로렌츠 힘을 설명하기 위한 도면이며,
도 5는 피용접재의 갯수에 따른 비교예와 실시예의 용접부를 비교한 사진이고,
도 6은 비교예와 실시예의 전단인장 강도를 측정하여 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명은 저항 점용접 장치로서, 피가공재에 전류를 인가하여 용접시 용법부에 로렌츠(Lorentz) 힘을 인가하여 높은 고유저항을 갖는 고장력 강판의 계면 간 저항차이로 인한 너겟 미생성 또는 기공 등과 같은 용접부 불량을 최소화하고, 용접부의 크기 및 조직 치밀성을 확보하여 용접품질을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력강용 저항 점용접 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력강용 저항 점용접 장치는 한 쌍 이상의 피가공재(10)를 중심으로 상하 방향으로 이격 배치되어 피가공재(10)의 평면 및 저면에 접하여 전류를 인가하는 한 쌍의 전극유닛(100)과 각각의 전극유닛(100)의 외주면을 감싸도록 설치되어 용접부(11)에 로렌츠 힘을 인가하는 한 쌍의 전자석(200)을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극유닛(100)은 원기둥 형상의 전극바디(110)와 피가공재(10)에 접촉되어 외부로부터 공급받은 전류를 피가공재(10)에 인가할 수 있도록 전도성 소재로 마련되어 전극바디(110)의 단부에 설치된 용접팁(120) 및 전극바디(110)를 승강시켜 용접팁(120)과 피가공재(10)를 접촉시키는 승강 실린더(130)를 포함한다.

보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극유닛(100)은 전극바디(110)의 내부에 지그재그로 배치되고 내부로 냉각수가 유동되어 용접팁(120)을 냉각시키는 냉각유로(140)를 더 포함할 수 있다.

이에, 용접시 높은 용접 전류로 인하여 용접팁(120)이 과열되는 것을 방지하고 용접부(11)의 고온으로 인하여 전자석(200)의 자기특성이 열화되어 용접부에 인가되는 로렌츠 힘이 저하되는 것을 방지하여 고장력강용 저항 점용접 장치의 내구성을 향상시키고 용접품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이때, 전극바디(110)는 용접부의 고열이 용접팁(120)이 설치된 전극바디(110) 내부로 전달되는 것을 방지하도록 절연재질로 마련되는 것이 바람직하며, 전극바디(110)는 전자석을 감싸는 바디 플랜지부(111)가 형성되는 것이 바람직하다.

이에, 용접시 용접부(11)의 복사열이 전자석(200)에 전달되는 것을 방지하여 전자석(200)의 자기특성이 열화되는 것을 방지하여 용접부(11)의 품질을 확보할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고장력강용 저항 점용접 장치는 전극유닛(100) 및 전자석(200)에 전류를 공급하는 전류 공급부(300)를 더 포함할 수 있으며, 이때, 전류 공급부(300)는 전극유닛(100) 및 전자석(200)에 동시에 전류를 공급하는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 용접시 용접부(11)에 로렌츠 힘이 인가되도록 전극유닛(100) 작동시에 전자석(200)을 활성화시킴으로써, 별도의 전자석(200)의 온오프 제어를 필요로 하지 않으며 전류 손실을 최소화할 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력강용 저항 점용접 장치는 전자석(200)의 표면을 감싸는 절연재질의 보호커버(400)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 전자석(200)의 온도가 상승함에 따라 포화 자속 밀도가 저하되는데, 이에 따라 용접부(11)에 인가되는 로렌츠 힘이 저하되는 것을 방지하도록, 전자석(200)에 전달되는 열을 최소화함으로써 용접부(11)의 크기 및 조직 치밀성을 확보하여 용접품질을 향상시킬 수 있기 때문이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력강용 저항 점용접 장치의 로렌츠 힘을 설명하기 위한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전자석(200)의 영향으로 용접부(11)에 인가되는 로렌츠 힘의 밀도가 주변에 비하여 크며, 로렌츠 힘의 방향이 용접부(11)의 중심방향으로 인가됨을 알 수 있다.

이에, 용융된 용접부(11)의 유동이 촉진되어 너겟 크기 즉, 용접부(11)의 크기와 조직의 치밀성을 확보할 수 있어, 너겟불량 또는 기공불량 등과 같은 용접불량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 5는 피용접재의 갯수에 따른 종래 일반적인 저항 점용접 장치를 이용한 용접부(비교예)와 본 발명의 일 실시예에 따른 고장력강용 저항 점용접 장치를 이용한 용접부(실시예)의 크기를 보여주는 사진이고, 도 6은 비교예와 실시예의 전단인장 강도를 측정하여 도시한 그래프이다.

도 5 및 도 6에서, 비교예들과 실시예에 사용된 피가공재(10)는 현대제철의 고장력강 SPFC980 0.8t를 사용하였고, 용접조건으로 가압력 260kgf, 용접전류 7.5kA, 용접시간 12cycle을 동일하게 적용하였다.

도 5에서 알 수 있듯, 전기장이 인가되지 않은 비교예의 경우 용접부(11)는 그 크기가 피용접재가 2겹인 경우 5.1㎜이고, 3겹인 경우 4.5㎜이며, 4겹인 경우 5.5㎜인데 반해 본 발명의 실시예에 따른 용접부(11)의 크기는 피용접재가 2겹인 경우 5.6㎜이고, 3겹인 경우 5.1㎜이며, 4겹인 경우 6.1㎜로 증가됨을 알 수 있는데, 이는 자기장으로 인한 로렌츠 힘에 의해 용융된 용접부(11)의 유동성이 향상되었기 때문이다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석은 한 쌍이 피용접재를 중심으로 상하로 이격 배치되는 것이 바람직한데, 그 이유는 전자석을 편방향으로 설치하는 경우 일방향으로 용접부의 유동성이 향상되어 상하로 비대칭인 용접부를 형성하여 용접품질을 저하시킬 수 있기 때문이다..

한편, 도 6에서 알 수 있듯, 종래 비교예의 경우 전단인장강도는 2428 kgf인데 반해, 실시예의 전단인장강도는 2604kgf로 약 7.5% 향상되어 조직의 치밀성이 개선되었음을 알 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

10: 피가공재 11: 용접부
100: 전극유닛 110: 전극바디
111: 바디 플랜지부 120: 용접팁
130: 승강 실린더 140: 냉각유로
200: 전자석 300: 전류 공급부
400: 보호커버

Claims (6)

1. 피가공재에 전류를 인가하여 용접하는 저항 점용접 장치로서,
   피가공재를 중심으로 상, 하방에 기 설정된 간격만큼 이격 배치되고, 상기 피가공재 방향으로 승강되어 상기 피가공재의 평면 및 저면에 전류를 인가하는 한 쌍의 전극유닛; 및
   용접부에 로렌츠 힘이 인가되도록, 각각의 상기 전극유닛의 외주면을 감싸도록 설치되어 자기장을 발생시키는 한 쌍의 전자석;을 포함하는, 고장력강용 저항 점용접 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극유닛은,
   전극바디;
   외부로부터 공급받은 전류를 상기 피가공재에 인가하도록 전도성 소재로 마련되어 상기 전극바디 단부에 일면이 노출되도록 설치된 용접팁; 및
   상기 전극바디를 승강시키는 승강 실린더;를 포함하는, 고장력강용 저항 점용접 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 전극유닛는,
   상기 전극바디 내부에 설치되어 냉각수가 유동되는 냉각유로;를 더 포함하는, 고장력강용 저항 점용접 장치.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 전극바디는,
   절연재질로 마련되고, 상기 전자석을 감싸는 바디 플랜지부가 형성된 것을 특징으로 하는, 고장력강용 저항 점용접 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극유닛 및 전자석에 동시에 전류를 공급하는 전류 공급부;를 더 포함하는, 고장력강용 저항 점용접 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 전자석의 표면을 감싸는 절연재질의 보호커버를 더 포함하는, 고장력강용 저항 점용접 장치.

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