KR102047971B1 - 차체 경량화를 위한 냉간금속이행용접장치 및 이를 이용한 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차체 경량화를 위한 냉간금속이행용접장치 및 이를 이용한 용접방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스틸의 차량 골조와 알루미늄의 외판재의 이종재간 접합을 냉간금속이행용접장치를 이용하여 단락과 아크를 교대로 발생시키는 단락이행을 통하여 수행함으로써 용접부위에 백비드 발생을 감소시켜 상기 백비드의 제거를 위한 추가공정시간을 줄여 작업 공정의 간략화를 이루도록 하는 차체 경량화를 위한 냉간금속이행용접장치 및 이를 이용한 용접방법에 관한 것이다.
본 발명은 알루미늄접합와이어(30)를 수용하는 접촉팁(110)과, 보호가스가 통과하도록 상기 접촉팁(110)을 둘러싸는 환형채널(120)로 이루어지되 상기 환형채널(120) 내부의 상기 접촉팁(110)에는 상기 보호가스를 회전시키는 회전임펠러(130)가 설치된 용접토치(100); 상기 용접 토치(100)를 미리 정해진 용접 경로를 따라 이동하도록 구동하는 용접로봇(200); 상기 용접토치(100)에 동력을 공급하고, 상기 용접로봇(200)의 구동을 제어하는 용접전원제어부(300); 상기 알루미늄접합와이어(30)를 상기 용접토치(100)에 공급하는 와이어 구동부(400); 상기 용접토치(100)의 후방에 연결되게 설치되어 상기 용접토치(100)에 의해 차량 골조(10)와 알루미늄 외판재(20)간 용접의 수행시, 용접부위인 용접영역 쪽으로 상기 알루미늄접합와이어(30)의 공급속도를 조절하는 와이어공급조절부(500);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

차체 경량화를 위한 냉간금속이행용접장치 및 이를 이용한 용접방법{COLD METAL TRANSFER WELDING APPARATUS FOR LIGHTWEIGHT OF BODY-FRAME AND WELDING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 차체 경량화를 위한 냉간금속이행용접장치 및 이를 이용한 용접방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스틸의 차량 골조와 알루미늄의 외판재의 이종재간 접합을 냉간금속이행용접장치를 이용하여 단락과 아크를 교대로 발생시키는 단락이행을 통하여 수행함으로써 용접부위에 백비드 발생을 감소시켜 상기 백비드의 제거를 위한 추가공정시간을 줄여 작업 공정의 간략화를 이루도록 하는 차체 경량화를 위한 냉간금속이행용접장치 및 이를 이용한 용접방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차를 구성하는 각종 구성물들의 대부분은 철계 재료가 사용되고 있고, 이러한 철계 재료들은 중량감이 있으므로, 경량화를 위해서 일부 알루미늄계 재료가 사용되고 있다 이러한 철계 재료와 알루미늄계 재료 사이를 접합하는 방법은 알루미늄계의 납재를 사용하여 납땜을 하는 방법이 일반적인 철계 재료와 알루미늄계 재료의 접합방법이다.

모재와 금속 전극과의 사이에 아크를 발생시켜 그 열에 의해 전극과 모재를 용융시키고, 이 용융된 전극과 모재를 이용하여 2개의 금속을 접합시키는 방식의 용접을 용극식 용접이라고 하는데, 이러한 용극식 용접에는 피복 아크 용접, 서브머어지드 아크 용접, 불활성가스 금속 아크 용접, 탄산가스 실드 아크 용접 등이 있다.

아크 용접에 있어서 아크 전류가 일정값 이하가 되면 핀치 효과가 약해져 용융 금속을 분사하는 역할을 못하게 되고, 이에 따라 전극의 끝단이 녹아 형성된 용융(이하 '용융'이라 한다)이 표면장력에 의해 뭉쳐져 있다가 전극 끝단으로부터 흘러 내려가 모재와 접촉 단락을 일으키고 주기적인 단락을 반복하면서 옮겨가는데, 이와 같은 상태를 단락(短絡) 아크라고 하며, 이와 같이 단락아크에 의해 전극을 용융시킴으로써 용접하는 경우 많은 양의 스패터(spatter, 용접 중에 비산하는 슬래그나 금속 알갱이)가 발생되며, 이로 인해 용접부가 매끄럽게 되지 않아 용접 품질이 저하되는 단점이 있다.

이에 최근에는 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 다양한 아크 용접기와 용접방법이 개발되고 있는데, 그 일 예로써 용접케이블과 병렬로 연결된 반도체 스위치와, 용접아크 전압계와 용접 아크 전류계로부터 신호를 수신하는 스위치 제어회로를 포함하는 용접기가 개발된 바 있다.

상기와 같은 용접기는 단락 아크가 발생하는 경우 전압계는 설정된 임계값 이하의 전압강하를 기록하여 제어회로에 신호를 부내고, 제어회로는 이 신호에 따라 스위치를 개방하여 100~700㎲의 시간동안 용접전류를 분류시킨다.

그리고, 단락 종료시에 용융링크가 형성되는 경우 전압계는 아크 공간을 가로질러 갑작스럽게 증가하는 전압상승을 검출하여 제어회로에 신호를 송신하면 제어회로는 스위치를 개방하여 용접전류를 분류시키고, 이에 의해 용융이 분리되는 순간까지 용접전류의 일부가 용융링크를 통해 흐르고, 용융링크의 분리는 전류계에 의해 검출되어 제어회로에 신호를 송신하면 300μs 후에 스위치를 닫아 다시 아크 발생이 개시되도록 한다.

그러나 와이어가 일정한 속도로 움직이기 때문에 용접전류가 분류되는 환경 하에서는 "달라붙는”현상이 일어나게 되고, 이로 인해 용융의 분리 흐름이 곤란하게 된다 또한, 특히 낮은 전류로 인해 용접시에 용접공정의 안정성이 저하되는 문제도 있다.

또한, 용접부위의 반대면에 용접으로 인해 돌출되는 백비드가 형성되는데, 이러한 백비드를 제거하기 위해 용접후 별도의 사상작업을 진행하게 되고, 이는 작업공정의 증가로 제품의 생산효율을 낮출 뿐 아니라 작업효율을 저하시키는 문제를 발생하게 된다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 대한민국 공개특허 제10-2012-0031857호(출원일: 2011년 01월 31일, 공개일자: 2012년 04월 04일)의 이종재 접합방법이 개시되어 있다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 스틸의 차량 골조와 알루미늄의 외판재의 이종재간 접합을 냉간금속이행용접장치(cold metal transfer welding apparatus)에 의해 단락과 아크를 교대로 발생시키는 단락이행을 통하여 수행함으로써 알루미늄 외판재의 타측면에 백비드의 형성이 감소되게 하여 상기 백비드의 제거를 위한 추가공정시간의 감소를 통한 작업공정의 간략화를 이루면서 차량의 경량화를 이룰 수 있도록 하는 차체 경량화를 위한 냉간금속이행용접장치 및 이를 이용한 용접방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 알루미늄접합와이어(30)를 수용하는 접촉팁(110)과, 보호가스가 통과하도록 상기 접촉팁(110)을 둘러싸는 환형채널(120)로 이루어지되 상기 환형채널(120) 내부의 상기 접촉팁(110)에는 상기 보호가스를 회전시키는 회전임펠러(130)가 설치된 용접토치(100); 상기 용접 토치(100)를 미리 정해진 용접 경로를 따라 이동하도록 구동하는 용접로봇(200); 상기 용접토치(100)에 동력을 공급하고, 상기 용접로봇(200)의 구동을 제어하는 용접전원제어부(300); 상기 알루미늄접합와이어(30)를 상기 용접토치(100)에 공급하는 와이어 구동부(400); 상기 용접토치(100)의 후방에 연결되게 설치되어 상기 용접토치(100)에 의해 차량 골조(10)와 알루미늄 외판재(20)간 용접의 수행시, 용접부위인 용접영역 쪽으로 상기 알루미늄접합와이어(30)의 공급속도를 조절하는 와이어공급조절부(500);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상기 와이어공급조절부(500)는 상기 용접토치(100)의 후방에 연결되되 길이방향 양측에 상기 알루미늄접합와이어(30)의 인입출을 위한 통공(511)이 마련된 하우징(510)과, 상기 하우징(510)의 내측을 상부격실과 하부격실(513)로 분할하도록 마련되되 상기 알루미늄접합와이어(30)의 이동을 위한 가이드홈(521)이 상기 알루미늄접합와이어(30)의 진행방향을 따라 형성되는 지지격판(520)과, 상기 상부격실(512)에서 상기 지지격판(520)을 관통하여 상기 하부격실(513)로 연장되는 한 쌍의 전자기반응봉(530)과, 상기 상부격실(512)에 위치한 상기 한 쌍의 전자기반응봉(530)의 일측단를 상호 연결하도록 마련되어 상기 전자기반응봉(530)의 하강시 상기 가이드홈(521)을 따라 이동되는 상기 알루미늄접합와이어(30)에 밀착되는 탄성밀착구(540)와, 상기 하부격실(513)의 하측면에 설치된 상태로 상기 전자기반응봉(530)의 타측단에 연결되는 탄성복귀스프링(550)과, 상기 전자기반응봉(530)을 잡아당길 수 있도록 상기 하부격실(513)에 설치되는 전자석(560)으로 이루어진다.

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본 발명에 따르면 냉간금속이행용접장치(cold metal transfer welding apparatus)에 의해 단락과 아크를 교대로 발생시키는 단락이행을 통하여 차량골조의 외측에 알루미늄 외판재를 용접결합함에 따라 알루미늄 외판재의 외측면에 백비드의 발생이 감소되어 백비드 제거를 위한 추가공정시간이 감소되고, 그로 인해 작업공정의 간략화 및 경제성을 높일 수 있고, 균일한 용접과 용접부의 품질향상을 기대할 수 있을 뿐 아니라 스틸의 차량 골조와 알루미늄의 외판재의 이종재간 접합이 가능하게 되어 자동차 산업 등에서 산업용 부품의 특성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 차체 경량화를 이룰 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 냉간금속이행용접장치를 개략적으로 나타낸 상태도,
도 2는 본 발명에 따른 용접토치의 선단상태를 나타낸 상태도,
도 3은 본 발명에 따른 용접토치에 회전임펠러가 설치된 상태를 나타낸 상태도,
도 4는 본 발명에 따른 와이어공급조절부의 측단면 상태를 나타낸 상태도,
도 5는 도 4의 A-A 단면상태를 나타낸 상태도,
도 6은 본 발명에 따른 냉간금속이행용접장치를 이용한 접합방법을 나타낸 블록도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 차체 경량화를 위한 냉간금속이행용접장치를 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이 용어들은 제품을 생산하는 생산자나 제조자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있을 것이며, 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있고, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

또한, 본 발명에 사용되는 방향성 용어는 개시된 도면(들)의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시 예의 구성요소는 다양한 배향으로 위치설정될 수 있기 때문에 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 냉간금속이행용접장치를 개략적으로 나타낸 상태도이고, 도 2는 본 발명에 따른 용접토치의 선단상태를 나타낸 상태도이며, 도 3은 본 발명에 따른 용접토치에 회전임펠러가 설치된 상태를 나타낸 상태도이고, 도 4는 본 발명에 따른 와이어공급조절부의 측단면 상태를 나타낸 상태도이며, 도 5는 도 4의 A-A 단면상태를 나타낸 상태도이다.

상기 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 차체 경량화를 위한 냉간금속이행용접장치는 차량 골조(10)와 알루미늄 외판재(20)간 접합부위에 용접을 수행하는 용접토치(100)와, 상기 용접토치(100)를 미리 정해진 용접 경로를 따라 이동하도록 구동하는 용접로봇(200)과, 상기 용접토치(100)에 동력을 공급하고 상기 용접로봇(200)의 구동을 제어하는 용접전원제어부(300)와, 상기 용접토치(100)의 후방에 연결되게 설치되어 알루미늄접합와이어(30)의 공급속도를 조절하는 와이어공급조절부(500)로 구성된다.

상기 용접토치(100)는 알루미늄접합와이어(30)를 수용하는 접촉팁(110)과, 보호가스가 통과하도록 상기 접촉팁(110)을 둘러싸는 환형채널(120)로 이루어지되 상기 환형채널(120) 내부의 상기 접촉팁(110)에는 상기 보호가스를 회전시키는 회전임펠러(130)가 설치된다.

여기서, 상기 회전임펠러(130)는 상기 환형채널(120)의 내부에서 외부로 분사되는 보호가스가 회전되면서 분사될 수 있도록 하는 것으로, 용접부위에 용접을 수행하는 과정에서 상기 보호가스가 상기 회전임펠러(130)를 지나면서 회전되어 외부로 배출된다.

이때, 상기 차량 골조(10)와 알루미늄 외판재(20)에 의해서 직선 운동에 제한이 발생되고, 외부로 확산되면서 아크 발생 주위를 보호하게 된다. 종래의 보호가스 배출은 아크 주위에 난류를 발생시켜 외부 공기가 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 없지만 본 발명에서는 보호가스가 상기 회전임펠러(130)를 통해 회전되면서 배출되는 외부 공기가 내부로 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있게 된다.

이에 풍속 1m/s가 넘는 작업 환경에서는 바람에 의한 공기의 혼입이 발생이 방지되어 용접 품질 저하를 방지할 수 있게 되고, 난류 발생으로 인한 보호 가스의 낭비를 줄여 작업 비용을 현저히 절감할 수 있게 된다.

여기서, 상기 회전임펠러(130)를 별도의 동력수단에 연결하여 인위적으로 회전속도와 회전각도를 조절하거나 설치 위치를 변경할 수 있도록 하여 원하는 형태의 보호가스의 유동을 유도할 수 있음을 밝혀두는 바이다.

또한, 상기 회전임펠러(130)의 날개 개수, 설치 높이, 형상 등은 상기 용접 토치가 사용되는 작업 환경 즉 외부바람의세기에 따라서 변동될 수 있음을 밝혀 두는 바이다.

상기 용접로봇(200)은 상기 용접토치(100)를 미리 정해진 용접 경로를 따라 이동하도록 구동하는 것으로, 지면에 고정되는 고정부(210)와, 상기 고정부(210)의 상측에 회전가능하게 설치되는 바디구(220)와, 선단에 상기 용접토치(100)가 설치된 상태로 사방향으로 자유롭게 회동가능하도록 상기 바디구(220)에 연결되게 설치되되 설정된 궤적을 따라 움직여 상기 차량 골조(10)와 알루미늄 외판재(20)를 상기 용접토치(100)에 의해 용접접합할 수 있도록 하는 로봇암(230)을 이루어진다.

이때, 상기 로봇암(230)은 다양한 형상을 이루어질 수 있고, 다관절로 이루어짐이 바람직할 것이다. 또한, 상기 용접토치(100)에는 아크 발생을 위해 전기를 공급하도록 상기 알루미늄접합와이어(30)가 연결되고, 상기 알루미늄접합와이어(30)는 상기 와이어구동부(400)에 연결된다.

상기 용접전원제어부(300)는 상기 용접토치(100)에 동력을 공급하고, 상기 용접로봇(200)의 구동을 제어하는 것으로, 상기 용접로봇(200)에 일체로 설치되거나 상기 용접로봇(200)으로부터 일정간격 이격된 위치에 별도로 설치될 수 있음을 밝혀두는 바이다.

상기 와이어 구동부(400)는 상기 알루미늄접합와이어(30)를 상기 용접토치(100)에 공급하는 것으로, 상기 용접전원제어부(300)에 일체로 설치되거나 일정간격 이격된 위치에 별도로 설치될 수 있을 것이다.

또한, 상기 와이어 구동부(400)의 내부에는 상기 알루미늄접합와이어(30)를 이송시키기 위한 피더(미도시)가 구비되고, 상기 피더는 직류모터와 이 직류모터에 의해 동작되는 롤러 등을 구비하며 이러한 구성에 의해 상기 알루미늄접합와이어(30)가 연속적이며 일정한 속도로 공급된다.

상기 와이어공급조절부(500)는 상기 용접토치(100)에 의해 차량 골조(10)와 알루미늄 외판재(20) 간 용접의 수행시, 용접부위인 용접영역 쪽으로 상기 알루미늄접합와이어(30)의 공급속도를 조절한다.

이때, 상기 와이어공급조절부(500)는 상기 용접토치(100)의 후방에 연결되되 길이방향 양측에 상기 알루미늄접합와이어(30)의 인입출을 위한 통공(511)이 마련된 하우징(510)과, 상기 하우징(510)의 내측을 상부격실과 하부격실(513)로 분할하도록 마련되되 상기 알루미늄접합와이어(30)의 이동을 위한 가이드홈(521)이 상기 알루미늄접합와이어(30)의 진행방향을 따라 형성되는 지지격판(520)과, 상기 상부격실(512)에서 상기 지지격판(520)을 관통하여 상기 하부격실(513)로 연장되는 한 쌍의 전자기반응봉(530)과, 상기 상부격실(512)에 위치한 상기 한 쌍의 전자기반응봉(530)의 일측단를 상호 연결하도록 마련되어 상기 전자기반응봉(530)의 하강시 상기 가이드홈(521)을 따라 이동되는 상기 알루미늄접합와이어(30)에 밀착되는 탄성밀착구(540)와, 상기 하부격실(513)의 하측면에 설치된 상태로 상기 전자기반응봉(530)의 타측단에 연결되는 탄성복귀스프링(550)과, 상기 전자기반응봉(530)을 잡아당길 수 있도록 상기 하부격실(513)에 설치되는 전자석(560)으로 이루어진다.

상기 와이어공급조절부(500)의 작동시 알루미늄접합와이어(30)의 제동동작을 간략히 살펴보면, 상기 알루미늄접합와이어(30)가 일정한 속도로 공급될 때 상기 알루미늄접합와이어(30)는 상기 지지격판(520)에 지지된 상태로 상기 하우징(510)의 통공(511)을 통해 자유롭게 인출되고, 아크 공간의 전압이 급증하게 되면 상기 용접전원제어부(300)의 신호에 의해 상기 전자석(560)이 활성화되고, 이에 의해 상기 전자기반응봉(530)이 상기 하부격실(513)로 잡아당겨져 상기 탄성밀착구(540)가 상기 지지격판(520)의 가이드홈(521)을 따라 이동되는 상기 알루미늄접합와이어(30)에 밀착되어 이동을 저지한다.

이후 상기 용접전원제어부(300)의 신호에 의해 상기 전자석(560)의 자력이 상실되면 상기 탄성복귀스프링(550)에 의해 상기 전자기반응봉(530)이 원위치로 복귀되고 이에 따라 상기 알루미늄접합와이어(30)의 공급이 다시 일정한 속도로 회복되는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 차체 경량화를 위한 냉간금속이행용접장치를 이용한 용접방법은 도 6에 도시된 바와 같이 차량 골조(10)에 알루미늄 외판재(20)를 배치하는 배치단계(S10)와, 알루미늄접합와이어(30)를 접합부위에 위치시키는 준비단계(S20)와, 상기 알루미늄 외판재(20)를 접합하는 접합단계(S30)로 이루어진다.

먼저, 상기 배치단계(S10)는 철재의 차량 골조(10)에 알루미늄 외판재(20)의 일측면이 면접되도록 배치하는 것으로, 대형버스에서 외부 화물칸 및 엔진룸의 뼈대가 되는 골조에 상기 알루미늄 외판재(20)위치시켜 배치하는 것이다.

이때, 상기 알루미늄 외판재(20) 및 상기 차량 골조(10)를 별도의 지그를 이용하여 고정한 상태로 상기 알루미늄 외판재(20)가 상기 차량 골조(10)의 일측면에 면접되도록 배치할 수 있을 것이다.

또한, 상기 차량 골조(10)의 표면에는 10~25㎛의 아연을 도금 처리하는 것이 바람직한데, 이는 일반적으로 강판의 경우 용접을 통한 접합을 시도하였을 때 강판 표면에 발생하는 산화 피막이 강판의 접합을 어렵게 하기 때문에 접합시 발생하는 강판의 산화를 방지하기 위해 상기와 같이 차량 골조(10)의 표면에 아연도금을 실시하는 것이 바람직한 것이다.

상기 준비단계(S20)에서는 상기 알루미늄 외판재(20)의 일측면과 차량 골조(10)간 접합부위에 용접토치(100)의 내부로부터 돌출된 알루미늄접합와이어(30)를 위치시키게 된다.

즉, 상기 용접토치(100)의 끝단을 상기 차량 골조(10)와 알루미늄 외판재(20)의 면접위치에서 용접이 수행되는 부위에 상기 알루미늄접합와이어(30)를 위치시켜 용접을 준비하게 된다.

상기 접합단계(S30)에는 상기 차량 골조(10)와 알루미늄 외판재(20)가 접합될 부위에 단락과 아크를 교대로 발생시키는 단락이행을 통하여 상기 알루미늄접합와이어(30)를 160~250cm/min의 주기로 용융시키면서 상승 및 하강운동을 반복적으로 수행하면서 상기 알루미늄 외판재(20)를 상기 차량 골조(10)에 접합하게 된다.

즉, 이러한 접합은 일면 저입열(CMT:cold metal transfer)용접법으로써 CMT용접은 개조된 단락형 가스 금속 아크 용접 프로세스로, 전기 아크단계와 단락 단계가 주기적으로 교호하는 것을 특징으로 한다. 이러한 CMT용접 프로세스에서 와이어 공급 시스템은 디지털 제어 시스템과 동기화되고, 주기적 교호에 응답하여 와이어의 이동 방향을 변경할 수 있다.

또한, 전기 아크 단계 중에 알루미늄접합와이어는 용접대상이 되는 공작물(차량 골조와 알루미늄 외판재)과 접촉할 때 까지 공작물을 향해 이동되고, 용접전류 및 용접 전압은 알루미늄접합와이어가 높은 이송 아크 전류에서 급속히 용융되어 액적을 형성하도록 하는 방식으로 제어된다.

일단 단락이 발생하면, 디지털 제어 시스템이 전압 강하를 감지하고 전류를 휠씬 더 낮은 레밸로 감소시키며, 이때 와이어 이송은 역전되고 알루미늄접합와이어는 단락이 개방될 때까지 공작물로부터 멀어지게 이동된다.

이에 따라 CMT 용접은 와이어 동작과 함께 용접 전류 제어를 포함하고, 소정 속도 및 패턴으로 차량 골조와 알루미늄 외판재 간 접합부위에서부터 알루미늄접합와이어를 물리적으로 인출한다.

이러한 CMT 용접의 프로세스는 알루미늄접합와이어를 차량 골조(10)와 알루미늄 외판재(20)간 접합부위인 용접풀을 향해 이동시키는 단계와, 상기 알루미늄접합와이어를 용접 풀로 공급하면서 전류를 낮추는 단계와, 상기 알루미늄접합와이어를 후퇴시키는 단계를 반복적으로 수행하게 된다.

상기와 같은 프로세스는 접합부위에 전달되는 열입력을 매우 감소시킬 수 있는데, 그 이유는 아크는 단지 아크 발생 기간 중에 매우 단시간 동안 접합부위에 열을 입력하기 때문인 것이다. 이와 같이 차량 골조(10)와 알루미늄 외판재(20)간 접합부위는 상기와 같은 CMT프로세스 동안에 열입력을 감소시킬 수 있어 용접부위의 적은 왜곡 및 보다 높은 정확도와 같은 효과를 기대할 수 있게 된다.

상기 용접토치(200)를 이용하여 차량 골조(10)와 알루미늄 외판재(20)간 용접을 수행시, 용접토치의 기울기는 25°로 하고, 보호가스는 CO2 5%와 혼합된 아르곤(AR)이 Ar 보호가스로 사용되고, 접촉팁의 팁 단부는 약 14mm 내지 15mm 범위의 거리만큼 접합부위로부터 이격되며, 상기 알루미늄접합와이어는 2.4mm인 것을 사용하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 용접 전류는 80~120A로 하고, 용접 전압은 14~16V하며, 보호가스의 유량은 6~7L/min으로 하고, 토치위빙(torch weaving)은 5Hz, 3mm크기로 한다.

또한, 상기 접합단계(S30)에서는 용접전압의 급변에 따라 와이어공급조절부(500)에 의해 용접토치로의 와이어 공급속도를 조절하도록 하는 것이 바람직한데, 상기 와이어공급조절부(500)는 상기 용접토치(100)의 후방에 설치되거나 상기 와이어구동부(400)에 설치될 수 있는데 이하에서는 상기 와이어공급조절부(500)는 상기 용접토치(100)의 후방에 설치되는 것으로 하여 설명한다.

즉, 상기 접합단계(S30)에서 용접을 수행하는 과정에서 어떤 시점에서는 용융이 용융풀에 거의 낙하되면서 융융링크(알루미늄접합와이어와 용융풀 사이에 형성되는 잘록한 형태의 링크)의 두께가 급격히 얇아지는 동시에 용접전압이 급격히 상승하기 시작하는데, 이때 별도의 용접전압센서(미도시)가 이를 검출하여 상기 용접전원제어부(300)에 전달하면 상기 용접전원제어부(300)에서는 상기 차량 골조(10)와 알루미늄 외판재(20)간 용접부위인 용접영역 쪽으로의 알루미늄접합와이어의 공급속도를 조절할 수 있도록 상기 와이어공급조절부(500)에 제어신호를 보내며, 이에 의해 알루미늄접합와이어 끝부분의 이동 속도가 급감하게 된다.

상기와 같이 용접영역의 전류와 전압이 급감하여 전력이 거의 제로상태가 되는 동시에 알루미늄접합와이어의 이동에 제동이 걸리게 되면 용융링크가 부드럽게 절단되며, 이때 용접 전력이 거의 제로에 가깝기 때문에 종래의 용접에 있어서와 같이 용융링크가 번 아웃되지 않고, 용융풀의 전류력에 의한 양향을 받지 않고 절단이 일어나며, 알루미늄접합와이어의 끝단이 용융풀에 합쳐진다.

이와 같이 본 발명에 따른 차체 경량화를 위한 알루미늄 외판재의 접합방법에 의해 차량골조의 외측에 알루미늄 외판재를 용접하게 되면 알루미늄 외측면에 백비드의 발생이 감소되어 상기 백비드의 제거를 위한 추가공정시간이 감소되어 작업공정의 간략화 및 경제성이 높아지는 효과가 있을 뿐 아니라 균일한 용접과 용접부의 품질향상을 기대할 수 있으며, 스틸의 차량 골조와 알루미늄의 외판재의 이종재간 접합이 가능하게 되어 자동차 산업 등에서 산업용 부품의 특성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 차체 경량화를 이룰 수 있게 된다.

상기와 같이 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형실시가 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 한정하지 않고, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라, 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 차량골조 20: 알루미늄 외판재
30: 알루미늄접합와이어 100: 용접토치
110: 접촉팁 120: 환형채널
130: 회전임펠러 200: 용접로봇
210: 고정부 220: 바디구
230: 로봇암 300: 용접전원제어부
400: 와이어 구동부 500: 와이어공급조절부
510: 하우징 511: 통공
512: 상부격실 513: 하부격실
520: 지지격판 521: 가이드홈
530: 전자기반응봉 540: 탄성밀착구
550: 탄성복귀스프링 560: 전자석

Claims (3)

1. 알루미늄접합와이어(30)를 수용하는 접촉팁(110)과, 보호가스가 통과하도록 상기 접촉팁(110)을 둘러싸는 환형채널(120)로 이루어지되 상기 환형채널(120) 내부의 상기 접촉팁(110)에는 상기 보호가스를 회전시키는 회전임펠러(130)가 설치된 용접토치(100); 상기 용접 토치(100)를 미리 정해진 용접 경로를 따라 이동하도록 구동하는 용접로봇(200); 상기 용접토치(100)에 동력을 공급하고, 상기 용접로봇(200)의 구동을 제어하는 용접전원제어부(300); 상기 알루미늄접합와이어(30)를 상기 용접토치(100)에 공급하는 와이어 구동부(400); 상기 용접토치(100)의 후방에 연결되게 설치되어 상기 용접토치(100)에 의해 차량 골조(10)와 알루미늄 외판재(20)간 용접의 수행시, 용접부위인 용접영역 쪽으로 상기 알루미늄접합와이어(30)의 공급속도를 조절하는 와이어공급조절부(500);를 포함하여 구성되고,
   상기 와이어공급조절부(500)는 상기 용접토치(100)의 후방에 연결되되 길이방향 양측에 상기 알루미늄접합와이어(30)의 인입출을 위한 통공(511)이 마련된 하우징(510)과, 상기 하우징(510)의 내측을 상부격실과 하부격실(513)로 분할하도록 마련되되 상기 알루미늄접합와이어(30)의 이동을 위한 가이드홈(521)이 상기 알루미늄접합와이어(30)의 진행방향을 따라 형성되는 지지격판(520)과, 상기 상부격실(512)에서 상기 지지격판(520)을 관통하여 상기 하부격실(513)로 연장되는 한 쌍의 전자기반응봉(530)과, 상기 상부격실(512)에 위치한 상기 한 쌍의 전자기반응봉(530)의 일측단를 상호 연결하도록 마련되어 상기 전자기반응봉(530)의 하강시 상기 가이드홈(521)을 따라 이동되는 상기 알루미늄접합와이어(30)에 밀착되는 탄성밀착구(540)와, 상기 하부격실(513)의 하측면에 설치된 상태로 상기 전자기반응봉(530)의 타측단에 연결되는 탄성복귀스프링(550)과, 상기 전자기반응봉(530)을 잡아당길 수 있도록 상기 하부격실(513)에 설치되는 전자석(560)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차체 경량화를 위한 냉간금속이행용접장치.
   
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