알루미늄 용접을 위한 진동 스폿 용접

Volkswagen은 경량 구조 전개 과정에서 새로운 유형의 용접 기술로 알루미늄 접합을 최적화하였다. 이 아이디어의 기초는 힘과 전류 강도를 선택할 수 있는 원형으로 진동하는 마이크로 공정 제어되는 전자석이다.

크리스티안 마니겔(Christian Mannigel): 프리랜서 저널리스트

메가 트렌드인 „경량 구조“와 이를 실현하는 과정에서 알루미늄을 응용하는 추세가 자동차 산업의 새로운 제조 상의 과제로 확산되고 있다. Volkswagen도 이 알루미늄을 어떻게 활용할 것인지 고민하고 연구에 집중하고 있다. 가장 본질적인 문제는 차체를 연결하는 접합 기술에 관한 것이다. 독일에서 제일 큰 로봇 용접 건 제조사이자 저항 용접 기술의 선도적인 업체인 Nimak과 막데부르크 오토폰귀리케 대학 전문가들이 Volkswagen이 알루미늄에 대한 효율적인 용접 기술인 진동 스폿 용접을 공동 개발하였다.  

Volkswagen은 Nimak의 „magneticdrive“ 기술을 기반으로 진동 전극을 사용하는 용접 시험을 진행하고 있다.

정밀하고 부드러운 접합 힘 형성

지난해 „Automotive Circle“에서 소개된 이 기술은 Nimak이 개발한 „magneticdrive“를 기반으로 하고 있다. 이 기술은 마이크로 프로세스로 제어되는 전자석을 통해 전류 세기와 저항 용접에서 중요한 매개변수인 힘을 자유롭게 프로그래밍할 수 있어, 정밀하고 부드러운 힘 형성과 개별적인 힘 프로파일이 가능하다. „magneticdrive“를 이용하면, 기존의 다른 드라이브와 다르게 전극을 재조정하는 중에도 힘이 끊기지 않는다.

Nimak는 수많은 테스트와 응용 사례를 통해 이를 입증하였다. 예를 들어 전극의 부드러운 안착으로 표면 변형과 용접 돌기를 방지하고 힘이 빠르게 형성되면 부품은 형상 결합 방식으로 접합된다. 전류가 약해 힘이 감소하면서 부품 사이의 저항이 높아지는데 이때 많은 열이 발생하고 용접 시간은 짧아진다. 여기에 힘 결합 방식을 재조정하면 경화 중에 금속이 밀착되고, 스패터 형성이 감소하면서 접합부 품질이 최적화되고 생산성 향상으로 이어진다. 여기에 Nimak이 개발한 쇼트 펄스 용접과 연결하면 처리 시간도 최대 50%까지 절감되고, 전체적인 기계 컨셉트는 슬림해지고 에너지 소비량이 현저히 줄어든다.

더욱 단단하고 견고하게 용접된다

Volkswagen과 공동 개발한 이 접합 기술은 용접 과정에서 마그넷이 계속해서 전극을 진동하게 한다. 비방향성 원운동을 야기하는 이 운동은 알루미늄 합금 위에서 접합에 불리하게 작용하는 산화 층을 파괴하여 경계 저항을 낮춰준다. 이 특별한 기술은 전극 캡이 빠르게 픽업되지 않아 판재에 달라 붙지 않고, 캡 밀링 당 두 배 많은 용접 점을 만들 수 있다. „수명이 현저히 길어지고, 생산성 증대로 이어집니다.“(마르쿠스 투흐트펠트, Volkswagen 열 접합 기술 플래너)

알루미늄 접합 과정에서 진동 스폿 용접은 진동하는 전극을 통해 너깃의 연마 패턴을 균일하게 하여 고급스럽게 보인다. 종래의 접합 기술에 비해 훨씬 미세한 입자와 매끄러운 표면이 형성되어 접합 품질이 향상된다. „이는 결과적으로 경도와 용접 강도 증가를 의미합니다.“(마르구스 투흐트펠트)

자동차 제조사가 사랑하는 파트너

알루미늄 시험편의 분리 시험을 통해 알루미늄의 돌기 용접은 Nimak의 „magneticdrive“를 이용하여 처음으로 개발하였다.

Volkswagen이 새로운 유형의 용접 방법을 시험하고 개발하는 과정에서 Nimak과 긴밀히 협업한 것은 우연히 일어난 일이 아니다. Nimak은 용접 건에서 고객 별 표준을 충족하는 전세계 자동차 산업의 모든 프리미엄 메이커에 승인한 유일한 공급자이다. Nimak의 전문가들이 수년 전부터 자신들의 노하우를 Volkswagen에만 제공한 것이 아니기 때문에 오래 동안 추적된 많은 노하우를 가지고 있다.

점차 늘어가는 경량구조와 멀티 재료 결합으로 인해 스폿 용접과 로봇 용접 건 시장이 갈수록 변화하고 있어, 새로운 접합 기술을 개발하는 것은 매우 흥미로운 일이다. Nimak은 이미 수 년 전부터 저항 용접 기술과 접합 및 계량 기술을 지닌 유일한 제조사로서 또 다른 중요한 사업 영역을 확장하고 노하우를 자체적으로 개발하고 있다. Nimak은 여전히 저항 용접을 연구하고, 이번에 개발한 진동 스폿 용접과 같은 기술 최적화를 집중적으로 연구하고 있다.

MM 접합 기술 스케치

그 무엇도 모든 것을 나사로 고정할 수 없다

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꾸준히 정밀하게 배치하기

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