KR102197434B1 - 저항 스폿 용접 방법 - Google Patents

Abstract

강종에 상관없이, 타각에 따라 용접부의 균열 발생을 억제할 수 있고 또한 조인트 강도를 충분히 확보할 수 있는 저항 스폿 용접 방법을 제공한다. 복수의 강판을 중첩한 판 세트를, 1 쌍의 전극 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법에 있어서, 중첩한 복수의 강판 중 적어도 1 장은, 표면에 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판이고, 통전으로서, 너겟부를 형성하는 통전을 실시하는 주통전 공정과, 주통전 공정 후에 통전 휴지 시간 Tc (사이클) 동안 통전을 휴지하는 무통전 공정과, 무통전 공정 후에 너겟부를 성장시키지 않고 재가열하는 통전을 실시하는 후통전 공정을 갖고, 전극의 타각을 A (도), 주통전 공정의 전류값을 Im (kA), 후통전 공정의 전류값을 Ip (kA), 1 ＋ 0.1·Tc 를 변수 B, 1 ＋ 0.2·Tc 를 변수 C 로 했을 때, 통전은, 하기 식 (Ⅰ) 의 관계를 만족한다. 식 (Ⅰ) 0 ＜ A ＜ 3 의 경우에는, (22 ＋ A)·B/100 ＜ Ip/Im ＜ C, 3 ≤ A ＜ 7 의 경우에는, (17 ＋ A)·B/80 ＜ Ip/Im ＜ C, 7 ≤ A ＜ 15 의 경우에는, (11 ＋ A)·B/60 ＜ Ip/Im ＜ C

Description

저항 스폿 용접 방법

본 발명은, 저항 스폿 용접 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 중첩한 강판끼리의 접합에는, 겹치기 저항 용접법의 일종인 저항 스폿 용접 방법이 사용되고 있다. 이 용접법은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 중첩한 2 장 이상의 강판 (1, 2) 을 사이에 끼우고 그 상하로부터 1 쌍의 전극 (3, 4) 으로 가압하면서, 상하 전극 간에 고전류의 용접 전류를 단시간 통전하여 접합하는 방법이다. 고전류의 용접 전류를 흐르게 함으로써 발생하는 저항 발열을 이용하여, 점상의 용접부 (5) 를 얻는다. 이 점상의 용접부 (5) 는 너겟으로 불리며, 중첩한 강판에 전류를 흘렸을 때에 강판의 접촉 지점에서 양 강판 (1, 2) 이 용융되어, 응고된 부분이며, 이로써 강판끼리가 점상으로 접합된다.

그러나, 표면 처리 강판을 포함하는 복수의 강판을 중첩한 판 세트의 스폿 용접에 있어서는, 용접부에 균열이 발생하는 경우가 있다는 문제가 있었다. 여기서, 표면 처리 강판이란, 전기 아연 도금, 용융 아연 도금 (합금화 용융 아연 도금을 포함한다) 으로 대표되는 아연 도금이나, 아연 이외에 알루미늄이나 마그네슘 등의 원소를 포함한 아연 합금의 도금 등의 금속 도금층을 모재 (하지 (下地) 강판) 의 표면에 갖는 강판을 말한다. 아연 도금이나 아연 합금 도금의 융점은, 표면 처리 강판의 모재의 융점보다 낮기 때문에 이하와 같은 문제가 있다.

즉, 상기 용접부의 균열은, 용접 중에 강판 표면의 저융점의 금속 도금층이 용융되고, 전극의 가압력이나 강판의 열 팽창, 수축에 의한 인장 응력이 용접부에 가해졌을 때에, 용융된 저융점 금속이 표면 처리 강판의 모재의 결정 입계에 침입하여 입계 강도를 저하시켜, 균열을 일으키는, 이른바 액체 금속 취성에서 기인하는 균열이라고 생각된다. 균열의 발생 위치는, 도 1 과 같은 전극 (3, 4) 과 접하는 측의 강판 (1, 2) 의 표면이나, 강판끼리가 접하는 측의 강판 (1, 2) 의 표면 등, 여러 가지이다.

이와 같은 균열의 대책으로서, 예를 들어 특허문헌 1 에서는, 판 세트인 강판의 조성을 특정 범위의 조성, 구체적으로는, 중량％ 로, C : 0.003 ∼ 0.01 ％, Mn : 0.05 ∼ 0.5 ％, P : 0.02 ％ 이하, sol.Al : 0.1 ％ 이하, Ti : 48 × (N/14) ∼ 48 × {(N/14) ＋ (S/32)} ％, Nb : 93 × (C/12) ∼ 0.1 ％, B : 0.0005 ∼ 0.003 ％, N : 0.01 ％ 이하, Ni : 0.05 ％ 이하, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성으로 하는 것이 제안되어 있다.

특허문헌 2 에는, 고강도 도금 강판의 스폿 용접에 있어서, 하기 조건 (1) 및 (2) 를 만족시키도록 용접 통전 시간 및 용접 통전 후의 유지 시간을 설정하여 스폿 용접을 실시하는 것을 특징으로 하는 고강도 도금 강판의 스폿 용접 방법이 제안되어 있다. 또, 특허문헌 2 에서는, 강판의 판두께에 따라 통전 시간 및 통전 후의 전극의 유지 시간을 적절히 설정하고, 강판 중의 합금 원소량이 일정 이하가 되는 고장력 아연 도금 강판을 사용하여 용접을 실시하는 것도 제안되어 있다.

0.25·(10·t ＋ 2)/50 ≤ WT ≤ 0.50·(10·t ＋ 2)/50 … (1)

300 － 500·t ＋ 250·t² ≤ HT … (2)

단, t : 판두께 (㎜), WT : 용접 통전 시간 (ms), HT : 용접 통전 후의 유지 시간 (ms)

특허문헌 3 에서는, 통전 패턴을 3 단 이상의 다단 통전으로 하고, 적정 전류 범위 (ΔI : 원하는 너겟 직경 이상이고, 또한 용융되지 않은 나머지 두께가 0.05 ㎜ 이상인 너겟을 안정적으로 형성할 수 있는 전류 범위) 가 1.0 ㎄ 이상, 바람직하게는 2.0 ㎄ 이상이 되도록, 통전 시간, 용접 전류 등의 용접 조건을 조정하고, 각 단 사이에 냉각 시간을 형성하는 방법이 제안되어 있다.

또, 저항 스폿 용접으로 얻어지는 조인트에는, 십자 인장 강도 (조인트의 박리 방향으로 인장 시험을 했을 때의 강도) 등의 조인트 강도가 높을 것도 요구되고 있다.

이와 같은 높은 조인트 강도를 달성하기 위한 기술로서, 특허문헌 4 에서는, 통전 패턴을 2 단 이상의 다단 통전으로 하고, 너겟 형성 후에, 너겟을 증가시키지 않는 후통전을, 주통전보다 높은 전류값으로 실시함으로써, 십자 인장 강도를 향상시킬 수 있는 것이 나타나 있다.

일본 공개특허공보 평10-195597호 일본 공개특허공보 2003-103377호 일본 공개특허공보 2003-236676호 일본 공개특허공보 2010-115706호

그러나, 특허문헌 1 에서는 강판의 합금 원소량을 한정할 필요가 있기 때문에, 요구 성능을 만족하는 강판의 사용이 제한되는 등의 과제가 있다. 특히 최근의 강판에서의, 고강도화에 수반하여 고합금화가 진행되고 있는 상황하에서는, 그 적용은 매우 제한된다. 특허문헌 2 에서는, 비산이 발생하는 과대한 용접 전류를 설정했을 때의 균열 억제 방법만이 제안되어 있고, 비산이 발생하지 않는 상태에서의 균열에 대해서는 언급되어 있지 않다. 특허문헌 3 에서는, 용접 조건의 적정화에 많은 공수가 필요하고, 또 적정 전류 범위의 확보가 곤란한 강판 및 판 세트에 대해서는 적용할 수 없다는 과제가 있었다. 또, 특허문헌 4 에서는, 상기와 같은 균열에 대해서는 언급되어 있지 않고, 균열의 억제와 십자 인장 강도의 양립이 가능한 조건에 대해서는 기재되어 있지 않다. 그리고, 특허문헌 1 ∼ 4 에서는, 전극의 타각에 의한 영향에 대해서는 검토되어 있지 않기 때문에, 자동차 조립시의 실제의 시공을 고려하면, 대책으로서는 불충분한 경우가 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 강종에 상관없이, 타각에 따라 용접부의 균열 발생을 억제할 수 있고, 또한 조인트 강도를 충분히 확보할 수 있는 저항 스폿 용접 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은, 상기의 목적을 달성하기 위해, 예의 검토를 거듭하였다. 용접시에 발생하는 균열은, 비산이 발생하지 않는 용접 조건 범위에서도 발생한다. 그 발생은 여러 가지 요인의 영향을 받지만, 특히 용접시의 타각 A (도) (타각이란, 강판의 표면의 수직 방향에 대해 전극의 축심이 기울어지는 각도를 말한다, 도 2 를 참조) 에 큰 영향을 받는 것을 지견하였다. 그리고, 너겟부를 형성하는 주통전과, 소정 시간 통전을 휴지하는 무통전과, 너겟부를 성장시키지 않고 재가열하는 후통전을 이 순으로 갖고, 또한, 타각의 크기 등에 따라 통전을 특정 조건에서 실시한다. 이로써, 균열을 억제할 수 있고, 또한, 조인트 강도를 충분히 확보할 수 있다는 지견을 얻었다.

용접시에 발생하는 균열에 대한 본 발명의 효과는, 여러 가지 인자가 복잡하게 영향을 미치고 있기 때문에 단순하게는 설명할 수 없지만, 기본적인 메커니즘은 이하와 같이 생각할 수 있다. 용접부의 균열이 발생하는 원인으로는, 고온이 된 표면 처리 강판의 도금 금속이, 표면 처리 강판의 모재 (하지 강판) 와 접하고 있는 상태에서, 이하에 설명하는 인장 응력이 발생하는 것을 들 수 있다. 이 인장 응력에는, 용접 종료 후에 전극이 강판으로부터 멀어짐으로써 국부적으로 커지는 영역이 존재한다.

통전 중에 용접부 (5) 의 팽창에 의해, 용접부 주위가 압축 변형된 후, 통전 종료 후의 냉각에 의해 응고 수축이 발생하지만, 전극 (3, 4) 에 가압되어 있는 동안에는, 그 가압력에 의해 구속됨으로써 응력은 압축 상태, 혹은 인장 상태였다고 해도 응력이 완화된다. 그러나, 전극 가압력에 의한 구속으로부터 해방되면, 인장 응력이 국소적으로 커지는 영역이 발생하고, 이 영역에서 균열이 발생하는 것으로 생각된다.

또 여러 가지 외란이 있는 상태에서 균열의 평가를 실시한 결과, 타각 A (도) 가 있는 경우, 특히 타각 A (도) 가 큰 경우에, 균열이 발생하기 쉬워지는 것을 알 수 있었다. 이것은 타각이 있으면, 용접부에 굽힘 응력이 가해져, 국소적으로 큰 압축 소성 변형이 발생함으로써, 전극 해방 후의 인장 응력이 매우 커지는 것이 원인이라고 생각된다. 전술한 바와 같이, 인장 응력이 용접부에 가해졌을 때에, 용융된 저융점 금속이 강판의 결정 입계에 침입하여 입계 강도를 저하시켜, 균열을 일으킨다.

이 때, 적절히 재가열을 실시함으로써, 강판 표면의 아연 등의 금속을 금속 도금층 혹은 강판의 다른 원소와 합금화하여 융점을 상승시키고, 재가열 후의 냉각시의 응고를 촉진시켜, 강판의 결정 입계에 침입하여 입계 강도를 저하시키는 용융 아연 등의 용융 금속을 감소시킨다. 이로써 균열을 억제할 수 있다는 지견을 얻었다. 또한, 이 때의 재가열 조건을 제어함으로써, 너겟을 개질하여, 십자 인장 강도 (CTS) 를 향상시킬 수 있다는 지견을 얻었다.

본 발명은 이상과 같은 지견에 입각하는 것으로, 요지는 이하와 같다.

[1] 복수의 강판을 중첩한 판 세트를, 1 쌍의 전극 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법에 있어서,

중첩한 복수의 강판 중 적어도 1 장은, 표면에 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판이고,

통전으로서, 너겟부를 형성하는 통전을 실시하는 주통전 공정과,

주통전 공정 후에 통전 휴지 시간 Tc (사이클) 동안 통전을 휴지하는 무통전 공정과,

무통전 공정 후에 너겟부를 성장시키지 않고 재가열하는 통전을 실시하는 후통전 공정을 갖고,

전극의 타각을 A (도), 주통전 공정의 전류값을 Im (kA), 후통전 공정의 전류값을 Ip (kA), 1 ＋ 0.1·Tc 를 변수 B, 1 ＋ 0.2·Tc 를 변수 C 로 했을 때, 상기 통전은, 하기 식 (Ⅰ) 의 관계를 만족하는 저항 스폿 용접 방법.

식 (Ⅰ)

0 ＜ A ＜ 3 의 경우에는, (22 ＋ A)·B/100 ＜ Ip/Im ＜ C

3 ≤ A ＜ 7 의 경우에는, (17 ＋ A)·B/80 ＜ Ip/Im ＜ C

7 ≤ A ＜ 15 의 경우에는, (11 ＋ A)·B/60 ＜ Ip/Im ＜ C

[2] 중첩한 복수의 강판의 총 판두께를 t (㎜), 전극의 선단 직경을 D (㎜) 로 했을 때, 상기 무통전 공정은, 하기 식 (Ⅱ) 의 관계를 만족하는 [1] 에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

식 (Ⅱ)

0 ＜ A ＜ 3 의 경우에는, 0 ＜ Tc ＜ (103 － A)·t/D

3 ≤ A ＜ 7 의 경우에는, 0 ＜ Tc ＜ 5·(23 － A)·t/D

7 ≤ A ＜ 15 의 경우에는, 0 ＜ Tc ＜ 8·(17 － A)·t/D

[3] 상기 주통전 공정 후에, 상기 무통전 공정 및 상기 후통전 공정을 이 순으로 2 회 이상 반복하는 [1] 또는 [2] 에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

[4] 중첩한 복수의 강판 중 적어도 1 장은, 인장 강도가 590 ㎫ 이상인 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

본 발명에 의하면, 강종에 상관없이, 용접부의 균열 발생을 억제하고, 높은 조인트 강도를 얻을 수 있는 저항 스폿 용접 방법을 제공할 수 있다.

도 1 은, 저항 스폿 용접 방법의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는, 저항 스폿 용접 방법에 있어서의 타각을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명은, 복수의 강판을 중첩한 판 세트를, 1 쌍의 전극 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법으로서, 중첩한 복수의 강판 중 적어도 1 장은, 표면에 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판이고, 통전으로서, 너겟부를 형성하는 통전을 실시하는 주통전 공정과, 주통전 공정 후에 통전 휴지 시간 Tc (사이클 (cyc)) 동안 통전을 휴지하는 무통전 공정과, 무통전 공정 후에 너겟부를 성장시키지 않고 재가열하는 통전을 실시하는 후통전 공정을 갖고, 전극의 타각을 A (도), 주통전 공정의 전류값을 Im (kA), 후통전 공정의 전류값을 Ip (kA), 1 ＋ 0.1·Tc 를 변수 B, 1 ＋ 0.2·Tc 를 변수 C 로 했을 때, 상기 통전은, 하기 식 (Ⅰ) 의 관계를 만족하는 것이다.

식 (Ⅰ)

0 ＜ A ＜ 3 의 경우에는, (22 ＋ A)·B/100 ＜ Ip/Im ＜ C

3 ≤ A ＜ 7 의 경우에는, (17 ＋ A)·B/80 ＜ Ip/Im ＜ C

7 ≤ A ＜ 15 의 경우에는, (11 ＋ A)·B/60 ＜ Ip/Im ＜ C

본 발명을 도 1 및 도 2 를 사용하여 이하에 구체적으로 설명한다. 도 1 은 저항 스폿 용접 방법의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이고, 2 장의 강판의 저항 스폿 용접을 실시하는 예를 나타내고 있다. 도 2 는, 저항 스폿 용접 방법에 있어서의 타각을 나타내는 도면이다.

본 발명은, 복수의 강판을 중첩한 판 세트를, 1 쌍의 전극 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법이다. 먼저, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 복수의 강판 (강판 (1), 강판 (2)) 을 중첩하여 판 세트로 한다.

본 발명에 있어서 저항 스폿 용접하는 강판은, 적어도 1 장이, 표면에 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판이다. 금속 도금층의 융점은, 표면 처리 강판의 모재의 융점보다 낮은 것을 대상으로 하는 것이 바람직하다. 일반적인 금속 도금층이면, 강판보다 융점은 낮다. 예를 들어, 모재 (하지 강판) 의 융점은 1400 ∼ 1570 ℃ 이고, 금속 도금층의 융점은 300 ∼ 1200 ℃ 이다. 금속 도금층은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 Zn 계 도금층이나 Al 계 도금층을 들 수 있다. 내식성이 필요해지는 부재에서는, Al 계 도금층에 비해, Zn 계 도금층이 우수하다. 이것은, 아연 (Zn) 의 희생 방식 작용에 의해, 하지 강판의 부식 속도를 저하시킬 수 있기 때문이다. Zn 계 도금층으로는, 일반적인 용융 아연 도금 (GI), 합금화 용융 아연 도금 (GA), 전기 아연 도금 (EG), Zn-Ni 계 도금 (예를 들어, 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 포함하는 Zn-Ni 계 도금), Zn-Al 계 도금, Zn-Mg 계 도금, Zn-Al-Mg 계 도금 등을 예시할 수 있다. 또, Al 계 도금층으로는, Al-Si 계 도금 (예를 들어, 10 ∼ 20 질량％ 의 Si 를 포함하는 Al-Si 계 도금) 등을 예시할 수 있다. 금속 도금층은 표면 처리 강판의 편면에 형성되어 있으면 되는데, 양면에 형성되어 있어도 된다. 또, 강판끼리의 접합면 (맞댐면) 이 되는 측의 표면에 금속 도금층이 형성되어 있어도 되고, 전극과 접하는 측의 표면에 금속 도금층이 형성되어 있어도 되고, 또, 강판끼리의 접합면이 되는 측의 표면 및 전극과 접하는 측의 표면에 금속 도금층이 형성되어 있어도 된다. 금속 도금층의 부착량도 임의이지만, 용접성의 관점에서는 편면당 120 g/㎡ 이하인 것이 바람직하다. 본 발명에서 저항 스폿 용접하는 강판의 강종 (성분 조성) 은, 특별히 한정되지 않고, 또, 강판의 제조 방법은 냉간 압연, 열간 압연 등 임의이며, 강판의 조직도 마찬자기로 임의이다. 또, 열간 프레스된 강판을 사용해도 전혀 문제 없다. 또, 강판의 판두께에 대해서도 특별히 한정은 없지만, 일반적인 자동차 차체에 사용될 수 있는 범위 (0.5 ∼ 0 ㎜ 정도) 인 것이 바람직하다.

또, 강판 중 적어도 1 장이, 인장 강도가 590 ㎫ 이상, 나아가서는 780 ㎫ 이상인 고강도 강판인 것이 바람직하다. 인장 강도가 커지면 균열이 발생하기 쉬워지기 때문에, 판 세트의 강판 중 적어도 1 장의 강판이 인장 강도 : 590 ㎫ 이상인 판 세트에 대해, 본 발명을 적용함으로써, 본 발명의 효과가 현저하게 얻어진다. 특히, 판 세트의 강판 중 적어도 1 장이, 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 경우에, 보다 큰 효과를 얻을 수 있다.

중첩하는 복수의 강판은, 동일해도 되고 상이해도 되며, 동종 강판을 복수 장 겹쳐도 되고, 혹은 이종 강판을 복수 장 겹쳐도 된다. 또 각 강판의 판두께가 상이해도 전혀 문제 없고, 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판과 금속 도금층을 갖지 않는 강판을 중첩해도 된다. 또한, 도 2 에 있어서는, 2 장의 강판을 중첩한 예를 나타내었지만, 3 장 이상의 강판을 중첩해도 된다.

이어서, 복수의 강판을 중첩한 판 세트를, 1 쌍의 용접 전극 (전극 (3) 및 전극 (4)) 사이에 끼우고, 가압하면서 통전한 후에, 전극을 강판으로부터 해방한다. 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에서 사용 가능한 용접 장치로는, 상하 1 쌍의 전극을 구비하고, 용접 중에 가압력 및 용접 전류를 각각 임의로 제어 가능한 용접 장치를 사용할 수 있다. 용접 장치의 가압 기구 (에어 실린더나 서보 모터 등), 형식 (정치식 (定置式), 로봇 건 등), 및 전극 형상 등은 특별히 한정되지 않는다. 또, 직류, 교류 중 어느 것에도 본 발명을 적용할 수 있고, 전원의 종류 (단상 교류, 교류 인버터, 직류 인버터) 등은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 여기서 교류의 경우에는, 「전류」는 「실효 전류」를 의미한다. 전극의 형상 등도 특별히 한정되지 않는다. 전극 선단의 형식은, 예를 들어 JIS C 9304 : 1999 에 기재되는 DR 형 (돔 래디어스형), R 직경 (래디어스형), D 형 (돔형) 등이다. 전극의 선단 직경은, 예를 들어 4 ㎜ ∼ 16 ㎜ 이고, 또 전극의 선단의 곡률 반경은, 예를 들어 10 ㎜ ∼ 100 ㎜ 이다. 또한, 전극이 항상 수랭되어 있는 상태에서 저항 스폿 용접을 실시한다.

이와 같이, 복수의 강판 (강판 (1) 및 강판 (2)) 을 중첩한 판 세트를, 1 쌍의 용접 전극 (전극 (3) 및 전극 (4)) 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여, 저항 발열에 의해 너겟을 형성함과 함께 중첩한 강판을 접합함으로써, 조인트가 얻어진다.

본 발명에 있어서는, 이 통전을 특정 패턴, 즉, 주통전 공정과, 주통전 공정 후의 무통전 공정과, 무통전 공정 후의 후통전 공정을 갖는 것으로 한다. 또한, 후통전 공정 종료 후에는, 통전을 정지한다.

주통전 공정은, 응고되면 너겟 (5) 이 되는 너겟부를 형성하는 공정이다. 그 너겟부를 형성하기 위한 통전 조건, 가압 조건은 특별히 한정되지 않고, 종래부터 사용되고 있는 용접 조건을 채용할 수 있다. 또한, 「너겟」이란, 겹치기 저항 용접에 있어서 용접부에 발생하는 용융 응고된 부분이며, 「너겟부」란, 응고되면 너겟이 되는 용융부 (즉 응고되기 전의 용융부) 이다.

무통전 공정은, 주통전 공정에 이어서 실시되고, 통전 휴지 시간 Tc (사이클) 동안 통전을 휴지하는 공정이다. 통전이 휴지됨으로써, 너겟부가 냉각된다. 또한, 1 사이클은 20 ms (50 ㎐) 이다.

후통전 공정은, 무통전 공정에 이어서 실시되고, 너겟부를 성장시키지 않고 재가열하는 공정이다.

그리고, 본 발명에 있어서는, 전극의 타각을 A (도), 주통전 공정의 전류값을 Im (kA), 후통전 공정의 전류값을 Ip (kA), 1 ＋ 0.1·Tc 를 변수 B, 1 ＋ 0.2·Tc 를 변수 C 로 했을 때, 상기 식 (Ⅰ) 의 관계를 만족하는 용접 조건으로 한다. 여기서, 타각 A 란, 상기 서술한 바와 같이, 도 2 에 나타내는 강판 (1) 의 표면의 수직 방향에 대해 전극 (3) 의 축심이 기울어지는 각도, 즉, 「전극 가압력 방향과 강판 판두께 방향이 이루는 각도」를 의미한다. 또한, 전극 가압력 방향은, JIS Z 3001-6 : 2013 의 4.2.1 에 기재되는 스폿 용접의 도면에 있어서 화살표로 나타내고 있는 것이며, 도 2 에 있어서도 화살표로 기재되어 있다. 이와 같이, 너겟부를 형성하는 주통전 공정과, 소정 시간 통전을 휴지하는 무통전 공정과, 너겟부를 성장시키지 않고 재가열하는 후통전 공정을 이 순으로 갖고, 또한, 타각 A 의 크기 등에 따라 통전을 특정 조건에서 실시함으로써, 타각 A 가 0 도보다 큰 경우에도, 예를 들어 타각 A 가 0.2 (도) 이상인 경우에도, 균열을 억제할 수 있고, 또한, 조인트 강도를 충분히 확보할 수 있다.

전술한 바와 같이, 타각이 있으면, 용접부에 굽힘 응력이 가해져, 국소적으로 큰 압축 소성 변형이 발생하고, 전극 해방 후의 인장 응력이 매우 커져, 균열이 발생한다. 이 균열을 억제하기 위해서는, 타각이 큰 경우에는 강판 표층의 도금층의 합금화를 촉진하고, 용융 아연 등의 금속을 보다 감소시키는 것이 유효하다.

타각 A 는, 용접부 확보의 관점에서, 15 도 이하가 바람직하다. 15 도를 초과하는 경우에는 용접부 형성 그 자체가 곤란해지기 때문이다.

즉, 타각 A 가 0 도 초과 또한 3 도 미만의 범위에 있어서는, 타각에 의해 용접부에 가해지는 굽힘 응력은 비교적 작기 때문에, 전극 해방 후에 용접부에 발생하는 인장 응력도 그다지 커지지 않는다. 요컨대, 강판 표면의 도금층인 용융 아연 등의 금속의 합금화는 한정적이어도 된다.

타각 A 가 3 도 이상 또한 7 도 미만의 범위에 있어서는, 타각이 커짐에 따라 전극 해방 후에 용접부에 발생하는 인장 응력의 증가율 (증가량) 이 현저해진다. 이 때문에, 보다 고전류의 후통전 공정을 실시함으로써, 합금화를 촉진할 필요가 있다.

타각 A 가 7 도 이상 또한 15 도 미만의 범위에 있어서는, 용접부에 발생하는 인장 응력이 매우 커지기 때문에, 보다 고전류의 후통전 공정을 실시함으로써, 합금화를 촉진할 필요가 있다. 또한, 후술하지만, 후통전 공정 전의 무통전 공정에 있어서의 통전 휴지 시간 (냉각 시간) 을 짧게 함으로써, 후통전 (재가열) 에 의한 합금화의 작용을 효과적으로 얻을 수 있다.

타각 A 가 15 도 이상인 경우, 용접 그 자체가 곤란해진다. 그 때문에, 상기 식 (Ⅰ) 에 있어서, 타각 A 가 15 도 이상인 경우에는 용접 방법의 재검토가 바람직하다.

또, 후통전 공정에 있어서의 후통전 전류를 현저하게 높게 한 경우에는 비산이 발생하여, 조인트 강도를 저하시키는 요인이 된다. 후통전에 의한 발열은 본 통전에서 형성되는 너겟 직경으로 규정되기 때문에, 본 통전과의 관계로 그 상한을 결정할 수 있다. 한편으로, 통전 휴지 공정을 증가시킴으로써 조인트의 온도가 저하되고, 그에 따라 고유 저항이 감소한다. 이러한 것에 의해, 후통전 공정에 있어서의 후통전 전류는, 본 통전과의 비율로 규정하고, Tc 와의 관계로 상한이 결정된다.

이것들을 종합적으로 검토하여, 상기 식 (Ⅰ) 에 나타내는 관계식을 알아내었다. 관계식 중의 계수에 대해서는, 실험에 의해 최적의 계수를 구하였다.

본 발명에서는, 상기 식 (Ⅰ) 의 관계를 만족하는 통전을 실시함으로써, 강종에 상관없이, 용접부의 균열 발생을 억제하고, 높은 조인트 강도를 얻을 수 있다. 또한, 파단 형태의 안정성을 얻는 관점에서, 상기 식 (Ⅰ) 은 하기에 나타내는 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 여기서, 파단 형태의 안정성이란, 십자 인장 시험시의 플러그 파단이 안정적으로 얻어지는지의 여부를 의미한다.

0 ＜ A ＜ 3 의 경우에는, (22 ＋ A)·B/80 ＜ Ip/Im ＜ 1 ＋ 0.15·Tc

3 ≤ A ＜ 7 의 경우에는, (17 ＋ A)·B/64 ＜ Ip/Im ＜ 1 ＋ 0.15·Tc

7 ≤ A ＜ 15 의 경우에는, (11 ＋ A)·B/48 ＜ Ip/Im ＜ 1 ＋ 0.15·Tc

그리고, 본 발명에 있어서는, 상기 식 (Ⅰ) 의 관계에 더하여, 중첩한 복수의 강판의 총 판두께 (중첩한 복수의 강판의 판두께의 합계) 를 t (㎜), 전극의 선단 직경 (전극 선단의 직경) 을 D (㎜) 로 했을 때, 하기 식 (Ⅱ) 의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 식 (Ⅱ) 를 만족하도록 함으로써, 보다 균열 발생의 억제 및 충분한 조인트 강도의 확보를 할 수 있다.

식 (Ⅱ)

0 ＜ A ＜ 3 의 경우에는, 0 ＜ Tc ＜ (103 － A)·t/D

3 ≤ A ＜ 7 의 경우에는, 0 ＜ Tc ＜ 5·(23 － A)·t/D

7 ≤ A ＜ 15 의 경우에는, 0 ＜ Tc ＜ 8·(17 － A)·t/D

상기 서술한 바와 같이, 타각 A 가 0 도 초과 또한 3 도 미만의 범위에 있어서는, 타각에 의해 용접부에 가해지는 굽힘 응력은 비교적 작기 때문에, 전극 해방 후에 용접부에 발생하는 인장 응력도 그다지 커지지 않는다. 따라서, 강판 표면의 도금층인 용융 아연 등의 금속의 합금화는 한정적이어도 된다. 이로써, 무통전 공정에 있어서의 통전 휴지 시간 Tc (사이클) 를 길게 해도 후통전 공정에 의한 균열 억제의 효과를 얻을 수 있다.

타각 A 가 3 도 이상 또한 7 도 미만의 범위에 있어서는, 타각이 커짐에 따라 전극 해방 후에 용접부에 발생하는 인장 응력의 증가율 (증가량) 이 현저해진다. 이 때문에, 보다 고전류의 후통전 공정을 실시하고, 또한 후통전 공정 전의 무통전 공정에 있어서의 통전 휴지를, 상기한 타각 A 가 0 도 초과 또한 3 도 미만의 범위인 경우에 비해, 더욱 짧게 제한함으로써, 합금화를 촉진하는 것이 바람직하다. 이로써, 합금화의 작용을 효과적으로 얻을 수 있다.

타각 A 가 7 도 이상 또한 15 도 미만의 범위에 있어서는, 용접부에 발생하는 인장 응력이 매우 커지지만, 후통전 공정 전의 무통전 공정에 있어서의 통전 휴지 시간을, 상기한 타각 A 가 0 도 초과 또한 3 도 미만의 범위인 경우에 비해, 더욱 짧게 제한함으로써, 후통전 (재가열) 에 의한 합금화의 작용을 효과적으로 얻을 수 있다.

게다가, 무통전 공정에 있어서의 통전 휴지 시간 (냉각 시간) Tc 가 길고, 또한 후통전 공정의 전류값 Ip 가 소정의 값보다 작은 경우에는, 너겟이 급랭·경화되고, 인성이 저하되는 경우가 있지만, 상기 식 (Ⅱ) 를 만족하도록 함으로써, 이 너겟의 급랭·경화가 억제된다.

또한, 용접을 실시하는 강판의 총 판두께 t (㎜) 가 커지는 경우나, 전극의 선단 직경 D (㎜) 가 작아지는 경우에는, 전극에 대한 발열이 충분하지 않게 되기 때문에, 용접부의 냉각 속도가 저하된다. 따라서, 무통전 공정에 있어서의 통전 휴지 시간 Tc (사이클) 를 길게 취하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 4 사이클 (50 ㎐) 이상이다.

단, 무통전 공정이 지나치게 긴 경우에는, 용접부가 과잉으로 냉각되어, 고유 저항이 저하됨으로써, 후통전 공정의 효과를 얻기 어려워진다. 또, 지나치게 긴 무통전 공정은 용접 택트를 증가시킨다는 영향도 있다. 이 때문에, 무통전 공정은 길어도 20 사이클 (50 ㎐) 이하가 바람직하다.

전극의 선단 직경 D (㎜) 는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 6 ㎜ ∼ 8 ㎜ 가 바람직하다. 6 ㎜ 미만의 경우에는 충분한 너겟이 얻어지지 않을 우려가 있다. 한편, 8 ㎜ 초과의 경우에는 공정 용접시에 전극 손모가 되기 쉬울 우려가 있다.

이상과 같이, 본 발명에서는, 상기한 식 (Ⅰ), 또는 식 (Ⅰ) 및 식 (Ⅱ) 를 만족하도록 하여 용접을 실시하는 것, 예를 들어, 전극의 타각 A (도) 에 따라 경우를 나누어 상기 각 식을 사용하여 용접 조건을 결정하고, 그 용접 조건에서 용접을 실시함으로써, 용이하게 균열의 발생의 억제 및 충분한 조인트 강도의 확보를 할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 상기한 주통전 공정 후에, 상기한 통전 휴지 공정 및 후통전 공정을 이 순으로 2 회 이상 반복해도 된다. 통전 휴지 공정 및 후통전 공정을 2 회 이상 반복함으로써, 강판 표면에서의 합금화가 촉진되어, 균열의 억제 효과를 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 반복 횟수는, 증가할수록 바람직하지만, 제조 비용이 증가한다. 그 때문에, 시공 효율의 관점에서, 바람직하게는 1 ∼ 9 회로 한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 상기 각 식 (Ⅰ) 및 (Ⅱ) 는 수치만의 관계를 규정한 것이다.

본 발명에 있어서의 용접 전류값 (통전시의 전류값) 은, 특별히 한정되지 않고, 용접 전류는 예를 들어 4 ∼ 18 ㎄ 이다. 단, 시공상으로는 소정의 너겟 직경을 얻을 필요가 있고, 과대한 전류값은 비산 발생의 원인이 되기 때문에, 주통전 공정의 전류값 Im (㎄) 은 예를 들어 4 ∼ 11 ㎄ 이고, 후통전 공정의 전류값 Ip (㎄) 은 예를 들어 5 ∼ 12 ㎄ 이다.

또, 가압력은, 예를 들어 2000 N ∼ 7000 N (2 kN ∼ 7 kN) 이 바람직하다.

또, 통전 개시부터 통전 종료까지의 시간 (통전 시간) 은, 특별히 한정되지 않고, 주통전 공정에서는 8 사이클 ∼ 30 사이클 (50 ㎐) 이 바람직하고, 후통전 공정에서는 3 사이클 ∼ 10 사이클 (50 ㎐) 이 바람직하다.

또, 본 발명에서는, 용접 중의 저항값 및 전압값과 같은 파라미터를 감시하여, 그 변동에 따라 전류값이나 통전 시간을 변화시키는 제어 방법을 사용해도 전혀 문제 없다.

상기 본 발명의 저항 스폿 용접 방법을 사용하여, 표면에 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판을 적어도 1 장 포함하는 복수의 강판이 용접된 용접 조인트를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 표면에 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판을 적어도 1 장 포함하는 복수의 강판을 중첩하여 판 세트를 얻는 공정과, 얻어진 판 세트를 상기 저항 스폿 용접 방법에 의해 용접하는 공정을 갖는 제조 방법에 의해, 용접 조인트를 제조할 수 있다. 상기 저항 스폿 용접 방법을 사용하여 용접하면 용접부의 균열 발생을 억제할 수 있고 또한 조인트 강도를 충분히 확보할 수 있기 때문에, 용접부의 균열이 저감되고 또한 조인트 강도가 높은 용접 조인트를 제조할 수 있다.

실시예

이하에, 본 발명의 더 나은 이해를 위해 실시예를 사용하여 설명하지만, 실시예는 본 발명을 한정하는 것은 전혀 아니다.

(본 발명예 및 비교예)

본 발명의 실시예를 이하에 나타낸다. 본 발명은 2 장 이상의 강판을 중첩하여 판 세트로 할 수 있다. 일부의 실시예에 대해서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 2 장의 강판 (1) 및 강판 (2) 을 중첩하여 1 쌍의 전극 (3, 4) 으로 협지하고, 소정의 용접 조건에서 저항 스폿 용접을 실시하여, 용접 조인트를 제조하였다. 그 이외의 실시예에 대해서는, 3 장의 강판 (강판 (1), 강판 (2) 및 강판 (3)) 을 중첩한 판 세트를 사용하여, 동일하게 용접 조인트를 제조하였다. 또한, 이 경우의 판 세트는, 예를 들어 도 1 에 나타내는 강판 (2) 의 하층에 강판 (3) 을 중첩하였다.

사용한 강판의 인장 강도 TS, 판두께, 도금종을 표 1 에 나타낸다. 또, 용접 조건을 표 2-1, 표 2-2 및 표 2-3 에 나타낸다.

용접기는 인버터 직류 저항 스폿 용접기를 사용하고, 2 개의 전극 (3, 4) 에는, 동일한 형상의 것을 사용하였다. 사용한 전극 (3, 4) 은, 표 2-1, 표 2-2 및 표 2-3 에 나타내는 선단 직경 D (㎜), 곡률 반경 40 ㎜ 의 DR 형의 크롬구리제 전극이다. 저항 스폿 용접은 실온 (20 ℃) 에서 실시하고, 전극을 항상 수랭된 상태에서 실시하였다. 또, 가압력 (kN) 은, 주통전 공정, 무통전 공정, 후통전 공정에 걸쳐 일정하게 하였다. 후통전 공정 종료 후의 유지 시간에 대해서는, 모든 용접 조건에서 5 ms 를 설정하였다.

또, 본 실시예 및 비교예에 있어서의 각 강판의 모재의 융점은 1400 ∼ 1570 ℃ 의 범위이고, 용융 아연 도금 (GI) 및 합금화 용융 아연 도금 (GA) 의 융점은 각각 400 ∼ 500 ℃, 600 ∼ 950 ℃ 의 범위이다. 또, 표 1 에 나타나는 인장 강도 TS (㎫) 는, 각 강판으로부터, 압연 방향에 대해 평행 방향으로 JIS 5 호 인장 시험편을 제조하고, JIS Z 2241 : 2011 의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하여 구한 인장 강도이다.

얻어진 각 용접 조인트에 대하여, (1) 용접부의 균열의 유무, (2) 십자 인장 시험 (CTS) 에 있어서의 파단 형태에 대하여, 각각 평가하였다. 일부의 용접 조인트에 대해서는, 추가로 (3) CTS 에 있어서의 파단 형태의 안정성에 대해서도 평가하였다.

(1) 용접부의 균열의 유무의 평가

얻어진 각 용접 조인트에 대하여, 용접부를 절단하여 단면을 경면 연마하고, 주사형 전자 현미경 (배율 2000 배) 에 의해 용접부 주위의 강판 표층 전체면의 균열의 유무를 관찰하였다. 용접부에 균열이 관찰되지 않은 경우를 기호 ○, 균열이 관찰된 경우를 기호 × 로 평가하였다.

(2) 십자 인장 시험 (CTS) 에 있어서의 파단 형태의 평가

얻어진 각 용접 조인트에 대하여, JIS Z 3137 에 준거하여, 십자 인장 시험을 실시하고, 그 파단부 직경을 노기스로 계측하였다. 또한 단면을 절단하여 피크르산 에칭을 실시하여, 단면으로부터 용융부 직경을 측정하였다. 이 때 파단 형태가, 플러그 파단 중, 모재로의 파단이 진전되어, 파단부 직경/용융부 직경으로 나타나는 비율이 110 퍼센트 이상이었던 경우를 기호 ◎, 파단부 직경/용융부 직경으로 나타나는 비율이 100 퍼센트 이상 110 퍼센트 미만이었던 경우를 기호 ○, 파단부 직경/용융부 직경으로 나타나는 비율이 100 퍼센트 미만인 부분 플러그 파단 혹은 너겟에서의 계면 파단이었던 경우를 기호 × 로 평가하였다.

(3) CTS 에 있어서의 파단 형태의 안정성의 평가

상기 (2) 의 평가 결과에 있어서, 파단부 직경/용융부 직경으로 나타나는 비율이 110 퍼센트 이상인 것을 대상으로, 또한 CTS 시의 파단 형태의 안정성에 대하여 평가를 실시하였다. 이 평가에 사용하는 용접 조인트는, 표 1, 표 2-1, 표 2-2 및 표 2-3 에 나타낸 조건에서, 용접 조인트를 10 개씩 제조하였다. 얻어진 각 용접 조인트에 대하여, 상기 (2) 에 나타낸 방법과 동일한 방법으로, 파단부 직경 및 용융부 직경을 각각 구하였다. 여기서는, 이하에 나타낸 기준에 비추어, 각 기호를 부여하여 평가하였다. 기호 A, B 의 경우를 우수한 것으로, 기호 C 의 경우를 양호한 것으로 평가한다.

평가 A : 10 개 중 10 개가, 파단부 직경/용융 직경으로 나타나는 비율이 115 퍼센트 이상

평가 B : 10 개 중 5 개 이상 9 개 이하가, 파단부 직경/용융부 직경으로 나타나는 비율이 115 퍼센트 이상

평가 C : 10 개 중 1 개 이상 4 개 이하가, 파단부 직경/용융부 직경으로 나타나는 비율이 115 퍼센트 이상

이상에 의해 얻어진 결과를 표 2-1, 표 2-2 및 표 2-3 에 나타낸다.

표 2-1, 표 2-2 및 표 2-3 에 나타내는 바와 같이, 본 발명을 만족하는 용접 조건에서 실시한 본 발명예에서는, 용접 조인트는, 모두 양호 (기호 ○ 또는 ◎) 한 평가였다. 즉, 용접부의 균열 발생을 억제하고, 또한 높은 조인트 강도를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다.

[표 1]

[표 2-1]

[표 2-2]

[표 2-3]

1, 2 : 강판
3, 4 : 전극
5 : 용접부 (너겟)

Claims (5)

1. 복수의 강판을 중첩한 판 세트를, 1 쌍의 전극 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법에 있어서,
   중첩한 복수의 강판 중 적어도 1 장은, 표면에 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판이고,
   통전으로서, 너겟부를 형성하는 통전을 실시하는 주통전 공정과,
   주통전 공정 후에 통전 휴지 시간 Tc (사이클) 동안 통전을 휴지하는 무통전 공정과,
   무통전 공정 후에 너겟부를 성장시키지 않고 재가열하는 통전을 실시하는 후통전 공정을 갖고,
   전극의 타각을 A (도), 주통전 공정의 전류값을 Im (kA), 후통전 공정의 전류값을 Ip (kA), 1 ＋ 0.1·Tc 를 변수 B, 1 ＋ 0.2·Tc 를 변수 C 로 했을 때, 상기 통전은, 하기 식 (Ⅰ) 의 관계를 만족하는 저항 스폿 용접 방법.
   식 (Ⅰ)
   0 ＜ A ＜ 3 의 경우에는, (22 ＋ A)·B/100 ＜ Ip/Im ＜ C
   3 ≤ A ＜ 7 의 경우에는, (17 ＋ A)·B/80 ＜ Ip/Im ＜ C
   7 ≤ A ＜ 15 의 경우에는, (11 ＋ A)·B/60 ＜ Ip/Im ＜ C
2. 제 1 항에 있어서,
   중첩한 복수의 강판의 총 판두께를 t (㎜), 전극의 선단 직경을 D (㎜) 로 했을 때, 상기 무통전 공정은, 하기 식 (Ⅱ) 의 관계를 만족하는 저항 스폿 용접 방법.
   식 (Ⅱ)
   0 ＜ A ＜ 3 의 경우에는, 0 ＜ Tc ＜ (103 － A)·t/D
   3 ≤ A ＜ 7 의 경우에는, 0 ＜ Tc ＜ 5·(23 － A)·t/D
   7 ≤ A ＜ 15 의 경우에는, 0 ＜ Tc ＜ 8·(17 － A)·t/D
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 주통전 공정 후에, 상기 무통전 공정 및 상기 후통전 공정을 이 순으로 2 회 이상 반복하는 저항 스폿 용접 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   중첩한 복수의 강판 중 적어도 1 장은, 인장 강도가 590 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 저항 스폿 용접 방법.
5. 제 3 항에 있어서,
   중첩한 복수의 강판 중 적어도 1 장은, 인장 강도가 590 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 저항 스폿 용접 방법.

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