KR100711775B1 - 저항 스폿 용접방법 - Google Patents

저항 스폿 용접방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저항 스폿 용접방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 본 발명의 실시예에 따른 저항 스폿 용접방법은 전극 사이에 피용접재를 두고 이 피용접재를 가압하는 단계, 상기 전극을 통하여 상기 피용접재에 전류를 통전시키는 단계 및 상기 전극과 피용접재 사이의 가압력을 유지하는 단계를 포함하며, 상기 전류를 통전시키는 단계는 전류를 점진적으로 상승시키는 단계와, 전류을 일정하게 유지하는 단계로 이루어진다. 이때, 상기 피용접재는 크롬-프리(Cr-free) 수지로 표면처리된 강판이 사용될 수 있고, 상기 전류를 통전시키는 단계에서 3 ~ 7 사이클(cycle) 범위 내의 슬로프 시간이 적용될 수 있다.
저항스폿용접, 크롬-프리, 표면처리강판, 연속타점전극수명

Description

저항 스폿 용접방법 {RESISTANCE SPOT WELDING METHOD}
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 저항 스폿 용접방법을 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저항 스폿 용접방법에 적용되는 전류 파형을 나타낸 도면이다.
도 3은 종래 저항 스폿 용접방법에 적용되는 전류 파형을 나타낸 도면이다.
본 발명은 저항 스폿 용접방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크롬-프리(Cr-free) 수지로 표면처리된 강판을 접합시키는 저항 스폿 용접방법에 관한 것이다.
일반적으로 표면처리된 강판은 내식성이 우수하여 전자제품, 건축자재 및 자동차산업과 같은 조립산업분야에 널리 이용되고 있다. 이러한 표면처리된 강판의 접합 방법으로는 주로 저항 스폿 용접방법이 적용되고 있다.
종래 저항 스폿 용접방법은 피용접재인 표면처리강판을 전극 사이에 두고, 표면처리강판을 가압한 후 전극을 통하여 전류를 통전시킴으로써, 통전시 발생하는 전기저항 발열로 피용접재를 용융하여 접합시키는 것이다.
도 3은 종래 저항 스폿 용접방법에 적용되는 전류 파형을 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이, 종래 저항 스폿 용접방법은 가압 후 통전 단계에서 목표 전류값에 바로 도달하는 전류를 통전시킨다.
그런데, 종래 표면처리강판으로는 아연도금강판의 양면에 크로메이트(Chromate) 처리를 하여 Cr6 +를 주성분으로 하는 피막층이 형성된 것이 사용되었으나, 최근 환경유해성분인 Cr6 + 의 사용이 금지됨에 따라 기존의 크로메이트 처리를 대체하여 크롬-프리(Cr-free) 수지를 도포한 크롬-프리(Cr-free) 표면처리강판이 개발되어 기존의 크로메이트 처리 표면처리강판을 대체하고 있다.
그러나, 기존 크로메이트 처리 강판에서 크롬-프리(Cr-free) 표면처리강판으로 전환이 확대됨에 따라 기존 저항 스폿 용접방법과 관련하여 많은 문제점이 대두되고 있다.
먼저, 미도금강판 및 기타 도금강판에 비교해서, 크롬-프리(Cr-free) 표면처리강판은 수지층으로 인해 층간 전기전도도가 감소하여 저항 스폿 용접을 위해 충분한 발열량을 얻기 위해서는 좀더 높은 용접전류가 요구된다. 그러나 크롬-프리(Cr-free) 표면처리강판은 가용 용접 전류범위가 좁을 뿐만 아니라, 스플래쉬 발생 및 전극부착 등이 빈번히 발생하여 안정적인 용접품질을 얻기가 어렵다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같은 교류 용접을 실시하는 경우, 전류 파형이 급격히 변화됨으로 가용용접 전류범위를 증가시키는 데에는 한계가 있으며, 이러한 전류 파형의 적용은 연속타점 전극수명을 크게 떨어트린다. 이 연속타점 전극수명의 저하는 전극의 교체 비용과 교체 등에 필요한 시간 손실 등으로 이어져 제품의 생산성 저하와 비용증가를 발생시킨다.
그리고, 종래 저항 스폿 용접방법은 용접시에 발생한 스플래쉬에 의한 표면 탄흔과 전극접착에 의한 용접부 표면오염으로 제품의 외관을 해치고 이후 도장 박리 등을 일으키는 문제가 있다.
더욱이 크롬-프리(Cr-free) 표면처리강판의 내식성은 수지량과 아연 도금량이 증가함에 따라서 향상되지만, 반대로 용접성은 떨어지는 경향이 있어 향후 더욱 가혹한 부식성 환경에 사용하기 위한 내식성 향상을 위해서는 수지량과 아연도금량의 증가가 필요하므로 이에 따른 용접성의 저하가 예상된다. 따라서 수지량과 아연도금량 증가에 따른 용접성 저하를 극복하기 위한 용접기술 개발은 필수적이다.
상기와 같은 문제를 개선하기 위해서 용접 전 천공작업을 실시하여 수지피복에 천공을 만들고, 이를 통해 통전 경로를 확보하여 용접성을 향상시킨 기술, 강판을 가압, 통전한 상태에서 전극을 회전시켜 수지층을 파괴하여 통전성을 향상시킨 기술 및 용접시 전극과 강판의 사이에 박판의 금속 개재물을 끼워 통전시 발생하는 표면오염 및 전극손상을 방지하여 연속타점 전극수명을 향상시키는 기술이 개시된 바 있다.
그러나 상기와 같은 기술들은 실제 현장에 적용하기 위해서 저항 스폿 용접기 외에 특별한 장치 및 공정 등이 추가 제작되어야 하므로 용접 생산성의 효율이 저하되고, 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 추가 장치나 추가 공정의 필요없이 피용접재의 용접부 표면 품질을 확보하고, 연속타점 전극수명을 개선하며, 용접 생산성을 향상시킬 수 있도록 전류 파형을 개선한 저항 스폿 용접방법을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 저항 스폿 용접방법은 전극 사이에 피용접재를 두고 이 피용접재를 가압하는 단계, 상기 전극을 통하여 상기 피용접재에 전류를 통전시키는 단계 및 상기 전극과 피용접재 사이의 가압력을 유지하는 단계를 포함하며, 상기 전류를 통전시키는 단계는 전류를 점진적으로 상승시키는 단계와, 전류을 일정하게 유지하는 단계로 이루어진다.
또한, 상기 피용접재는 크롬-프리(Cr-free) 수지로 표면처리된 강판이 사용될 수 있다.
또한, 상기 저항 스폿 용접방법은 교류 전류를 이용하여 상기 피용접재를 접합할 수 있다.
또한, 상기 전류를 상승시키는 단계에서 전류 상승시간은 3 ~ 7 사이클(cycle) 범위 내로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 저항 스폿 용접방법을 설명하 기 위해 개략적으로 나타낸 공정도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저항 스폿 용접방법에 적용되는 전류 파형을 나타낸 도면이다.
도 1a 내지 도 1c를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 저항 스폿 용접방법은 피용접재(10)를 간격을 두고 위치하는 전극(12) 사이에 끼우고, 이 피용접재(10)를 가압하는 단계(T1), 저항 발열로 피용접재(10)를 용융하도록 전극(12)을 통하여 피용접재(10)에 전류를 통전시키는 단계(T2, T3) 및 피용접재(10)와 전극(12) 사이에 상기 가압 단계에 적용된 가압력을 유지하는 단계(T4)를 포함한다.
이때, 상기 전류를 통전시키는 단계는 도 2에 도시된 바와 같이, 전류를 목표 전류값에 도달할 때까지 점진적으로 상승시키는 예비단계(T2, 슬로프 시간) 및 목표 전류값에 도달한 전류를 피용접재(10)의 용융에 필요한 시간동안 일정하게 유지하는 유지단계(T3)로 이루어진다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 저항 스폿 용접방법은 예비단계(T2)를 거치므로 안정적인 전류의 공급이 가능해지고, 좀더 높은 용접전류를 부가하더라도 스플래쉬 발생 및 전극접착이 방지되어 가용 용접 전류범위가 확대된다.
본 발명의 실시예에서는 교류(AC)가 인가되므로 예비단계(T2)에서는 전류의 진폭이 점진적으로 커지고, 유지단계(T3)에서는 전류의 진폭이 일정하게 유지된다. 도 2에서 수평축은 시간(t)을 나타내고, 수직축은 전류값(i)을 나타낸다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 저항 스폿 용접방법은 목표 전류값까지 전류를 상승시키는 슬로프 시간을 3 ~ 7 사이클(cycle) 범위 내로 적용한다. 이와 같은 사이클 범위는 연속타점 전극 수명, 가용 용접 전류범위 및 용접의 생산성 등의 용접특성을 고려 하여 설정되었다.
상기와 같은 범위에서 용접특성이 향상되는 것을 증명하기 위해 다음과 같은 실험이 진행되었다.
본 발명의 실시예에 따른 저항 스폿 용접방법의 실험에는 피용접재로 크롬-프리(Cr-free) GI 표면처리강판과 크롬-프리(Cr-free) EG 표면처리강판이 사용되었다. 용접기로는 교류 전류를 인가하도록 교류식 저항 스폿 용접기가 사용되었다.
또한, GI 표면처리강판에 적용될 수 있는 크롬-프리(Cr-free) 수지로는 실리카계, 실란계 및 에폭시 아크릴계 및 이들이 혼합된 수지가 있을 수 있으며, EG 표면처리강판에 적용될 수 있는 크롬-프리(Cr-free) 수지로는 비닐아크릴계가 있다.
크롬-프리(Cr-free) GI 표면처리강판은 전극 D8 타입, 가압력 230kgf, 가압시간 40cycle, 유지시간 10cycle의 용접 조건으로 연속 용접되었으며, 크롬-프리(Cr-free) EG 표면처리강판은 전극 R 타입, 가압력 300kgf, 가압시간 40cycle, 유지시간 10cycle의 용접 조건으로 용접되었다.
크롬-프리(Cr-free) GI 표면처리강판의 경우, 용접 품질특성은 Peel시험으로 평가하였으며, 인장시험 후 Plug 타입으로 판단되며, 너겟 사이즈가 4√(t) (t:판 두께)이상 만족하도록 평가 기준을 설정하였다. 가용 용접 전류범위는 상기 평가 기준을 만족하는 최소전류로부터 표면 불량이 발생하지 않는 최대 전류의 사이값으로 정하였으며, 연속타점 전극수명은 상기 평가 기준을 만족하는 최대 타점수로 정하였다.
크롬-프리(Cr-free) EG 표면처리강판의 경우, 용접 품질특성은 Torsion시험 으로 평가하였으며, 평가기준은 Torque강도가 292.4 ∼ 387.6 kgf·㎝ 범위 내인 경우로 설정하였다. 가용 용접 전류범위와 연속타점 전극수명은 상기 크롬-프리(Cr-free) GI 표면처리강판의 경우와 같이 동일한 방법으로 구하였다.
표 1은 크롬-프리(Cr-free) GI 표면처리강판과 크롬-프리(Cr-free) EG 표면처리강판에 대한 구체적인 실험결과를 보여주고 있다.
강종 두께 (mm) 수지 성분 수지부착량 (mg/m2) 아연도금량 (g/m2) 슬로프시간 (cycle) 통전시간 (cycle) 전류범위 (kA) 연속타점 전극수명 (타점)
GI 0.8 무기계 400 40 0 7 4.5~6.5 500
3 7 4.4~6.8 800
5 6 4.3~6.8 700
0 11 4.4~6.4 400
3 11 4.2~6.6 700
유무기계 350 40 0 7 4.7~6.3 300
0 11 4.5~6.2 300
3 7 4.5~6.3 450
5 6 4.5~6.5 550
550 40 0 7 5.0~6.9 200
3 7 4.8~7.3 450
EG 1.2 유기계 600 20 0 13 9.3~10.7 2100
3 13 9.0~11.0 2700
5 11 9.1~11.0 2700
800 20 0 13 9.5~10.5 1900
3 13 9.4~10.6 2400
5 11 9.4~10.8 2300
1000 20 0 13 9.7~10.6 1800
3 13 9.5~10.8 2300
5 12 9.5~10.7 2200
표 1에 나타난 바와 같이, 전류의 슬로프 시간을 줌으로써, GI 표면처리강판의 경우, 연속타점 전극수명은 200 ~ 300 타점 정도 증가하였고, 가용 용접 전류범위도 수백 암페어(A) 정도 증가하였다. EG 표면처리강판의 경우도 연속타점 전극수명은 400 ~ 600 타점 정도 증가하였고, 가용 용접 전류범위도 수백 암페어(A) 정도 증가하였다.
그리고, 본 발명의 실시예에서 슬로프 시간을 3 사이클(cycle) 이하로 적용하는 경우에는 상기와 같은 효과를 보기 어려우므로 그 이상 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 슬로프 시간을 7 사이클(cycle)이상 적용하는 경우 용접시간의 증가로 인하여 생산성 저하가 우려되므로 슬로프 시간은 7 사이클(cycle) 이하가 바람직하다.
본 발명의 실시예와 같은 저항 스폿 용접방법은 피용접재에 전류를 급격하게 통전시키지 않고, 점진적으로 전류를 상승시킨 후 통전시킨 결과, 용접 초기의 과도한 발열을 억제한다. 그 결과로 본 발명의 실시예에 따른 저항 스폿 용접방법은 강판과 강판 사이에 발생하는 내부 스플래쉬 및 강판과 전극 사이에 발생하는 표면 스플래쉬와 전극 부착을 방지함으로써, 연속타점 전극수명을 증가시킨다.
지금까지, 교류 전류가 적용된 저항 스폿 용접방법에 대하여 살펴보았으나, 본 발명은 교류뿐만 아니라 직류가 적용된 저항 스폿 용접방법에도 적용될 수 있다.
또한, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 저항 스폿 용접방법은 용접전류에 슬로프 시간을 적용함으로써, 안정적인 전류 공급이 가능해져 연속타점 전극수명과 가용 용접 전류범위를 확대시키고, 스플래쉬 및 전극 부착을 방지하여 용접부 특성을 향상시킨다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 저항 스폿 용접방법은 추가적인 장치 및 공정이 필요 없으므로 용접 생산성을 크게 향상시킨다.

Claims (4)

  1. 표면처리강판으로 형성된 피용접재를 전극 사이에 두고 상기 피용접재를 가압하는 단계;
    상기 전극을 통하여 상기 피용접재에 전류를 통전시키는 단계; 및
    상기 전극과 피용접재 사이의 가압력을 유지하는 단계를 포함하며,
    상기 전류를 통전시키는 단계는,
    교류 전류를 점진적으로 상승시키는 단계와, 교류 전류가 점진적으로 상승된 후 일정하게 유지하는 단계를 포함하는 저항 스폿 용접방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피용접재는 크롬-프리(Cr-free) 수지로 표면처리된 강판인 저항 스폿 용접방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피용접재에 공급되는 교류 전류를 상승시키는 단계에서 전류 상승시간이 3 ~ 7 사이클(cycle) 범위 내로 이루어지는 저항 스폿 용접방법.
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