KR101562484B1

KR101562484B1 - 인다이렉트 스폿 용접 방법

Info

Publication number: KR101562484B1
Application number: KR1020147003003A
Authority: KR
Inventors: 무네오 마츠시타; 린세이 이케다
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2015-10-22
Also published as: KR20110091592A; US20110272384A1; JP5415896B2; CN102300667B; US9089924B2; KR20140021079A; CN102300667A; JP2010194609A; EP2392428A4; EP2392428A1; WO2010087508A1

Abstract

인다이렉트 스폿 용접시에, 용융한 상태에서 형성되는 바둑돌형의 너겟을 안정적으로 얻을 수 있는 인다이렉트 스폿 용접 방법을 제공한다. 인다이렉트 스폿 용접법에 있어서, 통전 시간을 2 가지 시간대 t₁, t₂ 로 구분하여, 최초 시간대 t₁ 에서는, 가압력 F₁ 로 가압하고 또한 전류값 C₁ 로 통전한 후, 다음 시간대 t₂ 에서는, F₁ 보다 낮은 가압력 F₂ 로 가압하고 또한 C₁ 보다 높은 전류값 C₂ 로 통전한다.

Description

인다이렉트 스폿 용접 방법 {INDIRECT SPOT WELDING METHOD}

본 발명은, 적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 금속판에는 떨어진 위치에서 급전 단자를 장착하고, 이들 용접 전극과 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접의 방법에 관한 것이다.

자동차 보디나 자동차 부품의 용접에 있어서는, 종래부터 저항 스폿 용접, 주로 다이렉트 스폿 용접이 사용되어 왔는데, 최근에는, 시리즈 스폿 용접법이나 인다이렉트 스폿 용접법 등이 사용되게 되었다.

상기한 3 종류의 스폿 용접의 특징을, 도 1 을 이용하여 설명한다.

어떠한 스폿 용접도, 중첩한 적어도 2 장의 강판을 용접에 의해 접합하는 점에서는 변화는 없다.

도 1(a) 는, 다이렉트 스폿 용접법을 나타낸 것이다. 이 용접은, 동 도면에 나타내는 바와 같이, 중첩한 2 장의 금속판 (1, 2) 을 끼우고 그 상하로부터 1 쌍의 전극 (3, 4) 을 가압하면서 전류를 흐르게 하고, 금속판의 저항 발열을 이용하여, 점 형상의 용접부 (5) 를 얻는 방법이다. 또한, 전극 (3, 4) 은 모두, 가압 제어 장치 (6, 7) 및 전류 제어 장치 (8) 를 구비하고 있고, 이들에 의해 가압력과 통전하는 전류값을 제어할 수 있는 구조로 되어 있다.

도 1(b) 에 나타내는 시리즈 스폿 용접법은, 중첩한 2 장의 금속판 (11, 12) 에 대해, 떨어진 위치에서, 동일 면측 (동일 방향) 으로부터 1 쌍의 전극 (13, 14) 을 가압하면서 전류를 흐르게 하여, 점 형상의 용접부 (15-1, 15-2) 를 얻는 방법이다.

도 1(c) 에 나타내는 인다이렉트 스폿 용접법은, 중첩한 2 장의 금속판 (21, 22) 에 대해, 일방의 금속판 (21) 에는 전극 (23) 을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 금속판 (22) 에는 떨어진 위치에서 급전 단자 (24) 를 장착하고, 이들 사이에서 통전함으로써, 금속판 (21, 22) 에 점 형상의 용접부 (25) 를 형성하는 방법이다.

상기한 3 종류의 용접법 중, 스페이스적으로 여유가 있어, 금속판을 상하로부터 끼우는 개구부가 얻어지는 경우에는, 다이렉트 스폿 용접법이 이용된다.

그러나, 실제의 용접에 있어서는, 충분한 스페이스가 없는, 폐단면 구조로 금속판을 상하로부터 끼울 수 없는 경우도 많아, 이러한 경우에는, 시리즈 스폿 용접법이나 인다이렉트 스폿 용접법이 이용된다.

그러나, 시리즈 스폿 용접법이나 인다이렉트 스폿 용접법을 상기와 같은 용도로 사용할 때에는, 중첩한 금속판은 일방향으로부터만 전극에 의해 가압되고, 그 반대측은 지지가 없는 중공 상태로 되어 있다. 따라서, 양측으로부터 전극 사이에 끼우는 다이렉트 스폿 용접법과 같이 전극 바로 아래에 국부적으로 높은 가압력을 줄 수 없다. 또, 통전 중에 전극이 금속판에 침지되어 가기 때문에, 전극-금속판, 금속판-금속판 사이의 접촉 상태가 변화한다. 이와 같은 이유에 의해, 중첩한 금속판 사이에서 전류의 통전 경로가 안정되지 않아, 용융 접합부가 잘 형성되지 않는다는 문제가 있었다.

상기 문제를 해결하는 것으로서, 시리즈 스폿 용접에 대해서는, 특허문헌 1 에, 「금속판을 중첩한 접촉점에 너겟을 형성하기 위해서, 용접 초기에 대전류를 흐르게 하여 전극 너겟을 형성하고 나서, 정상 전류를 흐르게 하는」것이 기재되어 있다. 또, 특허문헌 2 에서는, 「전극을 접촉시키는 위치에 다른 부분보다 일단 높은 좌면을 형성하고, 좌면을 누르도록 가압 접촉시켜 용접함으로써, 백 전극없이 충분한 용접 강도가 얻어지는」것이 기재되어 있다.

한편, 인다이렉트 스폿 용접에 대해서는, 시리즈 스폿 용접에도 적용할 수 있는 기술로서, 특허문헌 3 에, 「시리즈 스폿 용접 또는 인다이렉트 스폿 용접의 통전시에, 전류값을 높게 유지하는 시간대와 전류값을 낮게 유지하는 시간대를 교대로 반복하는」것으로 이루어지는 용접법, 나아가서는 「전류값을 높게 유지하는 시간대와 전류값을 낮게 유지하는 시간대를 교대로 반복함에 따라, 전류값을 높게 유지하는 시간대의 전류값을 서서히 높게 하는」것으로 이루어지는 용접 방법이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 평11-333569호 일본 공개특허공보 2002-239742호 일본 공개특허공보 2006-198676호

그러나, 특허문헌 1 은, 시리즈 스폿 용접에 대해서는 유효한 것으로 생각되는데, 용접 방법이 상이한 인다이렉트 스폿 용접에 대해서는 유효한 것으로는 한정되지 않는다는 문제가 있었다.

또, 특허문헌 2 도, 시리즈 스폿 용접에 대해서는 유효한 것으로 생각되지만, 인다이렉트 스폿 용접에 대해서는 유효한 것으로는 한정하지 않고, 게다가 전극을 접촉시키는 위치에 다른 부분보다도 일단 높은 좌면을 프레스 등으로 형성하는 공정이 필요해진다는 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 3 에는, 동 문헌에 개시된 기술에 따르는 통전 패턴에 의해 용접된 「금속판 (11, 12) 의 중합부의 금속 조직을 관찰하면, 금속판 (11, 12) 의 중합부의 금속이, 종래의 통상적인 너겟에 비해 미세하게 부분적으로 용융되어 재결정한 것이 다수 형성되는 사상 (事象) 이 관찰되어, 소위 확산 접합 상태에서 접합되어 있는 경우로서, 종래의 통상적인 너겟과는 상이한 사상으로 접합되어 있는 경우도 있다」(동 문헌 3 의 단락〔0038〕) 과 같이, 다이렉트 스폿 용접에서 관찰되는 너겟과 같이 완전하게 용융한 상태에서 바둑돌형으로 형성되어 있다고는 할 수 없다.

수송 기기 메이커에 있어서의 현 상황의 스폿 용접부의 관리 기준에서는, 다이렉트 스폿 용접에서 얻어지는 것과 같은 완전하게 용융한 상태를 거친 바둑돌형의 너겟일 것이 요구되는 경우가 많기 때문에, 접합 강도가 얻어져도 완전하게 용융한 상태에서 형성된 바둑돌형의 너겟이 얻어지지 않으면 관리 기준을 만족하지 않는다는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 현 상황을 감안하여 개발된 것으로, 중첩한 금속판을 일방향으로부터만 전극으로 가압하고, 그 반대측은 지지가 없는 중공 상태에서 용접하는 인다이렉트 스폿 용접에 있어서, 용융한 상태에서 형성된 바둑돌형의 너겟을 안정적으로 얻을 수 있는 인다이렉트 스폿 용접 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

그런데, 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토를 거듭한 결과, 이하에 서술하는 지견을 얻었다.

a) 중첩한 금속판을 일방향으로부터만 전극으로 가압하고, 그 반대측은 지지가 없는 중공 상태에서 인다이렉트 스폿 용접을 실시하는 경우, 양측으로부터 전극 사이에 끼우는 다이렉트 스폿 용접법과 같이 전극 바로 아래에 국부적으로 높은 가압력을 줄 수 없기 때문에, 전극 바로 아래의 중첩한 금속판 사이에서 높은 전류 밀도가 얻어지지 않고, 또 통전 중에 전극이 강판에 침지되어 가기 때문에, 전극-금속판, 금속판-금속판 사이의 접촉 면적이 증대되고, 전극-금속판, 금속판-금속판 사이의 전류 밀도가 저하된다. 그 때문에, 인다이렉트 스폿 용접에서는, 다이렉트 스폿 용접법과 같이 전극 바로 아래의 중첩한 금속판 사이에 용융부가 형성되는 데에 충분한 발열이 잘 얻어지지 않아, 용융 접합부가 형성되기 어렵다.

b) 상기 문제를 해결하려면, 통전 중의 전류값 및 그 시간을 미세하게 제어하거나, 또는 통전 중의 전극의 가압력 및 그 시간을 미세하게 제어하거나, 나아가서는 통전 중의 전류값과 전극의 가압력 및 시간을 미세하게 제어하는 것이 유효하다.

c) 특히, 통전 개시로부터의 통전 시간, 가압 시간을 각각 독립적으로 2 단계로 나누어 통전 시간, 가압 시간의 각 단계에 있어서의 전류값 및/또는 전극의 가압력을 개별적으로 제어함으로써, 건전한 바둑돌형의 너겟으로 이루어지는 용융 접합부를 안정적으로 형성할 수 있다.

본 발명은, 상기 지견에 입각하는 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 금속판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접법에 있어서, 통전하는 전류값에 대해서는 통전 개시부터 종료까지 일정하게 하는 한편, 전극의 가압력에 관해서는, 통전 개시부터 2 가지 시간대 t₁, t₂ 로 구분하여, 최초 시간대 t₁ 에서는 가압력 F₁ 로 가압한 후, 다음 시간대 t₂ 에서는, F₁ 보다 낮은 가압력 F₂ 로 가압하는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.

2. 적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 금속판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접법에 있어서, 전극의 가압력에 대해서는 통전 개시부터 종료까지 일정하게 하는 한편, 통전하는 전류값에 관해서는, 통전 개시부터 2 가지 시간대 t₁, t₂ 로 구분하여, 최초 시간대 t₁ 에서는 전류값 C₁ 로 통전한 후, 다음 시간대 t₂ 에서는, C₁ 보다 높은 전류값 C₂ 로 통전하는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.

3. 적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 금속판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접법에 있어서, 전극의 가압력 및 통전하는 전류값에 관해서, 통전 개시부터 2 가지 시간대 t₁, t₂ 로 구분하여, 최초 시간대 t₁ 에서는, 가압력 F₁ 로 가압하고 또한 전류값 C₁ 로 통전한 후, 다음 시간대 t₂ 에서는, F₁ 보다 낮은 가압력 F₂ 로 가압하고 또한 C₁ 보다 높은 전류값 C₂ 로 통전하는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.

4. 적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 금속판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접법에 있어서, 전극의 가압력에 관해서는, 통전 개시부터 2 가지 시간대 t_F1, t_F2 로 구분하여, 최초 시간대 t_F1 에서는, 가압력 F₁ 로 가압한 후, 다음 시간대 t_F2 에서는, F₁ 보다 낮은 가압력 F₂ 로 가압하는 한편, 통전하는 전류값에 관해서는, 시간대 t_F1, t_F2 와는 독립적으로, 통전 개시부터 2 가지 시간대 t_C1, t_C2 로 구분하여, 최초 시간대 t_C1 에서는, 전류값 C₁ 로 통전한 후, 다음 시간대 t_C2 에서는, C₁ 보다 높은 전류값 C₂ 로 통전하는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.

5. 상기 1 ∼ 4 의 어느 하나에 있어서, 상기 용접 전극으로서, 선단이 곡면 형상이 되는 전극을 사용하는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.

본 발명에 의하면, 인다이렉트 스폿 용접에서는, 종래 어렵다고 여겨진, 용융한 상태에서 형성된 바둑돌형의 너겟을 안정적으로 얻을 수 있다.

도 1 은 다이렉트 스폿 용접법 (a), 시리즈 스폿 용접법 (b) 및 인다이렉트 스폿 용접법 (c) 의 용접 요령의 설명도이다.
도 2 는 본 발명에 따르는 기본적인 통전 시간과 가압력의 관계 (a) 및 통전 시간과 전류값의 관계 (b) 를 나타낸 도면이다.
도 3 은 실시예 1 의 용접 요령 (a) 및 실시예 2 의 용접 요령 (b) 의 설명도이다.

이하, 본 발명을 도면에 따라 구체적으로 설명한다.

도 2(a), 2(b) 에, 본 발명의 기본적인 통전 시간과 가압력의 관계 및 통전 시간과 전류값의 관계를 각각 나타낸다.

본 발명에서는, 전극의 가압력, 통전하는 전류값에 관해서, 통전 개시부터의 시간대를 동시에 또는 각각 독립적으로 2 개로 구분하여, 각각의 시간대에 있어서 전극의 가압력 F 또는 통전하는 전류값 C 의 일방, 또는 가압력 F 와 전류값 C 의 양방을 제어한다. 여기서, 가압력 F 또는 전류값 C 의 일방을 제어하는 경우에는, 구분한 각 시간대를 t₁, t₂ 로 하고, 또 가압력 F 와 전류값 C 의 양방을 독립적으로 제어하는 경우에는, 가압력 F 를 구분하는 시간대를 t_F1, t_F2, 전류값 C 를 구분하는 시간대를 t_C1, t_C2 로 하고, 각 시간대에서의 가압력을 F₁, F₂, 전류값을 C₁, C₂ 로 나타낸다.

본 발명에 있어서, 시간대 t₁ 에서는, 가압력 F₁ 로 가압하여, 전류값 C₁ 을 통전한다.

이 시간대 t₁ 은, 전극을 중첩한 금속판에 가압하면서 눌러 대면서, 통전을 개시하고, 금속판 사이의 접촉 저항에 의한 발열에 의해 용융부의 형성을 시작하는 시간대이다. 중첩한 금속판을 일방향으로부터만 전극에 의해 가압하고, 그 반대측은 지지가 없는 중공 상태에서 인다이렉트 스폿 용접을 실시할 때에는, 가압력 F₁ 은 양측으로부터 전극 사이에 끼우는 다이렉트 스폿 용접법과 같은 높은 가압력으로 할 수 없지만, 가압력 F₁ 이 지나치게 낮으면 전극과 금속판 사이의 접촉 면적이 극도로 작아지고, 전류 밀도가 과도하게 상승하여 금속판 표면이 용융 비산되어, 표면 형상이 현저하게 손상되는 문제가 발생한다. 따라서, 가압력 F₁ 은 이러한 문제가 발생하지 않도록, 적절하게 선택할 필요가 있다.

또, 전류값 C₁ 은, 금속판 사이로부터의 발열에 의해 용융이 개시하는 데에 충분한 높이의 전류값으로 할 필요가 있는데, 지나치게 높으면 전술한 바와 같은 금속판 표면이 용융 비산되어, 도려낸 형상이 되어 외관이 현저하게 손상될 뿐더러, 조인트 강도도 저하되는 문제가 발생하므로, 이러한 문제가 발생하지 않도록, 적절하게 선택할 필요가 있다.

다음으로, 시간대 t₂ 에서는, 가압력 F₂ 로 가압하고, 전류값 C₂ 를 통전한다. 이 시간대 t₂ 는, 시간대 t₁ 에서 형성이 시작된 용융부를 더욱 성장시켜 가는 단계이다. 그러나, 통전에 의한 발열로 전극 주변의 금속판이 연화되고, 전극의 반대측은 지지가 없는 중공 상태에서 인다이렉트 스폿 용접을 실시할 때에는, 금속판이 연화되면 전극 선단이 금속판에 침지되어, 전극과 금속판, 금속판과 금속판 사이의 접촉 면적이 증대되어 전류 밀도가 저하되기 때문에, 너겟을 성장시키기에 충분한 발열이 얻어지지 않는다. 따라서, 이 시간대 t₂ 에서는, 가압력 F₂ 를 가압력 F₁ 보다 낮은 가압력으로 하여, 전극 선단이 금속판에 침지되는 것을 억제할 필요가 있다.

한편, 전류값 C₂ 에 대해서는, 전류값 C₁ 보다 높은 전류값으로서, 전술한 전극의 침지에 의한 접촉 면적의 증대로부터 전류 밀도가 저하되는 것을 억제하는 것이 중요하다. 그러나, 전류값이 지나치게 높으면 전극의 반대측인 금속판 표면으로부터 용융 금속이 비산되어, 녹아내려, 외관이 현저하게 손상될 뿐더러, 조인트 강도도 저하되는 문제가 발생한다.

이상, 통전 개시부터 2 가지 시간대로 구분하여, 가압력 F 와 전류값 C 의 양방을 동시에 제어하는 경우에 대해 설명했는데, 본 발명은, 이것에만 한정되는 것이 아니고, 가압력과 전류값의 어느 일방만을 제어하도록 해도 되고, 나아가서는 가압력 F 와 전류값 C 의 양방을 독립적으로 제어할 수도 있다.

즉, 상기 시간대 t₁, t₂ 에 있어서, 전류값 C₁, C₂ 는 일정하게 하고, 가압력 F₂ 를 F₁ 보다 낮게 하는 방법, 또 가압력 F₁, F₂ 는 일정하게 하고, 전류값 C₂ 를 C₁ 보다 높게 하는 방법의 어느 것도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

그러나, 전술한 바와 같이, 상기 시간대 t₁, t₂ 에 있어서, 가압력 F₂ 를 F₁ 보다 낮게 하고, 또한 전류값 C₂ 를 C₁ 보다 높게 함으로써, 보다 나은 효과를 얻을 수 있다.

또한 가압력 F 에 관해서는, 통전 개시부터 시간대 t_F1, t_F2 로 구분하여, 가압력 F₂ 를 F₁ 보다 낮게 하는 한편, 전류값 C 에 관해서는, 시간대 t_F1, t_F2 와는 별도로 독립적으로, 통전 개시부터 시간대 t_C1, t_C2 로 구분하여, 전류값 C₂ 를 C₁ 보다 높게 하는 방법으로 할 수도 있고, 이와 같이 가압력의 변화, 전류의 변화를 독립적인 시간대에서 최적으로 실시함으로써, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.

여기에, 통전 개시부터 2 가지 시간대 t₁, t₂ 로 구분하여, 가압력 F 와 전류값 C 의 양방을 동시에 제어하는 경우, 시간대 t₁, t₂ 에 있어서의 통전 시간은 각각 t₁ : 0.02 ∼ 0.30 s, t₂ : 0.10 ∼ 0.60 s 정도로 하는 것이 바람직하다. 또, 각 시간대 t₁, t₂ 에 있어서의 가압력은 각각, F₁ : 300 ∼ 2000 N, F₂ : 100 ∼ 1500 N 정도, 전류값은 각각 C₁ : 2.0 ∼ 10.0 kA, C₂ : 2.5 ∼ 12.0 kA 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 시간대 t₁, t₂ 에 있어서, 전류값 C₁, C₂ 는 일정하게 하고, 가압력 F₂ 를 F₁ 보다 낮게 하는 경우의 일정 전류값은 2.5 ∼ 10 kA 정도, 또 가압력 F₁, F₂ 는 일정하게 하고, 전류값 C₂ 를 C₁ 보다 높게 하는 경우의 일정 가압력은 200 ∼ 1500 N 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 가압력 F 와 전류값 C 의 양방을 독립적으로 제어하는 경우에는, 가압력 F 에 관해서는, t_F1 : 0.02 ∼ 0.30 s, t_F2 : 0.10 ∼ 0.60 s 정도로 하고, 각 시간대 t_F1, t_F2 에 있어서 각각 F₁ : 300 ∼ 2000 N, F₂ : 100 ∼ 1500 N 정도로 하는 것이, 또 전류값 C 에 관해서는, t_C1 : 0.02 ∼ 0.30 s, t_C2 : 0.10 ∼ 0.60 s 정도로 하고, 각 시간대 t_C1, t_C2 에 있어서 각각 C₁ : 2.0 ∼ 10.0 kA, C₂ : 2.5 ∼ 12.0 kA 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 인다이렉트 스폿 용접에서는, 용접 전극으로서, 선단이 곡면 형상이 되는 전극을 사용하는 것이 바람직하다. 전극의 선단을 곡면 형상으로 함으로써, 통전 초기에, 전극과 금속판 사이의 충분한 접촉 면적을 확보하여, 전류 밀도가 과도하게 상승하여 금속판 표면이 용융 비산되어, 표면 형상이 현저하게 손상되는 문제를 회피할 수 있고, 또한 금속판과 금속판 사이에서 필요 충분한 가압 접촉 상태를 형성하고, 전류 밀도를 적정하게 유지하여, 용융을 개시시키기 때문에 충분한 발열이 얻어진다. 또, 통전 후기에는, 금속판의 발열, 연화에 의해, 전극 선단이 금속판에 침지되어, 전극과 금속판, 금속판과 금속판 사이의 접촉 면적이 증대되기 때문에, 전류 밀도가 저하되어 용융 너겟을 성장시키는 데에 충분한 발열이 얻어지지 않는 경우가 있는데, 전극의 선단을 곡면 형상으로 함으로써, 전극 선단의 침지에 대해, 균일한 접촉 면적의 증대를 회피할 수 있다.

전극 선단의 곡면은, 균일한 곡률, 혹은 선단을 중심으로 하는 소정 반경의 원을 경계에 선단에 가까운 쪽에서는 비교적 큰 곡률, 선단으로부터 먼 쪽에서는 비교적 작은 곡률로 할 수 있다. 균일한 곡률로 하는 경우, 그 곡률 반경은 10 ∼ 80 ㎜ 로 하는 것이 바람직하다. 또, 선단을 중심으로 하는 소정 반경의 원을 경계에 선단에 가까운 쪽에서는 비교적 큰 곡률, 선단으로부터 먼 쪽에서는 비교적 작은 곡률로 하는 경우, 선단을 중심으로 하는 소정 원의 반경은 4 ∼ 10 ㎜, 선단에 가까운 쪽의 곡률 반경은 10 ∼ 80 ㎜, 선단으로부터 먼 쪽의 곡률 반경은 4 ∼ 12 ㎜ 로 하는 것이 바람직하다.

[실시예 1]

인다이렉트 스폿 용접법을, 도 1(c) 에 나타낸 구성으로 실시하였다. 이 인다이렉트 스폿 용접법에 있어서, 금속판 (21) 으로서 판 두께가 0.7 ㎜ 이고, 표 1 에 나타내는 화학 성분이 되는 인장 강도 : 270 MPa 의 SPC 270 강판을, 또 금속판 (22) 으로서, 판 두께가 1.2 ㎜ 이고 동일하게 표 1 에 나타내는 화학 성분이 되는 SPC 270 강판을 사용하여, 표 2 에 나타내는 패턴의 통전 시간, 가압력, 전류값에 의해 용접을 실시하였다.

용접에 있어서는, 크롬 구리 합금을 재질로 하고, 선단에 R 40 ㎜ 의 곡면을 갖는 형상의 전극 및 직류 인버터식의 전원을 사용하였다.

표 2 중, 발명예 1 은, 시간대 t₁, t₂ 에 있어서, 전류값 C₁, C₂ 는 일정하게 하고, 가압력 F₂ 를 F₁ 보다 낮게 한 경우, 발명예 2 는, 가압력 F₁, F₂ 는 일정하게 하고, 전류값 C₂ 를 C₁ 보다 높게 한 경우, 발명예 3 은, 가압력 F₂ 를 F₁ 보다 낮게 하고, 또한 전류값 C₂ 를 C₁ 보다 높게 한 경우이다. 또한, 비교예는 모두, 시간대 t₁, t₂ 를 동일한 가압력, 전류값으로 실시한 경우이다.

표 3 에, 표 2 에 나타내는 통전 패턴으로 용접했을 때의 각 조인트의 너겟 직경, 너겟 두께, 너겟 두께/직경 및 흩어짐의 발생 상황에 대해 조사한 결과를 나타낸다.

또한, 표 2 에 있어서 너겟 직경은, 용접부를 중심으로 절단한 단면에 있어서, 금속판 (21, 22) 간에 형성되는 용융부의 중첩선 상에서의 길이로 하였다. 너겟 두께는, 용접부를 중심으로 절단한 단면에 있어서, 금속판 (21, 22) 간에 형성되는 용융부의 최대 두께로 하였다. 또, 너겟 두께/직경은, 상기 서술한 너겟 두께를 너겟 직경으로 나눈 것이다. 여기에, 너겟 직경이 4.0 ㎜ 이상이고, 또한 너겟 두께/직경이 0.35 이상이면, 용융한 상태에서 형성된 적합 너겟인 것으로 판단할 수 있다.

또한, 흩어짐의 발생 상황은, 전극과 금속판 사이에서 일어나는 「표면 흩어짐」과, 금속판과 금속판 사이에서 일어나는 「중간 흩어짐」으로 구별하여 개시하였다.

표 3 에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따라 인다이렉트 스폿 용접을 실시한 발명예 1 ∼ 3 은, 너겟 직경 : 4.0 ㎜ 이상이고, 또한 너겟 두께/직경 : 0.35 이상이며, 모두, 충분한 너겟 직경과, 이 직경에 대해 충분한 두께를 갖는 용융 너겟을 얻을 수 있고, 또 흩어짐의 발생은 전혀 관찰되지 않았다.

이것에 대해, 비교예 1 에서는, 표면 흩어짐이 발생하고, 또 비교예 3 에서는, 중간 흩어짐이 발생하였다. 비교예 2 에 있어서는, 흩어짐의 발생은 없었지만, 너겟 직경이 4.0 ㎜ 보다 작아지고, 너겟 두께/직경이 0.3 보다 작아졌다. 또, 비교예 4 는, 흩어짐은 발생하지 않았지만, 용융 너겟이 얻어지지 않았다.

[실시예 2]

인다이렉트 스폿 용접법을, 도 3(a) 에 나타내는 바와 같은 구성으로 실시하였다. 상부 강판으로서, 판 두께가 0.7 ㎜ 이고, 표 1 에 나타내는 화학 성분이 되는 인장 강도 : 270 MPa 이상의 SPC 270 강판을, 또 하부 강판으로서, 판 두께가 1.2 ㎜ 이고 동일하게 표 1 에 나타내는 화학 성분이 되는 SPC 270 강판을, 도면에 나타내는 바와 같은 오목 형상의 금속제 지그 위에 배치하고, 지지 간격을 30 ㎜ 로 하고, 지그 하부에 어스 전극을 장착하고, 상방으로부터 전극으로 가압하여, 용접을 실시하였다. 가압력, 전류값의 통전 개시부터의 시간대, 각각의 시간대에서의 가압력, 전류값의 조건을 표 4 에 나타낸다. 모든 조건에 있어서, 통전 개시부터 종료까지의 시간을 0.28 s 로 하였다.

표 4 중, 발명예 1, 2 는, 전류값 C 는 일정하게 하고, 시간대 t₁, t₂ 에 있어서, 가압력 F 에 관해서는 F₂ 를 F₁ 보다 낮게 한 경우, 발명예 3, 4 는, 가압력 F 는 일정하게 하고, 시간대 t₁, t₂ 에 있어서, 전류값 C 에 관해서는 C₂ 를 C₁ 보다 높게 한 경우, 발명예 5, 6 은, 시간대 t₁, t₂ 에 있어서, 가압력 F₂ 를 F₁ 보다 낮게 하고, 또한 전류값 C₂ 를 C₁ 보다 높게 하여, 가압력 F 와 전류값 C 의 양방을 동시에 제어한 경우, 발명예 7, 8 은, 가압력 F 에 관해서는, 통전 개시부터 시간대 t_F1, t_F2 로 구분하여, 가압력 F₂ 를 F₁ 보다 낮게 하고, 전류값 C 에 관해서는, 시간대 t_F1, t_F2 와는 독립적으로, 통전 개시부터 시간대 t_C1, t_C2 로 구분하여, 전류값 C₂ 를 C₁ 보다 높게 하여, 가압력 F 와 전류값 C 의 양방을 독립적으로 제어한 경우이다.

또한, 비교예 1 ∼ 6 은, 가압력 F, 전류값 C 를 통전 개시부터 종료까지 일정하게 실시한 경우, 비교예 7 은, 시간대 t₁, t₂ 에 있어서, 가압력 F₂ 를 F₁ 보다 낮게 하고, 또한 전류값 C₂ 를 C₁ 보다 낮게 하여, 가압력 F 와 전류값 C 의 양방을 동시에 제어한 경우, 비교예 8 은, 가압력 F 에 관해서는, 통전 개시부터 시간대 t_F1, t_F2 로 구분하여, 가압력 F₂ 를 F₁ 보다 낮게 하고, 전류값 C 에 관해서는, 시간대 t_F1, t_F2 와는 독립적으로, 통전 개시부터 시간대 t_C1, t_C2 로 구분하여, 전류값 C₂ 를 C₁ 보다 낮게 하여, 가압력 F 와 전류값 C 의 양방을 독립적으로 제어한 경우이다.

표 5 에, 표 4 에 나타내는 통전 패턴으로 용접했을 때의 각 조인트의 너겟 직경, 너겟 두께, 너겟 두께/직경 및 외관 문제에 대해 조사한 결과를 나타낸다.

또한, 표 4 에 있어서 너겟 직경은, 실시예 1 과 마찬가지로 용접부를 중심으로 절단한 단면에 있어서, 상부 강판, 하부 강판 사이에서 형성되는 용융부의 중첩선 상에서의 길이로 하였다. 너겟 두께는, 용접부를 중심으로 절단한 단면에 있어서, 상부 강판, 하부 강판 사이에 형성되는 용융부의 최대 두께로 하였다. 또, 너겟 두께/직경은, 상기 서술한 너겟 두께를 너겟 직경으로 나눈 것이다. 여기에, 너겟 직경이 3.5 ㎜ 이상이고, 또한 너겟 두께/직경이 0.25 이상이면, 용융한 상태에서 형성된 바둑돌형의 바람직한 너겟인 것으로 판단할 수 있다.

또한, 용접부가 용융 비산되어 일어나는 외관 문제에 관해서는, 전극과 강판 사이에서 일어나는 표면 도려냄의 발생에 관하여 개시하였다.

표 5 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 인다이렉트 스폿 용접을 실시한 발명예 1 ∼ 8 은, 의도적으로 설정된 전극 바로 아래에 너겟이 잘 형성되지 않는 조건에 있어서도, 모두, 충분한 너겟 직경과, 이 직경에 대해 충분한 두께를 갖는 용융 너겟을 얻을 수 있고, 또 외관 문제는 전혀 관찰되지 않았다.

이것에 대해, 비교예 1 에서는, 표면 도려냄이 발생하였다. 또, 비교예 2, 3, 6 ∼ 8 은 모두, 너겟 직경이 3.5 ㎜ 보다 작아지고, 너겟 두께/직경이 0.25 보다 작아졌다. 그 밖의 비교예에서는, 너겟의 형성은 관찰되지 않았다.

[실시예 3]

인다이렉트 스폿 용접법을, 도 3(b) 에 나타내는 바와 같은 구성으로 실시하였다. 상부 강판으로서, 판 두께가 0.7 ㎜ 이고, 표 1 에 나타내는 화학 성분이 되는 인장 강도 : 270 MPa 이상의 SPC 270 강판을, 또 하부 강판으로서, 판 두께가 1.2 ㎜ 이고 동일하게 표 1 에 나타내는 화학 성분이 되는 SPC 270 강판을, 도면에 나타내는 바와 같은 오목 형상의 금속제 지그의 위에 배치하고, 지지 간격을 30 ㎜ 로 하고, 지그 하부에 어스 전극을 장착하고, 상방으로부터 전극으로 가압하여, 용접을 실시하였다. 또, 상기의 중첩한 상부, 하부 강판의 양 단을 클램프로 지그 상에서 구속하고, 상부, 하부 강판 사이를 밀착시킴으로써, 통전시에 강판 사이에서 분류가 일어나기 쉽게 하여, 의도적으로 전극 바로 아래에 너겟이 잘 형성되지 않는 조건을 설정하였다. 가압력, 전류값의 통전 개시부터의 시간대, 각각의 시간대에서의 가압력, 전류값의 조건을 표 6 에 나타낸다. 모든 조건에 있어서, 통전 개시부터 종료까지의 시간을 0.28 s 로 하였다.

표 6 중, 발명예 1, 2 는, 전류값 C 는 일정하게 하고, 시간대 t₁, t₂ 에 있어서, 가압력 F 에 관해서는 F₂ 를 F₁ 보다 낮게 한 경우, 발명예 3, 4 는, 가압력 F 는 일정하게 하고, 시간대 t₁, t₂ 에 있어서, 전류값 C 에 관해서는 C₂ 를 C₁ 보다 높게 한 경우, 발명예 5, 6 은, 시간대 t₁, t₂ 에 있어서, 가압력 F₂ 를 F₁ 보다 낮게 하고, 또한 전류값 C₂ 를 C₁ 보다 높게 하여, 가압력 F 와 전류값 C 의 양방을 동시에 제어한 경우, 발명예 7, 8 은, 가압력 F 에 관해서는, 통전 개시부터 시간대 t_F1, t_F2 로 구분하여, 가압력 F₂ 를 F₁ 보다 낮게 하고, 전류값 C 에 관해서는, 시간대 t_F1, t_F2 와는 독립적으로, 통전 개시부터 시간대 t_C1, t_C2 로 구분하여, 전류값 C₂ 를 C₁ 보다 높게 하여, 가압력 F 와 전류값 C 의 양방을 독립적으로 제어한 경우이다.

표 7 에, 표 6 에 나타내는 통전 패턴으로 용접했을 때의 각 조인트의 너겟 직경, 너겟 두께, 너겟 두께/직경 및 외관 문제에 대해 조사한 결과를 나타낸다.

또한, 표 6 에 있어서 너겟 직경은, 실시예 1 과 동일하게 용접부를 중심으로 절단한 단면에 있어서, 상부 강판, 하부 강판 사이에서 형성되는 용융부의 중첩선 상에서의 길이로 하였다. 너겟 두께는, 용접부를 중심으로 절단한 단면에 있어서, 상부 강판, 하부 강판 사이에 형성되는 용융부의 최대 두께로 하였다. 또, 너겟 두께/직경은, 상기 서술한 너겟 두께를 너겟 직경으로 나눈 것이다. 여기에, 너겟 직경이 2.5 ㎜ 이상이고, 또한 너겟 두께/직경이 0.1 이상이면, 용융한 상태에서 형성된 바둑돌형의 바람직한 너겟인 것으로 판단할 수 있다.

표 7 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 인다이렉트 스폿 용접을 실시한 발명예 1 ∼ 8 은, 의도적으로 설정된 전극 바로 아래에 너겟이 잘 형성되지 않는 조건 하에서도, 모두, 충분한 너겟 직경과, 이 직경에 대해 충분한 두께를 갖는 용융 너겟을 얻을 수 있고, 또 외관 문제는 전혀 관찰되지 않았다.

이것에 대해, 비교예 1 에서는, 표면 도려냄이 발생하였다. 또, 비교예 3 은 너겟 직경이 2.7 ㎜ 가 되었지만, 충분한 너겟 두께가 얻어지지 않고, 너겟 두께/직경이 0.1 보다 작아졌다. 그 밖의 비교예에서는, 너겟의 형성은 관찰되지 않았다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 중첩한 금속판을 일방향으로부터만 전극으로 가압하고, 그 반대측은 지지가 없는 중공 상태에서 실시하는 인다이렉트 스폿 용접에 있어서, 충분한 너겟 직경과, 이 직경에 대해 충분한 두께를 갖는 바둑돌형의 용융 너겟을 안정적으로 형성할 수 있다.

Claims

적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 지지가 없는 중공 상태의 타방의 면측의 금속판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접법에 있어서,
인다이렉트 스폿 용접의 통전 개시부터 종료까지를 2 가지의 연속되는 시간대 t₁, t₂ 로 구분하여, 최초 시간대 t₁ 에서는 가압력 F₁ 로 가압한 후, 다음 시간대 t₂ 에서는, F₁ 보다 낮은 가압력 F₂ 로 가압하는 한편, 통전하는 전류값에 대해서는 인다이렉트 스폿 용접의 통전 개시부터 종료까지 일정하게 하여, 상기 최초의 시간대 t₁ 에 있어서 형성되기 시작한 용융부를 상기 다음 시간대 t₂ 에서 추가로 성장시키는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.
적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 지지가 없는 중공의 상태인 타방의 면측의 금속판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접법에 있어서,
전극의 가압력에 대해서는 인다이렉트 스폿 용접의 통전 개시부터 종료까지 일정하게 하는 한편, 통전하는 전류값에 관해서는, 인다이렉트 스폿 용접의 통전 개시부터 종료까지를 2 가지의 연속되는 시간대 t₁, t₂ 로 구분하여, 최초 시간대 t₁ 에서는 전류값 C₁ 로 통전하여 용융부를 형성한 후, 다음 시간대 t₂ 에서는, C₁ 보다 높은 전류값 C₂ 로 통전하여 상기 최초의 시간대 t₁ 에서 형성된 용융부를 추가로 성장시키는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.
적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 지지가 없는 중공 상태의 타방의 면측의 금속판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접법에 있어서,
전극의 가압력 및 통전하는 전류값에 관해서, 인다이렉트 스폿 용접의 통전 개시부터 종료까지를 2 가지의 연속되는 시간대 t₁, t₂ 로 구분하여, 최초 시간대 t₁ 에서는, 가압력 F₁ 로 가압하고 또한 전류값 C₁ 로 통전하여 용융부를 형성한 후, 다음 시간대 t₂ 에서는, F₁ 보다 낮은 가압력 F₂ 로 가압하고 또한 C₁ 보다 높은 전류값 C₂ 로 통전하여 상기 최초의 시간대 t₁ 에서 형성된 용융부를 추가로 성장시키는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.
적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 지지가 없는 중공 상태의 타방의 면측의 금속판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접법에 있어서,
전극의 가압력에 관해서는, 인다이렉트 스폿 용접의 통전 개시부터 종료까지를 2 가지의 연속되는 시간대 t_F1, t_F2 로 구분하여, 최초 시간대 t_F1 에서는, 가압력 F₁ 로 가압한 후, 다음 시간대 t_F2 에서는, F₁ 보다 낮은 가압력 F₂ 로 가압하는 한편, 통전하는 전류값에 관해서는, 시간대 t_F1, t_F2 와는 독립적으로, 인다이렉트 스폿 용접의 통전 개시부터 종료까지를 2 가지의 연속되는 시간대 t_C1, t_C2 로 구분하여, 최초 시간대 t_C1 에서는, 전류값 C₁ 로 통전하여 용융부를 형성한 후, 다음 시간대 t_C2 에서는, C₁ 보다 높은 전류값 C₂ 로 통전하여 상기 최초의 시간대 t_F1 및 t_C1 에서 형성된 용융부를 추가로 성장시키는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접 전극으로서, 선단이 곡면 형상이 되는 전극을 사용하는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.