KR101567652B1

KR101567652B1 - 고강도강판 점용접방법

Info

Publication number: KR101567652B1
Application number: KR1020130160773A
Authority: KR
Inventors: 유지홍; 홍승현; 박영도; 김재원
Original assignee: 현대자동차주식회사; 동의대학교 산학협력단
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-11-09
Also published as: CN104722905B; US20150174688A1; DE102014215650A1; CN104722905A; KR20150072996A

Abstract

8~9kA의 전류를 1~3cy동안 인가하는 제1펄스단계; 1~3cy동안 냉각하는 제1쿨링단계; 제1펄스단계보다 작은 전류를 인가하는 제2펄스단계; 1~3cy동안 냉각하는 제2쿨링단계; 및 제2펄스단계보다 큰 전류를 인가하는 제3펄스단계;를 포함하는 고강도강판 점용접방법이 소개된다.

Description

고강도강판 점용접방법 {SPOT WELDING METHOD FOR HIGH STRENGTH STEEL SHEET}

본 발명은 점용접에 있어 펄스 용접조건을 이용하여 최대 너겟경을 확보할 수 있도록 하는 고강도강판 점용접방법에 관한 것이다.

산업 현장에서 고강도 강재의 적용이 증가함으로써, 120kgf급 초고강도 아연도금강판의 저항 점용접시 너겟경 확보에 문제점을 나타내고 있다. 단일펄스의 경우 강재의 높은 발열 특성에 의한 스패터(spatter)가 발생하여 충분한 너겟경 확보가 어려우며, 기존 멀티펄드를 적용한 경우 산업현장 조건에 부합하지 않는 용접변수가 사용되는 부분이 많아 적용에 대한 어려움이 존재하였다.

세가지의 펄스를 이용한 종래기술의 경우 각각의 펄스에 대한 역할 및 그에 따른 가이드가 정확히 제시되어 있지 않는 상황이다. 또한, 산업현장에 적용이 불가능할 정도로 용접 시간이 상당히 길어 생산성 측면에서 적용하기 어려운 점이 있고, 펄스 사이의 냉각시간의 경우 시간에 대한 가이드 라인이 아닌 온도에 대한 가이드 라인만을 제시함으로써 적용이 어려웠다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

JP 2003-236674 A

본 발명은 점용접에 있어 펄스 용접조건을 이용하여 최대 너겟경을 확보할 수 있도록 하는 고강도강판 점용접방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고강도강판 점용접방법은, 8~9kA의 전류를 1~3cy동안 인가하는 제1펄스단계; 1~3cy동안 냉각하는 제1쿨링단계; 제1펄스단계보다 작은 전류를 인가하는 제2펄스단계; 1~3cy동안 냉각하는 제2쿨링단계; 및 제2펄스단계보다 큰 전류를 인가하는 제3펄스단계;를 포함한다.

제1펄스단계에서는 2cy동안 전류를 인가할 수 있다.

제1쿨링단계에서는 2cy동안 냉각할 수 있다.

제2펄스단계에서는 제1펄스단계 전류의 70~80%의 전류를 인가할 수 있다.

제2펄스단계에서는 4~10cy 동안 전류를 인가할 수 있다.

제2쿨링단계에서는 2cy동안 냉각할 수 있다.

제3펄스단계에서는 7~9kA의 전류를 인가할 수 있다.

제3펄스단계에서는 10cy이상으로 전류를 인가할 수 있다.

제3펄스단계에서는 10cy~스패터 발생 전까지 전류를 인가할 수 있다.

본 발명의 또 다른 고강도강판 점용접방법은, 8~9kA의 전류를 1~3cy동안 인가하는 제1펄스단계; 1~3cy동안 냉각하는 제1쿨링단계; 제1펄스단계 전류의 70~80%의 전류를 제1펄스단계보다 긴 시간 동안 인가하는 제2펄스단계; 1~3cy동안 냉각하는 제2쿨링단계; 및 제2펄스단계보다 큰 전류를 인가하는 제3펄스단계;를 포함한다.

또 다른 고강도강판 점용접방법은, 8~9kA의 전류를 1~3cy동안 인가하는 제1펄스단계; 1~3cy동안 냉각하는 제1쿨링단계; 제1펄스단계보다 작은 전류를 인가하는 제2펄스단계; 1~3cy동안 냉각하는 제2쿨링단계; 및 제2펄스단계의 전류보다 크고 제1펄스단계의 전류보다 작은 전류를 제2펄스단계보다 긴 시간 동안 인가하는 제3펄스단계;를 포함한다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 고강도강판 점용접방법에 따르면, 점용접에 있어 펄스 용접조건을 이용하여 최대 너겟경을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고강도강판 점용접방법

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.

본 발명에 따른 고강도강판 점용접방법은, 8~9kA의 전류를 1~3cy동안 인가하는 제1펄스단계(10); 1~3cy동안 냉각하는 제1쿨링단계; 제1펄스단계(10)보다 작은 전류를 인가하는 제2펄스단계(30); 1~3cy동안 냉각하는 제2쿨링단계; 및 제2펄스단계(30)보다 큰 전류를 인가하는 제3펄스단계(50);를 포함한다.

제1펄스단계(10)에서는 2cy동안 전류를 인가할 수 있다. 제1쿨링단계에서는 2cy동안 냉각할 수 있다. 제2펄스단계(30)에서는 제1펄스단계(10) 전류의 70~80%의 전류를 인가할 수 있다. 제2펄스단계(30)에서는 4~10cy 동안 전류를 인가할 수 있다. 제2쿨링단계에서는 2cy동안 냉각할 수 있다. 제3펄스단계(50)에서는 7~9kA의 전류를 인가할 수 있다. 제3펄스단계(50)에서는 10cy이상으로 전류를 인가할 수 있다. 제3펄스단계(50)에서는 10cy~스패터 발생 전까지 전류를 인가할 수 있다.

본 발명의 또 다른 고강도강판 점용접방법은, 8~9kA의 전류를 1~3cy동안 인가하는 제1펄스단계(10); 1~3cy동안 냉각하는 제1쿨링단계; 제1펄스단계(10) 전류의 70~80%의 전류를 제1펄스단계(10)보다 긴 시간 동안 인가하는 제2펄스단계(30); 1~3cy동안 냉각하는 제2쿨링단계; 및 제2펄스단계(30)보다 큰 전류를 인가하는 제3펄스단계(50);를 포함한다.

또 다른 고강도강판 점용접방법은, 8~9kA의 전류를 1~3cy동안 인가하는 제1펄스단계(10); 1~3cy동안 냉각하는 제1쿨링단계; 제1펄스단계(10)보다 작은 전류를 인가하는 제2펄스단계(30); 1~3cy동안 냉각하는 제2쿨링단계; 및 제2펄스단계(30)의 전류보다 크고 제1펄스단계(10)의 전류보다 작은 전류를 제2펄스단계(30)보다 긴 시간 동안 인가하는 제3펄스단계(50);를 포함한다.

본 특허에서는 고강도 강재의 저항 점용접시 발생하는 너겟의 생성 및 성장 거동에 대한 메커니즘을 정확히 이해하여, 120kgf급 소재를 포함한 100kgf급 이상의 초고강도 강재 특성에 맞는 용접조건을 선정하여 최대 너겟경 확보가 가능한 기술에 관한 것이다. 한편, 본 발명에서 사용된 시간단위 cy는 단위 사이클타임으로써 1/60초를 의미한다.

저항 점용접에 필요로 하는 펄스는 멀티펄스이며, 고강도 특성에 맡는 기능 및 역할이 각 펄스마다 존재한다. 제1펄스의 기능은 판재와 판재 사이의 접촉면적을 최대로 하는 것이 중요하다. 이는 다음 펄스에서 용접 전류가 통전될 때 통전면적(Current path)를 증가시키는 역할을 한다.

제2펄스의 기능은 스패터(Spatter) 억제 및 용융부 생성에 의한 판재와 판재 사이의 분리를 최소로 하기 위한 코로나본드를 생성시키는 것이 중요하다. 코로나 본드는 너겟경이 생성되는 시점에 동시에 생성된다.

마지막으로 제3펄스는 너겟경을 최대로 성장시키는 역할을 한다. 스패터 발생 직전까지 용접 전류를 통하여 최대 너겟경 확보가 가능하며, 또한 가용 용접 전류 구간 역시 증가되는 효과를 갖는다. 이 모든 용접 조건은 산업현장에서 가능한 가압력, 용접시간 내에 포함되어 있다. 각 펄스의 역할에 맡는 용접 조건을 선정한다면, 다양한 종류의 고강도 강판에 저항 점용접시 최대 너겟경 확보가 가능하다.

도 1은 본 발명의 고강도강판 점용접방법을 나타낸 것으로서, 제1펄스단계(10)에서는 8~9kA의 전류를 1~3cy동안 인가하도록 한다. 이는 판재와 판재 접촉 면적 최대치를 위한 것으로서, 너겟경이 생성되지 않도록 함이 중요하다. 고합금 고강도강의 높은 발열의 특징을 이용하여 높은 전류, 짧은 시간으로 너겟 생성 없이 판재와 판재 접촉 면적을 최대로 하고, 짧은 시간에 전극과 판재, 판재와 판재 사이의 접촉면적을 최대로 하기 위함이다.

구체 조건으로는 전극과 판재 사이, 판재와 판재 사이의 접촉면적을 최대로 하는 용접 전류(8~9kA) 및 용접 시간을 선정한다. 조건 선정 시 용융 발생 및 너겟경이 생성되기 전까지만 수행하도록 용접 조건을 선정해야 하고, 이를 통해 전류 통전 폭을 동일하게 한다. 높은 전류 짧은 시간의 경우가 너겟경 생성 이전에 판재와 판재 사이의 접촉면적을 최대로 가질 수 있다. 따라서, 제1펄스는 용접 시간이 1~3cy 중 너겟 생성 이전의 용접 시간으로 선정해야 한다.

시험결과, 9kA 이상인 경우 2cy와 같은 짧은 시간에도 급격한 너겟 성장을 보였다. 또한, 3cy 이상의 경우에도 전류를 8kA로 하였음에도 불구하고 급격한 너겟경 성장을 보였다. 다만, 더 높은 전류(10kA 이상)와 시간(4cy이상)의 경우 스패터가 발생하였다.

따라서, 제1펄스단계(10)에서는 8~9kA의 전류를 1~3cy동안 인가하는 것이 바람직하다.

한편, 제1쿨링단계에서는 1~3cy동안 냉각하도록 한다. 이는 발열 현상 억제를 주목적으로 하는 것으로서, 입열량 제어를 수행한다. 냉각시간에 따른 입열량 억제를 통하여 스패터 발생을 억제하고, 코로나본드의 생성과 그 영역의 차이가 발생한다. 그리고 이를 통해 너겟경의 크기를 제어할 수 있게 된다.

구체적으로, 제1펄스와 제2펄스 사이에 냉각시간이 존재할 경우 입열량 제어의 역할을 한다. 냉각시간이 존재하면 발열 억제 및 너겟경 성장 억제의 효과를 가지게 된다. 다만, 냉각시간이 존재하여도 코로나 밴드에는 큰 영향이 없다.

그리고 냉각시간은 2cy로 함이 바람직하다. 냉각시간이 4cy 이상으로 길어질 경우 제3펄스에서 너겟경이 감소된다. 그리고 제2냉각단계(40)에서도 이와 같은 이유로 냉각시간은 2cy로 함이 가장 바람직하다.

제1펄스를 8kA, 2cy로 인가하고 제2펄스를 6kA, 6cy로 인가하며 제3펄스를 7kA, 12cy로 인가하고 제2냉각시간을 2cy로 동일하게 설정한 상황에서 제2냉각시간만을 다르게 변화시키며 시험을 하였다. 시험결과 제1냉각시간을 0cy, 2cy, 4cy로 함에 따라 너겟경은 제3펄스를 인가한 후 최종적으로 5.95, 5.88, 5.53mm으로 점차 감소하는 결과를 낳았다. 따라서, 최소한의 냉각을 위해 냉각시간은 2cy가 가장 바람직한 것이다.

제2펄스단계(30)에서는 제1펄스단계(10) 전류의 70~80%의 전류를 인가하고, 4~10cy 동안 전류를 인가하는 것이 바람직하다. 이는 코로나 본드 성장을 주목적으로 하는 것으로서, 너겟경을 최소화하기 위함이다. 또한, 스패터를 방지하기 위해 코로나 본드(Corona bond)를 생성시키고, 판재 분리에 의한 노치 부분을 최소화하기 위하여 너겟경은 최소로 한다.

구체적으로, 제2펄스는 제1펄스 전류 값의 70~80%에 해당하는 전류 조건으로 선정해야 한다. 100% 이상의 전류조건은 스패터를 발생시키기 때문이다.

제2펄스의 시간이 길어질 경우 코로나본드(Corona bond)에는 변화없이 너겟경만 성장하고, 너겟경이 성장할 경우 용융부 양 끝단에 판재 분리에 의한 노치가 형성되어 통전 면적 증가에 방해요소로 작용하기 때문에 최소 너겟경을 생성하는 조건을 고려하면 제2펄스의 용접 시간은 4~10cy로 선정해야 한다.

시험결과, 제2펄스가 제1펄스의 용접전류 50% 이하일 경우에는 코로나본드(Corona bond)가 생성되지 않고, 이 경우에는 시간이 증가해도 너겟경이 생성되지 않았다. 제1펄스 8kA, 2cy / 냉각시간 2cy / 제2펄스 4kA로 고정하고 제2펄스의 인가시간을 증가시키더라도 10cy까지 인가해도 너겟경이 발생되지 않음을 확인하였다.

제2냉각단계(40)는 제1냉각단계(20)와 동일한 시간으로 냉각하며, 이는 발열 현상 억제를 위한 것으로서, 냉각시간에 따른 입열량 억제를 통하여 스패터 발생을 억제하고, 제3펄스의 가용 전류 범위를 증가시키기 위한 것이다.

제3펄스단계(50)에서는 7~9kA의 전류를 인가하고, 시간은 10cy이상으로 하며 스패터가 발생되기 전까지 전류를 인가하도록 한다. 스패터 직전의 최대 너겟경 확보를 위한 것으로서, 제2펄스보다 높은 용접 전류와 긴 용접 시간으로 최대 너겟경을 확보를 한다. 따라서, 이에 의해 판재 조합별로 최대 너겟경 확보가 가능하다.

제3펄스는 제2펄스보다 높은 전류값을 가져야 한다. 제3펄스는 제2냉각부터 스패터 직전까지 용접 전류 구간을 가질 수 있다. 제3펄스의 용접 시간을 증가시키면 너겟경 성장에 효과가 존재한다. 따라서, 제3펄스의 용접시간은 최소 10cy이며 최대는 산업 현장 조건 또는 스패터 발생 조건까지 가능하다. 이를 통해 단일펄스 조건보다 최대 너겟경 크기를 20%이상 성장시킬 수 있다.

8.6kA의 단일펄스로 시간을 변경해가며 너겟경을 측정할 경우 12cy, 14cy, 16cy, 18cy, 20cy로 증가함에 따라 너겟경은 6.11, 5.81, 5.79, 5.81, 5.97mm로 측정되어 단일펄스로는 최대 6.11mm의 너겟경만이 가능함을 알 수 있었다. 용접 시간이 증가할수록 스패터 직전까지의 용접 전류가 감소하여 너겟경이 변화가 없었다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10 : 제1펄스단계 20 : 제1냉각단계
30 : 제2펄스단계 40 : 제2냉각단계
50 : 제3펄스단계

Claims

8~9kA의 전류를 1~3cy동안 인가하여 용접하고자 하는 판재와 판재 사이의 접촉면적을 넓히는 제1펄스단계;
제1펄스단계 이후 1~3cy동안 냉각하는 제1쿨링단계;
제1펄스단계보다 작은 전류를 제1펄스단계보다 긴 시간 동안 인가하여 스패터 발생을 억제하는 코로나본드를 생성시키는 제2펄스단계;
제2펄스단계 이후 1~3cy동안 냉각하는 제2쿨링단계; 및
제2펄스단계보다 큰 전류를 제2펄스단계보다 긴 시간 동안 인가하여 너겟경을 성장시키는 제3펄스단계;를 포함하는 고강도강판 점용접방법.
청구항 1에 있어서,
제1펄스단계에서는 2cy동안 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 고강도강판 점용접방법.
청구항 1에 있어서,
제1쿨링단계에서는 2cy동안 냉각하는 것을 특징으로 하는 고강도강판 점용접방법.
청구항 1에 있어서,
제2펄스단계에서는 제1펄스단계 전류의 70~80%의 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 고강도강판 점용접방법.
청구항 1에 있어서,
제2펄스단계에서는 4~10cy 동안 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 고강도강판 점용접방법.
청구항 1에 있어서,
제2쿨링단계에서는 2cy동안 냉각하는 것을 특징으로 하는 고강도강판 점용접방법.
청구항 1에 있어서,
제3펄스단계에서는 7~9kA의 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 고강도강판 점용접방법.
청구항 1에 있어서,
제3펄스단계에서는 10cy이상으로 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 고강도강판 점용접방법.
청구항 1에 있어서,
제3펄스단계에서는 10cy~스패터 발생 전까지 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 고강도강판 점용접방법.
8~9kA의 전류를 1~3cy동안 인가하는 제1펄스단계;
제1펄스단계 이후 1~3cy동안 냉각하는 제1쿨링단계;
제1펄스단계 전류의 70~80%의 전류를 제1펄스단계보다 긴 시간 동안 인가하는 제2펄스단계;
제2펄스단계 이후 1~3cy동안 냉각하는 제2쿨링단계; 및
제2펄스단계보다 큰 전류를 인가하는 제3펄스단계;를 포함하는 고강도강판 점용접방법.
8~9kA의 전류를 1~3cy동안 인가하는 제1펄스단계;
제1펄스단계 이후 1~3cy동안 냉각하는 제1쿨링단계;
제1펄스단계보다 작은 전류를 인가하는 제2펄스단계;
제2펄스단계 이후 1~3cy동안 냉각하는 제2쿨링단계; 및
제2펄스단계의 전류보다 큰 전류를 제2펄스단계보다 긴 시간 동안 인가하는 제3펄스단계;를 포함하는 고강도강판 점용접방법.