KR101735234B1 - 인다이렉트 스폿 용접 방법 - Google Patents

인다이렉트 스폿 용접 방법 Download PDF

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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

바둑돌 형상의 너겟을 보다 안정적으로 얻을 수 있는 인다이렉트 스폿 용접방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 용접 전극의 전극 선단부(30)는 상기 용접 전극의 최선단을 포함하여, 그 최선단 측에서 보아, 그 최선단을 중심으로 반경(R)(㎜)의 원의 범위 내에 위치하는 곡률 반경(r1)(㎜)의 제1 곡면(31)과, 그 제1 곡면의 주위에 위치하는 곡률 반경(r2)(㎜)의 제2 곡면(32)으로 구성되는 2단의 돔 형상으로서, 아래 (1) ~ (3) 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.
아래
2√ t ≤ R ≤ 6√ t …(1)
30 ≤ r1 …(2)
6 ≤ r2 ≤ 12 …(3)
다만, t는 상기 부재 중, 얇은 편의 금속판의 판 두께(㎜)이다.

Description

인다이렉트 스폿 용접 방법{INDIRECT SPOT WELDING METHOD}
본 발명은 2매의 금속판을 겹친 부재에 대하여, 일방의 면측의 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 붙이고, 타방의 면측의 금속판에는 용접 전극에서 떨어진 위치에 급전 단자를 장착하고, 이들 용접 전극과 급전 단자 사이에서 통전하여 용접하는 인다이렉트 스폿 용접 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 겹친 부재의 용접부 이외의 금속판 간의 통전, 소위 분류(分流)가 큰 경우에도, 적절한 너겟(nugget)이 얻어지는 인다이렉트 스폿 용접 방법에 관한 것이다.
자동차 보디나, 자동차 부품의 용접에 있어서는, 종래에는 저항 스폿 용접, 주로 다이렉트 스폿 용접이 사용됐지만, 최근에는 인다이렉트 스폿 용접 등이 사용되어 있다.
상기한 다이렉트 스폿 용접 및 인다이렉트 스폿 용접의 특징을 도 1을 이용하여 설명한다.
어떤 스폿 용접도, 겹쳐지는 적어도 2매의 금속판을 용접에 의해 접합한다는 점에서는 변함이 없다.
도 1(A)는 다이렉트 스폿 용접법을 나타낸 것이다. 이 용접은 이 도면에서 나타내는 것과 같이, 겹쳐지는 2매의 금속판(1, 2)을 끼우고, 그 상하에서부터 한 쌍의 전극(3, 4)을 가압하면서 전류를 흘려, 금속판의 저항 발열을 이용하여, 용접부(5)를 얻는 방법이다. 또한, 전극(3, 4)은 모두, 가압 제어 장치(6, 7) 및 전류 제어 장치(8)를 구비하고 있으며, 이것들에 의해서 가압력과 통전하는 전류값이 제어되도록 하는 구조로 되어 있다.
도 1(B)에 나타내는 인다이렉트 스폿 용접법은, 겹쳐지는 2매의 금속판(21, 22)에 대해서, 일방의 금속판(21)에는 전극(23)을 가압하면서 눌러 붙이고, 타방의 금속판(22)에는 전극(23)으로부터 떨어진 위치에 급전 단자(24)를 장착하고, 이들 사이에서 통전하는 것에 의해, 금속판(21, 22)에 용접부(25)를 형성하는 방법이다.
여기에서, 수송 기기 메이커에 있어서의 현상의 저항 스폿 용접에 의한 용접부의 관리 기준에서는, 용접부는 다이렉트 스폿 용접에서 얻어지는 것과 같은, 금속판 간에서 완전히 용융된 상태를 거쳐서 형성되는 바둑돌 모양의 너겟인 것을 요구하는 경우가 많다. 그래서, 상기한 용접법 중, 공간적으로 여유가 있고, 금속판을 상하에서 끼우는 개구부를 얻을 수 있는 경우에는, 다이렉트 스폿 용접 법이 이용된다.
그러나, 실제 용접에 있어서는, 충분한 공간이 없거나, 폐 단면 구조에서 금속판을 상하에서 끼울 수 없는 경우도 많아, 이런 경우에는 인다이렉트 스폿 용접법이 이용된다.
여기에서, 인다이렉트 스폿 용접법을 상기와 같은 용도로 사용할 때에는, 겹쳐지는 금속판은 일 방향에서만 전극에 의해 가압되고, 그 반대측은 지지가 없는 중공의 상태가 되어 있다. 그래서, 양측에서 전극으로 끼우는 다이렉트 스폿 용접법처럼 전극 직하에 국부적으로 높은 가압력을 줄 수가 없다. 또한, 통전 중에 전극이 금속판으로 녹아 들어가기 때문에, 전극-금속판 간, 금속판-금속판 간의 접촉 상태가 변화한다.
이러한 이유로, 종래의 인다이렉트 스폿 용접에서는, 겹쳐지는 금속판 간에의 전류의 통전 경로가 안정되지 않기 때문에, 금속판 간에서 용융된 상태를 거쳐서 형성되는 바둑돌 모양의 너겟을 안정적으로 얻기 어려운 것으로 알려졌다. 특히, 겹쳐지는 금속판이 일 방향에서만 전극에 의해 가압되고, 그 반대측은 지지가 없는 중공의 상태이며, 또한 금속판의 양단이 구속된 경우 등에서는, 용접부 이외의 금속판 간의 통전, 소위, 분류(分流)가 커지게 되어, 바둑돌 모양의 너겟을 안정적으로 얻는 것이 한층 더 곤란하게 된다.
여기에서, 특허문헌 1에는 인다이렉트 스폿 용접에 적용 가능한, 소정 강도의 용접부를 얻을 수 있는 용접 전극으로서, 「대략 원추상의 선단 형상을 갖추고, 원추의 선단 각도가 120도 ~ 165도인 원추면과, 상기 원추의 선단 중심부에 지름이 1.5 ~ 3㎜인 평탄부를 구비한 저항 용접용 전극」이 기재되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특개 2006-198676호 공보
그러나, 특허문헌 1에는, 이 문헌에 개시된 기술에 따라 용접된 용접부에 관해서, 「금속판(11, 12)의 겹침부의 금속 조직을 관찰하면, 금속판(11, 12)의 겹침부의 금속이, 종래의 통상의 너겟에 비하여 작고, 부분적으로 용융되어 재결정한 것이 다수 형성되는 현상이 보이며, 소위, 확산 접합의 상태에서 접합하는 경우이며, 종래의 통상의 너겟과는 다른 현상으로 접합하는 경우도 있다.」(동 문헌 1의 단락[0038])는 기재가 있다. 즉, 특허문헌 1에 기재된 용접 전극을 이용하여 얻어지는 용접부는 다이렉트 스폿 용접에서 볼 수 있는 너겟과 같은, 완전히 용융된 상태를 거쳐서 바둑돌 모양으로 형성된 너겟이라고는 할 수 없다는 문제가 있었다.
상기한 바와 같이, 수송 기기 메이커에 있어서의 현상의 스폿 용접부의 관리 기준에서는, 용접부는 바둑돌 모양의 너겟인 것을 요구하는 경우가 많다. 그러므로, 소정의 접합 강도가 얻어진 용접부라도, 완전히 용융된 상태를 거쳐서 형성된 바둑돌 모양의 너겟이 얻어지지 않으면, 관리 기준을 만족하지 않게 된다. 따라서, 용접부 이외의 금속판 간의 통전, 소위, 분류가 큰 경우라도, 보다 안정되게 바둑돌 모양의 너겟을 얻을 수 있는 인다이렉트 스폿 용접 방법이 요구되고 있다.
그래서, 본 발명에서는 용접부 이외에서의 금속판 간의 통전, 소위, 분류가 큰 경우에도, 금속판 간에서 용융된 상태를 거쳐서 형성된 바둑돌 모양의 너겟을 보다 안정되게 얻을 수 있는 인다이렉트 스폿 용접 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위하여, 예의 검토를 거듭한 결과, 아래에 기재하는 지식을 얻었다.
a) 상기한 바와 같이, 인다이렉트 스폿 용접에서는, 다이렉트 스폿 용접처럼 전극 직하의 겹쳐진 금속판 간에 용접부를 형성하기 위한 충분한 발열을 얻기 어렵고, 너겟이 형성되기 어렵다. 특히, 용접부 이외의 금속판 간의 통전, 소위, 분류가 큰 경우에는, 너겟 형성이 더욱 곤란해진다.
b) 상기의 문제를 해결하려면, 통전 중에 전극이 금속판에 녹아 들어가는 현상이 발생해도, 전극 직하의 겹쳐진 금속판 간에서 높은 전류 밀도가 유지되도록, 전극 선단부를 적절한 형상으로 한 용접 전극을 사용할 필요가 있다.
c) 상기 용접 전극의 전극 선단부의 형상은, 용접에 제공하는 겹쳐진 금속판에 관하여, 너겟 지름의 기준이 되는 금속판의 판 두께에 관련된다. 즉, 너겟 지름의 기준이 되는 금속판의 판 두께는 2장의 금속판을 겹친 부재의, 보다 얇은 편의 금속판의 판 두께이다.
d) 상기의 형상으로 한 용접 전극을 이용하는 것에 더하여, 통전 중의 전류값 및 그 시간을 꼼꼼하게 제어하고, 또한 통전 중의 전극의 가압력 및 그 시간을 꼼꼼하게 제어하며, 나아가 통전 중의 전류값과 전극의 가압력 및 그 시간을 꼼꼼하게 제어하는 것이 보다 효과적이다.
본 발명은, 상기의 지식에 입각한 것이다.
즉, 본 발명의 주요 구성은 아래와 같다.
(1) 2매의 금속판을 겹친 부재에 대하여, 상기 부재의 일방의 면측의 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 붙이고, 상기 부재의 타방의 면측의 금속판에는 상기 용접 전극과 떨어진 위치에 급전 단자를 장착하고, 상기 용접 전극과 상기 급전 단자 사이에서 통전하고, 상기 용접 전극의 반대측은 지지가 없는 중공의 상태에서 용접을 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법에 있어서,
상기 용접 전극의 전극 선단부는 상기 용접 전극의 최선단을 포함하고, 그 최선단 측에서 보아, 그 최선단을 중심으로 반경 R(㎜)인 원의 범위 내에 위치하는 곡률 반경 r1(㎜)의 제1 곡면과, 그 제1 곡면의 주위에 위치하는 곡률 반경 r2(㎜)의 제2 곡면으로 구성되는 2단의 돔 모양이며, 아래 (1) ~ (3) 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.
아 래
Figure 112015094403448-pct00001
다만, t는 상기 부재 중, 얇은 편의 금속판의 판 두께(㎜)이다.
(2) 상기 통전하는 전류값에 대해서는 통전 개시부터 종료까지 일정하고,
상기 용접 전극의 가압력에 관해서는, 통전 개시부터 2 개의 시간대(t1, t2)로 구분하고, 최초의 시간대(t1)에서는 가압력(F1)으로 가압한 후, 다음의 시간대(t2)에서는 F1보다도 낮은 가압력(F2)으로 가압하는 상기 (1)에 기재한 인다이렉트 스폿 용접 방법.
(3) 상기 용접 전극의 가압력 및 상기 통전하는 전류값에 관해서, 통전 개시부터 2개의 시간대(t1, t2)로 구분하고, 최초의 시간대(t1)에서는 가압력(F1)으로 가압하고, 또한 전류값(C1)으로 통전한 후, 다음의 시간대(t2)에서는 F1보다도 낮은 가압력(F2)으로 가압하고, 또한 C1보다도 높은 전류값(C2)으로 통전하는 상기 (1)에 기재한 인다이렉트 스폿 용접 방법.
(4) 상기 용접 전극의 가압력에 관해서, 통전 개시부터 2개의 시간대(tF1, tF2)로 구분하고, 최초의 시간대(tF1)에서는 가압력(F1)으로 가압한 후, 다음의 시간대(tF2)에서는 F1보다도 낮은 가압력(F2)으로 가압하고,
상기 통전하는 전류값에 관해서는, 시간대(tF1, tF2)와는 독립하여, 통전 개시로부터 2개의 시간대(tC1, tC2)로 구분하고, 최초의 시간대(tC1)에서는 전류값(C1)으로 통전한 후, 다음의 시간대(tC2)에서는, C1보다도 높은 전류값(C2)으로 통전하는 상기(1)에 기재한 인다이렉트 스폿 용접 방법.
본 발명에 따르면, 전극 선단부를 적절한 형상으로 한 용접 전극을 이용하는 것으로, 용접부 이외의 금속판 간의 통전, 소위, 분류가 큰 경우에도, 금속판 간에서 용융된 상태를 거쳐 형성되는 바둑돌 모양의 너겟을 보다 안정되게 얻을 수 있다.
[도 1] 종래 기술인, 다이렉트 스폿 용접법(A) 및 인다이렉트 스폿 용접법(B)의 용접 요령의 설명도이다.
[도 2] 본 발명의 실시형태의 용접 전극의 전극 선단부의 형상을 나타낸 도면이다.
[도 3] 본 발명의 다른 실시형태의 통전 시간 및 가압력의 관계(A) 및 통전 시간 및 전류값의 관계(B)를 나타낸 도면이다.
[도 4] 실시예 1 및 2의 용접 요령을 설명한 도면이다.
이하, 본 발명을 도면에 따라 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 인다이렉트 스폿 용접 방법에서는, 2매의 금속판을 겹친 부재에 대해서, 이 부재의 일방의 면측의 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 붙이고, 상기 부재의 타방의 면측의 금속판에는 상기 용접 전극과 떨어진 위치에 급전 단자를 장착하여, 상기 용접 전극과 상기 급전 단자 사이에 통전하여 용접한다. 도 4를 이용하여 실시예에서 후술하는 것과 같이, 금속판을 겹친 부재를 오목 형상의 금속제 지그 상에 배치하고, 지그 하부에 접지 전극을 장착하고, 겹친 금속판을 일 방향에서만 용접 전극에 의해 가압하고, 그 반대 측은 지지가 없는 중공 상태로 하는 경우에는, 금속제 지그 및 접지 전극을 조합한 것이 급전 단자에 해당한다.
본 발명의 특징적 구성의 하나는 용접 전극의 전극 선단부의 형상이며, 본 발명의 방법의 일 실시형태의 용접 전극의 전극 선단부의 형상을 도 2에 나타낸다. 용접 전극의 전극 선단부(30)는 용접 전극의 최선단을 포함하며, 최선단 측에서 보아 최선단을 중심으로 한 반경 R(㎜)의 원의 범위 내에 위치하는 곡률 반경(r1)(㎜)의 제1 곡면(31)과 제1 곡면의 주위에 위치하는 곡률 반경(r2)(㎜)의 제2의 곡면(32)으로 구성되는 2단의 돔 모양이며, 후술하는 식(1) ~ (3)을 만족한다.
전극 선단부(30)를 2단의 돔 형태로 하고, 제1 곡면(31)을 제2 곡면(32)보다도 곡률 반경이 큰 곡면으로 하는 것으로, 통전 중에 전극이 금속판에 녹아 들어가는 현상이 발생해도, 전극 직하의 겹친 금속판 간에서 높은 전류 밀도를 유지할 수 있다. 또한, 제1 곡면(31)을 제2 곡면(32)보다도 곡률 반경이 큰 곡면으로 하는 것으로, 송전 개시시에 전극-금속판 간의 접촉 면적을 충분히 확보할 수 있고, 전류 밀도가 과대하게 되어 전극이 접촉하는 측의 금속판에서 용융 금속이 비산하는 등의 불편을 해소할 수 있다. 또한, 제2 곡면(32)은 제1 곡면(31)보다도 곡률 반경이 더 작은 곡면이다. 그래서, 통전 중에 전극이 금속판에 녹아 들어가, 제1 곡면(31)에 더하여 제2 곡면(32)도 금속판과 접촉하기 시작했을 때의, 전극-금속판 간의 접촉 면적의 증대를 억제할 수 있다.
여기에서, 본 발명의 특징적 구성의 하나는, 제1 곡면(31) 및 제2 곡면(32)의 경계를 정하는 반경(R)(㎜)을, 용접에 제공하는 금속판을 겹친 부재 중, 너겟 지름의 기준이 되는 금속판의 판 두께(t)(㎜)의 제곱근의 정수 배에 의해 한정하는 것이다. 여기에서, 너겟 지름의 기준이 되는 금속판의 판 두께(t)는 2매의 금속판을 겹친 부재의 스폿 용접에 있어서, 보다 얇은 금속판의 판 두께이다. 2 매가 같은 판 두께인 경우에는 그 판 두께가 된다.
일반적으로, 2매의 금속판을 겹친 부재로 구성된 판 조합에서는, 보다 얇은 쪽의 판의 판 두께의 제곱근의 정수 배에 의해 너겟 지름의 요구값이 규정된다. 한편, 반경(R)이 적정한 크기인 경우에는, 용접 중에 전극과 금속판과 접촉 면적이 증대하는 과정에서, 반경(R)을 넘은 범위에의 너겟 지름의 증대를 억제할 수 있어, 양호한 너겟 지름을 얻을 수 있다. 또한, 이때에 반경(R)과 너겟 지름에는 상관 관계가 있기 때문에, 임의의 판 조합에서 요구되는 너겟 지름을 얻는 데 있어서, 적정한 반경(R)을 설정하려면, 반경(R)을 보다 얇은 판의 판 두께의 제곱근의 정수 배로 한정하면 된다.
반경(R)이 2√ t(㎜) 미만의 범위에서는, 통전 개시 시에, 전극-금속판 간의 접촉 면적이 극단적으로 작은 범위로 억제되기 때문에, 전류 밀도가 과대하게 되어, 전극이 접촉하는 측의 금속판에서 용융 금속이 비산하는 등의 불량이 발생한다. 한편, 반경(R)이 6√ t(㎜)를 초과하면, 상기한 통전 중에 전극이 금속판에 녹아들어 제1 곡면(31)에 더하여 제2 곡면(32)도 금속판과 접촉하기 시작했을 때에, 전극-금속 간의 접촉 면적의 증대를 억제하는 효과를 충분히 얻을 수 없다. 따라서, 반경(R)(㎜)을 아래 식 (1)의 범위에 한정했다.
Figure 112015094403448-pct00002
여기서, t는 상기한 얇은 편의 금속판의 판 두께(㎜)이다.
또한, 상기 작용 효과를 보다 확실히 얻기 위해서는, 반경(R)은 3√ t ≤ R ≤ 5√ t(㎜)의 범위인 것이 보다 바람직하다.
제1 곡면(31)의 곡률 반경(r1)(㎜)에 대해서는, r1을 30㎜ 이상으로 하는 것으로, 통전 개시시에 전극-금속판 간의 접촉 면적을 충분히 확보할 수 있고, 전류 밀도가 과대하게 되어 전극이 접촉하는 측의 금속판에서 용융 금속이 비산하는 불량을 해소할 수 있다. 따라서, 곡률 반경(r1)(㎜)을 아래 식 (2)의 범위로 한정했다.
Figure 112015094403448-pct00003
또한, 상기 작용 효과를 보다 확실하게 얻기 위해서, r1을 40㎜ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 곡률 반경을 무한대로 간주하여, 제1 곡면을 평탄면으로 할 수도 있다.
제2 곡면(32)의 곡률 반경(r2)(㎜)에 대해서는 r2가 6㎜ 미만이면, 통전 중에 전극이 금속판에 과대하게 녹아 들어가, 금속판 간의 용접부를 불필요하게 변형하여, 균열의 원인이 되므로 바람직하지 않다. 한편, r2가 12㎜를 초과하게 되면, 통전 중에 전극이 금속판에 녹아 들어가, 제1 곡면(31)에 더하여 제2 곡면(32)도 금속판과 접촉하기 시작했을 때의, 접촉 면적의 증대를 억제하는 효과를 충분히 얻을 수 없다. 따라서 곡률 반경(r2)(㎜)을 아래 식 (3)의 범위에 한정했다.
Figure 112015094403448-pct00004
또한, 상기 작용 효과를 보다 확실하게 얻기 위해서, 곡률 반경(r2)(㎜)을 8 ≤ r2 ≤ 10의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.
용접 전극의 전극 선단부(30) 하단의 전극 반경에 대해서는, 도 2에 나타내듯이, 예를 들어 8㎜로 할 수 있으며, 4.0 ~ 12.5㎜ 정도에서 적당히 정할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 인다이렉트 스폿 용접 방법에서는, 용접 전극의 선단부(30)를 구성하는 제1 곡면(31) 및 제2 곡면(32)이 상기의 (1) ~ (3) 식을 만족하므로, 금속판 간의 전류 밀도를 적정하게 할 수 있다. 그래서, 용접부 이외의 금속판 간의 통전, 소위, 분류가 큰 경우에도, 금속판 간에서 용융된 상태를 거쳐서 형성되는 바둑돌 모양의 너겟을 보다 안정되게 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서 이용하는 금속판은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 강철제의 금속판을 이용할 수 있다. 또한, 본 발명이 대상으로 하는 얇은 쪽의 금속판의 판 두께(t)는 0.5 ~ 1.8㎜ 정도이며, 금속판을 겹친 부재의 총 판 두께는 1 ~ 4㎜ 정도이다.
여기에서, 본 발명에 따른 인다이렉트 스폿 용접에서는, 통전 개시부터 통전 종료까지의 시간대, 가압력(F) 및 전류값(C)의 제어에 관해서는, 특별히 한정되지 않으며, 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면, 통전 개시부터 통전 종료까지, 가압력(F) 및 전류값(C)을 일정하게 해도, 적절한 너겟을 안정적으로 얻을 수 있다. 이 경우, 각각 통전 시간 : 0.06 ~ 0.60s 정도, 가압력(F) : 100 ~ 1500N 정도, 전류값(C) : 4 ~ 12kA정도로 할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명은, 통전 개시부터 통전 종료까지의 시간대, 가압력(F) 및 전류값(C)의 제어가 한정되는 것은 아니다. 그러나, 전극 선단부의 형상이 상기의 (1) ~ (3) 식을 만족하는 용접 전극을 이용하는 것 외에, 통전 시간을 구분하고, 용접 전극의 가압력 및 전류값을 제어하는 것이 더 바람직하다. 본 발명에 따른 다른 적절한 실시형태에서의, 통전 시간과 가압력 및 통전 시간과 전류값의 기본적인 관계를 도 3(A), (B)에 각각 나타낸다. 이러한 제어를 하는 것으로, 보다 현저한 효과를 얻을 수 있다. 상기 실시형태의 적절한 통전 시간 및 가압력의 관계 및 통전 시간 및 전류값의 관계를 아래에서 설명한다.
상기 실시형태에서는, 용접 전극의 가압력, 통전하는 전류값에 관해서, 통전 개시부터의 시간대를 동시에 또는 각각 독립해서 2개로 구분하고, 각각의 시간대에서 용접 전극의 가압력(F) 또는 통전하는 전류값(C)의 한쪽을, 또는 가압력(F) 및 전류값(C)의 양쪽을 제어하는 것이 바람직하다. 여기에서, 가압력(F) 및/또는 전류값(C)을 동시에 제어하는 경우에는, 구분한 각 시간대를 t1, t2로 하고, 또한, 가압력(F)과 전류값(C)의 양쪽을 독립하여 제어하는 경우에는, 가압력(F)을 구분하는 시간대를 tF1, tF2, 전류값(C)을 구분하는 시간대를 tC1, tC2로, 각 시간대의 압축력을 F1, F2로, 전류값을 C1, C2로 나타낸다.
상기 실시형태에 있어서, 시간대(t1)에서는 가압력(F1)으로 가압하고, 전류값(C1)을 통전한다.
이 시간대(t1)는 용접 전극을 겹친 금속판에 가압하면서 눌러 붙이면서, 통전을 개시하고, 금속판 간의 접촉 저항에 의한 발열로부터 용융부의 형성을 시작하는 시간대이다. 겹친 금속판을 일 방향에서만 용접 전극에 의해 가압하고, 그 반대 측은 지지가 없는 중공의 상태에서 인다이렉트 스폿 용접을 할 때는 가압력(F1)을 양측에서 전극으로 끼운 다이렉드 스폿 용접법과 같은 높은 가압력으로 할 수가 없다. 그러나, 가압력(F1)이 너무 낮으면, 전극과 금속판 간의 접촉 면적이 극히 작아지고, 전류 밀도가 지나치게 상승하여 금속판 표면이 용융 비산하여, 표면 형상이 현저하게 훼손되는 불량이 발생한다. 따라서, 가압력(F1)은 이러한 불량이 발생하지 않도록, 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 전류값(C1)은 금속판 사이에서의 발열에 의해 용융이 개시하는 데 충분한 높이의 전류값으로 할 필요가 있지만, 너무 높으면 상기한 바와 같이, 금속판 표면이 용융 비산하고, 패인 형상이 되어 외관이 현저하게 훼손될 뿐 아니라, 연결 강도도 저하하는 불량이 발생하므로, 이러한 불량이 발생하지 않도록, 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.
상기 실시형태에 있어서, 시간대(t1)에 이어지는 시간대(t2)에서는 가압력(F2)으로 가압하고, 전류값(C2)을 통전한다.
이 시간대(t2)는 시간대(t1)에서 형성이 시작된 용융부를 더 성장시키는 단계이다. 그러나, 통전에 의해 발열로 전극 주변의 금속판이 연화하고, 전극의 반대 측은 지지가 없는 중공의 상태에서의 인다이렉트 스폿 용접을 할 때는, 금속판이 연화하면 전극 선단부가 금속판에 녹아 들어가, 전극-금속판 간, 금속판-금속판 간의 접촉 면적이 증대하여 전류 밀도가 저하한다. 따라서, 너겟을 성장시키기에 충분한 발열을 얻을 수 없다. 그러므로, 이 시간대(t2)에서는 가압력(F2)을 가압력(F1)보다도 낮은 가압력으로 하고, 전극 선단부가 금속판에 녹아 들어가는 것을 억제하는 것이 바람직하다.
한편, 전류값(C2)에 대해서는, 전류값(C1)보다도 높은 전류값으로서, 상기한 전극의 녹아 들어감에 의한 접촉 면적의 증대에 따른 전류 밀도가 저하하는 것을 억제하는 것이 바람직하다. 그러나, 전류값이 너무 높으면 전극의 반대 측의 금속판 표면에서 용융 금속이 비산하고, 녹아 떨어져 외관이 현저하게 훼손될 뿐 아니라, 연결 강도도 저하하는 불량이 발생한다. 그러므로, 이러한 불량이 발생하지 않도록 전류값(C2)을 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
이상, 통전 개시로부터 2개의 시간대로 구분하여, 가압력(F)과 전류값(C)의 양쪽을 동시에 제어하는 바람직한 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명에 따른 실시형태는 가압력만을 제어하도록 해도 되고, 또는, 가압력(F)과 전류값(C)의 양쪽을 독립적으로 제어하는 것이 보다 바람직하다.
즉, 상기의 시간대(t1, t2)에 있어서, 전류값(C1, C2)은 일정하게 하고, 가압력(F2)을 F1보다 낮추는 방법에서도, 비슷한 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 상기한 바와 같이, 상기의 시간대(t1, t2)에서 가압력(F2)을 F1보다 낮게 하고, 또한 전류값(C2)을 C1보다 높게 함으로써, 보다 나은 효과를 얻을 수 있다.
나아가, 가압력(F)에 관해서는, 통전 개시부터 시간대(tF1, tF2)로 구분하고, 가압력(F2)을 F1보다 낮추는 한편, 전류값(C)에 관해서는, 시간대(tF1, tF2)와는 별도로 독립해서, 통전 개시부터 시간대(tC1, tC2)로 구분하고, 전류값(C2)을 C1보다 더 높이는 것이 바람직하다. 이와 같이, 가압력의 변화, 전류의 변화를 독립된 시간대에서 최적화함으로써, 보다 큰 효과를 얻을 수 있다.
여기에서, 통전 개시부터 2개의 시간대(t1, t2)로 구분하고, 가압력(F)과 전류값(C)의 양쪽을 동시에 제어할 경우, 시간대(t1, t2)의 통전 시간은 각각 t1 : 0.02 ~ 0.30s, t2 : 0.10 ~ 0.60s 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 각 시간대(t1, t2)의 가압력은 각각 F1 : 300 ~ 2000N, F2 : 100 ~ 1500N 정도, 전류값은 각각 C1 : 2.0 ~ 10.0kA, C2 : 2.5 ~ 12.0kA정도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 시간대(t1, t2)에서, 전류값(C1, C2)은 일정하게 하고, 가압력(F2)을 F1보다 낮게 하는 경우, 일정 전류값은 2.5 ~ 10kA 정도로 하는 것이 바람직하다.
나아가, 가압력(F)과 전류값(C)의 양쪽을 독립적으로 제어하는 경우에는, 가압력(F)에 관해서는, tF1 : 0.02 ~ 0.30s, tF2 : 0.10 ~ 0.60s 정도로 하고, 각 시간대(tF1, tF2)에서 각각 F1 : 300 ~ 2000N, F2 : 100 ~ 1500N 정도로 하는 것이 바람직하며, 또한 전류값(C)에 관해서는, tC1 : 0.02 ~ 0.30s, tC2 : 0.10 ~ 0.60s 정도로 하고, 각 시간대(tC1, tC2)에서 각각 C1 : 2.0 ~ 10.0kA, C2 : 2.5 ~ 12.0kA 정도로 하는 것이 바람직하다.
실시예 1
인다이렉트 스폿 용접법을 도 4에 나타내는 것과 같은 구성에서 실시했다.
표 1에 나타내는 화학 성분이 되는 인장 강도 : 270㎫ 이상의 SPC270강판을, 상 강판, 하 강판으로 하여 조합하고, 겹친 2매의 강판으로 구성된 부재를 제작했다. 상 강판의 판 두께는 1.0㎜이며, 하 강판의 판 두께는 1.2㎜이다. 이 부재를 도 4에 나타내는 것과 같이 오목 형상의 금속제 지그 상에 배치하고, 지지 간격을 30㎜로 하고, 지그 하단에 접지 전극을 설치하고, 상방에서 용접 전극으로 가압하여, 상기 부재의 용접을 했다. 또한, 상기와 같이 겹친 상 강판, 하 강판의 양단을 클램프로 지그 상에서 구속하고, 상 강판, 하 강판 사이를 밀착시킴으로써, 통전시에 강판 간에서의 분류를 일으키기 쉽게 하여, 의도적으로 전극 직하에 너겟이 형성되기 어려운 조건을 설정했다.
용접에 있어서는, 직류 인버터식의 전원을 사용했다. 또한, 용접에 사용한 전극은 크롬 구리 합금을 재질로 하고, 용접 전극의 전극 선단부는 용접 전극의 최선단을 포함하여, 최선단 측에서 보아, 최선단을 중심으로 한 반경(R)(㎜)의 원의 범위 내에 연재하는 곡률 반경(r1)(㎜)의 제1 곡면과, 제1 곡면의 주위에 연재하는 곡률 반경(r2)(㎜)의 제2 곡면으로 구성되는 2단의 돔 모양이다. 이것들(R, r1, r2)의 치수를 표 2에 각각 나타낸다. 또한, 용접 전극의 전극 선단부 하단의 전극 반경에 대해서도 표 2에 각각 나타낸다. 또한, 용접 시의 통전 개시부터 통전 종료까지의 시간대와, 각각의 시간대에서의 가압력 및 전류값의 조건을 표 2에 나타낸다. 표 2에 기재의 조건으로, No.1 ~ 16까지 인다이렉트 스폿 용접을 시행했다.
Figure 112015094403448-pct00005
Figure 112015094403448-pct00006
표 2 중에, No.2 ~ 6, 14 ~ 16에서 사용한 용접 전극의 전극 형상은 본 발명 요건을 만족한다. 한편 No.1, 7 ~ 13에서 사용한 용접 전극의 전극 형상은 본 발명 요건을 만족하지 않는다. 또한, 표 2 중, No.1 ~ 11에 대해서는 가압력(F) 및 전류값(C)은 일정하다. No.12, 14에 대해서는 통전 시간대를 t1, t2로 구분하고, 전류값을 일정하게 하는 한편, 가압력(F)을 제어했다. No.13, 15에 대해서는 시간대를 t1, t2로 구분하고, 가압력(F)과 전류값(C)을 동시에 제어했다. No.16에 대해서는 전극의 가압력에 관해서는 통전 개시부터 2개 시간대(tF1, tF2)로 구분하는 한편, 통전하는 전류값에 관해서는 시간대(tF1, tF2)와는 독립하여, 통전 개시부터 2개의 시간대(tC1, tC2)로 구분하여, 가압력(F)과 전류값(C)을 독립적으로 제어했다.
표 3에, 표 2에 나타내는 전극 형상 및 통전 패턴으로 용접했을 때의 각 이음의 너겟 지름, 너겟 두께, 너겟 두께/지름 및 외관 불량에 대해서 조사한 결과를 나타낸다.
또한, 표 3에서, 너겟 지름은, 용접부를 중심에서 절단한 단면에서, 상 강판, 하 강판 간에 형성되는 용융부의 겹침선 상에서의 길이로 했다. 너겟 두께는, 용접부를 중심에서 절단한 단면에서, 상 강판, 하 강판 간에 형성되는 용융부의 최대 두께로 했다. 또한, 너겟 두께/지름은 상기한 너겟 두께를 너겟 지름으로 나눈 것이다. 여기에서, 너겟 지름이 4㎜ 이상이고, 또한 너겟 두께/지름이 0.22 이상이면, 바람직한 너겟으로 판단할 수 있다.
또한, 용접부가 용융 비산하여 일어나는 불량에 관해서는, 용접부의 하 강판에서 일어나는 용융 금속의 비산, 탈락의 발생을 "녹아 떨어짐"으로 표 3에 개시했다.
또한, 아래의 기준으로 종합 평가했다.
○ : 너겟 지름 4㎜ 이상, 너겟 두께/지름이 0.22 이상이고, 또한 외관 불량이 없는 것
× : 너겟 지름 4㎜ 미만, 너겟 두께/지름이 0.22 미만, 또는 외관 불량이 있는 것 중, 1개라도 조건을 만족시키는 것
Figure 112015094403448-pct00007
표 3에 나타낸 바와 같이, 얇은 편의 강판의 판 두께 1.0㎜에 대해서, 본 발명 요건을 만족하는 용접 전극을 이용하여 인다이렉트 스폿 용접한 No.2 ~ 6, 14 ~ 16은 모두 의도적으로 설정된 전극 직하에 너겟이 형성되기 어려운 조건 아래에서도, 충분한 너겟 지름과 이 지름에 대해서 충분한 두께를 가진 용융 너겟을 얻을 수 있으며, 또한 외관 불량이 전혀 관찰되지 않았다.
이에 대해서, 본 발명 요건을 만족하지 않는 용접 전극을 이용한 No.7에서는 너겟 두께/지름이 0.22 미만을 만족시키지 않았다. 또한, No.9, 11에서는 너겟 지름이 불충분했다. 또한, No.1, 8, 10, 12, 13에서는 모두 너겟의 형성이 관찰되지 않고, 녹아 떨어짐이 발생했다.
실시예 2
상기 강판의 판 두께를 1.0㎜로 하고, 하 강판의 판 두께를 0.7㎜로 하여, 용접 전극의 전극 형상 및 통전 개시부터 통전 종료까지의 시간대와, 각각의 시간대에서의 가압력, 전류값의 조건을 표 4에 나타내는 것과 같이 한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 조건으로 인다이렉트 스폿 용접을 하여, No.1 ~ 6까지 시행했다.
Figure 112015094403448-pct00008
표 4 중, No.2 ~ 5에서 사용한 용접 전극의 전극 형상은 본 발명 요건을 만족한다. 한편, No.1, 6에서 사용한 용접 전극의 전극 형상은 본 발명 요건을 만족하지 않는다. 또한, 표 4 중, No.1 ~ 6에 대해서는 가압력(F) 및 전류값(C)은 일정하게 하고 있다.
표 5에, 표 4에 나타내는 전극 형상 및 통전 패턴으로 용접했을 때의 각 이음의 너겟 지름, 너겟 두께, 너겟 두께/지름 및 외관 불량에 대해서 조사한 결과를 나타냈다. 또한, 표 5에 있어서, 너겟 지름 및 너겟 두께는 실시예 1에서 기재한 것과 같다. 여기에서, 너겟 지름이 3.4㎜ 이상이고, 또한 너겟 두께/지름이 0.20 이상이면, 바람직한 너겟으로 판단할 수 있다.
또한, 용접부가 용융 비산하여 일어나는 외관 불량에 관해서는, 용접부의 하 강판에서 일어나는 용융 금속의 비산, 탈락의 발생을 "녹아 떨어짐"으로 표 5에 개시했다.
또한, 아래의 기준으로 종합 평가했다.
○ : 너겟 지름 3.4㎜ 이상, 너겟 두께/지름이 0.20 이상이고, 또한 외관 불량이 없는 것
× : 너겟 지름 3.4㎜ 미만, 너겟 두께/지름이 0.20 미만 또는 외관 불량이 있는 것 중, 1개라도 조건을 만족시키는 것
Figure 112015094403448-pct00009
표 5에 나타낸 바와 같이, 얇은 편의 강판의 판 두께 0.7㎜에 대해서, 본 발명 요건을 만족하는 용접 전극을 이용하여 인다이렉트 스폿 용접한 No.2 ~ 5는 모두 의도적으로 설정된 전극 직하에 너겟이 형성되기 어려운 조건 아래에서도, 충분한 너겟 지름과 이 지름에 대해서 충분한 두께를 가진 용융 너겟을 얻을 수 있으며, 또한 외관 불량은 전혀 관찰되지 않았다.
이에 대해서, 본 발명 요건을 만족하지 않는 용접 전극을 이용한 No.6에서는 너겟 지름이 불충분하고, 또한, 너겟 두께/지름이 0.20 미만이었다. 또한, No.1에서는 너겟의 형성이 관찰되지 않고, 또한 녹아 떨어짐이 발생했다.
본 발명에 따르면, 전극 선단부를 적절한 형상으로 한 용접 전극을 이용하는 것으로, 용접부 이외에서의 금속판 간의 통전, 소위 분류가 큰 경우에도, 금속판 간에 용융된 상태를 거쳐서 형성되는 바둑돌 형상의 너겟을 보다 안정되게 얻을 수 있다.
1, 2 금속판
3, 4 전극
5 용접부
6, 7 가압 제어 장치
8 전류 제어 장치
21, 22 금속판
23 용접 전극
24 급전 단자
25 용접부
30 전극 선단부
31 제1 곡면
32 제2 곡면

Claims (4)

  1. 2매의 금속판을 겹친 부재에 대하여, 상기 부재의 일방의 면측의 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 붙이고, 상기 부재의 타방의 면측의 금속판에는 상기 용접 전극과 떨어진 위치에 급전 단자를 장착하고, 상기 용접 전극과 상기 급전 단자 사이에서 통전하고, 상기 용접 전극의 반대측은 지지가 없는 중공의 상태에서 용접을 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법에 있어서,
    상기 용접 전극의 전극 선단부는 상기 용접 전극의 최선단을 포함하고, 그 최선단 측에서 보아, 그 최선단을 중심으로 반경(R)(㎜)인 원의 범위 내에 위치하는 곡률 반경(r1)(㎜)의 제1 곡면과, 그 제1 곡면의 주위에 위치하는 곡률 반경(r2)(㎜)의 제2 곡면으로 구성되는 2단의 돔 모양이며, 아래 (1) ~ (3) 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.
    아래
    Figure 112016110812105-pct00010

    다만, t는 상기 부재 중, 얇은 편의 금속판의 판 두께(㎜)이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통전하는 전류값에 대해서는 통전 개시부터 종료까지 일정하고, 상기 용접 전극의 가압력에 관해서는, 통전 개시부터 2개의 시간대(t1, t2)로 구분하고, 최초의 시간대(t1)에서는 가압력(F1)으로 가압한 후, 다음 시간대(t2)에서는 F1보다도 낮은 가압력(F2)으로 가압하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용접 전극의 가압력 및 상기 통전하는 전류값에 관해서, 통전 개시부터 2개의 시간대(t1, t2)로 구분하고, 최초의 시간대(t1)에서는 가압력(F1)으로 가압하고, 또한, 전류값(C1)으로 통전한 후, 다음 시간대(t2)에서는 F1보다도 낮은 가압력(F2)으로 가압하고, 또한, C1보다도 높은 전류값(C2)으로 통전하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용접 전극의 가압력에 관해서, 통전 개시부터 2개의 시간대(tF1, tF2)로 구분하고, 최초의 시간대(tF1)에서는 가압력(F1)으로 가압한 후, 다음의 시간대(tF2)에서는 F1보다도 낮은 가압력(F2)으로 가압하고,
    상기 통전하는 전류값에 관해서는, 시간대(tF1, tF2)와는 독립하여, 통전 개시부터 2개의 시간대(tC1, tC2)로 구분하고, 최초의 시간대(tC1)에서는 전류값(C1)으로 통전한 후, 다음의 시간대(tC2)에서는 C1보다도 높은 전류값(C2)으로 통전하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.
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