KR101738225B1

KR101738225B1 - 스폿 용접 방법

Info

Publication number: KR101738225B1
Application number: KR1020147036079A
Authority: KR
Inventors: 도시오 무라카미
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2017-05-19
Also published as: CN104411441A; JP2014028392A; CN104411441B; EP2868419A4; US20150174689A1; EP2868419A1; KR20150013884A; WO2014002947A1; US10040144B2

Abstract

복잡한 제어를 필요로 하는 일 없이, 용이하고 또한 확실하게 날림의 발생을 방지할 수 있어, 스폿 용접의 적정 전류 범위를 확대할 수 있는 스폿 용접 방법을 제공하기 위해, 본 발명의 스폿 용접 방법에서는, 2매 이상 겹친 금속판의 겹침부를 한 쌍의 전극(1) 사이에 100N 이상의 하중으로 끼워 넣음과 함께, 전극(1)의 선단 외주의 전체 주위의 20％ 이상의 영역 (a1), (a2), (a3)에 있어서 겹침부를 가압함과 함께 전극(1)의 선단 외주의 전체 주위 중 가압하지 않는 영역 (b1), (b2), (b3)이 연속해서 전극의 선단 외주의 전체 주위의 30％ 이하(0％를 포함함)로 되는 가압 부재(2)로, 한 쌍의 전극(1)에 의한 하중의 5∼1000％의 하중으로 전극(1)의 주위를 가압하고, 전극(1)으로부터 겹침부에 용접 전류를 통전하여 접합하는 구성으로 하였다.

Description

스폿 용접 방법 {SPOT WELDING METHOD}

본 발명은 스폿 용접 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 2매 이상 겹친 금속판의 양면을 한 쌍의 전극 사이에 끼워 넣어 통전함으로써 금속판을 접합하는 스폿 용접 방법에 관한 것이다.

스폿 용접은, 일반적으로 2매 이상의 금속판을 겹친 후, 그 겹침부의 양면으로부터 한 쌍의 전극 사이에 끼워 넣고, 전류를 흘려 저항 발열에 의해 금속판의 접합 계면을 용융시켜 접합하는 것이다.

스폿 용접에서 주요한 3개의 제어 인자는, 전극을 금속판에 압박하는 가압력, 전류값, 통전 시간이다.

이 중, 전류값은 특히 중요한 인자이다. 전류값이 지나치게 낮으면, 용융되어 형성되는 너깃의 직경이 작아, 접합 강도가 부족하다. 한편, 전류값이 지나치게 높으면, 날림(splash)이 발생하여 너깃 직경은 커지지만, 조인트 강도가 변동되므로 바람직하지 않다. 이로 인해, 너깃 직경을 확보할 수 있는 전류값으로부터, 날림이 발생하기 시작하는 전류값까지가, 스폿 용접의 적정 전류 범위로 된다. 이 적정 전류 범위를 확대할 수 있으면, 스폿 용접이 용이해진다.

스폿 용접의 적정 전류 범위를 확대하기 위해, 종래 다양한 제안이 이루어져 있다.

[종래 기술 1]

예를 들어, 특허문헌 1에는, 고장력 강판을 스폿 용접하는 고장력 강판의 스폿 용접 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 고장력 강판에의 통전 전류를 점변적으로 상승시킴으로써 너깃 생성을 행하는 제1 스텝과, 제1 스텝 후에 전류 하강시키는 제2 스텝과, 제2 스텝 후에 전류 상승시켜 본용접함과 함께 점변적으로 통전 전류를 하강시키는 제3 스텝을 구비한 공정을 갖는다.

이 방법은, 스폿 용접에 있어서 다용되는, 예비 통전과 본통전을 조합한 2단 통전 방식을 개량한 것이며, 날림의 발생 억제, 너깃 직경의 확보, 날림 발생 한계의 확대 등의 효과가 얻어진다고 기재되어 있다. 그러나, 이 방법은, 복잡한 제어를 필요로 하는 것에 더하여, 용접 시간이 길어지므로, 생산성이 떨어지는 결점을 갖는다.

[종래 기술 2]

한편, 특허문헌 2에는, 2매 이상 겹친 피용접 부재에 용접 전류를 흘리는 스폿 용접 방법이 개시되어 있다. 여기서는, 피용접 부재의 피용접부에 접촉하여 피용접 부재에 전류를 흘리는 전극과, 피용접부로부터 일정 거리 이격된 위치에 있어서 2매 이상 겹친 피용접 부재의 상기 피용접부가 서로 이격되지 않도록 보유 지지하는 보유 지지 부재를 구비한 스폿 용접 장치가 사용된다. 그리고, 전극 및 보유 지지 부재를 피용접 부재에 접촉하여 가압하고, 전극으로부터 피용접 부재에 용접 전류를 통전 후, 피용접부의 경도를 얻기 위한 냉각 시간 경과 후에, 전극을 상기 피용접 부재로부터 이격시킨다. 전극을 피용접 부재로부터 이격시킨 후, 소정 시간 경과 후에, 보유 지지 부재를 상기 피용접 부재로부터 이격시킨다.

특허문헌 2에 개시된 스폿 용접 방법에 있어서는, 전극에 의한 가압에 더하여, 전극과는 다른 보유 지지 부재로 가압한 상태에서 통전한다. 이에 의해, 통전 후에 전극을 이격시킨 후에도 전극으로부터 일정 거리 이격된 위치를 보유 지지 부재로 계속 가압함으로써, 급냉에 의해 피용접 부재가 휘는 것을 방지한다. 또한, 경도가 높은 반면, 신장 성능이 낮은 고장력 강재를 용접한 경우라도, 피용접 부재의 피용접부가 응고될 때까지 보유 지지 부재에 의해 가압하면서 자연 냉각할 수 있으므로, 피용접 부재의 냉각을 완만하게 하여, 크랙의 발생이 억제된다. 그러나, 인용문헌 2에는, 날림의 발생 억제, 너깃 직경의 확보, 날림 발생 한계의 확대 등, 스폿 용접의 적정 전류 범위를 확대하는 수단에 대해서는 전혀 언급이 없다.

[종래 기술 3]

또한, 특허문헌 3에는, 박판, 상기 박판보다 판 두께가 큰 제1 후판, 제2 후판을 차례로 겹친 피용접 부재를 스폿 용접하는 스폿 용접 방법이 개시되어 있다. 여기서는, 제2 후판에 접촉하는 제1 용접 전극과, 제1 용접 전극과 대향하여 박판에 접촉하는 제2 용접 전극 및 상기 제2 용접 전극에 인접하여 박판에 접촉하는 제어 가압 부여 수단에 의해 피용접 부재가 끼움 지지 가압된다. 그리고, 끼움 지지 가압 상태에서 제2 용접 전극과 제1 용접 전극 사이에서 통전함으로써, 스폿 용접이 행해진다.

특허문헌 3에 개시된 스폿 용접 방법에 있어서도, 전극에 의한 가압에 더하여, 전극과는 다른 제어 가압 부여 수단에 의해 가압한 상태에서 통전한다. 또한, 박판과 2매의 후판(제1 후판, 제2 후판)을 차례로 겹친 3매 겹침의 피용접 부재의 박판측에 있어서 전극에 인접한 위치를 제어 가압 수단에 의해 가압하면서 통전함으로써, 박판과 후판 사이의 전류 밀도가 상대적으로 높아진다. 이에 의해, 박판으로부터 제2 후판에 걸쳐 용해량에 치우침이 없는 양호한 너깃이 형성된다. 그러나, 인용문헌 3에는, 날림의 발생 억제, 너깃 직경의 확보, 날림 발생 한계의 확대 등, 스폿 용접의 적정 전류 범위를 확대하는 수단에 대해서는 전혀 언급이 없다.

한편, 특허문헌 4에 개시된 스폿 용접 방법에서는, 고강도 강판을 스폿 용접하여 형성시킨 용접 조인트의 십자 인장 강도를 향상시키는 수단으로서, 스폿 용접의 통전시에 있어서, 일정 조건하에서 2단 통전, 냉각을 사이에 둔 2단 통전, 혹은 3단 통전이 행해진다.

이 방법은, 후가열 통전 처리에 의해 통상의 용접 통전 후의 냉각 속도를 완화함으로써, 냉각시에 생성되는 마르텐사이트의 경도를 약간 저하시켜 균열 감수성을 둔화시킴으로써 스폿 용접 조인트의 십자 인장 강도를 향상시키는 효과가 있다고 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 4에는, 날림의 발생 억제, 너깃 직경의 확보, 날림 발생 한계의 확대 등, 스폿 용접의 적정 전류 범위를 확대하는 수단에 대해서는 전혀 언급이 없어, 이 방법에서는, 스폿 용접 조인트의 강도의 향상에는 한계가 있다.

일본 특허 공개2003-236674호 공보 일본 특허 공개2012-55941호 공보 일본 특허 공개2012-55924호 공보 일본 특허 공개2009-241086호 공보

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 복잡한 제어를 필요로 하는 일 없이, 용이하고 또한 확실하게 날림의 발생을 방지할 수 있어, 스폿 용접의 적정 전류 범위를 확대할 수 있는 스폿 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 발명에 관한 스폿 용접 방법은, 2매 이상 겹친 금속판의 겹침부에 용접 전류를 통전하여 접합하는 스폿 용접 방법이며,

상기 겹침부의 양면으로부터 접촉하여 상기 겹침부에 전류를 흘리는 한 쌍의 전극과,

상기 전극의 선단 외주로부터의 거리가 5㎜ 이내이고, 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위의 20％ 이상의 영역에 있어서 상기 겹침부를 가압하는 가압 부재이며, 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위 중 가압하지 않는 영역이, 연속해서 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위의 30％ 이하(0％를 포함함)로 되는 가압 부재를 구비한 스폿 용접 장치를 사용하여,

상기 한 쌍의 전극으로 상기 겹침부를 100N 이상의 하중으로 끼워 넣어, 상기 가압 부재에 의해 상기 전극의 주위를 상기 한 쌍의 전극에 의한 하중의 5∼1000％의 하중으로 가압하고, 상기 전극으로부터 상기 겹침부에 용접 전류를 통전하여 접합하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 발명에 관한 스폿 용접 방법은, 2매 이상 겹친 강판의 겹침부에 용접 전류를 통전하여 접합하는 스폿 용접 방법이며,

상기 전극의 선단 외주로부터의 거리가 5㎜ 이내이고, 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위의 20％ 이상의 영역에 있어서 상기 겹침부를 가압하는 가압 부재이며, 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위 중 가압하지 않는 영역이, 연속해서 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위의 20％ 이하(0％를 포함함)로 되는 가압 부재를 구비한 스폿 용접 장치를 사용하여,

상기 한 쌍의 전극으로 상기 겹침부를 100N 이상의 하중으로 끼워넣어, 상기 가압 부재에 의해 상기 전극의 주위를 상기 한 쌍의 전극에 의한 하중의 5∼1000％의 하중으로 가압하는 전극 외주 가압 공정과,

상기 전극으로부터 상기 겹침부에 용접 통전을 실시하는 본통전 공정과,

상기 본통전 공정의 직후에, 하기 식(1)을 만족시키는 통전 대기 시간을 두는 통전 대기 공정과,

상기 통전 대기 공정에 이어서 하기 식(2) 및 식(3)을 만족시키도록 상기 전극으로부터 상기 겹침부에 후통전하는 후통전 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

단, WC : 용접 전류(kA), WT : 통전 대기 시간(ms), PC : 후통전 전류(kA), PT : 후통전 시간(ms)을 각각 나타낸다.

본 발명의 제3 발명에 관한 스폿 용접 방법은, 2매 이상 겹친 강판의 겹침부에 용접 전류를 통전하여 접합하는 스폿 용접 방법이며,

상기 한 쌍의 전극으로 상기 겹침부를 100N 이상의 하중으로 끼워 넣어, 상기 가압 부재에 의해 상기 전극의 주위를 상기 한 쌍의 전극에 의한 하중의 5∼1000％의 하중으로 가압하는 외주 가압 공정과,

통전 직후에, 하기 식(4)를 만족시키는 통전 대기 시간을 두는 통전 대기 공정과, 상기 통전 대기 공정에 이어서 하기 식(5) 및 식(6)을 만족시키도록 상기 전극으로부터 상기 겹침부에 후통전하는 후통전 공정의 조합을 하기 식(7)을 만족시키도록 N회(단, N은 2 이상 5 이하) 반복하는 후처리 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

단, i : 1∼N의 정수, WC : 용접 전류(kA), WTi : i회째의 통전 대기 시간(ms), PCi : i회째의 후통전 전류(kA), PTi : i회째의 후통전 시간(ms), TT : 후처리 합계 시간(ms)을 각각 나타낸다.

본 발명의 제1 발명에 관한 스폿 용접 방법에 따르면, 전극에 의한 가압에 더하여, 전극과는 다른 가압 부재에 의해 전극의 외주 근방의 일정 영역을 소정의 하중으로 가압한 상태에서 통전한다. 이에 의해, 용융부가 금속판의 사이로부터 튀어나오는 것을 저지함으로써 중간 날림의 발생을 방지함과 함께, 전극 주위로부터 냉각함으로써 표면 날림의 발생을 방지할 수 있어, 스폿 용접의 적정 전류 범위를 확대할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2, 제3 발명에 관한 스폿 용접 방법에 따르면, 전극에 의한 가압에 더하여, 전극과는 다른 가압 부재에 의해 전극의 외주 근방의 일정 영역을 소정의 하중으로 가압한 상태에서 본통전한 후, 일정한 조건하에서 후통전한다. 이에 의해, 본통전 중에는, 용융부가 금속판의 사이로부터 튀어나오는 것을 저지함으로써 중간 날림의 발생을 방지하는 동시에, 전극 주위로부터 냉각함으로써 표면 날림의 발생을 방지할 수 있어, 스폿 용접의 적정 전류 범위를 확대할 수 있게 된다. 또한, 후통전에 의해 본통전 후의 급냉을 완화하거나, 혹은 본통전 후에 급냉되었다고 해도 그 후에 템퍼링함으로써, 너깃부의 연성을 높임으로써 스폿 용접 조인트의 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 사용하는 스폿 용접 장치의 일 실시 형태에 관한 전극 및 가압 부재의 개략 구성을 도시하는 도면으로, (a)는 종단면도, (b)는 평면도이다.
도 2는 실시예 1 및 실시예 2에서 사용한 시험 장치의 개략 구성을 도시하는 부분 종단면도이다.
도 3은 실시예 2에서 사용한 시험 장치의 개략 구성을 도시하는 부분 종단면도이다.
도 4는 본 발명에 사용하는 스폿 용접 장치의 다른 실시 형태에 관한 전극 및 가압 부재의 개략 구성을 도시하는 종단면도이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은, 우선, 날림 발생의 메커니즘에 대해 검토를 행하였다. 날림의 종류에는, 겹친 판 사이로부터 발생하는 「중간 날림(expulsion at edge)」과, 금속판의 표면으로부터 발생하는 「표면 날림(surface flash)」이 있다. 2매 이상 겹친 금속판의 겹침부를 표리로부터 한 쌍의 전극에 의해 눌러 통전하였을 때, 용융 영역이 지나치게 커지면, 그 체적 팽창에 의해 겹침부의 판끼리의 간격(이하, 「판간」이라고 함)이 확대된다. 「중간 날림」은, 용융물의 일부가 그 판간으로부터 밖으로 튀어나옴으로써 발생한다. 한편, 「표면 날림」은, 금속판의 표면(겹침면이 아닌 면)까지 용융 영역이 확대됨으로써 발생한다.

따라서, 본 발명자들은, 전극에 의해 가압하면서 통전함으로써 형성되는 용융 영역의 주위를 가압함으로써, 용융물의 일부가 판간으로부터 튀어나오는 것을 저지함으로써, 중간 날림의 발생을 방지할 수 있다고 생각하였다. 또한, 본 발명자들은, 전극 주위로부터 냉각함으로써, 전극 주위의 금속판 표면까지 용융 영역이 확대되는 것을 저지함으로써, 표면 날림의 발생을 방지할 수 있지 않을까 생각하였다.

그리고, 본 발명자들은, 상기 용융물의 판간으로부터의 튀어나옴 저지 및 금속판 표면까지의 용융 영역의 확대 저지라고 하는 2종류의 서로 다른 작용을 동시에 발휘시키기 위해, 구체적인 방법을 생각하였다. 그리고, 본 발명자들은, 이 목적이, 전극 외주면의 극히 근방에 전극과는 별도로 가압 부재를 설치해 두고, 전극에 의해 금속판의 겹침부를 가압하면서 통전할 때, 가압 부재로 전극 주위의 겹침부를 가압함으로써 실현할 수 있다고 생각하였다.

따라서, 본 발명자들은, 후기하는 [실시예 1]에서 설명하는 실증 시험을 행한 결과, 확증이 얻어졌으므로, 다시 검토를 행하여, 제1 발명을 완성하기에 이르렀다.

또한, 전극 주위의 겹침부를 가압 부재에 의해 가압하면, 그 전극 주위로부터의 냉각 작용에 의해, 전극 주위의 강판 표면까지 용융 영역이 확대되는 것을 저지함으로써 표면 날림의 발생을 방지할 수 있는 한편, 전극 자체도 수냉 구조에 의해 냉각되어 있으므로, 통전 종료 후에, 상기 수냉된 전극에 의한 냉각 작용과, 상기 전극 주위로부터의 가압 부재에 의한 냉각 작용이 합쳐져 과도하게 급냉되어, 너깃부가 지나치게 경화되어, 용접 조인트의 강도가 충분히 향상되지 않는 경우가 있고, 가일층의 개선의 여지가 있는 것을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명자들은, 본통전 후에 후통전을 행하여 냉각 속도를 완화함으로써, 혹은 본통전 후에 급냉되었다고 해도 그 후에 템퍼링함으로써, 너깃부의 연성을 높일 수 있어, 용접 조인트의 강도를 더욱 향상시킬 수 있다고 생각하였다.

따라서, 본 발명자들은, 후기하는 [실시예 2]에서 설명하는 실증 시험을 행한 결과, 확증이 얻어졌으므로, 다시 검토를 행하여, 제2, 제3 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 제1 발명에 관한 스폿 용접 방법에서는, 2매 이상 겹친 금속판의 겹침부에 용접 전류를 통전하여 접합하는 스폿 용접 방법이며, 상기 겹침부의 양면으로부터 접촉하여 상기 겹침부에 전류를 흘리는 한 쌍의 전극과, 상기 전극의 선단 외주로부터의 거리가 5㎜ 이내이고, 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위의 20％ 이상의 영역에 있어서 상기 겹침부를 가압함과 함께, 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위 중 가압하지 않는 영역이, 연속해서 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위의 30％ 이하(0％를 포함함)로 되는 가압 부재를 구비한 스폿 용접 장치를 사용한다. 그리고, 본 발명의 제1 발명에 관한 스폿 용접 방법은, 상기 한 쌍의 전극으로 상기 겹침부를 100N 이상의 하중으로 끼워 넣어, 상기 가압 부재에 의해 상기 전극의 주위를 상기 한 쌍의 전극에 의한 하중의 5∼1000％의 하중으로 가압하고, 상기 전극에 의해 상기 겹침부에 용접 전류를 통전하여 접합하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 발명에 관한 스폿 용접 방법은, 2매 이상 겹친 강판의 겹침부에 용접 전류를 통전하여 접합하는 스폿 용접 방법이며, 상기 겹침부의 양면으로부터 접촉하여 상기 겹침부에 전류를 흘리는 한 쌍의 전극과, 상기 전극의 선단 외주로부터의 거리가 5㎜ 이내이고, 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위의 20％ 이상의 영역에 있어서 상기 겹침부를 가압함과 함께, 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위 중 가압하지 않는 영역이, 연속해서 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위의 20％ 이하(0％를 포함함)로 되는 가압 부재를 구비한 스폿 용접 장치를 사용한다. 그리고, 본 발명의 제2 발명에 관한 스폿 용접 방법은, 상기 한 쌍의 전극으로 상기 겹침부를, 100N 이상의 하중으로 끼워 넣음과 함께, 상기 가압 부재에 의해 상기 전극의 주위를 상기 한 쌍의 전극에 의한 하중의 5∼1000％의 하중으로 가압해 두는 전극 외주 가압 공정과, 상기 전극으로부터 상기 겹침부에 용접 통전을 실시하는 본통전 공정과, 상기 본통전 공정의 직후에, 하기 식(1)을 만족시키는 통전 대기 시간을 두는 통전 대기 공정과, 상기 통전 대기 공정에 이어서 하기 식(2) 및 식(3)을 만족시키도록 상기 전극으로부터 상기 겹침부에 후통전하는 후통전 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 발명에 관한 스폿 용접 방법은, 상기 제1 발명에 기재된 본통전 공정의 직후에, 하기 식(4)를 만족시키는 통전 대기 시간을 두는 통전 대기 공정과, 상기 통전 대기 공정에 이어서 하기 식(5) 및 식(6)을 만족시키도록 상기 전극으로부터 상기 겹침부에 후통전하는 후통전 공정의 조합을, 하기 식(7)을 만족시키도록 N회(단, N은 2 이상 5 이하) 반복하는 후처리 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하면서 더욱 상세하게 설명한다.

〔제1 실시 형태〕

우선, 상기 제1 발명에 관한 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제1 발명에 사용하는 스폿 용접 장치의 일 실시 형태에 관한 전극 및 가압 부재의 개략 구성을 도시한다. 부호 1은 전극을 나타낸다. 여기서는, 선단이 직경 D의 원기둥 형상인 선단 평활형 전극이 예시되어 있다. 또한, 부호 2는 가압 부재를 나타낸다. 여기서는, 중심각 a1, a2, a3의 부채형 단면을 갖고, 두께 t를 갖는 3개의 기둥 형상 부재인 가압 부재(2)가 예시되어 있다. 이 3개의 가압 부재(2)는, 평면에서 보아, 전극(1)의 선단 외주로부터 거리 c만큼 사이를 둠과 함께, 전극(1)의 중심축 주위로 중심각 b1, b2, b3씩 간격을 두고, 전극(1)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다. 또한, 전극(1) 및 3매의 가압 부재(2)는, 본 예에서는, 각각 상하 한 쌍씩으로 구성되어 있지만, 모두 상하 대칭으로 배치되어 있으므로, 도 1의 (a)에서는, 상반부만의 배치를 나타내고, 하반부는 도시를 생략하였다.

[전극]

전극(1)은, 상하 한 쌍으로 구성되고, 2매 이상 겹친 금속판의 겹침부의 양면(본 예에서는 상하)으로부터 금속판에 접촉하여, 겹침부에 전류를 흘리는 것이다. 전극(1)의 형상으로서는, DR형, 선단 평활형 등, 스폿 용접에서 일반적으로 사용되는 전극 형상을 사용할 수 있다. 또한, 전극(1)의 재료로서는, 순구리, 크롬 구리, 알루미나 분산 구리 등, 스폿 용접에서 일반적으로 사용되는 전극 재료를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 발명에 관한 스폿 용접 방법에 의해 접합되는, 2매 이상 겹친 금속판으로서는, 모두 강판인 경우가 대표적이지만, 모두 알루미늄 합금판인 경우나, 강판과 알루미늄 합금판을 혼합한 경우 등도 들 수 있다.

[가압 부재]

가압 부재(2)는, 전극(1)의 선단 외주로부터의 거리 c가 5㎜ 이내이고, 전극(1)의 선단 외주의 전체 주위의 20％ 이상의 영역〔a1＋a2＋a3〕에 있어서 겹침부를 가압하도록 구성된다. 또한, 가압 부재(2)는 전극(1)의 선단 외주의 전체 주위 중 가압하지 않는 영역〔b1, b2, b3〕이, 연속해서 전극(1)의 선단 외주의 전체 주위의 30％ 이하(0％를 포함함)로 되도록 구성된다.

<전극(1)의 선단 외주로부터의 거리 c가 5㎜ 이내를 가압>

가압 부재(2)를 전극(1)에 가능한 한 근접하여 배치하고, 통전 중에 있어서 전극(1)의 선단 외주의 극히 근방을 가압 부재(2)에 의해 냉각함으로써, 용융 영역이 금속판의 표면까지 확대되는 것을 저지하여, 표면 날림의 발생을 방지할 필요가 있다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, 거리 c는 5㎜ 이내로 한다. 가압 부재(2)의 재료로서는, 통전시의 고온 상태에 있어서의 내하중 강도를 필요로 하므로, 전극(1)과 마찬가지인 순구리, 크롬 구리 외에, 티탄, 질화알루미늄, 질화실리콘 등을 들 수 있다. 또한, 가압 부재(2)는 전극(1)의 선단 외주와 접하는 상태(즉, 거리 c＝0㎜)로 해도 된다. 그러나, 그 경우에는, 가압 부재(2)를 통해 금속판에 전류가 흐르지 않도록, 가압 부재(2) 자체를 세라믹스 등의 절연 재료로 제작하거나, 전극(1)과 접하는 측의 가압 부재(2) 표면에 절연 재료를 피복하는 등의 방책이 필요해진다.

<전극(1)의 선단 외주의 전체 주위의 20％ 이상의 영역〔a1＋a2＋a3〕을 가압>

전극 주위의 가능한 한 넓은 영역을 가압함으로써, 전극(1)의 주위를 압박하여 중간 날림의 발생을 방지하는 동시에, 전극(1) 주위를 냉각하여 표면 날림의 발생을 방지할 필요가 있다. 그로 인해, 도 1에 도시하는 바와 같이, 가압 영역을 분할하여, 가압 부재(2)를 복수개(본 예에서는 3개) 설치하는 것이 유효하다. 또한, 상기 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, 가압 영역의 합계 A〔＝a1＋a2＋a3〕을, 전체 주위(중심각에서 360°)의 20％ 이상(중심각에서 72°이상)으로 한다. 물론, 가압 영역을 전체 주위의 100％로 하는 것이, 날림 발생의 방지의 관점에서는 가장 바람직하다. 이 경우, 가압 부재(2)는 원주 방향으로 끊어진 자국이 없는, 원환상 단면을 갖는 원통 형상의 부재 하나만으로 구성되게 된다.

<전극(1)의 선단 외주의 전체 주위 중 가압하지 않는 영역 B〔＝b1, b2, b3 중 최대의 것〕가, 연속해서 전극(1)의 선단 외주의 전체 주위의 30％ 이하(0％를 포함함)>

또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 가압 영역을 분할하여, 복수개(본 예에서는 3개)의 가압 부재(2)를 설치하는 경우에는, 가압하지 않는 연속 영역, 즉, b1, b2, b3 중 최대의 것이, 전체 주위의 30％ 이하(중심각에서 108°이하)로 되도록 한다. 이에 의해, 겹친 금속판끼리의 간극의 확대를 억제하여 판간으로부터의 용융물의 비산을 저지할 수 있다.

<가압 부재(2)의 두께 t>

가압 부재(2)의 두께 t는, 통전시의 고온 상태에 있어서의 하중에 견디도록, 상기 가압 부재(2)의 재료의 종류나 하중의 크기에 따라서 0.1∼2.0㎜의 범위에서 적절하게 설정하면 된다.

<한 쌍의 전극(1)에 의해 100N 이상의 하중 F_C로 끼워 넣음과 함께, 가압 부재(2)에 의해 전극의 주위를 한 쌍의 전극에 의한 하중 F_C의 5∼1000％의 하중 F_E로 가압>

스폿 용접 후에 충분한 조인트 강도가 얻어지도록, 한 쌍의 전극(1)에 의한 하중 F_C는 100N 이상으로 한다. 그리고, 가압 부재(2)에 의한 F_E는, 중간 날림의 발생을 방지하기 위해, 상기 한 쌍의 전극에 의한 하중 F_C의 5％ 이상으로 한다. 가압 부재(2)에 의한 하중 F_E는, 중간 날림 발생 방지의 관점에서는 크면 클수록 바람직하지만, 그 상한은, 스폿 용접기의 설비 능력에 의해 제약되어, 하중 F_C의 1000％로 한다.

〔제2 실시 형태〕

다음으로, 상기 제2 발명에 관한 실시 형태에 대해 설명한다.

(스폿 용접 장치의 구성)

본 발명의 제2 발명에 사용하는 스폿 용접 장치의 일 실시 형태에 관한 전극 및 가압 부재의 개략 구성은, 상기 제1 실시 형태와 동일하게, 도 1에 도시하는 바와 같으므로, 설명을 생략한다.

[전극]

우선, 전극(1)은 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 상하 한 쌍으로 구성되고, 2매 이상 겹친 강판의 겹침부의 양면(본 예에서는 상하)으로부터 강판에 접촉하여 상기 겹침부에 전류를 흘리는 것이다. 전극(1)의 형상으로서는, DR형, 선단 평활형 등, 스폿 용접에서 일반적으로 사용되는 전극 형상을 사용할 수 있다. 또한, 전극(1)의 재료로서는, 순구리, 크롬 구리, 알루미나 분산 구리 등, 스폿 용접에서 일반적으로 사용되는 전극 재료를 사용할 수 있다. 또한, 피용접 금속판으로서는, 본 실시 형태에서는, 모두 강판인 경우만을 대상으로 한다. 본 발명의 제2 발명에 관한 스폿 용접 방법에 의해 접합되는 2매 이상 겹친 강판으로서는, 그 종류에 대해 특별히 한정할 필요가 없고, DP 강판, TRIP 강판, 열간 프레스 강판 등, 어느 종류의 강판이어도 된다. 또한, 강판의 판 두께에 대해서도, 특별히 한정할 필요는 없지만, 스폿 용접에 적합한 0.3∼3.0㎜의 범위의 것이 권장된다. 강판의 인장 강도에 대해서는, 900∼1850㎫의 범위의 고강도 강판이라면, 특히 강도 향상 효과가 크다. 또한, 강판의 표면에 실시되는 도금의 종류는, Zn계의 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 Zn, Zn-Fe, Zn-Ni, Zn-Al, Sn-Zn 등 어느 것이어도 된다. 또한, 도금 부여 방법은, 전기 도금, 용융 도금, 합금화 용융 도금 등 어느 방법이어도 된다. 또한, 2매 이상 겹친 강판은, 동일 종류, 동일 판 두께끼리의 조합에 한정되는 것은 아니며, 동일 종류, 다른 판 두께, 다른 종류, 동일 판 두께, 다른 종류, 다른 판 두께의 어느 조합이어도 된다.

[가압 부재]

가압 부재(2)는, 상기 제1 실시 형태와 동일하게, 전극(1)의 선단 외주로부터의 거리 c가 5㎜ 이내이고, 전극(1)의 선단 외주의 전체 주위의 20％ 이상의 영역〔a1＋a2＋a3〕에 있어서 상기 겹침부를 가압한다. 한편, 전극(1)의 선단 외주의 전체 주위 중 가압하지 않는 영역〔b1, b2, b3〕은, 상기 제1 실시 형태와 약간 달리, 연속해서 전극(1)의 선단 외주의 전체 주위의 20％ 이하(0％를 포함함)로 되도록 구성한다.

<전극(1)의 선단 외주로부터의 거리 c가 5㎜ 이내를 가압>

상기 제1 실시 형태와 동일하게, 가압 부재(2)를 전극(1)에 가능한 한 근접하여 배치하고, 통전 중에, 전극(1)의 선단 외주의 극히 근방을 가압 부재(2)에 의해 냉각함으로써, 용융 영역이 금속판의 표면까지 확대되는 것을 저지하여, 표면 날림의 발생을 방지한다. 이러한 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, 거리 c는 5㎜ 이내로 한다. 가압 부재(2)의 재료로서는, 통전시의 고온 상태에 있어서의 내하중 강도를 필요로 하므로, 전극(1)과 마찬가지의 순구리, 크롬 구리 외에, 티탄, 질화알루미늄, 질화실리콘 등을 들 수 있다. 또한, 가압 부재(2)는 전극(1)의 선단 외주와 접하는 상태(즉, 거리 c＝0㎜)로 해도 된다. 그 경우에는, 가압 부재(2)를 통해 금속판에 전류가 흐르지 않도록, 가압 부재(2) 자체를 세라믹스 등의 절연 재료로 제작하거나, 전극(1)과 접하는 측의 가압 부재(2)의 표면을 절연 재료로 피복하는 등의 방책이 필요해진다.

상기 제1 실시 형태와 동일하게, 전극 주위의 가능한 한 넓은 영역을 가압함으로써, 전극(1) 주위를 압박하여 중간 날림의 발생을 방지하는 동시에, 전극(1) 주위를 냉각하여 표면 날림의 발생을 방지할 필요가 있다. 또한, 상기 제1 실시 형태와 동일하게, 도 1에 도시하는 바와 같이 가압 영역을 분할하여, 복수개(본 예에서는 3개)의 가압 부재(2)를 설치해도 된다. 그러나, 상기 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, 가압 영역의 합계 A〔＝a1＋a2＋a3〕를 전체 주위(중심각에서 360°)의 20％ 이상(중심각에서 72°이상)으로 한다. 물론, 가압 영역을 전체 주위의 100％로 하는 것이, 날림 발생의 방지 관점에서는 가장 바람직하다. 이 경우, 가압 부재(2)는 원주 방향으로 끊어진 자국이 없는, 원환상 단면을 갖는 원통 형상의 부재 하나만으로 구성되게 된다.

<전극(1)의 선단 외주의 전체 주위 중 가압하지 않는 영역 B〔＝b1, b2, b3 중 최대의 것〕가, 연속해서 전극(1)의 선단 외주의 전체 주위의 20％ 이하(0％를 포함함)>

도 1에 도시하는 바와 같이 가압 영역을 분할하여, 복수개(본 예에서는 3개)의 가압 부재(2)를 설치하는 경우, 가압하지 않는 연속 영역, 즉, b1, b2, b3 중 최대의 것이, 전체 주위의 20％ 이하(중심각에서 72°이하)로 되도록 한다. 이에 의해, 겹친 금속판끼리의 간극의 확대를 억제하여 판간으로부터의 용융물의 비산을 보다 확실하게 저지할 수 있다.

<가압 부재(2)의 두께 t>

가압 부재(2)의 두께 t는, 상기 제1 실시 형태와 동일하게, 통전시의 고온 상태에 있어서의 하중에 견디도록, 가압 부재(2)의 재료의 종류나 하중의 크기에 따라서 0.1∼2.0㎜의 범위에서 적절하게 설정하면 된다.

(스폿 용접 조건)

[전극 외주 가압 공정]

상기 제1 실시 형태와 동일하게, 한 쌍의 전극(1)에 의해 100N 이상의 하중 F_C로 끼워 넣음과 함께, 가압 부재(2)에 의해 전극(1)의 주위를, 한 쌍의 전극에 의한 하중 F_C의 5∼1000％의 하중 F_E로 가압해 둔다.

스폿 용접 후에 충분한 조인트 강도가 얻어지도록, 한 쌍의 전극(1)에 의한 하중 F_C는 100N 이상으로 한다. 그리고, 가압 부재(2)에 의한 F_E는, 중간 날림의 발생을 방지하기 위해, 한 쌍의 전극(1)에 의한 하중 F_C의 5％ 이상으로 한다. 가압 부재(2)에 의한 하중 F_E는, 중간 날림 발생 방지의 관점에서는 크면 클수록 바람직하지만, 그 상한은, 스폿 용접기의 설비 능력에 의해 제약되어, 하중 F_C의 1000％로 하였다.

[본통전 공정]

이제부터 이후에는 상기 제1 실시 형태와 달리, 전극부로부터 겹침부에 용접 통전을 실시한다. 용접 전류 WC(단위 : kW) 및 본통전 시간(단위 : ms)은, 접합하는 강판의 재질·두께 등에 따라서 날림이 발생하지 않는 범위에서 너깃 직경을 확보할 수 있도록 적절하게 설정하면 된다.

[통전 대기 공정]

상기 본통전 공정의 종료 직후에, 하기 식(1)을 만족시키는 통전 대기 시간 WT(단위 : ms)를 둔다.

여기에, WT＝0은, 통전 대기 시간을 두지 않고, 본통전 종료 후, 즉시 후통전을 행하는 것을 의미한다. 통전 대기 시간이 짧아도, 또는 통전 대기 시간을 두지 않아도, 급속 냉각에 대한 완화 작용이 얻어지므로, 통전 대기 시간 WT의 하한은 0ms로 하였다. 단, 1점당 스폿 용접에 들이는 시간을 지나치게 길게 하는 것은 용접 작업 전체의 생산성 저하로 이어지므로, 통전 대기 시간 WT의 상한은 200ms로 하였다.

[후통전 공정]

상기 통전 대기 공정에 이어서, 하기 식(2) 및 식(3)을 만족시키도록 전극으로부터 겹침부에 후통전하여, 스폿 용접 조인트의 강도를 향상시킨다.

단, PC는 후통전 전류(kA), PT는 후통전 시간을 각각 나타낸다.

후통전 전류가 지나치게 낮으면, 가열이 부족하여, 급냉 완화 작용이나 템퍼링 작용이 충분히 발휘되지 않게 된다. 한편, 후통전 전류가 지나치게 높으면, 너깃부가 재용융되거나 역변태되어, 그 후, 다시 급속 냉각됨으로써 너깃부가 취화된다. 즉, 후통전 전류가 지나치게 높거나 지나치게 낮아도, 후통전의 효과가 얻어지지 않게 된다. 따라서, 후통전 전류 PC는, 용접 전류 WC의 20∼90％의 범위로 하였다.

또한, 후통전 시간이 지나치게 짧으면, 가열이 부족하여, 급냉 완화 작용이나 템퍼링 작용이 충분히 발휘되지 않게 된다. 한편, 후통전 시간이 지나치게 길면, 너깃부가 재용융되거나 역변태되어, 그 후, 다시 급속 냉각됨으로써 너깃부가 취화된다. 즉, 후통전 시간이 지나치게 짧거나 지나치게 길어도, 후통전의 효과가 얻어지지 않게 된다. 따라서, 후통전 시간 PT는, 10∼200ms의 범위로 하였다.

〔제3 실시 형태〕

다음으로, 상기 제3 발명에 관한 실시 형태에 대해 설명한다.

상기 제2 실시 형태에 있어서는 후통전을 1회만 부여하는 경우에 대해 예시하였지만, 본 실시 형태에서는, 후통전을 복수회로 나누어 부여하는 경우에 대해 예시한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 스폿 용접 장치의 구성 및 본통전 공정까지는, 상기 제2 실시 형태와 공통이므로, 설명을 생략한다. 이하, 후처리 공정(「통전 공정＋후통전 공정」의 복수회 반복의 공정)에 대해서만 설명을 행한다.

[후처리 공정]

상기 본통전 공정의 종료 직후에, 후처리 공정을 행한다. 후처리 공정은, 하기 식(4)를 만족시키는 통전 대기 시간을 두는 통전 대기 공정과, 그것에 이어서 하기 식(5) 및 식(6)을 만족시키도록 전극으로부터 겹침부에 후통전하는 후통전 공정의 조합이다. 이 후처리 공정을, 하기 식(7)을 만족시키도록 N회(단, N은 2 이상 5 이하) 반복한다. 이에 의해, 스폿 용접 조인트의 강도를 향상시킨다.

단, i는 1∼N의 정수, WC는 용접 전류(kA), WTi는 i회째의 통전 대기 시간(ms), PCi는 i회째의 후통전 전류(kA), PTi는 i회째의 후통전 시간, TT는 후처리 합계 시간을 각각 나타낸다.

이와 같이, 후통전을 복수회로 나누어 반복함으로써, 냉각 속도를 보다 세밀하게 제어할 수 있음과 함께, 켄칭·템퍼링 효과가 보다 확실하게 얻어지게 되어, 스폿 용접 조인트의 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 단, 반복 횟수 N을 지나치게 많게 하면 1회당 스폿 용접 시간이 지나치게 길어져, 용접 작업 전체의 생산성이 저하된다. 따라서, 반복 횟수 N의 상한은 5회로 하였다. 또한, 본통전 후의 후처리 시간이 지나치게 길어지면, 동일하게 스폿 용접의 시간이 지나치게 길어져 용접 작업 전체의 생산성이 저하된다. 따라서, 후처리 합계 시간 TT의 상한은 500ms로 하였다.

또한, 상기 식(4), 식(5) 및 식(6)에 있어서의 수치 한정의 이유는, 상기 제2 실시 형태에 있어서의 상기 식(1), 식(2) 및 식(3)에 있어서의 수치 한정의 이유와 동일하다.

또한, 상기 제1∼제3 발명 모두에 공통되지만, 전극(1) 및 가압 부재(2)는 상기 제1∼제3 실시 형태의 설명에 사용한 도 1이나, 후기하는 실시예 1 및 실시예 2에서 사용하는 도 2 또는 도 3에 도시하는 바와 같이, 각각 별개로 구성해도 되지만, 도 4에 예시하는 바와 같이, 양자를 일체화한 형상으로 구성해도 된다. 이러한 구성의 전극(1) 및 가압 부재(2)도 또한 본 발명의 효과를 발휘할 수 있다.

실시예 1

본 발명의 제1 발명에 관한 스폿 용접 방법의 적용성에 대해 실증하기 위해, 스폿 용접기를 사용하여 이하의 모의 실험을 행하였다.

도 2는 실험 장치의 개략을 나타낸다. 접합 대상의 금속판(3, 3)으로서는, 판 두께 1㎜의 980㎫급 강판을 2매 겹친 것을 사용하였다. 전극(1)으로서는, 후술하는 참고예(시험 No.1)에서 사용한, 전극 형상이 DR형(선단 레이디어스 직경 D＝7㎜)이고, 전극 재료가 크롬 구리제인 것을 예시하였다. 가압 부재(2)로서는, 2매의 두꺼운 강판(21, 21)을 사용하여, 하중 조정 기능을 모의하였다. 구체적으로는, 우선, 2매의 두꺼운 강판(21, 21) 각각에 대해, 중앙부에 전극(1)이 통과하는 전극 통과 구멍(22)을 형성한다. 전극 통과 구멍(22)의 주위에는, 각각, 전극(1)의 선단 레이디어스의 외주로부터 거리 c만큼 사이를 띄운 위치에서 서로 마주보도록, 평면에서 보아 원환상 또는 복수의 부채형의, 두께 t의 돌기(23)를 용접하여 설치한다. 또한, 전극 통과 구멍(22)으로부터 사방 이격된 위치에 각각 볼트 구멍(24)을 형성해 두고, 2매의 두꺼운 강판(21, 21)의 대향하는 볼트 구멍(24, 24)에 볼트(25)를 관통시킴으로써, 두꺼운 강판(21, 21)을 너트(26)로 체결한다.

그리고, 전극(1)에 의한 하중 F_C는, 스폿 용접기의 가압력 조정 기능을 사용하여 설정하였다. 또한, 가압 부재(2)에 의한 하중 F_E는, 볼트(25)와 너트(26)의 체결력을 토크 미터로 측정하면서 조정함으로써 설정하였다.

그리고, 전극(1)의 형상 및 재료, 가압 부재(2)(돌기)의 재료, 전극(1)으로부터의 거리 c, 가압 영역의 범위(중심각) A 및 가압하지 않는 연속 영역의 최대 범위(중심각) B, 및 전극(1)에 의한 하중 F_C 및 가압 부재(2)에 의한 하중 F_E의 각각을 다양하게 변경하였다. 그리고, 각 조건하에서, 용접 전류를 저전류측으로부터 순차 증가시켜 스폿 용접을 행하여, 날림이 발생하기 시작하는 한계 전류를 구하였다. 또한, 그 날림이 발생한 시험에서 얻어진 조인트의 단면을 관찰하여 날림의 종류를 특정하였다.

표 1은 시험 조건 및 측정 결과를 나타낸다.

표 1에 있어서, 시험 No.1은, 가압 부재를 설치하지 않는 종래의 스폿 용접에 상당하는 참고예이다. 이 참고예의 날림 한계 전류는 6.5kA였다.

그리고, 시험 No.2∼4, 8∼16은, 본 발명의 요건을 모두 만족시키는 발명예이다. 발명예 모두, 날림 한계 전류는 8.5kA 이상에 달하고 있어, 상기 참고예의 날림 한계 전류보다도 대폭 상승하고 있는 것을 알 수 있다.

이에 반해, 시험 No.5∼7은, 본 발명의 요건 중 어느 하나를 만족시키지 않는 비교예이다. 이들 비교예의 날림 한계 전류는 6.5∼7kA로, 상기 참고예의 날림 한계 전류와 거의 동등하다. 따라서, 이들에는 거의 개선 효과가 얻어지지 않는 것을 알 수 있다.

이상의 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 제1 발명에 관한 스폿 용접 방법을 적용함으로써, 복잡한 제어를 필요로 하는 일 없이, 용이하면서도 확실하게 날림의 발생을 방지할 수 있게 된다. 즉, 이상의 결과에 의해, 날림 한계 전류가 대폭 상승하여, 스폿 용접의 적정 전류 범위를 확대할 수 있는 것이 확인되었다.

실시예 2

본 발명의 제2, 제3 발명에 관한 스폿 용접 방법의 적용성에 대해 실증하기 위해, 스폿 용접기를 사용하여 이하의 모의 실험을 행하였다.

도 3은 실험 장치의 개략을 나타낸다. 접합 대상의 강판(3, 3)으로서는, 판 두께 1.2㎜의 1470㎫급의 열간 프레스 강판을 2매 겹친 것을 사용하였다. 전극(1)으로서는, 후술하는 표준 조건 1 및 2(시험 No.101 및 129)에서 사용한, 전극 형상이 CR형(선단 레이디어스 직경 D＝7㎜)이고, 전극 재료가 크롬 구리제인 것을 예시하였다. 가압 부재(2)로서는, 2매의 두꺼운 강판(21, 21)을 사용하여, 하중 조정 기능을 모의하였다. 구체적으로는, 우선, 2매의 두꺼운 강판(21, 21) 각각에 대해, 중앙부에 전극(1)의 선단 레이디어스가 통과하는 원뿔대 형상의 전극 통과 구멍(22)을 형성한다. 전극 통과 구멍(22)의 주위에는, 각각, 전극(1)의 선단 레이디어스의 외주로부터 거리 c만큼 사이를 띄운 위치에서 서로 마주보도록, 평면에서 보아 원환상 또는 복수의 부채형의, 두께 t의 돌기(23)를 용접하여 설치한다. 또한, 전극 통과 구멍(22)으로부터 사방 이격된 위치에 각각 볼트 구멍(24)을 형성해 두고, 2매의 두꺼운 강판(21, 21)의 대향하는 볼트 구멍(24, 24)에 볼트(25)를 관통시킴으로써, 두꺼운 강판(21, 21)을 너트(26)로 체결한다.

또한, 이 모의 실험에서는, 상기와 동일하게, 판 두께 1.2㎜의 1470㎫급의 열간 프레스 강판을 2매 겹친 것을 접합 대상의 강판(3, 3)으로서 사용하는 한편, 상기와 달리, 도 2에 도시한 DR형(선단 레이디어스 직경 D＝7㎜)의 전극 형상을 전극(1)으로서 다시 사용하였다. 전극(1)의 전극 재료는 크롬 구리제의 것을 사용하였다. 가압 부재(2)는 상기와 마찬가지로 구성한[단, 전극 통과 구멍(22)은 원통 형상으로 형성한] 것을 사용하였다.

그리고, 상술한, 도 2 또는 도 3에 도시하는 실험 장치를 사용하였다. 전극(1)에 의한 하중 F_C는 스폿 용접기의 가압력 조정 기능을 사용하여 설정하였다. 또한, 가압 부재(2)에 의한 하중 F_E는, 볼트(25)와 너트(26)의 체결력을 토크 미터로 측정하면서 조정함으로써 설정하였다.

그리고, 전극(1)의 형상 및 재료, 가압 부재(2)(돌기)의 재료, 전극(1)으로부터의 거리 c, 가압 영역의 범위(중심각) A 및 가압하지 않는 연속 영역의 최대 범위(중심각) B, 및 전극(1)에 의한 하중 F_C 및 가압 부재(2)에 의한 하중 F_E의 각각을 다양하게 변경하였다. 그리고, 각 조건하에서, 용접 전류를 저전류측으로부터 순차 증가시켜 스폿 용접을 행하여, 날림이 발생하기 시작하는 한계 전류(이하, 「날림 한계 유량」이라고도 함)를 구하였다.

다음으로, 상기 각 조건하에서, 용접 전류 WC, 통전 대기 시간 WT, 후통전 전류 PC(또는 PCi), 후통전 시간 PT(또는 PTi), 「통전 대기＋후통전」의 반복 횟수 N 등을 다양하게 변경하여, 용접 조인트를 제작하였다. 그리고, JIS Z3136에 기초하여, 전단 인장 시험을 행하여, 전단 조인트 강도를 측정하였다. 또한, 모든 시험에 있어서, 본통전 시간은, 60ms 일정으로 하였다.

또한, 용접 전류 WC에 대해서는, 시험 No.103을 제외하고, 모두 날림 한계 전류 이하의 범위에서 설정하였지만, 시험 No.103에서는 의도적으로 날림 한계 전류를 초과하는 용접 전류를 사용하였다. 이로 인해, 시험 No.103에서는 날림이 발생하였으므로, 용접 조인트의 단면을 관찰함으로써, 그 날림의 종류를 특정하였다.

표 2∼4는 시험 조건을, 표 5는 측정 결과를 각각 나타낸다.

이들 표에 있어서, 시험 No.101 및 129는 가압 부재를 설치하지 않고 후통전도 행하지 않는 표준 조건(각각 표준 조건 1 및 2)의 스폿 용접이다. 시험 No.101 및 129는, 전극에 의한 하중 F_C만이 다르며, 각각 3000N 및 4000N이다. 시험 No.102∼124는, 전극과 가압 부재에 의한 합계 하중이, 시험 No.101의 전극에 의한 하중과 동등해지는 가압 조건에서 행한 시험이다. 시험 No.125∼128, 130은, 전극과 가압 부재에 의한 합계 하중이, 시험 No.129의 전극에 의한 하중과 동등해지는 가압 조건에서 행한 시험이다. 그리고, 표 5에는, 상기 표준 조건 1 또는 표준 조건 2와 동일한 합계 하중으로 실시된 각 시험에서 얻어진 전단 조인트 강도가, 그 표준 조건 1 또는 표준 조건 2의 전단 조인트 강도를 기준으로 하여, 몇 ％ 상승하였는지를 병기하였다. 이 전단 조인트 강도의 향상률을, 스폿 용접 조인트의 강도 향상 효과의 평가 지표로 하였다. 그리고, 30％ 이상의 강도 상승 효과가 얻어진 시험 조건을 합격이라 판정하고, 40％ 이상의 강도 상승 효과가 얻어진 시험 조건을 보다 바람직한 예로 하였다.

표 2, 5에 나타내는 바와 같이, 시험 No.105∼108, 111, 112, 114, 116, 119∼124는, 본 발명의 제2 발명의 요건을 모두 만족시키는 발명예이다. 발명예 모두, 날림 한계 전류는 8.5kA 이상에 달하고 있어, 시험 No.101(표준 조건 1)의 날림 한계 전류(6.5kA)보다도 대폭 상승하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 발명예 모두, 전단 조인트 강도는 합격 기준을 만족시키고 있어, 스폿 용접 조인트의 강도가 시험 No.101(표준 조건 1)에 비해 대폭 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 표 4, 5에 나타내는 바와 같이, 시험 No.130도, 본 발명의 제2 발명의 요건을 모두 만족시키는 발명예이다. 이 발명예는, 날림 한계 전류가 11.0kA에 달하고 있어, 시험 No.129(표준 조건 2)의 날림 한계 전류(8.0kA)보다도 대폭 상승하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 이 발명예는, 전단 조인트 강도도 합격 기준을 만족시키고 있어, 스폿 용접 조인트의 강도가 시험 No.129(표준 조건 2)에 비해 대폭 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 표 3, 5에 나타내는 바와 같이, 시험 No.125∼128은 본 발명의 제3 발명의 요건을 모두 만족시키는 발명예이다. 이들 발명예는, 날림 한계 전류가 9.5kA에 달하고 있어, 시험 No.129(표준 조건 2)의 날림 한계 전류(8.0kA)보다도 대폭 상승하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 이들 발명예는, 전단 조인트 강도도 합격 기준을 만족시키고 있어, 스폿 용접 조인트의 강도가 시험 No.129(표준 조건2)에 비해 대폭 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

이에 반해, 시험 No.102∼104, 109, 110, 113, 115, 117, 118은, 본 발명의 제2 발명의 요건 중 어느 하나를 만족시키지 않는 비교예이다.

우선, 시험 No.102에서는, 가압 부재를 설치하지 않고, 용접 전류를 날림 한계 전류와 동등하게 하여 후통전을 행하였다. 그러나, 가압 부재에 의한 전극 외주부의 가압을 행하고 있지 않으므로, 날림 한계 전류는 표준 상태 1과 동일하게 낮아, 용접 전류를 충분히 높게 할 수 없었으므로, 전단 조인트 강도의 향상 효과가 부족하였다.

시험 No.103에서는, 마찬가지로 가압 부재를 설치하지 않고, 용접 전류를 날림 한계 전류보다도 높게 하여 후통전을 행하였지만, 본통전시에 중간 날림이 발생해 버렸으므로, 역시 전단 조인트 강도의 향상 효과가 부족하였다.

시험 No.104에서는, 가압 부재를 설치하여 전극 외주부를 가압함으로써 날림 한계 전류를 표준 조건 1보다 대폭 상승시켜, 용접 전류를 그 날림 한계 전류와 거의 동등하게 하여 본통전만을 행하였다. 그러나, 시험 No.104에서는 후통전을 행하지 않았으므로, 역시 전단 조인트 강도의 향상 효과가 부족하였다.

시험 No.109에서는, 가압 부재를 설치하여 전극 외주부를 가압함으로써 날림 한계 전류를 표준 조건 1보다 대폭 상승시켜, 용접 전류를 그 날림 한계 전류와 거의 동등하게 하여 본통전을 실시하였다. 시험 No.109에서는, 그 후, 또한 후통전을 행하였지만, 후통전 전류를 지나치게 높게 하였으므로, 역시 전단 조인트 강도의 향상 효과가 부족하였다.

한편, 시험 No.110에서는, 가압 부재를 설치하여 전극 외주부를 가압함으로써 날림 한계 전류를 표준 조건 1보다 대폭 상승시켜, 용접 전류를 그 날림 한계 전류와 거의 동등하게 하여 본통전을 실시하였다. 시험 No.110에서는, 그 후, 또한 후통전을 행하였지만, 후통전 시간을 지나치게 길게 하였으므로, 역시 전단 조인트 강도의 향상 효과가 부족하였다.

한편, 시험 No.113에서는, 가압 부재를 설치하여 전극 외주부를 가압하면서, 제2 발명에서 규정하는 조건으로 본통전 및 후통전을 행하였다. 그러나, 시험 No.113에서는, 가압 부재에 의한 하중을 지나치게 크게 하였으므로, 날림 한계 전류를 표준 조건 1로부터 그다지 높일 수 없어, 용접 전류를 충분히 높게 할 수 없었던 것에 의해, 전단 조인트 강도의 향상 효과가 부족하였다.

한편, 시험 No.115에서는, 가압 부재를 설치하여 전극 외주부를 가압하면서, 제2 발명에서 규정하는 조건으로 본통전 및 후통전을 행하였다. 그러나, 시험 No.115에서는, 전극 선단 외주로부터 가압 부재까지의 거리 c가 지나치게 컸으므로, 날림 한계 전류를 표준 조건 1보다 높일 수 없어, 용접 전류를 충분히 높게 할 수 없었던 것에 의해, 전단 조인트 강도의 향상 효과가 부족하였다.

한편, 시험 No.117에서는, 가압 부재를 설치하여 전극 외주부를 가압하면서, 제2 발명에서 규정하는 조건으로 본통전 및 후통전을 행하였다. 그러나, 시험 No.117에서는, 가압 부재에 의한 합계 가압 영역이 부족하였으므로, 날림 한계 전류를 표준 조건 1보다 높일 수 없어, 용접 전류를 충분히 높게 할 수 없었던 것에 의해, 전단 조인트 강도의 향상 효과가 부족하였다.

한편, 시험 No.118에서는, 가압 부재를 설치하여 전극 외주부를 가압하면서, 제2 발명에서 규정하는 조건으로 본통전 및 후통전을 행하였다. 그러나, 시험 No.118에서는, 가압 부재에서의 최대 연속 무가압 영역이 지나치게 컸으므로, 날림 한계 전류를 표준 조건 1보다 높일 수 없어, 용접 전류를 충분히 높게 할 수 없었던 것에 의해, 전단 조인트 강도의 향상 효과가 부족하였다.

이상의 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 제2, 제3 발명에 관한 스폿 용접 방법을 적용함으로써, 복잡한 제어를 필요로 하는 일 없이, 용이하고 확실하게 날림의 발생을 방지할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 날림 한계 전류가 대폭 상승하여, 스폿 용접의 적정 전류 범위를 확대할 수 있고, 그 결과 스폿 용접 조인트의 강도가 대폭 향상되는 것이 확인되었다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재한 한에 있어서 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능한 것이다. 본 출원은 2012년 6월 29일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2012-146480)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

1 : 전극
2 : 가압 부재
3 : 금속판(강판)
21 : 후강판
22 : 전극 통과 구멍
23 : 돌기
24 : 볼트 구멍
25 : 볼트
26 : 너트

Claims

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2매 이상 겹친 강판의 겹침부에 용접 전류를 통전하여 접합하는 스폿 용접 방법이며,
상기 겹침부의 양면으로부터 접촉하여 상기 겹침부에 전류를 흘리는 한 쌍의 전극과,
상기 전극의 선단 외주로부터 가압 부재의 내주까지의 거리가 5㎜ 이내이고, 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위(중심각으로 360°)의 20％ 이상(중심각으로 72°이상)의 영역에 있어서 상기 겹침부를 가압하는 가압 부재이며, 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위(중심각으로 360°) 중 가압하지 않는 영역이, 연속해서 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위(중심각으로 360°)의 20％ 이하(중심각으로 72°이하)(0％를 포함함)로 되는 가압 부재를 구비한 스폿 용접 장치를 사용하여,
상기 한 쌍의 전극으로 상기 겹침부를 100N 이상의 하중으로 끼워 넣어, 상기 가압 부재로 상기 전극의 주위를 상기 한 쌍의 전극에 의한 하중의 5∼1000％의 하중으로 가압하는 전극 외주 가압 공정과,
상기 전극으로부터 상기 겹침부에 용접 통전을 실시하는 본통전 공정과,
상기 본통전 공정의 직후에, 하기 식(1)을 만족시키는 통전 대기 시간을 두는 통전 대기 공정과,
상기 통전 대기 공정에 이어서 하기 식(2) 및 식(3)을 만족시키도록 상기 전극으로부터 상기 겹침부에 후통전하는 후통전 공정을 구비한 것을 특징으로 하는, 스폿 용접 방법.

단, WC : 용접 전류(kA), WT : 통전 대기 시간(ms), PC : 후통전 전류(kA), PT : 후통전 시간(ms)을 각각 나타냄.
2매 이상 겹친 강판의 겹침부에 용접 전류를 통전하여 접합하는 스폿 용접 방법이며,
상기 겹침부의 양면으로부터 접촉하여 상기 겹침부에 전류를 흘리는 한 쌍의 전극과,
상기 전극의 선단 외주로부터 가압 부재의 내주까지의 거리가 5㎜ 이내이고, 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위(중심각으로 360°)의 20％ 이상(중심각으로 72°이상)의 영역에 있어서 상기 겹침부를 가압하는 가압 부재이며, 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위(중심각으로 360°) 중 가압하지 않는 영역이, 연속해서 상기 전극의 선단 외주의 전체 주위(중심각으로 360°)의 20％ 이하(중심각으로 72°이하)(0％를 포함함)로 되는 가압 부재를 구비한 스폿 용접 장치를 사용하여,
상기 한 쌍의 전극으로 상기 겹침부를 100N 이상의 하중으로 끼워 넣어, 상기 가압 부재로 상기 전극의 주위를 상기 한 쌍의 전극에 의한 하중의 5∼1000％의 하중으로 가압하는 외주 가압 공정과,
상기 전극으로부터 상기 겹침부에 용접 통전을 실시하는 본통전 공정과,
통전 직후에, 하기 식(4)를 만족시키는 통전 대기 시간을 두는 통전 대기 공정과, 상기 통전 대기 공정에 이어서 하기 식(5) 및 식(6)을 만족시키도록 상기 전극으로부터 상기 겹침부에 후통전하는 후통전 공정의 조합을 하기 식(7)을 만족시키도록 N회(단, N은 2 이상 5 이하) 반복하는 후처리 공정을 구비한 것을 특징으로 하는, 스폿 용접 방법.

단, i : 1∼N의 정수, WC : 용접 전류(kA), WTi : i회째의 통전 대기 시간(ms), PCi : i회째의 후통전 전류(kA), PTi : i회째의 후통전 시간(ms), TT : 후처리 합계 시간(ms)을 각각 나타냄.