KR101871077B1

KR101871077B1 - 저항 스폿 용접 방법 및 용접 구조물

Info

Publication number: KR101871077B1
Application number: KR1020167009523A
Authority: KR
Inventors: 마나부 후쿠모토; 히토미 니시바타; 마사노리 야스야마
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2018-06-25
Also published as: CN105531065A; KR20160054594A; MX369617B; US10406626B2; MX2016003142A; CN105531065B; JP6123904B2; US20160214202A1; WO2015037432A1; JPWO2015037432A1

Abstract

강판(1a, 1b)에 의해 구성되며 또한 하기의 (i) 식을 만족하는 적층체(10)를, 한 쌍의 전극(2a, 2b)으로 협지하고, 압압하면서, 통전하여 강판 계면(4)에 용융부(4b)를 형성함으로써 강판(1a, 1b)을 접합한다. 구체적으로는, 강판 계면(4)에 통전 포인트(4a)를 형성하고, 그 통전 포인트(4a)로부터의 수평 방향의 거리 W가 20mm 이내인 범위에 용융부(4b)가 형성되도록 스폿 용접을 행한다.
(TS1×t1＋TS2×t2)/(t1＋t2)≥440···(i)
단, TS1은 강판(1a)의 인장 강도(MPa), t1은 강판(1a)의 판두께(mm), TS2는 강판(1b)의 인장 강도(MPa), t2는 강판(1b)의 판두께(mm)를 각각 나타낸다.

Description

저항 스폿 용접 방법 및 용접 구조물{RESISTANCE SPOT WELDING METHOD AND WELDED STRUCTURE}

본 발명은, 2장의 강판을 접합하는데 적합한 저항 스폿 용접 방법 및 그 방법에 의해 얻어지는 용접 구조물에 관한 것이다.

최근, 자동차 부품 등의 용접 공정에 있어서는, 2장의 강판을 적층한 후, 이것을 한 쌍의 전극으로 협지하고, 압압하면서, 통전하여 강판 계면에 용융부(통상, 「너깃」이라고 불린다.)를 형성함으로써 강판을 접합하는 저항 스폿 용접 방법이 널리 채용되고 있다.

예를 들면, 자동차 도어 개구부에는 구조 부재로서 필러 및 루프레일이 있다. 필러(20)(예를 들면, 도 4 참조)는, 예를 들면, 2장의 강판을 겹친 적층체(21)로 구성되어 있다. 그리고, 도 4에 나타내는 바와 같이, 이 적층체(21)는, 그 플랜지(22)에 있어서 스폿 용접에 의해 소정 간격으로 용접부(23)가 형성되어, 접합된다.

상기의 적층체로서는, 2장의 강판의 재질의 선택에 따라 다양한 조합(이하, 「판조합」라고 칭한다.)이 상정된다. 저항 스폿 용접을 행할 때에는, 각각의 판조합에 대해 적절한 가압력(압압력) 및 통전량이 설정된다. 그런데, 일부의 판조합에서는, 비산으로 불리는 용손(스패터, 폭비　등이라고도 불린다.)을 일으키지 않고, 건전한 너깃을 얻을 수 있는 용접 전류(이하, 적정 전류라고 부른다.)의 범위(이하, 적정 전류 범위라고 부른다.)를 충분히 확보하는 것이 곤란한 경우가 있다. 여기서, 건전한 너깃이란, 용융부가 충분히 크고, 접합체(이음매)의 인장 시험 등에서 충분한 이음매 강도가 얻어진다고 여겨지는 너깃이다. 충분히 큰 용융부란, 예를 들면, 4√t(mm)(t는 판조합을 구성하는 2장의 강판의 최소 판두께(mm))보다 큰 직경을 가지는 용융부이다. 적정 전류 범위는, 설비 제약이나 생산 제약 등으로 결정된 조건(가압력 및 통전 시간을 조합한 조건)마다 구해지며, 적정 전류의 상한값(이하, 상한 전류라고 부른다.)과 적정 전류의 하한값(이하, 하한 전류라고 부른다.)의 차로서 구할 수 있다. 일반적으로, 적정 전류 범위가 넓을 수록, 용접 중에 외란(전류 변동 및 전극 선단의 손모 등)이 생긴 경우에도, 안정된 용접 품질을 확보할 수 있기 때문에, 바람직하다고 여겨진다.

또한, 용접 시에 비산이 생기면, 작업 환경을 악화시킴과 함께, 제품 표면으로의 그 스패터의 부착에 의해 제품 품질 저하의 원인이 되기도 한다. 또한, 비산의 발생량이 과도한 경우에는, 용융 접합부의 체적이 감소하여, 접합부에 있어서의 이음매로서의 강도를 현저하게 저하시킨다. 이러한 것으로부터, 가능한 한 비산의 발생을 억제하는 것이 바람직하다고 여겨진다.

그래서, 특허 문헌 1, 2, 3, 4에서는, 강판들의 접촉면의 친화(접촉 상태)를 개선하여, 통전 중에 충분한 접촉 면적을 확보함으로써 비산의 발생을 억제하면서 너깃 직경을 확대하는 기술이 개시되어 있다. 이러한 기술은, 상한 전류를 확대하는 것이 가능한 기술이라고 해석할 수 있다.

또, 특허 문헌 5에서는, 스폿 용접 전극과 피용접 재료의 접촉 부분의 주위를 절연체 압자에 의해 누름으로써, 코로나 본드(너깃의 주변에 생기는 고상 용접된 링형상의 부분： JIS Z 3001-6 2013 참조)의 면적을 확대하는 기술이 개시되어 있다. 특허 문헌 5에는, 코로나 본드의 면적을 확대함으로써 너깃 직경을 확대한 것과 동일한 효과를 얻어지는 것이 기재되어 있다. 이 기술은, 용접 전류를 낮게 억제함으로써, 비산의 발생을 방지하는 것이 가능한 기술이라고 해석할 수 있다.

그런데, 저항 스폿 용접에 의한 자동차 부품 등의 용접 공정에서는, 설계상 필요한 개소에 연속적으로 복수의 용접점을 배치하는 것이 일반적이다. 따라서, 어느 부위를 저항 용접할 때에 있어서, 이미 그 부위의 근방에 용접점(이하, 「기용접점」이라고도 칭한다.)이 존재하는 경우에는, 기용접점을 통전 경로로 하여 흐르는 분기 전류(이하, 「분류」라고도 한다.)가 생긴다. 이 외에, 부재의 기하학적인 형상이나 타부재와의 공간 배치의 상황에 의해, 기용접점 이외에도 통전 경로가 형성되어, 분류가 생기는 경우도 상정된다. 이와 같이, 용접 시에 용접 전류의 분류가 생기면, 용융부의 형성을 지연시켜, 건전한 너깃을 얻을 수 없게 된다. 분류는, 무효 전류 등으로 불리며, 그 영향을 제한하는 방법에 대해서 많은 검토가 이루어져 왔다.

예를 들면, 특허 문헌 6에는, 무효 전류를 산출하고, 무효 전류의 분만큼 증가시킨 전류를 용접 전류로서 설정하는 발명이 개시되어 있다. 또, 특허 문헌 7에는, 슬릿을 설치함으로써 무효 전류의 영향을 저감하고, 건전한 너깃을 얻는 방법이 개시되어 있다.

일본국 특허공개 평11-104849호 공보 일본국 특허공개 2003-236674호 공보 일본국 특허공개 2010-207909호 공보 일본국 특허공개 2010-247215호 공보 일본국 특허공개 평7-178563호 공보 일본국 특허공개 평9-99379호 공보 일본국 특허공개 2009-279597호 공보

특허 문헌 1~4에 개시된 기술에서는, 모두 용접 중의 가압력 및/또는 통전량을 용접 도중에 2단계 이상 변경하는 것이 구성 요건으로 되어 있으며, 적정 전류 범위의 설정 및 관리가 복잡해진다는 과제가 있다. 특허 문헌 5에 개시된 기술에서는, 스폿 용접 전극과는 별도로 절연체 압자가 필요해져, 용접기의 구조가 복잡해진다는 과제가 있다.

그런데, 2장의 연강판으로 이루어지는 판조합을 스폿 용접하는 경우에는, 특별한 대책을 실시하지 않아도, 강판들의 접촉 면적을 충분히 확보할 수 있다. 그 때문에, 상술한 바와 같은 비산의 발생은 생기기 어렵다. 이에 반해, 고장력 강판을 포함하는 판조합을 스폿 용접하는 경우에는, 비산이 발생할 확률이 높아진다. 이러한 현상이 일어나는 원인으로 대해서, 본 발명자들은 이하와 같이 생각했다. 즉, 고장력 강판을 포함하는 판조합에서는, 용접 중에 강판들의 접촉 계면에서 충분한 접촉 면적을 확보할 수 없는 경우가 있다. 이 경우, 강판들의 접촉 계면에 있어서 저항 발열이 과도해져, 비산이 발생하기 쉬워진다. 이러한 현상 때문에, 고장력 강판을 포함하는 판조합에서는, 비산이 발생하는 전류(상한 전류)를 하한 전류에 대해 충분히 크게 하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 즉, 충분한 적정 전류 범위를 확보하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 이 경우, 비산의 발생을 억제하면서 충분한 크기의 용융부를 형성하는 것이 곤란해진다. 이 점에 대해서 본 발명자들이 더 상세하게 검토한 결과, 2장의 강판(이하, 제1 강판 및 제2 강판이라고 칭한다.)으로 이루어지며 또한 하기의 (i) 식을 만족하는 판조합을, 한 쌍의 전극으로 협지하고 스폿 용접할 때에, 충분한 적정 전류 범위를 확보하는 것이 곤란해지는 것을 알 수 있었다.

(TS1×t1＋TS2×t2)/(t1＋t2)≥440 ···(i)

단, (i) 식에 있어서,

TS1은 제1 강판의 인장 강도(MPa)를,

t1은 제1 강판의 판두께(mm)를,

TS2는 제2 강판의 인장 강도(MPa)를,

t2는 제2 강판의 판두께(mm)를 각각 나타낸다.

특허 문헌 6 및 7에는, 무효 전류를 해소하기 위한 방법이 기재되어 있다. 그러나, 상기 (i) 식을 만족하는 판조합을 한 쌍의 전극으로 협지하고 스폿 용접을 행할 때에 있어서, 충분한 적정 전류 범위를 확보하기 위한 조건에 대해서는 기재되어 있지 않다. 또한, 특허 문헌 7의 표 1에는, SPCC와 60k 석출강을 스폿 용접한 예가 기재되고, 표 2에는, 60k 석출강들을 스폿 용접한 예가 기재되어 있다. 그러나, 상기의 표 1의 예는, 상기 식 (i)을 만족하는 판조합을 용접한 예는 아니다. 또, 상기의 표 2의 예는, 편측 스폿 용접에 의해 판조합을 용접한 예이며, 한 쌍의 전극으로 판조합을 협지하고 스폿 용접을 행한 예는 아니다.

본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이다. 즉, 본 발명은, 용접 중의 가압력 및/또는 통전량을 용접 도중에 2단계 이상 변경하는 것을 필요로 하지 않아, 용접기의 구조를 복잡하게 하지 않고, 또한 강판 용접 시의 비산의 발생을 억제하면서 충분한 크기의 용융부를 형성할 수 있는 저항 스폿 용접 방법 및 그 방법에 의해 얻어지는 용접 구조물을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 하기의 저항 스폿 용접 방법 및 용접 구조물을 요지로 하고 있다.

(1) 제1 강판 및 제2 강판에 의해 구성되며 또한 하기의 (i) 식을 만족하는 적층체를, 한 쌍의 전극으로 협지하고, 압압하면서, 통전하여 강판 계면에 용융부를 형성함으로써 강판을 접합하는 저항 스폿 용접 방법으로서,

상기 적층체를, 상기 한 쌍의 전극으로 협지하고, 압압하면서, 통전하여 강판 계면에 통전 포인트를 형성하는 예비 공정과,

그 통전 포인트로부터의 수평 방향의 거리가 20mm 이내인 범위에 용융부가 형성되도록 스폿 용접을 행하는 용접 공정을 구비하는, 저항 스폿 용접 방법.

(TS1×t1＋TS2×t2)/(t1＋t2)≥440 ···(i)

단, (i) 식에 있어서,

TS1은 제1 강판의 인장 강도(MPa)를,

t1은 제1 강판의 판두께(mm)를,

TS2는 제2 강판의 인장 강도(MPa)를,

t2는 제2 강판의 판두께(mm)를 각각 나타낸다.

또한, 통전 포인트는 충분한 분류가 얻어지는 정도로 저항이 작으면 되고, 계면이 용융 접합한 통전 포인트여도 되며, 계면이 용융하지 않는 압접 상태의 통전 포인트여도 된다. 「압접」이란, 「가압 용접(pressure welding)」을 의미하는 것이 아니라, 강판들이 서로를 누르면서 접촉하고 있는 상태를 의미한다.

(2) 상기 통전 포인트 또는 상기 용융부로부터의 수평 방향의 거리가 20mm 이내인 범위에 새로운 용융부가 형성되도록 스폿 용접을 반복해서 행하는 연속 공정을 더 구비하는, 상기 (1)의 저항 스폿 용접 방법.

(3) 상기 (1) 또는 (2) 방법에 의해 얻어진 용접 구조물.

본 발명에 의하면, 2장의 강판으로 구성되는 적층체에 저항 스폿 용접을 행할 때에, 용접 중의 가압력 및/또는 통전량을 용접 도중에 2단계 이상 변경하지 않아, 용접기의 구조를 복잡하게 하지 않고, 또한 강판 계면에 있어서의 비산의 발생을 억제하면서 충분한 크기의 용융부를 형성할 수 있다. 또, 이러한 적층체가 예를 들면 장척의 자동차 구조 부재인 경우에는, 본 발명에 의해, 용접부를 길이 방향으로 연속적으로 형성함으로써, 고강도의 구조 부재를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태에 관련된 저항 스폿 용접 방법을 설명하기 위한 도.
도 2는 본 발명의 일실시 형태에 관련된 저항 스폿 용접 방법을 설명하기 위한 도.
도 3은 참고예에 관련된 저항 스폿 용접 방법을 설명하기 위한 도.
도 4는 자동차 도어 개구부의 구조 부재를 나타내는 도.

이하, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법을 설명한다. 본 발명의 저항 스폿 용접 방법은, 제1 강판 및 제2 강판으로 이루어지며 또한 하기의 (i) 식을 만족하는 적층체를 스폿 용접할 때에 이용된다.

(TS1×t1＋TS2×t2)/(t1＋t2)≥440 ···(i)

단, (i) 식에 있어서,

TS1은 제1 강판의 인장 강도(MPa)를,

t1은 제1 강판의 판두께(mm)를,

TS2는 제2 강판의 인장 강도(MPa)를,

t2는 제2 강판의 판두께(mm)를 각각 나타낸다.

도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 저항 스폿 용접 방법을 설명하기 위한 도이며, (a)는, 예비 공정을 예시하는 개념도이며, (b)는 용접 공정을 예시하는 개념도이다. 도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 관련된 저항 스폿 용접 방법의 예비 공정에서는, 우선, 판두께 t1의 제1 강판(1a)(이하, 강판(1a)이라고 칭한다.) 및 판두께 t2의 제2 강판(1b)(이하, 강판(1b)이라고 칭한다.)으로 구성된 적층체(10)를, 용접기의 한 쌍의 전극(2a, 2b)으로 협지한다. 전극(2a, 2b)은, 서로 대향하도록 배치된다. 그리고, 전극(2a, 2b) 간에 통전(흰색 화살표 C 참조)하여 저항 스폿 용접을 행한다. 이 예비 공정에 의해, 강판(1a, 1b)의 계면(4)(이하, 강판 계면(4)으로 칭한다.)에 통전 포인트(4a)가 형성된다. 본 실시 형태에서는, 통전 포인트(4a)로서 용융부가 형성된다. 전극(2a, 2b)으로서는 각각, 예를 들면, 선단경이 6mm인 DR형 전극(DR40)을 이용할 수 있다.

다음에, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 용접 공정으로서, 통전 포인트(4a)로부터 수평 방향으로 거리 W의 위치에 용융부(4b)가 형성되도록, 전극(2a, 2b) 간에 통전(흰색 화살표 C 참조)하여, 스폿 용접을 행한다. 이 때, 전극(2a, 2b) 간에 있어서 용접 전류 C가 분류하고, 그 일부가 통전 포인트(4a)를 흐른다(흰색 화살표 C2 참조, C2=C-C1). 구체적으로는, 전극(2a, 2b) 간에는, 전극(2a)으로부터 직접적으로 전극(2b)으로 향하는 전류 C1과, 전극(2a)으로부터 통전 포인트(4a)를 지나 전극(2b)으로 향하는 전류 C2가 흐른다. 이 때, 전류 C1에 의해, 전극(2a, 2b) 간의 강판 계면(4)에 용융부(4b)가 형성되며, 강판(1a, 1b)이 접합된다.

상기와 같이 전극(2a, 2b) 간에 있어서 용접 전류 C의 일부(전류 C2)가 통전 포인트(4a)를 지남으로써, 용융부(4b) 근방의 발열을 촉진할 수 있어, 용융부(4b) 근방에 있어서 강판(1a, 1b)을 연화시킬 수 있다. 예를 들면, 강판(1a, 1b)이 고강도 강판인 경우에도, 용접 시에는, 용융부(4b) 근방에 있어서 강판(1a, 1b)의 경도를 연강과 동일한 정도의 경도로 할 수 있다. 이것에 의해, 용융부(4b) 근방에 있어서 강판 계면(4)을 연화시킬 수 있다. 바꾸어 말하면, 용융부(4b) 근방에 있어서 강판 계면(4)의 친화를 개선(접촉 면적을 확대)할 수 있다. 따라서, 충분한 크기의 용융부(4b)를 형성하면서, 강판 용접 시의 비산의 발생을 억제할 수 있다. 또, 본 실시 형태에 의하면, 전극(2a, 2b)에 의한 스폿 용접에 의해 통전 포인트(4a)를 형성할 수 있다. 따라서, 통전 포인트(4a)를 형성하기 위해 별개의 부재(예를 들면, 압자 등)를 설치하지 않아도 된다. 즉, 본 실시 형태에 관련된 저항 스폿 용접 방법에 의하면, 용접 중의 가압력 및/또는 통전량을 용접 도중에 2단계 이상 변경하지 않고, 용접기의 구조를 복잡하게 하지 않고, 또한 강판 용접 시의 비산의 발생을 억제하면서 충분한 크기의 용융부(4b)를 형성할 수 있다. 또, 용접 시의 비산의 발생이 억제되므로, 상한 전류(비산을 일으키지 않고 건전한 너깃을 얻을 수 있는 용접 전류의 최대값)를 하한 전류(상기 용접 전류의 최소값)에 대해 충분히 크게 할 수 있다. 즉, 적정 전류 범위를 충분히 확보할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 통전 포인트(4a)로부터의 수평 방향의 거리 W(통전 포인트 중심과 용융부 중심의 거리)가 20mm 이내인 범위에 용융부(4b)를 형성한다. 이와 같이 거리 W를 설정함으로써, 용융부(4b) 근방의 발열을 충분히 촉진할 수 있어, 용융부(4b) 근방에 있어서 강판(1a, 1b)을 효율적으로 연화시킬 수 있다.

용융부(4b) 근방에 있어서 강판(1a, 1b)을 보다 효율적으로 연화시키기 위해서는, 통전 포인트(4a)로부터의 수평 방향의 거리 W가 15mm 이내인 범위에 용융부(4b)를 형성하는 것이 바람직하다. 단, 거리 W를 너무나 좁게 하면, 통전 포인트(4a)를 흐르는 전류 C2가 과대해져, 용융부(4b)가 작아지므로, 수평 방향의 거리 W는, 10mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

용접 조건은, 강판(1a, 1b)의 두께 및 강도 등에 따라 적절히 조정된다. 강판(1a, 1b)이 각각 두께 1.4mm의 590MPa급의 고장력 강판인 경우에는, 예를 들면, 예비 공정에 있어서, 전극(2a, 2b)의 압압력(가압력)이 3.5kN으로 설정되고, 전극(2a, 2b) 간을 흐르는 용접 전류 C가 3.0kA~4.0kA로 설정되며, 통전 시간이 16사이클(267msec)로 설정되고, 통전 후의 유지 시간이 10사이클(167msec)로 설정된다. 또, 용접 공정에 있어서, 전극(2a, 2b)의 압압력(가압력)이 3.5kN으로 설정되고, 전극(2a, 2b) 간을 흐르는 용접 전류 C가 5.9kA~9.4kA로 설정되며, 통전 시간이 16사이클(267msec)로 설정되고, 유지 시간이 10사이클(167msec)로 설정된다.

또한, 통전 포인트(4a)의 직경은, 설계 상, 용융부(4b)에 요구되는 직경(예를 들면, 4√t. 단, t는 판조합을 구성하는 2장의 강판의 최소 판두께(mm))보다 작아도 되고, 커도 된다. 단, 통전 포인트(4a)가 너무 작아 지면, 이른바 「수축 저항： constriction resistance」의 영향이 커져, 통전 포인트(4a)에 흐르는 분류를 충분히 얻을 수 없을 우려가 있다. 그 때문에, 통전 포인트(4a)의 직경은, 1mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

저항 스폿 용접을 반복해서 행하는 경우에는, 상기 용접 공정에 이어지는 연속 공정으로서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 통전 포인트를 새롭게 형성하지 않고, 이미 형성되어 있는 용융부(4b)를 통전 포인트로서 이용하여 스폿 용접을 행할 수 있다. 구체적으로는, 용융부(4b)로부터의 수평 방향의 거리 W가 20mm 이내(바람직하게는, 10mm 이상 15mm 이내)인 범위에 새로운 용융부(4c)가 형성되도록, 전극(2a, 2b)을 배치하고, 통전한다. 이 경우, 전극(2a, 2b) 간에 있어서 용접 전류 C의 일부(전류 C2)가 용융부(4b)에 흐르므로, 용융부(4c) 근방의 발열을 촉진할 수 있어, 용융부(4c) 근방에 있어서 강판(1a, 1b)을 연화시킬 수 있다. 이것에 의해, 용융부(4c) 근방에 있어서 강판 계면(4)에 있어서의 접촉 저항을 작게 할 수 있어, 용융부(4c)에 있어서 발열이 과대해지는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 강판 용접 시의 비산의 발생을 방지할 수 있다. 연속 공정에서는, 또한, 용융부(4c)를 통전 포인트로서 이용하고, 용융부(4c)로부터의 수평 방향의 거리 W가 20mm 이내(바람직하게는, 10mm 이상 15mm 이내)인 범위에 새로운 용융부(도시하지 않음)가 형성되도록 스폿 용접을 행할 수 있다. 이상과 같이 하여, 복수의 용융부를 연속적으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 도 4의 자동차 구조 부재에서는, 먼저 형성된 용융부의 20mm 이내의 범위에서의 저항 스폿 용접을 반복함으로써 제조할 수 있다. 또한, 상기 연속 공정에 있어서, 이미 형성되어 있는 통전 포인트(4a)를 이용하여, 그 통전 포인트(4a)의 주위에 새로운 용융부를 연속해서 형성해도 된다. 또, 상기 연속 공정을 실행하지 않고, 새로운 통전 포인트(4a)를 형성하면서 저항 스폿 용접을 반복해도 된다.

상술한 실시 형태에서는, 계면이 용융 접합한 통전 포인트(4a)를 형성하는 경우에 대해서 설명했지만, 계면이 용융하지 않는 압접 상태의 통전 포인트를 형성해도 된다. 압접 상태의 통전 포인트를 형성하는 경우에도, 상술한 통전 포인트(4a)와 마찬가지로, 통전 포인트의 직경을 1mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 강판(1a)과 강판(1b)의 압접부(강판 계면 중 통전 포인트가 되는 부분)의 크기가, 직경 1mm의 원 이상의 크기인 것이 바람직하다.

＜참고예＞

이하, 본 발명의 실시 형태와는 상이하지만, 통전 포인트를 형성하여 판조합을 접합하는 저항 스폿 용접 방법의 다른 일례를 참고예로서 설명한다. 도 3은, 참고예에 관련된 저항 스폿 용접 방법을 설명하기 위한 도이다. 본 참고예에서는, 예를 들면, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 강판(1a)의 하면에 한 쌍의 돌기부(6a, 6b)를 설치하고, 돌기부(6a, 6b)를 강판(1b)의 상면에 접촉시킨 상태로, 적층체(10)를, 전극(2a, 2b)으로 협지한다. 다음에, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 예비 공정으로서 한 쌍의 전극(2a, 2b)으로 적층체(10)를 압압하면서, 용접 공정으로서 전극(2a, 2b) 간에 통전(흰색 화살표 C 참조)하여 강판 계면(4)에 용융부(4d)를 형성한다. 이와 같이 하여, 강판(1a, 1b)을 접합할 수 있다.

본 참고예에서는, 돌기부(6a, 6b)가 강판(1b)에 압접되므로, 돌기부(6a, 6b)와 강판(1b)의 접촉부에 통전 포인트(5a, 5b)가 형성된다. 이것에 의해, 전극(2a, 2b) 간에 있어서 용접 전류 C가 분류하고, 그 일부가 통전 포인트(5a, 5b)를 흐른다(흰색 화살표 C2, C3 참조). 구체적으로는, 전극(2a, 2b) 간에는, 전극(2a)으로부터 직접적으로 전극(2b)으로 향하는 전류 C1과, 전극(2a)으로부터 통전 포인트(5a)를 지나 전극(2b)으로 향하는 전류 C2와, 전극(2a)으로부터 통전 포인트(5b)를 지나 전극(2b)으로 향하는 전류 C3이 흐른다. 이와 같이 전류 C2, C3이 통전 포인트(5a, 5b)를 흐르므로, 용융부(4d) 근방의 발열을 촉진할 수 있어, 용융부(4d) 근방에 있어서 강판(1a, 1b)을 연화시킬 수 있다. 이것에 의해, 용융부(4d) 근방에 있어서 강판 계면(4)에 있어서의 접촉 저항을 작게 할 수 있어, 용융부(4d)에 있어서 발열이 과대해지는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 강판 용접 시의 비산의 발생을 억제하면서 충분한 크기의 용융부(4d)를 형성할 수 있다. 또한, 본 참고예에 있어서도 상술한 연속 공정을 실행함으로써, 돌기부(6a, 6b)가 형성되어 있지 않은 부분에 대해서 연속적으로 스폿 용접을 행할 수 있다.

본 참고예에 있어서도, 도 1, 2에서 설명한 저항 스폿 용접 방법과 마찬가지로, 통전 포인트(5a, 5b)와 용융부(4d)의 수평 방향의 거리 W(통전 포인트 중심과 용융부 중심의 거리)는, 20mm 이내로 설정된다. 이와 같이 거리 W를 설정함으로써, 용융부(4d) 근방의 발열을 충분히 촉진할 수 있어, 용융부(4d) 근방에 있어서 강판(1a, 1b)을 효율적으로 연화시킬 수 있다. 본 참고예에서는, 전극(2a, 2b)의 축심과 돌기부(6a)의 선단부(강판(1b)의 접촉부)의 수평 방향의 거리, 및 전극(2a, 2b)의 축심과 돌기부(6b)의 선단부(강판(1b)의 접촉부)의 수평 방향의 거리가 각각 20mm 이내로 설정된다. 용융부(4d)는, 통전 포인트(5a, 5b)로부터의 수평 방향의 거리 W가 10mm 이상 15mm 이내인 범위에 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 참고예에서는, 강판(1a)에 돌기부(6a, 6b)가 설치되는 경우에 대해서 설명했지만, 돌기부는 적어도 하나의 강판에 설치되어 있으면 된다. 따라서, 강판(1a)이 아니라 강판(1b)에 돌기부가 설치되어도 된다. 또, 강판(1a, 1b)에 각각 돌기부가 설치되어도 된다. 또, 돌기부의 수는 상술한 예에 한정되지 않고, 1개의 돌기부 만이 설치되어도 되고, 3개 이상의 돌기부가 설치되어도 된다.

또한, 돌기부(6a, 6b)와 강판(1b)의 압접부가, 용접 중에 압접 상태로부터 용융 접합 상태로 변화해도 되고, 이 경우에 있어서도 통전 포인트(5a, 5b)의 기능이 유지된다. 또, 돌기부(6a, 6b) 대신에, 돌기부(6a, 6b)와 동일한 크기의 스페이서를 배치하고, 상기 스페이서와 강판(1a, 1b)을 압접시킴으로써 통전 포인트를 형성해도 된다.

본 발명의 저항 스폿 용접 방법은, 2장의 고장력 강판으로 이루어지며 또한 상술한 (i) 식을 만족하는 적층체의 용접에 적합하게 이용할 수 있고, 연강판과 고장력 강판으로 구성되며 또한 상술한 (i) 식을 만족하는 적층체(예를 들면, 자동차용 강판)의 용접에도 적합하게 이용할 수 있다.

<실시예>

본 발명의 효과를 확인할 수 있도록, 다양한 구성의 적층체를 준비하고, 도 1을 이용하여 설명한 방법으로 저항 스폿 용접을 행하여, 비산을 발생시키지 않고 충분한 크기의 용융부를 형성할 수 있는 전류값의 범위(적정 전류 범위)를 측정했다. 전극(2a, 2b)으로서는 각각, 선단경이 6mm인 DR형 전극(DR40)을 이용했다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 충분한 크기의 용융부란, 너깃 직경이 4√t(mm) 이상인 용융부를 의미한다(t는, 제1 강판의 판두께 및 제2 강판의 판두께 중 최소값(mm)을 의미한다.).

본 실시예에서는, 하기의 표 1에 나타내는 바와 같이, 상기 (i) 식의 좌변의 값이 상이한 4종류의 적층체(적층체 No.1~4)를 준비했다. 그리고, 각 적층체에 있어서, 거리 W(도 1(b) 참조)를 15mm, 20mm, 25mm 및 30mm로 설정하고 저항 스폿 용접을 행하여, 적정 전류 범위를 측정했다. 또, 각 적층체에 있어서 단점 용접(예비 용접을 행하지 않는 종래의 저항 스폿 용접)을 행한 경우의 적정 전류 범위도 측정했다. 하기의 표 1에, 각 적층체의 구성, 용접 조건, 및 적정 전류 범위의 측정 결과를 나타낸다. 또한, 표 1에서는, 단점 용접에 있어서의 적정 전류 범위를 1.00으로 하고, 각 조건에서의 적정 전류 범위를 정규화하여 나타내고 있다. 본 실시예에서는, 적정 전류 범위를 단점 용접보다 20% 이상 확대할 수 있었던 경우에, 충분한 적정 전류 범위를 확보할 수 있었다고 판단했다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 각 적층체에 있어서, 통전 포인트와 용융부의 거리 W를 20mm 이내로 설정함으로써 적정 전류 범위를 단점 용접보다 20% 이상 확대할 수 있었다. 이것으로부터, 통전 포인트와 용융부의 거리가 20mm 이내로 설정되는 것을 하나의 특징으로 하는 본 발명에 의하면, 단점 용접에 비해 적정 전류 범위를 충분히 확대할 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 비산의 발생을 억제하면서 충분한 크기의 용융부를 용이하게 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 상기의 실시예에서는, 모두 통전 조건으로서 일단 통전법을 이용하고 있지만, 본 발명에 관련된 저항 스폿 용접 방법의 통전 조건은, 일단 통전법에 한정되는 것은 아니다. 또, 본 발명을 적용하는 판조합(적층체)는, 고장력 강판 만으로 이루어지는 판조합에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 의하면, 상기 (i) 식을 만족하는 임의의 판조합에 대해 적정 전류 범위를 확대하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 2장의 강판으로 구성되는 적층체에 저항 스폿 용접을 행할 때에, 용접 중의 가압력 및/또는 통전량을 용접 도중에 2단계 이상 변경하지 않고, 용접기의 구조를 복잡하게 하지 않고, 또한 적정 전류 범위를 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 이 발명은, 2장의 강판을 적층한 판조합, 특히, 자동차 구조 부재를 제조할 때의 저항 스폿 용접에 최적이다.

1a, 1b: 강판 2a, 2b: 전극
4: 강판 계면 4a, 5a, 5b: 통전 포인트
4b, 4c, 4d: 용융부 6a, 6b: 돌기부
10: 적층체 20: 필러
21: 적층체 22: 플랜지
23: 용접부 C: 용접 전류
C1, C2, C3: 전류 W: 통전 포인트와 용융부의 거리
t1, t2: 강판의 두께

Claims

제1 강판 및 제2 강판에 의해 구성되며 또한 하기의 (i) 식을 만족하는 적층체를, 한 쌍의 전극으로 협지하고, 압압하면서, 통전하여 강판 계면에 용융부를 형성함으로써 강판을 접합하는 저항 스폿 용접 방법으로서,
상기 적층체를, 상기 한 쌍의 전극으로 협지하고, 압압하면서, 통전하여 강판 계면에 통전 포인트를 형성하는 예비 공정과,
그 통전 포인트로부터의 수평 방향의 거리가 10mm 이상 20mm 이내인 범위에 용융부가 형성되도록 스폿 용접을 행하는 용접 공정을 구비하는, 저항 스폿 용접 방법.
(TS1×t1＋TS2×t2)/(t1＋t2)≥440···(i)
단, (i) 식에 있어서,
TS1은 제1 강판의 인장 강도(MPa)를,
t1은 제1 강판의 판두께(mm)를,
TS2는 제2 강판의 인장 강도(MPa)를,
t2는 제2 강판의 판두께(mm)를 각각 나타낸다.
청구항 1에 있어서,
상기 통전 포인트 또는 상기 용융부로부터의 수평 방향의 거리가 10mm 이상 20mm 이내인 범위에 새로운 용융부가 형성되도록 스폿 용접을 반복해서 행하는 연속 공정을 더 구비하는, 저항 스폿 용접 방법.
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