KR101887789B1

KR101887789B1 - 저항 스폿 용접 방법

Info

Publication number: KR101887789B1
Application number: KR1020167007798A
Authority: KR
Inventors: 히로키 후지모토; 하츠히코 오이카와; 신타로 야마나카; 다카시 이마무라
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2018-08-10
Also published as: US10406627B2; EP3085485B1; MX2016006347A; CN105636735B; EP3085485A4; KR20160045892A; CN105636735A; US20160228973A1; WO2015093568A1; RU2016124112A; RU2663659C2; JPWO2015093568A1; CA2926914A1; ES2764835T3; EP3085485A1; JP6137337B2

Abstract

고장력 강판을 포함하는 복수의 강판을 중첩하여, 인버터 직류식 스폿 용접 전원에 의해 펄세션 통전을 행하고, 전류 펄스의 통전 시간, 전류 펄스의 간격인 통전 휴지 시간 및 전류 펄스로 인가하는 용접 전류를 가변으로 제어시킴으로써, 최적의 용접 조건을 얻고, 핫 스탬프 강판의 저항 스폿 용접 시에는, 제1 펄세션 공정에서의 최대 용접 전류보다 제2 펄세션 공정에서의 최소 용접 전류가 높은 저항 스폿 용접에 의해, 인버터 직류 전원을 사용해도 표면 플래시 및 중간 플래시의 발생을 억제하여, 넓은 적정 전류 범위를 확보한다.

Description

저항 스폿 용접 방법{RESISTANCE SPOT WELDING METHOD}

본 발명은, 저항 스폿 용접 방법에 관한 것이고, 특히 인버터 직류 전원을 사용한 저항 스폿 용접 방법에 관한 것이다.

자동차 차체는 프레스 성형된 강판을, 주로 저항 스폿 용접에 의해 접합함으로써 조립된다. 차체의 조립에서 사용되는 저항 스폿 용접에서는, 판 두께에 따른 너깃 직경의 확보와 플래시의 발생 억제의 양립이 요구된다.

일반적으로는, 예를 들어, 4√t[t는 판 두께(㎜)를 나타냄] 등의 기준 너깃 직경을 얻을 수 있는 전류값을 하한(이하, 「하한 전류」 또는 「4√t 전류」라고 함)으로 하고, 플래시(스퍼터)가 발생하는 전류값을 상한(이하, 「상한 전류」 또는 「플래시 전류」라고 함)으로서 규정되는 범위(이하, 「적정 전류 범위」라고 함)가, 강판의 스폿 용접성에 관한 중요한 지표가 된다. 하한 전류, 상한 전류는 시험편에서의 이상적인 상태에 있어서 측정된 것이다.

플래시에는 중간 플래시(용접에 의해 용융된 모재 금속이 강판의 겹침면으로부터 비산하는 현상)와 표면 플래시(용접에 의해 용융된 모재 금속이 강판과 전극의 접촉면으로부터 비산하는 현상)가 있다. 모두, 비산하여 자동차의 차체에 부착함으로써 표면 품질을 저하시킨다. 또한, 용접용 로봇의 가동부에 부착함으로써, 설비의 가동 불량의 요인이 된다. 또한, 스폿 용접부 표면에 바늘 형상으로 잔존하는 표면 플래시는 자동차의 와이어 하니스 등의 손상의 원인이 되므로, 그라인더로 연삭할 필요가 있다. 이로 인해, 저항 스폿 용접에 있어서는, 중간 플래시 및 표면 플래시는 피하고, 또한 소정의 너깃 직경을 확보하는 것이 요구되고 있다.

상기의 하한 전류는, 시험편 레벨에서의 이상적인 상태에 있어서 평가된다. 그러나, 실제의 차체 조립에서는, 전극의 손모, 기존 용접점에의 분류, 프레스 부품간의 간극 등의 다양한 외란 인자에 의해, 시험편 레벨로 4√t가 얻어지는 전류값으로 실제의 차체를 용접해도, 너깃 직경이 4√t를 하회하는 경우가 있다. 그로 인해, 양산 라인에 있어서는, 시험편 레벨로 4√t가 얻어지는 전류보다도 1.0㎄ 이상, 바람직하게는 1.5㎄ 이상 높은 전류값을 현실적인 하한 전류값으로서 설정할 필요가 있다. 따라서, 양산 라인에서 플래시를 발생시키지 않고 안정적으로 4√t 이상의 너깃 직경을 얻고자 하는 경우에는, 시험편 레벨의 평가에 의해 적정 전류 범위는, 1.0㎄ 이상, 바람직하게는 1.5㎄ 이상 필요해진다. 시험편 레벨로 소정의 적정 전류 범위를 확보할 수 없으면, 외란이 많은 실제 현장에서의 스폿 용접에 있어서 4√t의 너깃 직경을 안정적으로 확보하기 위해서는 플래시가 발생하는 전류에 전류값을 설정하지 않을 수 없기 때문이다.

최근, 자동차의 조립에서는, 단상 교류식 대신에 인버터 직류 방식의 저항 스폿 용접기가 사용되는 경우가 많아지고 있다. 인버터 직류 방식은 트랜스를 작게 할 수 있으므로, 가반 중량이 작은 로봇에 탑재할 수 있는 장점이 있으므로, 특히 자동화 라인에서 많이 사용된다.

인버터 직류 방식은, 종래 사용되어 온 단상 교류 방식과 같은 전류의 온/오프가 없고, 연속적으로 전류를 부여하므로, 발열 효율이 좋다. 그로 인해, 너깃이 형성하기 어려운 박판 연강의 아연 도금재의 경우라도, 저전류로부터 너깃이 형성되어 적정 전류 범위가 단상 교류 방식보다 넓어지는 것이 보고되고 있다.

한편, 인버터 직류 전원으로 너깃이 형성되기 쉬운 고장력 강판을 용접하면, 연강판과는 반대로 플래시가 발생하는 전류가 낮다. 즉, 상한 전류가 낮아져, 적정 전류 범위가 현저하게 좁아지는 경우가 있다.

저항 스폿 용접에 있어서, 도 1에 도시하는 바와 같이 통전을 1회만 행하는 1단 통전 방식은, 자동차의 저항 스폿 용접에서는 많이 사용되고 있다. 그러나, 1단 통전 방식에서는 적정 전류 범위가 좁아지므로, 적정 전류 범위를 확장하는 통전 방식이 보고되고 있다.

특허문헌 1에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 예비 통전에 의해 강판의 접촉면끼리의 융합을 향상시킨 후에 본 통전을 행하는 2단 통전 방식을 채용함으로써, 고장력 강판의 저항 스폿 용접에 있어서의 플래시의 발생을 억제하는 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 예비 통전에 의해 강판의 접촉면끼리의 융합을 향상시킨 후에 전류를 멈추고, 그 후, 본 통전을 행하는 통전 방식을 채용함으로써, 고장력 강판의 저항 스폿 용접에 있어서의 플래시의 발생을 억제하는 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 3단계의 통전 공정을 갖는다. 즉, 너깃을 형성하는 제1 공정인 예비 통전 공정, 예비 통전 후에 전류를 강하시켜 너깃의 주위의 코로나 본드 직경의 확대를 도모하는 제2 공정, 그리고 제2 공정 후에 예비 통전 전류보다도 큰 전류를 흘리고, 너깃 직경을 확대한 제3 공정인 본 통전 공정으로 구성되어 있다. 예비 통전에 의해 강판의 접촉면끼리의 융합을 향상시킨 후에 전류를 내리고, 그 후, 일정 전류의 본 통전 또는 펄세션 형상의 본 통전을 행함으로써, 고장력 강판의 저항 스폿 용접에 있어서의 플래시의 발생을 억제하는 방법이 개시되어 있다. 또한 특허문헌 3에서는, 제3 공정을 펄세션 통전 방식으로 함으로써, 통전 직경 확대 효과가 커져, 연속 통전 방식에 비해 플래시 발생이 억제되는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 4에는, 도 6에 도시하는 바와 같이 전류의 업 다운을 반복하면서, 전류값을 올려 가는 저항 스폿 용접에 의해, 고장력 강판의 저항 스폿 용접에 있어서의 플래시 발생을 억제하는 방법이 개시되어 있다.

비특허문헌 2에는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 판 두께 1.5㎜ 이상의 강판에 있어서, 120밀리초(50㎐에서 6사이클) 이상의 통전과 40밀리초(50㎐에서 2사이클)의 휴지를 3회 이상 반복하는 저항 스폿 용접 방법이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2010-188408호 공보 일본 특허 공개 제2003-236674호 공보 일본 특허 공개 제2010-207909호 공보 일본 특허 공개 제2006-181621호 공보

LAURENZ, et al:Schweissen Schneiden, 64-10(2012), 654-661. ISO 18278-2 Resistance welding-Weldability-Part 2 Alternative procedure for the assessment of sheet steels for spot welding

최근, 자동차용 강판으로서, 차체의 경량화 및 충돌 안전성의 향상을 도모하므로, 고장력 강판의 사용이 확대되고 있다. 또한, 핫 스탬프(강판을 담금질 가능한 온도까지 가열하고 오스테나이트화한 후, 프레스 성형과 동시에 금형 내에서 냉각하고 담금질하는 방법)의 적용이 확장되고, 인장 강도가 1180 내지 2000㎫급의 초고강도 강판의 프레스 성형 부품의 대부분이, 핫 스탬프에 의해 제조되어 있다.

핫 스탬프에 사용하는 강판의 표면은, 비도금 외에, 고온으로 가열했을 때에 철 스케일의 발생을 방지하므로, 아연계 도금, 알루미늄계 도금 등의 표면 처리가 실시되는 경우가 있다. 또한, 핫 스탬프된 강판은, 대부분의 경우, 평판이 아니라 성형체이다. 본 명세서에서는, 성형체인 경우도 포함하여 고장력 강판을 핫 스탬프한 것을 「핫 스탬프 강판」이라고 한다. 또한 마찬가지로, 아연계 도금 강판, 알루미늄계 도금 강판이나 이들 강판에 또한 표면 코팅을 실시한 강판을 핫 스탬프한 것을 「표면 처리 핫 스탬프 강판」이라고 한다.

핫 스탬프 강판을 인버터 직류 전원의 저항 스폿 용접기로 용접하면, 연강판과는 반대로, 단상 교류 전원을 사용한 경우보다도 낮은 전류값으로 플래시가 발생하고, 적정 전류 범위가 좁아지는 현상이 일어나는 경우가 있다. 비특허문헌 1에는, 예를 들어, 알루미늄 도금 핫 스탬프 강판의 저항 스폿 용접에 있어서 이 현상이 일어나는 것이 보고되고 있다.

특히, 표면 처리 핫 스탬프 강판은, 인버터 직류 전원에서는 중간 플래시와 함께 표면 플래시도 생기기 쉬워 적정 전류 범위가 현저하게 좁아진다. 이로 인해 플래시를 발생하지 않고 얻어지는 너깃 직경도 작아진다.

이들 원인은 해명되어 있지 않지만, 중간 플래시의 발생에 대해서는 다음과 같이 생각된다.

스폿 용접부에서는 용융 응고된 너깃의 주위에 전극에 의해 가압된 압접부(코로나 본드부)가 존재하고, 용융 금속을 가두고 있다. 용융 금속의 내압이 코로나 본드부에 작용하는 외압을 초과하면 용융 금속을 가둘 수 없게 되어 중간 플래시가 발생한다. 일반적으로는 압접부가 좁아지면 내압에 전부 견딜 수 없게 되어 플래시가 발생하기 쉬워진다. 이로 인해 플래시의 발생을 억제하기 위해서는, 강판-강판간의 융합을 좋게 하여, 압접부를 확장함과 함께, 너깃이 서서히 성장하도록 급격한 발열을 피하는 것이 필요하다.

표면 처리 핫 스탬프 강판은, 강판 표면에 도금에 유래하는 금속(예를 들어, 아연계 도금이면 아연을 가리킨다. 알루미늄계 도금이면 알루미늄을 가리킴)을 주성분으로 하는 산화 피막이나 표면 코팅에 유래하는 산화 피막을 갖고 있다. 이로 인해, 나 강판과 비교하여, 강판 표면에서 전류가 흐르는 위치가 국소적이 되고, 전류 밀도 집중에 의해 급격하게 발열되기 쉽다. 한편, 핫 스탬프 공정에서 도금과 강과의 합금화가 진행되고, 강판 표면에 생성한 합금의 융점도 철에 가까운 고온으로 된다. 그로 인해, 가열 전의 도금 피막을 구비하는 강판과 비교하여, 강판끼리의 접촉부가 연화되기 어렵기 때문에 통전로의 확대가 억제된다. 특히, 인버터 직류 방식은 연속적인 전류의 투입에 의해 단상 교류 방식에 비해 발열 효율이 높으므로, 통전 초기의 너깃의 형성이 매우 빠르다. 이로 인해 너깃의 주위의 압접부의 성장을 따라잡지 못하고 용융 금속을 가둘 수 없게 되어 중간 플래시가 발생하는 것으로 추정된다.

또한, 표면 플래시의 발생 원인에 대해서도 마찬가지이다. 산화 피막 등의 영향으로 강과 전극의 접촉부에서의 저항이 높고 발열량이 커진다. 덧붙여, 인버터 직류 방식은 연속적인 통전이며, 단상 교류와 같은 전류 휴지 시간이 없으므로, 구리 전극에 의한 냉각 효과가 얻어지기 어렵다. 이로 인해 너깃이 판 두께 방향으로 성장하기 쉬워, 강판의 최표층 바로 아래까지 용융부가 도달하여, 표면 플래시가 발생하는 것으로 추정된다.

특허문헌 1의 방법은 고장력 강판의 저항 스폿 용접 방법이다. 표면 처리 핫 스탬프 강판에서는 초기의 제1 통전에서 플래시를 발생시키지 않고 부여할 수 있는 전류값이 낮으므로, 통전 패스를 확장하고 전류 밀도를 저하시킴으로써 플래시를 억제한다고 하는 효과는 충분하지 않다. 이로 인해, 후기의 통전으로 전류를 올리면 중간 플래시 및 표면 플래시가 발생하는 케이스가 인정되어, 적정 전류 범위를 확보하기 위해서는 불충분했다.

특허문헌 2의 방법은, 특허문헌 1과 마찬가지로, 표면 처리 핫 스탬프 강판에서는 초기의 제1 통전에서 플래시를 발생시키지 않고 부여할 수 있는 전류값이 낮다. 특허문헌 1에 비해, 상한 전류는 상승하지만, 후기에서 전류를 올리면 중간 플래시가 발생하는 케이스가 인정되고, 적정 전류 범위를 확보하기 위해서는 아직 불충분했다.

특허문헌 3의 방법은, 단상 교류 스폿 용접기의 실시예밖에 개시되어 있지 않고, 인버터 직류 스폿 용접기의 케이스에 대해서는 확인되어 있지 않다. 덧붙여, 실시예에서는 980㎫ 고장력강의 케이스에 대해서 설명되어 있지만, 플래시가 발생하기 쉬운 표면 처리 핫 스탬프재의 케이스에 대해서는 설명되어 있지 않다. 본 발명자들이, 인버터 직류 스폿 용접기를 사용해서 표면 처리 핫 스탬프 강판에서 특허문헌 3의 기술 효과를 조사한 결과, 너깃 직경이 4√t가 되는 전류로부터 플래시 발생까지의 적정 전류 범위를 1.5㎄ 이상 확보할 수 없어, 효과는 아직 불충분했다. 표면 플래시가 발생하기 쉬운 표면 처리 핫 스탬프 강판의 저항 용접에는, 즉시 적용할 수 없다. 또한, 단상 교류 전원 방식에 비해 전류 밀도가 높아지는 인버터 직류 전원에 의한 저항 용접에서는, 한층 더 하다.

특허문헌 4에 기재된 통전 방식은, 인장 강도가 980㎫급의 강재까지는 적정 전류 범위를 확장하는 효과가 있지만, 보다 고강도의 표면 처리 핫 스탬프 강판에서는 2, 3회째의 전류 업의 시점에서 중간 플래시나 표면 플래시가 발생하기 쉬워, 본 통전 패턴은 핫 스탬프재의 용접에는 적합하지 않다.

비특허문헌 2에 개시되어 있는 통전 방식에서는 통전이 가장 짧은 경우에서도 6사이클(120밀리초)이다. 표면 처리 핫 스탬프 강판에서는, 6사이클보다 짧은 통전 시간에서 중간 플래시가 발생하므로, 이 통전 방식에서는 상한 전류를 상승시킬 수 없다. 따라서, 펄세션에서의 통전 시간을 짧게 하면, 상한 전류는 상승하지만, 발열 효율 저하에 의해 하한 전류가 상승하고, 결과적으로, 적정 전류 범위를 확장할 수는 없다. 이로 인해, 이 방법도 적절하지 않다.

본 발명은, 표면 처리 핫 스탬프 강판이나 핫 스탬프 강판의 중첩 저항 스폿 용접에 인버터 직류 전원을 적용하는 것을 과제로 한다. 즉, 표면 플래시 및 중간 플래시의 발생을 억제하고, 또한 넓은 적정 전류 범위를 확보할 수 있는 인버터 직접 전원 방식 저항 스폿 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명자는 인버터 직류식 스폿 용접 전원을 사용하고, 1500㎫급의 표면 처리 핫 스탬프 강판을 사용해서 검토를 행하고 이하의 지견을 얻었다.

(a)

펄세션 통전 방식을 채용함으로써 냉각과 가열을 반복하는 효과가 있으므로, 인버터 직류 방식에 펄세션 통전 방식을 채용함으로써, 높은 발열 효율에 의한 온도 상승을 완화시킬 수 있는 것을 발견했다. 즉 펄세션 통전의 통전 시간, 휴지 시간을 제어함으로써, 용접 시의 온도 상승을 제어하고, 너깃 성장 속도를 제어할 수 있는 것을 발견했다. 이에 의해 급격한 너깃 성장을 억제할 수 있다.

(b)

동시에, 전극의 가압력과 펄세션 통전에서의 전류 제어에 의해, 코로나 본드의 성장도 제어할 수 있는 것을 발견했다. 즉, 펄세션 공정에 의해, 열팽창, 수축에 의한 진동을 접촉면에 부여할 수 있으므로, 특히 표면 처리 핫 스탬프재로 현저하지만, 고융점의 산화물층을 효과적으로 파괴하고, 전극-강판간 및 강판-강판간의 접촉 계면에 복수의 통전점(실제로 전류가 흐르는 영역)을 형성할 수 있어, 접촉 계면에서의 전류 밀도의 상승을 억제하고 급격한 너깃 성장도 억제할 수 있다. 이들 작용에 의해, 중간 플래시, 표면 플래시의 발생을 억제하면서 단시간에 융합을 향상시킬 수 있다.

(c)

너깃 성장 속도와 코로나 본드 성장 속도를 적정하게 제어함으로써, 플래시의 발생이 없고, 또한 너깃 직경을 크게 할 수 있는 것을 발견했다. 즉, 상한 전류의 저하를 억제하여, 적정 전류 범위를 확보할 수 있는 것을 발견했다.

(d)

중첩하는 강판의 판 두께, 경도(인장 강도), 형상 등의 인자에 의해, 최적의 통전 패턴은 변화된다. 인버터 직류 방식으로 용접하는 경우, 이들 다양한 조건에 적합시키는 것이 필요해진다. 이로 인해, 1펄스마다의 통전 시간, 인가 전류, 펄스 간격 등을 제어함으로써, 간편 신속하게 용접 조건을 설정할 수 있어, 양호한 저항 스폿 용접을 실시할 수 있는 것을 발견했다.

(e)

예를 들어, 상기 판 두께의 표면 처리 핫 스탬프 강판을 스폿 용접하는 경우에는 이하와 같이 2단계 펄세션 통전을 실시하면 되는 것을 발견했다. 즉, 강판의 접촉면끼리의 융합을 향상시켜 통전 패스를 확대시키는 것을 목적으로 하여, 통전 및 휴지를 반복하는 제1 펄세션 공정을 실시한 후에, 너깃 직경을 확대시키는 것을 목적으로 하여, 제1 펄세션 공정보다 높은 전류로 통전과 휴지를 반복하는 제2 펄세션 공정을 실시하면, 중간 플래시 및 표면 플래시의 발생을 억제하면서, 적정 전류 범위가 넓고 안정된 저항 스폿 용접을 실시할 수 있다.

이것은, 제1 펄세션 공정에서, 코로나 본드를 성장시키는 동시에 너깃을 형성할 수 있는 것으로 생각된다. 그리고, 제2 펄세션 공정에서 본 통전을 행하고, 너깃을 크게 성장시켜, 소정의 너깃 직경을 얻을 수 있다고 생각된다.

본 발명은, 상기의 지견을 기초로 하여 이루어진 것이며, 다음의 저항 스폿 용접 방법을 요지로 한다.

(1)

고장력 강판을 포함하는 복수의 강판을 중첩하여 용접하는 저항 스폿 용접 방법이며, 통전 방식이 인버터 직류 용접 전원을 사용한 펄세션 통전이며, 펄세션 통전을 구성하는 복수의 전류 펄스에 있어서, 각각의 전류 펄스의 통전 시간, 전류 펄스의 간격인 통전 휴지 시간 및 전류 펄스로 인가하는 용접 전류를 가변으로 제어하는 것을 특징으로 하는 저항 스폿 용접 방법.

(2)

연속되는 복수의 전류 펄스에 있어서, 상기 통전 시간 및 상기 통전 휴지 시간과 상기 용접 전류의 관계를 균일하게 나타낼 수 있는 전류 펄스의 군인 펄세션 공정을 하나 이상 갖는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

(3)

복수의 상기 펄세션 공정을 갖고, 최초의 펄세션 공정인 제1 펄세션 공정과 그에 이어지는 제2 펄세션 공정에 있어서,

상기 제1 펄세션 공정에서의 최대 용접 전류보다 상기 제2 펄세션 공정에서의 최소 용접 전류가 높은 것을 특징으로 하는 (2)에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

(4)

상기 제1 펄세션 공정에 있어서 2 이상의 전류 펄스를 갖고, 전류 펄스의 통전 시간이 각각 5 내지 60밀리초, 통전 휴지 시간이 각각 5 내지 60밀리초이며, 상기 제2 펄세션 공정에 있어서, 3 이상의 전류 펄스를 갖고, 전류 펄스의 통전 시간이 각각 5 내지 60밀리초, 통전 휴지 시간이 각각 5 내지 60밀리초이며, 상기 제1 펄세션 공정과 상기 제2 펄세션 공정 사이의 통전 휴지 시간이 5 내지 120밀리초인 것을 특징으로 하는 (3)에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

(5)

상기 제1 펄세션 공정에서의 용접 전류가 5.0 이상 14.0㎄ 이하이고, 상기 제2 펄세션 공정에서의 용접 전류가 5.0㎄보다 크고 16.0㎄ 이하인 것을 특징으로 하는 (3) 또는 (4)에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

(6)

상기 제1 펄세션 공정에서의 최대 용접 전류보다 상기 제2 펄세션 공정에서의 최소 용접 전류가 0.5㎄ 이상 높은 것을 특징으로 하는 (3) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

(7)

상기 제1 펄세션 공정에서의 용접 전류가 일정한 값이며, 또한, 상기 제2 펄세션 공정에서의 용접 전류가 일정한 값인 것을 특징으로 하는 (3) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

(8)

상기 고장력 강판의 표면이 아연계 피막 또는 알루미늄계 피막으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

(9)

상기 고장력 강판이, 핫 스탬프 가공된 강판인 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

본 발명에 따르면, 고장력 강판의 중첩 저항 스폿 용접에 있어서, 인버터 직류 전원을 사용한 경우에서도, 표면 플래시 및 중간 플래시의 발생을 억제하면서 너깃 직경을 확대해서 저항 스폿 용접을 행할 수 있다. 따라서, 본 발명에 관한 저항 스폿 용접 방법을 사용하면, 플래시가 매우 발생하기 쉬운 표면 처리 핫 스탬프 강판 등을 포함하는 강판이어도, 효율적으로 안정적으로 저항 스폿 용접을 행하는 것이 가능해진다.

도 1은 통전을 1회만 행하는 1단 통전 방식을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 2는 특허문헌 1에 있어서의 통전 방식을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 3은 특허문헌 2에 있어서의 통전 방식을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 4는 특허문헌 3에 있어서의 통전 방식을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 5는 특허문헌 3에 있어서의 통전 방식을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 6은 특허문헌 4에 있어서의 통전 방식을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 7은 비특허문헌 2에 있어서의 통전 방식을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 8a는 펄세션 통전에 있어서의 전류 펄스의 설명도이다.
도 8b는 본 발명에 있어서의 통전 시간과 전류와의 관계를 모식적으로 도시하는 설명도이며 전류 펄스가 임의로 변화되는 경우를 나타낸다.
도 8c는 본 발명에 있어서의 통전 시간과 전류와의 관계를 모식적으로 도시하는 설명도이며 전류 펄스가 시간의 1차 함수에 따라서 변화되는 경우를 나타낸다.
도 8d는 본 발명에 있어서의 통전 시간과 전류와의 관계를 모식적으로 도시하는 설명도이며 전류 펄스가 2차 함수에 따라서 변화되는 경우를 나타낸다.
도 8e는 본 발명의 일 형태에 있어서의 통전 시간과 전류와의 관계를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 9는 본 발명의 제1 펄세션 공정에서의 통전 방식을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 10은 본 발명의 제2 펄세션 공정에서의 통전 방식을 모식적으로 도시하는 설명도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태를, 자동차 차체의 조립으로 널리 사용되는 저항 스폿 용접을 예로 들어 설명한다.

본 발명이 대상으로 하는 판 구조는, 적어도 1매가 590㎫급 이상의 고장력 강판을 포함하는, 2매 이상의 강판을 중첩한 것이다. 통상의 자동차 차체의 조립에서는, 2매 또는 3매의 강판을 중첩한 것에 반해 저항 스폿 용접이 행해진다.

고장력 강판의 종류에 대해서는, 특별히 제한은 없고, 예를 들어, 석출 강화 강판, DP 강판, TRIP(가공 유기 변태) 강판, 핫 스탬프 강판 등의, 인장 강도가 590㎫ 이상의 고장력 강판에 적용 가능하다. 본 발명에 관한 저항 스폿 용접 방법은, 인장 강도가 980㎫ 이상의 고장력 강판을 포함하는 판 구조에 대해 실시함으로써 보다 효과를 발휘한다. 본 발명의 작용 효과를 보다 한층 얻기 위해서는, 인장 강도가 1200㎫ 이상의 고장력 강판을 포함하는 판 구조에 적용하는 것이 바람직하고, 인장 강도가 1500㎫ 이상의 고장력 강판을 포함하는 판 구조에 적용하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 고장력 강판은, 냉연 강판이어도 되고, 또는 열연 강판이어도 된다. 또한, 도금의 유무는 불문이며, 도금 강판이어도 되고, 도금을 하고 있지 않은 강판이어도 된다. 또한, 도금 강판의 경우 도금의 종류에도 특별히 제한은 없다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 다양한 고장력 강판으로 효과가 얻어지지만, 본 발명의 효과가 특히 발휘되는 것은, 적정 전류 범위가 좁은 표면 처리 핫 스탬프 강판이다. 표면 처리 핫 스탬프 강판은, 그 표면에는, 아연계(순Zn, Zn-Fe, Zn-Ni, Zn-Al, Zn-Mg, Zn-Mg-Al 등) 또는 알루미늄계(Al-Si 등)의 도금 피막과 기재의 강과의 합금화 반응에 의해, 금속간 화합물 및 철기의 고용체가 형성되어 있다. 또한 이들 표면에는, 아연 또는 알루미늄을 주성분으로 하는 산화물층이 형성되어 있다. 또한, 철 및 알루미늄의 금속간 화합물을 주성분으로 하는 피막의 표면에, 내식성을 더 향상시키기 위해 산화아연을 주성분으로 한 피막이 형성되는 경우도 있다. 상술한 바와 같이, 표면 처리 핫 스탬프 강판은, 이와 같은 산화물을 포함하는 표면 상태이기 때문에 중간 플래시 및 표면 플래시가 발생하기 쉽다고 생각되고, 인버터 직류 전원을 사용한 1단 통전 방식의 경우, 적정 전류 범위가 1㎄ 미만이 되는 경우도 많다.

고장력 강판의 판 두께에 대해, 특별히 제한은 없다. 일반적으로, 자동차용 부품 또는 차체에서 사용되는 강판의 판 두께는 0.6 내지 3.2㎜이며, 본 발명에 관한 저항 스폿 용접은, 이 범위에서 충분한 효과를 갖는다.

본 발명에서 사용하는 용접기는, 인버터 직류 방식의 저항 스폿 용접기이다. 저항 스폿 용접기에는, 단상 교류 방식 및 인버터 직류 방식이 있다. 핫 스탬프 강판 등의 고장력 강판을 포함하는 판 구조의 용접을 행하는 경우, 단상 교류 방식에서는, 인버터 직류 방식과 비교해서 높은 전류값이어도 플래시가 발생하기 어렵다. 한편, 인버터 직류 방식에서는, 높은 발열 효율을 발휘하지만, 낮은 전류값으로 중간 플래시 및 표면 플래시가 발생하기 쉬워진다. 그로 인해, 인버터 직류 방식에서는 적정 전류 범위가 좁아져, 실제의 현장에서 핫 스탬프 강판 등의 고장력 강판을 포함하는 판 구조의 용접을 행하는 경우의 적용성이 떨어진다. 본 발명에 관한 저항 스폿 용접 방법은 인버터 직류식 스폿 용접이 갖는 과제를 해결하는 것을 전제로 하고 있다.

저항 스폿 용접에서의 가압 기구는, 서보 모터에 의한 가압이어도 에어에 의한 가압이어도 어느 쪽이어도 된다. 또한, 총의 형상은 정치식, C형, X형의 어느 것을 사용해도 된다. 용접 시의 가압력에 대해서는 특별히 제한은 없다. 저항 스폿 용접 중, 일정한 가압력이어도 되고, 각 공정에서 가압력을 변화시켜도 된다. 가압력은 200 내지 600kgf로 하는 것이 바람직하다.

저항 스폿 용접의 전극에 대해서도, 특별히 제한은 없지만, 선단 직경 6 내지 8㎜의 DR형 전극을 들 수 있다. 가장 대표적인 예로서, 선단 직경 6㎜, 선단 R40㎜의 DR형 전극이 있다. 전극 재질로서는, 크롬 구리 또는 알루미나 분산 구리 전극 중 어느 쪽이어도 되지만, 용착 및 표면 플래시를 방지하는 관점에서는 알루미나 분산 구리의 쪽이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 통전 방식은 펄세션 통전 방식을 채용한다. 펄세션 통전이란, 저항 스폿 용접에 있어서, 일정 개소에 가압하면서 펄스 형상의 일정 전류를 인가하는 것이며, 1개 이상의 전류 펄스로 구성되어 있다. 본 발명에서는 인버터 직류 전원을 사용하므로, 전류 펄스(이하, 간단히 「펄스」라고도 함)는 직사각형 또는 사다리꼴의 펄스파형이 된다.

도 8a에 전형적인 펄스파형인 직사각형의 펄스를 나타낸다. 횡축이 시간, 종축이 인가하는 용접 전류를 나타낸다. 직사각형의 높이에 상당하는 Ia가 인가하는 용접 전류이다. 직사각형의 폭에 상당하는 ta가 펄스의 통전 시간, 인접하는 펄스와의 간격 ti가 펄스의 통전 휴지 시간, 소위 인터벌이다. 본 발명에 있어서의 용접 방법에서는, 펄스마다 통전 시간, 통전 휴지 시간, 용접 전류를 가변으로 제어할 수 있다. 이들을 제어함으로써, 용접 조건에 적합한 통전 패턴을 실현할 수 있다. 도 8b는 용접 전류가 임의 곡선을 그린 경우의 펄스 변화의 일례이다.

또한, 펄스의 형상은 직사각형으로 제한하지 않는다. 상승 부분이나 하강 부분이 시간에 대해 경사져도 된다. 즉, 사다리꼴이어도 되고, 극단적으로는 삼각형이어도 된다.

본 발명에 있어서 펄세션 공정이란, 연속되는 복수의 전류 펄스에 있어서, 통전 시간 및 통전 휴지 시간과 상기 용접 전류의 관계를 균일하게 나타낼 수 있는 전류 펄스의 군을 말한다. 예를 들어, 복수의 연속되는 펄스가, 통전 시간 ta 및 휴지 시간 ti가 일정하고, 펄스의 용접 전류가 시간의 함수로 되어 있는 경우, 그 함수로 나타낼 수 있는 전류 펄스군이 하나의 펄세션 공정이 된다. 도 8c에 통전 시간 ta 및 휴지 시간 ti가 일정하고, 펄스의 용접 전류가 시간의 1차 함수로 되어 있는 펄세션 공정의 예를 나타낸다. 도 8d에 통전 시간 ta 및 휴지 시간 ti가 일정하고, 펄스의 용접 전류가 시간의 2차 함수로 되어 있는 펄세션 공정의 예를 나타낸다. 즉, 펄스간의 관계가 균일하게 표현할 수 있으면 1군의 펄스로서 펄세션 공정이라고 칭할 수 있다.

도 8e는 본 발명자들이 발견한, 일반적인 핫 스탬프 강판이나 표면 처리 핫 스탬프 강판을 저항 스폿 용접하는 경우에 적합한 통전 패턴을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 이 저항 스폿 용접 방법은, 복수의 펄세션 공정을 갖지만, 최초의 공정인 제1 펄세션 공정과, 그에 이어지는 제2 펄세션 공정을 구비하고 있고, 제1 펄세션 공정에서의 최대 용접 전류보다 제2 펄세션 공정에서의 최소 용접 전류가 높다. 또한, 「제1 펄세션 공정에서의 최대 용접 전류」란, 제1 펄세션 공정에서의 각 펄스의 용접 전류의 최대값을 의미한다. 마찬가지로, 「제2 펄세션 공정에서의 최소 용접 전류」란, 제2 펄세션 공정에서의 각 펄스의 용접 전류의 최소값을 의미한다. 이하, 각 공정을 상세하게 설명한다.

펄세션 공정에 있어서는, 재료의 종류, 판 두께, 판 구조에 의해, 통전 시간, 휴지 시간 및 펄스 횟수를 조정한다. 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에서는, 우선 제1 펄세션 공정에 의해, 전극의 냉각 효과를 작동시키면서, 단시간에 강판의 접촉면끼리의 융합을 향상시켜, 압접부를 확장시킬 수 있다.

덧붙여, 최표층이, 산화아연 등 전기 저항이 높은 피막으로 덮인 아연 도금이나 알루미늄 도금의 표면 처리 핫 스탬프 강판의 경우, 인버터 직류 전원으로 연속 통전하면, 국소적으로 강판 표면의 산화물층이 파괴되고, 산화물층이 파괴된 부분의 전류 밀도가 현저하게 상승함으로써 급격한 용융이 일어나 플래시가 발생하기 쉬워진다. 통전과 휴지가 반복되는 제1 펄세션 공정에 의해, 열팽창, 수축에 의한 진동을 접촉면에 부여할 수 있으므로, 고융점의 산화물층을 효과적으로 파괴할 수 있다. 이에 의해 전극-강판간 및 강판-강판간의 접촉 계면에 복수의 통전점(실제로 전류가 흐르는 영역)을 형성할 수 있고, 접촉 계면에서의 전류 밀도의 상승을 억제하여 급격한 너깃 성장을 억제할 수 있다. 이들 작용에 의해, 중간 플래시, 표면 플래시의 발생을 억제하면서 단시간에 융합을 향상시킬 수 있다.

제1 펄세션 공정에서의 1펄스당의 통전 시간은, 각각 5 내지 60밀리초인 것이 바람직하다. 통전 시간이 5밀리초 미만에서는, 가열 시간이 짧아 발열이 충분하지 않고, 60밀리초를 초과하면, 가열 시간이 지나치게 길어, 표면 플래시 및 중간 플래시의 발생률이 높아질 우려가 있다. 통전 시간은 15밀리초 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 통전 시간은 45밀리초 이하인 것이 보다 바람직하고, 25밀리초 이하인 것이 더욱 바람직하다.

제1 펄세션 공정에서의 용접 전류는, 5.0 내지 14.0㎄인 것이 바람직하다. 통상, 펄세션에서의 통전 시간이 증가하면, 상한 전류가 저하된다. 용접 전류는 통전 시간과의 균형으로부터, 5.0 내지 14.0㎄의 범위 내에 있어서, 제1 펄세션 공정에서 플래시가 발생하지 않도록 적절히 조정하는 것이 바람직하다. 용접 전류는, 제1 펄세션 공정에서의 상한 전류를 I₁(㎄)로 했을 때, I₁-3.0 내지 I₁-0.2㎄의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 스폿 용접기의 전류 제어 장치의 설정을 간편하게 하므로, 제1 펄세션 공정에서의 용접 전류를 일정한 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

제1 펄세션 공정에서의 통전 휴지 시간(이하 「휴지 시간」이라고도 함)은, 각각 5 내지 60밀리초인 것이 바람직하다. 휴지 시간이 5밀리초 미만에서는, 휴지가 짧아 냉각이 불충분하며 중간 플래시 및 표면 플래시가 발생할 우려가 있다. 한편, 휴지 시간이 60밀리초를 초과하면, 냉각 효과가 지나치게 커져, 후술하는 제2 펄세션 공정에서의 너깃 형성이 불충분하게 될 우려가 있다. 휴지 시간은 15밀리초 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 휴지 시간은 45밀리초 이하인 것이 보다 바람직하고, 25밀리초 이하인 것이 더욱 바람직하다.

제1 펄세션 공정에서의 전류 파형은, 통전 시간 및 휴지 시간이 일정한 구형 파형인 것이 바람직하지만, 업 슬로프(상승 부분이 시간에 대해 증가 경사져 있음) 또는 다운 슬로프(하강 부분이 시간에 대해 감소 경사져 있음)를 포함한 파형이어도 된다. 본 발명의 제1 펄세션 공정에서의 통전 방식을 도 9에 도시한다. 도 9의 (a)는 구형 파형, 도 9의 (b)는 업 슬로프 파형, 도 9의 (c)는 업 슬로프 후의 직사각형을 포함한 파형이다. 또한, 도 9의 (d)는 구형 파형 후의 다운 슬로프 파형, 도 9의 (e)는 업 슬로프와 다운 슬로프와의 양쪽을 포함한 파형, 도 9의 (f)는 1번째의 통전만 업 슬로프가 된 파형이다.

제1 펄세션 공정에서의, 펄스 횟수는 적어도 2회 이상으로 하는 것이 바람직하다. 표면 처리 핫 스탬프 강판의 경우, 2회 이상의 펄세션을 행하지 않으면 플래시를 억제하는 효과를 얻지 못하는 경우가 있기 때문이다. 펄스 횟수는 3회 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 일반적으로는 총 판 두께가 클수록, 펄스 횟수를 증가시키면 되지만, 펄스 횟수는 50회 이하로 하는 것이 바람직하다.

산화아연으로 표면이 덮인 표면 처리 핫 스탬프 강판에 본 발명을 적용하는 경우, 제1 펄세션 공정으로서는, 예를 들어, 8.3 내지 20밀리초(50㎐ 또는 60㎐에서 0.5 내지 1사이클)에서 5.5 내지 12㎄의 통전과 휴지를 3 내지 25회 반복하는 것이 바람직하다.

본 발명의 저항 스폿 용접 방법은, 제1 펄세션 공정 후에 제2 펄세션 공정을 구비한다. 제1 펄세션 공정을 실시함으로써 통전 패스(코로나 본드)를 확대시키고, 그 후에, 제2 펄세션 공정을 실시함으로써 너깃 직경을 확대시킬 수 있다.

제2 펄세션 공정은, 전류를 펄세션 형상(펄스 형상)으로 함으로써, 강판의 발열을 완만하게 촉진할 수 있다. 덧붙여 열팽창, 수축에 의한 진동을 접촉면에 부여할 수 있으므로, 고융점의 산화물층을 효과적으로 파괴할 수 있다. 이에 의해 전극-강판간 및 강판-강판간의 접촉 계면에 복수의 통전점(실제로 전류가 흐르는 영역)을 형성할 수 있어, 접촉 계면에서의 전류 밀도의 상승을 억제하여 급격한 너깃 성장을 억제할 수 있다. 이들 작용에 의해 높은 전류값까지 중간 플래시, 표면 플래시를 발생시키지 않고, 적정 전류 범위(플래시를 발생시키지 않고, 또한 4√t 이상의 너깃이 얻어지는 제2 통전의 전류 범위)를 1.5㎄ 이상으로 확대시킬 수 있다.

제2 펄세션 공정에 있어서, 너깃 직경을 충분히 크게 하기 위해서는, 제1 펄세션 공정에서의 최대 용접 전류보다도 제2 펄세션 공정에서의 최소 용접 전류를 높게 하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 실제의 양산 라인에서는 다양한 외란 인자에 의해 시험편 레벨로 평가된 하한 전류 이상의 전류값으로 제2 펄세션을 실시해도 원하는 너깃 직경이 얻어지지 않는 경우가 생긴다. 그러나, 제2 펄세션 공정에서의 최소 용접 전류를, 제1 펄세션 공정에서의 최대 용접 전류보다도 높게 설정함으로써, 보다 안정적으로 너깃 직경을 확대할 수 있게 된다. 제2 펄세션 공정에서의 최소 용접 전류는, 제1 펄세션 공정에서의 최대 용접 전류보다도 0.5㎄ 이상 높게 하는 것이 바람직하다.

제2 펄세션 공정에서의 1펄스당의 통전 시간은, 각각 5 내지 60밀리초인 것이 바람직하다. 통전 시간이 5밀리초 미만에서는, 가열 시간이 짧아 발열이 충분하지 않고, 60밀리초를 초과하면, 가열 시간이 지나치게 길어, 표면 플래시 및 중간 플래시의 발생률이 높아질 우려가 있다. 통전 시간은 15밀리초 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 통전 시간은 45밀리초 이하인 것이 보다 바람직하고, 25밀리초 이하인 것이 더욱 바람직하다.

제2 펄세션 공정에서의 용접 전류는, 5.0 내지 16.0㎄인 것이 바람직하다. 통상, 펄세션에서의 통전 시간이 증가하면, 상한 전류가 저하된다. 용접 전류는 통전 시간과의 균형으로부터, 5.0 내지 16.0㎄의 범위 내에서 플래시가 발생하지 않도록 적절히 조정하는 것이 바람직하다. 용접 전류는, 제2 펄세션 공정에서의 상한 전류를 I₂(㎄)로 했을 때, I₂-0.2㎄ 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 스폿 용접기의 전류 제어 장치의 설정을 간편하게 하므로, 제2 펄세션 공정에서의 용접 전류를 일정한 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

제2 펄세션 공정에서의 통전 휴지 시간은 마지막을 제외하고, 각각 5 내지 60밀리초인 것이 바람직하다. 휴지 시간이 5밀리초 미만에서는, 휴지가 짧아 냉각이 불충분하며 중간 플래시 및 표면 플래시가 발생할 우려가 있다. 한편, 휴지 시간이 60밀리초를 초과하면, 냉각 효과가 지나치게 커져, 너깃 직경을 확대하는 것이 곤란하게 될 우려가 있다. 휴지 시간은 45밀리초 이하인 것이 보다 바람직하고, 25밀리초 이하인 것이 더욱 바람직하다.

제1 펄세션 공정과 제2 펄세션 공정 사이에서의 통전 휴지 시간은, 5 내지 120밀리초인 것이 바람직하다. 이 휴지 시간이 5밀리초 미만에서는, 제2 펄세션 공정 시에 과대한 발열이 일어나고, 낮은 전류값에서도 플래시가 발생하게 된다. 한편, 이 휴지 시간이 120밀리초를 초과하면, 너깃이 냉각되고, 제2 펄세션 공정에 있어서, 목표의 너깃 직경을 얻기 위한 하한 전류가 상승하고, 결과적으로 적정 전류 범위가 좁아지기 때문이다. 이 공정간의 휴지 시간은 10밀리초 이상인 것이 바람직하고, 15밀리초 이상이면 보다 바람직하다. 또한, 이 공정간의 휴지 시간은 60밀리초 이하인 것이 바람직하고, 50밀리초 이하이면 보다 바람직하다.

또한, 제2 펄세션 공정에 이어지는 펄세션 공정이 있는 경우, 제2와 제3 펄세션 공정간의 휴지 시간에 대해서는, 특별히 규정은 설정하지 않는다.

제2 펄세션 공정에서의, 펄스 횟수는 적어도 3회 이상으로 하는 것이 바람직하다. 3회 이하에서는 너깃 직경의 확대 효과가 충분히는 얻어지지 않는 경우가 있기 때문이다. 보다 바람직하게는, 6회 이상이다. 일반적으로는 총 판 두께가 클수록, 펄스 횟수를 증가시키면 되지만, 50회를 초과해서 펄세션을 행해도 효과가 포화되는 경향이 있으므로, 펄스 횟수는 50회 이하로 하는 것이 바람직하다.

핫 스탬프 강판 등의 고강도재를 대상으로 하는 경우, 냉각 과정을 제어함으로써 너깃의 인성을 향상시키는 것을 목적으로 하여, 제2 펄세션 공정 후에, 또한 1회의 연속 통전 또는 펄세션 통전을 행해도 된다. 제2 펄세션 공정 후에 새로운 통전을 행함으로써, 너깃 내의 인의 응고 편석을 완화시키거나, 너깃을 템퍼링 마르텐사이트 조직으로 하거나 함으로써 너깃의 인성을 향상시켜, 스폿 용접 조인트 강도를 향상시킬 수 있는 장점이 얻어진다.

본 발명의 제2 펄세션 공정에서의 통전 방식을 도 10에 도시한다. 도 10의 (a)는 제2 펄세션으로 업 슬로프를 사용한 것이며, 도 10의 (b)는 업 슬로프 후의 구형 파형을 사용한 것이다. 또한, 도 10의 (c)는 구형 파형 후의 다운 슬로프, 도 10의 (d)는 업 슬로프와 다운 슬로프를 포함한 파형이다. 또한, 도 10의 (e)는 제2 펄세션의 최초만, 업 슬로프를 행한 파형이다. 도 10의 (f)는 제2 펄세션 통전 후에 또한 펄세션 통전을 행하는 패턴을 도시한 도면이다.

본 발명에 관한 저항 스폿 용접 방법은, 상기의 제1 펄세션 공정 및 제2 펄세션 공정이 끝난 후, 전류를 흐르게 하지 않고 전극으로 강판을 가압하는 보유 지지 공정을 더 구비해도 된다. 보유 지지 공정을 마련함으로써 너깃 내의 응고 균열을 저감할 수 있다. 보유 지지 공정을 마련하는 경우의 유지 시간에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 유지 시간이 지나치게 길면 택트 타임의 증가에 연결되므로, 300밀리초 이하로 하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

선단 직경 6㎜, 선단 R40㎜의 DR형 전극(알루미나 분산 구리)을 구비한, 에어 가압식 인버터 직류 스폿 용접기를 사용하고, 판 두께 1.0㎜의 1500㎫급의 노 가열한 ZnO 피막 처리 Al 도금 핫 스탬프 강판 2매를 중첩하여, 저항 스폿 용접을 실시했다. 저항 스폿 용접을 실시하는 시험편의 형상은, 폭 30㎜, 길이 100㎜의 직사각형으로 했다. 또한, 본 실시예에서 사용한, ZnO 피막 처리 Al 도금 핫 스탬프 강판은 하기의 방법으로 제작했다.

판 두께 1.0㎜의 냉연 강판을 사용해서, 센지미어법에 의해 Al 도금했다. 이때 어닐링 온도는 약 800℃, Al 도금욕은 Si:9％를 함유하고, 그 외에 강대로부터 용출되는 Fe를 함유하고 있었다. 도금 부착량을 가스 와이핑법에 의해 편면 40g/㎡로 조정했다. Al 도금층의 표면 조도를 조정하기 위해 도금 후의 냉각 시에 물을 스프레이 형상으로 분무했다. Al 도금 강판을 냉각 후, 처리액을 롤 코터로 도포하고, 약 80℃에서 시징했다. 처리액은 시아이 가세이(주)사제 nanotek slurry의 ZnO를 베이스로 하고, 바인더로서 수용성 우레탄 수지를 고형분 중 최대 30％, 착색을 위해 카본 블랙을 고형분 중 최대 10％ 첨가했다. 부착량은 Zn량으로서 측정하고, 0.8g/㎡로 했다. 이와 같이 하여 제조한 강판을, 900℃에서 5분간 노 가열(대기 분위기 가열)한 후, 수냉 금형으로 담금질하고, 공시재로 했다. 용접 방법을 표 1에 나타낸다. 또한, 가압력은 제1 펄세션 공정 및 제2 펄세션 공정에서 일정값(350kgf)으로 했다.

표 1에 나타내는 전류값에 있어서 제1 펄세션 공정을 실시한 후, 제2 펄세션 공정에서의 전류값을 변화시키고, 너깃 직경 및 플래시 발생 상황의 조사를 행했다. 제1 펄세션 공정 및 제2 펄세션 공정에서의 용접 전류는 각각 일정한 값으로 했다. 각 시험 번호에 있어서의 제2 펄세션 공정의 적정 전류 범위를 표 2에 나타낸다.

표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명예는 ZnO 피막 처리 Al 도금 핫 스탬프 강판의 2매 겹침으로도, 제2 펄세션 공정에서의 상한 전류를 상승시킬 수 있으므로, 펄세션 공정을 갖지 않는 1단 통전의 비교예보다도 폭넓게, 1.5㎄를 초과하는 넓은 적정 전류 범위를 시험편 레벨로 얻을 수 있다.

이에 의해, 4√t 전류 +1.5㎄ 이상, 플래시 발생 전류 이하의 값에 제2 펄세션 공정의 전류값을 설정함으로써, 실제 부품의 용접에서도 플래시를 발생시키지 않고, 또한, 분류, 전극 손모에 의한 외란이 있어도 너깃 직경이 4√t 이상이 되는 스폿 용접부를 안정적으로 확보할 수 있다. 한편, 비교예에서는 4√t 전류 +1.5㎄의 전류로 설정하면 플래시가 발생한다.

<실시예 2>

선단 직경 6㎜, 선단 R40㎜의 DR형 전극(알루미나 분산 구리)을 구비한, 에어 가압식 인버터 직류 스폿 용접기를 사용하고, 판 두께 0.7㎜의 270㎫급 GA 도금 강판과, 판 두께 1.0㎜의 1500㎫급의 노 가열한 ZnO 피막 처리 Al 도금 핫 스탬프 강판과 판 두께 1.2㎜의 440㎫급 비도금 강판을 중첩하여, 저항 스폿 용접을 실시했다. 저항 스폿 용접을 실시하는 시험편의 형상은, 폭 30㎜, 길이 100㎜의 직사각형으로 했다. 또한, ZnO 피막 처리 Al 도금 핫 스탬프 강판은 실시예 1과 동일한 방법으로 제작했다. 용접 방법을 표 2에 나타낸다. 또한, 가압력은 제1 펄세션 공정 및 제2 펄세션 공정에서 일정값(350kgf)으로 했다.

실시예 1과 마찬가지로, 표 1에 나타내는 전류값에 있어서 제1 펄세션 공정을 실시한 후, 제2 펄세션 공정에서의 전류값을 변화시켜, 너깃 직경 및 플래시 발생 상황의 조사를 행했다. 제1 펄세션 공정 및 제2 펄세션 공정에서의 용접 전류는 각각 일정한 값으로 했다. 각 시험 번호에 있어서의 제2 펄세션 공정의 적정 전류 범위를 표 3에 나타낸다.

표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명예는, 제2 펄세션 공정에서의 상한 전류를 상승시킬 수 있으므로, 펄세션 공정을 갖지 않고, 1단 통전을 행한 비교예보다도, 폭넓은 적정 전류 범위를 얻을 수 있다.

본 발명은, 자동차의 루프 레일, B 필러, 사이드실 등 도어 개구부 주위의 3매 겹침의 저항 스폿 용접을 상정한 판 구조라도 2.0㎄를 초과하는 폭넓은 적정 전류 범위를 시험편 레벨로 얻을 수 있다. 이에 의해, 본 발명에서는 4√t 전류 +1.5㎄ 이상, 플래시 발생 전류 이하의 값으로 제2 펄세션 공정의 전류값을 설정함으로써, 실제 부품의 용접에서도 플래시를 발생시키지 않고, 또한, 분류, 전극 손모에 의한 외란이 있어도 너깃 직경이 4√t 이상이 되는 스폿 용접부를 안정적으로 확보할 수 있다. 한편, 비교예에서는 4√t 전류 +1.5㎄의 전류로 설정하면 플래시가 발생한다.

<실시예 3>

선단 직경 6㎜, 선단 R40㎜의 DR형 전극(크롬 구리)을 구비한, 서보 가압식 인버터 직류 스폿 용접기를 사용하고, 판 두께 1.6㎜의 1500㎫급의 GA 도금 핫 스탬프 강판(핫 스탬프 전의 도금 부착량 편측당 55g/㎡. 가열 조건은 900℃에서 4분 노 가열)을 2매 중첩하여, 저항 스폿 용접을 실시했다. 용접 방법을 표 3에 나타낸다. 저항 스폿 용접을 실시하는 시험편의 형상은, 폭 30㎜, 길이 100㎜의 직사각형으로 했다. 또한, 가압력은, 제1 펄세션 공정 및 제2 펄세션 공정에서 일정 값(350kgf)으로 했다.

실시예 1과 마찬가지로, 표 1에 나타내는 전류값에 있어서 제1 펄세션 공정을 실시한 후, 제2 펄세션 공정에서의 전류값을 변화시켜, 너깃 직경 및 플래시 발생 상황의 조사를 행했다. 제1 펄세션 공정 및 제2 펄세션 공정에서의 용접 전류는 각각 일정한 값으로 했다. 각 시험 번호에 있어서의 제2 펄세션 공정의 적정 전류 범위를 표 4에 나타낸다.

표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명예는, 제2 펄세션 공정에서의 상한 전류를 상승시킬 수 있으므로, 펄세션 공정을 갖지 않고, 1단 통전을 행한 비교예보다도, 폭넓게 1.5㎄ 이상의 적정 전류 범위를 시험편 레벨로 얻을 수 있다. 이에 의해, 본 발명에서는 4√t 전류 +1.5㎄ 이상, 플래시 발생 전류 이하의 값으로 제2 펄세션 공정의 전류값을 설정함으로써, 실제 부품의 용접에서도 플래시를 발생시키지 않고, 또한, 분류, 전극 손모에 의한 외란이 있어도 너깃 직경이 4√t 이상이 되는 스폿 용접부를 안정적으로 확보할 수 있다. 한편, 비교예에서는 4√t 전류 +1.5㎄의 전류로 설정하면 플래시가 발생한다.

본 발명에 따르면, 고장력 강판의 중첩 저항 스폿 용접에 있어서, 인버터 직류 전원을 사용한 경우에서도, 표면 플래시 및 중간 플래시의 발생을 억제하면서 너깃 직경을 확대해서 저항 스폿 용접을 행할 수 있다. 따라서, 본 발명에 관한 저항 스폿 용접 방법을 사용하면, 플래시가 발생하기 쉬운 표면 처리 핫 스탬프 강판 등을 포함하는 강판이어도, 효율적으로 안정적으로 저항 스폿 용접을 행하는 것이 가능해진다.

또한 본 발명에 관한 저항 스폿 용접 방법에 의하면, 플래시 발생을 억제함으로써 사이드 패널 등 차체의 외관 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 로봇의 가동부에의 부착을 방지할 수 있으므로 로봇의 가동률을 향상시킬 수 있다. 또한, 플래시 발생에 수반하는 버어 제거 등의 후속 공정을 생략할 수 있으므로, 작업 능률의 향상을 도모할 수도 있다.

Claims

고장력 강판을 포함하는 복수의 강판을 중첩하여 용접하는 저항 스폿 용접 방법이며,
통전 방식이 인버터 직류 용접 전원을 사용한 펄세션 통전인 복수의 펄세션 공정으로 이루어지며,
펄세션 통전을 구성하는 복수의 전류 펄스에 있어서, 각각의 전류 펄스의 통전 시간, 전류 펄스의 간격인 통전 휴지 시간, 및 전류 펄스로 인가하는 용접 전류를 가변으로 제어하며,
연속되는 복수의 상기 전류 펄스에 있어서, 상기 통전 시간 및 상기 통전 휴지 시간과 상기 용접 전류의 관계가 균일하게 나타낼 수 있는 전류 펄스의 군인 펄세션 공정을 복수로 가지며,
최초의 펄세션 공정인 제1 펄세션 공정과 그에 이어지는 제2 펄세션 공정에 있어서, 상기 제1 펄세션 공정에서의 최대 용접 전류보다 상기 제2 펄세션 공정에서의 최소 용접 전류가 높은 것을 특징으로 하는 저항 스폿 용접 방법.
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제1항에 있어서,
상기 제1 펄세션 공정에 있어서 2 이상의 전류 펄스를 갖고, 전류 펄스의 통전 시간이 각각 5 내지 60밀리초, 통전 휴지 시간이 각각 5 내지 60밀리초이며,
상기 제2 펄세션 공정에 있어서, 3 이상의 전류 펄스를 갖고, 전류 펄스의 통전 시간이 각각 5 내지 60밀리초, 통전 휴지 시간이 각각 5 내지 60밀리초이며,
상기 제1 펄세션 공정과 상기 제2 펄세션 공정 사이의 통전 휴지 시간이 5 내지 120밀리초인 것을 특징으로 하는 저항 스폿 용접 방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1 펄세션 공정에서의 용접 전류가 5.0 이상 14.0㎄ 이하이고, 상기 제2 펄세션 공정에서의 용접 전류가 5.0㎄보다 크고 16.0㎄ 이하인 것을 특징으로 하는 저항 스폿 용접 방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1 펄세션 공정에서의 최대 용접 전류보다 상기 제2 펄세션 공정에서의 최소 용접 전류가 0.5㎄ 이상 높은 것을 특징으로 하는 저항 스폿 용접 방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1 펄세션 공정에서의 용접 전류가 일정한 값이며, 또한, 상기 제2 펄세션 공정에서의 용접 전류가 일정한 값인 것을 특징으로 하는 저항 스폿 용접 방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 고장력 강판의 표면이 아연계 피막 또는 알루미늄계 피막으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 저항 스폿 용접 방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 고장력 강판이, 핫 스탬프 가공된 강판인 것을 특징으로 하는 저항 스폿 용접 방법.