KR102072860B1 - 플래시버트 용접을 이용한 강판의 접합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강판의 접합 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 모재와 도금층으로 이루어진 양측 소재의 표면에 전극을 접촉시키고 통전시키면서 타측 소재를 일측 소재 측으로 이동시키는 단계; 양측 소재의 접촉 부위가 용융 접합되면서 형성된 비드를 치구를 이용해서 압착시켜 용접 부위에 모재와 도금층이 혼재된 접합부를 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 접합 방법에 관한 것이다.

Description

플래시버트 용접을 이용한 강판의 접합 방법{Jointing method for a steel panel using a flash butt welding}

본 발명은 강판의 접합 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 모재와 도금층으로 이루어진 양측 소재의 표면에 전극을 접촉시키고 통전시키면서 타측 소재를 일측 소재 측으로 이동시키는 단계; 양측 소재의 접촉 부위가 용융 접합되면서 형성된 비드를 치구를 이용해서 압착시켜 용접 부위에 모재와 도금층이 혼재된 접합부를 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 접합 방법에 관한 것이다.

근래, 자동차의 개발에 있어서, 고유가 및 환경규제에 따른 연비 향상이 차량 개발시의 핵심이 되고 있는 추세이다.

이를 위하여, 차체 경량화가 보다 중요시되는 동시에 충돌시 승객의 안전도 확보활 수 있는 차체 제작 공법에 대한 요구가 증대되고 있다.

이러한 차체 제작 공법에 있어서, 자동차의 차체의 주요 충돌 부위의 강성을 증대시키기 위하여 핫 스탬핑 공법이 이용되고 있다.

상기 핫 스탬핑 공법은 높은 강도와 성형성을 가지고 있기 때문에 점점 적용범위가 확대되고 있으나, 소재 생산설비의 한계로 일정한 크기 이상의 대물 부품의 제작이 불가능하므로, 이러한 단점을 해결하기 위하여 TWB(Tailor Weld Blank) 공법을 이용한다.

상기 TWB 공법은 다양한 재질과 두께를 가진 강판을 필요한 모양대로 절단하여 용접한 후 프레스 성형하여 부품을 제작하는 공법으로서, 핫 스탬핑 소재간에 접합될 전단부를 사상하고, 레이저 용접을 통하여 블랭크(blank)를 제작하는 과정을 포함한다.

그런데, Al-Si 층이 도금된 핫 스탬핑 소재를 TWB 공법을 이용하여 블랭크를 제작할 경우, 소재의 Al(알루미늄) 도금층을 제거하지 않을 경우 Al 이 모재안으로 혼입될 우려가 있는데, 이러한 Al 의 혼입은 모재의 강도를 주변부 대비 100Hv 이상 저하시키게 되며, 이는 차체의 충돌 성능에 악영향을 미칠 수 있는 요소로 작용할 우려가 있다.

따라서, Al-Si 층이 도금된 핫 스탬핑 소재를 TWB 공법을 이용하여 블랭크를 제작할 경우, 소재의 Al 도금층을 레이저를 이용하여 제거하는 공정이 필요하며, 이로 인하여 공정이 복잡하고 까다로워지는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, Al-Si 층이 도금된 핫 스탬핑 소재의 TWB 공법을 이용하여 블랭크를 제작할 경우, 소재의 Al 도금층을 제거하는 공정이 필요없이 종래 기술 대비 동등한 강도를 확보할 수 있는 플래시버트 용접을 이용한 강판의 접합 방법을 제공하는데 본 발명의 기술적 과제가 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 플래시버트 용접을 이용한 강판의 접합 방법은, 모재와 도금층으로 이루어진 양측 소재의 표면에 전극을 접촉시키고 통전시키면서 타측 소재를 일측 소재 측으로 이동시키는 단계; 양측 소재의 접촉 부위가 용융 접합되면서 형성된 비드를 치구를 이용해서 압착시켜 용접 부위에 모재와 도금층이 혼재된 접합부를 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 플래시버트 용접을 이용한 강판의 접합 방법은 종래와 같이 소재에 있는 도금층을 레이저 등으로 미리 제거할 필요성이 없기 때문에 접합 공정 자체가 단순화되면서 제조 원가를 절감할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 접합 방법은 미리 소재의 도금층을 레이저로 제거하는 것이 아니라, 용접으로 인하여 용융된 비드를 치구를 사용하여 압착시킴으로써 용접 부위의 강도를 종래와 동일한 수준으로 유지할 수 있으며, 나아가, 비드에 혼재되는 도금층에 의하여 용접부 주변 부분의 소재와 동등한 수준의 내식성을 확보할 수 있는 매우 진보한 발명인 것이다.

도 1 은 본 발명 접합 방법의 구성도,
도 2 는 본 발명 접합 방법의 모식도,
도 3 은 종래 접합 방법에 의한 용접부와 그 강도의 그래프 및 본 발명 접합 방법의 용접부 및 그 강도의 그래프를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 플래시버트 용접을 이용한 강판의 접합 방법을 상세하게 설명한다.

단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.

또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1 은 본 발명의 접합 방법의 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명 접합 방법은, 부품 형상에 맞게 블랭킹한 Al-Si의 도금층을 가진 소재(1,1')를 플래시버트 용접기를 이용하여 각 소재(1)의 전극(2,2')을 통해 통전을 실시한다.

그리고, 일측 소재(1)의 전극(2)은 고정시키고, 타측 소재(1')의 전극(2')을 이동시켜 일측 소재(1)와 타측 소재(1')를 상호 접촉시킨다.

그러면, 상기 일측 소재(1)와 타측 소재(1')는 통전되고 있는 상태이므로, 전류 통전의 의한 접촉 저항이 발생하여 플래시가 발생하게 되고, 이에 따라서 일측 소재(1)와 타측 소재(1')의 계면 부위는 전기적 저항에 의한 열발생에 의하여 용융이 되게 된다.

이때, 지속적으로 타측 소재(1')를 밀어주게 되면 양 소재의 계면 부위가 압착되어 상호 접합된다.

그러나, 양 소재(1'1')들이 상호 접합되는 과정에서 소재(1,1')들의 이동으로 인하여 소재들의 단면 중심을 기준으로 외측으로 소재가 밀려나오게 되며, 이때 소재 단면의 메탈 플로우(metal flow) 현상이 발생되면서 소재(1'1')의 표면에 형성되어 있던 도금층이 소재의 내부로 유입되지 않고 단면 중심을 기준으로 외측으로 밀려나온 소재와 혼합되면서 용융된 형상의 비드(bid)(B)가 형성된다. 즉, 비드(B)는 소재와 도금층이 혼재된 부위인 것이다.

상기 비드(B)는 부품 형상에 영향을 주기 때문에 제거를 해야하나, 기계적으로 제거를 할 경우 소재(1,1')의 주변 부위에 형성된 도금층까지 제거되기 때문에 용접부 주변의 내식성은 다른 부위에 비해 내식성이 저하되게 된다.

또한, 상술한 바와 같이 플래시버트 용접 방법을 이용하므로 용접부의 두께 방향으로 편차가 발생하여 단차 문제가 발생되는데, 자동차용 강판의 경우 치수 정확성이 중요하기 때문에 이를 해결할 수 있는 방법이 필요하게 된다.

본 발명의 접합 방법은 이를 치구(3)를 이용하여 해결한다. 즉, 소재 단면에서 용융된 비드(B) 부분을 치구(3)를 이용하여 눌러줌으로써 양 소재(1,1')의 단차 문제를 해결할 수 있으며, 아울러, 비드(B) 부분을 눌러주는 과정에서 솟아오른 비드(B)를 용접 부위 주변으로 퍼뜨릴 수 있다.

그러므로, 종래의 플래시버트 용접 방법의 경우 용융된 비드를 강제 제거할 때 용접 부위 주변의 도금층까지 손상되면서 용접부의 내식성을 저하시킨 반면, 본 발명의 접합 방법은 메탈 플로우 현상에 의하여 소재 외측으로 배출되어 용융된 비드부분을 치구로 압착시켜 줌으로써 비드에 포함되어 있는 도금층에 의하여 용접부의 내식성을 향상시킬수 있게 되는 것이다.

따라서, 본 발명의 접합 방법은 치구를 이용한 비드 부위의 압착을 실시함으로써 용접부위의 두께 단차를 극복하여 양 소재의 단면 매칭을 정확하게 수행할 수 있음은 물론, 압착되는 과정에서 도금층이 포함된 용융된 비드를 용접부 주변으로 퍼지게 함으로써, 비드에 포함된 도금층에 의하여 용접부도 균일한 도금층을 확보 할 수 있게 되는 것이다.

나아가, 상기 치구(3)는 그 형상의 변경이 가능하므로, 동일한 두께의 양 소재간 접합 뿐만 아니라, 상호 상이한 이종 두께의 양 소재간 접합 공정에도 적용가능하다.

도 2 는 본 발명의 접합 방법의 모식도로서, 도면을 참조하여 본 발명의 접합 방법을 보다 상세하게 설명한다.

기본적인 접합 방법은 도 1 을 참조하여 설명한 방법과 동일하다.

먼저, 모재(10)(base metal)와 도금층(20)으로 이루어진 양측 소재(1,1')의 부품 형상에 맞게 블랭킹을 실시한다. 본 발명 실시예의 상기 도금층(20)은 Al-Si 도금층이다.

그리고, 양 소재(1,1')의 표면에 전극(30)을 접촉시키고 통전시키면서 타측 소재(1')를 일측 소재(1)측으로 이동시킨다.

그러면, 상술한 바와 같이 양측 소재의 단면이 접촉되면서 전기적 접촉 저항에 의한 플래시가 발생하고 이로 인하여 양측 소재의 접촉 부위가 용융된다.

이때, 타측 소재(1')를 계속 밀어주면 접촉 부위에서 메탈 플로우(metal flow) 현상이 발생되면서 소재(1'1')의 표면에 형성되어 있던 도금층(20)은 소재의 내부로 유입되지 않고 단면 중심을 기준으로 외측으로 밀려나온 모재(10)와 혼합되면서 용융된 형상의 비드(bid)(B)가 형성된다. 전술한 바와 같이, 상기 비드(B)는 모재(10)와 도금층(20)이 상호 혼재된 부위이다.

이어서, 용융된 접합 부위를 소재의 두께에 맞는 치구(40)를 이용해서 양 방향으로 눌러주게 되면 접합 부위가 용융되면서 발생된 양 소재의 두께 단차가 해소된다.

동시에, 비드(B)가 치구(40)의 압착으로 인하여 용접부 주변으로 퍼지게 되면서 모재(10)와 도금층(20)를 혼재된 접합부(50)를 형성하게 된다.

이때, 상기 접합부(50)는 비드(B)에 혼재되어 있던 도금층(20)에 의하여 다른 부분의 소재와 동등한 수준의 내식성을 확보할 수 있게 되는 것이다.

도 3 은 종래 접합 방법에 의한 용접부와 그 강도의 그래프 및 본 발명 접합 방법의 용접부 및 그 강도의 그래프를 나타내는 도면으로서, 좌측의 사진 도면은 소재의 도금층이 미제거된 상태로서 이 경우, 도금층의 Al 이 모재안으로 혼입되면서 용접부의 강도가 300~350 Hv 로 형성되어 주변 부위의 강도인 500~550 Hv 보다 저하되게 된다.

또한, 종래 기술에서 설명한 바와 같이 소재의 도금층을 미리 레이저를 이용하여 제거하고 용접을 실시하는 한 경우, 중앙의 사진 도면과 같이 도금층의 혼입 현상이 방지되면서 용접부의 강도는 주변 부위의 강도인 500~550 Hv 를 유지할 수 있게 되나, 전술한 바와 같이 소재의 Al 도금층을 레이저를 이용하여 제거하는 공정이 추가되면서 전체적으로 공정이 복잡하고 까다로워지는 단점이 발생한다.

반면, 본 발명의 접합부를 나타내는 우측의 사진 도면과 같이, 본 발명의 접합 방법은 미리 소재의 도금층을 레이저로 제거하는 것이 아니라, 용접으로 인하여 용융된 비드를 치구를 사용하여 압착시킴으로써 용접 부위의 강도를 종래와 동일한 수준인 500~550 Hv 으로 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 비드에 혼재되는 도금층에 의하여 용접부 주변 부분의 소재와 동등한 수준의 내식성까지 확보할 수 있게 되었다.

* 도면의 주요 부분의 부호의 설명 *
10; 모재
20; 도금층
30; 전극
40; 치구
50; 접합부

Claims (4)

1. 모재(10)와 Al-Si 도금층(20)으로 이루어진 핫 스탬핑 강판용 양측 소재(1,1')의 표면에 전극(30)을 접촉시키고 통전시키면서 타측 소재(1')를 일측 소재(1)측으로 이동시키는 단계;
   상기 타측 소재(1')를 계속 이동시켜 양측 소재(1,1')의 접촉 부위의 소재(1,1')의 표면에 형성되어 있던 도금층(20)을 외측으로 밀려나온 모재(10)와 혼합시켜 용융된 형상의 비드(B)를 형성하고, 형성된 비드(B)를 치구(40)를 이용해서 압착시켜 용접 부위에 모재(10)와 도금층(20)이 혼재된 접합부(50)를 형성하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 접합 방법.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 치구(40)는 상기 양 소재(1,1')에 따라서 형상 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 강판의 접합 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 양 소재(1,1')는 상이한 두께를 가지는 이종의 소재들인 것을 특징으로 하는 강판의 접합 방법.

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