KR102200155B1 - 용접구조물의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접구조물 - Google Patents

용접구조물의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접구조물 Download PDF

Info

Publication number
KR102200155B1
KR102200155B1 KR1020190162009A KR20190162009A KR102200155B1 KR 102200155 B1 KR102200155 B1 KR 102200155B1 KR 1020190162009 A KR1020190162009 A KR 1020190162009A KR 20190162009 A KR20190162009 A KR 20190162009A KR 102200155 B1 KR102200155 B1 KR 102200155B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
welded
steel sheet
welded structure
layer
galvanized
Prior art date
Application number
KR1020190162009A
Other languages
English (en)
Inventor
김영하
최창식
박기현
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020190162009A priority Critical patent/KR102200155B1/ko
Priority to CN202080084626.9A priority patent/CN114786861B/zh
Priority to EP20895095.6A priority patent/EP4070903A4/en
Priority to US17/780,180 priority patent/US20220410303A1/en
Priority to JP2022533090A priority patent/JP7329692B2/ja
Priority to PCT/KR2020/016844 priority patent/WO2021112480A1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102200155B1 publication Critical patent/KR102200155B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/16Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded
    • B23K11/163Welding of coated materials
    • B23K11/166Welding of coated materials of galvanized or tinned materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/10Spot welding; Stitch welding
    • B23K11/11Spot welding
    • B23K11/115Spot welding by means of two electrodes placed opposite one another on both sides of the welded parts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/16Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded
    • B23K11/20Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded of different metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/34Preliminary treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/001Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/28Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
    • B23K35/286Al as the principal constituent
    • B23K35/288Al as the principal constituent with Sn or Zn
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/34Coated articles, e.g. plated or painted; Surface treated articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

본 발명은 초고강도를 가지는 아연도금강판의 점 용접시에 발생하는 용접 LME 크랙을 효과적으로 억제할 수 있는 용접구조물의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접구조물을 제공하고자 하는 것이다.

Description

용접구조물의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접구조물 {METHOD FOR MANUFACTURING OF WELDED STRUCTURE, AND WELDED STRUCTURE MANUFACTURED BY THEREOF}
본 발명은 용접구조물에 관한 것으로서, 점 용접 크랙저항성이 우수한 용접구조물의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 용접구조물에 관한 것이다.
쌍정유기소성강(Twinning Induced Plasticity steel, 이하 'TWIP강' 이라고도 한다)은 900MPa급의 고강도이면서도 40% 이상의 연성을 가지므로 고강도-고연성의 차세대 자동차용 강판으로 주목되고 있다.
그런데, 망간(Mn)과 알루미늄(Al)을 다량으로 함유하는 고망간 고알루미늄 TIWP강을 소지강판으로 사용하는 아연도금강판의 경우, 점 용접 과정에서 도금층의 아연(Zn)이 용해되어 액상의 용융 아연이 되고, 이 용융 아연이 모재의 결정립계로 침투하게 된다. 이로 인해, 모재에서 균열이 생겨 취성파괴가 발생하는, 이른 바 용접 액상금속취화(Liquid Metal Embrottlement, 이하 'LME'라 함)를 일으키게 된다.
위와 같은 용접 LME의 발생을 방지하기 위한 방안으로서, 종래에는 Ti, Nb, Mo 및 Zr계 석출물 또는 복합 석출물이 분산되도록 입도 입세화를 통해 응력을 분산시키는 방법 등이 제안되었으나, 이러한 방법으로는 LME 크랙 발생을 억제하는 데에 한계가 있다.
일본공개특허 특개2006-265671호
본 발명의 일 측면은, 초고강도를 가지는 아연도금강판의 점 용접시에 발생하는 용접 LME 크랙을 효과적으로 억제할 수 있는 용접구조물의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접구조물을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명 명세서의 전반적인 사항으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은, 소지강판 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 아연도금층이 구비된 아연도금강판인 2(매) 이상의 피용접재를 준비하는 단계; 상기 피용접재들을 겹쳐 적층하는 단계; 상기 피용접재의 용접할 부위에 용접봉 전극을 위치시키는 단계; 및 상기 피용접재와 상기 용접봉 전극 사이에 필러 금속을 개재하고 점 용접하는 단계;를 포함하고,
상기 점 용접시 상기 아연도금층과 필러 전극 간에 합금화가 진행되어 아연도금층과 소지강판의 계면에 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상을 형성하며, 상기 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상 내 Fe와 Mn의 함량 합이 40~60중량%인 것을 특징으로 하는 용접구조물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은, 2(매) 이상의 피용접재가 적층되어 점 용접된 용접구조물로서,
상기 피용접재는 소지강판 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 아연도금층이 형성된 아연도금강판이고, 용접부 영역에 위치한 아연도금층과 소지강판 계면에 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상을 포함하며, 상기 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상 내 Fe와 Mn의 함량 합이 40~60중량%인 것을 특징으로 하는 용접구조물을 제공한다.
본 발명에 의하면, 점 용접시 우수한 크랙 저항성을 나타내는 용접구조물을 제조하는 방법과 이로부터 점 용접 크랙 저항성이 우수한 용접구조물을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접구조물의 제조방법에 적용할 수 있는 점 용접 방법을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 용접구조물의 단면을 관찰한 사진을 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명예 1과 비교예 3의 점 용접 어깨부를 광학현미경으로 관찰한 사진을 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명예 1의 도금층 및 도금층/소지강판 계면의 합금상을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰한 사진을 나타낸 것이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명자들은 아연도금강판의 점 용접시 크랙 저항성을 향상시킬 수 있는 방안에 대하여 모색하였으며, 특히 점 용접시 크랙 저항성이 우수한 용접구조물을 제공할 수 있는 방안에 대하여 깊이 연구하였다.
그 결과, 피용접재로서 초고강도 아연도금강판을 점 용접하며, 이때 피용접재인 아연도금강판과 용접봉 전극 사이에 필러 금속(filler metal)을 개재하여 행하는 경우, 용접과정에서 도금층과 필러 금속 간의 합금화를 통해 용접부 도금층의 융점을 상승시킬 수 있고, 그 결과 크랙 저항성(용접 LME 저항성)을 향상시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
이하에서는 본 발명의 일 측면에 따른 용접구조물의 제조방법에 대하여 자세히 설명한다.
본 발명에서 각 원소의 함량을 나타낼 때 특별히 달리 정하지 아니하는 한, 중량%를 의미한다는 것에 유의할 필요가 있다. 또한, 결정이나 조직의 비율은 특별히 달리 표현하지 아니하는 한 면적을 기준으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 용접구조물의 제조방법은 소지강판 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 아연도금층이 구비된 아연도금강판인 2(매) 이상의 피용접재를 준비하고, 상기 피용접재들을 겹쳐 적층하는 단계; 상기 피용접재의 용접할 부위에 용접봉 전극을 위치시키는 단계; 및 상기 피용접재와 상기 용접봉 전극 사이에 필러 금속을 개재하고 점 용접하는 단계;를 포함할 수 있다.
우선, 피용접재로서 2매 이상의 아연도금강판을 준비한 다음, 이들을 겹쳐서 적층한다.
본 발명에서 피용접재인 아연도금강판은 소지강판 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 아연도금층이 구비된 아연도금강판일 수 있으며, 이러한 아연도금강판의 적층시 최외표면(외부에 노출되는 표면)에 도금층을 가지도록 적층할 수 있다.
여기서, 상기 소지강판에 대해 특별히 한정하지는 아니하나, 일 예로서 상기 소지강판은 용접 LME 크랙이 발생하기 쉬운 소재 즉, 강 중에 망간(Mn)과 알루미늄(Al)을 함량 합으로 16.5~21중량% 포함하는 TWIP 강일 수 있으며, 상기 TWIP강은 초고강도의 물성을 가질 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 소지강판의 적어도 일면에 형성된 아연도금층은 아연(Zn)을 이용한 도금방법에 의한 것이라면 어떠한 도금층도 가능하다. 일 예로, 상기 아연도금층은 전기아연도금층, 용융아연도금층, 합금화 용융아연도금층 중 어느 하나 일 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다. 나아가, 상기 아연도금층은 Zn계 도금층으로서, Zn-Al계 합금도금층, Zn-Al-Si계 합금도금층, Zn-Al-REM계 합금도금층 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 아연도금층은 외부 충격에 대한 저항성을 나타내기 위해서는 일정 이상의 두께를 가질 필요가 있으며, 그 두께는 4~20㎛일 수 있다.
상기 아연도금층의 두께가 4㎛ 미만이면 외부 충격에 의해 도금층이 손상된 경우, 아연의 희생방식특성을 충분히 발휘할 수 없어, 모재의 부식이 심화되는 문제가 있다. 반면, 그 두께가 20㎛를 초과하게 되면 필요 이상으로 아연이 소모됨에 따라, 제조원가의 상승은 물론, 도금층의 두께가 두꺼워짐에 따라 용융아연도금강판 또는 전기아연도금강판의 제조시 도금 표면품질이 열위해지는 문제가 있다.
상술한 아연도금층을 가지는 아연도금강판은 그 두께에 대해 특별히 한정하지 아니하며, 일반적인 자동차용 강판 중 충격 구조부재용으로 사용되는 강판의 두께 범위 내, 예를들어 1.0~1.8mm일 수 있다.
상술한 바에 따라, 피용접재 즉, 2매 이상의 아연도금강판을 적층한 후 용접할 부위에 용접봉 전극을 위치시킬 수 있다.
통상, 상기 용접할 부위와 용접봉 전극이 직접 맞닿은 상태로 용접을 행하나, 본 발명에서는 상기 용접할 부위와 용접봉 전극 사이에 필러 금속(filler metal)을 개재한 후 용접을 행하는 특징이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 점 용접 방법을 도시적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 피용접재로서 아연도금강판(3)이 여러 겹 적층되어 있으며, 적층된 아연도금강판(3) 상·하에 노출된 표면 중 용접할 부위에 용접봉 전극(1)이 위치할 수 있다. 그리고, 상기 용접봉 전극(1)과 아연도금강판(3) 사이에 필러 금속(2)이 개시될 수 있으며, 상기 필러 금속(2)은 소정의 두께를 가지는 것을 이용할 수 있다.
상기 필러 금속(filler metal)의 형태는 포일(foil), 플레이트(plate) 및 와이어(wire) 중 어느 하나일 수 있으며, 이러한 필러 금속은 순수 Al 금속일 수 있다.
상기 필러 금속은 그 두께가 40~180㎛일 수 있다.
만일, 상기 필러 금속의 두께가 40㎛ 미만이면 피용접재인 아연도금강판의 아연도금층과 합금화 되더라도 도금층 중 아연의 비율이 높아(Zn-rich) 일부 아연이 용융되어 용접 LME 크랙이 발생할 우려가 있다. 반면, 그 두께가 180㎛를 초과하게 되면 용접봉 전극을 통한 전류 인가시, 아연도금층 및 필러 금속의 용융이 충분하지 않게 되어 충분한 너겟(nugget)의 형성이 이루어지지 못하여 용접강도 확보가 어려울 수 있다. 즉, 용접시 전류가 용접봉 전극을 타고 필러 금속 → 도금층 → 모재(Fe) 순으로 흐르게 되는데, 이때 필러 금속의 두께가 과도하게 두꺼우면 모재(Fe) 내부까지 전류의 전달이 용이하지 못하여 모재 내부에서 너겟 형성이 용이하지 않게 된다. 그 결과, 너겟이 너무 작게 형성되거나 형성되지 않을 수도 있다.
상술한 두께의 필러 금속을 피용접재인 적층된 아연도금강판과 용접봉 전극 사이에 개시함에 있어서, 상기 아연도금강판의 아연도금층의 두께(Tp)와 상기 필러 금속의 두께(Tf)의 비율을 다음의 관계식으로 제한할 수 있다.
[관계식]
5 ≤ Tf/Tp ≤ 22
구체적으로, 상기 아연도금층의 두께에 대한 필러 금속의 두께의 비를 5~22로 제한하는 것으로서, 그 두께 비가 5 미만이면 상대적으로 얇은 두께의 필러 금속이 개재됨에 따라 아연도금층과의 합금화에 필요한 아연의 양 보다 과잉의 아연이 용융상태로 모재(소지강판) 내로 침투하여 LME 크랙을 유발할 우려가 있다. 반면, 그 두께 비가 22를 초과하게 되면 필러 금속과 아연도금층을 통하여 모재로 흐른 전류에 의해 모재 내부에 저항열에 의한 너겟 형성이 이루어져야 하는데, 상대적으로 두꺼운 필러 금속에 의해 모재 내부에 너겟 형성이 충분하게 이루어지지 못하게 되어 용접이 제대로 행해지지 못할 수 있다.
상술한 두께 비를 가지도록 피용접재인 적층된 아연도금강판과 용접봉 전극 사이에 필러 금속이 개재되면, 그 상태에서 점 용접을 행할 수 있다. 이때의 점 용접 조건은 특별히 한정하지 아니하며, 아연도금층과 필러 금속의 두께 비를 고려하여 적절한 수준의 전류를 인가할 수 있음을 밝혀둔다.
점 용접이 진행되면, 용접열에 의해 용접과정에서 아연도금층과 필러 금속 간에 합금화가 진행된다. 이로 인해, 용접부 영역에 위치한 아연도금층, 구체적으로 아연도금층과 소지강판의 계면에는 도금층의 Zn, 소지강판의 Fe, Mn, 필러금속으로부터 공급된 Al에 의해 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상이 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상의 융점은 통상의 점 용접 어깨부 온도인 약 1170℃ 수준으로 높기 때문에, 점 용접 어깨부 부분이 용융되지 않아 용접 LME 크랙이 효과적으로 억제될 수 있다.
상기 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상 내에 함유된 Fe와 Mn의 함량은 총합으로 40~60중량%일 수 있다. 상기 합금상 내 Fe와 Mn의 총 함량이 40중량% 미만이면 치밀한 금속간 화합물 합금상이 형성되지 못하여 내식성 및 LME 크랙 저항성이 열위해질 우려가 있다. 반면, 그 총 함량이 60중량%를 초과하게 되면 합금상의 취성이 증가하여 합금상 내 발생된 크랙을 따라 용융된 아연이 침투하여 모재 내부로 LME 크랙을 유발할 가능성이 있다.
또한, Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상은 그 두께가 0.5~2.0㎛일 수 있다. 상기 합금상의 두께가 0.5㎛ 미만이면 점 용접 과정에서 용융된 아연이 모재로의 침투가 용이해져 LME 크랙을 유발할 수 있다. 반면, 그 두께가 2.0㎛를 초과하게 되면 합금상의 취성이 증가하여 합금상 내 발생된 크랙을 따라 용융된 아연이 침투하여 모재 내부로 LME 크랙을 유발할 수 있다.
더욱이, 상기 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상은 피용접재인 아연도금강판에 수평한 방향으로 0.3㎛ 이하의 간격으로 형성될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 일 측면으로서, 상술한 용접구조물의 제조방법에 의해 제조되는 용접구조물에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 제조방법에 의해 제조되는 용접구조물은 2매 이상의 피용접재가 적층되어 점 용접된 용접구조물로서, 상기 2매 이상의 피용접재는 소지강판 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 아연도금층이 구비된 아연도금강판이고, 용접부 영역에 위치한 아연도금층 내에 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 소지강판은 상술한 바와 같이 Mn과 Al을 함량 합으로 16.5~21중량% 포함하는 TWIP강일 수 있다. 상기 아연도금층 역시 앞서 언급한 바와 같이 전기아연도금층, 용융아연도금층 및 합금화 용융아연도금층 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아님을 밝혀둔다.
도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접구조물의 단면 사진을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 용접구조물은 피용접재인 2매 이상의 아연도금강판이 적층되어 점 용접된 구조를 포함할 수 있다.
또한, 도 3 내지 4를 참조하여 설명하면, 점 용접된 영역 즉, 용접부 영역에 위치한 아연도금층과 소지강판 계면에 Al-Fe-Zn-Mn으로 이루어진 금속간 화합물 합금상을 포함할 수 있다.
상기 금속간 화합물 합금상은 점 용접시에 피용접재인 아연도금강판의 아연도금층과 필러 금속의 합금화에 의해 생성될 수 있으며, 필러 금속 전체가 아연도금층과 합금화될 수 있다.
점 용접시 아연도금층과 필러 금속의 합금화에 의해 생성된 상기 금속간 화합물 합금상은 0.5~2.0㎛의 두께를 가지며, 피용접재인 아연도금강판에 수평한 방향으로 0.3㎛ 이하의 간격으로 형성될 수 있다.
상기 합금상의 간격이 0.3㎛를 초과할 경우, 점 용접 과정에서 용융된 아연이 모재로의 침투가 용이해져 LME 크랙을 유발할 우려가 있다.
상기 합금상의 융점은 약 1170℃로서, 이는 통상적인 점 용접 어깨부의 온도인 약 800℃를 상회하는 바, 점 용접시에 점 용접 어깨부에서의 도금층 용융을 효과적으로 억제할 수 있으며, 그 결과 LME 크랙 저항성을 우수하게 확보하는 효과가 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
피용접재를 얻기 위하여, 강 중에 Mn과 Al을 총 함량으로 19.75중량% 함유하는 슬라브를 준비하고, 상기 슬라브에 대해 열간압연 및 냉간압연을 거쳐 1.2mm 두께의 냉연강판(TWIP강)을 제조하였다. 이때, 열간압연 및 냉간압연은 통상의 자동차용 강판을 제조하는 데에 적용되는 공정조건을 적용하였으며, 이는 통상의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 사항에 해당함을 밝혀둔다.
이후, 전기아연도금공정을 통해 상기 냉연강판에 아연을 도금하였으며, 이때 도금부착량이 60g/m2의 수준을 유지하도록 하였다.
점 용접성을 평가하기 위하여, 상기에 따라 제조된 전기아연도금강판을 2매 준비하여 적층한 후, 선단경 6mm인 Cu-Cr 전극을 사용하여 용접 전류를 흘려주며 가압력 2.6kN으로 16Cycle의 통전시간과 15Cycle의 홀딩(holding) 시간 조건으로 점 용접을 실시하였다. 이때, 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 두께를 가지는 필러 금속(순수 Al 금속재)을 상기 전기아연도금강판과 전극 사이에 개재한 후에 점 용접을 행하였으며, 비교예 3의 경우 필러 금속의 개재 없이 점 용점을 행하였다.
점 용접은 날림 현상이 발생하는 시점의 용접 전류를 상한(Expulsion current)으로 정하였으며, 상기 용접 전류의 상한으로부터 0.2kA 낮은 전류값에서 점 용접을 실시하였다.
점 용접을 완료한 후, 용접부 압흔 중앙을 절개한 다음, 단면 조직사진 상에서 점 용접 어깨부 네 군데(좌상, 좌하, 우상, 우하)에 점 용접 LME 크랙이 발생되었는지 광학현미경(100배 배율)으로 관찰하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
구분 필러 금속
두께
(㎛_Tf)
아연도금층
두께
(㎛_Tp)
두께비
(Tf/Tp)
합금상 내
Fe+Mn
(중량%)
합금상
두께
(㎛)
어깨부 LME
크랙 길이
(㎛)
너겟 형성
여부
발명예 1 60 8 7.5 44.05 1.36 0 형성
발명예 2 50 8 6.25 42.76 1.35 0 형성
발명예 3 60 6 10 55.23 1.48 0 형성
발명예 4 90 12.5 7.2 43.65 0.95 0 형성
발명예 5 170 8 21.25 48.86 0.63 0 형성
비교예 1 15 8 1.88 18.77 0.23 47 형성
비교예 2 35 8 4.38 26.23 0.46 36 형성
비교예 3 0 8 0 21.75 0 83 형성
비교예 4 200 8 25 2.62 0.72 0 미형성
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 일정 두께의 필러 금속을 이용하고, 아연도금층과의 두께비가 본 발명에서 제안하는 바를 만족하여 점 용접을 행한 발명예 1 내지 5는 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상이 형성되었다. 특히, 형성된 합금상 내 Fe+Mn의 총 함량, 합금상의 두께가 본 발명에서 제안하는 바를 만족함에 따라, 점 용접 LME 크랙이 발생하지 않고, 너겟이 형성되어 우수한 점 용접 크랙 저항성을 나타냈다.
반면, 필러 금속을 적용하였음에도 불구하고, 아연도금층과의 두께비가 본 발명에서 제안하는 바를 벗어나서 점 용접을 행한 비교예 1 및 2는 점 용접시 합금화에 의해 합금상이 형성되었음에도 불구하고, Zn-rich 합금상이 형성됨에 따라 점 용접 어깨부의 온도가 약 800℃까지 승온되는 과정에서 액상 아연이 모재 입계로 침투됨에 따라 LME 크랙 길이가 과도하였다.
필러 금속을 개재하지 않고 점 용접을 행한 비교예 3 역시, 용접 과정에서 액상 아연이 모재 입계로 침투되어 LME 크랙 저항성이 매우 열위하였다.
한편, 필러 금속의 두께가 과도하게 두꺼운 비교예 4의 경우, 용접봉 전극을 통해 전류 인가시 입열량이 충분하지 못하여 모재 내에서 너겟이 형성되지 못하였다. 이는 용접부의 용접 강도가 열위함을 의미한다.
1...용접봉 전극
2...필러 금속
3...아연도금강판

Claims (13)

  1. 소지강판 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 아연도금층이 구비된 아연도금강판인 2(매) 이상의 피용접재를 준비하는 단계;
    상기 피용접재들을 겹쳐 적층하는 단계;
    상기 피용접재의 용접할 부위에 용접봉 전극을 위치시키는 단계; 및
    상기 피용접재와 상기 용접봉 전극 사이에 필러 금속을 개재하고 점 용접하는 단계;를 포함하고,
    상기 점 용접시 상기 아연도금층과 필러 금속 간에 합금화가 진행되어 아연도금층과 소지강판의 계면에 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상을 형성하며,
    상기 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상 내 Fe와 Mn의 함량 합이 40~60중량%인 것을 특징으로 하는 용접구조물의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상은 0.5~2.0㎛의 두께를 가지며, 상기 아연도금강판에 수평한 방향으로 0.3㎛ 이하의 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용접구조물의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 아연도금층의 두께를 Tp, 상기 필러 금속의 두께를 Tf라 할 때,
    상기 아연도금층과 필러 금속의 두께 비(Tf/Tp)가 하기 관계식을 만족하는 것인 용접구조물의 제조방법.

    [관계식]
    5 ≤ Tf/Tp ≤ 22
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 아연도금층은 4~20㎛의 두께를 가지는 것인 용접구조물의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 필러 금속은 순수 Al 금속인 용접구조물의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 필러 금속은 40~180㎛의 두께를 가지는 것인 용접구조물의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 필러 금속은 포일(foil), 플레이트(plate) 및 와이어(wire) 중 어느 하나의 형태인 용접구조물의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 소지강판은 Mn과 Al을 함량 합으로 16.5~21중량% 포함하는 TWIP 강인 용접구조물의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 아연도금층은 전기아연도금층, 용융아연도금층 및 합금화 용융아연도금층 중 어느 하나인 용접구조물의 제조방법.
  10. 2(매) 이상의 피용접재가 적층되어 점 용접된 용접구조물로서,
    상기 피용접재는 소지강판 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 아연도금층이 형성된 아연도금강판이고,
    용접부 영역에 위치한 아연도금층과 소지강판 계면에 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상을 포함하며, 상기 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상 내 Fe와 Mn의 함량 합이 40~60중량%인 것을 특징으로 하는 용접구조물.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 Al-Fe-Zn-Mn 금속간 화합물 합금상은 0.5~2.0㎛의 두께를 가지며, 상기 아연도금강판에 수평한 방향으로 0.3㎛ 이하의 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용접구조물.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 소지강판은 Mn과 Al을 함량 합으로 16.5~21중량% 포함하는 TWIP 강인 용접구조물.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 아연도금층은 전기아연도금층, 용융아연도금층 및 합금화 용융아연도금층 중 어느 하나인 용접구조물.
KR1020190162009A 2019-12-06 2019-12-06 용접구조물의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접구조물 KR102200155B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190162009A KR102200155B1 (ko) 2019-12-06 2019-12-06 용접구조물의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접구조물
CN202080084626.9A CN114786861B (zh) 2019-12-06 2020-11-25 制造焊接结构体的方法及由此制造的焊接结构体
EP20895095.6A EP4070903A4 (en) 2019-12-06 2020-11-25 METHOD OF MANUFACTURING A WELDED STRUCTURE AND WELDED STRUCTURE MANUFACTURED THEREFORE
US17/780,180 US20220410303A1 (en) 2019-12-06 2020-11-25 Method for manufacturing welded structure, and welded structure manufactured thereby
JP2022533090A JP7329692B2 (ja) 2019-12-06 2020-11-25 溶接構造物の製造方法、及びこれにより製造された溶接構造物
PCT/KR2020/016844 WO2021112480A1 (ko) 2019-12-06 2020-11-25 용접구조물의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접구조물

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190162009A KR102200155B1 (ko) 2019-12-06 2019-12-06 용접구조물의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접구조물

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102200155B1 true KR102200155B1 (ko) 2021-01-07

Family

ID=74126675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190162009A KR102200155B1 (ko) 2019-12-06 2019-12-06 용접구조물의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접구조물

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220410303A1 (ko)
EP (1) EP4070903A4 (ko)
JP (1) JP7329692B2 (ko)
KR (1) KR102200155B1 (ko)
CN (1) CN114786861B (ko)
WO (1) WO2021112480A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230060041A (ko) 2021-10-27 2023-05-04 삼성중공업 주식회사 액체금속취화 민감성 평가 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116657033A (zh) * 2022-02-17 2023-08-29 宝山钢铁股份有限公司 抗点焊lme裂纹的高强钢复合镀锌板及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006265671A (ja) 2005-03-25 2006-10-05 Nisshin Steel Co Ltd 加工性及び耐溶融金属脆化割れ性に優れた合金化溶融亜鉛めっき高張力鋼板
JP2007326146A (ja) * 2006-05-12 2007-12-20 Nissan Motor Co Ltd 抵抗スポット溶接による異種金属の接合方法及び接合構造
KR20080089246A (ko) * 2007-03-30 2008-10-06 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 이종 금속 재료의 접합 방법 및 그 접합 구조
KR101999032B1 (ko) * 2017-12-26 2019-09-27 주식회사 포스코 점용접성이 우수한 고강도 고망간 도금강판 용접 구조물 및 그의 제조방법

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102275046A (zh) * 2011-07-19 2011-12-14 重庆理工大学 一种镀锌钢板的电阻钎焊方法
CN102672332A (zh) * 2012-05-15 2012-09-19 上海交通大学 一种用于延长镀锌薄钢板电阻点焊电极使用寿命的方法
CN204209275U (zh) * 2013-06-26 2015-03-18 美铝公司 一种层压结构
KR101543877B1 (ko) * 2013-12-06 2015-08-11 주식회사 포스코 용접성이 우수한 아연도금강판 및 이의 제조 방법
KR101568543B1 (ko) 2013-12-25 2015-11-11 주식회사 포스코 액체금속취화에 의한 크랙 저항성이 우수한 용융아연도금강판
US10857619B2 (en) * 2016-04-14 2020-12-08 GM Global Technology Operations LLC Control of intermetallic compound growth in aluminum to steel resistance welding
US10675701B2 (en) 2017-06-30 2020-06-09 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for resistance spot welding overlapping steel workpieces
JP6443596B1 (ja) 2018-03-20 2018-12-26 新日鐵住金株式会社 ホットスタンプ成形体
US20190314915A1 (en) * 2018-04-13 2019-10-17 GM Global Technology Operations LLC Resistance Spot Welding Workpiece Stack-Ups Having Steel Workpieces With Surface Coatings
CN109352155A (zh) * 2018-11-16 2019-02-19 上海交通大学 用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006265671A (ja) 2005-03-25 2006-10-05 Nisshin Steel Co Ltd 加工性及び耐溶融金属脆化割れ性に優れた合金化溶融亜鉛めっき高張力鋼板
JP2007326146A (ja) * 2006-05-12 2007-12-20 Nissan Motor Co Ltd 抵抗スポット溶接による異種金属の接合方法及び接合構造
KR20080089246A (ko) * 2007-03-30 2008-10-06 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 이종 금속 재료의 접합 방법 및 그 접합 구조
KR101999032B1 (ko) * 2017-12-26 2019-09-27 주식회사 포스코 점용접성이 우수한 고강도 고망간 도금강판 용접 구조물 및 그의 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230060041A (ko) 2021-10-27 2023-05-04 삼성중공업 주식회사 액체금속취화 민감성 평가 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP4070903A4 (en) 2023-07-05
CN114786861A (zh) 2022-07-22
US20220410303A1 (en) 2022-12-29
CN114786861B (zh) 2023-11-03
JP7329692B2 (ja) 2023-08-18
WO2021112480A1 (ko) 2021-06-10
EP4070903A1 (en) 2022-10-12
JP2023505160A (ja) 2023-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3812079A1 (en) Method for manufacturing equal-strength steel thin-wall welding component with aluminum or aluminum-alloy plating
KR101812556B1 (ko) 고강도 강판 및 그의 제조 방법
EP3006154B1 (en) Spot welded joined structure and spot welding method
EP3815837A1 (en) Different-strength steel welding component with aluminum or aluminum-alloy plating and method for manufacturing same
EP3619040B1 (en) A method for the manufacturing of liquid metal embrittlement resistant galvannealed steel sheet
EP2617510B1 (en) Method for joining differing materials
US20200340124A1 (en) A method for the manufacture of a coated steel sheet
KR102065287B1 (ko) 도금성 및 용접성이 우수한 오스테나이트계 용융 알루미늄 도금강판 및 그 제조방법
JP6750762B1 (ja) スポット溶接部材
WO2022149507A1 (ja) 溶接継手及び自動車部品
KR102200155B1 (ko) 용접구조물의 제조방법 및 이에 의해 제조된 용접구조물
KR101585721B1 (ko) 용접성이 우수한 아연도금강판 및 이의 제조 방법
KR20230011386A (ko) 프로젝션 용접 조인트 및 프로젝션 용접 방법
JP2008106324A (ja) 重ね抵抗溶接用高強度鋼板及び重ね溶接継手
KR102043522B1 (ko) 용접 액화 취성에 대한 저항성 및 도금 밀착성이 우수한 알루미늄 합금 도금강판
JP2008081758A (ja) スポット溶接継手強度の高いフェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法
KR101999032B1 (ko) 점용접성이 우수한 고강도 고망간 도금강판 용접 구조물 및 그의 제조방법
KR102402239B1 (ko) 내균열성이 우수한 용접 구조 부재 및 이의 제조방법
JP2003164975A (ja) 高張力亜鉛系めっき鋼板のスポット溶接方法
JP2000087175A (ja) 溶接後の成形性に優れ溶接熱影響部の軟化しにくい高強度鋼板
JP7327676B2 (ja) 抵抗スポット溶接部材およびその抵抗スポット溶接方法
WO2022107580A1 (ja) スポット溶接用めっき鋼板、接合部材、及び自動車用部材、並びに接合部材の製造方法
JP7477061B1 (ja) 溶接部材およびその製造方法
JP7477059B1 (ja) 溶接部材およびその製造方法
WO2023080076A1 (ja) 抵抗スポット溶接部材およびその抵抗スポット溶接方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant