KR102207831B1

KR102207831B1 - 점 접합 장치, 점 접합 방법 및 이음 구조

Info

Publication number: KR102207831B1
Application number: KR1020187033701A
Authority: KR
Inventors: 료지 오하시; 요시타카 무라마츠; 마사히로 미야케; 타쿠야 후쿠다
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2021-01-26
Also published as: JP2017196649A; US11040413B2; CN109070264A; CN109070264B; KR20180132154A; EP3450080B1; EP3450080A4; JP6393707B2; EP3450080A1; WO2017188399A1; US20190143442A1

Abstract

복수의 판재를 서로 중첩하여 점 접합하는 점 접합 장치로서, 상기 복수의 판재의 중첩부와 툴을 상대 변위 시키는 변위 구동기와, 상기 툴을 회전시키는 회전 구동기와, 상기 중첩부에 상기 툴을 회전시킨 상태로 압입하여 마찰교반 점 접합을 하도록 상기 변위 구동기 및 상기 회전 구동기를 제어하는 컨트롤러를 구비하며, 상기 컨트롤러는, 상기 중첩부 중 저항 점 용접으로 용접되는 복수의 저항 점 용접부 사이의 영역에 적어도 하나의 마찰교반 점 접합부를 형성하도록 상기 변위 구동기를 제어한다.

Description

점 접합 장치, 점 접합 방법 및 이음 구조

본 발명은, 복수의 판재를 중첩하여 점 접합하는 점 접합 장치, 점 접합 방법 및 이음 구조에 관한 것이다.

자동차, 항공기, 철도 차량 등의 조립 공정에서는, 복수의 판재를 서로 중첩하여 저항 점 용접에 의해 접합하여 이음 구조를 제작하는 일이 있다. 이음 구조의 강성을 높이기 위해서는, 저항 점 용접부의 접합 피치를 짧게 하고, 용접 점의 수를 증가시키는 것을 생각할 수 있다. 그러나 저항 점 용접을 수행할 때에는, 각 저항 점 용접부의 간격이 짧으면, 용접 전극으로부터의 용접전류의 일부가 이웃하는 저항 점 용접부로 분류(分流)되어 무효전류가 발생한다. 이 무효전류가 증가하면, 점 용접하고자 하는 부분으로 흐르는 용접전류가 감소하여, 원하는 접합강도를 얻을 수 없게 된다. 그래서 특허문헌 1에서는, 한 쌍의 판재에서, 한 쌍의 저항 점 용접부를 잇는 영역 중 적어도 일부를 분단하도록 슬릿(slit)을 형성하는 것으로, 무효전류의 감소를 도모하고 있다.

일본특허공보 제5605405호

그러나 특허문헌의 경우에는, 저항 점 용접부의 접합강도가 양호하여도, 슬릿 근방의 판재 강도가 저하하고, 이음 구조의 강성은 낮아진다는 문제가 있다. 또한, 특허문헌의 방법 이외에는, 무효전류를 고려하여 용접전류를 높게 설정하는 것도 생각할 수 있다. 그러나 용접전류가 증가하면, 용융 현상이 급격해져서 용접 전극에 의한 가압으로 재료의 비산이 발생하고, 접합강도나 외관 품질이 저하할 경우가 있다. 또한, 무효전류의 발생 정도는, 저항 점 용접부의 지름이나, 중첩하여진 판재 간의 접촉 상태(판재 간의 갭(gap))에 의존하기 때문에, 접합 피치를 단축화 하면 접합강도에 편차가 생기기도 한다.

그래서 본 발명은, 저항 점 용접 시의 무효전류를 억제하면서, 높은 이음 강도와 안정된 품질을 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 한 형태에 따른 점 접합 장치는, 복수의 판재를 중첩하여 점 접합하는 점 접합 장치로서, 상기 복수의 판재의 중첩부와 툴을 상대 변위 시키는 변위 구동기와, 상기 툴을 회전시키는 회전 구동기와, 상기 중첩부에 상기 툴을 회전시킨 상태로 압입하여 마찰교반 점 접합을 하도록 상기 변위 구동기 및 상기 회전 구동기를 제어하는 컨트롤러를 구비하며, 상기 컨트롤러는, 상기 중첩부 중 저항 점 용접으로 용접되는 복수의 저항 점 용접부 사이의 영역에 적어도 하나의 마찰교반 점 접합부를 형성하도록 상기 변위 구동기를 제어한다.

상기 구성에 의하면, 복수의 저항 점 용접부 사이의 영역에 마찰교반 점 접합부를 형성함으로써, 저항 점 용접부 간의 거리를 길게 하면서도, 전체적으로 점 접합 개소(저항 점 용접 개소 및 마찰교반 점 접합 개소)의 접합 피치를 짧게 할 수 있다. 즉, 저항 점 용접부 간의 거리를 길게 하여 무효전류를 억제함으로써, 접합강도 및 외관품질의 저하와 접합강도의 편차를 방지할 수 있고, 또한, 전체적으로 점 접합 개소의 접합 피치를 짧게 함으로써, 높은 이음 강도를 얻을 수가 있다.

상기 컨트롤러는, 상기 마찰교반 점 접합부와 상기 저항 점 용접부 사이의 접합 피치를, 상기 한 쌍의 판재에 마찰교반 점 접합부 및 저항 점 용접부 쌍을 형성했을 경우의 인장-전단강도가 상기 한 쌍의 판재에 저항 점 용접부 쌍을 형성했을 경우의 인장-전단강도보다 높아지는 접합 피치로 설정하여도 좋다.

상기 구성에 의하면, 저항 점 용접 시의 무효전류에 의한 접합강도 저하의 방지와 접합 피치의 단축화에 의한 접합강도의 향상을 알맞게 양립시킬 수 있다.

상기 판재는 강재이며, 상기 마찰교반 점 접합부와 상기 저항 점 용접부 사이의 접합 피치를 'Y'라고 하고, 상기 한 쌍의 판재 각각의 판 두께를 'X'라고 했을 때, 상기 컨트롤러는, 상기 한 쌍의 판재가 저탄소강일 경우에는, Y ≤ -1.4 X² + 18.6X + 0.6을 충족하도록 상기 접합 피치를 설정하고, 상기 한 쌍의 판재가 중탄소강 또는 저합금강일 경우에, Y ≤ -1.9X² + 25.5X + 2.1을 충족하도록 상기 접합 피치를 설정하여도 좋다.

상기 구성에 의하면, 저항 점 용접 시의 무효전류에 의한 접합강도 저하의 방지와 접합 피치의 단축화에 의한 접합강도의 향상을 알맞게 양립시킬 수가 있다.

상기 컨트롤러는, 상기 마찰교반 점 접합부와 상기 저항 점 용접부 사이의 접합 피치를, 상기 저항 점 용접부의 반경과 상기 마찰교반 점 접합부의 반경의 합계보다 긴 값으로 설정하여도 좋다.

상기 구성에 의하면, 마찰교반 점 접합부와 저항 점 용접부가 서로 중첩하여져서 합계 접합 면적이 줄어드는 것이 방지되고, 효과적으로 접합강도를 높일 수가 있다.

본 발명의 한 양태에 따른 점 접합 방법은, 한 쌍의 판재를 서로 중첩하여 점 접합하는 점 접합 방법으로서, 상기 한 쌍의 판재의 중첩부에 복수의 저항 점 용접부를 형성하는 저항 점 용접 공정과, 상기 중첩부 중 상기 복수의 저항 점 용접부 사이의 영역에 적어도 하나의 마찰교반 점 접합부를 형성하는 마찰교반 점 접합 공정을 구비한다.

본 발명의 한 형태에 따른 이음 구조는, 한 쌍의 판재를 서로 중첩하여 점 접합하여 이루어지는 이음 구조로서, 상기 한 쌍의 판재의 중첩부는, 복수의 저항 점 용접부와, 상기 복수의 저항 점 용접부 사이의 영역에 형성된 적어도 하나의 마찰교반 점 접합부를 구비한다.

본 발명에 의하면, 저항 점 용접 시의 무효전류를 억제하면서, 높은 이음 강도와 안정된 품질을 얻을 수가 있다.

도 1은 실시형태에 따른 점 접합 장치의 마찰교반 점 접합 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 저항 점 용접 공정을 설명하는 단면도이다.
도 3은 마찰교반 점 접합 공정을 설명하는 단면도이다.
도 4는 이음 구조의 주요부 평면도이다.
도 5는 인장-전단 시험에서의 접합 피치와 인장-전단강도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 저탄소강을 저항 점 용접할 때의 판 두께와 최소 접합 피치의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 중탄소강 또는 저합금강을 저항 점 용접할 때의 판 두께와 최소 접합 피치의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 도면을 참조하여 실시형태를 설명한다.

도 1은, 실시형태에 따른 점 접합 장치(1)의 마찰교반 점 접합 장치(2)를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 워크(50)는, 서로 중첩하여진 한 쌍의 판재(51, 52)이며, 마찰교반 점 접합 장치(2)는, 한 쌍의 판재(51, 52)의 중첩부(50a)를 점 접합한다. 마찰교반 점 접합 장치(2)는, 기체(基體)(11)와, 기체(11)에 장착된 가동체(12)와, 가동체(12)로부터 워크(50)를 향해 돌출된 툴 홀더(tool holder)(13)를 구비한다. 가동체(12)는, 툴 홀더(13)의 축선을 따라 슬라이드 변위 가능하게 기체(11)에 장착된다. 툴 홀더(13)는, 그 축선 주위로 회전 가능하게 구성되고, 툴 홀더(13)의 선단부에는, 툴(10)이 착탈 가능하게 장착된다. 기체(11)에는, 대략 L-자 모양으로 만곡된 만곡 프레임(14)이 고정된다. 만곡 프레임(14)은, 그 선단부가 툴(10)과 마주보는 위치까지 연장되고, 만곡 프레임(14)의 선단부에는, 워크(50)를 지지하는 지지대(15)가 설치된다.

기체(11)에는, 툴 홀더(13)의 축선 방향으로 가동체(12)를 슬라이드 변위 시키는 직동 구동기(16)가 설치된다. 직동 구동기(16)는, 가동체(12)를 슬라이드 변위 시킴으로써 툴(10)을 워크(50)에 대해 진퇴 변위 시킨다. 가동체(12)에는, 툴 홀더(13)를 그 축선 주위로 회전시키는 회전 구동기(17)가 설치된다. 회전 구동기(17)는, 툴 홀더(13)를 회전시킴으로써 툴(10)을 회전시킨다. 기체(11)에는, 다관절 로봇(18)이 장착된다. 다관절 로봇(18)은, 기체(11)를 변위 시킴으로써 워크(50)에 대해 툴(10)을 원하는 위치로 변위 시킨다. 즉, 직동 구동기(16) 및 다관절 로봇(18)이, 워크(50)와 툴(10)을 서로 상대 변위 시키는 변위 구동기(19)의 역할을 맡는다.

마찰교반 점 접합 장치(2)는, 직동 구동기(16), 회전 구동기(17) 및 다관절 로봇(18)을 제어하는 컨트롤러(20)를 구비한다. 컨트롤러(20)는, 하나의 제어 유닛에 기능이 집약된 것으로 하여도 좋고, 복수의 제어 유닛에 기능이 분산된 구성으로 하여도 좋다. 컨트롤러(20)는, 프로세서, 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 및 I/O 인터페이스 등을 가진다. 컨트롤러(20)는, 도시하지 않은 입력 장치(예를 들면, 컴퓨터 또는 티칭 펜던트(teaching pendant) 등)로부터 I/O 인터페이스를 통해 입력된 지령에 응답하고, 비휘발성 메모리에 저장된 동작 프로그램에 의거하여 프로세서가 휘발성 메모리를 이용하여 연산하고, I/O 인터페이스를 통해 회전 구동기(17) 및 변위 구동기(19)와 통신한다. 마찰교반 점 접합 장치(2)는, 컨트롤러(20)로 하여금 회전 구동기(17) 및 변위 구동기(19)를 제어하게 함으로써, 한 쌍의 판재(51, 52)의 중첩부(50a)에 툴(10)을 회전시킨 상태로 압입하고, 중첩부(50a) 중 마찰열로 연화한 부분을 교반하여 소성 유동시켜, 마찰교반 점 접합을 수행한다.

도 2는, 저항 점 용접 공정을 설명하는 단면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 점 접합 장치(1)는, 저항 점 용접 장치(3)를 더 구비한다. 저항 점 용접 장치(3)는, 한 쌍의 용접 전극(31, 32)과, 이들 용접 전극(31, 32)을 변위 시키는 액추에이터(도시하지 않음)와, 해당 액추에이터를 제어하는 컨트롤러(도시하지 않음)를 구비한다. 저항 점 용접 장치(3)는, 한 쌍의 판재(51, 52)의 중첩부(50a)를 한 쌍의 용접 전극(31, 32)으로 사이에 끼우고 통전하여 저항 용접함으로써, 중첩부(50a)에 소정의 간격을 두고 복수의 저항 점 용접부(W1, W2)(너깃(nugget))를 형성하여, 한 쌍의 판재(51, 52)를 서로 점 접합 한다.

도 3은, 마찰교반 점 접합 공정을 설명하는 단면도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 마찰교반 점 접합 장치(2)는, 한 쌍의 판재(51, 52)의 중첩부(50a) 중 복수의 저항 점 용접부(W1, W2) 사이의 영역(R)에 적어도 하나의 마찰교반 점 접합부(J)를 형성하고, 한 쌍의 판재(51, 52)를 서로 점 접합한다. 툴(10)은, 툴 본체부(10a)와, 툴 본체부(10a)보다 작은 지름으로 툴 본체부(10a)의 중심으로부터 워크(50)를 향해서 돌출된 핀부(10b)를 가진다.

마찰교반 점 접합에 있어서는, 컨트롤러(20)(도 1 참조)는, 회전 구동기(17)을 제어하여 툴(10)의 회전수가 목표 회전수가 된 상태에서, 직동 구동기(16)를 제어하여 핀부(10b)가 워크(50)의 중첩부(50a)를 내리누를 때까지 툴(10)을 변위 시킨다. 그러면, 툴(10)의 핀부(10b)가, 워크(50)의 중첩부(50a)를 마찰열에 의해 연화시키고, 그 연화 부분(50b)을 교반하여 소성유동시킨다. 컨트롤러(20)는, 소정의 접합 처리 시간(핀부(10b)의 몰입 시간)이 경과한 후, 직동 구동기(16)로 툴(10)을 워크(50)로부터 빼내는 방향으로 변위 시킨다. 툴(10)이 워크(50)로부터 빼내지면, 상기 연화 부분(50b)이 냉각되고 경화하여 마찰교반 점 접합부(J)가 형성된다. 또한, 마찰교반 점 접합은, 판재(51, 52)로의 통전을 수반하지 않기 때문에, 무효 전류의 문제는 발생할 수 없다. 이상과 같이, 한 쌍의 판재(51, 52)의 중첩부(50a)를 저항 점 용접과 마찰교반 점 접합 양쪽에 의해서 접합하는 것으로, 이음 구조(100)가 형성된다.

도 4는, 이음 구조(100)의 주요부 평면도이다. 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 이음 구조(100)는, 한 쌍의 판재(51, 52)를 서로 중첩하여 점 접합하여 이루어지며, 자동차, 항공기, 철도차량 등의 구조체에 이용된다. 이음 구조(100)는, 한 쌍의 판재(51, 52)의 중첩부(50a)에 형성된 한 쌍의 저항 점 용접부(W1, W2)와, 한 쌍의 저항 점 용접부(W1, W2) 사이의 영역(R)에 형성된 하나의 마찰교반 점 접합부(J)를 가진다. 마찰교반 점 접합부(J)와 저항 점 용접부(W1, W2) 사이의 접합 피치(L), 즉, 마찰교반 점 접합부(J)의 중심과 저항 점 용접부(W1, W2) 각각의 중심 사이의 거리(L)는, 소정의 범위로 설정되는 것이 바람직하다. 이하, 접합 피치(L)의 알맞은 범위에 관하여 설명한다.

도 5는, 인장-전단 시험에서의 접합 피치와 인장-전단강도와의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 인장-전단 시험에서는, 이음 구조를 구성하는 한 쌍의 판재로서, 저탄소강인 DP980 강판(인장 강도 980MPa)을 이용하고, 각 판재의 판 두께는 각각 1.2mm 하였다. 도 5 중의 검은색 플롯(plot)은, 한 개의 저항 점 용접부와 한 개의 마찰교반 점 접합부를 가지는 이음 구조를 인장-전단 시험한 결과(이하, 「저항 점 용접 + 마찰교반 점 접합」이라고 칭한다. )를 나타내며, 실선은 그 근사선이다. 도 5 중 흰색 플롯은, 2개의 저항 점 용접을 가지는 이음 구조를 인장-전단 시험한 결과(이하, 「저항 점 용접 + 저항 점 용접」이라고 칭한다. )를 나타내며, 점선은 그 근사선이다.

도 5에서 알 수 있듯이, 접합 피치가 6mm 이상 20mm 이하의 범위에서는, 「저항 점 용접 + 마찰교반 점 접합」 쪽이 「저항 점 용접 + 저항 점 용접」보다 인장-전단강도가 높다. 접합 피치가 너무 짧을 경우는, 저항 점 용접부와 마찰교반 점 접합부 사이의 접합 피치가, 저항 점 용접부의 반경과 마찰교반 점 접합부의 반경의 합계보다 짧아져, 저항 점 용접부와 마찰교반 점 접합부가 서로 중첩하여져서 합계 접합 면적이 감소하고, 이음 강도의 향상 효과가 감소한다. 그 때문에, 저항 점 용접부와 마찰교반 점 접합부가 서로 중첩되지 않도록, 접합 피치를 6mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 「저항 점 용접 + 마찰교반 점 접합」쪽이 「저항 점 용접 + 저항 점 용접」보다 인장-전단강도가 높아지는 접합 피치의 하한치는, 저항 점 용접부 및 마찰교반 점 접합부의 각 반경에 의존한다. 또한, 도 5에서 접합 피치가 0mm인 플롯은, 단일 점에서의 인장-전단강도를 나타내고 있고, 이 경우, 저항 점 용접부 쪽이 마찰교반 점 접합부보다 1점당 인장-전단강도가 높은 것을 의미하고 있다.

접합 피치가 긴 경우는, 저항 점 용접 시의 분류(分流)에 의해 발생하는 무효전류가 감소하기 때문에, 「저항 점 용접 + 저항 점 용접」 쪽이 「저항 점 용접 + 마찰교반 점 접합」보다 인장-전단강도가 높아진다. 그러나 접합 피치가 20mm 이하일 경우에는, 「저항 점 용접 + 저항 점 용접부」에서는 무효전류가 증가하기 때문에, 「저항 점 용접 + 마찰교반 점 접합」 쪽이 「저항 점 용접 + 저항 점 용접」보다 인장-전단강도가 높아진다. 예를 들면, 접합 피치가 10mm에서의 인장-전단 시험 후의 파단 형태의 비교에서, 「저항 점 용접 + 저항 점 용접」에서는, 2타점째의 저항 점 용접부가 1타점째의 저항 점 용접부보다 지름이 작아지게 되고, 계면 파단이 이루어지는 것이 확인되었지만, 「저항 점 용접 + 마찰교반 점 접합」에서는, 모재 파단이 이루어지는 것이 확인되었다. 그 때문에, 판 두께 1.2mm의 저탄소강 판재를 사용한 이음 구조에서는, 마찰교반 점 접합부와 저항 점 용접부 사이의 접합 피치는, 20mm 이하의 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 「저항 점 용접 + 마찰교반 점 접합」 쪽이 「저항 점 용접 + 저항 점 용접」보다 인장-전단강도가 높아지는 접합 피치의 상한치는, 판재의 재질 및 두께에 따라 변하기 때문에, 이 점에 관해 아래에서 설명한다.

도 6은, 저탄소강(S10C 등)을 저항 점 용접할 때의 판 두께와 최소 접합 피치의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7은, 중탄소강(S20C, S35C, S45C 등) 또는 저합금강(SNCM439, SCM435 등)을 저항 점 용접할 때의 판 두께와 최소 접합 피치의 관계를 나타내는 그래프이다. 저탄소강은, 탄소 함유율(질량 퍼센트 농도)이 0.20% 미만의 강이고, 중탄소강은, 탄소 함유율이 0.20% 이상 0.6% 이하의 강이며, 저합금강은, 철 및 탄소 이외의 합금 원소의 함유율(질량 퍼센트 농도)이 5% 이하의 강이다. 최소 접합 피치는, 한 쌍의 판재를 저항 점 용접만으로 접합할 경우에 요구되는 접합 피치의 하한치를 의미한다. 도 6 중의 실선은, 검은색 플롯의 근사선이며, 접합 피치를 Y(mm), 판 두께를 X(mm)로 했을 경우에, Y = -1.4 X² + 18.6X + 0.6으로 표시된다. 도 7 중의 실선은, 검은색 플롯의 근사선이며, 접합 피치를 Y(mm), 판 두께를 X(mm)로 했을 경우에, Y = -1.9X² + 25.5X + 2.1로 표시된다.

도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 판재를 저항 점 용접만으로 접합한 경우에 요구되는 최소 접합 피치는, 판재의 판 두께가 증가할수록 길어진다. 또한, 한 쌍의 판재를 저항 점 용접만으로 접합한 경우에 요구되는 최소 접합 피치는, 판재를 저탄소강으로 했을 경우가 판재를 중탄소강 또는 저합금강으로 했을 경우보다 짧아진다. 즉, 판 두께가 증가하면 무효전류가 발생하기 쉽고, 또한, 저탄소강 쪽이 중탄소강 또는 저합금강보다 무효전류가 발생하기 어려워진다.

여기서, 도 5의 시험 결과(저탄소강; 판 두께 1.2mm)에서, 「저항 점 용접 + 마찰교반 점 접합」 쪽이 「저항 점 용접 + 저항 점 용접」보다 인장-전단강도가 높아진 접합 피치의 상한치(20mm)를, 도 6 중에 흰색 플롯으로 추가하여 기재하면, 그 흰색 플롯은, 대체로 그래프의 실선(Y = -1.4X² + 18.6X + 0.6) 상에 위치한다. 따라서, 저항 점 용접부와 마찰교반 점 접합부가 이웃하는 이음 구조에서는, 판재가 저탄소강일 경우에, Y ≤ -1.4X² + 18.6X + 0.6을 충족하도록 접합 피치의 상한치를 설정하고, 판재가 중탄소강일 경우에, Y ≤ -1.9X² + 25.5X + 2.1을 충족하도록 접합 피치의 상한치를 설정하는 것이 바람직하다고 말할 수 있다.

이상에서, 컨트롤러(20)는, 판재(51, 52)가 저탄소강일 경우에는, 마찰교반 점 접합부(J)와 저항 점 용접부(W1, W2) 사이의 접합 피치(L)를, Y ≤ -1.4X² + 18.6X + 0.6을 충족하도록 설정하고, 판재(51, 52)가 중탄소강 또는 저합금강일 경우에는, 마찰교반 점 접합부(J)와 저항 점 용접부(W1, W2) 사이의 접합 피치(L)를, Y ≤ -1.9X² + 25.5X + 2.1을 충족하도록 설정한다. 또한, 컨트롤러(20)는, 마찰교반 점 접합부(J)와 저항 점 용접부(W1, W2) 사이의 접합 피치(L)를, 저항 점 용접부(J)의 반경과 마찰교반 점 접합부 W1(W2)의 반경의 합계보다 긴 값으로 설정한다. 즉, 컨트롤러(20)는, 마찰교반 점 접합부(J)와 저항 점 용접부(W1, W2) 사이의 접합 피치(L)를, 한 쌍의 판재에 마찰교반 점 접합부 및 저항 점 용접부 쌍을 형성한 경우의 인장-전단강도가 한 쌍의 판재에 저항 점 용접부 쌍을 형성한 경우의 인장-전단강도보다 높아지는 접합 피치로 설정한다.

이상으로 설명한 구성에 의하면, 저항 점 용접부(W1, W2) 사이의 영역(R)에 마찰교반 점 접합부(J)를 형성함으로써, 저항 점 용접부(W1, W2) 간의 거리를 길게 하면서도, 전체적으로 점 접합 개소(저항 점 용접 개소 및 마찰교반 점 접합 개소)의 접합 피치(L)를 짧게 할 수 있다. 즉, 저항 점 용접부(W1, W2) 간의 거리를 길게 하여 무효전류를 억제함으로써, 접합강도 및 외관품질의 저하와 접합강도의 편차를 방지할 수 있고, 또한, 전체적으로 점 접합 개소의 접합 피치(L)를 짧게 함으로써, 이음 강도와 이음 구조(100)의 강성을 높일 수가 있다.

또한, 컨트롤러(20)는, 마찰교반 점 접합부(J)와 저항 점 용접부(W1, W2) 사이의 접합 피치(L)를, 「저항 점 용접부 + 마찰 교반 점 접합」 쪽이 「저항 점 용접부 + 저항 점 용접부」보다 인장-전단강도가 높아지는 접합 피치로 설정하므로, 저항 점 용접 시의 무효전류에 의한 접합강도 저하의 방지와 접합 피치의 단축화에 의한 접합강도의 향상을 알맞게 양립시킬 수 있다. 또한, 컨트롤러(20)는, 마찰교반 점 접합부(J)와 저항 점 용접부(W1, W2) 사이의 접합 피치(L)를, 저항 점 용접부(W1, W2)의 반경과 마찰교반 점 접합부(J)의 반경의 합계보다 긴 값으로 설정하므로, 마찰교반 점 접합부(J)와 저항 점 용접부(W1, W2)가 중첩하여져서 합계 접합 면적이 줄어드는 것이 방지되고, 효과적으로 접합강도를 높일 수가 있다.

또한, 본 발명은 전술한 실시형태로 한정되는 것이 아니라, 그 구성을 변경, 추가, 또는 삭제할 수 있다. 예를 들면, 마찰교반 점 접합부(J)와 저항 점 용접부(W1) 사이의 접합 피치는, 마찰교반 점 접합부(J)와 저항 점 용접부(W2) 사이의 접합 피치와 달라도 좋다. 또한, 도 4에서는, 마찰교반 점 접합부(J)는, 한 쌍의 저항 점 용접부(W1, W2)를 잇는 직선상에 마련하였지만, 판재의 중첩부가 평면에서 바라볼 때 만곡된 만곡부를 가질 경우에는, 해당 만곡부의 연장 방향으로 연장되는 만곡선 상의 한 쌍의 저항 점 용접부 사이에 마련하여도 좋다. 또한, 변위 구동기는, 툴에 대해 워크를 이동시키는 것으로 하여도 좋다. 또한, 서로 중첩하여져서 점 접합되는 판재의 수는 3장 이상이어도 좋다.

1 : 점 접합 장치 2 : 마찰교반 점 접합 장치
3 : 저항 점 용접 장치 10 : 툴
17 : 회전 구동기 19 : 변위 구동기
20 : 컨트롤러 50a : 중첩부
51, 52 : 판재 100 : 이음 구조
J : 마찰교반 점 접합부 L : 접합 피치
W1, W2 : 저항 점 용접부

Claims

강재로 이루어진 한 쌍의 판재를 중첩하여 이루어지면서 맞댐부가 존재하지 않는 중첩부에 점 접합하는 점 접합 장치로서,
상기 한 쌍의 판재의 상기 중첩부와 툴을 서로 상대 변위 시키는 변위 구동기와,
상기 툴을 회전시키는 회전 구동기와,
상기 중첩부에 상기 툴을 회전시킨 상태로 압입하여 마찰교반 점 접합을 하도록 상기 변위 구동기 및 상기 회전 구동기를 제어하는 컨트롤러를 구비하며,
상기 컨트롤러는, 상기 중첩부 중 저항 점 용접으로 용접되는 복수의 저항 점 용접부 사이의 영역에서 상기 중첩부에만 하나 이상의 마찰교반 점 접합부를 형성하도록 상기 변위 구동기를 제어함과 동시에, 상기 툴이 상기 마찰교반 점 접합부의 지름을 상기 저항 점 용접부의 지름보다 크게 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 점 접합 장치.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 마찰교반 점 접합부와 상기 저항 점 용접부 사이의 접합 피치를, 상기 한 쌍의 판재에 마찰교반 점 접합부 및 저항 점 용접부 쌍을 형성한 경우의 인장-전단강도가, 상기 한 쌍의 판재에 저항 점 용접부 쌍을 형성한 경우의 인장-전단강도보다 높아지는 접합 피치로 설정하는 것을 특징으로 하는 점 접합 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 판재는 강재이고,
상기 마찰교반 점 접합부와 상기 저항 점 용접부 사이의 접합 피치를 'Y'라고 하고, 상기 한 쌍의 판재 각각의 판 두께를 'X'라고 했을 때,
상기 컨트롤러는, 상기 판재가 저탄소강인 경우, Y ≤ -1.4 X² + 18.6X + 0.6을 충족하도록 상기 접합 피치를 설정하고, 상기 판재가 중탄소강 또는 저합금강인 경우, Y ≤ -1.9X² + 25.5X + 2.1을 충족하도록 상기 접합 피치를 설정하는 것을 특징으로 하는 점 접합 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 컨트롤러는, 상기 마찰교반 점 접합부와 상기 저항 점 용접부 사이의 접합 피치를, 상기 저항 점 용접부의 반경과 상기 마찰교반 점 접합부의 반경의 합계보다 긴 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 점 접합 장치.
강재로 이루어진 한 쌍의 판재를 서로 중첩하여 이루어지면서 맞댐부가 존재하지 않는 중첩부에 점 접합하는 점 접합 방법으로서,
상기 한 쌍의 판재의 상기 중첩부를 저항 점 용접으로 점 접합함으로써 복수의 저항 점 용접부를 형성하는 저항 점 용접 공정과,
상기 중첩부 중 상기 복수의 저항 점 용접부 사이의 영역에서 상기 중첩부만을 마찰교반 점 접합으로 점 접합함으로써 하나 이상의 마찰교반 점 접합부를 형성함과 동시에, 상기 마찰교반 점 접합부의 지름을 상기 저항 점 용접부의 지름보다 크게 하는 마찰교반 점 접합 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 점 접합 방법.
제5항에 있어서,
상기 마찰교반 점 접합부와 상기 저항 점 용접부 사이의 접합 피치를, 상기 한 쌍의 판재에 마찰교반 점 접합부 및 저항 점 용접부 쌍을 형성한 경우의 인장-전단강도가, 상기 한 쌍의 판재에 저항 점 용접부 쌍을 형성한 경우의 인장-전단강도보다 높아지는 접합 피치로 설정하는 것을 특징으로 하는 점 접합 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 판재는 강재이고,
상기 마찰교반 점 접합부와 상기 저항 점 용접부 사이의 접합 피치를 'Y'라고 하고, 상기 한 쌍의 판재 각각의 판 두께를 'X'라고 했을 때,
상기 판재가 저탄소강인 경우, Y ≤ -1.4 X² + 18.6X + 0.6을 충족하도록 상기 접합 피치를 설정하고, 상기 판재가 중탄소강 또는 저합금강인 경우, Y ≤ -1.9X² + 25.5X + 2.1을 충족하도록 상기 접합 피치를 설정하는 것을 특징으로 하는 점 접합 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 마찰교반 점 접합부와 상기 저항 점 용접부 사이의 접합 피치를, 상기 저항 점 용접부의 반경과 상기 마찰교반 점 접합부의 반경의 합계보다 긴 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 점 접합 방법.
강재로 이루어진 한 쌍의 판재를 서로 중첩하여 이루어지면서 맞댐부가 존재하지 않는 중첩부에 점 접합하여 이루어지는 이음 구조로서,
상기 한 쌍의 판재의 상기 중첩부에 형성된 복수의 저항 점 용접부와,
상기 중첩부 중 상기 복수의 저항 점 용접부 사이의 영역에서 상기 중첩부에만 형성됨과 동시에, 상기 저항 점 용접부의 지름보다 큰 하나 이상의 마찰교반 점 접합부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이음 구조.
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