KR102281479B1

KR102281479B1 - 차체용 구조체

Info

Publication number: KR102281479B1
Application number: KR1020197025448A
Authority: KR
Inventors: 치카우미 사와니시; 히로시 마츠다; 린세이 이케다
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2021-07-23
Also published as: CN110431064B; JPWO2018159770A1; JP6583557B2; WO2018159770A1; KR20190112781A; CN110431064A

Abstract

저항 스폿 용접과 접착제를 병용하여 접합되고, 내충돌 특성이 우수한 차체용 구조체를 제공한다. 본 발명은 중첩된 복수개의 강판(10, 20)이 저항 스폿 용접 및 접착제로 접합된 차체용 구조체(1)로서, 저항 스폿 용접으로 접합된 접합면(31)의 면적의 합계를 As로 하고, 저항 스폿 용접 및 접착제로 접합된 접합면의 면적이, 접착제로 접합된 접합면(32)의 면적의 합계를 Aw로 했을 때, 하기 식(1)의 관계를 만족시킨다. 1≤100×As/Aw≤50 (1)

Description

차체용 구조체

본 발명은 자동차의 골격 부재 등에 이용할 수 있는 내충돌 특성이 우수한 차체용 구조체에 관한 것이다.

자동차 분야에서는 지구 온난화 방지를 목적으로 한 CO₂ 배출 억제나 충돌시의 승무원 및 보행자의 안전성(충돌 안전성) 향상에 대한 사회적 요청이 증대해 오고 있다. 이 중, 자동차 주행시의 CO₂ 배출량 삭감에 대해서는 차체 중량의 경감에 의한 효과도 크다. 차체 중량의 100kg의 경량화에 의해, 평균적으로는 약 1km/l의 연비의 절감이 가능하게 되는 동시에, CO₂ 배출량도 삭감할 수 있다.

한편, 충돌 안전성에 대해서는 그 기준이 해마다 엄격하게 되고 있으며, 차체 강도 및 강성의 향상이나 강도의 최적 배분에 의한 승무원 및 보행자의 안전성의 확보가 필요하게 되고 있다. 일반적으로는 차체 강도의 향상을 도모하면 차체 중량이 증가하지만, 차체에 사용되는 소재의 고강도화에 의해 차체 중량의 저감(즉 CO₂ 배출 억제)과 충돌 안전성의 밸런스를 취하는 것이 가능하다. 철강 재료는 자동차의 중량의 약 7할을 차지하는 주요한 소재이며, 그 중에서도 강판의 고강도화는 해마다 진행되고 있다.

그러나, 내식성이나 강성의 관점에서, 고강도 강판의 적용에 의한 박육화에는 한계가 있기 때문에, 강판 뿐만 아니라 접합 방법의 최적화에 의해 강도 특성을 확보하는 것이 필요하고, 특히 센터필러 등으로 대표되는 골격 부재의 강도 특성의 확보는 중요한 과제로 된다.

이상의 배경으로부터, 자동차 부재의 강도 특성을 향상시키는 용접 이음매의 제작 방법이 각종 제안되고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에서는 패널 부재에 접착면과 용접면을 구획하는 오목부를 마련하고, 스폿 용접에 있어서의 접착제의 영향을 없애는 것에 의해 접합 강도를 향상시키는 패널 접합 구조가 기재되어 있다.

또, 특허문헌 2에서는 만곡 형성된 곡성부에 연속하는 플랜지부끼리를 중첩하고, 사이에 접착제를 개재시킨 상태에서 스폿 용접을 실행하여, 곡성부에도 접착제를 충전시킴으로써 접합 강도를 향상시키는 접합 금속판의 제조 방법이 기재되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 제2007-22262호 특허문헌 2: 일본국 특허공보 제4614757호

그러나, 특허문헌 1의 방법에서는 패널부를 개구시키는 방향인 박리 방향에 부하가 생겼을 때, 접착부에 특히 큰 응력 집중이 발생하기 때문에, 박리 강도 저하의 우려가 있었다. 또, 특허문헌 2의 방법에서는 접합되는 2개의 금속판은 양쪽 모두 만곡 형성되어 있을 필요가 있으며, 부재로서의 형상이 제한된다는 과제가 있었다. 또한, 특허문헌 1, 2 모두, 충돌시에 접합 부재(용접 이음매)가 고속 변형되는 것에 대한 대책은 기재되어 있지 않아, 내충돌 특성이 불충분하였다.

본 발명은 이들 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 저항 스폿 용접과 접착제를 병용하여 접합되고, 내충돌 특성이 우수한 차체용 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기의 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 이하의 지견을 얻었다.

도 1은 충돌시에 발생하는 차체용 구조체에의 부하의 방향을 나타내는 모식도이며, 도 1에 있어서 차체용 구조체(1)는 중첩된 강판(10) 및 강판(20)으로 이루어진다. 접합 부재(용접 이음매)로서의 내충돌 특성을 높게 하기 위해서는 특허문헌 1, 2에서 거론되는 바와 같이, 저항 스폿 용접에 부가하여 접착제를 병용함으로써 효율적으로 접합 면적을 확대하는 것이 수단의 하나이다. 그러나, 충돌시의 용접 이음매의 변형은 도 1에 나타내는 바와 같이, 용접 이음매의 전단 방향(중첩된 강판의 접합면에 대략 평행한 방향) 및 용접 이음매의 박리 방향(중첩된 강판의 접합면에 대략 수직인 방향)의 부하에 의해 발생한다. 접착제에 의한 접합은 용접 이음매의 전단 방향의 부하에 대한 강도(이하 「전단 강도」라고도 함)를 향상시키는데 유효하지만, 용접 이음매의 박리 방향의 부하에 대한 강도(이하 「박리 강도」라고도 함)는 낮다는 결점이 있다. 그 때문에, 접착제에 의한 접합은 충돌에 의한 고속 변형시의 박리 방향의 강도를 향상시키는 수단으로서는 반드시 유효하다고는 할 수 없다.

한편, 저항 스폿 용접에 있어서의 충돌에 의한 고속 변형시의 특성은 이하와 같이 설명할 수 있다. 도 2는 고강도 강판을 이용한 저항 스폿 용접 이음매에 있어서의 전단 강도 및 박리 강도의 변형 속도에의 의존성을 모식적으로 나타내는 그래프이다. 인장 속도가 상승하면 전단 강도는 증가 경향을 나타내지만, 이것은 고속 변형시에는 용접부에 가해지는 전단 방향의 부하의 비율이 높게 됨으로써, 판 두께 방향으로의 변형이 억제되고, 파단 모드가 순(純) 전단화되기 때문이다. 이에 대해, 인장 속도가 상승해도 박리 강도는 거의 증가하지 않지만, 이것은 고속화에 수반하는 부하 방향의 변화가 없기 때문이다.

이상의 부하 방향·변형 속도에의 의존성을 고려하면, 용접 이음매의 내충돌 특성을 향상시키기 위해서는 박리 방향의 부하에 대한 강도를 확보하는 것이 유효하다. 해당 박리 강도의 확보를 위해서는 접착제로 접합된 면적에 대해 일정 이상의 저항 스폿 용접으로 접합된 면적을 갖는 것이 유효하다. 또, 접착제는 박리 강도가 낮고, 고강도 강판을 이용한 용접 이음매에서는 고속 변형시에는 저항 스폿 용접의 박리 강도도 향상하지 않는다. 이 때문에, 박리 방향으로의 변형이 생기기 어려운 용접 위치나 부재 형상으로 하는 것이 저항 스폿 용접 이음매의 내충돌 특성을 향상시키는데 유효하다.

본 발명은 이들 지견에 의거하여, 또한 검토를 부가하여 완성된 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

[1] 중첩된 복수개의 강판이 저항 스폿 용접 및 접착제로 접합된 차체용 구조체로서, 저항 스폿 용접으로 접합된 접합면의 면적의 합계를 As로 하고, 접착제로 접합된 접합면의 면적의 합계를 Aw로 했을 때, 저항 스폿 용접 및 접착제로 접합된 접합면의 면적이 하기 식 (1)의 관계를 만족시키는 차체용 구조체.

1.0≤100×As/Aw≤50 (1)

[2] 중첩된 복수개의 강판의 총 판 두께를 T0으로 하고, 저항 스폿 용접으로 접합된 저항 스폿 용접부의 판 두께를 Tw로 했을 때, 저항 스폿 용접점 중 절반 이상이 하기 식(2)의 관계를 만족시키는 [1]에 기재된 차체용 구조체.

60≤100×Tw/T0 (2)

[3] 중첩된 복수개의 강판 중 적어도 1개의 강판은 천장부와, 해당 천장부의 단에서 동일측으로 구부러진 입벽과, 해당 입벽의 선단에서 외측으로 연장하는 플랜지를 갖는 단면 모자 형상의 강판이고, 해당 단면 모자 형상의 강판은 플랜지에서 다른 강판과 저항 스폿 용접 및 접착제로 접합되어 있고, 플랜지의 저항 스폿 용접점 중 절반 이상은 입벽에서 12㎜ 이내에 위치하고 있는 [1] 또는 [2]에 기재된 차체용 구조체.

[4] 중첩된 복수개의 강판은 천장부와, 해당 천장부의 단에서 동일측으로 구부러진 입벽과, 해당 입벽의 선단에서 외측으로 연장하는 플랜지를 갖는 단면 모자 형상의 강판 및, 해당 단면 모자 형상의 강판의 상기 천장부에 대향하는 강판이고, 단부는 헴 구조인 [1] 내지 [3] 중의 어느 하나에 기재된 차체용 구조체.

[5] 중첩된 복수개의 강판 중 적어도 1장의 강판은 질량%로, C:0.02∼0.3%,

Si:0.01∼5%, Mn:0.5∼10%를 함유하는 고강도 강판인 [1] 내지 [4] 중의 어느 하나에 기재된 차체용 구조체.

본 발명에 따르면, 저항 스폿 용접과 접착제를 병용해서 접합되고, 내충돌 특성이 우수한 차체용 구조체를 제공할 수 있다. 본 발명의 차체용 구조체는 내충돌 특성이 우수하기 때문에, 내충돌 특성이 요구되는 자동차나 철도 차체 등의 부재, 특히 골격 부재로서 바람직하다.

도 1은 충돌시에 생기는 차체용 구조체에의 부하의 방향을 나타내는 모식도이다.
도 2는 고강도 강판을 이용한 저항 스폿 용접 이음매에 있어서의 전단 강도 및 박리 강도의 변형 속도에의 의존성을 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 차체용 구조체의 개략을 나타내는 도면이다.
도 4는 저항 스폿 용접부의 판 두께 및 판의 분리를 설명하는 단면도이다.
도 5는 입벽에서 저항 스폿 용접점까지의 거리를 설명하는 단면도이다.
도 6은 헴(hem) 구조의 패턴예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 있어서의 접착 및 용접 방법을 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 있어서의 접착 및 용접 방법을 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 있어서의 접착 및 용접 방법을 나타내는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 있어서의 접착 및 용접 방법을 나타내는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 있어서의 축압괴 시험의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 있어서의 축압괴 시험의 평가 결과를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 내충돌 특성이 우수한 차체용 구조체(이하, 단지 「본 발명의 차체용 구조체」라고도 함)는 중첩된 복수개의 강판이 저항 스폿 용접 및 접착제로 접합된 차체용 구조체로서, 저항 스폿 용접으로 접합된 접합면의 면적(㎟)의 합계를 As로 하고, 접착제로 접합된 접합면의 면적(㎟)의 합계를 Aw로 했을 때, 저항 스폿 용접 및 접착제로 접합된 접합면의 면적이 하기 식(1)의 관계를 만족시킨다.

1.0≤100×As/Aw≤50 (1)

이러한 본 발명의 차체용 구조체에 대해, 본 발명의 차체용 구조체의 일예인 도 3을 이용하여 이하에 상세하게 설명한다. 도 3의 (a)는 본 발명의 차체용 구조체의 개략을 나타내는 도면이며, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 접합부 근방(도 3의 (a)에 있어서의 점선으로 둘러싸인 부분)의 확대도이다. 또한, 도 3은 2개의 강판을 이용한 예이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 차체용 구조체(1)는 2개의 강판(10) 및 강판(20)을 중첩하여, 저항 스폿 용접 및 접착제로 접합한 것이다. 도 3에 있어서는 상측의 강판(10)으로서, 천장부(11)와, 해당 천장부(11)의 단에서 동일측으로 구부러진 입벽(12)과, 해당 입벽(12)의 선단에서 외측으로 연장하는 플랜지(13)를 갖는 단면이 모자 형상(이하, 단면 모자 형상이라고 함)의 강판을 이용한다. 하측의 강판(20)으로서, 편평한 강판을 이용한다. 단면 모자 형상의 강판(10)의 플랜지(13)가 접합면으로 되고, 강판(10)의 천장부(11)와 편평한 강판(20)이 대향하도록 중첩되어 있다.

중첩된 차체용 구조체(1)를 구성하는 2개의 강판(10) 및 강판(20)은 도 3에 있어서는 단면 모자 형상의 강판(10)의 플랜지(13)에 있어서, 저항 스폿 용접 및 접착제로 접합되어 있다. 또한, 저항 스폿 용접은 입벽(12)을 따라 실행되고 있으며, 강판(10)의 플랜지(13)와 강판(20)의 접합면에는 복수의 저항 스폿 용접에 의한 용접점(너깃(30))이 입벽(12)을 따라 마련되어 있다.

그리고, 본 발명에 있어서는 저항 스폿 용접으로 접합된 접합면(31)의 면적의 합계를 As(㎟)로 하고, 접착제로 접합된 접합면(32)의 면적의 합계를 Aw(㎟)로 했을 때, 저항 스폿 용접으로 접합된 접합면(31) 및 접착재로 접합된 접합면(32)은 상기 식(1)의 관계를 만족시킨다. 이와 같이, 접착제로 접합된 접합면(32)의 면적의 합계 Aw에 대해, 저항 스폿 용접으로 접합된 접합면(31)의 면적의 합계 As를 일정 범위내에 넣는 것에 의해, 박리 강도가 낮다는 접착제의 결점을 보완하여, 내충돌 특성이 우수한 것으로 할 수 있다. 또, 저항 스폿 용접의 타점수의 증가에 의해 생기는 시공 효율의 현저한 저하를 막는 것이 가능하게 된다. 상기 식(1)에 있어서의 100×As/Aw의 값이 1.0 미만의 경우에는 Aw에 대해 As가 작아, 충돌에 의한 변형시에 박리 방향에 부하가 가해졌을 때에 강도를 확보할 수 없다. 또, 상기 식 (1)에 있어서의 100×As/Aw의 값이 50 초과의 경우에는 저항 스폿 용접의 타점수가 너무 많기 때문에, 시공 효율이 현저히 저하하게 된다. 또, 스폿 용접과 접착제의 병용에 의한 내충돌 특성의 향상의 효과도 포화한다. 바람직하게는 상기 식 (1)에 있어서의 100×As/Aw의 값은 50.0 이하로 한다. 자동차 등의 차체의 충돌 안전성을 담보하는데 있어서의 중요 부재(예를 들면, 골격 부재)에 대해서는 하기 식(3)의 관계를 만족시키는 것이 바람직하며, 하기 식(4)의 관계를 만족시키는 것이 더욱 바람직하다. 더욱 바람직하게는 하기 식(3)에 있어서의 100×As/Aw의 값은 45.0 이하로 하고, 더욱 바람직하게는 하기 식(4)에 있어서의 100×As/Aw의 값은 40.0 이하로 한다. 또한, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 저항 스폿 용접으로 접합된 접합면(31)의 면적은 강판(10)과 강판(20)의 접합면(맞춤면)에 있어서의 너깃(30)의 면적이다.

1.5≤100×As/Aw≤45 (3)

2.0≤100×As/Aw≤40 (4)

이와 같이, 본 발명의 차체용 구조체(1)는 내충돌 특성이 우수하기 때문에, 내충돌 특성이 요구되는 자동차나 철도 차체 등의 부재, 특히 골격 부재로서 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「내충돌 특성이 우수」라는 것은 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 실행하는 축압괴 시험에 있어서의 충격 흡수 에너지가 높은(예를 들면 2kJ 이상) 것을 말한다.

또, 중첩된 강판의 총 판 두께를 T0(㎜)으로 하고, 저항 스폿 용접으로 접합된 저항 스폿 용접부의 판 두께를 Tw(㎜)로 했을 때, 저항 스폿 용접점 중 절반 이상이 하기 식(2)의 관계를 만족시킴으로써. 본 발명의 효과인 내충돌 특성을 더욱 유효하게 얻을 수 있다. 저항 스폿 용접부의 판 두께 Tw는 도 4에 나타내는 바와 같이, 너깃(30)이 형성된 개소의 강판의 판 두께 방향의 두께이다. 또, 중첩된 강판의 총 판 두께 T0은 용접 전의 강판의 판 두께의 합계와 동등하다. 또한, 도 4는 저항 스폿 용접부의 판 두께 및 판의 분리를 설명하는 단면도이다. 하기 식(2)에 있어서의 100×Tw/T0의 값이 60 미만의 경우, 도 4에 나타내는 바와 같이, 판의 분리라고 불리는 용접부 주위의 모재(강판(10) 및 강판(20))의 떠오름이 커지는 경우가 있다. 판의 분리가 발생할 때, 저항 스폿 용접부 주위의 접착제가 박리되기 때문에, 접착제에 의한 접합 강도가 현저히 저하한다. 또한, 저항 스폿 용접시에 있어서 전극에 의한 강판의 압입이 과대하면, 하기 식(2)에 있어서의 100×Tw/T0의 값이 60 미만이 되는 경우가 있다. 바람직하게는 하기 식(2)에 있어서의 100×Tw/T0의 값은 60.0 이상으로 한다. 또, 하기 식(5)의 관계를 만족시키는 것이 더욱 바람직하다. 더욱 바람직하게는 하기 식(5)에 있어서의 100×Tw/T0의 값은 80.0 이상으로 한다.

60≤100×Tw/T0 (2)

80≤100×Tw/T0 (5)

또, 플랜지(13)에 형성된 저항 스폿 용접점(너깃(30))의 절반 이상을 입벽(12)에서 플랜지(13) 방향으로 12㎜ 이내에 위치하도록 배치함으로써, 본 발명의 효과를 더욱 유효하게 얻을 수 있다. 전술한 바와 같이, 저항 스폿 용접 이음매의 고속 변형시에 있어서의 박리 강도는 저속 변형시에 비해 거의 증가하지 않는다. 그 때문에, 충돌에 의한 변형(고속 변형)을 상정한 경우, 박리 방향으로의 변형이 극력 발생하지 않는 용접 위치에 저항 스폿 용접점(너깃(30))을 배치하는 것이 바람직하다. 저항 스폿 용접점의 절반 이상을 입벽(12)에서 플랜지(13) 방향으로 12㎜ 이내의 위치에 배치함으로써, 강판(10)의 입벽(12)이 강판(20)에서 멀어져 가는 현상인 입벽(12) 부분의 개구를 막을 수 있다. 이 때문에, 박리 방향으로의 변형을 억제하는 효과가 얻어진다. 저항 스폿 용접점의 절반 이상이 입벽(12)에서 플랜지(13) 방향으로 10㎜ 이내에 위치하도록 배치하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 입벽(12)에서 플랜지(13)에 형성된 저항 스폿 용접점(너깃(30))까지의 거리에 대해서는 이하에 도 5를 이용하여 설명한다.

도 5는 입벽에서 저항 스폿 용접점까지의 거리를 설명하는 단면도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 입벽(12)의 내측의 면에 있어서, 강판(20)의 접합면측의 표면에서 판 두께 방향 5㎜의 위치를 점 a로 한다. 저항 스폿 용접점(너깃(30))의 중심을 점 b로 한다. 본 발명에서는 점 a와 점 b의 수평 방향의 거리 d를 「입벽(12)에서 저항 스폿 용접점까지의 거리」로 정의하였다.

또, 본 발명의 차체용 구조체(1)는 단면 모자 형상의 강판(10)의 플랜지(13)의 단부나 강판(20)의 단부의 형상을 도 6에 나타내는 바와 같이 헴 구조로 함으로써, 본 발명의 효과를 더욱 유효하게 얻을 수 있다. 이것은 전술한 저항 스폿 용접점의 배치의 적정화와 마찬가지로, 박리 방향으로의 부하가 극력 생기지 않도록 하는 것이다. 「헴 구조」는 중첩된 강판 중 적어도 1개의 강판의 단부를 다른 한쪽의 강판측으로 절곡한 구조이다. 도 6의 (a)∼(d)는 각각 헴 구조의 패턴예를 나타내는 단면도이다. 헴 구조는 도 6의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 강판(10) 및 강판(20)의 어느 한 쪽을 상하 어느 하나의 방향으로 절곡해도 좋다. 또, 도 6의 (c) 및 (d)에 나타내는 바와 같이, 상측의 강판(10) 및 하측의 강판(20)의 양쪽을 상하 어느 하나의 방향으로 절곡해도 좋다. 그리고, 차체용 구조체(1)의 단부가 헴 구조인 경우에는 적어도, 중첩된 강판(10) 및 강판(20)의 겹침 폭(도 6에 있어서는 강판의 수평 방향의 겹침의 길이)가 가장 길어지는 부분 A가 저항 스폿 용접 및 접착제로 접합된다. 이 저항 스폿 용접으로 접합된 접합면의 면적의 합계 As 및 접착제로 접합된 접합면의 면적의 합계 Aw가 상기 식(1)을 만족시키고, 필요에 따라 또한 상기 식(2)∼(5) 중의 적어도 하나를 만족시킨다.

중첩되는 강판(10) 및 강판(20)의 종류는 특히 한정되지 않지만, 적어도 1개가 고강도 강판인 것이 바람직하다. 본 명세서에 있어서, 「고강도」는 인장 강도 TS가 590MPa 이상인 경우를 말한다. 본 발명에 있어서는 인장 강도 TS가 980MPa 이상의 고강도 강판을 이용할 수도 있다. 또한, 인장 강도 TS는 강판으로부터, 압연 방향에 대해 평행 방향으로 JIS5호 인장 시험편을 제작하고, JIS Z 2241:2011의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하여 구할 수 있다.

강판의 성분 조성은 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 질량%로, C:0.02∼0.3%, Si:0.01∼5%, Mn:0.5∼10%를 함유하는 성분 조성인 것이 바람직하다.

강판(10), 강판(20)의 판 두께는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 판 두께가 1㎜∼5㎜의 범위로 함으로써 본 발명의 효과를 유효하게 얻을 수 있다.

강판(10) 및 강판(20)의 종류나 판 두께는 동일해도 달라도 좋다. 또, 강판(10)이나 강판(20)은 표면에 금속 도금층을 갖는 도금 강판이어도 좋다.

강판(10) 및 강판(20)을 접합하는 접착제는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 에폭시 수지계 접착제, 페놀 수지계 접착제, 실리콘 고무계 접착제 등을 들 수 있다.

또, 상기에서는 단면 모자 형상의 강판(10)과, 편평한 강판(20)을 이용한 예를 나타냈지만, 중첩되는 강판의 형상은 특히 한정되지 않으며, 예를 들면, 단면 모자 형상의 강판을 2개 이용해도 좋고, 또, 편평한 강판을 2개 이용해도 좋다. 편평한 강판을 2개 이용하는 경우에도 강판의 단부를 헴 구조로 할 수도 있다.

이러한 본 발명의 차체용 구조체(1)의 제조 방법의 일예에 대해, 이하에 설명한다. 우선, 강판(10) 및 강판(20)의 적어도 한쪽의, 접착제에 의해서 접합되는 접합면으로 되는 측의 표면에 접착제를 도포한다. 다음에, 강판(10) 및 강판(20)을 중첩하여, 저항 스폿 용접을 실행한다. 즉, 중첩된 강판(10) 및 강판(20)으로 이루어지는 판 세트를 그 상하로부터 한 쌍의 전극으로 협지하여 가압하면서, 상하 전극간에 용접 전류를 통전한다. 이것에 의해, 발생하는 저항 발열을 이용하여, 저항 스폿 용접에 의한 용접점(너깃(30))을 형성하고, 강판(10) 및 강판(20)을 접합한다. 너깃(30)은 중첩된 강판을 전극으로 통전했을 때에 강판의 접촉 개소에서 양 강판이 용융되고, 응고된 부분이며, 이것에 의해 강판끼리가 점형상으로 접합된다. 또, 이 발생하는 저항 발열에 의해 접착제가 경화하여, 강판끼리가 접착제에 의해서 접합된다. 필요에 따라, 가열 등해서 접착제를 경화시켜도 좋다. 그리고, 본 발명에 있어서는 접착제를 도포하는 영역, 저항 스폿 용접점의 타점수, 용접 전류값에 의한 저항 스폿 용접점의 면적 등의 접착제의 도포 조건이나 저항 스폿 용접 조건을 조정하는 것에 의해, 상기 식(1)을 만족시키도록 한다. 또한, 발생하는 저항 발열이나 가열에 의해 접착제가 휘발하여, 얻어지는 차체용 구조체에 형성되는 너깃(30)의 주위 근방에는 접착제가 존재하지 않는 영역이 생기는 경우도 있지만 본 발명의 효과는 얻어진다.

상기에서는 2개의 강판을 중첩한 예를 나타냈지만, 중첩되는 강판은 2개에 한정되지 않으며, 3개 이상이어도 좋다. 3개 이상의 강판을 중첩하는 경우에는 저항 스폿 용접 및 접착제로 접합된 강판 사이에 있어서, 상기 식(1)을 만족시키고, 필요에 따라 또한 상기 식(2)∼(5) 중의 적어도 하나를 만족시키도록 하면 좋다.

실시예

이하에, 본 발명의 가일층의 이해를 위해 실시예를 이용해서 설명하겠지만, 실시예는 하등 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

(본 발명예 및 비교예)

중첩되는 강판으로서, 단면 모자 형상의 강판(10) 및 편평한 강판(20)의 2개의 강판을 이용하였다. 강판(10) 및 강판(20)은 모두 인장 강도 TS980MPa급의 강판(도금 없음, 판 두께 1.2㎜, C함유량: 0.12질량%, Si 함유량: 1.4질량%, Mn 함유량: 2.5질량%)이다. 또, 접착제로서 에폭시 수지계의 접착제를 이용하였다.

도 7∼도 9 및 표 1에 나타내는 접합 조건으로, 도 3에 나타내는 바와 같은 차체용 구조체(1)를 얻었다. 도 7∼도 9는 실시예에 있어서의 접착 및 용접 방법을 나타내는 모식도이며, 도 7∼도 9는 각각 상측의 도면이 단면도이고, 하측의 도면이 평면도이다.

구체적으로는 우선, 강판(10)의 플랜지(13)에 있어서의 강판(20)과의 접합면으로 되는 측의 전체면에 접착제를 도포하고, 상측이 강판(10), 하측이 강판(20)으로 되도록 중첩하여, 플랜지(13)에 있어서 저항 스폿 용접을 일정 간격으로 실행하였다. 그 후, 180℃에서 1시간 가열하는 것에 의해 접착제의 소부를 실행하고, 단면 모자 형상의 차체용 구조체(No.1∼5)를 제작하였다. 또한, No.5의 단면 모자 형상의 차체용 구조체는 저항 스폿 용접시의 용접 전류를 크게 한 것 이외는 No.1과 마찬가지로 해서 실행하였다. 또, 저항 스폿 용접을 실행하지 않는 것 이외는 No.1∼5와 마찬가지의 조작을 실행하여 단면 모자 형상의 차체용 구조체(No.0)도 제작하였다. 또한, No.0의 차체용 구조체가 도 7의 (a)이고, No.1 및 NO.5의 차체용 구조체가 도 7의 (b)이며, No.2의 차체용 구조체가 도 8의 (a)이고, No.3의 차체용 구조체가 도 8의 (b)이며, No.4의 차체용 구조체가 도 9이다.

얻어진 각 차체용 구조체에 대해, 접착제로 접합된 접합면의 면적의 합계 Aw(㎟), 저항 스폿 용접으로 접합된 접합면의 면적의 합계 As(㎟)를 각각 구하고, 100×As/Aw를 구하였다. 접착제로 접합된 접합면의 면적의 합계 Aw는 접합부를 박리해서 면적을 구하고, 그들 합계값으로 하였다. 저항 스폿 용접으로 접합된 접합면의 면적의 합계 As는 각 저항 스폿 용접점의 면적을, 접합부를 박리해서 면적을 구하고, 그들 합계값으로 하였다.

또, 저항 스폿 용접부의 판 두께 Tw(㎜)를 구하고, 100×Tw/T0을 구하였다. 저항 스폿 용접부의 판 두께 Tw는 마이크로미터로 용접부의 판 두께를 측정하여 구하였다.

또한, 동일한 차체용 구조체의 플랜지에 형성하는 복수의 너깃(저항 스폿 용접점)의 형성 조건(용접 조건)은 동일하게 했으므로, 동일한 차체용 구조체에는 동일한 너깃이 형성되고, 각 너깃에서의 용접부의 판 두께 Tw(㎜)는 동일하였다. 또, 너깃(저항 스폿 용접점)의 직경은 차체용 구조체 No.1∼3이 5㎜, 차체용 구조체 No.5가 5.5㎜, 차체용 구조체 No.4가 3.5㎜이었다.

또, 마찬가지로 해서 얻어진 각 차체용 구조체에 대해, 축압괴 시험을 실시하고, 충격 흡수 에너지를 측정하였다. 축압괴 시험은 왜곡 게이지를 점착한 베이스 플레이트상에 차체용 구조체를 그 플랜지면이 연직 방향으로 되도록 세워서 고정시키고, 그 위쪽으로부터 평판의 임팩터(충돌체)를 5m/s로 낙하시켜 실행하였다. 충격 흡수 에너지는 왜곡 게이지에 의해 계측한 하중-변위 곡선을 구하고, 변위 100㎜까지의 흡수 에너지를 산출하여 구하였다. 또한, 변위는 시험체에 부하가 생기고 나서의 스트로크로 하였다. No.0에서의 충격 흡수 에너지를 E0, No.1∼5의 충격 흡수 에너지를 Ex로 하여, E0에 대한 Ex의 비율(Ex/E0×100(%))을 산출하고, 이하의 기준에서 판정하였다. 판정 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명예의 판정은 모두 A 또는 B이며, 본 발명의 효과가 유효하게 얻어진 것을 나타내고 있었다.

Ex/E0×100≥200(%): A

200＞Ex/E0×100≥150(%): B

Ex/E0×100＜150(%): F

계속해서, 도 10 및 표 2에 나타내는 접합 조건으로, 도 3에 나타내는 바와 같은 차체용 구조체(1)를 얻었다. 도 10에서는 사용한 강판, 접착제 및 차체용 구조체의 제작 방법은 상기와 마찬가지로 했지만, 도 7∼9와 달리 플랜지 전면이 아닌 너깃을 형성하는 부근만을 부분적(9㎜×10㎜)으로 접착제를 도포한 후, 저항 스폿 용접을 일정 간격으로 실행하였다. 그 후, 180℃에서 1시간 가열하는 것에 의해 접착제의 소부를 실행하고, 단면 모자 형상의 차체용 구조체(No.7)를 제작하였다. 또, 저항 스폿 용접을 실행하지 않는 것 이외는 No.7과 마찬가지의 조작을 실행하여 단면 모자 형상의 차체용 구조체(No.6)도 제작하였다.

얻어진 각 차체용 구조체에 대해, 접착제로 접합된 접합면의 면적의 합계 Aw(㎟), 저항 스폿 용접으로 접합된 접합면의 면적의 합계 As(㎟)를 각각 구하고, 100×As/Aw를 구하였다.

또, 저항 스폿 용접부의 판 두께 Tw(㎜)를 구하고, 100×Tw/T0을 구하였다.

또한, No.7의 차체용 구조체의 플랜지에 형성하는 복수의 너깃(저항 스폿 용접점)의 형성 조건(용접 조건)은 동일하게 했으므로, No.7의 차체용 구조체에는 동일한 너깃이 형성되고 각 너깃에서의 용접부의 Tw는 동일하였다. 또, 차체용 구조체 No.7의 너깃(저항 스폿 용접점)의 직경은 5.0㎜이었다. Aw, As, Tw는 모두 상술한 바와 마찬가지의 방법으로 구하였다.

또, 마찬가지로 해서 얻어진 각 차체용 구조체에 대해, No.0∼5와 마찬가지로 축압괴 시험을 실시하고, 충격 흡수 에너지를 측정하였다. No.6에서의 충격 흡수 에너지를 E0, No.7의 충격 흡수 에너지를 Ex로 해서, E0에 대한 Ex의 비율(Ex/E0×100(%))을 산출하고, 이하의 기준에서 판정하였다. 판정 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명예의 판정은 A이며, 본 발명의 효과가 유효하게 얻어진 것을 나타내고 있었다.

Ex/E0×100≥200(%): A

200＞Ex/E0×100≥150(%): B

Ex/E0×100＜150(%): F

계속해서, 상기 식 (1)의 효과를 검증하기 위해, 상기한 도 7의 (b)의 접합 조건을 베이스로 해서, 저항 스폿 용접 점수와 너깃 직경을 각종 변화시켜, 각각 차체용 구조체를 제작하였다. 구체적으로는 저항 스폿 용접 점수는 4∼120점으로 하고, 너깃 직경은 3.5∼6.0㎜에서 변화시켰다.

그리고, 각 차체용 구조체에 대해 축압괴 시험을 실행하고, 접착재 및 저항 스폿 용접에 있어서의 접합면의 면적과 충격 흡수 에너지의 관계를 평가하였다. 그 평가 결과를 도 11에 나타낸다. 도 11의 그래프에서는 횡축에 100×As/Aw(%)(접착재 및 저항 스폿 용접에 있어서의 접합면의 면적의 비율), 종축에 100×Ex/E0(%)(E0에 대한 충격 흡수 에너지의 비율)를 나타낸다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 100×As/Aw＜1.0의 범위에서는 충격 흡수 에너지의 증가비(증가량)는 150% 이하로 작고, 불균일하였다. 한편, 1.0≤100×As/Aw≤50으로 함으로써, 안정적으로 충격 흡수 에너지를 증가할 수 있는 것이 나타났다.

계속해서, 상기 식(2)의 효과를 검증하기 위해, 상기한 도 7의 (b)의 접합 조건을 베이스로 해서, 저항 스폿 용접시의 용접 조건(용접 전류, 통전 시간, 가압력) 및 전극 형상(전극 선단 직경, 전극 선단 곡률 반경)을 변화시킴으로써, 저항 스폿 용접부의 판 두께 Tw를 각종 변화시켜, 각각 차체용 구조체를 제작하였다. 구체적으로는 용접 전류는 5∼14kA, 통전 시간은 10∼20cyc, 가압력은 3.0∼7.0kN에서 변화시켰다. 전극 형상은 선단 직경이 4∼12㎜, 곡률 반경이 30∼1000㎜에서 변화시켰다.

그리고, 각 차체용 구조체에 대해 축압괴 시험을 실행하고, 접착재 및 저항 스폿 용접에 있어서의 접합면의 면적과 충격 흡수 에너지의 관계를 평가하였다. 그 평가 결과를 도 12에 나타낸다. 도 12의 그래프에서는 횡축에 100×Tw/T0(%)(T0에 대한 저항 스폿 용접부의 판 두께의 비율), 종축에 100×Ex/E0(%)(E0에 대한 충격 흡수 에너지의 비율)를 나타낸다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 100×Tw/T0＜60의 범위에서는 충격 흡수 에너지의 증가비(증가량)는 160% 이하로 작았다. 한편, 60≤100×Tw/T0으로 함으로써, 안정적으로 충격 흡수 에너지를 증가할 수 있는 것이 나타났다.

[표 1]

[표 2]

10, 20; 강판 11; 천장부
12; 입벽 13; 플랜지
30; 너깃
31; 저항 스폿 용접으로 접합된 접합면
32; 접착제로 접합된 접합면

Claims

중첩된 복수개의 강판이, 평탄한 접합면에서 저항 스폿 용접 및 해당 저항 스폿 용접의 저항 스폿 용접부 주위를 접착제로 접합된 차체용 구조체로서,
상기 평탄한 접합면에 있어서의 저항 스폿 용접으로 접합된 접합면의 면적의 합계를 As로 하고, 접착제로 접합된 접합면의 면적의 합계를 Aw로 했을 때, 저항 스폿 용접 및 접착제로 접합된 접합면의 면적이 하기 식(1)의 관계를 만족시키는 차체용 구조체:
1.0≤100×As/Aw≤50 (1).
제 1 항에 있어서,
중첩된 복수개의 강판의 총 판 두께를 T0으로 하고, 저항 스폿 용접으로 접합된 저항 스폿 용접부의 판 두께를 Tw로 했을 때, 저항 스폿 용접점 중 절반 이상이 하기 식(2)의 관계를 만족시키는 차체용 구조체:
60≤100×Tw/T0 (2).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
중첩된 복수개의 강판 중 적어도 1개의 강판은 천장부와, 해당 천장부의 단에서 동일측으로 구부러진 입벽과, 해당 입벽의 선단에서 외측으로 연장하는 플랜지를 갖는 단면 모자 형상의 강판이고,
상기 단면 모자 형상의 강판은 플랜지에서 다른 강판과 저항 스폿 용접 및 접착제로 접합되어 있고,
플랜지의 저항 스폿 용접점 중 절반 이상은 입벽에서 12㎜ 이내에 위치하고 있는 차체용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
중첩된 복수개의 강판은 천장부와, 해당 천장부의 단에서 동일측으로 구부러진 입벽과, 해당 입벽의 선단에서 외측으로 연장하는 플랜지를 갖는 단면 모자 형상의 강판 및, 해당 단면 모자 형상의 강판의 상기 천장부에 대향하는 강판이고,
단부는 헴 구조인 차체용 구조체.
제 3 항에 있어서,
중첩된 복수개의 강판은 천장부와, 해당 천장부의 단에서 동일측으로 구부러진 입벽과, 해당 입벽의 선단에서 외측으로 연장하는 플랜지를 갖는 단면 모자 형상의 강판 및, 해당 단면 모자 형상의 강판의 상기 천장부에 대향하는 강판이고,
단부는 헴 구조인 차체용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
중첩된 복수개의 강판 중 적어도 1개의 강판은 질량%로,
C:0.02∼0.3%,
Si:0.01∼5% 및
Mn:0.5∼10%
를 함유하는 고강도 강판인 차체용 구조체.
제 3 항에 있어서,
중첩된 복수개의 강판 중 적어도 1개의 강판은 질량%로,
C:0.02∼0.3%,
Si:0.01∼5% 및
Mn:0.5∼10%
를 함유하는 고강도 강판인 차체용 구조체.
제 4 항에 있어서,
중첩된 복수개의 강판 중 적어도 1개의 강판은 질량%로,
C:0.02∼0.3%,
Si:0.01∼5% 및
Mn:0.5∼10%
를 함유하는 고강도 강판인 차체용 구조체.
제 5 항에 있어서,
중첩된 복수개의 강판 중 적어도 1개의 강판은 질량%로,
C:0.02∼0.3%,
Si:0.01∼5% 및
Mn:0.5∼10%
를 함유하는 고강도 강판인 차체용 구조체.