KR102413802B1 - 이중 프리 펄스를 적용한 웰드본드 용접방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수 매의 강판을 접착제와 용접을 복합화한 웰드본드 용접방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이중 프리 펄스를 적용한 웰드본드 용접 방법은 강판 계면에 도포된 접착제를 연소시켜, 도포계면에서 중간날림을 억제하고, 용접 전류의 발생 지연을 감소하고, 용접 금속의 날림을 억제하면서, 충분한 너깃 직경을 확보할 수 있고, 높은 전단인장하중 값을 갖는 효과가 있다.
Description
본 발명은 웰드본드 용접방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 매의 강판을 접착제와 용접을 복합화한 이중 프리 펄스를 적용한 웰드본드 용접방법에 관한 것이다.
저항점용접법은, 저비용이며 또한 높은 생산 효율을 가지는 접합방법이므로, 자동차 산업을 시작으로 한 각종 산업에서 활용되고 있다. 그리고 강성 향상 요구의 확대로부터, 접착과 스포트 용접을 복합화한 웰드본드(weld bond)법의 적용이 진행되고 있다. 이것은, 접합부를, 점(点)접합에서 선(線)접합, 면접합으로 하는 것에 따라, 접합부 및 부재의 강성이 향상하기 때문이다.
웰드본드법의 경우, 접착만인 접합에 비하여, 충격 강도, 고온 강도, 내크리프성 등이 개선된 접합부가 형성 가능해지는 이점이 있다. 또한, 웰드본드법은, 스포트 용접만의 경우에 비하여, 피로 특성, 강성 등이 개선되는 것이나, 접합부에 씰(seal)성이 부여되는 것에 기인하여 내식성이 향상하는 것 등의 이점도 가진다. 이들 이점으로부터, 자동차의 제조공정에 웰드본드법의 적용이 진행되고 있다.
일반적으로, 점용접(스폿 용접: spot welding)은 전기저항 용접에 속하는 용접 방법으로서, 금속에 전류가 흐를 때 발생하는 열을 이용하여 압력을 주면서 용접하는 방법을 말한다. 접합하고자 하는 두 금속을 맞대어 놓고 적당한 기계적 압력을 주면서 전류를 흐르게 하면 저항 열이 발생하는데, 이로 인해 압력 부위가 접합되는 성질을 이용하는 것이며, 이는 자동차의 차체 조립에 매우 많이 쓰이는 용접 방법이다.
또한 저항점용접(RSW)은 연강, 고강도강, 첨단 고강도강(AHSS), 초고강도강(UHSS) 및 알루미늄 합금 등 자동차 산업의 여러 강판을 접합하는 기본 기술이다. 저항 점 용접은 전류가 전기 저항을 통과할 때마다 열이 발생한다는 Joule 법칙의 원리에 근거한다. 저항점용접에서는 두 개 이상의 겹쳐진 금속성 물질을 함께 누르는 동안 전류가 국부적인 접촉 영역을 통과한다. 이러한 전류가 재료를 용접 온도로 가열하여 점 용접 너깃을 형성한다. 저항점용접에서 용접부의 열 발생 역시 인접 재료로의 전도를 통한 열 방출을 최소화 하는데 이는 용접부의 저항을 통해 짧은 시간 동안 큰 전류를 통과시킴으로써 달성 된다.
일반적으로 자동차 구조는 동종 또는 이종 재료의 2겹, 3겹 및 4겹 조합을 통해 동종조합과 이종조합을 포함하여 약 2000 ~ 5000개의 점 용접으로 구성된다. 특히 최근에는 자동차 차체 접합부의 강성을 증대시키기 위하여 구조용 접착제 및 스폿용접을 병행하는 웰드본드를 많이 적용하는 추세이다. 저항점용접과 접착제 본딩의 조합인 웰드본드는 자동차 차체 판재 접합부의 정적, 동적 및 충격 강도 특성을 크게 개선할 수 있는 효과적인 접합 공정으로 널리 인정받고 있다. 또한 기존 저항 점 용접보다 소음 감소와 접합부의 강성을 향상시킨다. 그러나 2겹 이상의 3겹 또는 4겹의 강판 조합 웰드본드의 경우 조기 날림 발생과 그에 따른 너깃 직경 부족은 결국 용접부의 충분한 강도를 확보하지 못하여 최종 접합 품질에 영향을 미치는 중요한 문제이다.
접착제가 초고강도강의 계면에 도포 될 경우 도포계면에서 중간날림이 발생할 가능성이 더 높고 외측 연강 박판으로의 용입이 충분하지 못하여 기준 너겟직경 확보가 어렵다.
이에 본 발명자들은 웰드본드 용접방법의 품질 향상을 위해 이중 프리 펄스를 적용한 결과, 용접 금속 날림을 억제하고, 충분한 너깃 직경을 확보할 수 있는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
Sheet Metal Welding Conference XVIII, October 17-18, 2018
본 발명의 목적은 웰드본드 용접방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 웰드본드 용접방법으로 제조되는 복합강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 저항 점용접방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 저항 점용접방법으로 제조되는 복합강판을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 2매 이상의 고강도 강판을 접착제로 접착하는 단계(단계1);
상기 단계 1에서 접착한 고강도 강판과 1매 이상의 저강도 강판을 겹친 후 접합하는 이음부에 전극을 가압하여 접촉시키는 단계(단계 2);
1차 예비 펄스를 인가한 후 1차 냉각하는 단계(단계 3);
2차 예비 펄스를 인가한 후 2차 냉각하는 단계(단계 4); 및
메인 펄스를 실시하는 단계(단계 5);를 포함하는 웰드본드 용접방법.
또한, 본 발명은 상기 웰드본드 용접방법으로 제조되는 복합강판을 제공한다.
나아가 본 발명은 고강도 강판과 1매 이상의 저강도 강판을 겹친 후 접합하는 이음부에 전극을 가압하여 접촉시키는 단계(단계 1);
1차 예비 펄스를 인가한 후 1차 냉각하는 단계(단계 2);
2차 예비 펄스를 인가한 후 2차 냉각하는 단계(단계 3); 및
메인 펄스를 실시하는 단계(단계 4);를 포함하는 저항 점용접방법.
더 나아가 본 발명은 상기 저항 점용접방법으로 제조되는 복합강판을 제공한다.
본 발명에 따른 웰드본드 용접 방법은 강판 계면에 도포된 접착제를 연소시켜, 도포계면에서 중간날림을 억제하고, 용접 전류의 발생 지연을 감소하고, 용접 금속의 날림을 억제하면서, 충분한 너깃 직경을 확보할 수 있고, 높은 전단인장하중 값을 갖는 효과가 있다.
도 1은 외측의 얇은 연강(3겹조합에 하나, 4겹조합에 2개) 두 개의 초고장력강 후판 계면에 접착제가 도포되어 있는 3겹 및 4겹조합 웰드본드 개략도를 나타낸 것이다.
도 2는 얇은 연강과 AHSS를 사용하여 3겹 및 4겹 조합에서 고품질의 용접부를 얻기 위한 본 발명의 웰드본드 용접 방법을 나타낸 개략도이다.
도 3은 버튼직경을 측정하는 방법을 나타낸 것이다.
도 4는 동적 저항 모니터링을 통하여 용접 금속의 날림 발생 유무를 평가하는 방법을 나타낸 것이다.
도 5는 단일 펄스 모드(a) 및 프리 펄스 모드(b)에서 전류 및 동적 저항을 모니터링한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 3겹 조합의 비교예 1-1-1 내지 1-1-3 및 실시예 1-1-1 내지 1-1-4의 용접 금속 날림 발생을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 4겹 조합의 비교예 1-2-1 내지 1-2-2 및 실시예 1-2-1 내지 1-2-3의 용접 금속 날림 발생을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 접착제 유무에 따른 비교예 2 내지 4 및 실시예 2의 전류 프로파일을 나타낸 것이다(접착제 도포(a), 접착제 미사용(b)).
도 2는 얇은 연강과 AHSS를 사용하여 3겹 및 4겹 조합에서 고품질의 용접부를 얻기 위한 본 발명의 웰드본드 용접 방법을 나타낸 개략도이다.
도 3은 버튼직경을 측정하는 방법을 나타낸 것이다.
도 4는 동적 저항 모니터링을 통하여 용접 금속의 날림 발생 유무를 평가하는 방법을 나타낸 것이다.
도 5는 단일 펄스 모드(a) 및 프리 펄스 모드(b)에서 전류 및 동적 저항을 모니터링한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 3겹 조합의 비교예 1-1-1 내지 1-1-3 및 실시예 1-1-1 내지 1-1-4의 용접 금속 날림 발생을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 4겹 조합의 비교예 1-2-1 내지 1-2-2 및 실시예 1-2-1 내지 1-2-3의 용접 금속 날림 발생을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 접착제 유무에 따른 비교예 2 내지 4 및 실시예 2의 전류 프로파일을 나타낸 것이다(접착제 도포(a), 접착제 미사용(b)).
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
웰드본드 용접방법
본 발명은 2매 이상의 고강도 강판을 접착제로 접착하는 단계(단계1);
상기 단계 1에서 접착한 고강도 강판과 1매 이상의 저강도 강판을 겹친 후 접합하는 이음부에 전극을 가압하여 접촉시키는 단계(단계 2);
1차 예비 펄스를 인가한 후 1차 냉각하는 단계(단계 3);
2차 예비 펄스를 인가한 후 2차 냉각하는 단계(단계 4); 및
메인 펄스를 실시하는 단계(단계 5);를 포함하는 웰드본드 용접방법을 제공한다.
발명의 일실시예에 있어서, 상기 접착제의 예로는 구조용 접착제인 C-type, D-type, 및 E-type 등을 하나 이상 사용할 수 있고, 부식방지용 실러를 사용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 1차 예비 펄스 및 2차 예비 펄스의 전류 크기는 7kA 내지 11.5kA의 전류로 30 내지 50 ms의 시간 동안 행할 수 있고, 바람직하게 상기 1차 예비 펄스 및 2차 예비 펄스의 전류 크기는 7.9kA 내지 10.5kA의 전류로 35 내지 45 ms의 시간 동안 행할 수 있으며, 보다 바람직하게 상기 1차 예비 펄스 및 2차 예비 펄스의 전류 크기는 8kA 내지 10.5kA의 전류로 32 내지 42 ms의 시간 동안 행할 수 있다.
접착제가 초고강도강의 계면에 도포될 경우 도포계면에서 중간날림이 발생할 가능성이 더 높고 외측 연강 박판으로의 용입이 충분하지 못하여 기준 너겟직경 확보가 어려운 문제가 발생하는데, 본 발명의 웰드본드 용접방법의 경우, 3개의 펄스 구간으로 나누고, 초기 2개의 예비 펄스를 메인 펄스보다 다소 높은 전류 값을 적용할 경우, 박판/후판/후판/박판과 같은 4겹 조합에서도 얇은 연강 시트로의 용입이 가능한 장점이 있다.
상기 1차 예비 펄스를 행하는 단계에서 박판/후판 계면에서 적절한 너깃 크기를 만들기 위해 메인 펄스 보다 더 짧은 시간 동안 더 낮은 가압력과 더 높은 전류를 사용한다.
상기 2차 예비 펄스를 행하는 단계에서 미리 결정된 용접 시간동안 더 높은 가압력과 더 낮은 용접 시간을 적용하여 후판/후판 계면에 큰 너깃을 형성한다.
그러나 적절한 냉각 시간을 가지지 않고, 낮은 가압력과 높은 전류를 적용하게 되면 후판 시트측에서 전극 열화와 표면 날림이 빠르게 발생하는 문제점이 발생한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 1차 냉각 또는 2차 냉각은 20 내지 40 ms의 시간 동안 행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 메인 펄스는 상기 1차 예비 펄스 또는 2차 예비 펄스의 전류 크기의 55 내지 80%의 범위의 전류를 5 내지 8배의 시간 동안 행할 수 있고, 바람직하게, 상기 메인 펄스는 상기 1차 예비 펄스 또는 2차 예비 펄스의 전류 크기의 60 내지 74%의 범위의 전류를 5 내지 7.5배의 시간 동안 행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 고강도 강판은 인장강도 780MPa 이상의 자동차용 강판이며, 상기 저강도 강판은 인장강도 590MPa 이하의 두께가 1 mm 이하인 강판을 사용할 수 있다.
상기 고강도 강판의 예로는 DP(dual phase)강, TRIP(transformation induced plasticity)강, CP(complex phase)강, MART(MARTensite)강 또는 Hot Stamping 강 중 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 저강도 강판의 예로는 IF(Interstitial Free)강, 연강(Mild steel), BH(Bake Hardening)강 및 IF-HS(interstitial free high strength)강 중 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 웰드본드 용접 후 형성되는 용접부는 전단인장하중(peak load)이 2.9kN 이상일 수 있으며, 바람직하게 2.9kN 내지 3.5kN일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 웰드본드 용접방법으로 제조되는 복합강판을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 본 발명의 용접방법으로 제조된 복합강판의 경우, 강판 계면에 도포된 접착제를 연소시켜, 도포계면에서 중간날림을 억제하고, 용접 전류의 발생 지연을 감소, 용접 금속의 날림을 억제하면서, 충분한 너깃 직경을 확보할 수 있고, 높은 전단인장하중 값을 갖는 것을 확인하였다(실험예 1 내지 5 참조).
저항 점용접방법
본 발명은 고강도 강판과 1매 이상의 저강도 강판을 겹친 후 접합하는 이음부에 전극을 가압하여 접촉시키는 단계(단계 1);
1차 예비 펄스를 인가한 후 1차 냉각하는 단계(단계 2);
2차 예비 펄스를 인가한 후 2차 냉각하는 단계(단계 3); 및
메인 펄스를 실시하는 단계(단계 4);를 포함하는 저항 점용접방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 1차 예비 펄스 및 2차 예비 펄스의 전류 크기는 7kA 내지 11.5kA의 전류로 30 내지 50 ms의 시간 동안 행할 수 있고, 바람직하게 상기 1차 예비 펄스 및 2차 예비 펄스의 전류 크기는 7.9kA 내지 10.5kA의 전류로 35 내지 45 ms의 시간 동안 행할 수 있으며, 보다 바람직하게 상기 1차 예비 펄스 및 2차 예비 펄스의 전류 크기는 8kA 내지 10.5kA의 전류로 32 내지 42 ms의 시간 동안 행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 1차 냉각 또는 2차 냉각은 20 내지 40 ms의 시간 동안 행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 메인 펄스는 상기 1차 예비 펄스 또는 2차 예비 펄스의 전류 크기의 55 내지 80%의 범위의 전류를 5 내지 8배의 시간 동안 행할 수 있고, 바람직하게, 상기 메인 펄스는 상기 1차 예비 펄스 또는 2차 예비 펄스의 전류 크기의 60 내지 74%의 범위의 전류를 5 내지 7.5배의 시간 동안 행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 저항 점용접방법으로 제조되는 복합강판을 제공한다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 웰드본드 용접
도 1과 같이 0.7mm 두께의 연강(mild steel)과 초고장력 강판(AHSS; Advanced High Strength Steel) 중 하나인 1.4mm두께의 DP강(dual phase steel) (인장강도 980MPa)을 사용하였다. 접착제는 H사의 구조용 접착제를 사용하였다.
정전류제어의 MFDC 저항 점용접기, 하부 전극 정치식 타입의 건을 사용하였으며, 냉각수는 순환쿨러를 사용하여 6 L/min의 냉각 속도로 상·하부 전극에 일정하게 공급하였으며, 상·하부 전극 팁(electrode tip)은 돔(dome) 형상의 Cu-Cr재를 사용하였다. 적용 가압력은 310 kgf로 통전시간 동안 일정하게 유지하였다. 특히 통전시간 직후에도 유지시간을 50 ms 이상 유지하여 용접부 결함이 최소화 되도록 하였다.
<1-1> 3겹 조합 웰드본드 용접
DP강 2매에 접착제를 0.2mm 두께로 도포하여 접합한 뒤, DP강 위에 연강 1매와 함께 저항 점용접을 도 2와 같이 설계된 두 개의 프리 펄스 전류 프로파일을 적용하여 하기 표 1의 조건으로 저항 점용접 하였다.
<1-2> 4겹 조합 웰드본드 용접
DP강 2매에 접착제를 0.2mm 두께로 도포하여 접합한 뒤, DP강 위에 연강 2매와 함께 저항 점용접을 도 2와 같이 설계된 두 개의 프리 펄스 전류 프로파일을 적용하여 하기 표 2의 조건으로 저항 점용접 하였다.
<비교예 1>
<1-1>
DP강 2매에 접착제를 0.2mm 두께로 도포하여 접합한 뒤, DP강 위에 연강 1매와 함께 하기 표 1의 조건으로 저항 점용접 하였다.
<1-2>
DP강 2매에 접착제를 0.2mm 두께로 도포하여 접합한 뒤, DP강 위에 연강 2매와 함께 하기 표 2의 조건으로 저항 점용접 하였다.
| 3겹 조합 | ||||||||
| 1차 예비펄스 | 1차냉각 | 2차 예비펄스 | 2차냉각 | 메인펄스 | ||||
| 전류 (kA) |
시간 (ms) |
시간 (ms) |
전류 (kA) |
시간 (ms) |
시간 (ms) |
전류 (kA) |
시간 (ms) |
|
| 비교예1-1-1 | - | - | - | - | - | - | 6.5 | 270 |
| 비교예1-1-2 | - | - | - | - | - | - | 6.8 | 270 |
| 비교예1-1-3 | - | - | - | - | - | - | 7 | 270 |
| 실시예1-1-1 | 10 | 40 | 30 | 10 | 40 | 30 | 6.5 | 270 |
| 실시예1-1-2 | 10 | 40 | 30 | 10 | 40 | 30 | 6.8 | 270 |
| 실시예1-1-3 | 10 | 40 | 30 | 10 | 40 | 30 | 7 | 270 |
| 실시예1-1-4 | 10 | 40 | 30 | 10 | 40 | 30 | 7.3 | 270 |
| 실시예1-1-5 | 10 | 40 | 30 | 10 | 40 | 30 | 7.5 | 270 |
| 4겹 조합 | ||||||||
| 1차 예비펄스 | 1차냉각 | 2차 예비펄스 | 2차냉각 | 메인펄스 | ||||
| 전류 (kA) |
시간 (ms) |
시간 (ms) |
전류 (kA) |
시간 (ms) |
시간 (ms) |
전류 (kA) |
시간 (ms) |
|
| 비교예1-2-1 | - | - | - | - | - | - | 7 | 270 |
| 비교예1-2-2 | - | - | - | - | - | - | 7.2 | 270 |
| 실시예1-2-1 | 10.5 | 40 | 30 | 10.5 | 40 | 30 | 7 | 270 |
| 실시예1-2-2 | 10.5 | 40 | 30 | 10.5 | 40 | 30 | 7.5 | 270 |
| 실시예1-2-3 | 10.5 | 40 | 30 | 10.5 | 40 | 30 | 7.8 | 270 |
| 실시예1-2-4 | 10.5 | 40 | 30 | 10.5 | 40 | 30 | 8 | 270 |
<실험예 1> 너깃의 크기 측정(button diameter; BD)
웰드본드 용접 후, 너깃의 크기는 용접부를 수직방향으로 절단한 후, 콜드 마운팅하였다 연마작업을 거친 시험편은 picral 용액 (에탄올 98ml, picric acid 3g, HCl 2ml)으로 수 초간 에칭 (etching)하였다 그 후 실체현미경을 이용하여 너깃을 관찰하고 Image pro plus 상용 프로그램을 이용하여 너깃경을 측정하였다(도 3 참조).
보다 구체적으로, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 얇은 연강은 용접부에서 수동으로 박리되게 되며, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 얇은 연강의 용접 너깃 부분은 용접부와 함께 유지된다. 도 3(c)에 나타낸 바와 같이, 판재의 박리 후 용접부에 부착되어 있는 부분을 측정한 것을 버튼 직경(button diameter; BD)이라고 하며, 이는 용접 너깃 크기 측정에 대한 산업 표준으로 간주된다.
그 결과, 하기 표 3 및 표 4에 나타낸 바와 같이, 너깃의 크기(버튼 직경)가 3겹 조합(실시예 1-1)에서 너깃의 크기가 4.5mm(비교예 1-1-1)에서 6.0mm(실시예 1-1-3)로 약 31.5% 증가하였으며, 4겹 조합(실시예 1-2)에서 너깃의 크기가 4.5mm(비교예 1-2-1)에서 5.4mm(비교예 1-2-3)으로 약 20% 증가한 것을 확인하였다.
| 3겹 조합 | ||||
| 날림발생유무 | 용접전류 발생지연 (ms) |
버튼직경(BD) (mm) |
% BD | |
| 비교예1-1-1 | X | 70 | 4.5 | - |
| 비교예1-1-2 | O | 34 | - | - |
| 비교예1-1-3 | O | 48 | - | - |
| 실시예1-1-1 | X | 8 | 5.0 | 10.3 |
| 실시예1-1-2 | X | 12 | 5.4 | 18.7 |
| 실시예1-1-3 | X | 8 | 6.0 | 31.5 |
| 실시예1-1-4 | X | 4 | 5.5 | 22.3 |
| 실시예1-1-5 | O | 8 | - | - |
| 4겹 조합 | ||||
| 날림발생유무 | 용접전류 발생지연 (ms) |
버튼직경(BD) (mm) |
% BD | |
| 비교예1-2-1 | X | 43 | 4.5 | - |
| 비교예1-2-2 | O | 32 | - | - |
| 실시예1-2-1 | X | 8 | 4.7 | 5.2 |
| 실시예1-2-2 | X | 4 | 5.2 | 15.5 |
| 실시예1-2-3 | X | 6 | 5.4 | 19.0 |
| 실시예1-2-4 | O | 6 | - | - |
<실험예 2> 용접 금속의 날림 발생 평가
상기 실시예 1의 프리 펄스 전류는 메인 펄스 전류에서 최대 용접 전류의 150%로 선택하고, 메인 펄스 전류는 날림이 발생할 때까지 증가시키고, 용접 금속의 날림을 평가하였다.
그 결과, 상기 표 3 내지 4 및 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 4.5 mm 이상의 버튼 직경 확보를 위해 비교예 1-1-2 내지 1-1-3과 같이 프리 펄스 미 적용 조건에서는 모두 중간날림이 발생하였고, 용접결함으로 판정되기 때문에 따라서 버튼 직경의 측정은 생략하였다.
3겹 조합에서 4.5 mm 이상의 버튼 직경 확보가 가능한 용접조건인 실시예 1-1-1 내지 1-2-4는 날림이 발생하지 않았으며, 4겹 조합에서 실시예 1-2-1 내지 실시예 1-2-3은 날림이 발생하지 않는 것을 확인하였다. 따라서 이중 프리펄스 적용에 따라 비교예 조건 대비 4.5 mm 이상의 버튼 직경에서도 중간날림이 발생하지 않는 용접조건 확보가 가능하였다.
또한, 날림발생이 지연되어 3겹 조합(실시예 1-1)의 경우 메인전류에서 최대용접 전류가 0.5 kA, 4겹 조합(실시예 1-2)에서 최대용접 전류가 0.8 kA 증가하는 것을 확인하였다. 특히 비교예의 경우 용접전류 발생 지연이 최소 30 ms 이상 발생하였으나 이중 프리펄스 적용인 실시예의 경우 모두 10 ms 이하로 유지되어 용접공정 안정성 확보가 가능하였다.
<실험예 3> 용접전류 발생(소성)지연 확인
용접 전류의 발생(소성)지연은 다중 시트 조합의 웰드본드 용접방법과 관련된 문제점 중 하나이다. 폴리머 기반 접착제의 절연특성이 강판 사이에서 유전체 역할을 하여 커패시터(capacitor)로 만든다. 그로인해 커패시터의 임피던스로 인해 직류 전류가 스틸 조합을 통해 처음에 흐르지 않게 된다. DC 전류는 커패시터의 유전체 파손이 발생한 후에 흐르게 된다. 높은 전류는 이러한 초기 유전체를 파괴하나, 높은 입열 및 가열 속도로 인해 조기 날림이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예 1에 따른 웰드본드 용접 방법의 용접전류 발생(소성) 지연을 확인한 결과, 상기 표 3 내지 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 용접 전류의 발생(소성) 지연이 크게 감소된 것을 확인하였다.
<실시예 2>
<2-1> 웰드본드 용접
0.7mm 두께의 연강(mild steel)과 초고장력 강판(AHSS; Advanced High Strength Steel) 중 하나인 1.4mm두께의 DP강(dual phase steel) (인장강도 980MPa)을 사용하였다. 접착제는 H사의 C-type 구조용 접착제를 사용하였다.
DP강 2매에 접착제를 0.2mm 두께로 도포하여 접합한 뒤, DP강 위에 연강 1매를 도 8(a)의 실시예 2-1과 같이 설계된 전류 프로파일을 적용하여 웰드본드 용접 하였다. 각 프리펄스 사이의 냉각 시간은 모두 30ms로 고정하였다.
<2-2> 저항 점용접
0.7mm 두께의 연강(mild steel)과 초고장력 강판(AHSS; Advanced High Strength Steel) 중 하나인 1.4mm두께의 DP강(dual phase steel) (인장강도 980MPa)을 사용하였다.
DP강 2매 위에 연강 1매를 도 8(b)의 실시예 2-2와 같이 설계된 전류 프로파일을 적용하여 저항 점용접 하였다. 각 프리펄스 사이의 냉각 시간은 모두 30ms로 고정하였다.
<비교예 2>
<2-1> 웰드본드 용접
DP강 2매에 접착제를 0.2mm 두께로 도포하여 접합한 뒤, DP강 위에 연강 1매를 도 8(a)의 비교예 2-1과 같이 설계된 전류 프로파일(Single pulse)을 적용하여 웰드본드 용접 하였다.
<2-2> 저항 점용접
DP강 2매 위에 연강 1매를 도 8(b)의 비교예예 2-2와 같이 설계된 전류 프로파일(Single pulse)을 적용하여 저항 점용접 하였다.
<비교예 3>
<3-1> 웰드본드 용접
DP강 2매에 접착제를 0.2mm 두께로 도포하여 접합한 뒤, DP강 위에 연강 1매를 Sheet Metal Welding Conference XVIII, October 17-18, 2018의 전류 프로파일과 유사하게, 도 8(a)의 비교예 3-1과 같이 설계된 전류 프로파일(Pre-pulse)을 적용하여 웰드본드 용접 하였다. 각 프리펄스 사이의 냉각 시간은 모두 30 ms으로 고정하였다.
<3-2> 저항 점용접
DP강 2매 위에 연강 1매를 Sheet Metal Welding Conference XVIII, October 17-18, 2018의 전류 프로파일과 유사하게, 도 8(a)의 비교예 3-1과 같이 설계된 전류 프로파일(Pre-pulse)을 적용하여 저항 점용접 하였다. 각 프리펄스 사이의 냉각 시간은 모두 30ms로 고정하였다.
<비교예 4>
<4-1> 웰드본드 용접
DP강 2매에 접착제를 0.2mm 두께로 도포하여 접합한 뒤, DP강 위에 연강 1매를 등록특허 제10-1567652호의 전류 프로파일과 유사하게, 도 8(a)의 비교예 4-1과 같이 설계된 전류 프로파일(Multi pulse)을 적용하여 웰드본드 용접 하였다. 각 프리펄스 사이의 냉각 시간은 모두 30 ms으로 고정하였다.
<4-2> 저항 점용접
DP강 2매 위에 연강 1매를 등록특허 제10-1567652호의 전류 프로파일과 유사하게, 도 8(a)의 비교예 4-1과 같이 설계된 전류 프로파일(Multi pulse)을 적용하여 저항 점용접 하였다. 각 프리펄스 사이의 냉각 시간은 모두 30ms로 고정하였다.
<실험예 4> 너깃의 크기 측정(button diameter; BD)
상기 실험예 1의 방법과 동일하게 상기 비교예 2 내지 4 및 실시예 2의 너깃의 크기를 측정하였다.
<실험예 5> 전단인장하중(peak load) 측정
저항 점용접부 용접품질을 평가하기 위해 전단인장하중을 측정하였다. 본 이중펄스 용접조건을 적요한 겹치기 점용접 시험편을 만능인장시험기의 지그에 고정하고 약 10 mm/s의 변형속도로 인장하중을 부가하여 점용접 시험편의 접합부가 파단될 때 까지의 최대 인장하중을 측정하였다.
| 웰드본드 방법 접착제 O |
저항 점용접 접착제 X |
|||||||
| 비교예 2-1 |
비교예 3-1 |
비교예 4-1 |
실시예 2-1 |
비교예 2-2 |
비교예 3-2 |
비교예 4-2 | 실시예 2-2 | |
| BD (mm) |
4.85 | 5.68 | 5.7 | 5.93 | 4.99 | 5.06 | 4.34 | 5.24 |
| 전단인장하중(kN) | 2.29 | 2.84 | 2.89 | 3.07 | 1.94 | 2.3 | 1.76 | 2.41 |
너깃의 크기 및 전단인장하중을 측정한 결과, 상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 저항 점용점으로 용접하는 경우 보다, 웰드본드 방법으로 용접을 하는 경우, 너깃의 크기가 5.24mm에서 5.93.mm로 약 1.13배 증가하였으며, 전단인장하중은 2.41kN에서 3.07kN으로 약 1.27배 증가한 것을 확인하였다.
또한, 비교예 2의 단일펄스, 비교예 3의 프리펄스 및 비교예 4의 멀티펄스를 사용하는 경우보다 본 발명의 이중 프리펄스를 사용하는 경우, 너깃의 크기는 1.03 내지 1.22배 증가하였으며, 전단인장하중은 1.05 내지 1.37배 증가한 것을 확인하였다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특히 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (17)
- 2매 이상의 고강도 강판을 접착제로 접착하는 단계(단계1);
상기 단계 1에서 접착한 고강도 강판과 1매 이상의 저강도 강판을 겹친 후 접합하는 이음부에 전극을 가압하여 접촉시키는 단계(단계 2);
1차 예비 펄스를 인가한 후 1차 냉각하는 단계(단계 3);
2차 예비 펄스를 인가한 후 2차 냉각하는 단계(단계 4); 및
메인 펄스를 실시하는 단계(단계 5);를 포함하고,
상기 고강도 강판의 인장강도는 960-1000 MPa인 것을 특징으로 하고,
상기 저강도 강판의 인장강도는 590 MPa 이하인 것을 특징으로 하며,
상기 1차 예비 펄스는 8.2-8.6 kA 전류를 38-42 ms 동안 인가하는 것을 특징으로 하고,
상기 1차 냉각은 28.5-31.5ms 동안 실시하는 것을 특징으로 하며,
상기 2차 예비 펄스는 8.2-8.6 kA 전류를 38-42 ms 동안 인가하는 것을 특징으로 하고,
상기 2차 냉각은 28.5-31.5ms 동안 실시하는 것을 특징으로 하며,
상기 메인펄스는 5.5-5.7 kA 전류를 260-280ms 동안 인가하는 것을 특징으로 하는,
웰드본드 용접방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 고강도 강판은 DP(dual phase)강, TRIP(transformation induced plasticity)강, CP(complex phase)강, MART(MARTensite)강 및 Hot Stamping 강 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 웰드본드 용접방법. - 제1항에 있어서,
상기 저강도 강판은 IF(Interstitial Free)강, 연강(Mild steel), BH(Bake Hardening)강 및 IF-HS(interstitial free high strength)강 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 웰드본드 용접방법. - 삭제
- 제1항의 웰드본드 용접방법으로 제조되는 복합강판.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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|---|---|---|---|---|
| KR20150072996A (ko) * | 2013-12-20 | 2015-06-30 | 현대자동차주식회사 | 고강도강판 점용접방법 |
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|---|
| Sheet Metal Welding Conference XVIII, October 17-18, 2018 |
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