KR102589429B1 - 저항 스폿 용접 방법, 저항 스폿 용접 이음매의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

저항 스폿 용접 방법, 저항 스폿 용접 이음매의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다. 본 발명은, 2 장 이상의 강판을 중첩하여 1 쌍의 용접 전극으로 협지하고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법으로서, 통전으로서, 초기 통전 공정과, 소정의 너깃 직경을 갖는 너깃을 형성하는 본통전 공정을 갖고, 초기 통전 공정 내에서 스퍼터를 발생시키는 것이다.

Description

저항 스폿 용접 방법, 저항 스폿 용접 이음매의 제조 방법

본 발명은, 저항 스폿 용접 방법, 저항 스폿 용접 이음매의 제조 방법에 관한 것이다.

자동차 등의 차체의 조립에는 저항 스폿 용접이 널리 사용되고 있어, 1 대의 차체에서 수천점에 이르는 저항 스폿 용접이 실시된다. 저항 스폿 용접은, 2 장 이상의 강판을 중첩하고, 상하 1 쌍의 용접 전극으로 협지하여 가압하면서 통전한다. 이로써, 강판의 접합부에 소정 크기의 너깃을 형성함과 함께 강판을 접합하여, 용접 이음매를 얻는 것이다.

최근, 환경보호의 관점에서 자동차의 CO₂ 배출량의 저감이 요구되고 있어, 차체에 고강도 강판을 채용하여 박육화함으로써, 차체의 경량화, 즉 연비의 향상을 도모하고 있다. 그러나, 고강도 강판은, 일반적으로 다량의 C 뿐만 아니라 여러 가지 합금 원소를 첨가하여 강도를 높인 것이며, 수소 취화 감수성이 커진다. 또, 저항 스폿 용접에서는, 강판 표면의 방청유, 수분, 및 도금층 등이 용접 시의 용융 응고 과정에서 용접 금속 내 (용융부) 에 말려 들어감으로써, 냉각 후에 지연 파괴 발생의 요인인 수소원으로서 잔존한다.

이 때문에, 고강도 강판을 저항 스폿 용접으로 용접하면, 얻어지는 용접 이음매의 용접부에서는, 용접 시에 수소 취화 감수성이 높은 용접 금속 내에 수소가 침입하는 것에 의한, 지연 파괴의 발생이 문제가 된다.

용접부의 지연 파괴를 방지하는 방법으로서, 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 용접 통전 (주통전) 직후에 가압력을 상승시킴과 함께 전류를 감소시킴으로써, 용접부의 잔류 응력을 제어하여, 지연 파괴를 방지하는 기술이 개시되어 있다. 또 예를 들어, 특허문헌 2 에는, 용접 통전 (주통전) 직후에 가압력을 상승시킴과 함께 무통전의 냉각 시간을 거친 후에 통전함으로써, 용접부의 조직이나 경도를 제어하여, 지연 파괴를 방지하는 기술이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2015-93282호 국제 공개 제2014/171495호

상기 서술한 바와 같이, 고강도 강판의 저항 스폿 용접에서는 용접 금속 내에 수소가 침입하는 문제가 있다. 이 때문에, 고강도 강판의 저항 스폿 용접에서는, 용접 이음매의 강도를 높이는 한편으로, 지연 파괴를 방지하기 위해서 용접부에 잔존하는 수소량을 저감하는 것이 중요해진다.

그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 의 기술은, 지연 파괴를 방지하기 위해서 용접부의 수소량을 저감하는 것은 아니다. 또, 이들 기술에서는, 용접 통전 직후의 너깃이 용융한 상태에서 가압력을 과도하게 상승시킨 경우에, 용접부의 판두께가 감소하기 쉬워, 얻어지는 용접 이음매의 강도를 저하시키거나, 용접부의 외관을 저해한다는 문제가 있다.

그리고, 이와 같은 용접 시에 수소 취화 감수성이 높은 용접 금속 내에 수소가 침입함으로써 지연 파괴가 발생한다는 문제는, 자동차용 고강도 강판을 저항 스폿 용접하는 경우에 한정하지 않고, 그 밖의 강판의 저항 스폿 용접에 있어서도 동일하게 존재한다.

본 발명은 관련된 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 용접부의 지연 파괴를 억제하는 것이 가능한 저항 스폿 용접 방법, 저항 스폿 용접 이음매의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 인장 강도가 큰 고강도 강판을 저항 스폿 용접하여 얻어지는 용접 이음매의 지연 파괴를 억제하기 위해서, 지연 파괴의 요인인 용접 시에 용접 금속 내에 침입하는 수소의 거동에 대해 조사하고, 이하와 같은 지견을 얻었다.

상기 서술한 바와 같이, 먼저, 용접 시에 용접부 내에 수소가 침입한다. 수소는 저온 상태일수록 확산이 느려지기 때문에, 용접 후의 급랭에 의해 많은 수소가 너깃 내로부터 확산하지 않고 잔존한다. 그 후, 시간의 경과와 함께, 너깃 단부 (端部) 의 노치 형상으로 대표되는 큰 인장 응력이 집중하는 부분에 수소가 집적함으로써, 지연 파괴가 발생한다.

그 때문에, 용접 시에 너깃 내로부터, 보다 많은 수소를 배출하여, 잔존하는 수소량을 저감하는 것이, 지연 파괴의 억제에 유효하다.

그래서, 본 발명자들은, 용접부의 잔존 수소량을 저감할 수 있는 바람직한 저항 스폿 용접 조건에 대해 예의 검토했다. 그 결과를 이하에 설명한다.

통전 공정에서는, 먼저, 강판의 맞댐면으로부터 스퍼터를 발생시킴으로써, 강판의 맞댐면에 존재하고 있는 수소원을 스퍼터로서 배출하는 것이 가능하다. 그 결과, 이후의 통전 공정에 있어서의 너깃에 대한 수소의 혼입을 저감시키는 것이 가능하여, 용접 이음매의 내지연 파괴 특성이 향상되는 것이 밝혀졌다. 그러나, 통전 공정의 후기에 스퍼터가 발생한 경우, 이 스퍼터가 발생하기 이전에 너깃 내에 혼입한 수소를 저감하는 것이 곤란해진다. 그 결과, 지연 파괴를 억제할 수 없는 경우나, 너깃의 성장에 영향을 미쳐, 큰 너깃 직경을 확보할 수 없는 경우가 있었다.

그래서, 통전 공정을 2 단계로 나누는 것, 구체적으로는, 스퍼터를 발생시키는 것을 목적으로 하는 제 1 통전 공정 (후술하는 초기 통전 공정) 과, 그 후에 너깃 형성을 목적으로 하는 제 2 통전 공정 (후술하는 본통전 공정) 으로 나누는 것에 의해, 통전 공정의 초기 단계에서 스퍼터를 발생시키고, 또한 통전 공정의 후기에서 스퍼터를 억제하는 것이 가능해지는 것이 밝혀졌다.

또한, 상기 서술한 바와 같은 제 1 통전 공정 (초기 통전 공정) 을 형성함으로써, 강판 맞댐면에 존재하는 수분이나 유분, 혹은 오염 등의 부착물을, 스퍼터와 함께 배출함으로써 강판 맞댐면을 청정하게 유지하는 것, 및 통전 가열에 의해 너깃 형성 전에 강판을 적당히 연화시키는 것이 가능하다. 이로써, 강판끼리의 접촉 상태를 양호하게 유지하는 것이 가능하여, 내지연 파괴 특성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있는 것이 밝혀졌다. 또한, 제 2 통전 공정 (본통전 공정) 에 있어서 너깃 직경이 큰 너깃을, 보다 안정적으로 형성하는 효과도 동시에 얻어지는 것이 밝혀졌다.

본 발명은, 상기 서술한 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 요지는 이하와 같다.

[1] 2 장 이상의 강판을 중첩하여 1 쌍의 전극으로 협지하고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법으로서,

상기 통전으로서, 초기 통전 공정과,

소정의 너깃 직경을 갖는 너깃을 형성하는 본통전 공정을 갖고,

상기 초기 통전 공정 내에서 스퍼터를 발생시키는 저항 스폿 용접 방법.

[2] 상기 스퍼터가 발생한 시점의 용접 전압 Vs (V) 가, 하기 (1) 식을 만족하는 [1] 에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

Vs ≥ 0.7 × Va ···(1)

여기서, Va : 스퍼터 발생의 5 ms 전의 용접 전압 (V),

Vs : 스퍼터 발생 시점의 용접 전압 (V) 으로 한다.

[3] 상기 초기 통전 공정에 있어서의 전류값 I1 (kA) 이, 하기 (2) 식을 만족하는 [1] 또는 [2] 에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

1.1 × I2 ≤ I1 ≤ 5 × I2 ···(2)

여기서, I1 : 초기 통전 공정에 있어서의 전류값 (kA),

I2 : 본통전 공정에 있어서의 전류값 (kA) 으로 한다.

[4] 상기 초기 통전 공정과 상기 본통전 공정 사이에, 추가로, 하기 (3) 식을 만족하는 전류값 Ic (kA) 로 통전하여 너깃을 냉각하는 냉각 공정을 갖는 [1] ~ [3] 중 어느 하나에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

0 ≤ Ic ≤ I1 ···(3)

여기서, Ic : 냉각 공정에 있어서의 전류값 (kA),

I1 : 초기 통전 공정에 있어서의 전류값 (kA) 으로 한다.

[5] [1] ~ [4] 중 어느 하나에 기재된 저항 스폿 용접 방법을 이용한 저항 스폿 용접 이음매의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 용접부의 지연 파괴를 억제할 수 있기 때문에, 산업상 각별한 효과를 발휘한다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 저항 스폿 용접을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2 는, 본 발명의 실시예에서 사용하는 용접 이음매의 일례를 설명하는 도면이며, 도 2(a) 는 그 평면도이며, 도 2(b) 는 그 측면도이다.
도 3 은, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에 있어서의 통전 패턴의 일례를 나타내는 그래프이다.

이하, 각 도면을 참조하여, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법, 저항 스폿 용접 이음매의 제조 방법에 대해 설명한다. 또한, 본 발명은 이 실시형태에 한정되지 않는다.

우선, 도 1 을 참조하여, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에 대해 설명한다.

본 발명은, 2 장 이상의 강판을 저항 스폿 용접에 의해 접합하는 것이다. 도 1 에는, 저항 스폿 용접 방법의 일례를 모식적으로 나타낸다. 도 1 에서는 2 장의 강판에 저항 스폿 용접을 실시하는 예를 나타내고 있다.

먼저, 2 장 이상의 강판을 중첩한다. 도 1 에 나타내는 예에서는, 하측에 배치되는 강판 (이하, 하강판 (1) 이라고 한다) 과 상측에 배치되는 강판 (이하, 상강판 (2) 이라고 한다) 의 2 장의 강판을 중첩한다.

이어서, 상하 방향으로 배치하는 1 쌍의 용접 전극 (전극) (4, 5) 으로, 중첩한 강판 (하강판 (1) 과 상강판 (2)) 을 협지하고, 가압하면서 후술하는 통전 패턴으로 통전한다. 도 1 에 나타내는 예에서는, 강판의 하측에 배치되는 전극을 하전극 (4) 이라고 하고, 강판의 상측에 배치되는 전극을 상전극 (5) 이라고 한다.

이와 같이 중첩한 강판을 1 쌍의 용접 전극으로 협지한 상태에서 가압하면서 통전하고, 저항 발열에 의해 필요한 사이즈의 너깃 (3) 을 형성하고, 중첩한 강판을 접합함으로써, 용접 이음매가 얻어진다. 도시는 하지 않지만, 본 발명에서는, 3 장 이상의 강판을 중첩하여 저항 스폿 용접을 실시해도 되고, 이 경우도 상기한 용접 방법과 동일하게 하여 용접 이음매를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법을 실시하는 장치는, 하전극 (4) 과 상전극 (5) 에 의해 가압하고, 또한 그 가압력을 임의로 제어할 수 있는 구성이면 되고, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 에어 실린더나 서보 모터 등의 종래부터 알려져 있는 기기를 사용할 수 있다. 또, 통전 시에 전류를 공급하고, 또한 전류값을 제어하는 구성도 특별히 한정되지 않고, 종래부터 알려져 있는 기기를 사용할 수 있다. 또, 직류, 교류의 어느 것에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 교류의 경우에는, 「전류」는 「실효 전류」를 의미한다.

하전극 (4) 이나 상전극 (5) 의 선단의 형식도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, JIS C 9304 : 1999 에 기재된 DR 형 (돔 레이디어스형), R 형 (레이디어스형), D 형 (돔형) 등을 들 수 있다. 또, 하전극 (4) 및 상전극 (5) 의 선단 직경은, 예를 들어 4 mm ~ 16 mm 이다. 또한, 전극이 항상 수랭되고 있는 상태에서 저항 스폿 용접을 실시한다.

본 발명에서는, 저항 스폿 용접하는 강판의 강종은 특별히 한정되지 않는다. 중첩하는 강판 중 적어도 1 장이, 하기 (7) 식으로 나타내는 탄소 당량 Ceq (%) 가 0.17 % 이상이며, 인장 강도가 780 MPa 이상인 고강도 강판인 것이 바람직하다. Ceq (%) 가 0.17 % 이상이고, 인장 강도가 780 MPa 이상인 고강도 강판에서는, 저항 스폿 용접부의 지연 파괴가 특히 문제가 되기 쉬워, 본 발명의 효과가 보다 유효하게 얻어지기 때문이다. 또한, Ceq (%) 가 0.60 (%) 을 초과하면, 저항 스폿 용접부의 지연 파괴 감수성이 지나치게 높아, 본 발명 방법을 사용한 경우에 있어서도 지연 파괴의 억제가 곤란해진다. 이 때문에, Ceq (%) 가 0.60 % 이하인 것이 바람직하다.

물론, Ceq (%) 가 0.17 % 미만이나 인장 강도가 780 MPa 미만인 강판이어도, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법을 적용할 수는 있다. 도 1 에 나타내는 예에서는, 하강판 (1) 및/또는 상강판 (2) 이, 하기 (7) 식으로 나타내는 탄소 당량 Ceq (%) 가 0.17 % 이상이며, 인장 강도가 780 MPa 이상인 고강도 강판으로 한다.

Ceq (%) = C ＋ Si/30 ＋ Mn/20 ＋ 2P ＋ 4S ···(7)

단, (7) 식 중의 원소 기호는, 각 원소의 함유량 (질량%) 을 나타내고, 함유 하지 않는 원소는 0 으로 한다.

또, 저항 스폿 용접하는 강판의 판두께는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 0.5 mm 이상 3.0 mm 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 판두께가 이 범위 내인 강판은, 자동차용 부재로서 바람직하게 사용할 수 있기 때문이다.

또, 저항 스폿 용접하는 강판은, 도금 처리되어 표면에 도금층을 갖는 것이어도 된다. 본 발명에서는, 도금으로서, 예를 들어, Zn 계 도금이나 Al 계 도금계를 들 수 있다. Zn 계 도금으로서는, 예를 들어 용융 아연 도금 (GI), Zn-Ni 계 도금, Zn-Al 계 도금 등을 들 수 있다. 또, Al 계 도금으로서는, 예를 들어 Al-Si 계 도금 (예를 들어, 10 ~ 20 질량% 의 Si 를 포함하는 Al-Si 계 도금) 등을 들 수 있다. 용융 도금층은, 합금화된 합금화 용융 도금층이어도 된다. 합금화 용융 도금층으로서는, 예를 들어, 합금화 용융 아연 도금 (GA) 층을 들 수 있다.

또, 저항 스폿 용접하는 2 장 이상의 강판은, 동일해도 되고 상이해도 된다. 즉, 동종 및 동형상의 강판이어도 되고, 이종이나 이형상의 강판이어도 된다. 도금층을 갖는 표면 처리 강판과 도금층을 갖지 않는 강판을 중첩해도 된다.

이어서, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에 있어서의 통전 패턴에 대해 설명한다.

본 발명은, 2 장 이상의 강판을 중첩하여 1 쌍의 전극으로 협지하고, 가압하면서 통전하여 너깃을 형성함과 함께, 중첩한 강판을 접합하는 저항 스폿 용접 방법이다. 도 1 에 나타내는 예에서는, 전극 (4) 및 전극 (5) 으로 협지한 강판 (1, 2) 에 대해, 가압하면서 통전을 특정 패턴으로 실시한다. 본 발명의 통전은, 초기 통전 공정과, 소정의 너깃 직경을 갖는 너깃을 형성하는 것을 목적으로 하는 본통전 공정을 갖는다.

먼저, 초기 통전 공정에서는, 본통전 공정보다 높은 전류값으로 통전함으로써, 그 공정 내에서 스퍼터를 발생시킨다. 즉, 초기 통전 공정에 있어서 강판 맞댐면에 존재하는 수소원을 스퍼터와 함께 배출하고, 또한 강판끼리의 양호한 접촉 상태를 확보한다.

본 발명에서는, 초기 통전 공정 내에서 스퍼터를 발생시키는 것이 중요하다. 스퍼터의 발생이 초기 통전 공정 이후의 공정 (예를 들어, 후술하는 냉각 공정이나 본통전 공정) 이었던 경우, 스퍼터 발생 이전에 너깃 내에 많은 수소가 혼입한다. 이 때문에, 스퍼터에 의한 수소 저감 효과를 얻는 것이 곤란해져, 지연 파괴 억제 효과가 얻어지지 않는다. 또, 수소 저감 효과를 보다 현저하게 발휘시키고 싶은 경우에는, 스퍼터 발생 전의 통전 시간을 짧게 하여, 수소의 혼입을 최소한으로 억제하는 것이 효과적이다.

본 발명에서는, 초기 통전 공정의 통전 개시로부터 200 ms 이내에 상기 스퍼터를 발생시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 초기 통전 공정의 통전 개시로부터 100 ms 이내에 스퍼터를 발생시키는 것이 바람직하다.

또, 초기 통전 공정에서 발생시키는 스퍼터는, 후술하는 본통전 공정에 있어서 직경이 큰 너깃을 안정적으로 형성하기 위해서, 규모가 작은 스퍼터 (이하, 작은 스퍼터라고 칭하는 경우도 있다.) 로 하는 것이 바람직하다. 저항 스폿 용접에 있어서 전극 간의 전압을 측정한 경우, 스퍼터가 발생하면 전극 간 저항이 저하하기 때문에, 전압의 강하가 측정값에 나타난다. 본 발명에서는, 이 스퍼터 발생 시의 전압 강하량에 의해, 스퍼터의 크기를 제어한다. 구체적으로는, 스퍼터가 발생한 시점의 전극 간 전압 Vs (V) 가, 하기 (1) 식을 만족하도록 초기 통전 공정의 전류값, 가압력을 설정하는 것이 바람직하다. (1) 식을 만족하도록 통전하여 발생한 스퍼터가, 본 발명에서 말하는 작은 스퍼터를 가리킨다.

Vs ≥ 0.7 × Va ···(1)

여기서, Va : 스퍼터 발생의 5 ms 전의 전극 간 전압 (V),

Vs : 스퍼터 발생 시점의 전극 간 전압 (V) 으로 한다.

스퍼터가 발생한 시점의 전극 간 전압 Vs (V) 가, (0.7 × Va) 미만이었던 경우, 스퍼터의 규모가 커, 본통전 공정에서 양호한 통전 상태를 확보할 수 없으므로, 너깃 직경 (이하, 직경이라고 칭하는 경우도 있다.) 이 큰 너깃을 안정적으로 형성할 수 없다. 따라서, 스퍼터가 발생한 시점의 전극 간 전압 Vs (V) 는, (0.7 × Va) 이상으로 한다. 또한, 강판끼리의 접촉 상태를 양호하게 유지하고, 본통전 공정에서 직경이 큰 너깃을 안정적으로 형성하는 효과를 보다 현저하게 발휘하고 싶은 경우에는, 스퍼터의 규모를 최대한 작게 억제하는 것이 효과적이기 때문에, 스퍼터가 발생한 시점의 전극 간 전압 Vs (V) 를 (0.8 × Va) 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 상기 서술한 바와 같이, 일반적으로 스폿 용접에 있어서 스퍼터가 발생한 경우에는 전극 간 전압이 강하한다. 즉, 스퍼터 발생을 요인으로 하여 전극 간 전압이 증대하지 않기 때문에, 상기 (1) 식에 있어서 (1.0 × Va) 이상은 상정할 수 없다고 생각된다.

그 후, 상기 서술한 바와 같은 초기 통전 공정 후에, 소정 직경의 너깃을 형성하는 것을 목적으로 하는 본통전 공정을 실시한다. 본통전 공정에 있어서, 그 너깃을 형성하기 위한 전류값, 통전 시간 등의 통전 조건 및 가압 조건은 특별히 한정되지 않고, 종래부터 이용되고 있는 용접 조건을 채용할 수 있다.

예를 들어, 적절한 직경의 너깃을 형성하는 관점에서는, 본통전 공정의 전류값은 1.0 kA 이상 15.0 kA 이하인 것이 바람직하고, 본통전 공정의 가압력은 1.0 kN 이상 9.0 kN 이하인 것이 바람직하다. 본통전 공정의 통전 시간은 100 ms 이상 1000 ms 이하인 것이 바람직하다. 또, 본통전 공정은, 전류값, 가압력이 본통전 공정 내에서 변화하는 다단 통전, 다단 가압 공정이어도 된다.

본 발명에 있어서, 상기한 소정의 너깃 직경을 갖는 너깃이란, 너깃 직경이 3√t ~ 6√t (t : 판두께) (mm) 인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는, 상기 서술한 초기 통전 공정과 본통전 공정 사이에, 추가로 후술하는 냉각 공정을 가질 수 있다.

이어서, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법을 실현하기 위한 초기 통전 공정의 구체적인 통전 조건에 대해 설명한다.

초기 통전 공정에서는, 전류값 I1 (kA) 이, 하기 (2) 식을 만족하도록 설정하는 것이 바람직하다.

1.1 × I2 ≤ I1 ≤ 5 × I2 ···(2)

여기서, I1 : 초기 통전 공정에 있어서의 전류값 (kA),

I2 : 본통전 공정에 있어서의 전류값 (kA) 으로 한다.

초기 통전 공정에 있어서의 전류값 I1 (kA) 이, (1.1 × I2) 미만이었던 경우, 초기 통전 공정에서 스퍼터를 발생시키는 것이 곤란해질 우려가 있다. 그 결과, 너깃 내의 수소를 저감시킬 수 없어, 지연 파괴를 억제하는 효과가 얻어지지 않는다. 또, 전류값 I1 (kA) 이, (5 × I2) 를 초과하는 값이었던 경우, 발생하는 스퍼터의 규모가 커져, 후의 본통전 공정에서 직경이 큰 너깃을 안정적으로 형성하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 또한, 초기 통전 공정에 있어서 작은 스퍼터를 발생시켜, 지연 파괴를 억제하는 효과 및 본통전 공정에서 직경이 큰 너깃을 안정적으로 형성하는 효과를 보다 현저하게 얻고 싶은 경우에는, 초기 통전 공정에 있어서의 전류값 I1 에 대해, 1.3 × I2 ≤ I1 로 설정하는 것이 보다 바람직하고, I1 ≤ 3 × I2 로 설정하는 것이 보다 바람직하다.

또, 초기 통전 공정에 있어서의 통전 시간은, 300 ms 이하로 하는 것이 바람직하다. 300 ms 를 초과하는 시간의 통전을 실시하면, 규모가 큰 스퍼터가 발생할 가능성이 높아져, 후의 본통전 공정에서 직경이 큰 너깃을 안정적으로 형성하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 보다 바람직하게는 140 ms 이하로 한다.

이어서, 도 3 을 참조하여, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법의 적합 조건인 냉각 공정에 대해 설명한다. 도 3 에는, 냉각 공정을 갖는 통전 패턴의 일례를 나타낸다.

상기 서술한 바와 같이, 본 발명에서는, 초기 통전 공정과 본통전 공정 사이에, 하기 (3) 식을 만족하는 전류값 Ic (kA) 로 통전하여 너깃을 냉각하는 냉각 공정을 형성해도 된다.

0 ≤ Ic ≤ I1 ···(3)

여기서, Ic : 냉각 공정에 있어서의 전류값 (kA),

I1 : 초기 통전 공정에 있어서의 전류값 (kA) 으로 한다.

냉각 공정을 형성함으로써, 스퍼터의 발생에 의해 일시적으로 흐트러진 강판끼리의 접촉 상태를 다시 안정화시키는 것이 가능해져, 후의 본통전 공정에 있어서 너깃을 보다 안정적으로 형성하는 효과가 얻어진다. 냉각 공정에 있어서의 전류값 Ic (kA) 가 초기 통전 공정에 있어서의 전류값 I1 (kA) 을 초과하는 값이면, 냉각 공정 내에서 스퍼터가 발생할 가능성이 높아져, 강판끼리의 접촉 상태를 확보하는 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다. 또, 이 냉각 공정은, 스퍼터를 발생시키지 않고 강판끼리의 접촉 상태를 안정화시키는 것이 목적이기 때문에, 냉각 공정에 있어서의 전류값 Ic 가 (3) 식을 만족하는 범위이면 냉각 공정의 통전 패턴은 특별히 한정되지 않고, 통전을 실시하지 않는 무통전 공정이나 다단 통전 공정, 혹은 다운 슬로프 통전 공정이어도 된다.

또, 냉각 공정의 시간은 500 ms 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 냉각 공정에 있어서 500 ms 를 초과하는 시간의 통전을 실시하면, 용접 공정 자체의 총시간이 길어져 생산성이 저하할 우려가 있다.

도 3 에는, 초기 통전 공정과 본통전 공정 사이에 냉각 공정을 갖는 통전 패턴의 일례를 나타낸다. 도 3 에 나타내는 예에서는, 전류값 I1 (kA), 통전 시간 t1 (ms) 의 초기 통전 공정 후에, 전류값 Ic (kA), 통전 시간 tc (ms) 의 냉각 공정을 실시하고, 그 후, 전류값 I2 (kA), 통전 시간 t2 (ms) 의 본통전 공정을 실시한다. 여기서는 냉각 공정으로서 (3) 식을 만족하는 전류로 일정 시간 통전하는 경우를 나타내지만, 상기 서술한 바와 같이 무통전 공정이나 다단 통전 공정, 혹은 다운 슬로프 통전 공정이어도 된다.

다음으로, 저항 스폿 용접 이음매의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명은, 상기 서술한 저항 스폿 용접 방법을 이용한 저항 스폿 용접 이음매의 제조 방법이다. 본 발명의 저항 스폿 용접 이음매의 제조 방법에서는, 예를 들어, 2 장 이상의 강판을 중첩하여 1 쌍의 용접 전극으로 협지하고, 가압하면서 상기한 각 공정의 용접 조건으로 통전하는 저항 스폿 용접을 실시하고, 필요 사이즈의 너깃을 형성하여, 저항 스폿 용접 이음매를 얻는다. 또한, 강판이나 용접 조건 등은 상기 서술한 설명과 동일하기 때문에, 설명은 생략한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 용접부의 지연 파괴를 억제할 수 있다. 또한, 초기 통전 공정 내에서 상기한 전극 간 전압의 조건을 만족하는 규모가 작은 스퍼터를 발생시키기 때문에, 그 후의 본통전 공정에서는, 직경이 큰 너깃을 안정적으로 형성할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 수소 취화 감수성이 높은 용접 금속 내에 수소가 침입하는 것을 효과적으로 억제할 수 있기 때문에, 자동차용의 고강도 강판에 저항 스폿 용접하는 경우에 한정하지 않고, 그 밖의 강판의 저항 스폿 용접에 있어서도 동일하게, 상기한 효과를 얻을 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 작용 및 효과에 대해, 실시예를 사용하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명의 실시예에서는, 상기 서술한 도 1 에 나타내는 바와 같이, 하강판 (1) 과 상강판 (2) 을 중첩하여, 저항 스폿 용접을 실시했다. 저항 스폿 용접은 상온에서 실시하고, 하전극 (4) 및 상전극 (5) 을 항상 수랭한 상태에서 실시했다. 하전극 (4) 과 상전극 (5) 은, 모두 선단의 직경 (선단 직경) 6 mm, 곡률 반경 40 mm 로 하고, 크롬구리제의 DR 형 전극으로 했다. 또, 하전극 (4) 과 상전극 (5) 을 서보 모터로 구동함으로써 가압력을 제어하고, 통전 시에는 주파수 50 Hz 의 단상 교류를 공급했다. 피용접 강판에는 이하의 2 강종을 사용했다.

(강종 I) 인장 강도가 1320 MPa 이며, (7) 식으로 나타내는 Ceq (%) 가 0.37 % 이며, 장변이 150 mm, 단변이 50 mm, 판두께가 1.4 mm 이며, 도금 처리 없음의 강판

(강종 II) 인장 강도가 1470 MPa 이며, (7) 식으로 나타내는 Ceq (%) 가 0.40 % 이며, 장변이 150 mm, 단변이 50 mm, 판두께가 1.4 mm 이며, 도금 처리 있음 (용융 아연 도금 (GI), 부착량은 편면당 50 g/㎡) 의 강판

용접 시의 판조는, 강종 I 의 동종 2 장 맞댐을 판조 A 로 하고, 강종 II 의 동종 2 장 맞댐을 판조 B 로 하고, 강종 I 과 강종 II 의 이종 2 장 맞댐을 판조 C 로 하고, 지연 파괴 특성 및 너깃 안정성의 평가를 목적으로 하여 시험을 실시했다.

여기서, 도 2 를 참조하여, 시험에 사용하는 용접 이음매에 대해 설명한다. 도 2(a) 는 용접 이음매의 평면도이며, 도 2(b) 는 그 측면도이다. 저항 스폿 용접은, 도 2(a) 및 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 상기한 강종의 강판 1, 2 (길이 방향의 길이가 150 mm, 폭 방향의 길이가 50 mm) 의 2 장의 사이에, 두께가 2.0 mm 이고 50 mm 사방의 스페이서 (6) 를 양측에 끼워 넣어 가용접하고, 2 장의 강판을 중첩한 판조의 중심을 표 1 에 기재하는 조건으로, 각각 용접했다. 또한, 도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 판조의 양단의 가용접 지점을 가용접점 (8) 으로 하고, 판조의 중심의 용접 지점을 용접점 (7) 으로 했다.

용접 시에는, 전체 조건으로 너깃 직경이 3.5√t (t : 판두께) (mm) 정도가 되도록, 전류값을 조정하여 실시했다. 판두께가 1.4 mm 인 강판의 경우, 3.5√t = 4.14 mm 이다.

지연 파괴 특성의 평가는, 다음과 같이 실시했다.

얻어진 용접 이음매를 상온 (20 ℃) 에서 대기중에 정치하고, 24 시간 경과한 후에, 용접부의 지연 파괴의 유무를 조사했다. 용접은 전체 조건 n = 3 으로 실시하고, 24 시간 정치 후에 지연 파괴가 발생하지 않은 것에는 기호의 「○」를, 발생한 것에는 기호의 「×」를, 각각 표 2 에 기재했다.

지연 파괴의 판정에 대해서는, 용접 후에 너깃의 박리 (접합 계면에서 너깃이 둘로 박리되는 현상) 가 육안으로 관찰된 것을, 지연 파괴가 발생한 것으로서 판정했다. 지연 파괴 특성의 최종 판정으로서는, n = 3 중 3 개 모두 지연 파괴가 발생하지 않은 조건에 기호의 「◎」를, 지연 파괴의 발생이 n = 3 중 1 개뿐이었던 조건에 기호의 「○」를, 지연 파괴의 발생이 n = 3 중 2 개 이상이었던 조건에 기호의 「×」를, 각각 표 2 에 기재했다.

또, 동 시험체를 사용하여, 너깃 안정성의 평가를 실시했다.

너깃 안정성의 평가는, 다음과 같이 실시했다. 너깃 안정성에 대해서는, n = 3 의 모두에 있어서 3.5√t 이상의 너깃 직경을 얻을 수 있었던 것에는 기호의 「◎」를, n = 3 중 n = 2 이고 3.5√t 이상인 너깃 직경을 얻을 수 있었던 것에는 기호의 「○」를, 3.5√t 이상의 너깃 직경을 얻을 수 있었던 것이 n = 3 중 n = 1 이하였던 것에는 기호의 「△」를, 각각 표 2 에 기재했다. 또한, 표 2 에 나타내는 「(↓)」는, 3.5√t 미만의 너깃 직경인 것을 나타낸다.

본 실시예에서는, 너깃 직경에 대해서는, 용접 후에 용접부 중앙에서 절단을 실시하고, 얻어진 단면에 피크르산 수용액을 사용한 에칭을 실시한 후에, 부식된 너깃 조직의 길이를 측정함으로써 산출했다.

표 2 로부터 분명한 바와 같이, 발명예에서는, 용접 이음매에 있어서 지연 파괴의 발생은 억제되었다. 발명예 중, 발생시키는 스퍼터가 작은 스퍼터였던 것은, 지연 파괴 억제 효과에 부가하여, 추가로 너깃을 안정적으로 형성하는 효과도 얻어지고 있었다. 특히, 냉각 공정을 형성한 실시예에서는, 너깃 직경이 n = 3 모두에 있어서 3.5√t 이상이며, 너깃을 보다 안정적으로 형성하는 효과도 얻어지고 있는 것을 알 수 있었다.

이에 대하여, 비교예에서는, 지연 파괴를 억제할 수 없었다.

1 : 하강판
2 : 상강판
3 : 너깃
4 : 하전극
5 : 상전극
6 : 스페이서
7 : 용접점
8 : 가용접점

Claims (5)

1. 2 장 이상의 강판을 중첩하여 1 쌍의 전극으로 협지하고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법으로서,
   상기 통전으로서, 초기 통전 공정과,
   소정의 너깃 직경을 갖는 너깃을 형성하는 본통전 공정을 갖고,
   상기 초기 통전 공정 내에서 상기 2 장 이상의 강판의 맞댐면으로부터 스퍼터를 발생시키고,
   상기 초기 통전 공정에 있어서의 전류값 I1 (kA) 이, 하기 (2) 식을 만족하는 저항 스폿 용접 방법.
   1.1 × I2 ≤ I1 ≤ 5 × I2 ···(2)
   여기서, I1 : 초기 통전 공정에 있어서의 전류값 (kA),
   I2 : 본통전 공정에 있어서의 전류값 (kA) 으로 한다.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스퍼터가 발생한 시점의 용접 전압 Vs (V) 가, 하기 (1) 식을 만족하는 저항 스폿 용접 방법.
   Vs ≥ 0.7 × Va ···(1)
   여기서, Va : 스퍼터 발생의 5 ms 전의 용접 전압 (V),
   Vs : 스퍼터 발생 시점의 용접 전압 (V) 으로 한다.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 초기 통전 공정과 상기 본통전 공정 사이에, 추가로 하기 (3) 식을 만족하는 전류값 Ic (kA) 로 통전하여 상기 강판끼리의 접촉 상태를 안정화시키는 냉각 공정을 갖는 저항 스폿 용접 방법.
   0 ≤ Ic ≤ I1 ···(3)
   여기서, Ic : 냉각 공정에 있어서의 전류값 (kA),
   I1 : 초기 통전 공정에 있어서의 전류값 (kA) 으로 한다.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 저항 스폿 용접 방법을 이용한 저항 스폿 용접 이음매의 제조 방법.
5. 제 3 항에 기재된 저항 스폿 용접 방법을 이용한 저항 스폿 용접 이음매의 제조 방법.

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