KR20110054337A - Ｔｗｂ 판재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TWB 판재에 관한 것으로, 특히 TWB 판재에 형성된 용접선상의 일정 부위에 굴곡형의 용접선을 형성하여, 성형시 성형성 향상을 도모함과 동시에 용접부 주위의 열영향부에서 크랙이 발생하는 문제를 해결할 수 있는 TWB 판재에 관한 것이다.

본 발명의 상기 굴곡형의 용접선은 종방향 용접선과 횡방향 용접선이 연속적으로 반복하여 형성된 구조를 이룬다.

Description

ＴＷＢ 판재{TAILOR WELDED BLANK PLATE}

본 발명은 TWB 판재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 TWB 판재상에 형성된 용접선의 일정 부분에 굴곡형의 용접선을 형성하여 성형성 향상과 용접부 주위의 열영향부에서의 크랙 발생 방지를 도모할 수 있는 TWB 판재에 관한 것이다.

일반적으로 TWB(Tailor Welded Blank) 판재는 재료의 강도 및 두께가 다른 두 이종 재료를 용접하여 형성된 용접 판재로서, 차량용 도어 이너부품이나 플로어 패널 부품의 경량화 및 부품수 절감을 위해서 주로 적용되고 있다.

최근에는 고강도강의 적용이 확대되면서 용접선의 열영향부에서 모재 대비 경도 저하가 더 크게 발생하여 용접부가 성형성에 더 취약해지게 되며, 이는 성형성 뿐만 아니라 차체 부품의 내구 성능에도 큰 영향을 미친다.

도 1a 내지 도 1c 는 차량의 도어 이너부재로 사용된 TWB 판재에 있어서의 경도 분포의 일예를 도시한 도면이다.

상기 도면에서, 도 1b 는 도 1a 의 A-A 선에 따른 단면도이다.

도시된 바와 같이, 용접부 주위의 열 영향부(HAZ : Heat Affected Zone)에서는 주위보다 경도가 취약한 것으로 나타남을 알 수 있으며, 이에 따라 종래의 직선 형태의 용접선의 경우에는 성형 중 과다한 인장력에 의해서 용접부 혹은 용접부 주변의 모재에서 크랙이 발생하게 된다.

도 2a 와 도 2b 는 종래의 선형 용접방식과 비선형 용접 방식의 예를 도시한 도면이고, 도 3a 와 도 3b 는 종래의 TWB 판재의 용접부에서 크랙이 발생된 예를 도시한 도면이다.

상기 도 2a 와 같은 선형 용접방식에 의해 제조된 TWB 판재(10)(이하 '선형 TWB 판재'라 함)의 경우, 용접선이 직선을 이루는 선형 용접선(20)으로 형성되고, 성형 시에는 상기 선형 용접선(20)에 수직인 방향으로 인장력이 작용하게 된다.

일반적인 TWB 판재의 경우에는 소재의 강도 및 두께가 다른 이종 판재를 용접한 것이므로 성형시 주름이 발생할 가능성이 높으며, 이를 해결하기 위해서 과다한 블랭크 홀딩력을 부과하게 된다. 이러한 경우에는 성형중 재료의 유입이 없어서 용접부에서 파단이 발생하게 되며, 파단이 발생된 예를 도 3a 와 도 3b 에 도시하였다.

상기 도 3a 와 도 3b 는 종래의 TWB 판재의 용접부에서 크랙이 발생된 예를 도시한 도면으로 도 3a 는 도어 이너 용접부, 도 3b 는 쇽업소버 용접부에서 크랙이 발생된 경우을 각각 나타내고 있다.

또한, 최근에는 종래의 선형 TWB 판재(10) 뿐만 아니라 경량화 효과를 극대하기 위하여 용접선을 비선형으로 제조할 수 있는 기술이 적용되고 있다. 이러한 비선형 용접선(40)이 형성된 비선형 TWB 판재(도 2b 의 30)의 경우도, 전체적인 형상은 비선형이지만 간단한 선형 라인의 조합으로 설계되어 변형이 발생하는 국부적 인 영역에서는 선형 구조와 동일하다. 즉, 성형중에 크랙이 발생할 수 있으며, 특히 소재의 강도 및 두께 차이가 급격하게 변하는 경우에는 크랙의 발생가능성이 더 높아진다.

한편, 도시하지는 않았지만, 도어 이너부재로 적용되고 있는 선형 TWB 판재와 비선형 TWB 판재를 이용한 쇽업소버(shock absorber) 하우징 부품을 대상으로 성형해석을 해 보면, 용접선의 전, 후로 변형률에 급격한 변화가 발생하며, 두 소재 중 강도가 약한 소재에 변형이 집중되어 소재의 성형한계도(FLD)를 넘어 크랙이 발생하게 됨을 알 수 있다. 이는 용접선이 재료의 변형 방향과 수직이기 때문에 발생하는 것으로 성형력의 대부분을 구조적으로 취약한 인장 형태로 받게 되는데 그 원인이 있다.

참고로, 현재 적용되고 있는 TWB 판재는 기술적인 문제 등으로 인하여 선형(직선) 용접 방식이 대부분 적용되고 있으나 레이저 용접기 등 용접 기술의 발전에 따라 비선형 용접 방식도 점차 확대 적용되고 있다.

통상, TWB 판재는 가공시 부품의 형상에 따라 위치별로 소재의 유입에 차이가 발생하여 선형이었던 용접선이 복잡한 형태로 변형된다. 종래의 선형용접 방식에서는 성형성을 고려하여 크랙이 발생할 가능성이 있는 위치의 용접선을 사전에 수정할 방법이 없었으나 현재는 비선형 용접이 가능하므로 이를 활용하여 다양한 형태의 용접선을 설계할 수 있다.

즉, 종래의 선형 용접선은 인장력이 과다하게 작용하여 모재 및 열영향부에서 파단이 발생하였으나 전단력이 발생할 수 있는 구조로 설계할 경우에는 이러한 인장력을 감소시킬 수 있게 된다. 이러한 용접 방식의 개선에 의해서 종래의 성형성이 문제가 되는 고강도강의 적용을 확대할 수 있다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여, 비선형 용접 기술을 적용하여 용접선의 일정 부분에 굴곡형의 용접선이 형성되도록 하여 용접선 주변에서 발생하는 응력 및 변형률 집중 현상을 피할 수 있고, 이를 통해 성형시의 성형성을 향상시킬 수 있는 TWB 판재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 TWB 판재는 TWB 판재상에 형성된 용접선에 있어서, 상기 용접선중 일정 부위가 굴곡형의 용접선으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 용접선은 선형 또는 비선형 용접으로 형성되며, 기어치형, 원형, 톱니형 중 어느 하나로 형상으로 형성된다.

상기 굴곡형의 용접선은 종방향 용접선과 횡방향 용접선이 일정길이 연속적으로 반복배열된 구조를 이루도록 하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 종방향 용접선과 횡방향 용접선의 길이는 그 길이의 비가 다르게 형성되게 할 수도 있다.

본 발명에 의하면, TWB 판재상에 형성된 용접선에서의 일정 부분에 굴곡형의 용접선이 형성됨으로써, 성형성 향상을 도모하고, TWB 판재의 용접부 주위의 열영향부에서의 크랙 발생을 방지할 수 있는 효과를 발휘한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 TWB 판재에 대해 상세히 설명한다.

도 4a 와 도 4b 는 본 발명의 TWB 판재에 형성된 용접선의 형상을 도시한 도면으로,

도 4a 는 선형 TWB 판재의 경우이고, 도 4b 는 비선형 TWB 판재의 경우를 각각 도시하고 있다.

또한, 도 5 는 상기 도 4a 에 형성된 굴곡형의 용접선을 확대 도시한 도면이다.

상기 도면을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 선형 및 비선형 TWB 판재(50,70)상에 형성된 각 용접선(100,200)에는 일정 부분이 굴곡형의 용접선(110,210)으로 형성되어 있다.

상기 예시된 굴곡형의 용접선(110,210)은 종방향으로 배열되는 구조를 이루되, 종방향 용접선(110a)과 횡방향 용접선(110b)이 번갈아 일정길이 연속적으로 반복배열되는 구조로 형성되어, 마치 기어치 형상과 같은 구조를 이루고 있다.

상기 구조에서, 종방향 용접선(110a)은 재료의 변형방향에 대해 수직을 이루어 인장력이 작용하는 구간이 되며, 횡방향 용접선(110b)은 재료의 변형방향과 같은 방향으로서, 재료의 변형방향에 대해 전단력이 작용하는 구간이 된다.

즉, 본 발명의 상기한 굴곡형의 용접선(110)은 종래의 동일한 종방향 용접선(110a)의 전체 길이 내에 횡방향 용접선(110b)이 추가로 삽입되어 있는 구조로 서, 종래의 종방향 용접선(110a)에 인장력이 작용하는 것에 더하여 횡방향 용접선(110b)에 전단력이 추가로 작용되도록 하고 있다.

따라서, 재료의 변형방향에 대하여 보다 더 큰 힘을 받을 수 있게 되어 성형성이 좋아지게 된다.

한편, 본 발명의 상기한 굴곡형의 용접선의 형상은 다른 임의의 형상으로 변형될 수 있다.

도 6a 와 도 6b 는 본 발명에 따른 굴곡형의 용접선의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

상기 예시된 굴곡형의 용접선(150,170)은 곡선형, 톱니형 등의 형상을 이루고 있으며, 인장력 및 전단력이 각 용접선(150,170)에 대해 수직으로 작용하게 되지는 않지만, 기본적으로 전단력이 추가로 인가되는 형태의 용접선이다.

한편, 상기에서 예시한 굴곡형의 용접선(110,210;150,170)의 실시예는 인장력을 받는 구간과 전단력을 받는 구간의 길이가 모두 동일한 경우이지만 각 굴곡형의 용접선의 길이(110,210;150,170)에 있어서, 가로와 세로의 길이 비를 조절하여 원하는 비율로 하중을 분포시킬 수도 있다.

또한, 본 발명의 상기한 굴곡형의 용접선(110,210;150,170)이 포함된 용접을 시행할 경우, 용접선이 길어지는 효과가 있으므로 용접 품질에 영향을 미치는 인자는 최적의 상태로 제어되어야 한다. 즉, 용접 품질에 중요한 인자, 예컨대 용접 속도와 보호가스의 유량 등은 엄격하게 관리되도록 한다.

예컨대, 본 발명의 굴곡형의 용접선이 포함되는 용접의 경우에는, 종래의 일 반적인 TWB 용접 판재의 제조에 이용되는 용접조건에 비해 용접속도와 입열량을 낮추고 보호가스의 유량을 증가시킬 필요가 있다.

또한, 화학성분에 있어서도, 용접성을 좋게 하기 위해서 C, Si의 함량을 줄이고 Mn, P 함량의 증가로 필요 강도를 확보하는 것이 바람직하다.

이상에서, 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 TWB 판재는 용접부에 형성된 용접선에 있어서의 일정 부위에 굴곡형의 용접선이 형성됨으로써, 성형시 성형성이 향상됨과 동시에, 종래 용접부 주위에서의 크랙 발생문제를 근원적으로 해결할 수 있게 된다.

도 1a 내지 도 1c 는 차량의 도어 이너부재로 사용된 TWB 판재에 있어서의 경도 분포의 일예를 도시한 도면,

도 2a 와 도 2b 는 종래의 선형 용접방식과 비선형 용접 방식의 예를 도시한 도면,

도 3a 와 도 3b 는 종래의 TWB 판재의 용접부에서 크랙이 발생된 예를 도시한 도면,

도 4a 와 도 4b 는 본 발명에 따른 TWB 판재에 형성된 용접선의 형상을 도시한 도면,

도 5 는 상기 도 4a 에 도시된 굴곡형의 용접선을 확대 도시한 도면,

도 6 은 본 발명에 따른 굴곡형의 용접선의 다른 예를 도시한 도면임.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10,30,50,70 : TWB 판재 20,40,100,150,170 200 : 용접선

Claims (5)

1. TWB 판재상에 형성된 용접선에 있어서,

   상기 용접선중 일정 부위가 굴곡형의 용접선으로 형성된 것을 특징으로 하는 TWB 판재.
2. 청구항 1 에 있어서,

   상기 용접선은 선형 또는 비선형 용접에 의해 형성된 용접선인 것을 특징으로 하는 TWB 판재.
3. 청구항 1 에 있어서,

   상기 굴곡형의 용접선은 기어치형, 원형, 톱니형 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 TWB 판재.
4. 청구항 1 에 있어서,

   상기 굴곡형의 용접선은 종방향 용접선과 횡방향 용접선이 일정길이 연속적으로 반복 배열된 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 TWB 판재.
5. 청구항 4 에 있어서,

   상기 종방향 용접선과 횡방향 용접선의 길이는 그 길이 비가 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 TWB 판재.

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