KR20150124819A - 스폿 용접 방법 및 그 용접물 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스폿용접방법은 피용접물의 용접부 양측에 한 쌍의 전극을 각각 대어 놓고 상기 피용접물을 전기저항 열에 의해 가열함과 아울러 가압하여 용접하며, 상기 피용접물보다 열전도율이 좋은 개재물이 상기 전극과 상기 피용접물 사이에 개재될 수 있도록 상기 피용접물의 양측 또는 어느 한 일측에는 상기 개재물에 덧대어져 상기 피용접물과 함께 용접되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 스폿용접방법을 이용하면, 모재가 고강도 강판인 경우에도 용접성이 우수한 스폿용접물이 확보될 수 있는 장점이 있다.

Description

스폿 용접 방법 및 그 용접물{Method for spot welding and the weldment by the same}

본 발명은, 스폿 용접 방법 및 그 용접물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모재가 고강도 강판인 경우에도 효율적이고 우수한 용접성을 확보하기 위한 스폿용접방법 및 그 용접물에 관한 것이다.

자동차, 항공기, 선박, 지하철 생산라인 등에서는 강판과 강판 간 접합시 주로 스폿용접방법이 많이 이용되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 스폿용접작업 개략도이며, 스폿용접은 다음과 같다.

복수의 모재(2)를 포개어 놓고(이하, '피용접물'이라 함), 한 쌍의 전극(1) 끝을 각각 상기 피용접물의 양측(예컨대, 아래, 위)에 각각 압착시킨 후, 한 쌍의 전극(1)들에 전류를 통과시키면 전극(1)들과 피용접물 사이에 전기저항에 의한 발열(또는 줄(Joule)열)이 발생하며, 이 발열에 의해 피용접물의 용접부(2a), 즉 전극이 압착된 부분이 국부적으로 가열되어 용융된다. 따라서, 피용접물의 용용된 부분이 응고됨으로써 피용접물인 복수의 모재(2)들이 하나로 접합된다.

이와 같은 스폿용접시에는 모재 강도 등에 따라 전류 세기, 통전시간, 전극에 의한 가압력 등을 제어한다.

그러나, 모재(2)가 고강도 강판인 경우, 전류 세기, 통전시간, 전극(1)에 의한 가압력 등의 제어만으로 충분히 가열, 압착하여 용접하는데 한계가 있고, 따라서 인장강도 500MPa 이상의 고강도 강판끼리의 용접시 용접성이 현저히 떨어져 불량이 많이 발생되고 있는 문제점이 있다.

또한, 이종 용접의 경우, 상대적으로 고강도 강판과 저강도 강판 간 열적, 기계적 특성 등의 차이로 인해 같은 용접 조건이더라도 모재(2)들 간 용융 편차가 발생된다. 따라서, 용접 조건을 고강도 강판에 맞추는 경우 저강도 강판이 과하게 용융되어 변형이 많이 발생되며 인장강도가 현저하게 저하되고, 용접 조건을 저강도 강판에 맞추는 경우 고강도 강판이 충분히 용융되지 못하여 이종 용접에 한계가 있는 문제점이 있다.

관련 선행기술로는 등록공보 제10-0711775호(발명의 명칭; 저항 스폿 용접방법, 등록일자; 2007년 4월 19일)가 있다.

본 발명은, 열전도율이 우수한 개재물에 의해 전기저항 발열량을 크게 하여 특히 모재가 고강도 강판인 경우 용접성을 향상시킬 수 있으며, 아울러 개재물을 전극과 모재 사이에 개재하여 용접성을 보다 효율적으로 향상시킬 수 있는 스폿용접방법 및 그 용접물을 제공한다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 스폿용접방법은 피용접물의 용접부 양측에 한 쌍의 전극을 각각 대어 놓고 상기 피용접물을 전기저항 열에 의해 가열함과 아울러 가압하여 용접하며, 상기 피용접물보다 열전도율이 좋은 개재물이 상기 전극과 상기 피용접물 사이에 개재될 수 있도록 상기 피용접물의 양측 또는 어느 한 일측에는 상기 개재물에 덧대어져 상기 피용접물과 함께 용접될 수 있다.

상기 개재물은 0.05~0.2mm 두께의 박판으로 형성될 수 있다.

상기 개재물은 철(Fe), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 중 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 합금물질로 형성될 수 있다.

상기 피용접물 중 상기 개재물이 덧대어지는 모재는 인장강도가 450 ~550MPa 이상의 고강도 강판으로 형성될 수 있다.

상기 피용접물의 모재들이 이종인 경우, 상기 개재물은 상기 모재들 중 상기 개재물이 덧대어지는 모재보다 열전도율이 좋도록 형성될 수 있다.

상기 개재물은 상기 피용접물의 양측에 각각 덧대어지며, 각각의 개재물은 동일한 재질로 형성되거나 열전도율이 서로 상이한 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 스폿용접물은 스폿용접에 의해 하나로 용접되는 복수의 모재들; 및 상기 스폿용접시 전극과 복수의 모재들 사이에 개재될 수 있도록 상기 복수의 모재들에 덧대어져 함께 용접되며, 상기 복수의 모재들 중 덧대어진 모재보다 열전도율이 좋은 개재물;을 포함할 수 있다.

상기 개재물은 0.05~0.2mm 두께의 박판으로 형성될 수 있다.

상기 개재물은 철(Fe), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 중 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 합금물질로 형성될 수 있다.

본 발명은, 스폿용접시 전극과 모재 사이에 개재된 열전도율이 우수한 개재물에 의해 전기저항 발열이 더욱 증대될 수 있기 때문에 고강도 강판도 용이하고 효율적으로 용접될 수 있다.

또한, 본 발명은, 개재물에 의해 증대된 전기저항 발열에 의해 직접적으로 모재가 가열, 용융될 수 있기 때문에 열효율이 월등히 향상될 수 있어 보다 효율적인 용접성이 확보될 수 있다.

또한, 본 발명은, 모재 강도 등에 따라 개재물의 개수, 재질 등이 용이하게 선택, 적용될 수 있기 때문에 이종 용접도 용이하고 효율적으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은, 개재물의 위치 및 정렬 상태 등이 육안으로 용이하게 확인될 수 있고, 개재물의 이탈이 방지될 수 있다.

또한, 본 발명은, 개재물이 전극과 모재 사이에 개재됨에 따라 모재의 압흔자국 깊이가 최소화될 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 스폿용접작업 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스폿용접작업 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 스폿용접에 따른 스폿용접물의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스폿용접 및 그 비교를 위한 스폿용접의 스폿용접물을 비교 촬영한 도면이다.
도 5는 도 4의 스폿용접물을 대상으로 한 인장강도 그래프이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 스폿용접작업 개략도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능, 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스폿용접작업 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시된 스폿용접에 따른 스폿용접물의 평면도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 스폿용접방법은 피용접물의 용접부(100) 양측에 한 쌍의 전극(110)을 각각 대어 놓고 상기 피용접물을 전기저항 열에 의해 가열함과 아울러 가압하여 용접함에 있어서, 상기 피용접물과 상기 전극(100) 사이에 열전도율이 우수한 개재물(120)이 개재된 상태에서 상기 피용접물의 용접이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 피용접물은 한 쌍의 전극(110) 사이에 두겹 또는 세겹 이상으로 포개 놓은 복수의 모재들(102)로 구성된다.

상기 복수의 모재들(102)은 도체인 강판 등이 될 수 있는데, 재질에 따라 서로 동종이거나 이종일 수 있으며, 그 두께가 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 동종이더라도 그 인장 강도를 비롯한 기계적, 열적 특성 등이 서로 동일하거나 상이할 수 있다.

특히, 상기 복수의 모재들(102) 중 상기 개재물(120)이 덧대어지는 모재(102)는 인장강도가 450 ~550MPa 이상의 고강도 강판인 것이 바람직하다. 고강도 강판의 경우, 상기 개재물(120)없이 순수하게 상기 전극(110)에 의한 전기저항 열 및 가압력만으로는 용접성이 좋지 않는데, 상기 개재물(120)을 통해 상기 모재(102)가 상기 전극(110)과 전기, 열적으로 연결되면 상기 개재물(120)에 의해 열전도율이 월등히 강화, 향상되어 상대적으로 그 전기저항 발열량이 더욱 커질 수 있게 된다.

반면, 저강도 강판의 경우, 상기 전극(110)과 직접 전기, 열역학적으로 연결되더라도 충분히 용착될 수 있으며, 오히려 과잉 발열에 의한 역효과가 발생될 수 있다. 따라서, 상기 모재(102)가 고강도 강판인 경우에만 상기 개재물(120)이 덧대어지는 것이 비용이나 노력 등 여러 측면에서 보다 효율적이다.

상기 개재물(120)은 너무 두꺼우면 열전도율이 저하되며 재료비 상승의 원인이 되고, 너무 얇으면 전기저항 발열량을 증대시키는데 한계가 있는 바, 0.05~0.2mm 두께의 박판으로 형성됨이 바람직하다.

상기 개재물(120)은 재료비 등을 고려하여 피용접물의 용접부(100)에 덧대어질 수 있는 크기 및 형상이면 충분하다.

상기 개재물(120)은 열전도율이 우수한 도체라면 어떠한 것이든 무방하며, 철(Fe), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 중 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 합금물질로 형성됨이 효율적이라 할 수 있다. 다만, 상기 개재물(120)은 상기 개재물이 덧대어지는 모재보다는 열전도율이 우수한 물질로 형성된 것이 적합하다.

이러한 개재물(120)은 상기 피용접물의 양측에 각각 하나씩 덧대어질 수도 있으며, 이때 각각의 개재물(120)은 상기 개재물(120)이 덧대어지는 모재(102)에 따라 열전도율 등에 따라 상호 동종이거나 이종일 수 있으며 그 크기나 두께 또한 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 또한, 상기 개재물(120)은 상기 피용접물의 양측 중 어느 한 일측에만 덧대어질 수 있다.

이와 같은 스폿용접방법에 의한 스폿용접물은 스폿용접에 의해 하나로 용접되는 복수의 모재들(102)과, 상기 스폿용접시 상기 복수의 모재들(102)에 덧대어져 함께 용접되는 개재물(120)을 포함하여 이루어질 수 있다.

즉, 피용접물의 양측 또는 일측에 개재물(120)을 덧댄 상태에서 상기 피용접물을 용접하게 되면, 상기 모재(102)는 상기 개재물(120)을 통해 상기 전극(110)과 전기, 열역학적으로 연결되어 발열, 용융되며 동시에 상기 개재물(120)을 통해 상기 전극(110)의 가압력이 전달되어 높은 압력을 받아 용착되고, 상기 개재물(120) 또한 전기저항 발열 및 가압력에 의해 용융, 용착되면서 상기 피용접물에 용접된다.

이때, 상기 개재물(120)에 의해 전기저항 발열량이 증대될 수 있기 때문에 상기 피용접물의 모재(102)가 고강도 강판이더라도 충분히 용융, 용착될 수 있다. 특히, 상기 개재물(120)이 상기 전극(110)과 상기 모재(102) 사이에 개재되어 있기 때문에 상기 개재물(120)에 의해 증대된 전기저항 발열에 의해 직접적으로 상기 모재(102)가 가열, 용융될 수 있어 열전도효율이 좋다.

또한, 상기 개재물(120)은 얇고 작은 박판인데, 상기 전극(110)과 모재(102) 사이에 개재되기 때문에 스폿용접 세팅 과정 및 용접과정 동안 육안으로 쉽게 확인되어 상기 피용접물의 용접부(100)에 정확하게 위치될 수 있고, 슬립(slip) 현상 등에 의한 이탈이 방지될 수 있다.

또한, 상기 피용접물의 각각의 모재(102)의 열적, 기계적 특성에 따라 상기 개재물(120)의 갯수 및 상기 개재물의 재질 등이 선택될 수 있어 상기 모재들(102) 간 열적, 기계적 특성 등의 차이를 해소하여 상기 모재들(102)이 전체적으로 균일하게 용융,용착될 수 있다. 이에 따라, 고강도 강판과 저강도 강판의 조합 등 열적, 기계적 특성 차이가 큰 이종 용접도 효율적으로 용이하게 할 수 있다.

또한, 상기 전극(110)이 상기 개재물(120)을 통해 상기 모재(102)에 압착되기 때문에 상기 개재물(120)에 의해 상기 모재(102)에 직접적으로 생기는 압흔자국 깊이가 최소화될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스폿용접 및 그 비교를 위한 스폿용접의 스폿용접물을 비교 촬영한 도면으로서, 동일한 스폿용접 조건 하에서 도 4의 (a)는 2겹의 고강도 강판만을 용접한 경우이고, (b)는 2겹의 고강도 강판 사이에 본 발명의 개재물(120)을 개재한 상태에서 용접한 경우이고, (c)는 본 발명에 의한 용접으로서 2겹의 고강도 강판 아래 위에 각각 본 발명의 개재물(120)을 덧댄 상태에서 용접한 경우이다.

도 4를 참조하면, 도 4의 (c)의 경우에 용융, 응고된 부분인 너깃(N, nugget)이 상대적으로 더 넓게 형성되었음을 볼 수 있으며, 이는 도 4의 (c)의 경우 동일한 용접조건 하에서 보다 더 많이 가열되어 용융된 것으로 볼 수 있으며, 따라서 도 4의 (c)의 경우 상대적으로 용접강도가 더 우수함이 유추될 수 있다.

도 5는 도 4의 스폿용접물을 대상으로 한 인장강도 그래프이다. 즉, 도 5는 모재강도가 980Mpa인 DP강을 가지고 300kgf의 가압력과 12cyc(cycle, 사이클)의 동일한 용접시간으로 용접 전류에 따른 인장강도 그래프로서, 이로부터 본 발명인 (c)의 경우가 (a)(b)의 경우보다 상대적으로 큰 인장강도 값을 보임을 알 수 있으며 결과적으로 본 발명의 경우 가장 우수한 용접강도가 확보될 수 있음을 나타낸다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 스폿용접작업 개략도로서, 도 6에 도시된 바와 같이 이종의 세 겹의 모재들(102,104)을 포개어 놓고, 맨 위에 포개진 모재(102)에만 개재물(120)이 덧댄 상태에서 스폿용접될 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100; 용접부 102, 104; 모재
110; 전극 120; 개재물

Claims (9)

1. 피용접물의 용접부 양측에 한 쌍의 전극을 각각 대어 놓고 상기 피용접물을 전기저항 열에 의해 가열함과 아울러 가압하여 용접하며,
   상기 피용접물보다 열전도율이 좋은 개재물이 상기 전극과 상기 피용접물 사이에 개재될 수 있도록 상기 피용접물의 양측 또는 어느 한 일측에는 상기 개재물에 덧대어져 상기 피용접물과 함께 용접되는 것을 특징으로 하는 스폿용접방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 개재물은 0.05~0.2mm 두께의 박판인 것을 특징으로 하는 스폿용접방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 개재물은 철(Fe), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 중 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 합금물질인 것을 특징으로 하는 스폿용접방법.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피용접물 중 상기 개재물이 덧대어지는 모재는 인장강도가 450 ~550MPa 이상의 고강도 강판인 것을 특징으로 하는 스폿용접방법.
   
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피용접물의 모재들이 이종인 경우, 상기 개재물은 상기 모재들 중 상기 개재물이 덧대어지는 모재보다 열전도율이 더 좋은 것을 특징으로 하는 스폿용접방법.
   
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 개재물은 상기 피용접물의 양측에 각각 덧대어지며, 각각의 개재물은 동일한 재질로 형성되거나 열전도율이 서로 상이한 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 스폿용접방법.
   
7. 스폿용접에 의해 하나로 용접되는 복수의 모재들; 및
   상기 스폿용접시 전극과 복수의 모재들 사이에 개재될 수 있도록 상기 복수의 모재들에 덧대어져 함께 용접되며, 상기 복수의 모재들 중 덧대어진 모재보다 열전도율이 좋은 개재물;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 스폿용접물.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 개재물은 0.05~0.2mm 두께의 박판인 것을 특징으로 하는 스폿용접물.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 개재물은 철(Fe), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 중 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 합금물질인 것을 특징으로 하는 스폿용접물.

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