KR20160003862A

KR20160003862A - 인다이렉트 스폿 용접 방법

Info

Publication number: KR20160003862A
Application number: KR1020157034493A
Authority: KR
Inventors: 무네오 마츠시타; 린세이 이케다; 아키히데 요시타케
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2016-01-11
Also published as: EP3015213B1; US20160144449A1; JPWO2014207999A1; US10189111B2; WO2014207999A1; CN105358283B; JP5949930B2; EP3015213A1; MX2015017258A; EP3015213A4; MX371257B; KR101827618B1; CN105358283A

Abstract

적어도 2 장의 페라이트상을 주상으로 하는 강판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 강판 (21) 에 용접 전극 (23) 을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 강판 (22) 에는 그 용접 전극 (23) 과 이격된 위치에 급전 단자 (24) 를 장착하고, 그 용접 전극 (23) 과 그 급전 단자 (24) 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접에 있어서, 그 용접 전극 (23) 을 눌러 대는 면측으로부터 그 용접 전극 (23) 의 주변에 자성을 갖는 강체 (26-1), (26-2) 를 접촉시키고, 그 강체 (26-1), (26-2) 로부터 발생하는 자력에 의해, 그 용접 전극 (23) 주변의 중첩 영역을 고정시킴으로써, 부재의 강성의 여하에 관계없이, 충분히 만족스러운 강도를 갖는 용접부를 얻는다.

Description

인다이렉트 스폿 용접 방법{INDIRECT SPOT WELDING METHOD}

본 발명은, 적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 금속판에는 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 이들 용접 전극과 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접 방법에 관한 것이다.

자동차 보디를 비롯한 자동차 부품의 용접시에는, 종래부터 저항 스폿 용접, 주로 다이렉트 스폿 용접이 사용되어 왔지만, 최근에는, 시리즈 스폿 용접이나 인다이렉트 스폿 용접 등이 사용되게 되었다.

상기한 3 종류의 스폿 용접의 특징을 도 1 을 사용하여 설명한다.

어느 스폿 용접도, 중첩한 적어도 2 장의 금속판을 용접에 의해 접합하는 점에서는 변함은 없다.

도 1 의 (a) 는, 다이렉트 스폿 용접법을 나타낸 것이다. 이 용접은, 동 도면에 나타내는 바와 같이, 중첩한 2 장의 금속판 (1, 2) 을 사이에 두고 그 상하로부터 1 쌍의 전극 (3, 4) 을 가압하면서 전류를 흐르게 하고, 금속판의 저항 발열을 이용하여, 점상의 용접부 (5) 를 얻는 방법이다. 또한, 전극 (3, 4) 은 모두, 가압 제어 장치 (6, 7) 및 전류 제어 장치 (8) 를 구비하고 있고, 이들에 의해 가압력과 통전하는 전류값을 제어할 수 있는 구조로 되어 있다.

도 1 의 (b) 에 나타내는 시리즈 스폿 용접법은, 중첩한 2 장의 금속판 (11, 12)에 대해, 떨어진 위치에서, 동일면측 (동일 방향) 으로부터 1 쌍의 전극 (13, 14) 을 가압하면서 전류를 흐르게 하여, 점상의 용접부 (15-1, 15-2) 를 얻는 방법이다.

도 1 의 (c) 에 나타내는 인다이렉트 스폿 용접법은, 중첩한 2 장의 금속판 (21, 22) 에 대해, 일방의 금속판 (21) 에는 전극 (23) 을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 금속판 (22) 에는 떨어진 위치에서 급전 단자 (24) 를 장착하고, 이들 사이에서 통전함으로써, 금속판 (21, 22) 에 점상의 용접부 (25) 를 형성하는 방법이다.

상기한 3 종류의 용접법 중, 스페이스적으로 여유가 있어, 금속판을 상하로부터 사이에 두는 개구부가 얻어지는 경우에는, 다이렉트 스폿 용접법이 사용된다. 그러나, 실제의 용접시에는, 충분한 스페이스가 없거나, 폐단면 구조로 금속판을 상하로부터 사이에 둘 수 없는 경우도 많아, 이와 같은 경우에는, 시리즈 스폿 용접법이나 인다이렉트 스폿 용접법이 사용된다.

그러나, 시리즈 스폿 용접법이나 인다이렉트 스폿 용접법을 상기와 같은 용도로 사용할 때에는, 중첩한 금속판은 일 방향으로부터만 전극에 의해 가압되고, 그 반대측은 지지가 없는 중공의 상태가 되어 있다. 따라서, 금속판을 양측으로부터 전극 사이에 끼우는 다이렉트 스폿 용접법과 같이 용접부에 국부적으로 높은 가압력을 부여할 수 없다. 또, 통전 중에 전극이 금속판에 침지되어 가기 때문에, 전극-금속판, 금속판-금속판 간의 접촉 상태가 시간 경과적으로 변화된다. 이와 같은 이유에 의해, 중첩한 금속판 사이에서 전류의 통전 경로가 안정되지 않아, 정상적인 용융 접합부가 잘 형성되지 않는다는 문제가 있었다.

상기의 문제를 해결하는 것으로서, 시리즈 스폿 용접에 대해서는, 특허문헌 1 에, 「금속판을 중첩한 접촉점에 너깃을 형성하기 위해, 용접 초기에 대전류를 흐르게 하여 전극 너깃을 형성하고 나서, 정상 전류를 흐르게 하는」것이 기재되어 있다.

또, 특허문헌 2 에는, 「전극을 접촉시키는 위치에 다른 부분보다 한 단계 높은 시트면을 형성하고, 시트면을 누르도록 가압 접촉시켜 용접함으로써, 백 전극없이 충분한 용접 강도가 얻어지는」것이 기재되어 있다.

한편, 인다이렉트 스폿 용접에 대해서는, 시리즈 스폿 용접에도 적용할 수 있는 기술로서, 특허문헌 3 에, 「시리즈 스폿 용접 또는 인다이렉트 스폿 용접의 통전시에, 전류값을 높게 유지하는 시간대와 전류값을 낮게 유지하는 시간대를 교대로 반복하는」것으로 이루어지는 용접법, 나아가서는 「전류값을 높게 유지하는 시간대와 전류값을 낮게 유지하는 시간대를 교대로 반복함에 따라, 전류값을 높게 유지하는 시간대의 전류값을 서서히 높게 하는」것으로 이루어지는 용접 방법이 개시되어 있다.

그런데, 발명자들은 먼저, 정상적인 용융 너깃을 형성하는 용접 방법으로서,

「적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 금속판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접법에 있어서, 전극의 가압력 및 통전하는 전류값에 관해서, 통전 개시부터 2 개의 시간대 (t₁, t₂) 로 구분하고, 최초의 시간대 (t₁) 에서는, 가압력 (F₁) 으로 가압하고 또한 전류값 (C₁) 으로 통전한 후, 다음의 시간대 (t₂) 에서는, F₁ 보다 낮은 가압력 (F₂) 으로 가압하고 또한 C₁ 보다 높은 전류값 (C₂) 으로 통전하는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.」이라는, 2 단계 제어가 되는 인다이렉트 스폿 용접 방법을 개발하여, 특허문헌 4 에 있어서 개시하였다.

또, 발명자들은, 특허문헌 4 에 개시된 인다이렉트 스폿 용접법에 관해서, 통전 개시부터 2 개의 시간대 (t₁, t₂) 로 구분되는 최초의 시간대 (t₁) 의 가압력 (F₁), 전류값 (C₁), 다음의 시간대 (t₂) 의 가압력 (F₂), 전류값 (C₂) 을 각각 하기 식 (1) ∼ (4) 와 같이 한정함으로써, 보다 효과적으로 용접을 실시할 수 있는 것을 알아내어, 특허문헌 5 에 있어서 개시하였다

1.2F₂ ≤ F₁ ≤ 5F₂ … (1)

0.25C₂ ≤ C₁ ≤ 0.85C₂ … (2)

35T^2.3 ≤ F₂ ≤ 170T^1.9 … (3)

2T^0.5 ≤ C₂ ≤ 5.5T^0.9 … (4)

단, T 는, 중첩한 금속판의 총 판두께 (㎜) 이다.

또한, 발명자들은, 상기의 기술을 진전시킨 것으로서, 2 단계 제어로부터 3 단계 제어가 되는

「적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 금속판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접법에 있어서, 전극의 가압력 및 통전하는 전류값에 관해서, 통전 개시부터 3 개의 시간대 (t₁, t₂, t₃) 로 구분하고, 최초의 시간대 (t₁) 에서는, 가압력 (F₁) 으로 가압하고 또한 전류값 (C₁) 으로 통전하고, 다음의 시간대 (t₂) 에서는, F₁ 보다 낮은 가압력 (F₂) 으로 가압하고 또한 C₁ 보다 높은 전류값 (C₂) 으로 통전하며, 또한 다음의 시간대 (t₃) 에서는, F₂ 와 동일하거나 또는 F₂ 보다 낮은 가압력 (F₃) 으로 가압하고 또한 C₂ 보다 높은 전류값 (C₃) 으로 통전하는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.」

을 개발하여, 특허문헌 6 에 있어서 개시하였다.

또, 발명자들은, 특허문헌 6 에 개시된 인다이렉트 스폿 용접법에 관해서, 통전 개시부터 3 개의 시간대 (t₁, t₂, t₃) 로 구분되는 최초의 시간대 (t₁) 의 가압력 (F₁), 전류값 (C₁), 다음의 시간대 (t₂) 의 가압력 (F₂), 전류값 (C₂), 또한 다음의 시간대 (t₃) 의 가압력 (F₃), 전류값 (C₃) 을 각각 하기 식 (1) ∼ (6) 과 같이 한정함으로써, 더욱 효과적으로 용접을 실시할 수 있는 것을 알아내어, 특허문헌 7 에 있어서 개시하였다.

1.2F₂ ≤ F₁ ≤ 3F₂ … (1)

0.25C₂ ≤ C₁ ≤ 0.9C₂ … (2)

F₃ ≤ F₂ ≤ 3F₃ … (3)

0.5C₃ ≤ C₂ ≤ 0.9C₃ … (4)

30T^2.1 ≤ F₃ ≤ 170T^1.9 … (5)

2T^0.5 ≤ C₃ ≤ 5.5T^0.9 … (6)

단, T 는, 중첩한 금속판의 총 판두께 (㎜) 이다.

또, 발명자들은,

「적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 금속판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접에 있어서, 용접을 실시하는 지점을 제외하고 금속판 간의 중첩면을 전기적으로 절연함으로써, 용접시의 전류의 분산을 억제하여, 안정적으로 용융 너깃을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.」

을 개발하고, 특허문헌 8 에 있어서 개시하였다.

또한, 발명자들은,

「적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 금속판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접에 있어서, 금속판 간의 중첩면 전체면에, 절연성을 갖는 점조한 물질을 개재시킨 상태에서 용접을 실시하는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.」

을 개발하여, 특허문헌 9 에 있어서 개시하였다.

그런데, 적어도 2 장의 금속판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 금속판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 금속판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접에 있어서, 특히 중첩한 금속판은 일 방향으로부터만 전극에 의해 가압되고, 그 반대측은 지지가 없는 중공의 상태로 되어 있는 부위를 용접하는 경우, 전극 가압력이 부하된 부재는 휨을 발생시켜, 휨에 의해 부재 간의 접촉 상태가 변화된다. 이 때문에, 접촉 저항에 의한 발열을 이용하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접에 있어서는, 용접 품질이 부재의 휨에 영향을 받는 것을 피할 수 없다.

그러나, 종래의 인다이렉트 스폿 용접 방법에 있어서는, 부재의 강성이 낮은 경우라도 충분히 만족스러운 강도를 갖는 용접부를 얻는 방법에 대해서는, 전혀 개시가 없다.

일본 공개특허공보 평11-333569호 일본 공개특허공보 2002-239742호 일본 공개특허공보 2006-198676호 일본 공개특허공보 2010-194609호 일본 공개특허공보 2012-035278호 일본 공개특허공보 2011-194459호 일본 공개특허공보 2012-091203호 일본 공개특허공보 2011-050977호 일본 공개특허공보 2012-157888호

본 발명은, 상기의 문제를 유리하게 해결함으로써, 인다이렉트 스폿 용접법, 특히 중첩한 강판은 일 방향으로부터만 전극에 의해 가압되고, 그 반대측은 지지가 없는 중공의 상태로 되어 있는 부위를 용접하는 인다이렉트 스폿 용접에 있어서, 부재의 강성의 여하에 관계없이, 정상적인 용융 너깃을 형성하여, 충분히 만족스러운 강도를 갖는 용접부를 얻을 수 있는 인다이렉트 스폿 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그런데, 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위하여 예의 검토를 거듭한 결과, 이하에 서술하는 지견을 얻었다.

a) 중첩한 강판을 일 방향으로부터만 전극으로 가압하고, 그 반대측은 지지가 없는 중공의 상태에서 인다이렉트 스폿 용접을 실시하는 경우, 양측으로부터 전극 사이에 끼우는 다이렉트 스폿 용접법과 같이 대향하는 1 쌍의 전극으로 가압력을 지지할 수 없으므로, 전극 가압력이 부하된 부재는 휨을 발생시키고, 이 휨에 의해 부재 간의 접촉 상태가 변화된다. 따라서, 접촉 저항에 의한 발열을 이용하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접에 있어서는, 용접 품질이 부재의 휨에 영향을 받는다.

즉, 용접에 제공하는 부재의 강성에 따라 용접 품질이 상이하다. 특히, 부재의 강성이 낮은 경우에는 휨이 커지고, 부재 간의 접촉 면적이 커지기 때문에, 접촉부에서의 전류 밀도가 낮아지는 점에서, 만족스러운 강도를 갖는 용접부를 얻는 것이 곤란해진다.

b) 특히, 대형 패널재 등의 가공 부재에 있어서 주위에 곡률이 작은 휨 성형부 등이 없고, 그 용접부의 곡률이 큰 부위에서, 또한 부재의 판두께가 작은 경우에는, 부재의 강성이 작아진다.

c) 상기 b) 와 같은 강성이 작은 부재를, 전극의 반대측은 지지가 없는 중공의 상태에서 인다이렉트 스폿 용접을 실시하는 경우, 부재를 지지하는 지그의 고정 지점을 늘림으로써, 용접시의 부재의 휨을 경감시킬 수 있다. 그러나, 이 경우에는, 지그의 구조가 복잡해져, 제작에 필요로 하는 비용이 상승할 뿐만 아니라, 부재를 지그에 장착에 필요로 하는 시간도 길어져, 생산성의 저하도 우려되므로, 유효한 방법이라고는 할 수 없다.

d) 이상으로부터, 간편한 지그를 이용하여 부재를 지지할 수 있고, 용접에 제공할 때만 용접부의 휨을 억제할 수 있는 용접 방법을 유효한 것으로 생각할 수 있는데, 이러한 방법으로는, 용접 전극을 눌러 대는 면측으로부터 전극의 주변에 자력을 발생시키는 강체 (剛體) 를 접촉시키고, 이로써 중첩한 부재를 고정시키는 방법이 유효한 것을 알아내었다.

본 발명은, 상기의 지견에 입각하는 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 적어도 2 장의 페라이트상을 주상으로 하는 강판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 강판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 강판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접에 있어서, 그 용접 전극을 눌러 대는 면측으로부터 그 용접 전극의 주변에 자성을 갖는 강체를 접촉시키고, 그 강체로부터 발생하는 자력에 의해, 그 용접 전극 주변의 중첩 영역을 고정시키는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.

2. 상기 1 에 있어서, 중첩 부재의 용접 에어리어를 제외한 중첩면 전체면에, 절연성을 갖는 점조한 물질을 개재시킨 상태에서 용접을 실시하는 것을 특징으로 하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.

본 발명의 인다이렉트 스폿 용접 방법에 의하면, 부재의 강성의 여하에 관계없이, 충분히 만족스러운 강도를 갖는 용접부를 얻을 수 있다.

도 1 은, 다이렉트 스폿 용접법 (a), 시리즈 스폿 용접법 (b) 및 인다이렉트 스폿 용접법 (c) 의 용접 요령의 설명도이다.
도 2 는, 본 발명에 따른 인다이렉트 스폿 용접의 용접 요령을 나타낸 도면으로서, (a) 는, 각 부위의 배치를 측면에서 본 개략도, (b) 는, 독립된 원형, 다각형의 접촉면을 갖는 자력을 발생시키는 복수의 강체가 전극의 주위에 배치되는 경우의 강체와 전극의 위치 관계의 일례를 전극의 상방에서 본 개략도, (c) 는, 둥근 고리형, 다각형의 고리형의 접촉면을 갖는 자력을 발생시키는 강체가 전극을 둘러싸도록 배치되는 경우의 강체와 전극의 위치 관계의 일례를 전극의 상방에서 본 개략도이다.
도 3 은, 본 발명에 따른 인다이렉트 스폿 용접의 용접 요령을 나타낸 도면으로서, (a) 는, 금속판 간의 중첩면에 절연성이 점조한 물질을 개재시키는 단계, (b) 는, 자력을 발생시키는 강체로 전극 주변을 고정시킨 후 금속판의 일방의 면측으로부터 용접 전극을 가압하면서 눌러 대는 단계, (c) 는, 용접 전극과 급전 단자 사이에서 통전하는 단계를 나타낸다.
도 4 는, 실시예에 있어서의 인다이렉트 스폿 용접의 용접 요령을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명을 도면에 따라 구체적으로 설명한다.

도 2 의 (a) 에, 본 발명에 따라, 용접 전극을 눌러 대는 면측으로부터 전극의 주변에 자력을 발생시키는 강체를 접촉시켜 중첩한 부재를 고정시킴으로써 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접의 용접 요령을 각 부위의 배치를 측면에서 본 개략도로 나타낸다.

도 2 의 (a) 에 있어서, 구성의 골자는, 전술한 도 1 의 (c) 에 나타난 바와 공통되므로 동일한 부호로 나타내고, 특히 26-1 및 26-2 가 자성을 발생시키는 강체이다.

자력을 발생시키는 강체 (26) 는, 용접 전극을 눌러 대는 면측에서 전극 (23) 의 주변에 배치하고, 샹크를 개재하여 지지구에 고정시킨다. 이 지지구 (도시 생략) 는, 용접 전극 (23) 이 샹크를 개재하여 접속되는 가압 제어 장치를 고정시키기 위한 브래킷으로 하거나, 혹은 용접 전극 (23) 이 접속되는 계와는 독립되고, 또한 용접 위치를 변경할 때에 용접 전극 (23) 에 추종하여 이동할 수 있는 구조체로 한다.

또한, 자력을 발생시키는 강체 (26) 의 형상과 전극 (23) 에 대한 배치에 관해서는, 도 2 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 독립된 원형, 다각형의 접촉면을 갖는 자력을 발생시키는 복수의 강체 (26-1 ∼ 26-4) 가 전극 (23) 의 주위에 배치되거나, 혹은, 도 2 의 (c) 에 나타내는 바와 같이, 둥근 고리형, 다각형의 고리형의 접촉면을 갖는 자력을 발생시키는 강체 (26) 가 전극 (23) 을 둘러싸도록 배치된다.

자력의 발생원인 자석으로는, 전자석 및 영구 자석의 어느 쪽을 사용해도 상관없지만, 전자석을 사용하면, 용접 전의 부재에 고정 및 용접 후의 부재로부터의 분리를 간편하게 실시할 수 있으므로 유리하다. 부재에 접촉하는 면은 평면으로, 높은 강성을 갖는 재료로 할 필요가 있다.

이러한 재료로는, 영구 자석을 사용하는 경우에는, 알니코 자석, 철-크롬-코발트 자석, 페라이트 자석, 네오디뮴 자석, 사마륨-코발트 자석 등이 유리하게 적합하다. 한편, 전자석을 사용하는 경우에는, 철계 재료가 유리하게 적합하고, 이 철계 재료를 사용한 철심에 평면부를 형성하여 부재와 접촉하도록 하면 된다. 또한, 부재를 고정시키기 위해 필요한 평면부의 면적은 총합으로 1000 ㎟ 이상으로 하는 것이 유리하다.

자력을 발생시키는 강체의 자속 밀도는, 부재에 접촉하는 면의 표면에서 0.2 ∼ 0.6 테슬라로 한다. 0.2 테슬라 미만에서는, 부재를 고정시키는 데에 충분한 자력이 얻어지지 않고, 한편 0.6 테슬라를 초과하면, 용접부 주변의 철 찌꺼기 등을 끌어당겨 용접부에 부착시켜, 용접 문제를 일으킬 우려가 있다.

중첩한 부재는, 자력에 의해 끌어당겨지는 특성을 갖는 강자성체를 소지 (素地) 로 한 금속 재료인 것이 필요하다. 철강의 경우에는, 페라이트상을 주체로 하는 강판이 바람직하다. 또한, 최신의 고장력 자동차용 강판에 있어서는, 잔류 오스테나이트를 함유함으로써 고신장이 얻어지도록 설계된 강판도 있고, 이러한 강판은 잔류 오스테나이트의 분율이 높아질수록, 페라이트의 분율이 낮아지기 때문에 자성이 약해진다. 본 발명의 용접 방법에서는, 페라이트상을 90 ％ 이상 함유하는 강판을 사용하는 것이, 만족스러운 효과를 얻는 데에 있어서 바람직하다.

본 발명에 있어서, 전극의 주변에 대해서는, 전극의 중심축으로부터 반경 50 ㎜ 이내에 대상물의 일부가 들어가는 경우에는, 그 대상물이 전극의 주변에 배치된 것으로 한다.

또, 본 발명에 있어서, 강성을 갖는 재료란, 금속, 금속간 화합물 혹은 무기 재료에 상당하는 재료이고, 예를 들어, 마그넷 시트와 같이 자석을 고무 등의 유기 재료에 혼합하여, 유연하게 변형할 수 있는 재료는 제외한다.

상기의 용접 전극을 눌러 대는 면측으로부터 전극의 주변에 자력을 발생시키는 강체를 접촉시켜 중첩한 부재를 고정시키는 용접 방법에 더하여, 중첩한 부재의 면 전체면에, 절연성을 갖는 점조한 물질을 개재시켜, 용접 에어리어를 제외한 강판 간의 중첩면을 이와 같은 점조한 물질에 의해 전기적으로 절연한 상태에서 용접을 실시함으로써, 더욱 양호한 용접부를 얻을 수 있다.

도 3 에, 본 발명에 따라, 강판 간의 중첩면에 절연성의 점조한 물질을 개재시킨 상태, 즉 용접 에어리어를 제외한 강판 간의 중첩면을 상기 점조한 물질에 의해 전기적으로 절연한 상태에서 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접의 용접 요령을 나타낸다.

먼저, 도 3 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 중첩한 강판 간의 중첩면에 절연성의 점조한 물질 (27) 을 개재시킨다. 이로써, 금속판 간을 전기적으로 절연할 수 있다.

이어서, 도 3 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 용접 전극 (23) 을 눌러 대는 면측으로부터 전극의 주변에 자력을 발생시키는 강체 (26) 를 접촉시켜 중첩한 부재를 고정시킨 후, 이들 강판의 일방의 면측으로부터 용접 전극 (23) 을 가압하면서 눌러 댄다. 이 전극 가압에 의해, 용접 에어리어에서는 점조한 물질 (27) 이 밀어내어져 강판 간의 밀착면이 확보된다.

상기와 같이 전극 가압을 실시한 상태에서, 도 3 의 (c) 에 나타내는 바와 같이, 용접 전극 (23) 과 급전 단자 (24) 사이에서 통전하여 용접을 실시한다.

상기 서술한 요령으로 용접을 실시함으로써, 부재의 휨을 억제하고, 또한 강판 간의 통전이 용접 에어리어에 한정되어, 높은 전류 밀도가 얻어지므로, 부재의 강성에 상관없이, 만족스러운 강도를 갖는 용접부를 안정적으로 형성할 수 있는 것이다.

본 발명에 있어서, 절연성을 갖는 점조한 물질로는, 고유 저항이 충분히 크고, 강판 간에 배치되었을 때에, 용접시의 강판 간의 통전을 차단하는 정도의 절연성을 갖는 물질로 구성되고, 또한, 적정한 점도 및 도포 두께, 즉 강판이 전극에 의한 가압을 받았을 때에, 용접 에어리어에서는 점조한 물질이 밀어내어져 강판 간의 통전이 확보되는 정도의 점도 및 도포 두께를 갖고 있는 것이 바람직하다.

여기에, 점도에 대해서는, 0.1 Pa·s ∼ 1000 Pa·s 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 점도가 이 범위보다 작으면, 강판이 전극에 의한 가압을 받았을 때에, 점조한 물질이 과도하게 밀어내어져 버려, 통전을 용접 에어리어에 한정하는 효과가 충분히 얻어지지 않기 때문이고, 한편, 점도가 이 범위보다 크면, 강판이 전극에 의한 가압을 받았을 때에, 용접 에어리어로부터 점조한 물질이 충분히 밀어내어지지 않아, 용접 에어리어에서의 통전이 실시되지 않을 우려가 있기 때문이다. 보다 바람직한 점도 범위는 0.7 Pa·s ∼ 20 Pa·s 이다.

또, 도포 두께는, 0.1 ∼ 3.0 ㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다. 도포 두께가 이 범위보다 작으면, 강판이 전극에 의한 가압을 받았을 때에, 역시 점조한 물질이 과도하게 밀어내어져 버려, 통전을 용접 에어리어에 한정하는 효과가 충분히 얻어지지 않기 때문이고, 한편, 도포 두께가 이 범위보다 크면, 강판이 전극에 의한 가압을 받았을 때에, 용접 에어리어로부터 점조한 물질이 충분히 밀어내어지지 않아, 용접 에어리어에서의 통전이 실시되지 않을 우려가 있기 때문이다. 보다 바람직한 도포 두께는 0.5 ∼ 2.0 ㎜ 이다.

또한, 본 발명의 점조한 물질로는, 예를 들어, 액가열 경화형 에폭시계의 유기 수지나, 상기 유기 수지계의 접착제 등을 들 수 있다. 특히, 에폭시계 유기 수지 등의 열경화성의 접착제를 사용하는 경우에는, 용접 후에 통상 실시되는 강판의 베이킹 도장시의 가열에 의해 고화시킬 수 있으므로, 이러한 미고화된 접착제의 고화를 위해서 특별한 공정을 형성할 필요는 없다.

또, 본 발명에서는, 피처리재인 강판의 두께에 대해 특별히 제한은 없지만, 강판의 합계 두께가 2.0 ㎜ 이하이고, 용접시에 휨의 영향이 우려되는 경우에 적용하면 특히 유용하다.

실시예 1

본 발명에 따른 인다이렉트 스폿 용접법을, 1 변이 500 ㎜ 이상이 되는 사각형의 강판 2 장을 중첩한 부재에 대해 실시하였다. 강판은, 판두께가 0.65 ㎜ 이고, 표 1 에 나타내는 성분 조성으로 이루어지는 인장 강도：270 N/㎟ 이상의 냉연 강판 (SPC270) 을 사용하였다.

중첩한 부재는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 간격 300 ㎜ 로 지그 상에 지지되고 있고, 용접부의 양측 2 개 지점에 있어서 전자석으로 중첩한 2 장의 강판으로 이루어지는 부재를 고정시켜 용접을 실시하였다. 전자석은, 샹크를 개재하여 가압 제어 장치의 고정과 동일한 계에 설치된 지지구에 장착하였다. 각 전자석은 철계 재료를 사용한 철심에 평면부를 형성하여 부재와 접촉시키는 구조이며, 평면부는 한 변이 50 ㎜ 의 정방형이다. 또, 평면부의 표면 자속 밀도는 0.5 테슬라로 하였다. 전자석의 간격을 30 ㎜ 로 하고, 그 중간점에 용접 전극을 상판측으로부터 인가하여 용접을 실시하였다. 용접 전극에는 크롬 구리 합금제로 선단에 R40 ㎜ 의 곡면을 갖는 형상의 전극을 사용하여, 용접부로부터 이격된 위치에 하판측으로 용접 전극 급전 단자를 장착하고, 직류 인버터식의 전류 제어 장치를 사용하여, 용접을 실시하였다. 용접 시간, 용접 전류, 전극 가압력은, 표 2 에 나타내는 바와 같다.

또, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 중첩한 강판 간의 중첩면에 절연성의 점조한 물질을 개재시킨 상태에서도 용접을 실시하였다. 점조한 물질로는, 액가열 경화형 에폭시계의 유기 수지 (도포 두께：0.3 ㎜) 를 사용하였다.

이상의 실시 조건의 조합을 표 3 에 나타낸다.

표 3 중, 발명예 1 ∼ 3 은, 본 발명에 따라 용접을 실시한 것이다. 발명예 1, 2 는 전자석에 의한 용접부의 고정을 실시한 것, 발명예 3 은 전자석에 의한 용접부의 고정을 실시하고, 또한 강판 간에 유기 수지를 개재시켜 용접을 실시한 것이다. 비교예 1 ∼ 3 에 관해서는, 전자석에 의한 용접부의 고정을 실시하지 않았다.

표 3 에 나타낸 조건으로 용접했을 때의 용접부의 너깃 직경, 너깃 두께 및 너깃 두께/너깃 직경에 대해 조사한 결과를, 표 4 에 나타낸다.

또한, 표 4 에 있어서 너깃 직경은, 용접부를 중심으로 절단한 단면에 있어서, 상강판, 하강판 간의 중첩면 상에서의 길이로 하였다. 너깃 두께는, 용접부를 중심으로 절단한 단면에 있어서, 상강판, 하강판 간에 걸쳐 형성되는 용융부의 최대 두께로 하였다.

여기에, 너깃 직경 ND 가 다음 식 (1) 을 만족하고, 또한 너깃 두께/직경이 0.22 이상이면, 용융된 상태에서 형성된 바둑돌형의 바람직한 너깃이 형성됨으로써, 만족스러운 강도를 갖는 용접부가 얻어진 것으로 판단할 수 있다.

ND ≥ 2.5T …(1)

단, ND：너깃 직경 (㎜)

T：중첩한 강판의 총 판두께 (㎜)

표 4 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 인다이렉트 스폿 용접을 실시한 발명예 1 ∼ 3 은 모두, (1) 식을 만족하는 충분한 너깃 직경과, 이 직경에 대해 충분한 두께를 갖는 용융 너깃을 얻을 수 있었다.

이것에 대해, 비교예 1 ∼ 3 에서는 용융 너깃이 얻어지지 않았다. 특히 비교예 3 에서는, 전극 가압시에 부재의 휨이 지나치게 커 강판 간에 개재하는 유기 수지를 밀어낼 수 없어, 강판 간에 통전을 일으킬 수 없었다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 적어도 2 장의 강판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 강판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 강판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접으로서, 또한 중첩한 강판은 일 방향으로부터만 전극에 의해 가압되고, 그 반대측은 지지가 없는 중공의 상태로 되어 있는 부위의 용접에 있어서, 부재의 강성에 상관없이 만족스러운 강도를 갖는 용접부를 얻을 수 있다.

1, 2 : 금속판
3, 4 : 전극
5 : 용접부
6, 7 : 가압 제어 장치
8 : 전류 제어 장치
11, 12 : 금속판
13, 14 : 전극
15-1, 15-2 : 용접부
21, 22 : 금속판
23 : 전극
24 : 급전 단자
25 : 용접부
26 : 강체

Claims

적어도 2 장의 페라이트상을 주상으로 하는 강판을 중첩한 부재에 대해, 일방의 면측으로부터 강판에 용접 전극을 가압하면서 눌러 대고, 타방의 면측의 강판에는 그 용접 전극과 이격된 위치에 급전 단자를 장착하고, 그 용접 전극과 그 급전 단자 사이에서 통전하여 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접에 있어서, 그 용접 전극을 눌러 대는 면측으로부터 그 용접 전극의 주변에 자성을 갖는 강체를 접촉시켜, 그 강체로부터 발생하는 자력에 의해, 그 용접 전극 주변의 중첩 영역을 고정시키는 인다이렉트 스폿 용접 방법.
제 1 항에 있어서,
중첩한 부재의 용접 에어리어를 제외한 중첩면 전체면에, 절연성을 갖는 점조한 물질을 개재시킨 상태에서 용접을 실시하는 인다이렉트 스폿 용접 방법.