KR20160067176A - 스폿 용접 조인트 및 스폿 용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 스폿 용접 금속의 파괴 인성을 높이고, 스폿 용접 조인트 강도를 향상시킨 스폿 용접 조인트 및 스폿 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에서는, 통전에 의해 용융부를 형성하는 용융부 형성 공정과, 용융부 형성 공정에 이어, 용융부 형성 공정에서 통전하는 전류보다도 낮은 전류를 통전하여 용융부를 응고시키는 응고 공정을 포함하고, 응고 공정에 있어서, 용융부에 전자 진동을 인가하여, 전자 진동의 주파수 f_V, 용융부가 응고할 때의 응고 속도 ν_S 및 용융부가 응고할 때의 덴드라이트(31a)의 아암 간격 λ_D가, 0.2≤ν_S/(λ_D·f_V)≤4.0을 만족하는 스폿 용접 방법으로 했다.

Description

스폿 용접 조인트 및 스폿 용접 방법{SPOT-WELDED JOINT AND SPOT WELDING METHOD}

본 발명은, 자동차 분야 등에서 사용하는 인장 강도 750 내지 2500MPa의 고강도 강판, 특히, 인장 강도 980MPa 이상의 고강도 강판을 겹쳐 스폿 용접하는 용접 방법과, 당해 용접 방법으로 형성되는 스폿 용접 조인트에 관한 것이다.

최근, 자동차 분야에서는, 저연비화나 CO₂ 배출량의 삭감을 위한 차체의 경량화나, 충돌 안전성의 향상을 위해, 차체나 부품에 고강도 강판이 사용되고 있다. 차체의 조립이나 부품의 장착 등에는, 주로, 스폿 용접이 사용되고 있다. 고강도 강판의 스폿 용접에 있어서는, 용접 조인트의 강도가 문제가 된다.

강판을 겹쳐, 스폿 용접하여 형성한 조인트(이하 「스폿 용접 조인트」라고 함)에 있어서, 인장 강도는 중요한 특성이다. 통상, 스폿 용접 조인트의 기계적 특성은, 강판을 전단하는 방향으로 인장 하중을 부하하여 측정하는 인장 전단력(TSS)과, 강판을 박리하는 방향으로 인장 하중을 부하하여 측정하는 십자 인장력(CTS)으로 평가한다. 인장 전단력과 십자 인장력의 측정 방법은, JIS Z 3136 및JIS Z 3137에 규정되어 있다.

인장 강도가 270 내지 600MPa의 강판에 있어서, 스폿 용접 조인트의 CTS는, 강판 강도의 증가에 수반하여 증가하므로, 조인트 강도에 관한 문제는 발생하기 어렵다. 그러나, 인장 강도가 750MPa 이상인 강판에 있어서는, 강판의 인장 강도가 증가해도, CTS는, 증가하지 않거나, 또는, 반대로 감소한다.

일반적으로, 고강도 강판인 경우, 변형능의 저하에 의해 용접부에의 응력 집중이 높아진다. 또한, 합금 원소가 증가함에 따라 용접부에 켄칭하기 쉬워져, 용접부의 파괴 인성이 저하된다. 그 결과, CTS가 저하된다. 이로 인해, 750MPa 이상인 고강도 강판의 스폿 용접 조인트에는, CTS의 향상이 요구되고 있다.

고강도 강판의 스폿 용접 조인트에 있어서 강도를 확보하는 방법으로서, 다양한 방법이 제안되고 있다.

특허문헌 1은, 스폿 용접의 본 통전 후에, 가압력을 부여한 상태에서 통전의 휴지와 재 통전을 반복하고, 그 후 홀드함으로써, 너깃 내의 조직을 미세화하여, 접합부의 파단 강도를 향상시키는 용접 방법을 개시하고 있다.

특허문헌 1에 있어서의 너깃 내의 조직이란 최종 조직인 것이며, 응고 조직은 아니다. 이 방법에서는, 재 통전에 의해 편석은 완화되지만, 응고 조직은 미세화되지 않는다. 그 결과, 충분한 파괴 인성을 얻을 수 없다. 또한, 재 통전의 반복과 홀드가 필요하기 때문에, 용접에 장시간을 필요로 하여, 단시간에서의 용접인 스폿 용접의 이점을 살리지 못한다.

특허문헌 2는, 본 통전의 종료 후, 일정 시간이 경과한 후에, 템퍼 통전을 행하고, 스폿 용접 조인트(너깃부 및 열 영향부)를 어닐링하여, 경도를 저하시키는 방법을 개시하고 있다.

이 방법에서는, 템퍼 통전을 행하기 전에, 마르텐사이트 변태를 거의 완료시키기 때문에, 긴 냉각 시간이 필요하게 되어, 단시간에서의 용접인 스폿 용접의 이점을 살리지 못한다는 문제가 있다.

또한, 고강도 강판의 스폿 용접 조인트에 있어서 강도를 확보하는 방법으로서, 용접 후에, 별도의 가열 수단으로 용접부를 가열하는 방법이 제안되어 있다.

특허문헌 3은, 용접 후에, 용접부를 고주파로 가열해서 템퍼링 처리를 행하는 방법을 개시하고 있다.

이 방법에서는, 용접 후에 별도의 공정이 필요하게 되어 작업 수순이 번잡해지고, 또한, 고주파를 이용하기 위한 특수한 장치가 필요해진다.

특허문헌 4는, 본 용접에 의해 너깃을 형성한 후에, 본 용접 전류 이상의 전류를 후통전하는 방법이 개시되어 있다.

이 방법에서는, 후통전 시간을 길게 하면, 너깃 직경이 확대되고, 또한, 너깃 조직이 통상의 용접부의 조직과 같아진다.

특허문헌 5에는, 인장 강도가 440MPa 이상인 강판을 스폿 용접할 때, 강판의 성분 조성을, C×P≤0.0025, P:0.015％ 이하, S:0.01％ 이하로 규제하고, 용접 후, 용접부에 300℃×20분 정도의 열처리를 실시하여, 조인트의 박리 방향 강도를 높이는 방법을 개시하고 있다.

이 방법에서는, 적용 가능한 강판이 한정되고, 또한, 용접에 장시간을 필요로 하므로 생산성이 낮다.

특허문헌 6은, 너깃 외층 영역의 마이크로 조직과, 마이크로 조직 중의 탄화물의 평균 입경과 개수 밀도를 규정한 고강도 강판(인장 강도:750 내지 1850MPa, 탄소 당량 Ceq:0.22 내지 0.55질량％)의 스폿 용접 조인트를 개시하고 있다.

특허문헌 6은 탄화물에 관한 규정을 개시할 뿐, 이 규정만으로는, 신뢰성이 높은 조인트 강도를 얻을 수는 없다.

특허문헌 7은, 스폿 용접 방법에 있어서, 용접 예정 개소가 용융 상태로부터 응고 조직으로 이행하고 있을 때, 용접 예정 개소에 기계적 진동을 부여하여, 용접부의 조직을 미세화하는 방법을 개시하고 있다.

이 방법에서는, 기계적 진동의 용융부에의 전파가 적어, 효과를 얻기 위해서는 장치가 대규모로 된다.

일본 특허 공개 제2012-187615호 공보 일본 특허 공개 제2002-103048호 공보 일본 특허 공개 제2009-125801호 공보 일본 특허 공개 제2010-115706호 공보 일본 특허 공개 제2010-059451호 공보 국제 특허 공개 제2011/025015호 일본 특허 공개 제2011-194411호 공보

본 발명은, 스폿 용접 금속의 파괴 인성을 높여, 스폿 용접 조인트 강도를 향상시킨 스폿 용접 조인트 및 스폿 용접 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하는 방법에 대해서 예의 검토했다. 그 결과, 본 발명자들은, 용융부의 응고 과정에 있어서, 용융부에, 필요한 주파수의 전자 진동을 부하하면, 응고 조직이 미세화되어, 스폿 용접 금속의 파괴 인성이 현저하게 향상하는 것을 발견했다.

본 발명은, 상기 지견에 기초해서 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 응고 조직의 결정립을 375개 이상, 너깃 단부의 0.5mm×0.5mm의 영역에 포함하는 것을 특징으로 하는 스폿 용접 조인트.

(2) 십자 인장 강도 CTS와 인장 전단 강도 TSS의 비, CTS/TSS가 0.33 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 스폿 용접 조인트.

(3) 통전에 의해 용융부를 형성하는 용융부 형성 공정과, 상기 용융부 형성 공정에 이어, 상기 용융부 형성 공정에서 통전하는 전류보다도 낮은 전류를 통전하여 상기 용융부를 응고시키는 응고 공정을 포함하고, 상기 응고 공정에 있어서, 상기 용융부에 전자 진동을 인가하고, 상기 전기 진동 전자 진동의 주파수 f_V, 상기 용융부가 응고할 때의 응고 속도 ν_S 및 상기 용융부가 응고할 때의 덴드라이트의 아암 간격 λ_D가, 0.2≤ν_S/(λ_D·f_V)≤4.0을 만족하는 것을 특징으로 하는 스폿 용접 방법.

본 발명에 따르면, 스폿 용접부의 인성을 현저하게 높일 수 있으므로, 신뢰성이 높은 스폿 용접 조인트를 제공할 수 있다.

도 1은 스폿 용접시의 전류 패턴을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 응고되고 있는 용융부에 전자 진동을 부하하는 형태를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 덴드라이트의 성장과 분단의 형태를 모식적으로 도시하는 도면이다. (a)는, 덴드라이트의 성장 형태를 나타내고, (b)는, 덴드라이트의 분단 형태를 나타낸다.
도 4는 응고 조직 및 최종 조직의 관찰 개념을 도시하는 도면이다.
도 5는 통상의 응고에 의해 형성한 스폿 용접 조인트의 너깃 단부의 응고 조직과, 본 발명에 의해 형성한 스폿 용접 조인트의 너깃 단부의 응고 조직의 비교를 도시하는 도면이며, (a)가 통상 응고, (b)가 본 발명에 의한 것이다.
도 6은 통상의 응고에 의해 형성한 스폿 용접 조인트의 너깃 단부의 응고 조직과, 본 발명에 의해 형성한 스폿 용접 조인트의 너깃 단부의 응고 조직의 비교를 도시하는 도면이며, (a)가 통상 응고, (b)가 본 발명에 의한 것이다.
도 7은 본 발명에 있어서의 응고 조직 관찰을 설명하는 도면이다.

처음에, 본 발명의 용접 방법에 대해서 설명한다.

[용융부 형성 공정]

먼저, 겹친 강판의 양측으로부터 통전하여, 필요한 너깃 직경을 확보하기 위한 용융부를 형성한다. 이 용융부 형성을 위한 통전은, 응고가 아직 시작조차 되어 있지 않으면, 어떻게 선택해도 된다. 다단 통전이어도 된다. 또한, 전류값은 일정하지 않아도 되고, 사인파나 펄스파이어도 된다.

[응고 공정]

필요한 용융 직경의 용융부를 형성할 수 있으면, 그것에 이어, 용융 직경을 유지하는 전류값보다 낮은 전류값을 통전하여, 용융부를 응고시키면서 전자 진동을 인가한다.

도 1에, 본 발명 용접 방법에 있어서의 가장 단순한 경우의, 스폿 용접시의 전류 패턴을 모식적으로 도시한다. 본 발명 용접 방법에 있어서는, t_W(=t₂-t₁)의 시간, 전류값 I_W에서 용융부를 형성한 후, 계속하여, 용융부의 용융 직경을 유지하는 전류보다 낮은 전류값 I_V로 t_V(=t₃-t₂)의 시간, 통전하면서 용융부를 응고시킨다.

용융부 형성 공정에서의 통전(이하 「본 통전」이라고 함)의 전류는, 특별히 제한되지 않는다. 상용 주파수의 교류에서도, 직류에서도 상관없다. 응고 공정에서 통전하는 전류 I_V의 값은 특별히 한정하는 것이 아니지만, 응고를 빨리 진행시키기 위해서 용융부 형성의 전류에 대하여 낮게 설정할 필요가 있으며, I_V ²/I_W ²≤0.5를 만족하는 정도의 값이 목표이다. 전류값 I_V는 일정할 필요는 없다. 단, 특별히 복잡한 파형으로 할 의미는 없고, 일정하거나, 단조 감소로 하는 것이 바람직하다.

시간 t₂부터 t₃ 사이의 응고 공정에 있어서, 응고되고 있는 용융부에 전자 진동을 인가한다. 도 2에, 응고되고 있는 용융부에 전자 진동을 인가하는 형태를 모식적으로 도시한다. 강판(21a)과 강판(21b)을 겹쳐서, 전류값 I_w로, 시간 t_w의 사이, 본 통전을 행하여(도 1, 참조), 용융부(22)를 형성한다. t_w 경과 후의 시간 t₂에서, 전류값을 I_v로 내려(도 1, 참조), 용융부의 응고를 개시시킨다.

용융부가 응고할 때, 통상의 용접 방법에 의하면, 용융부의 주위로부터 용융부의 중심부를 향해서 덴드라이트가 성장해 가서 응고가 완료된다. 본 발명의 용접 방법에서는, 응고 과정에서, 덴드라이트의 성장 방향(23)에 대하여 전자 진동(24)을 인가하고, 덴드라이트의 성장을 분단하여, 용융부의 응고 조직을 미립화한다.

여기서, 응고 조직이란, 응고 과정에서 단일한 결정립으로서 생성한 구조를 가리킨다. 예를 들어 덴드라이트 응고라면, 덴드라이트 1개가 응고 조직의 1단위이며, 등축적인 응고라면, 1개 응고시의 결정립이 응고 조직의 1단위이다.

전자 진동의 주파수는, 덴드라이트를 분단할 수 있는 한, 특정한 주파수로 한정되지 않지만, 덴드라이트의 성장을 확실하게 분단하여, 응고 조직을 보다 미립으로 하기 위해서는, 수학식 1에서 정의하는 지표 A가 수학식 2를 만족하는 주파수로 할 필요가 있다.

응고 속도, 덴드라이트의 아암 간격은, 사전의 실험에 의해 얻어진다. 즉, 실제로 용접하는 종류의 강판을 사전에, 용접부 형성 공정, 응고 공정에 있어서 통전하는 전류값으로 스폿 용접을 행하고, 응고 속도, 덴드라이트의 아암 간격을 측정한다. 한번 측정한 다음은 동종의 강판을 동일 조건에서 스폿 용접할 때는, 동일값을 사용하면 된다. 보다 구체적인 수순은 이하와 같다.

처음에, 판조, 강종이 결정되고, 본 통전의 조건을 결정한다. 이어서, 응고 공정에서의 전류값이 결정된다. 이 전류값은, 상술한 바와 같이, 특별히 한정은 되지 않는다.

이어서, 응고 속도를 측정한다. 실제로 용접하는 판조, 강종을 사용하여, 결정된 응고 공정에서의 전류값으로, 전류를 흘리는 시간을 복수 수준으로 한 샘플을 작성한다. 샘플 단면의 응고 조직을 관찰하여, 덴드라이트의 아암 간격을 구한다. 또한, 응고 조직이 주상정으로부터 등축정이 되는 위치, 혹은 주상정의 굵기가 변화하는 위치가, 전류를 멈춘 시각의 고액 계면 위치이므로, 응고 속도를 계산으로 구한다.

예를 들어, 본 통전 후에 25msec로 간 통전했을 경우에, 단면에서, 용융 경계로부터 0.5mm의 위치에서 응고 조직이 변화하고 있다고 하면, 응고 조직은 20mm/sec로 구해진다.

응고 속도는, 용접 조건, 강판의 조합, 피 용접재의 치수 등에 의존하지만, 대략, (10 내지 50)×10^-3m/초이다. 덴드라이트의 아암 간격은, 용접 조건, 강판의 조합, 피 용접재의 치수, 전자 진동에 의한 입열 등에 의존하지만, 대략, 5 내지 30×10^-6m이다.

전자 진동의 주파수 f_V는, 전원 주파수의 2배가 된다. 예를 들어, 주파수를 500 내지 1000Hz의 교류 전류를 흐르게 하면, 전자 진동의 주파수 f_V는 1000 내지 2000Hz(=(500 내지 1000Hz)×2)가 된다.

예를 들어, 응고 속도가 20×10^-3m/초인 경우에 주파수를 500 내지 1000Hz의 교류 전류를 흐르게 하면, 전자 진동이 1회 일어나는 주기 Tv(=1/f_V)는 (0.5 내지 1.0)×10^-3초가 되고, 전자 진동이 1회 일어날 때마다, 응고 계면은 (10 내지 20)×10^-6m로 진행하게 된다. 즉, 전자 진동에 의한 응고의 혼란이, 상술한 덴드라이트의 아암 간격으로 대략 동등한 위치에서 일어난다. 그 결과, 응고 조직은, 등축정 형상의 응고 조직이 된다.

도 3에, 덴드라이트의 성장과 분단의 형태를 모식적으로 도시한다. 도 3의 (a)에, 덴드라이트의 성장 형태를 나타내고, 도 3의 (b)에, 덴드라이트의 분단 형태를 나타낸다.

통상의 방법에서는, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 덴드라이트(31a)가 아암 간격 λ_D를 유지하고, 응고 속도 ν_S로 성장해 가, 용융부의 응고가 완료된다.

본 발명에 있어서는, 덴드라이트가 형성되는 응고 과정에 있어서, 전자 진동과 전자 진동시의 통전에서 발생하는 열에 의해 응고의 진행을 교란시키고, 덴드라이트의 성장을 분단하여, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같은, 등축정 형상의 응고 조직을 얻는다.

아암 간격 λ_D, 응고 속도 ν_S에서 성장하는 덴드라이트에, 상기 수학식 2를 만족하는 주파수 f_V의 전자 진동을 인가하면, 응고 과정의 용융부의 내부에서, 전자 진동과 전자 진동시의 통전에서 발생하는 열에 의해, 응고 과정에 있어서의 응고의 교란이, 전자 진동 주기를 T_V(=1/f_V)로 하면, ν_S·T_V의 위치 간격으로 발생한다.

응고 공정에 있어서, 용융부에 정기적으로 응고의 교란이 발생함으로써, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 덴드라이트의 성장이 분단되고, 미립(31b)이 되어, 용융부의 응고 조직을 등축정 형상의 응고 조직으로 할 수 있다.

본 발명에서 정의하는 지표 A는, 덴드라이트의 분단의 정도를 표시하는 지표이며, 지표 A가, 상기 수학식 2를 만족하면, 용융부에 있어서 원하는 응고 조직을 얻을 수 있다.

지표 A가 1인 경우, 응고 조직은, 아암 간격 λ_D의 덴드라이트를, 아암 간격 λ_D로 분단한 형태의 등축정 조직이 되어, 파괴 인성이 향상된다. 단, 본 발명에 있어서는, 응고 조직의 미립화로, 용접 조인트의 인성이 향상되면 되므로, 반드시 지표 A를 1로 할 필요는 없다.

미세화의 관점에서 본다면, 지표 A는 작은 쪽이 바람직하다. 그러나, 전자 진동을 위한 응고시의 전류값을 올리지 않고, 지표 A를 0.2 미만으로 하기 위해서는, 전자 진동 주파수를 올리지 않으면 안된다. 전자 진동 주파수를 올리기 위해서는, 전자 진동을 위한 응고시의 통전의 주파수를 크게 할 필요가 있고, 전자 진동을 위한 통전시의 인덕턴스 손실이 커져, 전원이 대용량화된다. 따라서, 지표 A는 0.2 이상으로 한다. 바람직하게는 0.4 이상이다.

지표 A가 4.0을 초과하면, 응고 과정에서 응고를 교란시키는 간격이 넓어지고, 응고 조직이 주상화되어, 인성 향상 효과가 작아진다. 따라서, 지표 A는 4.0 이하로 한다. 바람직하게는 3.0 이하이다.

지표 A가 4.0 이하로 형성된 본 발명 용접 조인트에 있어서, 적어도 너깃 단부의 응고 조직에서는 매우 긴 주상 조직이 아니고, 등축정 형상 조직(등축정 조직을 포함함)이 된다.

이어서, 본 발명의 스폿 용접 조인트의 조직에 대해서 설명한다.

본 발명의 스폿 용접 조인트는, 응고 조직의 결정립을 375개 이상, 너깃 단부의 0.5mm×0.5mm의 영역에 포함한다. 응력 집중하는 너깃의 단부에 있어서 응고 조직의 결정립이 375개 이상이면, 스폿 용접 조인트는 높은 파괴 인성을 구비할 수 있다.

너깃 단부의 0.5mm×0.5mm의 영역에서의 응고 조직의 결정립이 375개 미만이면 응고 조직의 등축정 형상이 달성되지 않고, 용접 금속의 인성 향상 효과가 작아, 용접 조인트의 강도가 향상되지 않는다. 바람직한 결정립의 개수는, 500개 이상이다.

응고 완료 후에 큰 변형이 생기지 않았던 금속은, 응고시에 액상으로 농화하기 쉬운 원소가 농화하고, 응고 후에 그 농담이 남는다. 그로 인해, 원소의 농도 분포를 관찰하면, 농화하는 원소의 얇은 1덩어리가 응고 조직의 1단위에 대응하는 것을 확인할 수 있다. 철강과 같이 응고 후에 고상으로 변태가 일어나는 금속에서는, 최종 조직의 결정립의 1단위와 응고 조직의 1단위는 다른 것이다.

응고 조직을 관찰하는 방법으로서는, 예를 들어, 피크르산으로 에칭하여 조직을 광학 현미경으로 관찰하는 방법이 있다. 피크르산으로 에칭하면, 편석 원소(특히 P)가 농화하고 있는 부분이 우선적으로 부식된다. 또한, P는 응고시에 편석하는 원소이다. 따라서, 응고시의 편석 원소의 농도 분포를 알기 위해서, 응고 조직을 관찰할 수 있다.

다른 방법으로서는, EPMA를 사용하는 방법이 있다. EPMA에 의하면, 각 원소의 분포를 측정할 수 있기 때문에, 응고 조직을 관찰할 수 있다.

또한, 최종 조직을 관찰하는 방법으로서는, 예를 들어, 나이탈 에칭에 의한 조직 관찰이나, EBSD에 의한 측정을 들 수 있다.

도 4는, 응고 조직 및 최종 조직의 관찰 개념을 도시하는 도면이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 동일한 금속(41)이어도, 에칭의 방법에 의해, 관찰되는 조직은 상이하다.

도 5는, 통상의 응고에 의해 형성한 스폿 용접 조인트의 너깃 단부의 응고 조직과, 본 발명에 의해 형성한 스폿 용접 조인트의 너깃 단부의 응고 조직의 비교이며 (a)가 통상 응고, (b)가 본 발명에 의한 것이다. (a)는 덴드라이트가 형성되어 편석이 강한 것에 대해, (b)는 조직이 미세화되어, 편석이 약해지고 있다.

도 6은, 통상의 응고에 의해 형성한 스폿 용접 조인트의 너깃 단부의 응고 조직과, 응고 후에 후통전을 행한 후의 응고 조직을 도시하는 도면이며, (a)가 응고 후, (b)가 후통전 후의 조직이다. 후통전에 의해 응고 편석이 완화되지만, 응고시에 형성된 응고 조직(덴드라이트) 그 자체가 미세화되는 일은 없다.

도 7은, 본 발명에 있어서의 응고 조직 관찰을 설명하는 도면이다. 응고 조직을 관찰하기 위해서 메탈 프로 엣칭으로 응고 조직을 현출시켜, 너깃 단부의 응고 조직의 개수를 센다. 본 발명에 있어서는, 0.5mm×0.5mm의 영역에 응고 조직의 일부라도 포함되면 1개라고 센다.

본 발명 용접 조인트는, 너깃 단부의 0.5mm×0.5mm의 영역에서의 응고 조직의 결정립을 375개 이상으로 함으로써, 용접 금속의 파괴 인성이 향상되고, 조인트의 기계 특성, 특히, 조인트 강도가 향상된다.

조인트 강도에 대해서는, 십자 인장 강도 CTS와 인장 전단 강도 TSS가 중요한 지표이다. 그러나, 스폿 용접 조인트의 품질을 확보하기 위해서는 TSS만 높고, CTS가 낮아서는 안된다. 그 이유는, 구조물에는 복잡한 부하가 걸리기 때문에, TSS에 대한 CTS가 낮으면 약간의 박리 부하로 파단이 발생하기 때문이다. 그로 인해, 용접부의 기계 특성을 객관적으로 평가하기 위해서, 하기 수학식 4에서 정의하는 지표 Z를 채용했다.

용접 조인트는 판 두께나 용접 금속의 크기에 의존하지만, 지표 Z에서는 TSS와 CTS 각각에 판 두께나 용접 금속의 크기의 효과가 포함되기 때문에, 지표 Z는 용접 금속 그 자체가 특성을 평가하는 지표로서 적당하다.

Z가 0.33 미만이면 조인트에 대한 부하 방향에 의한 내력의 차가 지나치게 커서, 부재의 특성이 불안정해진다. 즉, 아주 약간의 박리 부하로 조인트가 파단된다. 따라서, Z는 0.33 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.4 이상이다. Z의 상한은 특별히 한정되지 않는다.

[실시예]

이어서, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해서 채용한 1조건예이며, 본 발명은, 이 1조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있다.

[실시예 1]

표 1에 나타내는 강판을 준비하고, 표 2에 나타내는 조합으로, 스폿 용접을 행했다. 용접 조건을, 표 2에 아울러 나타낸다.

[표 1]

여기서, 탄소 당량이란, C, Si, Mn, P 및 S의 함유량(질량％)을 사용하여, 하기의 식으로 구해지는 값이다.

탄소 당량=C[질량％]+Si[질량％]/30+Mn[질량％]/20+P[질량％]×4+S[질량％]×4

표 2 중의 「A」는, 응고 공정에서의 전자 진동의 주파수를 f_V, 응고 속도를 ν_S, 덴드라이트의 아암 간격을 λ_D로 하여, A=ν_S/(λ_D·f_V)로 구해지는 값이다. 응고 속도, 덴드라이트의 아암 간격은, 사용하는 판조, 강종을 사용하고, 사전에, 전술한 바와 같이 실험적으로 구한 값을 사용했다.

[표 2]

용접 조인트의 너깃 단부를 피크르산으로 에칭하고, 응고 조직을 광학 현미경으로 관찰하여, 너깃 단부의 0.5mm×0.5mm의 영역의 결정립 개수를 측정했다. 또한, 용접 조인트의 십자 인장력 CTS를 JIS Z 3137에 따라, 인장 전단력 TSS를 JIS Z 3136에 따라, 각각 측정했다. 결과를 표 3에 나타낸다. 표 3 중의 「Z」는, Z=CSS/TSS로 구해지는 값이다.

[표 3]

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 스폿 용접 조인트 강도를 현저하게 높일 수 있으므로, 신뢰성이 높은 스폿 용접 조인트를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 구조물의 조립에 용접을 사용하는 산업, 예를 들어 자동차 산업에 있어서 이용 가능성이 높은 것이다.

21a, 21b : 강판
22 : 용융부
23 : 덴드라이트의 성장 방향
24 : 전자 진동
31a : 덴드라이트
31b : 미립
41 : 금속
42 : 덴드라이트
43 : 상 1
44 : 상 2
71 : 강판
72 : 너깃
73 : 응고 조직

Claims (3)

1. 응고 조직의 결정립을 375개 이상, 너깃 단부의 0.5mm×0.5mm의 영역에 포함하는 것을 특징으로 하는, 스폿 용접 조인트.
2. 제1항에 있어서,
   십자 인장 강도 CTS와 인장 전단 강도 TSS의 비, CTS/TSS가 0.33 이상인 것을 특징으로 하는, 스폿 용접 조인트.
3. 통전에 의해 용융부를 형성하는 용융부 형성 공정과,
   상기 용융부 형성 공정에 이어, 상기 용융부 형성 공정에서 통전하는 전류보다도 낮은 전류를 통전하여 상기 용융부를 응고시키는 응고 공정을 포함하고,
   상기 응고 공정에 있어서, 상기 용융부에 전자 진동을 인가하고,
   상기 전기 진동 전자 진동의 주파수 f_V, 상기 용융부가 응고할 때의 응고 속도 ν_S 및 상기 용융부가 응고할 때의 덴드라이트의 아암 간격 λ_D가, 0.2≤ν_S/(λ_D·f_V)≤4.0을 만족하는 것을 특징으로 하는, 스폿 용접 방법.
   

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