KR20170099996A

KR20170099996A - 강판의 접합체, 강판의 접합체의 제조방법 및 스포트 용접방법

Info

Publication number: KR20170099996A
Application number: KR1020177020691A
Authority: KR
Inventors: 히로시 마츠다; 야스아키 오키타; 무네오 마츠시타; 린세이 이케다; 켄지 오이
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-09-01
Also published as: EP3254796A4; EP3254796A1; JPWO2016125446A1; CN107206539A; WO2016125446A1; CN107206539B; MX2017009932A; KR101960625B1; EP3254796B1; US20210260685A1; US20170348790A1; JP6048622B1

Abstract

접합체의 제조공정 및 사용시에 있어서, 용접부의 필요한 강도를 유지할 수 있는 접합체를 제공한다.
본 발명에 관련되는 강판의 접합체는, 질량%로 C: 0.4% 이하, Si: 3.0% 이하, Al: 3.0% 이하, Mn: 0.2% 이상 6.0% 이하, P: 0.1% 이하, S: 0.07% 이하를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 가지고, 인장 강도가 1470MPa 이하로, 판 두께 0.3mm 이상 5.0mm 이하의 복수 매의 강판을 중합하여 이루어지는 강판의 접합체로서, 그 중합면 중 적어도 1개의 계면에 미리 접착제와 탄소 공급제를 도포한 후, 용접을 실시하는 것에 의해 형성되며, 접합체의 용접부는, 너깃 지름이 2.8√t(mm) 이상이고, 또한 접착제 및 탄소 공급제를 도포하기 전의 강판에 비하여 C량이 0.02질량% 이상 증가해 있다.

Description

강판의 접합체, 강판의 접합체의 제조방법 및 스포트 용접방법{JOINED BODY OF STEEL SHEETS, METHOD FOR MANUFACTURING JOINED BODY OF STEEL SHEETS, AND SPOT WELDING METHOD}

본 발명은, 복수 매의 강판을 접착제와 용접을 복합화한 접합방법으로 접합한, 고강도·고강성 등의 뛰어난 성능을 가지는, 강판의 접합체와 그 접합방법에 관한 것이다.

근년, 자동차에 대한 연비 성능이나 충돌시의 안전성 향상에 대한 요구가 높아짐에 따라, 자동차 차체의 경량화와 충격흡수 특성의 양립이 요구되고 있다. 최근에는 그에 더하여, 조종 안정성의 향상 등의 요구가 높아지고 있고, 차체 강성의 가일층의 향상이 요구되고 있다. 그 실현을 향하여, 고강도 강판의 적용에 의한 강판의 박육화나, 차체에 대한 알루미늄 합금 등의 경금속의 적용에 맞춘, 고강도·고강성 설계가 진행됨과 동시에, 접합부의 강도·강성의 향상이 요구되고 있다.

스포트 용접으로 대표되는 저항용접법은, 저비용이며 또한 높은 생산 효율을 가지는 접합방법이므로, 자동차 산업을 시작으로 한 각종 산업에서 활용되고 있다. 그리고 상술한 바와 같은, 강성 향상 요구의 확대로부터, 접착과 스포트 용접을 복합화한 웰드본드(weld bond)법의 적용이 진행되고 있다. 이것은, 접합부를, 점(点)접합에서 선(線)접합, 면접합으로 하는 것에 따라, 접합부 및 부재의 강성이 향상하기 때문이다.

웰드본드법의 경우, 접착만인 접합에 비하여, 충격 강도, 고온 강도, 내크리프성 등이 개선된 접합부가 형성 가능해지는 이점이 있다. 또한, 웰드본드법은, 스포트 용접만의 경우에 비하여, 피로 특성, 강성 등이 개선되는 것이나, 접합부에 씰(seal)성이 부여되는 것에 기인하여 내식성이 향상하는 것 등의 이점도 가진다. 이들 이점으로부터, 자동차의 제조공정에 웰드본드법의 적용이 진행되고 있다.

웰드본드법에서는, 접합되는 면에 대한 접착제의 도포, 중합, 스포트 용접, 접착제의 경화 등의 공정을 거쳐 피접합 재료가 접합되기 때문에, 피접합 재료는, 접착제가 경화할 때까지, 스포트 용접부만으로 고정된다. 게다가, 접착제를 경화시키기 위해서 피접합 재료를 가열한 때에는, 접합부에는, 피접합 재료와의 열팽창율의 차에 기인한 열응력이 발생하는 등, 접착제가 경화하기까지 여러 가지의 응력이 가해진다. 그 때문에, 스포트 용접에서 형성되는 접합부는, 이들 응력에 충분히 견디는 강도를 가질 것이 필요하다. 또한, 웰드본드 접합부의 충격 강도나 고온 강도 등이, 스포트 용접부의 강도에 영향을 주기 때문에, 스포트 용접부 자체에도 높은 강도가 필요하다.

이들 과제를 해결하기 위하여, 이하에 서술하는 바와 같은 기술이 제안되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는, 스포트 용접의 가압 동작에 들어가기 전에 피용접재를 50∼170℃로 가열하여 용접하는 것에 의하여 양호한 너깃을 확보하여 필요한 접합 강도를 유지하는 방법이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 열강화성의 에폭시 수지에 도전성의 분상(粉狀) 또는 편상(片狀) 혹은 플레이크상(狀)의 금속, 금속산화물, 금속탄화물, 금속질화물, 금속규화물 중 어느 1종 또는 2종 이상의 첨가물을 포함하는 접착제를 사용하는 것에 의하여, 저항 스포트 용접시의 도전성을 양호하게 하여, 용융 불량을 방지하고, 양호한 너깃을 확보하여 충분한 조인트 강도를 얻는 방법이 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 특개평 8-118031호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 특개평 8-206845호

그러나, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 용접 전에 강판을 가열할 필요가 있고, 공정 증가에 의한 비용 증가가 발생하는 등의 과제가 있다. 또한, 특허문헌 2의 방법에서는, 통전성을 확보하는 것에 의하여 안정된 너깃 지름의 용접부를 얻을 수 있으나, 용접부 자체의 강도는 종래와 동등하고, 타점수의 삭감이나 용접부 강도의 향상 효과는 얻을 수 없다.

본 발명은, 상기의 과제를 유리하게 해결하고, 용접부 자체의 강도를 향상시키는 것에 의하여, 접착제의 접합 강도가 저하한 경우에 있어서도 충분한 접합 강도를 얻을 수 있는 접합체(강판의 접합체)와 용접방법을 제공하는 것이다.

발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 예의 검토를 거듭했다. 그 결과, 다음 사항을 찾아냈다. 접착제와 탄소 공급제를 도포하고, 스포트 용접시의 전극 선단 형상이나 용접 조건을 적절히 제어하는 것에 의하여, 너깃 내부의 C량을 증가시키는 것이 가능해진다. 이에 의하여, 너깃의 강도를 높임으로써 조인트 강도를 향상시키는 것이 가능하다.

종래, 스포트 용접을 활용한 웰드본드법의 경우에는, 접착제를 접합계면으로부터 어떻게 배출시켜 안정된 너깃 지름을 얻을까에 관하여, 착안한 검토가 많았다. 이에 대하여, 본 발명은, 접착제와 탄소 공급제를 도포하는 것에 의하여 용접부에 탄소를 공급하고, 접착제와 탄소 공급제의 배출을 최적 제어한다. 이에 의하여, 용접부를 안정적으로 형성시키고, 또한 접착제와 탄소 공급제를 혼입시키지 않는 경우에 비하여, 조인트 강도를 향상시키는 것이 가능해진다.

본 발명은, 상기의 지견에 근거해, 더욱 검토를 거듭하여 완성된 것으로, 그 요지 구성은 다음과 같다.

[1] 질량%로 C: 0.4% 이하, Si: 3.0% 이하, Al: 3.0% 이하, Mn: 0.2% 이상 6.0% 이하, P: 0.1% 이하, S: 0.07% 이하를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 가지고, 인장 강도가 1470MPa 이하로, 판 두께 0.3mm 이상 5.0mm 이하인 복수 매의 강판을 중합하여 이루어지는 강판의 접합체로서, 그 중합면 중 적어도 1개의 계면에 미리 접착제와 탄소 공급제를 도포한 후, 용접을 실시하는 것에 의하여 형성되고, 접합체의 용접부는, 너깃 지름이 2.8√t(mm) 이상이고, 또한 접착제 및 탄소 공급제를 도포하기 전의 강판에 비하여 C량이 0.02질량% 이상 증가해 있는 강판의 접합체.

t(mm): 용접계면 양측의 강판 중 박판(薄板)측의 판 두께

[2] 성분 조성이, 또한, 질량%로, Cr: 0.05% 이상 5.0% 이하, V: 0.005% 이상 1.0% 이하, Mo: 0.005% 이상 0.5% 이하, Ni: 0.05% 이상 2.0% 이하 및 Cu: 0.05% 이상 2.0% 이하, Ti: 0.01% 이상 0.1% 이하, Nb: 0.01% 이상 0.1% 이하, B: 0.0003% 이상 0.0050% 이하, Ca: 0.001% 이상 0.005% 이하 및 REM: 0.001% 이상 0.005% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 [1]에 기재된 강판의 접합체.

[3] 접착제에 탄소 공급제가 미리 함유되어 있는 [1] 또는 [2]에 기재된 강판의 접합체.

[4] 형성된 용접부의 경도가, 접착제 및 탄소 공급제를 도포하기 전의 강판에 비하여, 비커스 경도로 20 이상 경질화되어 있는 [1] 내지 [3]중 어느 하나에 기재된 강판의 접합체.

[5] 질량%로 C: 0.4% 이하, Si: 3.0% 이하, Al: 3.0% 이하, Mn: 0.2% 이상 6.0% 이하, P: 0.1% 이하, S: 0.07% 이하를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 가지고, 인장 강도가 1470MPa 이하로, 판 두께 0.3mm 이상 5.0mm 이하인 복수 매의 강판에 대하여, 그 중합면 중 적어도 1개의 계면에 미리 접착제와 탄소 공급제를 도포하여, 중합하고, 그 후 용접을 실시하는 것에 의한 강판의 접합체의 제조방법으로서, 그 접합체의 용접부는, 너깃 지름이 2.8√t(mm) 이상이고, 또한 접착제 및 탄소 공급제를 도포하기 전의 강판에 비하여 C량이 0.02질량% 이상 증가하고 있는 것을 특징으로 하는 강판의 접합체의 제조방법.

t(mm): 용접계면 양측의 강판 중 박판측의 판 두께

[6] 성분 조성이, 또한, 질량%로, Cr: 0.05% 이상 5.0% 이하, V: 0.005% 이상 1.0% 이하, Mo: 0.005% 이상 0.5% 이하, Ni: 0.05% 이상 2.0% 이하 및 Cu: 0.05% 이상 2.0% 이하, Ti: 0.01% 이상 0.1% 이하, Nb: 0.01% 이상 0.1% 이하, B: 0.0003% 이상 0.0050% 이하, Ca: 0.001% 이상 0.005% 이하 및 REM: 0.001% 이상 0.005% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 [5]에 기재된 강판의 접합체의 제조방법.

[7] 접착제에 탄소 공급제가 미리 함유되어 있는 [5] 또는 [6]에 기재된 강판의 접합체의 제조방법.

[8] 형성된 용접부의 경도가, 접착제 및 탄소 공급제를 도포하기 전의 강판에 비하여, 비커스 경도로 20 이상 경질화되어 있는 [5] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 강판의 접합체의 제조방법.

[9] [5] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 강판의 접합체의 제조방법에 이용되는 용접방법으로서, 그 용접방법이 스포트 용접방법이고, 전극 선단의 곡률 반경이 20mm 이상인 볼록형(凸形) 전극 혹은 플랫형 전극을 이용하여, 통전 시간을 0.08초 이상으로 용접하고, 또한 그 중 최초의 0.03초간의 가압력 F(kN)를 이하의 관계식을 만족하는 조건으로 해서 용접하는 스포트 용접방법.

F＜0.00125×TS×(1+0.75×t_all)+3

TS(MPa): 강판의 평균 강도로서, 각 강판의 판 두께로부터 산출된 하중 평균을 나타내고 있다

t_all(mm): 강판의 전(全)판 두께(각 강판의 판 두께의 합계)

본 발명은, 용접부에 적정량의 탄소를 첨가하는 것에 의하여, 접합체의 제조공정 중에서 접착제 경화 전의 접착에 의한 강도를 충분히 얻을 수 없는 상태에 있어서도 용접부에서 강도를 확보할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 접합체의 사용시의 강도 및 경시 변화에 의하여 접착제의 접착 강도가 저하된 경우에 있어서도, 용접부의 강도에 의하여 구조물의 필요한 강도를 유지할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 관하여 설명한다.

본 발명은, 접합계면에 접착제와 탄소 공급제를 도포하고, 용접부에 탄소를 공급하는 것에 의하여, 용접부의 강도를 향상시키는 것을 특징으로 하고 있다. 탄소를 공급하는 수단은, 특별히 한정되지 않는다. 다만, 본 발명에서는, 탄소 공급제를 용융부에 공급하기 위하여, 스포트 용접시의 가압공정 및 그 후의 통전공정에 있어서, 용접부 형성 범위로부터 접착제를 완전하게 배출시키는 일 없이 스포트 용접을 실시하고, 용융부를 성장시킬 때에, 접착제나 탄소 공급제를 용융부 내에 취입할 필요가 있다.

그 때문에, 본 발명을 실현하기 위해서는, 단지 접착제 및 탄소 공급제를 도포할 뿐만 아니라, 얼마나 용접부를 안정적으로 형성시키면서, 적정한 양의 탄소를 용융부 내에 혼입시키는가가 중요하다.

이하에서는, 우선 본 발명에 사용하는 강판에 관하여 설명한다.

[강판 성분]

본 발명에 사용하는 강판 성분은, 질량%로 C: 0.4% 이하, Si: 3.0% 이하, Al: 3.0% 이하, Mn: 0.2% 이상 6.0% 이하, P: 0.1% 이하, S: 0.07% 이하를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물로 이루어질 필요가 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서 성분 함유량을 나타내는 「%」는, 「질량%」를 의미하는 것으로 한다.

C: 0.4% 이하

강판의 C량이 0.4%를 초과하면 용접부가 취화(脆化)하여 강도 확보가 어려워지는 경우가 있다. 이 때문에, 강판의 C량은 0.4% 이하로 한다. 바람직하게는 0.3% 이하, 더욱 바람직하게는 0.25% 이하이다.

Si: 3.0% 이하

Si는, 고용(固溶)강화에 의해 강의 강도 향상에 기여하는 유용한 원소이다. 그러나, Si량이 3.0%를 초과하면, 고용량의 증가에 의한 인성(靭性)의 열화를 초래한다. 따라서, Si량은 3.0% 이하로 한다. 바람직하게는 2.6% 이하이다. 더욱 바람직하게는, 2.2% 이하이다. Si의 하한은 특별히 규정하지 않지만, 탄화물의 생성을 억제하는 효과가 있고, 용융부의 C량 증가에 의한 강도 상승에 유용한 원소인 점에서, Si량은 0.02% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.1% 이상이다.

Al: 3.0% 이하

Al는, 구성 조직의 분율 제어에 유효한 원소이다. 그러나, 3.0% 초과의 함유는 강판 중의 개재물이 많아져 연성을 열화시킨다. 따라서, 함유량을 3.0% 이하로 한다. 바람직하게는 2.5% 이하이다. 더욱 바람직하게는, 1.5% 이하이다. Al의 하한은 특별히 규정하지 않지만, 저감에는 비용이 드는 점에서, Al량은 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.02% 이상이다.

Mn: 0.2% 이상 6.0% 이하

Mn은, 강의 강화에 유효한 원소이고, 용접부 및 용융부의 강화에 필요한 원소이며, 0.2% 미만에서는 그 효과를 얻을 수 없기 때문에, 0.2% 이상으로 한다. 보다 바람직하게는, 0.5% 이상, 더욱 바람직하게는 0.8% 이상이다. 한편, Mn량이 6.0%를 초과하면, 응고·냉각시에 응고계면이나 입계로부터 균열이 발생하는 경우가 있기 때문에, 6.0% 이하로 한다. 바람직하게는, Mn량은 5.2% 이하이며, 보다 바람직하게는 4.7% 이하이다.

P: 0.1% 이하

P는, 강의 강화에 유용한 원소이지만, P량이 0.1%를 초과하면, 응고계면 등에의 편석에 의하여 취화하는 것에 의해 내충격성을 열화시키기 때문에, C량 증가에 의한 용접부의 강화와 같은 효과를 얻을 수 없다. 이 때문에, P량은 0.1% 이하로 한다. 바람직하게는 0.05% 이하이다. 또한, P량은, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.005% 미만으로 하기에는 대폭적인 비용 증가를 일으키기 때문에, 그 하한은 0.005% 정도로 하는 것이 바람직하다.

S: 0.07% 이하

S는, MnS를 생성하여 개재물이 되고, 내충격성의 열화의 원인이 되기 때문에, S량을 극력 저감시키는 것이 바람직하다. 그러나, S량을 과도하게 저감시키는 것은, 제조 비용의 증가를 초래하기 때문에, S량은 0.07% 이하로 한다. 바람직하게는 0.05% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.02% 이하이다. 또한, S는 0.0005% 미만으로 하려면 탈황 공정에 있어서 큰 제조 비용의 증가를 동반하기 때문에, 제조 비용의 점에서는 그 하한은 0.0005% 정도이다.

N: 0.020% 이하

N은, 강판 자체의 내시효성을 가장 크게 열화시키는 원소이며, 저감시키는 것이 바람직하다. N량이 0.020%를 초과하면 내시효성의 열화가 현저하게 되기 때문에, 바람직하게는 N량은 0.020% 이하로 한다. 또한, N량을 0.001% 미만으로 하기에는 큰 제조 비용의 증가를 초래하기 때문에, 제조 비용의 점에서는, 그 하한은 0.001% 정도이다.

본 발명에 사용하는 강판에 있어서, 상기 이외의 성분은, Fe 및 불가피 불순물이다. 단, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위 내이면, 그 밖의 특성 향상을 위하여 필요한 상기 이외의 성분의 함유를 거부하는 것은 아니다.

예를 들면, 소입성의 제어를 위한 냉각 중에 있어서의 제2상의 변태 최적화 등을 위하여 Cr, V, Mo, Ni, Cu의 첨가, 또한 석출 강화 등의 활용을 생각하여 탄화물·질화물의 석출 거동 제어를 위하여 Ti, Nb, B 등을 첨가해도 된다. 또한, 황화물을 구상화하여 신장 플랜지성에의 악영향을 개선하기 위하여 Ca나 REM을 첨가해도 된다.

또한, 각 원소의 첨가량(함유량)은 Cr: 0.05% 이상 5.0% 이하, V: 0.005% 이상 1.0% 이하, Mo: 0.005% 이상 0.5% 이하, Ni: 0.05% 이상 2.0% 이하 및 Cu: 0.05% 이상 2.0% 이하, Ti: 0.01% 이상 0.1% 이하, Nb: 0.01% 이상 0.1% 이하, B: 0.0003% 이상 0.0050% 이하, Ca: 0.001% 이상 0.005% 이하 및 REM: 0.001% 이상 0.005% 이하가 바람직하다. 또한, 상기 각 원소의 함유량 범위의 하한값을 밑돌아도 본 발명의 효과를 해치지 않기 때문에, 하한값 미만이어도 불가피 불순물로 한다.

[강판의 특성]

인장 강도가 1470MPa를 초과한 강판에서는, 강판 자체가 고강도이기 때문에, 본 발명의 용융부에의 C첨가에 의한 용접부의 강화의 효과를 충분히 얻을 수 없다. 이 때문에, 강판의 강도는, 인장 강도 1470MPa 이하로 한다.

본 발명의 접합방법에서 대상으로 하는 강판은, 그 표면에 Zn나 Al, Mg 및 그 합금의 용융도금, 합금화 용융도금, 전기도금을 실시한 것, 더하여, 또한 표면에 크로메이트 처리를 실시하거나, 수지 피막을 형성시킨 것도 포함된다.

이러한 강판을 2매 이상 중합하여, 접착제 및 탄소 공급제를 도포하고, 용접을 실시한다. 또한, 각 강판의 판 두께는, 접합방법으로서의 제한은 특별히 없지만 실제 적용의 관점에서 0.3mm 이상 5.0mm 이하가 일반적이다. 0.3mm 미만에서는 부재 강도의 확보가 곤란하고, 5.0mm 초과의 강판도 자동차 차체로 사용되는 것은 보기 드물고, 그 접합은 저항 스포트 용접이나 웰드본드 이외의 방법으로 이루어지는 것이 일반적이다.

[접착제]

접착제는, 중합하는 2매의 강판 중 어느 한편의 강판의 접합면에 도포하여도, 양쪽의 강판의 접합면에 도포하여도 된다. 접착제로서는, 자동차 분야 등에서 널리 사용되고 있는 에폭시 수지에, 경화제, 충전재, 변성재 등을 배합한 에폭시 수지계 접착제나, 변성 아크릴계 접착제, 폴리우레탄계 접착제 등, 요구 특성을 만족하는 한 특별히 종류나 성분이 한정되는 것은 아니다. 사용하는 접착제에 있어서는, 접합 강도, 내구성, 비용 등의 요구 특성에 따라, 각 성분 및 그 배합 비율을 적절히 선택하면 된다.

접착제의 도포량은, 접착면 및 용접부의 요구 특성에 따라 임의로 선정하면 된다. 그러나, 도포량이 너무 많아지면 너깃 형성의 제어가 어려워지기 때문에, 두께로 1.0mm 이하가 바람직하다. 더욱 적합한 두께는 0.5mm 이하이다. 반대로, 도포량을 과도하게 적게 하면, 필요한 성분의 용융부로의 혼입이 곤란해질 뿐만 아니라, 균일한 도포가 곤란해지고, 접착제가 미도포된 영역이 발생할 가능성이 높아지는 등의 문제가 있기 때문에, 0.01mm 이상이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.03mm 이상이다.

[탄소 공급제]

탄소 공급제로서는, 그래파이트(graphite) 분말이나 카본 블랙을 이용할 수 있다. 탄소 공급제는 강판의 표면에 도포된 접착제 위에 형성하면 된다. 또한, 미리 그래파이트 분말을 상기와 같은 접착제에 혼합하고, 강판에 도포하도록 해도 된다. 탄소 공급제의 사용량은 특별히 한정되지 않고, 후술하는 C량의 증가가 적정 범위가 되도록 결정하면 되지만, 기준으로서는, 접착제 100질량부에 대하여 2∼30질량부의 사용량이다.

[용접 조건]

다음으로, 본 발명의 용접 조건에 관하여 설명한다. 본 발명의 접합체를 안정적으로 얻기 위해서는, 스포트 용접시에 전극 선단의 곡률 반경이 20mm 이상인 볼록형 전극 또는 플랫 전극을 사용하여, 통전 시간을 0.08초 이상으로 용접하고, 또한 그 중 최초의 0.03초간의 가압력 F(kN)이 이하의 관계식을 만족할 필요가 있다.

F＜0.00125×TS×(1+0.75×t_all)+3

TS(MPa): 강판의 평균 강도로서, 각 강판의 판 두께로부터 산출한 하중 평균

t_all(mm): 강판의 전(全)판 두께(각 강판의 판 두께의 합계)

전극 선단의 곡률 반경이 20mm 미만인 볼록형 전극의 경우, 가압시에 있어서의 접착제 및 탄소 공급제의 배출이 너무 진행되어 용융부로의 탄소의 혼입이 불충분하게 되어 충분한 효과를 얻을 수 없는 경우가 있다. 용융부를 안정적으로 형성시키려면, 용접 전류와 통전 시간의 밸런스가 중요하고, 통전 시간이 짧은 경우에는 용접 전류를 증가시킬 필요가 있다.

통전 시간이 0.08초 미만인 경우에는, 용접 전류를 증가시켜도 충분한 용접부가 형성하기 전에 방출(expulsion)이 발생하여 충분한 크기의 용융부를 안정적으로 형성시키는 것이 곤란해진다. 또한, 통전 시간을 0.08초 이상으로 한 경우에 있어서도 그 중의 최초의 0.03초간의 가압력이 상기 관계식을 만족하지 않는 경우는, 통전 초기에 접착제 및 탄소 공급제의 배출이 현저하게 진행되고 용융부에의 탄소의 충분한 첨가가 곤란해져, 본 발명에 규정한 용접부를 얻는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

스포트 용접 후, 접착제를 경화시킬 때의 조건으로서는, 접착제의 경화 특성을 바탕으로 선정하면 된다. 예를 들면, 열경화형 접착제의 경우는, 고주파 가열 장치나 가열로에 용접한 부재를 장입(裝入)하는 것에 의하여 필요한 열처리를 실시하면 된다. 또한, 이 경화 공정은, 용접 후의 공정에서 소부(燒付) 도장이 실시되는 경우, 도장의 가열시에 함께 접착제를 경화시켜도 된다.

또한, 스포트 용접기는, 본 발명의 취지로부터 일탈하지 않는 한 정치형, 건타입(gun-type) 등 어느 형식의 용접기이어도 되고, 용접용 전원도 단상교류형, 직류형, 삼상(三相) 정류형, 콘덴서형 등으로부터 임의로 선택 가능하다.

또한 용접 중의 저항값·전압값 등을 감시하고, 그 변동에 따라 전류값이나 통전 시간을 변화시키는 제어 방법을 사용해도 된다.

[접합체의 너깃 지름]

너깃 지름이 용접계면 양측의 강판 중 박판측의 판 두께 t에 대하여 2.8√t(mm) 이상

본 발명에서는, 용접부를 경화시켜 접합부의 강도를 증가시키는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나 너깃 지름이 2.8√t(mm) 미만인 경우, 용접부를 경화시켜도 계면파단이 발생하여 충분한 조인트 강도를 확보할 수 없다. 이 때문에, 너깃 지름은 2.8√t(mm)[t: 용접계면 양측의 강판 중 박판측의 판 두께] 이상으로 한다. 바람직하게는, 3.5√t 이상이다. 또한, 너깃 지름의 상한은 특별히 규정하지 않지만, 방출 발생 상태의 안정성으로부터 생각하면 전극 선단 지름의 1.2배 이하가 바람직하다. 또한, 너깃 지름의 측정 방법은 실시예에 기재된 방법을 채용한다.

[접합체의 용융부의 C량과 경도]

용융부의 C량: 0.02질량% 이상 증가, 용접부의 경도: 비커스 경도로 20 이상 경질화

본 발명에서는, 용접부에 탄소를 공급하는 것에 의하여 용접부를 경화시키고, 접합부의 강도를 증가시키는 것을 특징으로 하고 있다. 이 효과는 용접부의 탄소 증가량을 0.02질량% 이상 증가시키는 것에 의하여 얻을 수 있다. 바람직하게는 0.03질량% 이상이다. 또한, 탄소 증가량은 극단적으로 증가시킨 경우, 용접부가 현저하게 취화한다는 이유에서 1.3질량% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 탄소 증가량의 측정 방법은 실시예에 기재된 방법을 채용한다.

또한, 이때의 용접부의 경화량(경도의 증가량)은 비커스 경도로 20 이상인 것이 바람직하고, 30 이상인 것이 더 바람직하다. 비커스 경도 증가량의 상한은 특별히 한정되지 않지만 현저한 취화의 억제라는 이유에서, 800 이하가 바람직하다.

실시예

이하, 본 발명을, 실시예를 이용하여 상세하게 설명한다. 다만, 실시예는, 본 발명을 한정하는 성질의 것은 아니고, 본 발명의 요지를 만족하는 한 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.

표 1에 나타내는 성분 조성을 가지는 인장 강도가 270MPa급, 590MPa급, 980MPa급의 각종 강판에 대하여, 표 2(표 2-1과 표 2-2를 합하여 표 2로 한다)의 시료 No. 2, 4를 제외하고 접착제 및 탄소 공급제를 도포한 후, 소정의 용접 조건에서 스포트 용접을 실시했다. 또한, 시료 No. 2는, 접착제 및 탄소 공급제를 도포하지 않고 용접을 실시했다. 또한, 시료 No. 4는 탄소 공급제를 접착제에 혼합하지 않은 예이다. 또한, 전극의 항목에 기재된 형상은 DR은 돔 래디어스(dome radius)형, CF는 원추 사다리꼴(JIS C 9305 준거)을 의미한다.

[표 1]

표 2에, 결과를 나타낸다.

[표 2-1]

[표 2-2]

표 2의 「판 조합」에 관하여는, 예를 들면, 시료 No. 1은, 판 두께 1.0mm로 인장 강도 980MPa급의 냉연강판끼리를 용접한 것을 나타내고 있다. 또한, 「판 조합」의 열의 「GA」는, 합금화 용융아연 도금강판을 나타내고 있다.

표 2의 「접착제」 중, 「에폭시계+그래파이트 분말」이라고 기재되어 있는 것은, 접착제로서 에폭시계 수지 접착제를 사용하고, 탄소 공급제로서 그래파이트분말을 사용한 것을 나타내고 있다(강판에 상기 접착제를 도포한 후, 접착제 위에 상기 탄소 공급제를 형성했다). 또한, 「카본 함유 에폭시계」라고 기재되어 있는 것은, 접착제로서 에폭시계 수지 접착제를 사용하고, 탄소 공급제로서 카본 블랙을 사용한 것을 나타내고 있고, 미리, 카본 블랙을 에폭시계 수지 접착제에 혼합한 것이다. 또한, No. 4의 「에폭시계」는, 접착제로서 에폭시계 수지 접착제를 사용하고, 탄소 공급제를 도포하지 않았던 것이다.

용접기로서 직류 저항 스포트 용접기를 사용하고, 전극 선단 형상과 가압력과 용접 전류, 통전 시간을 변화시켜 용접을 실시했다. 용접 후는, 조인트를 용접부 중앙에서 수직으로 절단하여 단면 관찰을 실시하고, 너깃 지름을 측정했다. 용접부의 탄소량은 EPMA를 사용하고, 너깃 내부의 200μm×200μm의 범위를 5개소 측정하여, 그 평균값으로 하였다. 또한, 조인트 품질은, JIS Z3136에 준거한 전단 인장 시험을 실시하고, 파단 강도 및 파단 형태를 평가했다. 인장 전단 강도와 그때의 파단 형태에 의하여 평가했다. 구체적으로는, 파단 형태가 「플러그 파단」이라고 된 것은, 용접부의 강도가 충분하다고 평가하고, 「부분 플러그 파단(표 2에서는, 부분 플러그)」 및 「계면 파단」이라고 된 것은, 용접부의 강도가 불충분하다고 평가했다.

용접부의 경도는 비커스 경도로 평가하고, 너깃 내부를 5점, 시험 하중 300gf에서 측정한 평균값을 용접부의 경도로 했다. 경도 증가량의 결과를 표 2에 나타냈다.

표 2의 No. 5와 7은, 2단 통전을 실시하고, 그 밖에는, 1단 통전으로 하였다. 이들의 결과로부터, 본 발명에 의하여, 인장 전단시에 있어서의 파단 형태가 용접계면 파단에서 플러그 파단으로 개선되고, 조인트 강도도 향상하고 있음을 알수 있다.

Claims

질량%로 C: 0.4% 이하, Si: 3.0% 이하, Al: 3.0% 이하, Mn: 0.2% 이상 6.0% 이하, P: 0.1% 이하, S: 0.07% 이하를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 가지고, 인장 강도가 1470MPa 이하로, 판 두께 0.3mm 이상 5.0mm 이하인 복수 매의 강판을 중합하여 이루어지는 강판의 접합체로서,
그 중합면 중 적어도 1개의 계면에 미리 접착제와 탄소 공급제를 도포한 후, 용접을 실시하는 것에 의하여 형성되고,
접합체의 용접부는, 너깃 지름이 2.8√t(mm) 이상이고, 또한 접착제 및 탄소 공급제를 도포하기 전의 강판에 비하여 C량이 0.02질량% 이상 증가해 있는 강판의 접합체.
t(mm): 용접계면 양측의 강판 중 박판측의 판 두께
청구항 1에 있어서,
성분 조성이, 또한, 질량%로, Cr: 0.05% 이상 5.0% 이하, V: 0.005% 이상 1.0% 이하, Mo: 0.005% 이상 0.5% 이하, Ni: 0.05% 이상 2.0% 이하 및 Cu: 0.05% 이상 2.0% 이하, Ti: 0.01% 이상 0.1% 이하, Nb: 0.01% 이상 0.1% 이하, B: 0.0003% 이상 0.0050% 이하, Ca: 0.001% 이상 0.005% 이하 및 REM: 0.001% 이상 0.005% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 강판의 접합체.
청구항 1 또는 2에 있어서,
접착제에 탄소 공급제가 미리 함유되어 있는 강판의 접합체.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
형성된 용접부의 경도가, 접착제 및 탄소 공급제를 도포하기 전의 강판에 비하여, 비커스 경도로 20 이상 경질화되어 있는 강판의 접합체.
질량%로 C: 0.4% 이하, Si: 3.0% 이하, Al: 3.0% 이하, Mn: 0.2% 이상 6.0% 이하, P: 0.1% 이하, S: 0.07% 이하를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 가지고, 인장 강도가 1470MPa 이하로, 판 두께 0.3mm 이상 5.0mm 이하인 복수 매의 강판에 대하여, 그 중합면 중 적어도 1개의 계면에 미리 접착제와 탄소 공급제를 도포하여, 중합하고, 그 후 용접을 실시하는 것에 의한 강판의 접합체의 제조방법으로서,
그 접합체의 용접부는, 너깃 지름이 2.8√t(mm) 이상이고, 또한 접착제 및 탄소 공급제를 도포하기 전의 강판에 비하여 C량이 0.02질량% 이상 증가해 있는 것을 특징으로 하는 강판의 접합체의 제조방법.
t(mm): 용접계면 양측의 강판 중 박판측의 판 두께
청구항 5에 있어서,
성분 조성이, 또한, 질량%로, Cr: 0.05% 이상 5.0% 이하, V: 0.005% 이상 1.0% 이하, Mo: 0.005% 이상 0.5% 이하, Ni: 0.05% 이상 2.0% 이하 및 Cu: 0.05% 이상 2.0% 이하, Ti: 0.01% 이상 0.1% 이하, Nb: 0.01% 이상 0.1% 이하, B: 0.0003% 이상 0.0050% 이하, Ca: 0.001% 이상 0.005% 이하 및 REM: 0.001% 이상 0.005% 이하 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 강판의 접합체의 제조방법.
청구항 5 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
접착제에 탄소 공급제가 미리 함유되어 있는 강판의 접합체의 제조방법.
청구항 5 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
형성된 용접부의 경도가, 접착제 및 탄소 공급제를 도포하기 전의 강판에 비하여, 비커스 경도로 20 이상 경질화되어 있는 강판의 접합체의 제조방법.
청구항 5 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 강판의 접합체의 제조방법에 이용되는 용접방법으로서, 그 용접방법이 스포트 용접방법이고,
전극 선단의 곡률 반경이 20mm 이상인 볼록형 전극 혹은 플랫형 전극을 이용하여, 통전 시간을 0.08초 이상으로 용접하고, 또한 그 중 최초의 0.03초간의 가압력 F(kN)를 이하의 관계식을 만족하는 조건으로 해서 용접하는 스포트 용접방법.
F＜0.00125×TS×(1+0.75×t_all)+3
TS(MPa): 강판의 평균 강도로서, 각 강판의 판 두께로부터 산출된 하중 평균을 나타내고 있다
t_all(mm): 강판의 전(全)판 두께(각 강판의 판 두께의 합계)