KR20180031033A

KR20180031033A - 저항 스폿 용접 방법 및 용접 부재의 제조 방법

Info

Publication number: KR20180031033A
Application number: KR1020187005582A
Authority: KR
Inventors: 치카우미 사와니시; 코이치 다니구치; 카츠토시 다카시마; 히로시 마츠다; 린세이 이케다
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2018-03-27
Also published as: MX2018002382A; JPWO2017033455A1; CN107921572A; US10835986B2; US20180257165A1; JP6168246B1; CN107921572B; KR102028435B1; WO2017033455A1; EP3342524A4; EP3342524B1; EP3342524A1

Abstract

강종에 관계없이, 타각에 따라서 용접부의 균열 발생을 억제하는 저항 스폿 용접 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 저항 스폿 용접 방법은, 통전 종료 후의 가압력 유지 시간을 H(㎳), 전극의 타각을 A(도), 강판 중 가장 판두께가 큰 강판의 판두께를 t(㎜), 복수의 강판 중 가장 인장 강도가 큰 강판의 인장 강도를 T(㎫), 가압력을 F(N)로 했을 때, 0≤A＜1의 경우에 2·A·(t·T/F)^1/2≤H, 1≤A＜10의 경우에 (3·A－1)·(t·T/F)^1/2≤H, 10≤A＜20의 경우에 (A＋19)·(t·T/F)^1/2≤H의 관계를 충족한다.

Description

저항 스폿 용접 방법 및 용접 부재의 제조 방법{RESISTANCE SPOT WELDING METHOD AND METHOD FOR MANUFACTURING WELDING MEMBER}

본 발명은, 저항 스폿 용접 방법 및 용접 부재의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 서로 겹친 강판끼리의 접합에는, 겹침 저항 용접법의 일종인 저항 스폿 용접 방법이 이용되고 있다. 이 용접법은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 서로 겹친 2매 이상의 강판(1, 2)을 사이에 끼우고 그의 상하로부터 한 쌍의 전극(3, 4)으로 가압하면서, 상하 전극 간에 고전류의 용접 전류를 단시간 통전하여 접합하는 방법이다. 고전류의 용접 전류를 흐르게 함으로써 발생하는 저항 발열을 이용하여, 점 형상의 용접부(5)를 얻는다. 이 점(spot) 형상의 용접부(5)는 너깃(nugget)이라고 불리며, 서로 겹친 강판에 전류를 흐르게 했을 때에 강판의 접촉 개소에서 양 강판(1, 2)이 용융되어, 응고된 부분으로, 이에 따라 강판끼리가 점 형상으로 접합된다.

그러나, 표면 처리 강판을 포함하는 복수의 강판을 서로 겹친 판세트의 저항 스폿 용접에 있어서는, 용접부에 균열이 생기는 경우가 있다는 문제가 있었다. 여기에서, 표면 처리 강판이란, 전기 아연 도금, 용융 아연 도금(합금화 용융 아연 도금을 포함함)으로 대표되는 아연 도금이나, 아연 외에 알루미늄이나 마그네슘 등의 원소를 포함한 아연 합금의 도금 등의 금속 도금층을 모재(하지(base) 강판)의 표면 상에 갖는 강판을 말한다. 아연 도금이나 아연 합금 도금의 융점은, 표면 처리 강판의 모재의 융점보다도 낮기 때문에 이하와 같은 문제가 있다.

즉, 용접부의 균열은, 용접 중에 강판 표면의 저(低)융점의 금속 도금층이 용융되어, 전극의 가압력이나 강판의 열 팽창, 수축에 의한 인장 응력이 용접부에 가해졌을 때에, 용융된 저융점 금속이 표면 처리 강판의 모재의 결정 입계에 침입하여 입계 강도를 저하시켜, 균열을 일으키는, 소위 액체 금속 취성에 기인하는 균열이라고 생각되고 있다. 균열의 발생 위치는, 도 1과 같은 전극(3, 4)과 접하는 측의 강판(1, 2)의 표면이나, 강판끼리가 접하는 측의 강판(1, 2)의 표면 등, 여러 가지이다.

이러한 균열의 대책으로서, 예를 들면 특허문헌 1에서는, 판세트인 강판의 조성을 특정 범위의 조성, 구체적으로는, 중량％로, C: 0.003∼0.01％, Mn: 0.05∼0.5％, P: 0.02％ 이하, sol.Al: 0.1％ 이하, Ti: 48×(N/14)∼48×{(N/14)＋(S/32)}％, Nb: 93×(C/12)∼0.1％, B: 0.0005∼0.003％, N: 0.01％ 이하, Ni: 0.05％ 이하, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성으로 하는 것이 제안되어 있다.

특허문헌 2에는, 고강도 도금 강판의 스폿 용접에 있어서, 하기 조건 (1) 및 (2)를 만족시키도록 용접 통전 시간 및 용접 통전 후의 유지 시간을 설정하여 스폿 용접을 행하는 것을 특징으로 하는 고강도 도금 강판의 스폿 용접 방법이 제안되어 있다.

0.25·(10·t＋2)/50≤WT≤0.50·(10·t＋2)/50‥(1)

300－500·t＋250·t²≤HT‥(2)

단, t: 판두께(㎜), WT: 용접 통전 시간(ms), HT: 용접 통전 후의 유지 시간(ms)

또한, 특허문헌 2에서는, 강판의 판두께에 따라서 통전 시간 및 통전 후의 전극의 유지 시간을 적절히 설정하고, 강판 중의 합금 원소량이 일정 이하가 되는 고장력 아연 도금 강판을 이용하여 용접을 행하는 것도 제안되어 있다.

특허문헌 3에서는, 통전 패턴을 3단 이상의 다단 통전으로 하고, 적정 전류 범위(ΔⅠ: 소망하는 너깃 지름 이상이고, 또한 용융 잔존 두께(unmelted thickness)가 0.05㎜ 이상인 너깃을 안정적으로 형성할 수 있는 전류 범위)가 1.0㎄ 이상, 바람직하게는 2.0㎄ 이상이 되도록, 통전 시간, 용접 전류 등의 용접 조건을 조정하여, 각 단의 사이에 냉각 시간을 마련하는 방법이 제안되어 있다.

일본공개특허공보 평10-195597호 일본공개특허공보 2003-103377호 일본공개특허공보 2003-236676호

그러나, 특허문헌 1에서는 강판의 합금 원소량을 한정할 필요가 있기 때문에, 요구 성능을 충족하는 강판의 사용이 제한되는 등의 과제가 있고, 특히 최근의 강판에서의, 고강도화에 수반하여 고합금화가 진행되고 있는 상황하에서는, 그 적용은 매우 제한된다.

특허문헌 2에서는, 흩어짐(splashing)이 발생하는 과대한 용접 전류를 설정했을 때의 균열 억제 방법만이 제안되어 있고, 흩어짐이 발생하지 않는 상태에서의 균열에 대해서는 언급되어 있지 않다.

특허문헌 3에서는, 용접 조건의 적정화에 많은 공정수가 필요하고, 또한 적정 전류 범위의 확보가 곤란한 강판 및 판세트에 대해서는 적용할 수 없다는 과제가 있었다. 더하여, 특허문헌 2 및 3에서는, 전극의 타각(influence of the angle;打角)에 의한 영향에 대해서는 검토되어 있지 않기 때문에, 자동차 조립시의 실시공(actual operation)을 고려하면, 대책으로서는 불충분한 경우가 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 강종에 상관없이, 타각에 따라서 용접부의 균열 발생을 억제할 수 있는 저항 스폿 용접 방법 및 용접 부재의 제조 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은, 상기의 목적을 달성하기 위해, 예의 검토를 거듭했다. 용접시에 발생하는 균열은, 흩어짐이 발생하지 않는 용접 조건 범위에서도 발생한다. 그 발생은 여러 가지의 요인의 영향을 받지만, 특히 용접시의 타각 A(도)(강판에 대하여 전극이 기울어지는 각도, 도 2)에 큰 영향을 받는 것을 인식했다. 그리고, 타각의 크기에 따라서 통전 종료 후의 가압력 유지 시간(이하, 홀드 시간이라고도 함)을 적절히 조정함으로써, 균열을 억제할 수 있다는 인식을 얻었다. 여기에서, 타각이란, 전술한 바와 같이, 도 2에 나타내는 강판에 대하여 전극이 기울어지는 각도, 즉, 「전극 가압력 방향과 강판 판두께 방향이 이루는 각도」를 의미한다. 또한, 전극 가압력 방향은, JIS Z 3001-6:2013의 4.2.1에 기재되는 스폿 용접의 도면에 있어서 화살표로 나타나 있는 것으로, 도 2에 있어서도 화살표로 기재되어 있다.

용접시에 발생하는 균열에 대한 본 발명의 효과는, 여러 가지의 인자가 복잡하게 영향을 주고 있기 때문에 단순하게는 설명할 수 없지만, 기본적인 메커니즘은 이하와 같이 생각할 수 있다. 용접부의 균열이 발생하는 원인으로서는, 고온이 된 표면 처리 강판의 도금 금속이, 표면 처리 강판의 모재(하지 강판)와 접하고 있는 상태에서, 이하에 설명하는 인장 응력이 발생하는 것을 들 수 있다. 이 인장 응력은, 용접 종료 후에 전극이 강판으로부터 떨어짐으로써 국부적으로 커지는 영역이 존재한다.

통전 중에 용접부(5)의 팽창에 의해, 용접부 주위가 압축 변형된 후, 통전 종료 후의 냉각에 의해 응고 수축이 생기지만, 전극(3, 4)에 가압되고 있는 동안은, 그 가압력에 의해 구속됨으로써 응력은 압축 상태, 혹은 인장 상태였다고 해도 응력이 완화된다. 그러나, 전극 가압력에 의한 구속으로부터 해방되면, 인장 응력이 국소적으로 커지는 영역이 발생하여, 이 영역에서 균열이 발생한다고 생각된다.

또한 여러 가지의 외란(disturbance)이 있는 상태에서 균열의 평가를 행한 결과, 타각 A(도)가 있는 경우, 특히 타각 A(도)가 큰 경우에, 균열이 발생하기 쉬워지는 것을 알 수 있었다. 이는 타각이 있으면, 용접부에 굽힘 응력이 가해져, 국소적으로 큰 압축 소성 변형이 생김으로써, 전극 해방 후의 인장 응력이 매우 커지는 것이 원인이라고 생각된다. 전술과 같이, 인장 응력이 용접부에 가해졌을 때에, 용융된 저융점 금속이 모재의 결정 입계에 침입하여 입계 강도를 저하시켜, 균열을 일으킨다. 그 때문에, 큰 인장 응력이 발생할 때의 용접부의 온도를 타각에 따라서 적절히 저하시켜 저융점 금속의 강판의 결정 입계로의 침입을 억제할 수 있으면, 이 균열의 발생을 저감시킬 수 있다는 인식을 얻었다.

본 발명은, 상기의 인식에 입각하는 것으로, 그 요지 구성은 다음과 같다.

[1] 복수의 강판을 서로 겹친 판세트를, 한 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법에 있어서,

복수의 강판 중 적어도 1매는, 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판이고,

통전 종료 후의 가압력 유지 시간을 H(㎳), 전극의 타각을 A(도), 복수의 강판 중 가장 판두께가 큰 강판의 판두께를 t(㎜), 복수의 강판 중 가장 인장 강도가 큰 강판의 인장 강도를 T(㎫), 가압력을 F(N)로 했을 때,

0≤A＜1의 경우에 2·A·(t·T/F)^1/2≤H

1≤A＜10의 경우에 (3·A－1)·(t·T/F)^1/2≤H

10≤A＜20의 경우에 (A＋19)·(t·T/F)^1/2≤H

의 관계를 충족하는 저항 스폿 용접 방법.

[2] 복수의 강판을 서로 겹친 판세트를, 한 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법에 있어서,

복수의 강판 중 적어도 1매는, 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판이고, 당해 금속 도금층의 융점은, 표면 처리 강판의 모재의 융점보다도 낮고,

0≤A＜1의 경우에 2·A·(t·T/F)^1/2≤H

1≤A＜10의 경우에 (3·A－1)·(t·T/F)^1/2≤H

10≤A＜20의 경우에 (A＋19)·(t·T/F)^1/2≤H

의 관계를 충족하는 저항 스폿 용접 방법.

[3] A가 0.2 이상인 [1] 또는 [2]에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

[4] 상기 금속 도금층이, Zn계 도금층 또는 Al계 도금층인 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

[5] 복수의 강판 중 적어도 1매는, 인장 강도가 590㎫ 이상인 [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

[6] 용접점의 주위에, 기(旣)용접점이 1점 이상 존재하는 경우, 상기 용접점과 가장 가까운 기용접점의 중심 간 거리(L)를 6.0㎜ 이상으로 하여 용접하는 [1]∼[5] 중 어느 하나에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

[7] 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판을 적어도 1매 포함하는 복수의 강판을 서로 겹쳐 판세트를 얻는 공정과,

얻어진 판세트를 [1]∼[6] 중 어느 하나에 기재된 저항 스폿 용접 방법에 의해 용접하는 공정을 갖는 용접 부재의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 강종에 관계 없이, 용접부의 균열 발생을 억제할 수 있는 저항 스폿 용접 방법을 제공할 수 있고, 이 스폿 용접 방법을 이용함으로써, 용접부의 균열이 저감된 용접 부재를 제조할 수 있다.

도 1은 저항 스폿 용접 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 저항 스폿 용접 방법에 있어서의 타각을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 저항 스폿 용접 방법이 충족하는 식을 나타내는 이미지도이다.
도 4는 용접점과 기용접점의 중심 간 거리를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예에 있어서의 2매 겹침의 판세트로 한 경우의 시험 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예에 있어서의 3매 겹침의 판세트로 한 경우의 시험 방법을 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명은, 복수의 강판을 서로 겹친 판세트를, 한 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법으로서, 가압력을 통전 종료 후에 유지하는 공정을 갖는 것이다. 본 발명은, 판세트의 복수의 강판 중 적어도 1매가, 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판인 판세트의 저항 스폿 용접 방법에 적용된다. 또한, 금속 도금층의 융점은, 표면 처리 강판의 모재의 융점보다도 낮은 것을 대상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 저항 스폿 용접 방법에서 사용 가능한 용접 장치로서는, 상하 한 쌍의 전극을 구비하고, 용접 중에 가압력 및 용접 전류를 각각 임의로 제어 가능한 용접 장치를 이용할 수 있다. 용접 장치의 가압 기구(에어 실린더나 서보 모터 등), 형식(정치식, 로봇 건(staionary or robot gun) 등), 전극 형상 등은 특별히 한정되지 않는다. 전극 선단의 형식으로서는, 예를 들면, JIS C 9304:1999에 기재되는 DR형(돔 래디어스형(dome radius type)), R지름(래디어스형), D형(돔형) 등을 들 수 있다. 또한, 전극의 선단 지름은, 예를 들면 4㎜∼16㎜이다.

그리고, 본 발명은, 통전 종료 후의 가압력 유지 시간을 H(㎳), 전극의 타각을 A(도), 복수의 강판 중 가장 판두께가 큰 강판의 판두께를 t(㎜), 복수의 강판 중 가장 인장 강도가 큰 강판의 인장 강도를 T(㎫), 가압력을 F(N)로 했을 때,

0≤A＜1의 경우에 2·A·(t·T/F)^1/2≤H

1≤A＜10의 경우에 (3·A－1)·(t·T/F)^1/2≤H

10≤A＜20의 경우에 (A＋19)·(t·T/F)^1/2≤H

의 관계를 충족한다. 또한, 상기식에 있어서 타각 A가 0.2(도) 이상인 경우를 구체적으로 기재하면, 본 발명은,

0.2≤A＜1의 경우에 2·A·(t·T/F)^1/2≤H

1≤A＜10의 경우에 (3·A－1)·(t·T/F)^1/2≤H

10≤A＜20의 경우에 (A＋19)·(t·T/F)^1/2≤H

의 관계를 충족한다.

홀드 시간 H는, 통전 종료 후의 가압력 유지 시간으로, 통전 종료시에서 전극을 강판으로부터 해방했을 때까지의 시간이다. 여기에서, 전극을 강판으로부터 해방했을 때란, 전극이 강판으로부터 떨어지기 시작한 때이다. 또한, 가압력 F는, 통전 종료시의 가압력으로, 복수회의 통전을 행하는 경우는 최후의 통전 종료시의 가압력이다. 통전 중의 가압력은 일정해도 일정하지 않아도 좋다. 또한, 전극의 타각 A는, 통전 개시 시점의 타각이다. 또한, 본 명세서에 있어서의 통전 종료 후에 가압력을 유지하는 공정의 가압력 F는, 실측값이다.

이에 따라, 타각이 0도보다 큰 경우에서도, 예를 들면 스폿 용접시에 균열이 발생하기 쉬운 타각이 0.2도 이상인 경우에서도, 인장 응력 발생시의 용접부의 온도를 내릴 수 있어, 표면 처리 강판의 금속 도금층(예를 들면, 아연)의 액체 금속취화를 막을 수 있다. 구체적으로는, 도금 금속은, 용접하기 위한 통전에 의한 가열시에 일단은 용융되지만, 홀드 시간을 타각에 따라서 일정 이상 확보하여 용접부의 온도를 내리면, 그 후의 인장 응력 발생시(즉 전극을 강판으로부터 해방했을 때)에는 도금 금속이 이미 응고되어 있기 때문에, 도금 금속이 결정 입계에 침입하지 않아, 균열의 발생을 저감할 수 있다. 또한, 전극이 항상 수랭(water cooled)되어 있는 상태에서 스폿 용접은 행해지기 때문에, 홀드 시간을 길게 하면, 냉각 속도가 커져, 인장 응력 발생시의 용접부의 온도를 내릴 수 있다. 금속 도금층의 응고만을 고려하면 홀드 시간을 길게 하면 좋지만, 본 발명에 있어서는 필요 이상으로 장시간으로 할 필요는 없고, 예를 들면 홀드 시간을, 식을 충족하는 하한값 부근으로 함으로써 균열의 발생이 억제되고 또한 생산성이 양호한 저항 스폿 용접 방법으로 할 수 있다. 예를 들면, 홀드 시간 H를 30㎳ 이하로 할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 타각이 있으면, 용접부에 굽힘 응력이 가해져, 국소적으로 큰 압축 소성 변형이 생기고, 전극 해방 후의 인장 응력이 매우 커진다. 그 때문에, 타각의 크기에 따라서 적절히 홀드 시간을 조정하는 것이 중요해진다.

즉, 타각이 0도 이상 또한 1도 미만인 범위에 있어서는, 타각에 의해 용접부에 가해지는 굽힘 응력은 비교적 작다. 이 때문에, 전극 해방 후에 용접부에 발생하는 인장 응력도 그다지 커지지 않는다. 즉, 타각에 대한 홀드 시간의 증가대(amount of increase)는 작아도 좋다.

타각이 1도 이상 또한 10도 미만인 범위에 있어서는, 타각이 커짐에 따라 전극 해방 후에 용접부에 발생하는 인장 응력의 증가대가 현저하게 된다. 이 때문에, 그 인장 응력의 증가대에 따라서 홀드 시간을 증가시킬 필요가 있다.

또한, 여기에서 타각이 1도란 실질적으로 1.0도로 한다.

타각이 10도 이상 또한 20도 미만인 범위에 있어서는, 용접부에 발생하는 인장 응력이 매우 커진다. 그러나, 한 번 용융된 금속 도금이 완전하게 응고되고 나서 전극을 해방시킴으로써 균열 발생을 막을 수 있다. 용융된 금속 도금이 잔존하고 있지 않으면 균열은 발생하지 않는다고 생각된다. 타각이 10도 이상 또한 20도 미만인 범위에 있어서는, 용융된 금속 도금이 응고되는 데에 충분한 홀드 시간을 확보하고 있기 때문에, 타각에 대한 홀드 시간의 증가대는 작아도 좋다. 단 타각이 커지면 일반적으로는 전극과 강판의 접촉 면적이 좁아지기 때문에, 용접부의 냉각 속도가 저하하는 경향이 있다. 그 때문에 타각에 따라서 일정 이상은 홀드 시간을 증가시키는 것이 바람직하다. 또한, 20도 이상의 타각은 실용상 취할 수 없다.

전술에서는, 용접시에 발생하는 균열에 대한 타각과 홀드 시간의 관계에 대해서 설명했지만, 이하에, 용접시에 발생하는 균열에 대한 다른 영향 인자에 대해서도 서술한다.

용접을 행하는 강판의 판두께 t가 커지면, 전극으로의 발열(heat removal)이 충분하지 않게 된다. 이 때문에, 용접부의 냉각 속도가 저하한다. 또한, 용접부의 구속도 강해진다. 그 때문에, 균열이 발생하기 쉬워진다.

마찬가지로, 용접을 행하는 강판의 인장 강도 T가 커지면, 용접부의 구속이 커지고, 또한, 전극 해방 후에 용접부에 발생하는 인장 응력도 커진다. 그 때문에, 균열이 발생하기 쉬워진다.

전극에 의한 가압력 F가 커지면, 용접부 주위로의 용융된 금속 도금의 배출이 촉진된다. 이에 따라, 용접부 근방에 있어서 모재와 접하는 금속 도금의 양이 감소하여, 균열의 발생이 억제된다.

또한, 특히 타각 A가 큰 경우에는, 일반적으로는 가압력 F가 커지면 전극과 강판의 접촉 면적이 커진다. 이 때문에, 용접부의 냉각 속도가 증가한다. 그 때문에, 균열의 발생이 억제된다.

이들 이유로부터, 상기의 관계식을 발견했다. 관계식 중의 계수에 대해서는, 타각에 따라서 실험에 의해 최적인 계수를 구했다.

또한, 균열 발생이 생기기 쉬운 판세트의 경우나, 용접부의 구속이 강한 상태에서 용접을 행하는 경우에 있어서, 균열을 저감시키기 위해서는,

0≤A＜1의 경우에 3·A·(t·T/F)^1/2≤H

1≤A＜10의 경우에 (8·A－5)·(t·T/F)^1/2≤H

10≤A＜20의 경우에 (A＋65)·(t·T/F)^1/2≤H

의 관계를 충족하는 것이 적합하다. 더욱 바람직하게는,

0≤A＜1의 경우에 6·A·(t·T/F)^1/2≤H

1≤A＜10의 경우에 (12·A－6)·(t·T/F)^1/2≤H

10≤A＜20의 경우에 (A＋104)·(t·T/F)^1/2≤H

의 관계를 충족하는 것이 보다 적합하다.

상기식에 있어서 타각 A가 0.2 이상인 경우에 대해서만을 구체적으로 기재하면, 균열 발생이 생기기 쉬운 판세트의 경우나, 용접부의 구속이 강한 상태에서 용접을 행하는 경우에 있어서, 균열을 저감시키기 위해서는,

0.2≤A＜1의 경우에 3·A·(t·T/F)^1/2≤H

1≤A＜10의 경우에 (8·A－5)·(t·T/F)^1/2≤H

10≤A＜20의 경우에 (A＋65)·(t·T/F)^1/2≤H

의 관계를 충족하는 것이 적합하고, 더욱 바람직하게는,

0.2≤A＜1의 경우에 6·A·(t·T/F)^1/2≤H

1≤A＜10의 경우에 (12·A－6)·(t·T/F)^1/2≤H

10≤A＜20의 경우에 (A＋104)·(t·T/F)^1/2≤H

의 관계를 충족하는 것이 보다 적합하다.

전술한 본 발명의 저항 스폿 용접 방법이 충족하는 식(도 3 중 (a)) 및, 충족하는 것이 적합한 식(도 3 중 (b)) 및 보다 적합한 식(도 3 중 (c))의 이미지도를, 도 3에 나타낸다. 또한, 도 3은, 판두께 t: 2.5㎜, 인장 강도 T: 1500㎫, 가압력 F: 2500N인 경우의 각 식을 나타내는 도면이다.

이와 같이 타각 A에 따라서 홀드 시간을 일정 이상으로 함으로써, 균열을 억제할 수 있다. 한편으로, 냉각 속도의 과도한 증가는 너깃의 인성을 저하시킬 가능성이 있기 때문에, 홀드 시간 H의 상한은 2000㎳로 하는 것이 바람직하다.

또한, 강판의 인장 강도 T는 특별히 한정되지 않고 예를 들면 250㎫∼2000㎫이지만, 전술한 바와 같이 판세트의 인장 강도가 커지면 균열이 발생하기 쉬워지기 때문에, 판세트의 강판 중 적어도 1매의 강판이, 인장 강도가 590㎫ 이상인 판세트에 대하여, 본 발명을 적용함으로써, 보다 유효를 얻을 수 있다. 특히, 판세트의 강판 중 적어도 1매가, 인장 강도가 780㎫ 이상인 경우에, 보다 큰 효과를 얻을 수 있다.

또한, 용접을 행하는 용접점의 근방에, 기용접점이 있는 경우는, 기용접점에 의해 강판의 변형이 제한되게 되어, 매우 강한 구속을 받은 상태에서 용접이 행해지게 된다. 이 때문에, 용접부에 발생하는 인장 응력이 커져, 균열이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에 도 4와 같이, 용접점의 주위에 기용접점이 1점 이상 존재하는 경우, 용접점과 가장 가까운 기용접점의 중심 간 거리(L)로 한 경우, 중심 간 거리(L)를 6.0㎜ 이상으로 함으로써, 용접부의 균열 발생 억제의 보다 큰 효과를 얻을 수 있다. 또한, 용접점의 중심이란, 용접된 강판과 강판의 접합면에 있어서의 너깃의 중심이다. 용접된 강판과 강판의 접합면에 있어서의 너깃의 형상은, 타각 A가 0인 경우는 원이 되지만, 타각 A＞0의 경우는 타원이 되고, 타원의 중심은 장축과 단축의 교점이다. 또한, 원이나 타원 이외의 형상의 경우는, 접합면에 있어서의 형상의 중심(center of gravity)을 중심으로 하여, 중심 간 거리(L)를 구한다.

균열이 발생하기 쉬운 판세트나, 타각 A가 큰 경우 등은, 중심 간 거리(L)를 8.0㎜ 이상으로 하는 것이 적합하다. 더욱 바람직하게는, 중심 간 거리(L)를 10.0㎜ 이상으로 하는 것이 보다 적합하다.

본 발명에 이용하는 판세트의 강판의 강종은, 특별히 한정되지 않는다. 강판의 제조 방법은, 냉간 압연·열간 압연 등 임의이고, 강판의 조직도 동일하게 임의이다. 또한, 본 발명에 이용하는 판세트의 강판은, 열간 프레스된 강판을 이용해도 하등 문제없다. 또한, 강판의 판두께에 대해서도, 일반적인 자동차 차체에 이용될 수 있는 범위(0.5∼4.0㎜ 정도)이면 상관없다.

금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판의 금속 도금층의 조성에 대해서도, 임의이다. 전술한 바와 같이, 용접부의 균열은 저융점의 금속 도금층이 용융되는 것이 한 원인인 점에서, 모재보다도 저융점의 도금층을 갖고 있는 경우에 용접부의 균열 억제 효과가 크다. 모재(하지 강판)의 융점은 예를 들면 1400∼1570℃이고, 금속 도금층의 융점은 예를 들면 300∼1200℃이다. 일반적인 도금층이면, 강판보다도 융점은 낮다. 금속 도금층으로서는, Zn계 도금층이나 Al계 도금층을 들 수 있다. 내식성이 필요시되는 부재에서는, Al계 도금에 비해, Zn계 도금이 우수하다. 이는, 아연 Zn의 희생 방식(sacrificial corrosion protection) 작용에 의해, 하지 강판의 부식 속도를 저하할 수 있기 때문이다. Zn계 도금으로서는, 일반적인 용융 아연 도금(GI), 합금화 용융 아연 도금(GA), 전기 아연 도금(EG), Zn-Ni계 도금(예를 들면, 10∼25mass％의 Ni를 포함하는 Zn-Ni계 도금), Zn-Al계 도금, Zn-Mg계 도금, Zn-Al-Mg계 도금 등을 예시할 수 있다. 또한, Al계 도금으로서는, Al-Si계 도금(예를 들면, 10∼20mass％의 Si를 포함하는 Al-Si계 도금) 등을 예시할 수 있다. 도금의 부착량도 임의이지만, 용접성(weldability)의 관점에서는 편면당 120g/㎡ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서의 판세트는 특별히 한정되지 않고, 동종 강판을 복수매 겹쳐도 좋고, 혹은 이종(different grade) 강판을 복수매 겹쳐도 좋다. 또한 각 강판의 판두께가 상이해도 하등 문제없고, 강판보다도 저융점의 금속 도금층을 갖는 강판과 금속 도금층을 갖지 않는 강판의 조합이 되어도 좋다.

또한, 통전 중의 전류값·통전 시간·가압력은 일정해도 좋지만 일정할 필요는 없고, 전류값이나 가압력을 2단계 이상으로 변화시켜도 좋고, 각 단의 사이에 냉각 시간을 마련해도 좋다. 또한, 용접 중의 저항값·전압값과 같은 파라미터를 감시하여, 그 변동에 따라서 전류값이나 통전 시간을 변화시키는 제어 방법을 이용해도 하등 문제없다.

1단계의 통전으로 용접을 행하는 경우의 전류값, 통전 시간, 통전 중의 가압력의 적합 범위를 다음에 나타낸다. 통전 중의 전류값은, 예를 들면 10㎄ 이하가 바람직하다. 또한, 통전 시간은, 예를 들면 200㎳∼700㎳가 바람직하다. 통전 중의 가압력은, 예를 들면 2000N∼7000N이 바람직하다.

또한, 본 통전의 전후에 단시간의 예·후통전을 행하는 다단 통전의 경우는, 적합한 전류값의 상한은 15㎄까지 확대된다. 또한, 적합한 통전 시간의 상한은 1000㎳까지 확대된다. 단, 다단 통전의 경우의 통전 시간은, 각 단의 통전 시간의 총계이다.

상기 본 발명의 저항 스폿 용접 방법을 이용하여, 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판을 적어도 1매 포함하는 복수의 강판이 용접된 용접 부재를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 본 발명의 용접 부재의 제조 방법은, 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판을 적어도 1매 포함하는 복수의 강판을 서로 겹쳐 판세트를 얻는 공정과, 얻어진 판세트를 상기 저항 스폿 용접 방법에 의해 용접하는 공정을 갖는 용접 부재의 제조 방법이다. 상기 저항 스폿 용접 방법을 이용하여 용접하면 용접부의 균열 발생을 억제할 수 있기 때문에, 용접부의 균열이 저감된 용접 부재를 제조할 수 있다.

실시예

본 발명의 실시예를 이하에 나타낸다. 표 1에 나타내는 2매 겹침 혹은 3매 겹침의 각 판세트에 대해서, 표 2-1 및 표 2-2에 나타내는 조건에서 저항 스폿 용접을 행하여, 조인트를 제작하고, 용접 부재를 제조했다. 또한, 본 실시예에 있어서의 각 공시 재료의 모재의 융점은 1400∼1570℃의 범위이고, 용융 아연 도금(GI) 및 합금화 용융 아연 도금(GA)의 융점은 각각 400∼500℃, 600∼950℃의 범위이다. 표 1에 나타나는 인장 강도는, 각 강판으로부터, 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 JIS 5호 인장 시험편을 제작하고, JIS Z 2241:2011의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하여 구한 인장 강도이다. 또한, 표 2에 나타나는 통전 종료 후에 가압력을 유지하는 공정의 가압력 F는, 실측값이다. 도 5는, 강판(1과 2)을 서로 겹쳐 2매 겹침의 판세트로 한 경우의 시험 방법을 나타내고, 도 6은, 강판(1, 2 및 6)을 서로 겹쳐 3매 겹침의 판세트로 한 경우의 시험 방법을 나타내고 있다. 평가하는 용접점의 주위에 기용접점이 없는 경우는, 표 2-1 및 표 2-2 중의 「기용접점」란에는 「없음」이라고 기재하고 있다. 또한, 기용접점이 있는 경우는, 표 2-1 및 표 2-2 중의 「기용접점」란에는, 용접점과 기용접점의 중심 간 거리(L)를 기재하고 있다. 또한, 평가 용접과 기용접에 있어서의 용접 조건은 동일하게 했다.

용접 장치는 인버터 직류 저항 스폿 용접 장치를 이용하고, 전극에는 DR형, 선단 지름 6㎜의 크롬동(chromium copper)제 전극을 이용했다. 통전은 1회로 하고, 통전 중의 전류값(용접 전류)을 일정값으로 했다. 또한, 타각은 통전 개시 시점의 타각으로 했다. 가압력은 통전 종료시의 가압력이고, 통전 중 및 통전 종료시의 가압력을 유지하는 공정 내내, 일정하게 했다. 또한, 저항 스폿 용접은 실온에서 행하여, 전극을 항상 수랭한 상태에서 행했다.

얻어진 각 조인트에 대해서, 용접부를 강판 판두께 방향으로 절단하여 단면을 경면 연마하여, 주사형 전자 현미경(배율 2000배)에 의해 균열의 유무를 관찰했다. 동(同)조건에서 10체의 조인트를 제작·관찰하고, 이하의 기준으로 결과를 판정했다. A∼C를 ○(합격), F를 ×(불합격)로 했다.

A: 10체 모든 조인트에서 균열 없음

B: 10체 중 1체에 길이 10㎛ 미만의 균열이 있고, 또한, 10체 모든 조인트에서 길이 10㎛ 이상의 균열 없음

C: 10체 중 2체에 길이 10㎛ 미만의 균열이 있고, 또한, 10체 모든 조인트에서 길이 10㎛ 이상의 균열 없음

F: 10체 중 3체 이상에 길이 10㎛ 미만의 균열 있음, 혹은, 10체 중 1체 이상에 길이 10㎛ 이상의 균열 있음

본 발명을 충족하도록 홀드 시간을 설정한 조인트(본 발명예)는, 흩어짐 발생의 유무에 관계없이 모두 A∼C 중 어느 하나의 평가(○)였다.

(표 1)

(표 2-1)

(표 2-2)

1, 2, 6 : 강판
3, 4 : 전극
5 : 용접부(너깃)

Claims

복수의 강판을 서로 겹친 판세트를, 한 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법에 있어서,
복수의 강판 중 적어도 1매는, 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판이고,
통전 종료 후의 가압력 유지 시간을 H(㎳), 전극의 타각을 A(도), 복수의 강판 중 가장 판두께가 큰 강판의 판두께를 t(㎜), 복수의 강판 중 가장 인장 강도가 큰 강판의 인장 강도를 T(㎫), 가압력을 F(N)로 했을 때,
0≤A＜1의 경우에 2·A·(t·T/F)^1/2≤H
1≤A＜10의 경우에 (3·A－1)·(t·T/F)^1/2≤H
10≤A＜20의 경우에 (A＋19)·(t·T/F)^1/2≤H
의 관계를 충족하는 저항 스폿 용접 방법.
복수의 강판을 서로 겹친 판세트를, 한 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법에 있어서,
복수의 강판 중 적어도 1매는, 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판이고, 당해 금속 도금층의 융점은, 표면 처리 강판의 모재의 융점보다도 낮고,
통전 종료 후의 가압력 유지 시간을 H(㎳), 전극의 타각을 A(도), 복수의 강판 중 가장 판두께가 큰 강판의 판두께를 t(㎜), 복수의 강판 중 가장 인장 강도가 큰 강판의 인장 강도를 T(㎫), 가압력을 F(N)로 했을 때,
0≤A＜1의 경우에 2·A·(t·T/F)^1/2≤H
1≤A＜10의 경우에 (3·A－1)·(t·T/F)^1/2≤H
10≤A＜20의 경우에 (A＋19)·(t·T/F)^1/2≤H
의 관계를 충족하는 저항 스폿 용접 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
A가 0.2 이상인 저항 스폿 용접 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 도금층이, Zn계 도금층 또는 Al계 도금층인 저항 스폿 용접 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 강판 중 적어도 1매는, 인장 강도가 590㎫ 이상인 저항 스폿 용접 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
용접점의 주위에, 기용접점이 1점 이상 존재하는 경우, 상기 용접점과 가장 가까운 기용접점의 중심 간 거리(L)를 6.0㎜ 이상으로 하여 용접하는 저항 스폿 용접 방법.
금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판을 적어도 1매 포함하는 복수의 강판을 서로 겹쳐 판세트를 얻는 공정과,
얻어진 판세트를 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 저항 스폿 용접 방법에 의해 용접하는 공정을 갖는 용접 부재의 제조 방법.