KR20180034561A

KR20180034561A - 스폿 용접 방법

Info

Publication number: KR20180034561A
Application number: KR1020187005524A
Authority: KR
Inventors: 치사토 요시나가; 야스노부 미야자키; 구니오 하야시; 히로유키 가와타; 마사노리 야스야마
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2018-04-04
Also published as: EP3345711A1; CN108025387A; RU2689293C1; US20180243853A1; KR102057893B1; CN108025387B; WO2017038981A1; US11007598B2; EP3345711B1; MX2018002598A; CA2996492A1; EP3345711A4; TWI622445B; TW201718144A

Abstract

적어도 용접 부위가 중첩된 복수 매의 강판으로 구성되는 피용접 부재에 스폿 용접을 하는 방법이며, 상기 복수 매의 강판 중 적어도 하나에 대하여, 적어도 상기 용접 부위의 중첩면이 아연계 도금으로 피복되고, 상기 복수 매의 강판의 총판 두께 t(㎜)가 1.35㎜ 이상이고, 상기 피용접 부재에 용접 전극을 접촉시키고 나서 용접 통전을 개시하기까지의 스퀴즈 시간 St(초)가 「0.020≤St」를 만족시키고, 또한 상기 용접 전극 사이의 용접 통전 종료 시로부터 상기 용접 전극과 상기 피용접 부재를 비접촉으로 하기까지의 용접 후 유지 시간 Ht(초)가 「0.015t²+0.020≤Ht」를 만족시키는 스폿 용접 방법.

Description

스폿 용접 방법

본 발명은, 아연계 도금 강판을 포함하는 복수 매의 강판의 스폿 용접 방법에 관한 것이다.

근년, 자동차 분야에서는, 저연비화나 CO₂ 배출량의 삭감을 위하여, 차체를 경량화하거나, 충돌 안전성의 향상을 위하여, 차체 부재를 고강도화할 것이 요구되고 있다. 이들 요구를 만족시키기 위해서는, 차체 부재나 각종 부품 등에 고강도 강판을 사용하는 것이 유효하다.

또한, 차체의 고방청화의 관점에서, 부재를 내식성이 우수한 강판으로 구성 할 필요가 있다. 아연계 도금 강판은, 내식성이 양호하다는 것이 폭넓게 알려져 있으며, 상기 경량화나 고강도화의 관점에서, 자동차용으로서 사용되는 아연계 도금 강판에 있어서는, 도금 원판으로 고강도 강판을 사용한 아연계 도금 고강도 강판이 사용되고 있다.

자동차의 차체의 조립이나 부품의 설치 등에서는, 주로, 스폿 용접이 이용되고 있다. 그러나, 아연계 도금 고강도 강판에 스폿 용접을 행하면, 용접 전극과 접하는 강판의 외측면으로부터, 너깃을 향하여, 균열이 발생한다는 문제가 있다. 도 1에, 아연계 도금 강판에 스폿 용접을 행한 경우의 용접 부위의 균열의 개략을 도시한다. 아연계 도금 강판(1)에 스폿 용접을 행하면, 용접 전극과 접하는 강판(1)의 외측면으로부터 너깃(2)을 향하여 진전되는 균열(3)이나, 전극 숄더부로부터 열 영향부(4)로 진전되는 균열(5)이 발생한다는 것이 알려져 있다.

이 균열은, 전극의 가압력이나 강판의 열팽창, 수축에 의한 인장 응력이 용접 부위에 가해져, 해당 용접 부위의 강판 표면에서 용융된 아연이나, 아연과 전극의 구리의 합금이, 강판의 결정립계에 침입하여 입계 강도를 저하시켜 일어나는, 소위 액체 금속 취성에 기인한 균열이라고 한다. 자동차 차체에서는, 용접 부위의 균열이 현저하면 강도가 저하된다는 문제가 있으며, 강판의 성분 조성이나 조직을 제어함으로써, 용접 부위의 균열을 억제하는 기술이 알려져 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 강판의 성분 조성을 조정하고, 스폿 용접 시에 생성되는 오스테나이트상을 미세한 결정립으로 하여, 다른 상의 결정립과 복잡하게 뒤얽힌 금속 조직을 갖는 것으로 함으로써, 결정립계로의 용융 아연의 확산 침입 경로를 복잡하게 하여, 용융 아연을 침입하기 어렵게 하여, 스폿 용접 시의 액체 금속 취화 균열을 방지하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 강판의 조직 제어에 의하여 결정립계를 복잡화하기만 해서는, 용접부의 균열 발생을 충분히 억제할 수 없는 경우가 있다고 기재되어 있다. 특허문헌 2에는, 강판의 성분 조성을 조정하고, 열간 압연 강판의 입계 산화 깊이를 5㎛ 이하로 하고, 합금화 용융 아연 도금 처리 전의 냉간 압연 강판에 Fe계 전기 도금 처리를 행함으로써, 합금화 용융 아연 도금 강판의 입계 침식 깊이를 5㎛ 이하로 함으로써, 합금화 용융 아연 도금 강판의 용접 부위에 있어서의 균열의 발생을 억제하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 아연 등의 도금을 실시한 강판으로부터 전봉 강관을 제조할 때, 액체 금속 취화 방지를 위하여, 스트립 단부의 맞댐부의 도금을 제거하는 기술이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2006-265671호 공보 일본 특허 공개 제2008-231493호 공보 일본 특허 공개 평05-277552호 공보

이와 같이 스폿 용접 부위의 균열의 대책은 검토되어 있기는 하지만, 일부의 아연계 도금 강판의 스폿 용접 조인트에 있어서, 또는 일부의 비도금 강판과 아연계 도금 강판의 스폿 용접 조인트에 있어서, 여전히, 원하는 인장 강도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 그래서 본 발명자들은, 이 이유에 대하여 조사하였다.

도 2에, 아연계 도금 강판에 스폿 용접을 행한 후의 용접 부위에 있어서의, 너깃을 포함하는 판 두께 방향의 단면의 개략도를 도시한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 원하는 인장 강도가 얻어지지 않는 스폿 용접 조인트에는, 강판의 중첩면의 코로나 본드 직외의 균열(6)이 발생되어 있었다. 또한, 코로나 본드의 너깃 근처의 균열(7)이 발생한 것도 있었다.

그리고, 스폿 용접 직전에 있어서의 용접 전극과 피용접 부재의 위치 관계에 있어서, 다음의 (a) 내지 (d)와 같은 외란 인자가 존재하는 상태에서 용접을 행하는 경우에, 강판이 중첩된 내면측에서 발생하는 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열이 발생하기 쉽다는 것을 알 수 있었다.

(a) 용접 전극의 축심과, 해당 용접 전극과 접촉하는 강판 표면의 수선이 비평행인 상태

(b) 한쪽 용접 전극 선단부로부터 한쪽 강판 표면까지의 거리와, 다른 쪽 용접 전극 선단부로부터 다른 쪽 강판 표면까지의 거리가 상이한 상태

(c) 한쪽 상기 용접 전극의 축심의 연장선에 대하여, 다른 쪽 상기 용접 전극의 축심이 어긋나 있는 상태

(d) 용접 부위의 중첩면 사이에 간극을 가진 상태

상기와 같은 외란 인자가 존재하는 경우, 용접 전극의 가압 유지 종료 후(전극 개방 후)에 있어서, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처에, 잔류 응력이 높아지는 부위가 발생한다. 이 현상에 대하여, 본 발명자들은, 당해 부위의 강판의 결정립계에, 용융된 아연계 도금이 침입하여, 입계 강도를 저하시켜, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열을 발생시켰다고 생각하였다.

종래, 용접 전극 사이의 통전 종료 후, 곧바로, 강판과 용접 전극을 비접촉으로 하고 있었다. 그러나, 통전 종료 후에 용접 전극의 가압 유지를 계속하고, 전극 개방 전에 용융된 아연계 도금을 응고시킨 바, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열이 발생하지 않는 경우가 있음을 알아내었다. 또한, 피용접 부재인 강판에 대하여 용접 전극을 접촉시키고 나서 용접 통전을 개시하기까지의 스퀴즈 시간을 소정의 시간 이상으로 한 바, 상기와 같은 외란 인자가 있는 경우에도, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열이 발생하지 않는 경우가 있음을 알아내었다.

또한 본 발명자들은, 가압 유지를 계속하면, 조인트 강도가 저하되는 경향을 알아내었으며, 균열을 억제할 수 있고, 또한 조인트 강도도 떨어뜨리지 않는 가압 유지의 시간을 검토한 바, 용접 전극의 가압 유지의 시간 및 스퀴즈 시간을 총판 두께의 함수로 함으로써, 균열을 억제할 수 있음과 함께 충분한 조인트 강도가 얻어지는 것을 알아내게 되었다.

본 발명은, 아연계 도금 강판을 포함하는 판 조합의 스폿 용접에 있어서, 다양한 외란 인자가 존재하는 경우에도, 강판의 중첩면의 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처에 발생하는 균열을 억제하고, 고품질의 스폿 용접 조인트를 형성할 수 있는 스폿 용접 방법의 제공을 목적으로 한다.

(1) 본 발명의 일 형태에 따른 스폿 용접 방법은, 적어도 용접 부위가 중첩된 복수 매의 강판으로 구성되는 피용접 부재에 스폿 용접을 하는 방법이며, 상기 피용접 부재가, 적어도 상기 용접 부위의 중첩면이 아연계 도금으로 피복된 강판을 적어도 1매 포함하고, 상기 복수 매의 강판의 총판 두께 t(㎜)가 1.35㎜ 이상이고, 상기 피용접 부재에 용접 전극을 접촉시키고 나서 상기 용접 전극에 용접 통전을 개시하기까지의 스퀴즈 시간 St(초)가 하기 (식 1)을 만족시키고, 또한 상기 용접 전극 사이의 용접 통전 종료 시로부터 상기 용접 전극과 상기 피용접 부재를 비접촉으로 하기까지의 용접 후 유지 시간 Ht(초)가 하기 (식 2)를 만족시킨다.

0.020≤St … (식 1)

0.015t²+0.020≤Ht … (식 2)

상기 구성을 포함하는 스폿 용접 방법에 의하면, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열을 억제하고, 조인트 강도를 확보할 수 있다.

(2) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 상기 (1)에 기재된 스폿 용접 방법에 있어서, 상기 용접 유지 시간 Ht(초) 및 상기 스퀴즈 시간 St(초)가, 또한 하기 (식 3)을 만족시켜도 된다.

Ht+St≤0.20t²-0.40t+1.50 … (식 3)

상기 형태에서는, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열을 억제할 수 있을 뿐 아니라, 생산성을 확보하면서도 원하는 조인트 강도를 얻을 수 있다.

(3) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 스폿 용접 방법에 있어서, 상기 용접 전극을 상기 피용접 부재에 접촉시키기 직전에, 하기 조건 중, 하나 또는 2개 이상을 만족시켜도 된다.

(d) 용접 부위의 중첩면 사이에 간극을 가진 상태

상기 형태에 규정되는 외란 인자가 있는 경우에, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열이 현저해지지만, 상기 (1) 또는 (2)의 스폿 용접 방법에 의하면, 이러한 균열을 억제하고, 또한 조인트 강도를 확보할 수 있다.

(4) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 스폿 용접 방법에 있어서, 상기 복수 매의 강판 중 적어도 하나가, 인장 강도가 780㎫ 이상인 고강도 강판이다.

상기 형태에서는, 강판을 인장 강도가 780㎫ 이상인 고강도 강판으로 함으로써, 피용접 부재의 경량화, 고강도화가 가능해진다.

(5) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 스폿 용접 방법에 있어서, 상기 용접 통전 전에, 전 통전을 더 행하고, 상기 용접 통전 개시 시가 당해 전 통전의 통전 개시 시여도 된다.

(6) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 스폿 용접 방법에 있어서, 상기 용접 통전 후에, 후 통전을 더 행하고, 상기 용접 통전 종료 시가 당해 후 통전의 통전 종료 시여도 된다.

(7) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 스폿 용접 방법에 있어서, 상기 용접 통전 전에, 전 통전을 더 행하고, 상기 용접 통전 개시 시가 당해 전 통전의 통전 개시 시이고, 또한 상기 용접 통전 후에, 후 통전을 더 행하고, 상기 용접 통전 종료 시가 당해 후 통전의 통전 종료 시여도 된다.

이 형태에서는, 고강도 강판을 포함하는 스폿 용접 조인트에 있어서의 보다높은 강도와 인성을 확보할 수 있다.

본 발명의 상기 형태에 의하면, 아연계 도금 강판을 포함하는 판 조합의 스폿 용접에 있어서, 외란 인자가 존재하는 경우에도, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열을 억제하고, 조인트 강도를 확보할 수 있다.

도 1은 아연계 도금 강판에 스폿 용접을 행한 용접 부위의 판 두께 방향의 단면에 있어서의 균열의 개략을 도시하는 도면이다.
도 2는 아연계 도금 강판에 스폿 용접을 행한 용접 부위의 판 두께 방향의 단면에 있어서의 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열을 도시하는 개략도이다.
도 3은 스폿 용접 시의 용접 전극의 타각 및 스퀴즈 시간과 응력 변화의 관계성을 나타내는 그래프이다.
도 4는 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열에 관한, 총판 두께 t와 용접 후 유지 시간 Ht의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 십자 인장 강도(CTS)에 관한, 총판 두께 t에 대한 용접 후 유지 시간 Ht와 스퀴즈 시간 St의 합의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 용접 전극의 축심과, 해당 용접 전극과 접촉하는 강판 표면의 수선이 비평행인 상태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 대향하는 용접 전극의 각 선단부로부터 각 강판 표면까지의 각 거리가 상이한 상태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 한쪽 상기 용접 전극의 축심의 연장선에 대하여, 다른 쪽 상기 용접 전극의 축심이 어긋나 있는 상태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 9는 용접 부위의 중첩면 사이에 간극을 가진 상태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 10은 용접 전극의 축심과, 해당 용접 전극과 접촉하는 강판 표면의 수선이 비평행인 상태에서 스폿 용접을 행한 용접 부위의 단면 사진이다.
도 11은 대향하는 용접 전극의 각 선단부로부터 각 강판 표면까지의 각 거리가 상이한 상태에서 스폿 용접을 행한 용접 부위의 단면 사진이다.
도 12는 한쪽 상기 용접 전극의 축심의 연장선에 대하여, 다른 쪽 상기 용접 전극의 축심이 어긋나 있는 상태에서 스폿 용접을 행한 용접 부위의 단면 사진이다.
도 13은 용접 부위의 중첩면 사이에 간극을 가진 상태에서 스폿 용접을 행한 용접 부위의 단면 사진이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태를 설명하지만, 본 발명이 이들 실시 형태에만 한정되지 않는 것은 자명하다.

(제1 실시 형태)

본 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법은, 적어도 용접 부위가 중첩된 복수 매의 강판으로 구성되는 피용접 부재에 스폿 용접을 하는 방법이다. 당해 스폿 용접 방법에서는, 상기 복수 매의 강판 중 적어도 하나에 대하여, 적어도 상기 용접 부위의 중첩면이 아연계 도금으로 피복된다. 또한, 당해 스폿 용접 방법에서는, 상기 복수 매의 강판의 총판 두께 t(㎜)가 1.35㎜ 이상이다.

본 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법은, 용접 전극을 상기 피용접 부재에 접촉시키고 나서 용접 통전을 개시하기까지의 스퀴즈 시간 St(초)가 하기 (식 1)을 만족시키고, 또한 상기 용접 전극 사이의 용접 통전 종료 시로부터 상기 용접 전극과 상기 피용접 부재를 비접촉으로 하기까지의 용접 후 유지 시간 Ht(초)가 하기 (식 2)를 만족시킨다.

0.020≤St … (식 1)

0.015t²+0.020≤Ht … (식 2)

본 실시 형태에 있어서, 스퀴즈 시간 St란, 피용접 부재인 강판의 표면에 용접 전극을 접촉시킨 시점으로부터, 용접 통전을 개시하는 시점까지의 시간을 의미한다. 용접 통전을 개시하는 시점은, 용접되는 강판의 중첩면끼리가 용접 부위에 있어서 접촉하여, 전극의 가압력이 상승한 시점을 의미한다.

본 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법에 있어서, 스퀴즈 시간 St는 (식 1)로 정의되는 0.020초 이상의 범위로 한다. 이 식은, 실험적으로 구해진 식이며, 스퀴즈 시간 St가 (식 1)의 범위이면, 용접 전극의 축심이 강판의 표면에 대하여 경사를 갖고 있는 경우나 용접 부위의 중첩면 사이에 간극이 있는 경우에도, 이들 외란 인자의 영향을 삭감하는 효과가 충분히 있다. 그 결과, 용접 후에 용접 전극을 해방했을 때의 인장 응력을 완화시킬 수 있어, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열을 억제할 수 있다.

여기서, 외란 인자로서 용접 전극의 타각(강판 표면의 수선에 대한 용접 전극의 축심의 각도)을 5°로 설정하여 스폿 용접을 행했을 때의 응력 변화에 관한 실험예를 도 3에 나타낸다. 도 3에서는, 외란 인자가 없는 상태와, 외란 인자 (타각 5°)가 있고, 스퀴즈 시간 St가 0.01초 및 0.10초인 상태에 있어서, 용접 후에 용접 전극을 해방하기 전후에서의 응력의 변화가 나타나 있다.

도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 외란 인자가 있음으로써 전극 해방 시에 인장 응력이 발생하지만, 스퀴즈 시간 St를 (식 1)로 정의되는 범위로 함으로써, 이 인장 응력을 완화시킬 수 있다.

다음으로, (식 2)에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법에 있어서, (식 2)로 정의되는 것과 같이, 유지 시간 Ht는 복수 매의 강판의 총판 두께 t의 함수로서 정의된다.

총판 두께 t와 용접 후 유지 시간 Ht의 관계를 정의하는 (식 2)는, 실험적으로 구해진 식이다. 도 4에, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열에 관한, 총판 두께 t와 용접 후 유지 시간 Ht의 관계를 나타낸다. 도 4는, 후술하는 실시예 및 다양한 판 조합에서의 실험 결과로부터 작성된 것이다. 또한, 총판 두께 1.35㎜ 미만의 피용접 부재에 있어서는, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열의 발생률이 적기 때문에, (식 1)은 총판 두께 1.35㎜ 이상의 경우에 적용하는 것으로 하였다.

실시예에 있어서 상세히 설명하겠지만, 도 4에 나타나는 결과는, 아연계 도금이 피복된 다양한 강종의 강판을 2매 사용하여 스폿 용접할 때, 강판의 총판 두께 t와, 용접 전극 사이의 용접 통전 종료 시로부터 용접 전극과 피용접 부재를 비접촉으로 하기까지의 용접 후 유지 시간 Ht를 다양하게 변경하여 실시한 것이다. 그리고, 얻어진 용접 조인트에 대하여, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열의 유무를 확인한 것이다. 또한, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열은, 너깃을 포함하는 판 두께 방향의 단면을 관찰하여 확인하였다.

도 4에 나타내는, 동그라미 표시된 마커의 총판 두께 t와 용접 후 유지 시간 Ht에 있어서는, 용접 조인트에 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열은 없었다. 이에 비해, 네모 표시된 마커의 총판 두께 t와 용접 후 유지 시간 Ht에 있어서는, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열이 보였다. 이 결과로부터, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열이 발생하는 경계(동그라미 표시된 마커와 네모 표시된 마커의 경계)를 (식 1)로 정의할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

총판 두께 t에 대하여, 용접 후 유지 시간 Ht를 (식 1)로 정의되는 범위로 함으로써, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열이 없어지는 이유는, 다음과 같이 생각된다.

먼저, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 용접 잔류 응력이 높아지는 부위는, 스폿 용접 시에 용접 전극에 의하여 찌부러지는 과정에서 압축 상태에 있지만, 용접 전극이 강판 표면으로부터 떨어지면 인장 상태로 되어 인장 응력이 발생한다. 이는, 상술한 도 3으로부터도 알 수 있다. 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열의 발생은, 코로나 본드 직외에서 용융된 아연계 도금 금속이, 용접 후에 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 용접 잔류 응력이 높은 부위의 강판의 결정립계에 침입하여, 입계 강도를 저하시킴으로써 일어난다.

잔류 응력이 높아지는 부위가 발생하는 것은, 용접 전극이 강판 표면으로부터 떨어진 후(전극 개방 후)이기 때문에, 통전 종료 후에 용접 전극의 가압 유지를 계속(용접 후 유지 시간 Ht를 연장)하고, 전극 개방 전에 용융된 아연계 도금을 응고시킴으로써, 용융된 아연계 도금이 용접 잔류 응력이 높은 부위의 강판의 결정립계에 침입하지 않아, 균열을 억제할 수 있다. 그리고, 아연계 도금의 응고는, 강판의 냉각 용이성, 즉, 피용접 부재의 총판 두께 t에 관계되기 때문에, 용접 전극의 용접 후 유지 시간 Ht를 총판 두께 t의 함수로서 조정함으로써, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열을 억제할 수 있다.

상기 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법에 의하면, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열을 억제하고, 조인트 강도의 확보를 할 수 있다.

(제2 실시 형태)

다음으로, 본 발명에 따른 다른 실시 형태에 대하여 설명한다. 이 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법은, 기본적으로는 상기 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

본 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법은, 적어도 용접 부위가 중첩된 복수 매의 강판으로 구성되는 피용접 부재에 스폿 용접을 하는 방법에 있어서, 상기 복수 매의 강판 중 적어도 하나에 대하여, 적어도 상기 용접 부위의 중첩면이 아연계 도금으로 피복되고, 상기 복수 매의 강판의 총판 두께 t(㎜)가 1.35㎜ 이상이고, 상기 피용접 부재에 용접 전극을 접촉시키고 나서 상기 용접 전극에 용접 통전을 개시하기까지의 스퀴즈 시간 St(초)가 하기 (식 1)을 만족시키고, 또한 상기 용접 전극 사이의 용접 통전 종료 시로부터 상기 용접 전극과 상기 피용접 부재를 비접촉으로 하기까지의 용접 후 유지 시간 Ht(초)가 하기 (식 2)를 만족시키고, 상기 용접 유지 시간 Ht(초) 및 상기 스퀴즈 시간 St(초)가, 또한 하기 (식 3)을 만족시킨다.

0.020≤St … (식 1)

0.015t²+0.020≤Ht … (식 2)

Ht+St≤0.20t²-0.40t+1.50 … (식 3)

본 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법에 있어서, 유지 시간 Ht와 스퀴즈 시간 St의 합은, (식 3)에서 정의되는 것과 같이, 복수 매의 강판의 총판 두께 t의 함수로서 정의된다.

용접 유지 시간 Ht 및 스퀴즈 시간 St를 정의하는 (식 3)은, 실험적으로 구해진 식이다. 도 5에, 용접 후의 피용접 부재의 조인트 강도에 있어서의, 총판 두께 t에 대한 용접 후 유지 시간 Ht와 스퀴즈 시간 St의 합의 관계를 나타낸다. 도 5는, 후술하는 실시예 및 다양한 판 조합에서의 실험 결과로부터 작성된 것이며, 다양한 조건은 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 도 5에는, 얻어진 용접 조인트에 대하여, 박리 방향으로 인장 하중을 부하하고 측정하는 십자 인장 강도(CTS)를 확인한 결과를 나타낸다. 또한, 십자 인장 강도(CTS)는, JIS Z3137에 규정되어 있는 방법에 의하여 확인하였다.

도 5의 네모 표시된 마커의 총판 두께 t에 대한 용접 후 유지 시간 Ht와 스퀴즈 시간 St의 합에 있어서는, 용접 조인트에 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열은 없지만, CTS의 저하가 비교적 컸다. 이 결과로부터, 충분한 CTS가 얻어지는 경계(네모 표시된 마커와 동그라미 표시된 마커의 경계)를 (식 3)으로 정의할 수 있음을 알 수 있었다.

상기와 같이, 실험적으로, 총판 두께 t에 대한 용접 후 유지 시간 Ht와 스퀴즈 시간 St의 합이 (식 3)을 만족시키는 경우, CTS의 저하가 보다 작다는 것을 알 수 있었다. 총판 두께 t에 대하여, 용접 후 유지 시간 Ht와 스퀴즈 시간 St의 합을 (식 3)에서 정의되는 범위로 함으로써, 충분한 CTS를 얻을 수 있는 이유는, 이하와 같이 생각된다.

스퀴즈 시간 St가 긴 경우에는, 외란 인자를 억제하는 효과가 커진다. 이 경우, 유지 시간 Ht가 짧아짐으로써, 용접부의 냉각 속도가 지나치게 빨라지지 않아, 너깃과 열 영향부의 경도가 증가하지 않기 때문에, 십자 인장 강도가 저하되지 않는다. 한편, 스퀴즈 시간 St가 짧은 경우에는, 생산성이 향상됨과 함께, 유지 시간 Ht를 길게 함으로써, 충분한 인성이 얻어져, 충분한 조인트 강도를 얻을 수 있다.

즉, 상기 구성을 포함하는 스폿 용접 방법에 의하면, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열을 억제할 수 있을 뿐 아니라, 생산성을 확보하면서도 원하는 조인트 강도를 얻을 수 있다.

상기 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법에서는, 용접 전극을 피용접 부재에 접촉시키기 직전에 있어서, 이하의 외란 인자 (a) 내지 (d)의 조건 중, 하나 또는 2개 이상의 조건을 만족시키는 경우에도, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열을 억제하고, 또한 조인트 강도를 확보할 수 있다.

외란 인자 (a): 용접 전극의 축심과, 해당 용접 전극과 접촉하는 강판 표면의 수선이 비평행인 상태

스폿 용접에 있어서, 강판 표면에 대하여 용접 전극을 수직으로 접촉시키는 것이 기본이다. 그러나, 피용접 부재에 용접 부위가 복수 있어서, 다양한 용접 자세로 용접할 것을 요하는 경우가 있다. 이러한 경우, 스포트 용접기의 티칭 불량이나 작업 시간의 제약 등으로 인하여, 용접 자세를 바로잡는 시간을 확보할 수 없어서, 용접 전극의 축심과, 당해 용접 전극과 접촉하는 강판 표면이 수직으로부터 경사진 그대로 스폿 용접하고 있는 경우가 있다. 도 6의 (a)에, 용접 전극(8)의 축심(9)과, 해당 용접 전극(8)과 접촉하는 강판(1)의 표면 수선(10)이 비평행인 상태의 개략도를 도시한다.

상기와 같이, 용접 전극(8)의 축심(9)과, 해당 용접 전극(8)과 접촉하는 강판(1)의 표면의 각도가 수직으로부터 벗어난 상태에서 용접하는 경우에는, 해당 용접 전극(8)과 접촉하는 강판(1)의 표면 수선(10)에 대하여 용접 전극(8)의 축심(9)이 타각이라는 각도를 갖는다. 이 타각이 0°보다 큰 상태(용접 전극(8)의 축심(9)이 강판(1)의 표면에 대하여 수직이 아닌 상태)에서 용접 전극(8)을 강판(1)의 표면에 접촉시키면, 도 6의 (b)와 같이 강판(1)이 변형된다. 이러한 변형에 의하여, 코로나 본드의 근방에 비교적 응력이 높아지는 부위가 발생하고, 이 부위에 균열이 발생하기 쉬워진다.

타각이 3° 이상인 경우에, 특히 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열이 발생하기 쉽지만, 상기 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태의 스폿 용접 방법에서는, 이들 균열의 억제 효과가 있다. 또한, 타각이 5° 이상인 경우, 또한 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열이 발생하고 조인트 강도가 현저히 저하되는 경향이 있는데, 상기 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태의 스폿 용접 방법에서는, 이러한 품질 저하도 억제할 수 있다.

외란 인자 (b): 한쪽 용접 전극 선단부로부터 한쪽 강판 표면까지의 거리와, 다른 쪽 용접 전극 선단부로부터 다른 쪽 강판 표면까지의 거리가 상이한 상태

스폿 용접 중에, 용접 전극 끼워넣기에 대하여, 보유 지지된 판의 중심 위치를 유지하기 위하여, 이퀄라이징 기구를 설치하는 경우가 있다. 이퀄라이징 기구를 설치하는 경우, 그만큼 스폿 용접 건이 대형화되고, 용접 로봇을 그에 대응한 것으로 해야만 하여, 용접 로봇의 비용이 높아진다. 그 때문에, 스폿 용접 건에 이퀄라이징 기구를 설치하지 않고 용접하는 경우가 있다.

이 경우, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 용접 전극(8)을 피용접 부재(강판(1))에 접촉시키기 직전에 있어서, 한쪽 용접 전극(8)의 선단부로부터, 해당 선단부에 가장 가까운 강판(1)의 표면까지의 거리와, 다른 쪽 용접 전극(8)의 선단부로부터 해당 선단부에 가장 가까운 강판(1)의 표면까지의 거리가 상이한 상태에 있다. 이러한 상태에서 용접 전극(8)의 접촉·가압을 행하면, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 용접 부위에 있어서, 한쪽 강판(1)(도 7의 경우에는, 상측의 강판(1))이 다른 쪽 강판(1)측으로 변형된다. 이와 같이 변형된 상태에서 용접을 행하면, 코로나 본드의 근방에 국소적인 응력이 발생한다. 그리고, 이 부위에 균열이 발생하기 쉬워진다.

상기와 같이, 스폿 용접 건에 이퀄라이징 기구를 설치하지 않고 용접하는 경우나, 피용접 부재의 구성상, 용접 전극과 강판 표면의 거리를 적절히 설정할 수 없는 경우에는, 용접 전극의 축심 방향에 있어서, 스폿 용접 건과 피용접 부재의 위치 어긋남이 흡수되지 않아, 코로나 본드 직외나 코로나 본드의 너깃 근처의 균열이 발생하기 쉽다. 이러한 경우에도, 상기 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태의 스폿 용접 방법에서는, 코로나 본드 직외나 코로나 본드의 너깃 근처의 균열의 억제 효과가 있다.

외란 인자 (c): 한쪽 상기 용접 전극의 축심의 연장선에 대하여, 다른 쪽 상기 용접 전극의 축심이 어긋나 있는 상태

다수의 타점을 용접하면, 용접 전극축의 좌굴이나 스폿 용접 건의 가동부의 마모에 의하여, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 한쪽 상기 용접 전극(8)의 축심(9)의 연장선에 대하여, 다른 쪽 상기 용접 전극(8)의 축심(9)이 어긋나 있어, 전극심 어긋남이 발생하는 경우가 있다. 이러한 전극심 어긋남이 발생한 그대로 용접을 행하면, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같은 변형이 가해져, 코로나 본드의 근방에서 응력이 발생하는 경우가 있다.

용접 전극의 전극심 어긋남이 0.5㎜ 이상인 경우, 특히, 코로나 본드 직외나 코로나 본드의 너깃 근처의 균열이 발생하기 쉽다. 그러나, 상기 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태의 스폿 용접 방법에서는, 이들 균열의 억제 효과가 있다. 또한, 용접 전극의 전극심 어긋남이 1㎜ 이상이어서, 보다 큰 응력이 발생하는 경우에도, 상기 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태의 스폿 용접 방법에 의한 균열의 억제 효과가 있다.

외란 인자 (d): 용접 부위의 중첩면 사이에 간극을 가진 상태

도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 강판(1) 사이에 다른 부재(11)가 삽입되어 있는 경우 등, 용접 부위의 중첩면의 강판(1) 사이에 간극(이하, 「판 간극」이라고도 함)을 가진 그대로 스폿 용접하는 경우가 있다. 이러한 판 간극이 존재하는 상태에서 접촉·가압을 하면, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이, 용접 부위에 있어서, 강판(1)의 국소적인 변형이 보인다. 이와 같이 변형된 상태에서 용접을 행하면, 코로나 본드의 근방에 국소적인 응력이 발생한다. 그리고, 이 부위에 균열이 발생하기 쉬워진다.

피용접 부재에 있어서, 용접 전극의 타점 위치에 있어서의 축심 방향의 판 간극이 0.2㎜ 이상인 경우, 특히, 코로나 본드 직외나 코로나 본드의 너깃 근처의 균열이 발생하기 쉽다. 이러한 경우에도, 상기 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태의 스폿 용접 방법에서는, 이러한 균열의 억제 효과가 있다. 또한 판 간극이 1㎜ 이상, 나아가 2㎜ 이상이어서, 보다 큰 응력이 발생하는 경우에도, 상기 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태의 스폿 용접 방법에 의한 균열의 억제 효과가 있다.

다음으로, 상기 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법에 대하여, 추가로, 필요한 요건이나 바람직한 요건에 대하여 순차 설명한다. 먼저, 피용접 부재에 대하여, 설명한다.

(피용접 부재)

상기 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법에서는, 피용접 부재로서, 용접 부위가 중첩된 복수 매의 강판이며, 그 중 적어도 1매 이상의 강판이, 아연계 도금이 피복된 강판인 것을 준비하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 아연계 도금이 피복된, 인장 강도 780㎫ 이상, Ceq가 0.15질량% 이상, 판 두께 0.5 내지 3.0㎜의 강판을 2매 준비하도록 해도 된다.

피용접 부재에 대하여 스폿 용접을 행하는 경우, 2매의 강판을 중첩시키고, 양측으로부터, 2매의 강판을 물듯이, 구리 합금 등을 포함하는 전극을 압박하면서 통전하여, 용융 금속을 형성하고, 통전의 종료 후에 수랭된 전극에 의한 히트 싱크나 강판 자체로의 열전도에 의하여, 용융 금속을 급속히 냉각하여 응고시켜, 강판 사이에, 단면 타원 형상의 너깃을 형성한다.

스폿 용접의 조건의 일례로서, 전극을 돔 래디어스형의 선단 직경 6 내지 8㎜의 것으로 하고, 가압력 1.5 내지 6.0kN, 통전 시간 5 내지 50 사이클(전원 주파수 50㎐), 통전 전류 4 내지 15㎄로 해도 된다.

스폿 용접되는 피용접 부재는, 적어도 용접 부위가 중첩된 복수 매의 강판으로 구성되고, 그 중 적어도 1매 이상의 강판 중첩면에 아연계 도금이 피복되어 있으면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 모든 스폿 용접되는 강판의 중첩면에 아연계 도금이 피복된 복수 매의 강판이나, 스폿 용접되는 강판의 중첩면에 아연계 도금이 피복된 강판과 스폿 용접되는 강판에 아연계 도금이 피복되어 있지 않은 강판을 포함하는 복수 매의 강판 등이 예시된다.

또한, 스폿 용접되는 중첩면에 아연계 도금이 피복된 강판에 있어서, 스폿 용접되는 강판의 중첩면과 반대측의 면, 즉, 용접 전극과의 접촉면에 아연계 도금이, 피복되어 있어도, 피복되어 있지 않아도 된다. 단, 스폿 용접 조인트의 내식성을 고려하면, 용접 전극과의 접촉면에도 아연계 도금이 피복되어 있는 것이 바람직하다.

스폿 용접되는 복수 매의 강판으로서, 도 6 내지 9에서는, 2매의 강판의 예를 기재하고 있지만, 접합하는 구조 부품의 형태에 따라, 3매 이상의 복수 매의 강판으로 할 수 있다. 스폿 용접되는 각 강판의 판 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 0.5 내지 3.0㎜로 할 수 있다. 또한, 복수 매의 강판 전체의 총판 두께 t는, 1.35㎜ 이상으로 하며, 상한은 특별히 한정되는 것은 아니고, 총판 두께 t를 7.0㎜ 이하로 할 수 있다.

보다 바람직한 총판 두께 t의 하한값은, 2.4㎜ 이상이고, 더욱 바람직하게는 2.7㎜ 이상이다. 더욱 바람직한 총판 두께 t의 상한값은, 4.0㎜ 이하이고, 더욱 바람직하게는, 3.2㎜ 이하이다. 총판 두께 t를 이 범위로 함으로써, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열을 억제하고, 조인트 강도를 확보하며, 나아가 피용접 부재의 경량화·고강도화를 도모할 수 있다.

또한, 강판은, 적어도 일부에 판상부를 갖고, 당해 판상부가 서로 적층되는 부분을 갖는 것이면 되며, 전체가 판이 아니어도 된다. 또한, 복수 매의 강판은, 각각의 강판으로 구성되는 것에 한정되지 않으며, 1매의 강판을 관상 등의 소정의 형상으로 성형한 것을 중첩한 것이어도 된다.

또한, 스폿 용접되는 피용접 부재의 강판은, 성분 조성이나, 금속 조직 등, 특별히 한정되는 것은 아니다. 단, 용접되는 중첩면에 아연계 도금이 피복된 강판, 또는 아연계 도금이 피복된 강판과 아연계 도금을 개재하여 중첩되어 있는 강판에 비하여, TRIP 강판 등에서는 특히 상기 균열이 발생하기 쉽지만, 그 이외의 고강도 강판이며 Ceq가 0.15질량% 이상인 강판을 사용했을 때 등에도, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처에서의 균열이 발생하기 쉽기 때문에, 본 발명의 용접법에 있어서, 특히, 이러한 강판을 대상으로 해도 된다.

Ceq는 하기 (식 4)와 같이 정의된다.

Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2 [P]+4 [S] … (식 4)

단, [C], [Si], [Mn], [P], [S]는, C, Si, P 및 S의 함유량(질량%)이다.

경량화 및 고강도화의 관점에서는, 바람직한 Ceq는 0.18질량% 이상이고, 보다 바람직한 Ceq는 0.20질량% 이상이다.

또한, 용접되는 강판에 피복되는 아연계 도금은, 아연을 포함하는 도금이면, 특별히 한정하는 것이 아니며, 예를 들어, 도금종으로서, 합금화 용융 아연 도금, 용융 아연 도금, 전기 아연 도금, 아연·니켈 도금이 예시된다. 또한, 아연·알루미늄·마그네슘계의 도금도 포함할 수 있다.

(전 통전 및 후 통전)

상기 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법에서는, 용접 통전 전에, 전 통전을 더 행해도 된다. 전 통전에 있어서는, 용접 통전 전에, 피용접 부재인 2매의 강판을 중첩시키고, 양측으로부터 2매의 강판을 물듯이, 용접 전극에 의하여 가압하고, 전류값을 전 통전 전류 I_f(㎄)라 하고, 전류값이 전 통전 전류 I_f(㎄)인 상태를 전 통전 시간 t_f(msec) 유지하는 전 통전을 행한다. 전 통전 전류 I_f(㎄) 및 전 통전 시간 t_f(msec)는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 플래시의 발생을 억제하기 위하여, 전 통전 전류 I_f(㎄)는, 용접 통전의 전류 I_W(㎄)의 0.4배 이상, 용접 통전의 전류 I_W(㎄) 미만, 전 통전 시간 t_f(msec)는, 20msec 이상이 예시된다.

전 통전 시간 t_f(msec)가 경과되면, 용접 전극의 가압을 유지한 그대로, 전류값을 0(제로)으로 하고, 전류값이 0(제로)인 상태를 전 통전 후 냉각 시간 t_C(msec) 유지한다. 전 통전 후 냉각 시간 t_C(msec)는 0msec 이상 250msec 미만이 예시된다. 또한, 전 통전의 개시 시에, 전류값을 곧바로 전 통전 전류 I_f(㎄)로 하지 않고, 전류값이 전 통전 전류 I_f(㎄)로 되기까지, 전류값을 0(제로)으로부터 점증(업슬로프)시켜도 된다. 냉각 후, 용접 전극의 가압을 유지한 그대로, 전류값을 용접 통전의 전류 I_W(㎄)로 하고 용접을 행하도록 해도 된다.

전 통전을 행하는 경우, 용접 통전 개시 시가 전 통전의 통전 개시 시이다.

상기 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법에서는, 용접 통전 후에, 후 통전을 더 행해도 된다. 후 통전에 있어서는, 용접 통전이 종료된 후, 용접 전극의 가압을 유지한 그대로, 전류값을 0(제로)으로 하고, 전류값이 0(제로)인 상태를 용접 통전 후의 냉각 시간(응고 시간) t_S(msec) 유지하여, 용융 금속의 외주로부터 응고시키고, 내측에 미응고 영역이 남는 껍질형의 응고 영역을 형성한다. 냉각의 시간은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 후술하는 후 통전에 의하여 열 영향부의 인성을 향상시키기 위하여, 1 내지 300msec가 예시된다. 용접 통전 후의 냉각 시간 t_S(msec)가 경과되면, 용접 전극의 가압을 유지한 채, 미응고 영역이 존재하고 있을 때, 전류값을 후 통전 전류 I_P(㎄)라 하고, 전류값이 후 통전 전류 I_P(㎄)인 상태를 후 통전 시간 t_P(msec) 유지하고, 후 통전을 행한다. 후 통전 전류 I_P(㎄) 및 후 통전 시간 t_P(msec)는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 열 영향부의 인성에 크게 영향을 미치는 P, S 등의 편석을 경감시키기 위하여, 후 통전 전류 I_P(㎄)는, 용접 통전의 전류 I_W(㎄)의 0.6배 이상, 용접 통전의 전류 I_W(㎄) 이하, 후 통전 시간 t_P(msec)는, 1 내지 500msec가 예시된다.

또한, 스폿 용접의 연속 타점성의 향상을 위하여, 전류값을 0(제로)으로 하는 냉각과 후 통전을 하나의 공정으로 하고, 2회 이상 반복해도 된다. 2회 이상 반복할 때는, 1회째 공정의 냉각 시간 t_S, 후 통전 전류 I_P, 후 통전 시간 t_P와, 그 이후의 공정에 있어서의 이들 조건을 동일하게 하면, 작업 효율상 바람직하다. 또한, 후 통전에 있어서의 각 후 통전 시간 t_P의 합계는, 80 내지 2000msec가 바람직하다.

후 통전을 행하는 경우, 용접 통전 종료 시가 당해 후 통전의 통전 종료 시이다. 상기 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법에서는, 상기 전 통전 및 후 통전의 양쪽을 행해도 된다.

(미리 행하는 스폿 용접)

피용접 부재에 용접 전극 사이의 용접 통전 종료 후, 곧바로, 용접 전극과 피용접 부재를 비접촉으로 하는 스폿 용접을 미리 행하고, 코로나 본드 직외의 균열 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열을 확인하여, 균열이 발생했을 때, 이후, 그 용접 부위에 대한 용접에 있어서, 상기 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태에 따른 스폿 용접 방법으로 용접을 실시하면 된다.

피용접 부재에 미리 행하는 스폿 용접은, 용접 전극 사이의 용접 통전 종료 후, 곧바로, 용접 전극과 피용접 부재를 비접촉으로 하여, 용접 후 유지 시간 Ht를 연장하지 않고, 상술한 스폿 용접과 마찬가지로, 2매의 강판을 중첩시키고, 양측으로부터, 2매의 강판을 물듯이, 전극을 압박하면서 통전하여, 단면 타원 형상의 너깃을 형성한다. 이때의 스폿 용접의 조건은, 상술과 마찬가지의 조건을 채용할 수 있다.

그리고, 중첩면의 코로나 본드 직외의 균열 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열의 발생의 유무를 확인한다. 균열의 확인은, 예를 들어, 너깃을 포함하도록, 판 두께 방향으로 절단하고, 그 단면을 확인하여 행한다. 도 2에 도시한 바와 같은, 중첩면의 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처 중 적어도 한쪽에 균열을 확인했을 때, 상기 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태에 규정되는 조건을 만족시키도록 하고, 다시 스폿 용접을 실시하게 해도 된다.

스폿 용접 조인트의 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열의 발생의 유무를 확인하는 경우, 균열의 발생의 유무의 확인 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 너깃을 포함하는 판 두께 방향의 단면을 관찰하여 행하는 방법이나, 스폿 용접 조인트의 인장 시험을 실시하여 소정의 인장 강도가 얻어지는지 여부로 판정하여 행하는 방법을 이용할 수 있다. 또는, 스폿 용접부를 포함하는 판 두께 방향의 단면의 절단 위치에 따라서는, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열을 관찰할 수 없는 경우도 있기 때문에, X선 투과 시험을 행하여 균열을 확인해도 된다.

코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열은, 아연계 도금이 피복된 강판의 중첩면, 또는 아연계 도금이 피복된 강판과 아연계 도금을 개재하여 중첩되어 있는 강판의 면에 발생한다. 그리고, 이들 강판의 면 중, 코로나 본드 내 및 그 근방에 발생한다. 코로나 본드 내 및 그 근방이란, 상기 강판의 면 중, 코로나 본드의 너깃측 단부로부터, 코로나 본드 직경 Dc의 약 1.2배의 범위까지이다.

실시예

다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위하여 채용한 일 조건예이며, 본 발명은,이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

(실시예 1)

표 1에, 시험에 제공한 강판 A 내지 I에 대하여 나타낸다. 표 1에 나타내는 강판 A 내지 F, H 및 I는, 모두, 합금화 용융 아연 도금 강판이며, 그 양면에 아연 도금이 피복되어 있다. 강판 A 내지 F, H 및 I에 실시된 합금화 용융 아연 도금의 피복층은, 어닐링 후에 아연 도금욕에 담근 후에 합금화시키거나, 또는 아연 도금욕에 담근 후에 핫 스탬프, 혹은 아연 도금욕에 담근다는 과정을 거쳐 형성하였다.

표 2에 나타낸 바와 같은 강판의 조합에 대하여, 표 2에 나타내는 다양한 용접 조건과 외란 인자에서, 서보 건 타입의 용접기를 사용하여 스폿 용접을 행하였다. 또한, 모든 스폿 용접에 있어서, 선단부의 곡률 반경: 40(㎜)의 구리제의 돔 래디어스형이고 선단 직경 8(㎜)인 전극을 사용하여 용접하였다. 또한, 가압 중에는, 가압력을 변화시키지 않도록 하였다.

그리고, 얻어진 각각의 용접 조인트를 용접부의 중심선을 따라 절단하고, 단면을 관찰함으로써, 균열의 유무를 판단하였다. 또한, 동일한 용접 조건에서 JIS Z 3137에 규정된 방법으로, 스폿 용접 조인트의 CTS(십자 인장력)를 측정하였다. 표 3에, (식 2)로 정의되는 용접 후 유지 시간 Ht의 하한값(Ht min), (식 3)으로 정의되는 「유지 시간 Ht와 스퀴즈 시간 St의 합」의 최댓값(Ht+St max), 그리고 균열의 유무, CTS 및 용접 조인트 강도비의 결과를 나타낸다.

용접 조인트 강도비는, 용접 후 유지 시간 Ht 또는 스퀴즈 시간 St 이외의 용접 조건과 외란 인자를 동일하게 하여 형성한 스폿 용접 조인트의 CTS를 기준으로 한 비이다. 예를 들어, 번호 1a의 용접 조인트 강도비는, 용접 후 유지 시간 Ht 이외에는 동일한 용접 조건에서 스폿 용접 조인트를 형성한 번호 1의 CTS로부터 번호 1a의 CTS를 감산하고, 번호 1의 CTS로 나눈 값에, 100을 곱하여 얻어진 수치이다. 마찬가지로 번호 2b의 용접 조인트 강도비는, 번호 2의 CTS를 기준으로 하여 계산되는 값이다. 또한, 용접 조인트 강도비가 30% 이상인 경우, CTS가 저하되었다고 판정하였다.

표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 번호 1 내지 16, 번호 1a 내지 6a 및 번호 10a 내지 16a의 결과에서는, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처에 균열이 발생하지 않았다. 이는, 스퀴즈 시간 St가 (식 1)을 만족시키고, 또한 총판 두께 t와 용접 후 유지 시간 Ht의 관계가 (식 2)를 만족시키기 때문이라고 생각된다.

이에 비해, 번호 1b 내지 9b 및 번호 12b 내지 16b에서는, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처에 균열이 발생하였다. 이 균열에 의하여, CTS의 저하도 발생한 경우가 있었다. 이는, 총판 두께 t와 용접 후 유지 시간 Ht의 관계가 (식 2)를 만족시키지 않기 때문이라고 생각된다.

또한, 번호 1c, 3c, 10c 및 11c에서는, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처에 균열이 발생하여, 충분한 CTS가 얻어지지 않았음을 알 수 있다. 이는, 스퀴즈 시간 St가 (식 1)을 만족시키고 있지 않기 때문이라고 생각된다. 번호 11c의 실험예에서는, 스퀴즈 시간 St가 (식 1)을 만족시키지 않고, 또한 총판 두께 t와 용접 후 유지 시간 Ht의 관계가 (식 2)를 만족시키고 있지 않다.

또한, 번호 1a 내지 6a 및 번호 10a 내지 16a의 결과에서는, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열은 확인되지 않기는 했지만, 접합 강도비가 높고, 번호 1 내지 16에 비하여 CTS가 낮은 경향이 있다. 이는, 총판 두께 t와 「용접 후 유지 시간 Ht+스퀴즈 시간 St」의 관계가 (식 3)을 만족시키고 있지 않기 때문이라고 생각된다.

(실시예 2)

표 4에 시험에 제공한 강판 A에 대하여 나타낸다. 강판 A는, 합금화 용융 아연 도금 강판이며, 그 양면에 아연 도금이 피복되어 있다. 강판 A에 실시된 합금화 용융 아연 도금의 피복층의 조성은 실시예 1과 마찬가지이다.

표 5에 나타낸 바와 같이, 2매의 강판 A의 조합에 대하여, 다양한 용접 조건과 외란 인자에서, 서보 건 타입의 용접기를 사용하여 스폿 용접을 행하였다. 또한, 모든 스폿 용접에 있어서, 선단부의 곡률 반경: 40(㎜)의 구리제의 돔 래디어스형이고 선단 직경 8(㎜)인 전극을 사용하여 용접하였다. 또한, 가압 중에는, 가압력을 변화시키지 않도록 하였다.

그리고, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의하여, 스폿 용접 조인트의 균열의 유무의 확인과, CTS의 측정을 하였다. 표 6에, (식 2)으로 정의되는 용접 후 유지 시간 Ht의 하한값(Ht min), (식 3)으로 정의되는 「유지 시간 Ht와 스퀴즈 시간 St의 합」의 최댓값(Ht+St max), 그리고 균열의 유무, CTS 및 용접 조인트 강도비를 나타낸다. 또한, 용접 조인트 강도비가 30% 이상인 경우, CTS가 저하되었다고 판정하였다.

표 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 번호 1 내지 8 및 번호 1a 내지 8a의 결과에서는, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처에 균열이 발생하지 않았다. 이는, 스퀴즈 시간 St가 (식 1)을 만족시키고, 또한 총판 두께 t와 용접 후 유지 시간 Ht의 관계가 (식 2)를 만족시키기 때문이라고 생각된다.

이에 비해, 번호 1b 내지 8b에서는, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처에 균열이 발생하였다. 이는, 총판 두께 t와 용접 후 유지 시간 Ht의 관계가 (식 2)를 만족시키지 않기 때문이라고 생각된다.

또한, 번호 1c 내지 8c에서도, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처에 균열이 발생하였다. 스퀴즈 시간 St가 (식 1)을 만족시키고 있지 않기 때문이라고 생각된다. 번호 8c의 실험예에서는, 스퀴즈 시간 St가 (식 1)을 만족시키지 않고, 또한 총판 두께 t와 용접 후 유지 시간 Ht의 관계가 (식 2)를 만족시키고 있지 않다.

또한, 번호 1a 내지 8a의 결과에서는, 코로나 본드 직외 또는 코로나 본드의 너깃 근처의 균열은 확인되지 않기는 했지만, 접합 강도비가 높고, 번호 1 내지 8에 비하여 CTS가 낮은 경향이 있다. 이는, 총판 두께 t와 「용접 후 유지 시간 Ht+스퀴즈 시간 St」의 관계가 (식 3)을 만족시키고 있지 않기 때문이라고 생각된다.

다음으로, 각 외란 인자에 의한, 용접 부위의 변형 형태에 대하여 설명한다. 도 10은, 타각 5°로 스폿 용접을 행한 용접 부위에 있어서의, 판 두께 방향의 단면을 광학 현미경으로 촬영한 단면 사진이다. 타각을 가짐으로써, 너깃의 좌우에서 강판의 변형의 모습이 상이하다는 것을 알 수 있다.

도 11은, 이퀄라이징 기구를 설치하지 않고 강판과 전극 사이에 1㎜의 클리어런스를 설정하고 스폿 용접을 행한 경우의 단면 사진이다. 용접 부위에 있어서, 하측의 강판과 상측의 강판의 변형의 모습이 상이하다는 것을 알 수 있다.

도 12는, 용접 전극의 축심이 1.5㎜ 어긋난 상태에서 스폿 용접을 행한 경우의 단면 사진이다. 상하의 인덴테이션이 비대칭이라는 것을 알 수 있다.

도 13은, 용접 부위의 중첩면 사이에, 편측에 타점으로부터 20㎜의 장소에 높이 2㎜의 판 간극이 있는 상태에서 스폿 용접을 행한 경우의 단면 사진이다. 너깃의 좌우에서 강판의 변형의 모습이 상이하다는 것을 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 스폿 용접에 있어서, 용접 전극의 용접 후 유지 시간을 총판 두께의 함수로 하므로, 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처의 균열의 억제와 조인트 강도의 확보를 하는 것이 가능하다. 특히, 자동차용의 아연계 도금 고강도 강판을 포함하는 복수 매의 강판을 대상으로 하여, 조인트의 강도에 직접 영향을 주는, 강판의 중첩면의 코로나 본드 직외 및 코로나 본드의 너깃 근처에 발생하는 액체 금속 균열을 방지하고, 조인트 강도를 확보할 수 있는 스폿 용접 방법에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은, 산업상 이용가능성이 높은 것이다.

1: 강판
2: 너깃
3: 강판의 표면으로부터 너깃을 향하여 진전되는 균열
4: 열 영향부
5: 숄더부로부터 열 영향부를 향하여 진전되는 균열
6: 코로나 본드 직외의 균열
7: 코로나 본드의 너깃 근처의 균열
8: 용접 전극
9: 축심
10: 수선
11: 다른 부재
Dc: 코로나 본드 직경

Claims

적어도 용접 부위가 중첩된 복수 매의 강판으로 구성되는 피용접 부재에 스폿 용접을 하는 방법이며,
상기 피용접 부재가, 적어도 상기 용접 부위의 중첩면이 아연계 도금으로 피복된 강판을 적어도 1매 포함하고, 상기 복수 매의 강판의 총판 두께 t(㎜)가 1.35㎜ 이상이고,
상기 피용접 부재에 용접 전극을 접촉시키고 나서 용접 통전을 개시하기까지의 스퀴즈 시간 St(초)가 하기 (식 1)을 만족시키고, 또한 상기 용접 전극 사이의 용접 통전 종료 시로부터 상기 용접 전극과 상기 피용접 부재를 비접촉으로 하기까지의 용접 후 유지 시간 Ht(초)가 하기 (식 2)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 스폿 용접 방법.
0.020≤St … (식 1)
0.015t²+0.020≤Ht … (식 2)
제1항에 있어서,
상기 용접 유지 시간 Ht(초) 및 상기 스퀴즈 시간 St(초)가, 또한 하기 (식 3)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 스폿 용접 방법.
Ht+St≤0.20t²-0.40t+1.50 … (식 3)
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 용접 전극을 상기 피용접 부재에 접촉시키기 직전에, 하기 (a) 내지 (d)의 조건 중, 하나 또는 2개 이상을 만족시키는 것을 특징으로 하는 스폿 용접 방법.
(a) 상기 용접 전극의 축심과, 상기 용접 전극과 접촉하는 강판 표면의 수선이 비평행인 상태,
(b) 한쪽 상기 용접 전극의 선단부로부터 한쪽 강판 표면까지의 거리와, 다른 쪽 상기 용접 전극의 선단부로부터 다른 쪽 강판 표면까지의 거리가 상이한 상태,
(c) 한쪽 상기 용접 전극의 축심의 연장선에 대하여, 다른 쪽 상기 용접 전극의 축심이 어긋나 있는 상태, 및
(d) 상기 용접 부위의 중첩면 사이에 간극을 가진 상태
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수 매의 강판 중 적어도 하나가, 인장 강도가 780㎫ 이상인 고강도 강판인 것을 특징으로 하는 스폿 용접 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접 통전 전에, 전 통전을 더 행하고, 상기 용접 통전 개시 시가 당해 전 통전의 통전 개시 시인 것을 특징으로 하는 스폿 용접 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접 통전 후에, 후 통전을 더 행하고, 상기 용접 통전 종료 시가 당해 후 통전의 통전 종료 시인 것을 특징으로 하는 스폿 용접 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접 통전 전에, 전 통전을 더 행하고, 상기 용접 통전 개시 시가 당해 전 통전의 통전 개시 시이고, 또한
상기 용접 통전 후에, 후 통전을 더 행하고, 상기 용접 통전 종료 시가 당해 후 통전의 통전 종료 시인
것을 특징으로 하는 스폿 용접 방법.