KR20190082805A

KR20190082805A - 용접 부재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20190082805A
Application number: KR1020197014479A
Authority: KR
Inventors: 카즈아키 호소미; 토모카즈 노부토키; 다케후미 나카코
Original assignee: 닛테츠 닛신 세이코 가부시키가이샤
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2019-07-10
Also published as: AU2017350123A1; JP2018069292A; TW201815499A; US10975899B2; NZ753840A; MX2019004800A; PH12019500942A1; KR102075877B1; CN110087812A; AU2017350123B2; RU2708186C1; BR112019008337A2; TWI703004B; JP6385411B2; CA3051227A1; CA3051227C; MY173060A; CN110087812B; SG11201903635RA; US20200056643A1

Abstract

용융 Zn계 도금 강판을 모재로 하여 내식성이 우수하면서 용접 비드의 전단강도가 우수한 용접 부재 및 그 제조방법을 제공한다. 용융 Zn계 도금 강판인 하판(3) 및 상판(1)이 포개져 아크 용접된 용접 부재(10)이며, 용접 비드(2)는, 단면폭(W)이 하기 식 (1)을 만족하도록 형성되어 있으며, 또한 하기 식 (2)로 표시되는 블로우 홀 점유율(Br)이 50% 이하이다. 2T≤W≤6T···(1), Br=(Σdi/L)×100···(2). (여기서, T: 용융 Zn계 도금 강판의 두께, di: X선 투과 시험에서 관찰된 i번째의 블로우 홀 길이, L: 용접 비드 길이).

Description

용접 부재 및 그 제조방법

본 발명은 용융 Zn계 도금 강판끼리가 아크 용접된 용접 부재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

용융 아연계 도금 강판(용융 Zn계 도금 강판)은 내식성이 양호하므로 건축 부재나 자동차 부재를 비롯한 광범위한 용도에 사용되고 있다. 그 중에서도 Al을 1질량% 이상 포함하는 용융 Zn-Al-Mg 도금 강판은, 장기간에 걸쳐 우수한 내식성을 유지한다는 점에서 종래의 도금층에 아연만을 주된 성분으로 포함하는 용융 Zn 도금 강판을 대신하는 재료로서 수요가 증가하고 있다. 한편, 종래의 용융 Zn 도금 강판의 도금층 중 Al 농도는 통상 0.3질량% 이하이다(JIS G3302 참조).

용융 Zn계 도금 강판을 건축 부재나 자동차 부재 등에 이용할 경우, 이들은 아크 용접법을 이용하여 조립되는 경우가 많다. 그러나, 용융 Zn계 도금 강판을 아크 용접하면, 통상적으로 블로우 홀 발생이 현저하고, 아크 용접성이 떨어진다. 블로우 홀이란, 용접 비드(용접시에 모재의 일부와 용착 금속이 녹은 후, 차가워져 굳어진 부분)에 포함된 기공이다.

블로우 홀은 Fe의 융점(약1538℃)에 비해 Zn의 비점이 약906℃로 낮으므로 아크 용접 시에 Zn 증기가 발생하고, 이 Zn 증기가 용접 비드 내에 갇히기 때문에 발생한다. 블로우 홀 발생이 현저하면 용접 강도가 저하된다는 문제가 생긴다.

이 블로우 홀 발생에 의한 용접 강도의 저하에 대해서, 도 8의 (a)∼(c)를 참조하여 추가로 설명하면 이하와 같다. 도 8의 (a)∼(c)는 겹치기 이음에 의한 필릿 용접한 용접 부재를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 이러한 용접 부재는 건축 부재나 자동차 부재 등에 자주 이용되고 있다. 한편, 설명의 편의상, 도 8의 (b), (c)는 용접 부재를 상판과 하판 사이에서 분할하여 나타내었다.

도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 하판(110)과 상판(130)을 겹치기 이음으로 배치하고, 필릿 용접하여 형성된 용접 부재(100)에 대하여 인장하중(P)이 부하될 경우, 이하의 것을 말할 수 있다. 즉, 이 경우, 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 하판(110)의 표면 위치에서의 용접 비드(120)의 전단면(S)에 전단응력(τ)이 작용한다. 용접 부재(100)에 과대한 하중이 가해진 경우, 용접 비드(120)의 전단강도가 전단응력(τ)보다도 크면, 용접 비드(120)에서 파단되지 않고, 모재로서의 상판(130) 또는 하판(110)이 파단된다(모재 파단된다). 따라서, 설계와 같은 조인트 강도를 얻을 수 있다.

그러나, 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이, 용접 비드(120) 내에 블로우 홀(B)이 발생하면, 전단면(S)의 면적이 작아진다. 따라서, 용접 부재(100)에 과대한 하중이 가해진 경우, 용접 비드(120)의 전단강도가 전단응력(τ)보다도 작아져, 모재가 아닌 용접 비드(120)가 파단된다. 이 경우, 설계와 같은 조인트 강도를 얻을 수 없게 되므로 문제가 된다.

특히, 장기 내구성이 요구되는 부재에서는 도금 부착량이 90g/㎡ 이상인 고부착량(heavy coating weight)의 용융 Zn계 도금 강판이 사용된다. 이 경우, 고부착량이 될수록 아크 용접시의 Zn 증기량이 많아지므로, 블로우 홀 발생이 한층 더 현저해지고, 용접 비드(120)의 전단강도가 저하되기 쉬워진다는 문제가 있다.

이에, 용융 Zn계 도금 강판의 용접시의 스퍼터나 블로우 홀 발생을 억제하는 방법으로서, 용접 와이어를 전극으로 한 펄스 아크 용접법이 제안되었다. 이 펄스 아크 용접법에 따르면, 펄스 아크에 의해 용융지(응고되기 전의 용접 비드 부분)가 교반됨과 함께, 용융지가 눌려 내려가 용융지가 얇아지고, Zn 증기의 배출이 촉진되어 블로우 홀 발생이 억제된다.

예를 들면, 특허문헌 1에는 용접 와이어의 조성 및 실드 가스 조성, 그리고, 피크 전류, 피크 기간, 및 주파수 등의 펄스 전류 파형 등을 제어하여 스퍼터 및 블로우 홀 발생을 억제하는 펄스 아크 용접법이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 "특개 2013-184216호 공보(2013년 9월 19일 공개)"

그러나, 펄스 아크 용접법을 이용해도 블로우 홀 발생은 완전히는 억제할 수 없다. 특히, 내식성이 우수한 고부착량의 용융 Zn계 도금 강판끼리를 용접할 경우, 블로우 홀이 발생되기 쉬워져 용접 이음의 강도가 저하될 수 있다.

본 발명은 이러한 현상에 비추어, 용융 Zn계 도금 강판을 모재로 하여 내식성이 우수하면서 용접 비드의 전단강도가 우수한 용접 부재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들이 예의 검토를 한 결과, 편면당 도금 부착량이 15∼250g/㎡인 용융 Zn계 도금 강재끼리를, 예를 들면 겹치기 이음에 의한 필릿 용접시 다소의 블로우 홀이 발생한 경우라도, 하판의 표면 위치에서의 용접 비드의 단면폭 및 블로우 홀 점유율(Br)을 적정 범위 내로 함으로써, 용접 비드가 우수한 전단강도를 가진다는 새로운 지견을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 일 태양에서 용접 부재는, 제1 용융 Zn계 도금 강판의 제1 판면 상에 제2 용융 Zn계 도금 강판이 포개져 아크 용접된 용접 부재로서, 상기 제1 판면 상에, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판과 제2 용융 Zn계 도금 강판을 서로 접합하는 용접 비드가 형성되어 있고, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판에서 편면당 도금 부착량이 15∼250g/㎡이며, 상기 용접 비드는 상기 용접 비드가 연장되는 방향에 수직한 면에서 절단하였을 때의 단면에 있어서, 상기 제1 판면 상에서의 Zn계 도금층과 용접 비드의 경계의 한 쪽에서 다른 쪽까지의 단면폭(W)이 하기 식 (1)을 만족하도록 형성되어 있으며, 또한 하기 식 (2)로 표시되는 블로우 홀 점유율(Br)이 50% 이하인 것을 특징으로 하고 있다.

2T≤W≤6T···(1)

Br=(Σdi/L)×100···(2)

(여기서,

T: 상기 용융 Zn계 도금 강판의 두께이며, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판의 두께와 제2 용융 Zn계 도금 강판의 두께가 서로 다른 경우에는 얇은 쪽의 두께

di: X선 투과 시험에서 관찰된 i번째의 블로우 홀 길이

L: 용접 비드 길이).

또한, 본 발명의 일 태양에서 용접 부재의 제조방법은, 제1 용융 Zn계 도금 강판의 제1 판면 상에, 제2 용융 Zn계 도금 강판을 포개고, 피크 전류와 베이스 전류를 번갈아 공급함으로써 아크를 발생시키는 펄스 아크 용접법에 의해 아크 용접하는 용접 부재의 제조방법으로서, 상기 제1 판면 상에 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판과 제2 용융 Zn계 도금 강판을 서로 접합하는 용접 비드를 형성하는 용접 공정을 포함하고, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판에서 편면당 도금 부착량이 15∼250g/㎡이며, 상기 용접 공정은 상기 용접 비드를 상기 용접 비드가 연장되는 방향에 수직한 면에서 절단하였을 때의 단면에 있어서, 상기 제1 판면 상에서의 Zn계 도금층과 용접 비드의 경계의 한 쪽에서 다른 쪽까지의 단면폭(W)이 하기 식 (1)을 만족하도록 형성하며, 또한 하기 식 (2)로 표시되는 블로우 홀 점유율(Br)이 50% 이하가 되도록 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.

2T≤W≤6T···(1)

Br=(Σdi/L)×100···(2)

(여기서,

T: 상기 단면에서의 강판의 두께이며, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판의 두께와 제2 용융 Zn계 도금 강판의 두께가 서로 다른 경우에는 얇은 쪽의 두께

di: X선 투과 시험에서 관찰된 i번째의 블로우 홀 길이

L: 용접 비드 길이).

본 발명의 일 태양에 따르면, 용융 Zn계 도금 강판을 모재로 하여 내식성이 우수하면서 용접 비드의 전단강도가 우수한 용접 부재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시형태에서 용접 부재의 용접 비드가 연장되는 방향에 수직한 단면을 나타낸 모식도.
도 2는 상기 용접 부재에서의 블로우 홀 점유율의 측정방법을 설명하기 위한 평면도.
도 3은 펄스 아크 용접법의 펄스 전류 파형을 모식적으로 나타낸 도.
도 4는 펄스 아크 용접시의 용접부 근방의 상태를 모식적으로 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 실시형태에서 용접 부재의 단면을 나타낸 광학 현미경 사진.
도 6은 통상적인 아크 용접법을 이용하여 작성한 용접 부재의 단면을 나타낸 광학 현미경 사진.
도 7은 통상적인 아크 용접법을 이용하여 작성한 용접 부재의 단면을 나타낸 광학 현미경 사진.
도 8은 (a)는 겹치기 이음에 의한 필릿 용접한 용접 부재를 모식적으로 나타낸 사시도이며, (b)는 상기 용접 부재에 인장하중을 부하한 경우의 상기 용접 부재를 상판과 하판 사이에서 분할하여, 전단응력의 작용 상태를 모식적으로 나타낸 사시도이며, (c)는 상기 용접 부재에서 블로우 홀이 발생한 용접 비드의 단면을 모식적으로 나타낸 사시도.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 한편, 이하의 기재는 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위한 것이며, 특별한 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 또한, 본 출원에 있어서, "A∼B"란, A 이상 B 이하인 것을 나타낸다.

이제까지, 용접시의 블로우 홀 발생을 억제하기 위한 각종 방책이 제안되어 왔지만, 도금층이 고부착량인 경우 등, 블로우 홀 발생을 억제하는 것이 어려워 용접부의 강도가 저하될 수 있는 경우가 있었다.

이러한 상황 속에서, 본 발명자들은 예의 연구를 하였고, 그 결과, 이하와 같은 새로운 착상을 얻었다. 즉, 편면당 도금 부착량이 15∼250g/㎡인 용융 Zn계 도금 강재끼리를 아크 용접하는 것에 있어서, (i) 용접 비드의 자세한 내용은 후술하는 단면폭(W)을 넓게 함으로써 용접 비드의 전단면(S)(도 8의 (b) 참조)의 면적을 크게 할 수 있고, (ii) 다소의 블로우 홀이 발생한 경우라도 후술하는 블로우 홀 점유율(Br)이 50% 이하이면, 전단강도의 저하를 방지할 수 있다고 하는 새로운 사실을 발견하였다.

본 발명자들은, 이 새로운 사실을 기초로, 블로우 홀 발생을 억제하면서 상기 단면폭(W)을 넓게 할 수 있는 용접 방법으로서, 예를 들면 펄스 아크 용접법을 이용하여, 더욱 검토한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 이하에 본 발명의 일 실시형태를 상세히 설명한다.

〔용접 부재〕

도 1은 본 실시형태에서 용접 부재(10)의 용접 비드(2)가 연장되는 방향에 대해 수직한 평면에서 용접 부재(10)를 절단했을 때의 용접 부재(10)의 단면(이하에서는 이음 단면이라고 칭한다)을 나타낸 모식도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 용접 부재(10)는 하판(3)(제1 용융 Zn계 도금 강판) 위에 상판(1)(제2 용융 Zn계 도금 강판)을 겹치기 이음으로 배치하여, 이들을 필릿 용접한 겹치기 이음 용접 부재이다. 용접 부재(10)에는 필릿 용접한 용접부로서 용접 비드(2)가 형성되어 있다. 상판(1) 및 하판(3)이 가지는 폭이 넓은 면 중, 도 1에서 상방에 위치하는 면을 상면이라고 칭하고, 상기 상면과 대향하는 면을 하면이라고 칭한다. 용접 부재(10)에 있어서, 상판(1)의 하면과 하판(3)의 상면이 접하도록 상판(1) 및 하판(3)이 배치되어 있다.

한편, 본 실시형태에서는 본 발명의 용접 부재의 일 예로서, 펄스 아크 용접법을 이용하여 겹치기 이음에 의한 필릿 용접된 용접 부재에 대해서 서술하나, 본 발명의 용접 부재는 반드시 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 용접 부재의 이음 형상은 덮개판 이음일 수도 있고, 용접은 슬롯 용접일 수도 있다. 또한, 용접 방법은, 본 발명의 일 양태에서 용접 부재를 제조할 수 있으면 되고, 펄스 아크 용접법에 한정되지 않는다. 하판(3) 위에 용융 Zn계 도금이 실시된 부재를 배치하여 용접하는 경우에 있어서, 본 발명을 적용하는 것에 의해 용접 비드의 전단강도가 우수한 용접 부재로 할 수 있다.

하판(3) 및 상판(1)은 각각 용융 Zn계 도금 강판이다. 하판(3) 및 상판(1)의 각각의 표면은 용접 비드(2)가 형성되어 있는 부분을 제외하고, Zn계 도금층(4)에 의해 피복되어 있다. 한편, 이하에서는 하판(3) 및 상판(1)을 모재로 칭하기도 한다.

용접 비드(2)는 하판(3)의 표면(제1 판면)과, 상판(1)의 표면에 수직한 상판(1)의 길이 방향의 측면을 펄스 아크 용접하는 것에 의해 형성되어 있고, 용접시에 용융한 하판(3), 상판(1), Zn계 도금층(4) 및 용착 금속(용접 와이어)이 용합되어 차가워져 굳어진 부분이다. 이 용접 비드(2)는 예를 들면 펄스 MAG 용접법을 이용하여 형성된다.

(용접 비드의 단면폭)

도 1에 나타낸 바와 같이, 하판(3)의 표면을 포함하는 가상적인 평면에서 용접 비드(2)를 절단했을 때의 절단면을 전단면(S)(도 8의 (b)참조)이라 한다.

본 실시형태의 용접 부재(10)는 용접 비드(2)가 연장되는 방향에 수직한 이음단면에서의 상기 전단면(S)의 폭(이하, 단면폭(W)이라고 칭한다)이 하기 식 (1)을 만족하도록 형성되어 있다.

2T≤W≤6T···(1)

여기서, 상기 T는 용융 Zn계 도금 강판의 두께이며, 하판(3)의 두께(T2)와 상판(1)의 두께(T1)가 서로 다른 경우는 얇은 쪽의 두께이다. 이는 이하의 이유에 의한 것이다. 즉, 하판(3)의 두께(T2)와 상판(1)의 두께(T1)가 서로 다른 경우, 용접 비드(2)의 전단강도가 전단응력(τ)보다도 크면, 상판(1) 또는 하판(3) 중 어느 한 쪽의 얇은 쪽에서 모재 파단한다. 즉, 용접 부재(10)에 과대한 하중이 가해져 모재 파단하는 경우, 그 조인트 강도(모재 파단하는 하중)는 상판(1) 또는 하판(3) 중 어느 한 쪽의 얇은 쪽의 두께에 의존한다. 따라서, 용접 부재(10)에 과대한 하중이 가해진 경우, 용접 비드가 아닌 모재가 파단되기 위해서는 하판(3)의 두께(T2)와 상판(1)의 두께(T1)에서 상대적으로 얇은 쪽의 두께를 T로 하고, 상기 식 (1)에 나타내는 단면폭(W)이 2T 이상을 충족하면 된다. 만일, 상판(1) 또는 하판(3) 중 어느 한쪽의 두꺼운 쪽의 두께를 T로 하면, 단면폭(W)이 필요 이상으로 넓어진다.

용접 비드(2)는 상기 용접 비드(2)가 연장되는 방향의 모든 위치에서도, 단면폭(W)이 상기 식 (1)을 만족시키고 있다.

단면폭(W)이 판 두께의 2배 미만에서는 전단면(S)의 단면적이 작아져, 전단강도 부족이 된다.

한편, 단면폭(W)이 판 두께의 6배를 초과하면 필요 이상으로 용접 비드(2)의 체적이 과도히 커지므로 용접처리 비용이 높아져 실시가 어려워진다. 또한, 용접 비드(2)의 표면은 Zn계 도금층에 의해 피복되지 않았다는 점에서 내식성이 떨어진다. 따라서, 단면폭(W)이 판 두께의 6배를 초과하면, 용접 비드(2)의 표면적이 필요 이상으로 넓어지므로 바람직하지 않다.

상기 단면폭(W)은 바꾸어 말하면, 상기 이음단면에 있어서, 하판(3)의 상면을 포함하는 가상 평면에서의 Zn계 도금층(4)과 용접 비드(2) 중 한 쪽의 경계(b1)에서 다른 쪽의 경계(b2)까지의 거리이다. 여기서, 경계(b2)는 상판(1)에 가까운 쪽의 경계이며, 상판(1)의 하면을 덮는 Zn계 도금층(4)과 용접 비드(2)의 경계이다.

(블로우 홀 점유율)

상술한 바와 같이, 용융 Zn계 도금 강판의 아크 용접에서는 다소의 블로우 홀(B)이 발생하는 것은 피할 수 없고, 특히, Zn계 도금층(4)이 고부착량이거나, 도금층 중 Al 농도가 고농도인 경우(내식성이 우수한 용융 Zn계 도금 강판일 경우), 블로우 홀(B)이 발생하기 쉽다.

본 실시형태의 용접 부재(10)에 있어서는 다소의 블로우 홀(B)이 발생하는 것은 허용된다. 이 용접 비드(2) 내의 블로우 홀(B)의 양에 대해서, 블로우 홀 점유율이라는 지표를 이용하여 설명한다. 도 2는 본 실시형태의 용접 부재(10)에서의 블로우 홀 점유율의 측정방법을 설명하기 위한 평면도이다. 여기서, 용접 비드(2)의 단면으로 상기 전단면(S)을 나타내었다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 용접 비드(2)의 내부에 블로우 홀(B)이 형성되어 있다. 용접 비드(2)의 길이 방향(용접선 방향)의 길이를 L로 하고, 용접 비드(2)의 일단부에서 i번째의 블로우 홀 길이를 di로 한다. 이 각 블로우 홀의 길이(di)는 예를 들면 X선 투과 시험에 의해 관찰할 수 있다.

블로우 홀 점유율은, 건축용 박판 용접 접합부 설계·시공 메뉴얼(건축용 박판 용접 접합부 설계·시공 메뉴얼 편집 위원회)을 참조하여, 이하와 같이 규정된 블로우 홀의 평가 방법이다. 즉, 블로우 홀 점유율(Br)은 도 2에 모식적으로 나타내는 용접 비드(2)의 전단면(S)에서의 모든 블로우 홀(B)의 길이를 측정하여 적산한 적산값(Σdi(㎜))의 측정 값으로, 하기 식 (2)에 의해 규정된다.

Br=(Σdi/L)×100···(2)

본 실시형태의 용접 부재(10)는 용접 비드(2)의 블로우 홀 점유율(Br)이 50% 이하이다. 이 경우, 상술한 바와 같이, 용접 비드(2)의 단면폭(W)을 용융 Zn계 도금 강판의 두께(상판(1)과 하판(3)의 두께가 다른 경우는 얇은 쪽의 두께)의 2배 이상으로 하는 것에 의해, 전단면(S)의 단면적을 확보할 수 있고, 용접 비드(2)가 우수한 전단강도를 가진다. 따라서, 용접 부재(10)의 전단강도 저하를 방지할 수 있다.

반면, 블로우 홀(B)이 대량으로 발생해서 블로우 홀 점유율(Br)이 증가하면, 전단면(S)의 단면적이 현저히 작아진다. 블로우 홀 점유율(Br)이 50%를 초과한 경우, 단면폭(W)이 상기 식 (1)을 충족하는 경우라도 용접 비드(2)의 전단강도가 저하되고, 인장하중(P)이 부하되었을 때에 용접 비드(2)가 파단될 수 있다.

한편, 용접 비드(2)에서의 블로우 홀(B)의 분포는 대체로 균일하고, 전단면(S) 이외의 부분의 블로우 홀 점유율(Br)은 전단면(S)의 블로우 홀 점유율(Br)과 대체로 동일하다고 생각된다. 따라서, 전단면(S)에서의 블로우 홀 점유율(Br)에 의해 용접 비드(2) 내의 블로우 홀(B)의 양을 추측할 수 있다.

(도금 부착량)

용융 Zn계 도금 강판의 도금 부착량이 적으면, 도금면의 내식성 및 희생 방식 작용을 장기에 걸쳐 유지하는데 불리하다. 다양한 검토의 결과, 편면당 도금 부착량은 15g/㎡ 이상으로 하는 것이 보다 효과적이다. 한편, 도금 부착량이 250g/㎡을 초과하면 Zn 증기의 발생량이 과도히 많아져, 블로우 홀 점유율이 50%를 초과한다. 따라서, 본 실시형태의 용접 부재(10)의 도금 부착량은 250g/㎡ 이하이다.

이와 같이, 본 실시형태의 용접 부재(10)는 편면당 도금 부착량이 15∼250g/㎡인 용융 Zn계 도금 강재끼리를 펄스 아크법을 이용하여 겹치기 이음에 의한 필릿 용접한 것이며, 용접 비드(2)의 단면폭(W)은 상기 식 (1)을 만족시킨다. 또한, 본 실시형태의 용접 부재(10)는 용접 비드(2)의 블로우 홀 점유율(Br)이 50% 이하이다.

본 실시형태의 용접 부재(10)에서는 용접 비드(2)의 전단강도를 확보하기 위해서, 용접시에 블로우 홀(B)의 발생을 대폭 억제할 필요가 없다. 즉, 용접시에 블로우 홀(B)이 발생하기 쉬운 조건에서 용접이 이루어져 다소의 블로우 홀(B)이 발생한 경우(단, 블로우 홀 점유율(Br)이 50% 이하)라도, 단면폭(W)이 상기 식 (1)을 만족함으로써 용접 부재(10)의 전단강도 저하를 방지할 수 있다.

따라서, 용융 Zn계 도금 강판을 모재로 하고 내식성이 우수하면서 용접 비드(2)의 전단강도가 우수한 용접 부재(10)를 제조할 수 있다. 이에 따라, 모재보다도 먼저 용접 비드가 파단되는 것이 방지되어, 설계와 같은 강도를 가지는 용접 부재(10)를 얻을 수 있다.

(용접 비드의 단면 형상)

또한, 본 실시형태의 용접 부재(10)는, 용접 비드(2) 내에 있어서 하기와 같은 돌출부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 돌출부에 대해서, 다시 도 1을 참조하여 이하에 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 용접 부재(10)에 있어서, 용접 비드(2)는 하판(3) 내에 돌출된 돌출부를 2개 포함하고 있다. 이 돌출부를 각각 돌출부 P1, P2로 한다. 여기서, 상판(1)에 가까운 쪽의 돌출부를 돌출부(P2)로 한다. 또한, 돌출부(P1)의 전단면(S)에서 돌출부(P1)의 정점까지의 거리를 돌출 길이(PL1)로 하고, 돌출부(P2)의 전단면(S)에서 돌출부(P2)의 정점까지의 거리를 돌출 길이(PL2)로 한다.

본 실시형태의 용접 부재(10)는, 상기 돌출 길이(PL1) 및 돌출 길이(PL2)가 모두 0.2㎜ 이상이면서, 돌출 길이(PL1) 및 돌출 길이(PL2) 중 긴 한 쪽이 하판(3)의 두께(T2) 이하이다. 이로써, 본 실시형태의 용접 부재(10)는 용접 비드(2)의 전단강도를 더욱 우수한 것으로 할 수 있다. 이는 돌출부(P1, P2)에 의해 앵커 효과를 증대시키기 위함이다. 즉, 돌출부(P1, P2)에 의해 용접 비드(2)와 하판(3)의 내부의 경계면(BS)의 면적이 증대한다.

또한, 경계(b2)에 있어서, 돌출부(P2)에 의해 용접 비드(2)에 경사가 형성된다. 바꾸어 말하면, 경계(b2)에 있어서, 용접 비드(2)의 표면과 전단면(S)(또는 하판(3)의 표면)이 이루는 예각의 각도가 커진다. 이로써, 예를 들면 도 1에서 상판(1)을 좌방향으로, 하판(3)을 우방향으로 끌어당기는 인장하중(P)이 인가된 경우, 경계(b2)에 있어서 돌출부(P2)가 걸리므로 전단강도를 크게 할 수 있다.

따라서, 돌출부(P2)는 돌출부(P1)보다도 돌출 길이가 긴 것이 바람직하고, 즉, 돌출 길이(PL2)>돌출 길이(PL1)인 것이 바람직하다.

또한, 경계면(BS)에 있어서 인장하중(P)을 상기 경계면(BS)의 접선 방향 및 수직 방향으로 분해한 경우에, 돌출부(P1, P2)에 의해, 경계면(BS)의 경사 부분이 많아， 각도가 비교적 가파르다는 점에서 경계면(BS)의 접선 방향(대략 면내 방향)에 작용하는 힘을 작게 할 수 있다.

반면, 돌출 길이(PL1) 및 돌출 길이(PL2) 중 어느 한 쪽이 0.2㎜를 하회하면, 그 부분의 전단강도가 작아져, 상판(1) 혹은 하판(3)의 모재보다도 먼저 용접 비드(2)가 파단될 수 있다. 반대로, 돌출부(P1, P2) 중 어느 하나가 하판(3) 내에 깊이 형성되어, 돌출 길이(PL1) 또는 돌출 길이(PL2)가 하판(3)의 두께를 초과하면, 하판(3)의 이면에 용접 비드(2)가 관통하여 노출된다. 이러한 이면 비드가 발생하면, 용접부 외관이 저하되므로 제품으로서 요구되는 품질을 충족할 수 없을 수 있다. 또한, 이면 비드를 연마하기 위한 공정이 필요하게 되고, 비용이 증대된다.

한편, 본 발명의 일 양태에서 용접 부재는, 상기 돌출부를 적어도 1개 포함하고 있으면 되고, 돌출부가 2개 이상 형성되어 있을 수 있다. 또한, 적어도 2개 형성된 돌출부의 돌출 길이가 모두 0.2㎜ 이상이면서, 가장 긴 돌출부의 돌출 길이가 하판(3)의 두께 이하이면 된다.

그리고, 본 발명의 일 양태에서 용접 부재는, 용접 비드(2)가 연장되는 방향의 모든 위치에서도 용접 비드(2)의 돌출부가 상기의 조건을 충족하는 것이 바람직하다.

(용융 Zn계 도금 강판의 종류)

본 발명의 일 양태의 용접 부재(10)에 있어서, 용융 Zn계 도금 강판은 용융 Zn 도금 강판, 합금화 용융 Zn 도금 강판, 용융 Zn-Al 도금 강판, 용융 Zn-Al-Mg 도금 강판 등의 도금층이 Zn을 주성분으로 하는 용융 도금 강판이다.

용융 Zn계 도금 강판은 Zn계 도금층(4)이 Zn을 주성분으로 하고, 1.0질량% 이상 22.0질량% 이하의 Al을 함유할 수도 있다. 본 실시형태의 용접 부재(10)는 Zn계 도금층(4) 내의 Al 농도가 1질량% 이상, 즉, Al 농도가 고농도여도, 용접 비드(2)의 전단강도가 우수하다. 이는 용접시의 도금층의 거동이 변화함으로써 블로우 홀(B)의 발생이 어느 정도 많아졌다 하더라도, 용접 비드(2)는 블로우 홀 점유율(Br)이 50% 이하인 동시에, 상기 식 (1)을 충족하는 함으로써 전단강도의 저하가 방지되기 때문이다.

또한, 용융 Zn계 도금 강판 중에서도 용융 Zn-Al-Mg 도금 강판은, Al:1.0∼22.0질량%, Mg:0.05∼10.0질량%를 함유하고, 내식성이 우수하므로 호적하다. 이 경우, 내식성이 우수하면서, 용접부의 전단강도가 우수한 용접 부재로 할 수 있다.

더욱이, 용융 Zn-Al-Mg 도금 강판의 도금층은, 도금층 외관과 내식성을 저하시키는 원인이 되는 Zn₁₁Mg₂계상의 생성, 성장을 억제하기 위해서 Ti:0.002∼0.1질량% 또는 B:0.001∼0.05질량%를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 용융 Zn-Al-Mg 도금 강판의 도금층은 도금 원판 표면 및 도금층의 계면에 생성하는 Fe-Al 합금층의 과잉 성장을 억제하여 가공시의 도금층의 밀착성을 향상시키기 위해 2.0질량% 이하의 Si를 포함하고 있을 수 있다.

또한, 용융 Zn-Al-Mg 도금 강판의 도금층은 2.5질량% 이하의 Fe를 포함하고 있을 수 있다.

상기의 내용은 다음과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 용융 Zn-Al-Mg 도금 강판의 도금층은, Ti:0.002∼0.1질량%, B:0.001∼0.05질량%, Si:0∼2.0질량%, Fe:0∼2.5질량%로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 조건을 충족하는 것이 바람직하다.

(용융 Zn계 도금 강판의 판 두께)

본 발명의 일 양태의 용접 부재(10)에 있어서, 용융 Zn계 도금 강판의 판 두께(두께)는 특별히 한정되지 않는다. 용접 부재(10)의 용도에 맞추어 판 두께는 적절히 선택된다.

〔용접 부재의 제조방법〕

본 발명의 실시형태에서 용접 부재(10)는, 예를 들면 펄스 아크 용접법을 이용하여 제조할 수 있다. 본 실시형태의 용접 부재(10)의 제조방법에 대해서, 도 3 및 도 4을 참조하여 이하에 설명한다.

도 3은 펄스 아크 용접법에서 펄스 전류 파형을 모식적으로 나타내는 도이다. 도 4는 펄스 아크 용접시의 용접부 근방의 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 펄스 아크 용접법은 피크 전류(IP)와 베이스 전류(IB)를 번갈아 반복하여 공급하는 아크 용접법이며, 피크 전류(IP)는 용적(溶滴)이 스프레이 이행하는 임계전류 이상으로 설정된다. 피크 전류(IP)가 흐르고 있는 시간을 피크 기간(PP)으로 하고, 피크 전류(IP) 및 베이스 전류(IB)로 이루어지는 펄스 전류의 펄스 주기를 주기 PFQ로 한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 용접 와이어(5)의 선단에서 용융지(6)까지의 거리, 즉 아크의 길이를 길게 해서, 피크 전류(IP)를 임계전류 이상으로 설정하면, 전자력에 의한 와이어 선단의 용적(溶滴)을 수축하는 효과(전자기 핀치 효과)가 생기고, 이 전자기 핀치 효과에 의해 용접 와이어(5) 선단의 용적에 잘록한 부분이 생겨, 용적이 소립화되어 펄스 주기마다 규칙적인 용적의 이행(스프레이 이행)이 이루어진다. 이로써, 용적(溶滴)은 부드럽게 용융지(溶融池))(6)에 이행된다.

이러한 펄스 아크 용접법에 의하면, 아크의 길이가 길기 때문에 아크(8)가 확산되어 용융지(6)의 폭이 넓어져, 용융지(6)가 응고되어 생긴 용접 비드(2)의 단면폭(W)을 하기 식 (1)의 범위 내에서 형성하는 것을 용이하게 할 수 있다(용접 공정).

2T≤W≤6T···(1)

또한, 펄스 아크 용접법은 Zn 증기의 배출을 촉진시켜 블로우 홀 발생을 억제할 수 있으므로, 블로우 홀 점유율(Br)을 저감할 수 있다. 따라서, 펄스 아크 용접법을 이용하여, 편면당 도금 부착량이 15∼250g/㎡인 용융 Zn계 도금 강재끼리를 아크 용접할 때, 상기 식 (1)을 만족하도록 용접 비드(2)를 형성하면서, 블로우 홀 점유율(Br)이 50% 이하가 되도록 형성하는 것에 의해 용접 비드(2)의 전단강도 저하를 방지할 수 있다.

추가로, 펄스 아크 용접법의 각종 조건을 제어하여 용융지(6)에 아크 열에 의해 생긴 심용입부(P1')와, 용적(溶滴)(7)의 스프레이 이행으로 생긴 심용입부(P2')를 형성시킨다. 이 심(深)용입부(P1', P2')는 용융지(6) 응고 후, 용접 비드(2)의 돌출부(P1, P2)가 되고, 앵커 효과에 의해 용접 부재(10)의 전단강도를 높일 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 펄스 아크 용접 조건은 특별히 한정되지 않고, 본 실시형태의 용접 부재(10)를 얻을 수 있으면 되며, 아크의 길이, 피크 전류(IP), 주기(PFQ), 피크 기간(PP) 등의 펄스 아크 용접 조건은 적절히 선택될 수 있다.

본 실시형태의 펄스 아크 용접법에서는, 용적(溶滴)을 스프레이 이행시키기 위해서 실드 가스로서 Ar-CO₂가스를 이용한다. CO₂농도는 1체적% 이상 30체적% 이하가 바람직하고, 5체적% 이상 20체적% 이하가 보다 바람직하다. CO₂농도가 과도히 높으면, 용적이 스프레이 이행하기 어려워진다. 한편, CO₂농도가 과도히 낮으면, 아크(8)가 확산되어 단면폭(W)이 필요 이상으로 커질 수 있다.

또한, 본 실시형태의 펄스 아크 용접법으로는 용접 와이어로서, JIS Z3312에 규정된 각종 솔리드 와이어를 이용한다. 예를 들면, JIS Z3312 YGW12을 이용할 수 있다. 용접 와이어의 와이어 지름은, 예를 들면 직경 1.2㎜의 것을 이용할 수 있고, 와이어 지름이 직경 0.8∼1.6㎜의 범위의 용접 와이어를 이용할 수도 있다.

한편, 통상의 아크 용접법에서는 용적(溶滴) 이행이 단락 이행이며, 아크의 길이가 짧아, 본 발명의 범위 내까지 용접 비드(2)의 단면폭(W)을 넓게 하는 것이 곤란하다. 단면폭(W)을 넓히기 위해 용접 전류, 용접 전압을 크게 하면, 이면 비드 또는 용낙이 발생한다. 또한, 통상의 아크 용접법에서는 하판(3) 내의 용접 비드(2)의 돌출부는 1곳 발생할 뿐이며, 앵커 효과가 작다.

(정리)

이상과 같이, 본 발명의 일 양태에서 용접 부재는, 상기 용접 비드는 상기 용접 비드가 연장되는 방향에 수직한 면에서 절단하였을 때의 단면에 있어서, 제1 용융 Zn계 도금 강판 속으로 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판으로의 돌출 길이가 0.2㎜ 이상이면서 돌출 길이가 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판의 두께 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 양태에서 용접 부재는, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판의 Zn계 도금층은 Zn을 주성분으로 하고, 1.0질량% 이상 22.0질량% 이하의 Al을 함유할 수도 있다.

추가로, 본 발명의 일 양태에서 용접 부재는, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판의 Zn계 도금층은 0.05질량% 이상 10.0질량% 이하의 Mg을 함유하는 것이 바람직하다.

추가로, 본 발명의 일 양태에서 용접 부재는, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판의 Zn계 도금층의 조성이, Ti:0.002∼0.1질량%, B:0.001∼0.05질량%, Si:0∼2.0질량%, Fe:0∼2.5질량%로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 조건을 충족하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 양태에서 용접 부재의 제조방법은, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판의 Zn계 도금층은, Zn을 주성분으로 하고, 1.0질량% 이상 22.0질량% 이하의 Al을 함유할 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 양태에서 용접 부재의 제조방법은, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판의 Zn계 도금층은, 0.05질량% 이상 10.0질량% 이하의 Mg을 함유하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 양태에서 용접 부재의 제조방법은, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판의 Zn계 도금층의 조성이, Ti:0.002∼0.1질량%, B:0.001∼0.05질량%, Si:0∼2.0질량%, Fe:0∼2.5질량%로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 조건을 충족하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 청구항에 나타낸 범위에서 다양한 변경이 가능하고, 다른 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합하여 얻을 수 있는 실시형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

실시예

이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명의 일 양태에서 용접 부재(10)에 대해서 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것이 아니다.

<제1 실시예>

상판 및 하판으로 판 두께 2.3㎜, 폭 100㎜ 및 길이 100㎜의 용융 Zn-6 질량% Al-3질량% Mg 도금 강판을 이용하고, 펄스 아크 용접법 또는 통상의 아크 용접법으로 겹치기 이음에 의한 필릿 용접을 실시하였다. 용접 와이어는 직경 1.2㎜의 JIS Z3312 YGW12를 이용하고, 겹치기 이음의 겹침 공간은 30㎜로 하였다.

겹침 필릿 용접 후의 각 샘플(이하, 용접 샘플)에 대해서 X선 투과 시험을 실행하고, 블로우 홀 점유율을 측정하였다. X선 투과 시험 후, 용접 샘플의 중앙부에서 폭 50㎜의 인장 시험편을 채취하였다. 상기 인장 시험편에 대하여, 용접 비드를 전단하는 방향에 인장하중(P)을 인가하여 인장시험을 실행하고, 파단 위치를 조사하였다. 인장시험은 인장속도 3㎜/min에서 실행하였다.

또한, 인장 시험편을 채취한 부분의 극근방에서 단면 관찰용 샘플을 채취하고, 현미경을 이용하여 관찰하는 것에 의해 용접 비드의 단면폭(W)과 돌출부의 돌출 길이를 조사하였다. 표 1에 조사 결과를 나타낸다.

여기서, No.1의 실시예의 펄스 아크 용접법의 용접 전류 및 용접 전압은 각각, 피크값 및 베이스값의 적분값을 나타낸다. 또한, No.1의 실시예의 돌출부의 돌출 길이는, 2개의 돌출부 중 짧은 쪽의 돌출부의 돌출 길이를 나타낸다. No.2 및 No.3의 비교예에서는 돌출부는 1개만 형성된다. 그리고, 표 1에서의 도금 부착량은 편면당 도금 부착량을 나타낸다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 펄스 아크 용접법을 이용한 No.1의 실시예에서는 용융 Zn계 도금 강판의 편면당 도금 부착량, 용접 비드의 단면폭(W) 및 블로우 홀 점유율(Br)이 본 발명의 범위 내이며, 인장시험 결과, 하판이 모재파단되었다. 또한, 파단하중은 54kN이었다. 본 발명에 의해 용접 비드의 전단강도가 우수한 용접 부재를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

반면, 통상의 아크 용접법을 이용한 No.2의 비교예에서는 용접 비드의 단면폭(W)이 본 발명의 범위 미만이며, 인장시험 결과, 용접 비드가 파단되었다. 또한, 파단하중은 12kN이었다. No.2의 비교예에서 도금 부착량이 45g/㎡으로 비교적 작고, 블로우 홀 점유율이 15%로 비교적 작은 경우라도 용접 비드의 단면폭이 좁은 경우에는 용접 비드의 전단강도가 저하되고, 용접 비드에서 파단되는 것을 알 수 있다.

또한, No.3의 비교예에서는 No.2의 비교예보다도 용접 전류 및 용접 전압을 크게 하여 통상의 아크 용접을 하는 것에 의해 용접 비드의 단면폭(W)을 No.2의 비교예보다도 크게 할 수 있었지만, 돌출부의 돌출 길이 및 블로우 홀 점유율이 증대하였다. No.3의 비교예에서는 용접 비드의 단면폭(W)이 상기 식 (1)을 만족하지만, 블로우 홀 점유율이 78%로 크고, 본 발명의 범위 외였다. 따라서, 인장시험 결과 용접 비드가 파단되었다. 또한, 파단하중은 16kN이었다.

No.3의 비교예에서 도금 부착량이 190g/㎡로 큰 용융 Zn계 도금 강판에 대하여, 통상의 아크 용접법을 이용하여 용접 전류 및 용접 전압을 크게 하여 아크 용접한 경우, 이하의 것을 말할 수 있다. 즉, 이 경우, 단면폭(W)을 크게 할 수는 있어도, 블로우 홀이 발생하기 쉬우므로 블로우 홀 점유율(Br)이 대폭으로 증대하고(50% 초과), 인장시험 결과 용접 비드(2)에서 파단되는 것을 알 수 있다. 또한, 이 경우, 돌출부의 돌출 길이가 길어져 이면 비드가 발생하는 것도 알 수 있다.

상술한 No.1의 실시예 및 No.2∼3의 비교예에 대해서, 도 5∼7을 참조하여 추가로 설명하면 이하와 같다. 도 5는 NO.1의 실시예의 용접부 근방의 단면을 나타내는 광학 현미경 사진이다. 도 6은 No.2의 비교예의 용접부 근방의 단면을 나타내는 광학 현미경 사진이다. 도 7은 No.3의 비교예의 용접부 근방의 단면을 나타내는 광학 현미경 사진이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, No.1의 실시예에서는 용접 비드의 단면폭(W)이 9.2㎜이며, 블로우 홀 점유율(Br)이 45%이며, 본 발명의 범위 내이므로, 전단면(S)의 단면적이 확보된다. 따라서, No.1의 실시예에서 용접 부재는 용접 비드(2)의 전단강도가 우수하다. 또한, 하판(3) 내에 용접 비드 돌출부가 2곳(P1, P2) 형성되어 있고, 짧은 쪽 돌출부(P1)의 돌출부 깊이가 0.8㎜로 깊어졌다는 점에서 앵커 효과가 증대되며, 용접 비드(2)의 전단강도가 한층 더 우수하다.

반면, 도 6에 나타낸 바와 같이, No.2의 비교예에서는 용접 비드(2)의 단면폭(W)은 3.7㎜로 좁아 졌다. 블로우 홀 점유율이 15%로 낮아졌으나, 이러한 No.2의 비교예에서는 전단면(S)의 단면적을 충분히 확보할 수 없다. 또한, 돌출부의 깊이는 0.1㎜로 용입이 얕아졌다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 도금 부착량이 190g/㎡로 큰 용융 Zn계 도금 강판을 이용하여, No.2보다도 용접 전류, 용접 전압을 크게 한 No.3의 비교예에서는 용접 비드(2)의 단면폭(W)은 5.9㎜로 커지고, 상기 식 (1)의 범위 내로 되었으나, 블로우 홀(B)이 대량으로 발생하고, 블로우 홀 점유율(Br)이 본 발명의 범위 외가 되었다. 또한, 용접시에 하판(3)의 이면까지 용융되어 이면 비드가 발생하였다.

<제2 실시예>

다음으로, 다양한 도금층 조성의 용융 Zn계 도금 강판을 이용하여 펄스 아크 용접법으로 겹치기 이음에 의한 필릿 용접을 실행하고, 용접 샘플을 제작하였다. 펄스 아크 용접 조건을 표 2에 나타낸다.

여기서, 표 2에 나타내는 펄스 아크 용접 조건에서의 용접 전류 및 용접 전압은 각각, 피크값 및 베이스 값의 적분값을 나타내고 있다.

각 용접 샘플에 대해서, 상기 제1 실시예와 동일한 방법으로 용접 비드 단면폭(W), 블로우 홀 점유율(Br), 전단강도를 조사하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

여기서, 표 3에 나타내는 돌출부의 돌출 길이는 No.4∼16, 18∼25에 대해서는 짧은 쪽의 돌출부의 돌출 길이를, No.17에 대해서는 긴 쪽의 돌출부의 돌출 길이를 나타내었다.

한편, 용접 샘플에서 용접 비드의 단면폭 및 돌출부의 돌출 길이는, 표 2에 나타낸 범위 내에서 각종 용접 조건을 변화시켜 조절할 수 있다. 여기서, 어떤 용접 조건에서 펄스 아크 용접하여 얻어진 용접 샘플의 상기 단면폭 및 돌출 길이는, 용융 Zn계 도금 강판의 종류(모재 조성, 도금층 조성), 도금 부착량, 판 두께, 아크 용접 장치의 특성 등의 각종 조건에 따라 변동될 수 있다.

예를 들면, 상판 및 하판 모두, 도금 부착량이 60g/㎡인 합금화 용융 Zn 도금 강판이며, 모두 판 두께가 2.3㎜인 No.5의 실시예는 이하의 용접 조건에서 펄스 아크 용접을 실행하였다. 즉, 용접 전류:160A, 용접 전압:20V, 실드 가스:Ar-10체적% CO₂의 용접 조건에서 펄스 아크 용접하였다. 이 경우, 표 3에 나타낸 바와 같이, 용접 비드의 단면폭:6.4㎜, 돌출부의 돌출 길이:0.5㎜, 블로우 홀 점유율:12%라는 결과를 얻을 수 있었다.

용접 샘플에서 상기 단면폭 및 돌출 길이에 영향을 주는 요인의 하나로 용접에서의 입열(入熱)을 들 수 있다. 예를 들면, 상기 No.5의 실시예 경우, 입열은 아래와 같이 나타낼 수 있다.

입열=(160A×20V)÷(40cm/60s)=4800(J/cm)

여기서, 단위를 맞추기 위해 용접 속도:0.4m/min은 (40cm/60s)로 기재하였다.

이와 같이, 상기 No.5의 실시예에서는, 예를 들면 판 두께 2.3㎜의 경우는 입열≥4800(J/cm)이라는 입열 범위가 되도록 용접 조건을 설정한다. 따라서, 용접 비드의 단면폭을 6.4㎜ 이상, 돌출부의 돌출 길이를 0.5㎜ 이상으로 할 수 있고, 용접 비드의 전단강도가 우수한 용접 부재로 할 수 있다. 단, 입열을 과잉으로 과도히 많게 하면, 단면폭 및 돌출량이 과도히 커지는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그리고, 판 두께에 따라 바람직한 입열 범위는 달라지며, 판 두께가 얇아지면 바람직한 입열 범위는 낮아지고, 판 두께가 두꺼워지면 바람직한 입열 범위는 높아지는 경향이 있다.

실시예의 용접 부재를 제조할 때에는 용접 비드의 단면폭 및 돌출부의 돌출 길이가 본 발명의 범위 내가 되도록, 상기 표 2의 범위 내에서 용접 조건을 적절히 설정하면 된다. 이와 같은 용접 조건은, 예를 들면 예비실험을 하여, 그 결과에 따라 용접 조건을 조절하는 것에 의해 설정할 수 있다.

표 3에 나타낸 바와 같이, No.4∼17의 실시예에서는 용융 Zn계 도금 강판의 편면당 도금 부착량, 용접 비드의 단면폭(W) 및 블로우 홀 점유율(Br)이 본 발명의 범위 내이며, 인장시험 결과, 모두 상판 또는 하판의 모재에서 파단되어 우수한 전단강도를 나타내었다.

또한, No.17의 실시예에서는 용입 과다로 돌출부의 돌출 길이가 하판의 두께를 초과하여 이면 비드가 발생하였다. 이 경우, 제품으로서 요구되는 품질에 따라서는 이면 비드를 연마할 필요가 생긴다.

반면, 용융 Zn계 도금 강판의 편면당 도금 부착량, 용접 비드의 단면폭(W) 및 블로우 홀 점유율(Br) 중 적어도 어느 하나가 본 발명의 범위 외인 No.18∼25의 비교예에서는 인장시험 결과, 모두 용접 비드 파단이 되어, 용접 비드의 전단강도가 저하되었다는 것을 알 수 있다.

1 : 상판(제2 용융 Zn계 도금 강판)
2 : 용접 비드
3 : 하판(제1 용융 Zn계 도금 강판)
4 : Zn계 도금층
10 : 용접 부재
B : 블로우 홀
P1, P2 : 돌출부
S : 전단면
W : 단면폭

Claims

제1 용융 Zn계 도금 강판의 제1 판면 상에 제2 용융 Zn계 도금 강판이 포개져 아크 용접된 용접 부재에 있어서,
상기 제1 판면 상에, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판과 제2 용융 Zn계 도금 강판을 서로 접합하는 용접 비드가 형성되어 있고,
상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판에서 편면당 도금 부착량이 15∼250g/㎡이며,
상기 용접 비드는 상기 용접 비드가 연장되는 방향에 수직한 면에서 절단하였을 때의 단면에 있어서, 상기 제1 판면 상에서의, Zn계 도금층과 용접 비드의 경계의 한 쪽에서 다른 쪽까지의 단면폭(W)이 하기 식 (1)을 만족하도록 형성되어 있으며, 또한, 하기 식 (2)로 표시되는 블로우 홀 점유율(Br)이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 용접 부재.
2T≤W≤6T···(1)
Br=(Σdi/L)×100···(2)
(여기서,
T: 상기 용융 Zn계 도금 강판의 두께이며, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판의 두께와 제2 용융 Zn계 도금 강판의 두께가 서로 다른 경우에는 얇은 쪽의 두께
di: X선 투과 시험에서 관찰된 i번째의 블로우 홀 길이
L: 용접 비드 길이)
제 1 항에 있어서,
상기 용접 비드는 상기 단면에 있어서, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 속으로 돌출된 돌출부를 포함하고,
상기 돌출부는 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 속으로의 돌출 길이가 0.2㎜이상이며, 또한, 돌출 길이가 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판의 두께 이하인 것을 특징으로 하는 용접 부재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판의 Zn계 도금층은 Zn을 주성분으로 하고, 1.0질량% 이상 22.0질량% 이하의 Al을 함유하는 것을 특징으로 하는 용접 부재.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판의 Zn계 도금층은 0.05질량% 이상 10.0질량% 이하의 Mg을 함유하는 것을 특징으로 하는 용접 부재.
제 4 항에 있어서,
상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판의 Zn계 도금층의 조성이, Ti:0.002∼0.1질량%, B:0.001∼0.05질량%, Si:0∼2.0질량%, Fe:0∼2.5질량%로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 조건을 충족하는 것을 특징으로 하는 용접 부재.
제1 용융 Zn계 도금 강판의 제1 판면 상에, 제2 용융 Zn계 도금 강판을 포개고, 피크 전류와 베이스 전류를 번갈아 공급함으로써 아크를 발생시키는 펄스 아크 용접법에 의해 아크 용접하는 용접 부재의 제조방법에 있어서,
상기 제1 판면 상에, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판과 제2 용융 Zn계 도금 강판을 서로 접합하는 용접 비드를 형성하는 용접 공정을 포함하고,
상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판에서 편면당 도금 부착량이 15∼250g/㎡이며,
상기 용접 공정은 상기 용접 비드를 상기 용접 비드가 연장되는 방향에 수직한 면에서 절단하였을 때의 단면에 있어서, 상기 제1 판면 상에서의 Zn계 도금층과 용접 비드의 경계의 한 쪽에서 다른 쪽까지의 단면폭(W)이 하기 식 (1)을 만족하도록 형성하며, 또한 하기 식 (2)로 표시되는 블로우 홀 점유율(Br)이 50% 이하가 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 용접 부재의 제조방법.
2T≤W≤6T···(1)
Br=(Σdi/L)×100···(2)
(여기서,
T: 상기 용융 Zn계 도금 강판의 두께이며, 상기 제1 용융 Zn계 도금 강판의 두께와 제2 용융 Zn계 도금 강판의 두께가 서로 다른 경우에는 얇은 쪽의 두께
di: X선 투과 시험에서 관찰된 i번째의 블로우 홀 길이
L: 용접 비드 길이)
제 6 항에 있어서,
상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판의 Zn계 도금층은 Zn을 주성분으로 하고, 1.0질량% 이상 22.0질량% 이하의 Al을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 용접 부재의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판의 Zn계 도금층은 0.05질량% 이상 10.0질량% 이하의 Mg을 함유하는 것을 특징으로 하는 용접 부재의 제조방법.
제 8 항에 있어서,
상기 제1 용융 Zn계 도금 강판 및 제2 용융 Zn계 도금 강판의 Zn계 도금층의 조성이, Ti:0.002∼0.1질량%, B:0.001∼0.05질량%, Si:0∼2.0질량%, Fe:0∼2.5질량%로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 조건을 충족하는 것을 특징으로 하는 용접 부재의 제조방법.