KR20190126098A - 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

도금 강판, 냉연 강판 및 열연 강판으로부터 선택되는 적어도 1종의 강판과 알루미늄판을 서로 겹쳐 최외측에 배치되는 판의 한쪽이 강판이고 다른 한쪽이 알루미늄판으로 된 판조의 저항 스폿 용접 조인트를 제조함에 있어서, 전류 I₁(kA)로 통전 시간 t₁(㎳) 동안 통전하는 제1 통전 공정과, 제1 통전 공정의 후에 통전 휴지 시간 t_c(㎳) 동안 통전을 휴지하는 통전 휴지 공정과, 통전 휴지 공정의 후에 전류 I₂(kA)로 통전 시간 t₂(㎳) 동안 통전하는 제2 통전 공정을 갖고, 서로 겹치는 강판의 총 판두께를 T_Fe(㎜), 강판과 접촉시키는 전극의 선단 곡률 반경을 R_Fe(㎜), 강판과 접촉시키는 전극의 선단 지름을 D_Fe(㎜)로 했을 때, 식 (1)∼(6)을 모두 충족한다. I₁＜I₂ (1) t₁＞t₂ (2) t₁≥40 (3) t_c≥5 (4) 3＋0.04×√(I₁ ²×t₁×T_Fe/D_Fe)≤t_c≤495＋√(I₁ ²×t₁×T_Fe/D_Fe) (5) R_Fe≥20 (6)

Description

저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법

본 발명은, 이종(dissimilar) 금속 재료의 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 도금 강판, 냉연 강판 및 열연 강판으로부터 선택되는 적어도 1종의 강판과 알루미늄판을 서로 겹친 판조(sheet set)를, 저항 스폿 용접(resistance spot welding)에 의해 접합하여, 저항 스폿 용접 조인트를 제조하는 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법에 관한 것이다.

최근의 자동차 산업에서는, 차체의 경량화에 의한 연비 향상을 목적으로 하여, 차체로의 알루미늄 합금 등의 경금속의 적용이 진행되고 있다. 현재, 차체에 있어서의 강판끼리의 접합에는, 다른 용접 방법에 비해 비용이나 효율면에서 우위에 있는 저항 스폿 용접법이 가장 많이 이용되고 있으며, 차 1대당의 타점수는 3000점 내지 6000점에 이른다. 저항 스폿 용접법이란, 서로 겹친 2매 이상의 강판을 사이에 끼우고 그의 상하로부터 한 쌍의 전극으로 가압하면서, 상하 전극 간에 고전류의 용접 전류를 단시간 통전하여 저항 발열에 의해 접합하는 방법이다.

차체의 생산 공정의 비용과 효율의 유지라는 관점에서는, 강판끼리의 경우의 접합과 동일하게, 알루미늄판이 혼재하는 경우의 접합에 있어서도 저항 스폿 용접법을 이용하는 것이 유효하다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 알루미늄판이란, 순알루미늄판과 알루미늄 합금판의 총칭이다. 그러나, 강과 알루미늄의 이종 금속 재료 접합에 있어서는, 전극의 가압에 의해 연질의 알루미늄판이 크게 두께 감소되거나, 접합 계면에 취약한 금속 간 화합물이 형성되거나 함으로써, 조인트 강도(joint strength), 특히 십자 인장(cross tension) 등으로 대표되는 박리 방향으로의 부하가 생길 때의 박리 강도를 확보할 수 없다는 과제가 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 이하에 서술하는 바와 같은 저항 스폿 용접 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 강판과 알루미늄판의 사이에, 철/알루미늄 클래드 박판(clad sheet)을 동종재끼리가 마주보도록 인서트시킴으로써, 저전류에서도 고강도의 조인트가 얻어지는 저항 스폿 용접 방법이 기재되어 있다.

특허문헌 2에는, 강판과 알루미늄판의 양측에 덧댐판을 1매 이상 더하여 용접을 행함으로써, 덧댐판과 피접합 재료의 계면이 저항 발열하고, 강과 알루미늄이 저항 확산 접합되어 고강도의 조인트가 얻어지는 저항 스폿 용접 방법이 기재되어 있다.

특허문헌 3에는, 강재와 알루미늄재를 스폿 용접함에 있어서, 강판 및 강판 표면 산화 피막에 있어서의 Mn 및 Si의 각 양을 적정화함으로써, 큰 너깃(nugget) 지름을 얻으면서 날림(expulsion) 발생을 억제할 수 있다고 기재되어 있다.

특허문헌 4에는, 펄세이션(pulsation) 통전의 조건을 적정화함과 함께, 통전 완료 후의 가압력을 증가시킴으로써, 접합 계면의 금속 간 화합물의 성장을 억제하는 이종 금속 접합 방법이 기재되어 있다.

특허문헌 5에는, 전(前) 통전 및 그 후의 통전 조건을 적정화함으로써, 강판 표면으로부터의 날림 발생을 억제함과 함께, 용접 전류도 가능한 한 작게 할 수 있어, 높은 접합 강도를 갖는 이재(異材) 접합부가 얻어지는 스폿 용접 방법이 기재되어 있다.

일본특허공보 제3117053호 일본특허공보 제3504790호 일본공개특허공보 2005-152958호 일본특허공보 제5624901호 일본특허공보 제5572046호

그러나, 특허문헌 1 및 2에 기재된 저항 스폿 용접 방법에서는, 차체의 구조상 불필요한 덧댐판이나 클래드 박판의 사용이 필요해지기 때문에, 대폭적인 비용 증가나 중량 저감을 충분히 도모할 수 없는 등의 문제가 있다.

또한, 특허문헌 3에서는, 강판 및 산화 피막 중의 합금 원소량 및 분포를 한정할 필요가 있기 때문에, 요구 성능을 충족하는 강판의 사용이 제한되는 등의 과제가 있다. 특히, 최근의 강판에서의 고강도화에 수반하는 고합금화가 진행되고 있는 상황하에서는, 특허문헌 3의 발명의 적용은 매우 제한된다.

특허문헌 4에서는, 전 통전의 통전 시간은 20㎳ 이하, 펄세이션 통전의 통전 시간은 10㎳ 이하로 모두 단시간으로, 접합 지름을 확대하기 위해서는 전(前) 통전·펄세이션 통전 모두 고전류화가 필수가 된다. 그 때문에, 강판의 고유 저항이 높은 경우나, 판두께가 큰 경우에는 강판 표면에 있어서의 날림 발생의 우려가 있다.

특허문헌 5에서는, 적용 가능한 판조는 냉연 강판과 6000계 알루미늄 합금판의 판조에만 한정되어 있다는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 5에서는 알루미늄 합금판을 용융시키지 않는 조건으로 전 통전을 행할 필요가 있지만, 알루미늄 합금판은 강판과 비교하여 저융점이기 때문에, 판조에 따라서는 전 통전의 적정 조건 범위가 매우 좁아진다는 문제도 있다.

본 발명은, 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 강판과 알루미늄판의 저항 스폿 용접 조인트로서, 강판이나 알루미늄판의 성분이나 판조에 의하지 않고, 강판과 알루미늄판 간의 양호한 박리 강도를 갖는 저항 스폿 용접 조인트를 제조할 수 있는 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기의 목적을 달성하기 위해, 예의 검토를 거듭한 결과, 이하의 인식을 얻었다. 도 1은, 저항 스폿 용접의 통전 초기의 전류 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에는, 강판(11)과 알루미늄판(12)이 서로 겹쳐진 판조를, 한 쌍의 전극(13, 14)으로 끼워지지 하고 가압하면서 통전했을 때의 전류(용접 전류)의 분포가, 도 1 중의 부호 21로 나타나 있다.

강판과 알루미늄판의 저항 스폿 용접에 있어서 양호한 박리 강도를 갖도록 하기 위해 중요해지는 것은, 접합부로 부여되는 응력을 저감하기 위해 최대한 큰 접합 지름(너깃 지름)을 얻으면서, 접합 계면(강판과 알루미늄판의 맞댐면)에 있어서의 취약한 금속 간 화합물의 성장을 억제하는 것이다. 접합 지름을 확대하기 위해서는 용접 전류나 통전 시간을 증가시키는 것이 일반적으로 유효하지만, 용접 전류나 통전 시간을 증가시키면 입열(heat input)이 커져 접합 계면에 있어서 금속 간 화합물이 성장하기 쉬워져 버린다. 이상의 이유로부터, 강판과 알루미늄판의 저항 스폿 용접 조인트를 양호한 박리 강도를 갖는 것으로 하는 것(박리 강도의 확보)은 곤란했다.

그래서 본 발명자들은, 접합 지름의 확대와 입열의 저감을 양립시키는 통전 패턴 및 전극 등의 용접 조건을 검토했다. 일반적으로, 강판과 알루미늄판의 저항 스폿 용접에서는, 우선 고유 저항이 높은 강판이 발열하고, 강판으로부터의 열 전달에 의해 알루미늄판이 용융되어, 접합이 달성된다. 그 때문에, 본 발명자들은, 접합 지름의 확대와 입열의 저감을 양립시키기 위해서는, 어떻게 광범위한 강판을 단시간에 발열시키는지가 중요하다고 생각했다.

금속 간 화합물의 성장을 억제하기 위해 입열을 저감하기 위해서는, 접합 계면이 고온 상태가 되는 시간을 단축하는 것이 유효하다. 그를 위해서는 통전 패턴을 단시간화·고전류화하는 것이 유효하지만, 알루미늄판의 표면에는 강고한 산화 피막이 존재하기 때문에 통전 경로가 제한되어, 도 1에 나타내는 바와 같이 통전 초기는 가압에 의해 산화 피막이 파괴된 접합부 중심으로 전류가 집중하기 쉽다. 그렇기 때문에, 과도한 단시간화·고전류화는 접합부 중심으로의 입열을 증가·촉진시키게 되기 때문에, 통전 시간의 단시간화·고전류화에는 한계가 있다.

본 발명은, 이들 인식에 기초하여, 추가로 검토를 더하여 완성된 것으로, 요지는 이하와 같다.

[1] 도금 강판, 냉연 강판 및 열연 강판으로부터 선택되는 적어도 1종의 강판과 알루미늄판을 서로 겹쳐 최외측에 배치되는 판의 한쪽이 강판이고 다른 한쪽이 알루미늄판으로 된 판조를, 한 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 저항 스폿 용접에 의해 접합하여, 저항 스폿 용접 조인트를 제조함에 있어서,

전류 I₁(kA)로 통전 시간 t₁(㎳) 동안 통전하는 제1 통전 공정과,

제1 통전 공정의 후에 통전 휴지 시간 t_c(㎳) 동안 통전을 휴지하는 통전 휴지 공정과,

통전 휴지 공정의 후에 전류 I₂(kA)로 통전 시간 t₂(㎳) 동안 통전하는 제2 통전 공정을 갖고,

서로 겹치는 강판의 총 판두께를 T_Fe(㎜), 강판과 접촉시키는 전극의 선단 곡률 반경을 R_Fe(㎜), 강판과 접촉시키는 전극의 선단 지름을 D_Fe(㎜)로 했을 때,

상기 제1 통전 공정, 상기 통전 휴지 공정 및, 상기 제2 통전 공정은, 하기식 (1)∼(6)의 관계를 모두 충족하는, 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법.

I₁＜I₂ (1)

t₁＞t₂ (2)

t₁≥40 (3)

t_c≥5 (4)

3＋0.04×√(I₁ ²×t₁×T_Fe/D_Fe)≤t_c≤495＋√(I₁ ²×t₁×T_Fe/D_Fe) (5)

R_Fe≥20 (6)

[2] 상기 제1 통전 공정, 상기 통전 휴지 공정 및, 상기 제2 통전 공정은, 추가로, 하기식 (7)의 관계를 충족하는, [1]에 기재된 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법.

R_Fe≥50 (7)

[3] 알루미늄판과 접촉시키는 전극의 선단 곡률 반경을 R_Al(㎜)로 했을 때,

상기 제1 통전 공정, 상기 통전 휴지 공정 및, 상기 제2 통전 공정은, 추가로, 하기식 (8)의 관계를 충족하는, [1] 또는 [2]에 기재된 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법.

R_Al≥50 (8)

[4] 상기 제1 통전 공정에서는, 전극을 접촉시킨 알루미늄판의 적어도 일부를 용융시키는, [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 강판이나 알루미늄판의 성분이나 판조에 의하지 않고, 양호한 박리 강도를 갖는 강판과 알루미늄판의 저항 스폿 용접 조인트를 제조할 수 있다.

도 1은, 저항 스폿 용접의 통전 초기의 전류 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 저항 스폿 용접을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 통전 패턴을 설명하는 도면이다.
도 4는, 제2 통전 공정에서의 통전 시의 전류 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 전극의 선단 곡률 반경과 선단 지름을 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법은, 냉연 강판, 열연 강판 및 도금 강판으로부터 선택되는 적어도 1종의 강판과 알루미늄판을 서로 겹쳐 최외측에 배치되는 판의 한쪽이 강판이고 다른 한쪽이 알루미늄판으로 된 판조를, 한 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 저항 스폿 용접에 의해 접합하여, 저항 스폿 용접 조인트를 제조함에 있어서, 전류 I₁(kA)로 통전 시간 t₁(㎳) 동안 통전하는 제1 통전 공정과, 제1 통전 공정의 후에 통전 휴지 시간 t_c(㎳) 동안 통전을 휴지하는 통전 휴지 공정과, 통전 휴지 공정의 후에 전류 I₂(kA)로 통전 시간 t₂(㎳) 동안 통전하는 제2 통전 공정을 갖고, 서로 겹치는 강판의 총 판두께를 T_Fe(㎜), 강판과 접촉시키는 전극의 선단 곡률 반경을 R_Fe(㎜), 강판과 접촉시키는 전극의 선단 지름을 D_Fe(㎜)로 했을 때, 제1 통전 공정, 통전 휴지 공정 및, 제2 통전 공정은, 하기식 (1)∼(6)의 관계를 모두 충족하는 것이다. 또한, 본 발명에 있어서, 저항 스폿 용접 조인트란 강도 시험·단면 관찰 등에 이용되는 테스트 피스(test pieces)나, 저항 스폿 용접에 의해 접합된 자동차 부재 등을 포함시킨 총칭으로 한다.

I₁＜I₂ (1)

t₁＞t₂ (2)

t₁≥40 (3)

t_c≥5 (4)

3＋0.04×√(I₁ ²×t₁×T_Fe/D_Fe)≤t_c≤495＋√(I₁ ²×t₁×T_Fe/D_Fe) (5)

R_Fe≥20 (6)

본 발명을 도 2∼4를 이용하여 이하에 구체적으로 설명한다. 도 2는, 저항 스폿 용접을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3은, 통전 패턴을 설명하는 도면이다. 도 4는, 제2 통전 공정에서의 통전 시의 전류 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 발명은, 복수의 판을 서로 겹친 판조를 한 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고 가압하면서 통전하여 접합(용접 접합)하는 저항 스폿 용접에 의해 저항 스폿 용접 조인트를 얻는, 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법이다.

우선, 강판(11)과 알루미늄판(12)을 서로 겹쳐 판조로 한다. 이때, 도 2에 나타내는 바와 같이, 최외측에 배치되는 판의 한쪽이 강판(11)이고 다른 한쪽이 알루미늄판(12)이 되도록 한다. 환언하면, 전극(13, 14)을 접촉시키는 판이, 각각 강판(11)과 알루미늄판(12)이 되도록 서로 겹친다. 또한, 도 2에 있어서는, 강판(11)과 알루미늄판(12)을 1매씩 서로 겹친 2매 세트의 판조의 저항 스폿 용접 조인트의 예를 나타냈지만, 강판(11)과 알루미늄판(12)의 사이에, 또 다른 1매 이상의 강판 혹은 알루미늄판을 사이에 끼운 3매 겹침 이상의 판조로 해도 좋다.

본 발명에 있어서, 저항 스폿 용접 조인트를 구성하는 판, 즉, 저항 스폿 용접되는 판은, 도금 강판, 냉연 강판 및 열연 강판으로부터 선택되는 적어도 1종의 강판과, 알루미늄판이다. 또한, 도금 강판이란, 표면에 금속 도금층을 갖는 강판이며, 금속 도금층으로서는, 예를 들면 Zn계 도금층이나 Al계 도금층을 들 수 있다. Zn계 도금으로서는, 일반적인 용융 아연 도금(GI), 합금화 용융 아연 도금(GA), 전기 아연 도금(EG), Zn-Ni계 도금(예를 들면, 10∼25질량％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∼20질량％의 Si를 포함하는 Al-Si계 도금) 등을 예시할 수 있다. 강판(11)의 성분은, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 강판(11)의 강도도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 강판으로부터 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 JIS5호 인장 시험편을 제작하고, JIS Z 2241:2011의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하여 구한 인장 강도가, 270㎫ 이상 1800㎫ 이하(270㎫급∼1800㎫급)의 강판이다. 알루미늄판의 성분도 특별히 한정되지 않고, 순알루미늄판이라도 알루미늄 합금판이라도 좋다. 알루미늄 합금판으로서는, 예를 들면 JIS에서 규정되는 5000계(Al-Mg계), 6000계(Al-Mg-Si계), 2000계(Al-Cu계), 7000계(Al-Zn-Mg계, Al-Zn-Mg-Cu계) 등을 들 수 있다. 또한, 알루미늄판의 표면에는, 산화 피막이 형성되어 있다. 또한, 강판(11)이나 알루미늄판(12)의 판두께에 대해서도 특별히 한정은 없지만, 일반적인 자동차 차체에 이용될 수 있는 범위(0.5∼4.0㎜ 정도)인 것이 바람직하다.

다음으로, 강판(11) 및 알루미늄판(12)을 서로 겹친 판조를, 한 쌍의 용접 전극(전극(13) 및 전극(14))으로 사이에 끼우고, 가압하면서 통전한 후에, 전극을 강판으로부터 해방한다. 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(servo motor)등)나, 형식(정치식(stationary), 로봇 건(robot gun) 등) 등은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 직류, 교류의 어느 것에도 본 발명을 적용할 수 있고, 전원의 종류(단상 교류, 교류 인버터, 직류 인버터) 등 특별히 한정되는 것은 아니다. 여기에서 교류의 경우는, 「전류」는 「실효 전류」를 의미한다. 또한, 항상 수냉되어 있는 상태로 저항 스폿 용접을 행한다.

이와 같이, 강판(11)과 알루미늄판(12)을, 최외측에 배치되는 판의 한쪽이 강판(11)이고 다른 한쪽이 알루미늄판(12)이 되도록 겹쳐 판조로 한다. 이 판조를, 한 쌍의 용접 전극(전극(13) 및 전극(14))으로 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여, 저항 발열에 의해 너깃을 형성함과 함께 서로 겹친 강판(11)과 알루미늄판(12)을 접합함으로써, 저항 스폿 용접 조인트가 얻어진다.

본 발명에 있어서는, 이 통전을 특정의 패턴으로 한다. 즉, 본 발명의 통전 패턴은, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이, 전류 I₁(kA)로 통전 시간 t₁(㎳) 동안 통전하는 제1 통전 공정과, 제1 통전 공정의 후에 통전 휴지 시간 t_c(㎳) 동안 통전을 휴지하는 통전 휴지 공정과, 통전 휴지 공정의 후에 전류 I₂(kA)로 통전 시간 t₂(㎳) 동안 통전하는 제2 통전 공정을 갖고, 서로 겹치는 강판의 총 판두께를 T_Fe(㎜), 강판과 접촉시키는 전극(13)의 선단 곡률 반경을 R_Fe(㎜), 강판과 접촉시키는 전극(13)의 선단 지름을 D_Fe(㎜)로 했을 때, 상기식 (1)∼(5)의 관계를 모두 충족한다. 또한, 제2 통전 공정 종료 후는, 필요에 따라서, 1단 이상의 통전을 행한 후, 예를 들면, 후(後) 열처리 등을 목적으로 한 3단째 이후의 통전을 행한 후, 통전을 정지한다.

전술한 바와 같이, 통전 초기는 알루미늄판(12)의 표면의 산화 피막으로 통전 경로가 제한된다. 그 때문에, 본 발명에 있어서는, 우선, 제1 통전 공정(1단째의 통전)에서, 제2 통전 공정보다도 장시간 또한 저전류의 통전을 행한다(상기식 (1), (2)를 참조). 이에 따라, 알루미늄판(12)의 표면의 산화 피막을 파괴함으로써 강판(11)과 알루미늄판(12) 간의 통전 경로를 확보하면서, 과도한 입열 증가가 발생하지 않도록 한다. 추가로, 이 제1 통전 공정의 통전 시간 t₁을 40㎳ 이상으로 함으로써(상기식 (3)을 참조), 강판(11)과 알루미늄판(12) 간의 통전 경로를 충분히 확보할 수 있다.

그리고, 제1 통전 공정에 이어서, 소정의 통전 휴지 시간 t_c(㎳) 동안 통전을 휴지하고(통전 휴지 공정), 이 통전 휴지 공정에 이어서, 제2 통전 공정(2단째의 통전)에서 제1 통전 공정보다도 단시간 또한 고전류의 통전을 행한다. 이에 따라, 순간적으로 광범위를 발열시킬 수 있다. 도 4는, 제2 통전 공정에서의 통전 시의 전류 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 강판(11)과 전극(13)의 접촉단 근방(22)에서는, 전류 밀도가 높기 때문에, 고전류화할수록 이 접촉단 근방(22)에서의 발열이 촉진되게 된다. 따라서, 제2 통전 공정에서의 고전류화는, 단시간의 통전으로 광범위를 발열시키는 데에 유효해져, 광범위한 알루미늄판(12)을 용융시키고, 이에 따라 접합 지름을 확대할 수 있다. 그러나, 제1 통전 공정의 통전 종료 시점에서는, 제1 통전 공정에 있어서 초기에 산화 피막이 파괴되어 통전이 개시되는 접합부 중심이 보다 고온으로 되어 있다. 따라서, 통전 휴지 공정에서의 통전 휴지 시간 t_c가 짧은 경우는, 제2 통전 공정의 통전을 단시간 또한 고전류화했다고 해도 고온의 접합부 중심으로부터 재승온하기 때문에, 입열이 과대해지기 쉽다.

그래서 본 발명에 있어서는, 통전 휴지 시간 t_c가 5㎳ 이상(상기식 (4)를 참조)이고 또한 상기식 (5)를 충족하는 통전 휴지 공정을 행한 후에, 고전류 또한 단시간의 제2 통전 공정을 행하도록 한다. 이에 따라, 통전 휴지 공정에 있어서 접합부 중심의 온도가 일단 저하하기 때문에, 제2 통전 공정의 통전에서는 전류 밀도가 높은 강판(11)과 전극(13)의 접촉단 근방(22)의 발열을 촉진할 수 있어, 입열을 억제하면서, 너깃 지름을 확대할 수 있는 것이다. 여기에서, t_c의 하한값은, 제1 통전 공정에 있어서의 발열(heat generation)량 및 제1 통전 공정 종료 후의 전극으로의 발열(heat removal)량에 따라서 설정하는 것이 효과적이다. 이 때문에, t_c의 하한값으로서, 그들에 영향을 미치는 파라미터인 I₁, t₁, T_Fe, D_Fe로 이루어지는 관계식 (5)(즉 상기식 (5)의 좌변)를 결정했다. T_Fe가 크면 제1 통전 공정에 있어서의 강판의 발열량이 증가함과 함께, 전극으로의 발열도 생기기 어려워지기 때문에, t_c의 하한값은 커진다. 또한, D_Fe가 크면, 전극과의 접촉 면적이 증가함으로써 전극으로의 발열이 촉진되기 때문에, t_c의 하한값은 작아진다. 또한, t_c의 과도한 증가는 생산 효율을 저하시키기 때문에, t_c의 상한값에 대해서도, 동일한 파라미터로 이루어지는 관계식 (5)(즉 상기식 (5)의 우변)를 설정했다. 또한, 제2 통전 공정에서의 통전 시간 t₂는, 예를 들면 5∼100㎳가 바람직하다.

추가로, 본 발명에 있어서는, 전술한 특정의 통전 패턴으로 하는 것에 더하여, 상기식 (6)을 충족하는, 즉, 강판(11)과 접촉시키는 전극(13)으로서, 선단 곡률 반경 R_Fe가 20㎜ 이상인 전극을 이용할 필요가 있다. 이는, 강판(11)과 접촉시키는 전극(13)의 선단 곡률 반경 R_Fe의 확대에 따라, 강판(11)과 전극(13)의 접촉 면적이 커짐으로써, 제2 통전 공정에 있어서의 통전 면적이 커져, 강판(11)의 발열 범위 및 접합 지름을 확대할 수 있도록 하기 위함이다. 덧붙여, 강판(11)과 전극(13)의 접촉 면적이 확대됨으로써, 전극(13)으로의 발열이 촉진되어, 제1 통전 공정 종료 후의 통전 휴지 시간 t_c를 단축할 수도 있다. 또한, 강판(11)과 전극(13)의 접촉단 근방(22)에 있어서의 전류 밀도의 과대 증가를 막음으로써, 강판 표면으로부터의 날림 발생을 억제하는 효과도 얻어진다. 또한, 강판(11)과 접촉시키는 전극(13)은, 선단 곡률 반경 R_Fe가 하기식 (7)의 관계를 충족하는, 즉 선단 곡률 반경 R_Fe가 50㎜ 이상인 전극을 이용하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 전극과 강판의 접촉 면적을 확대하여, 전류 밀도를 저하시키는 것에 의한 표면 날림의 억제이다.

R_Fe≥50 (7)

전극(13)의 선단의 형식은, 예를 들면 JIS C 9304:1999에 기재되는 DR형(돔 라디어스형(dome radius type)), R형(라디어스형), D형(돔형)이다. 도 5에, 전극의 선단 곡률 반경 R과 선단 지름 D를 나타낸다. 도 5(a)는 라디어스형의 전극의 선단 곡률 반경 R과 선단 지름 D를 나타내는 도면이고, 도 5(b)는 돔 라디어스형의 전극의 선단 곡률 반경 R과 선단 지름 D를 나타내는 도면이다. 또한, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 돔 라디어스형의 전극은 선단측의 곡면이 2단의 곡률을 갖지만, 전극의 선단 곡률 반경은, 저항 스폿 용접하는 판에 맨 처음에 접하는 부분(중심측의 곡면)의 곡률 반경 R이다.

강판(11)과 접촉시키는 전극(13)의 선단 지름 D_Fe는, 전극과 강판의 접촉 면적 확보의 관점에서, 예를 들면 4㎜∼16㎜인 것이 바람직하다. 전극(13)의 선단 지름 D_Fe는, 보다 바람직하게는 6㎜∼16㎜이고, 더욱 바람직하게는 8㎜∼16㎜이다.

본 발명에 있어서는, 상기 특정의 통전 패턴으로 행하고, 또한, 강판(11)에 접촉시키는 전극(13)으로서 특정의 전극을 이용함으로써, 광범위한 알루미늄판(12)을 용융시키면서, 과대한 발열을 막을 수 있기 때문에, 접합 지름의 확대와 입열의 저감에 의한 접합 계면의 금속 간 화합물의 성장 억제를 양립시키는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 양호한 박리 강도를 갖는 강판(11)과 알루미늄판(12)의 저항 스폿 용접 조인트를 제조할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 강판이나 알루미늄판의 성분이나 판조에 의하지 않고, 구체적으로는, 강판이나 알루미늄판에 있어서의 표면의 금속 도금층의 유무나 두께, 산화 피막의 조성이나 두께, 모재 강도, 판두께에 의하지 않고, 적용할 수 있다.

또한, 알루미늄판(12)과 접촉시키는 전극(14)은, 알루미늄판(12)과 접촉시키는 전극(14)의 선단 곡률 반경을 R_Al(㎜)로 했을 때, 하기식 (8)을 충족하는, 즉, 선단 곡률 반경 R_Al이 50㎜ 이상인 전극으로 하는 것이 적합하다. 이에 따라, 본 발명의 효과를 보다 유효하게 얻을 수 있다. 이는, 알루미늄판(12)에 더해지는 면압을 저감시킴으로써, 통전에 의한 알루미늄판(12)의 두께 감소를 억제하는 효과가 얻어지기 때문이다.

R_Al≥50 (8)

또한, 선단 곡률 반경 R_Al은 80㎜ 이상으로 하는 것이, 보다 바람직하다.

알루미늄판(12)과 접촉시키는 전극(14)의 선단의 형식은, 예를 들면 JIS C 9304:1999에 기재되는 DR형(돔 라디어스형), R형(라디어스형), D형(돔형)이다. 알루미늄판(12)과 접촉시키는 전극(14)의 선단 지름 D_Al은, 알루미늄 합금판에 더해지는 면압 저감의 관점에서, 예를 들면 4㎜∼16㎜인 것이 바람직하다. 전극(14)의 선단 지름 D_Al은, 보다 바람직하게는 6㎜∼16㎜이고, 더욱 바람직하게는 8㎜∼16㎜이다.

또한, 알루미늄판(12)측의 전극(14)의 선단 지름 D_Al과, 강판(11)측의 전극(13)의 선단 지름 D_Fe의 대소 관계에 대해서는 특별히 규정은 없고, 양자가 동일해도 좋고, 상이해도 좋다.

또한, 본 발명에 있어서, 제2 통전 공정의 통전으로 적용할 수 있는 전류 범위를 확대하고 싶은 경우는, 제1 통전 공정에서 강판(11)과 알루미늄판(12) 간에 충분한 통전 경로를 확보해 두는 것이 유효해진다. 그 때문에 제1 통전 공정의 통전 시간 t₁은, 50㎳ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 60㎳ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 제1 통전 공정의 통전 시간 t₁의 상한은 특별히 규정하지 않지만, 택 타임(tact time) 단축의 관점에서, 바람직하게는, 통전 시간 t₁이 600㎳ 이하이다.

또한, 이 제1 통전 공정의 통전 시에, 알루미늄판(12)은 적어도 일부가 용융되는 것이 바람직하다. 제1 통전 공정의 통전 시에 알루미늄판(12)이 용융됨으로써 알루미늄판(12) 표면의 산화 피막이 완전하게 제거되기 때문에, 통전 경로의 안정화가 가능해진다. 단, 입열이 과대해지는 것을 막기 위해, 최외측에 위치하고 전극(14)에 접촉시키는 알루미늄판(12)의 판두께를 T(㎜)로 했을 때, 제1 통전 공정의 통전으로 형성하는 전극(14)에 접촉시키는 최외측의 알루미늄판(12)의 너깃 지름은, 6√T(㎜) 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 5√T(㎜) 이하이다. 또한, 제1 통전 공정의 통전으로 형성하는, 전극(14)에 접촉시키는 최외측의 알루미늄판(12)의 너깃 지름은, 2√T(㎜) 이상인 것이 바람직하다. 또한, 알루미늄판(12)의 판두께 T는 단위로서 ㎜를 이용하고, 이 T를 대입한 6√T나 5√T의 단위도 ㎜로 한다. 여기에서, 알루미늄판(12)의 너깃 지름은, 알루미늄판(12)과 당해 알루미늄판(12)과 접하는 판(도 2에 있어서는, 강판(11))의 맞댐면(접합면)에 있어서의, 알루미늄판(12)의 너깃의 최대 지름이다. 또한, 「너깃」이란, 겹침 저항 용접에 있어서 용접부에 생기는 용융 응고된 부분이지만, 본 명세서에 있어서는, 응고되면 너깃이 되는 용융부(즉 응고되기 전의 용융부)도 너깃이라고 불리우는 경우가 있다.

또한, 강판의 판두께가 큰 경우 등, 전극으로의 발열이 생기기 어려운 판에 있어서는, 통전 휴지 시간 t_c는 10㎳ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 20㎳ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 통전 휴지 시간 t_c는 하기식 (9)의 관계를 충족하는 것이 바람직하고, 하기식 (10)의 관계를 충족하는 것이 보다 바람직하다. 그 이유는 용접부를 일단 냉각함으로써, 제2 통전 공정에서 광범위한 발열을 촉진하여, 조인트 강도가 향상하기 때문이다.

8＋0.04×√(I₁ ²×t₁×T_Fe/D_Fe)≤t_c≤495＋√(I₁ ²×t₁×T_Fe/D_Fe) (9)

15＋0.04×√(I₁ ²×t₁×T_Fe/D_Fe)≤t_c≤495＋√(I₁ ²×t₁×T_Fe/D_Fe) (10)

본 발명에 있어서의 용접 전류(통전 시의 전류)는, 특별히 한정되지 않고, 용접 전류는 예를 들면 4∼40㎄이다. 단, 시공상은 소정의 너깃 지름을 얻을 필요가 있고, 과대한 전류값은 날림 발생의 원인이 되기 때문에, 제1 통전 공정의 전류 I₁은 예를 들면 4∼20㎄이고, 제2 통전 공정의 전류값 I₂는 예를 들면 10∼40㎄이다.

또한, 용접 중의 가압력에는 특별히 제한은 없고, 예를 들면, 가압력은, 예를 들면 2.0kN∼7.0kN이고, 가압력을 용접 중 및 용접 전후로 변화시켜도 좋다.

또한, 용접 중의 저항값·전압값과 같은 파라미터를 감시하고, 그 변동에 따라서 전류값이나 통전 시간을 변화시키는 제어 방법을 이용해도 하등 문제없다.

또한, 본 명세서에 있어서, 상기 각 식은 수치만의 관계를 규정한 것이다.

실시예

본 발명의 실시예를 이하에 나타낸다. 또한 이 실시예에서 이용한 판조나 용접 조건, 전극 형상은, 본 발명의 효과를 나타내기 위해 적용한 일 예이기 때문에, 다른 조건을 이용해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.

(본 발명예 및 비교예)

공시재료로서, 표 1-1 및 표 1-2에 나타낸 강판(11)과 알루미늄판(12)을 이용했다. 표 1-1 및 표 1-2에 나타낸 각 강판의 인장 강도는, 강판으로부터 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 JIS5호 인장 시험편을 제작하고, JIS Z 2241:2011의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하여 구했다. 표 1-1에 나타낸 강판(11)과 알루미늄판(12)은, 도 2에 나타내는 바와 같이 하여, 저항 스폿 용접을 행하고, 2매 겹침의 판조로 이루어지는 저항 스폿 용접 조인트를 제조했다. 표 1-2에 나타낸 강판과 알루미늄판은, 도시는 하지 않지만, 동일하게 저항 스폿 용접을 행하고, 강판(11)(하판)과 알루미늄판(12)(상판)의 사이에 또 다른 1매의 강판(15)(중판)을 사이에 끼운 3매 겹침의 판조로 이루어지는 저항 스폿 용접 조인트를 제조했다. 또한, 이용한 알루미늄판(12)은 표면에 산화 피막이 형성되어 있었다. 용접기는 인버터 직류식 저항 스폿 용접기를 이용하고, 전극(13, 14)의 선단 곡률 반경 및 선단 지름, 그리고 통전 패턴을 표 2에 나타내는 조건으로 했다. 전극(13, 14)은 모두 크롬동제의 DR형 전극을 이용했다. 저항 스폿 용접은 실온(20℃)에서 행하고, 전극(13, 14)을 항상 수냉한 상태로 행했다. 또한, 가압력은, 제1 통전 공정, 통전 휴지 공정, 제2 통전 공정에 걸쳐 일정하게 했다. 또한, 제1 통전 공정에서는, 알루미늄판(12)의 일부가 용융되어 있었다.

얻어진 저항 스폿 용접 조인트에 대해서, JIS Z 3137에 기초하는 십자 인장 시험을 실시하여, 박리 강도를 평가했다. 십자 인장 강도(CTS)가, CTS≥0.9kN인 경우를 A, 0.9kN＞CTS≥0.8kN인 경우를 B, 0.8kN＞CTS≥0.7kN인 경우를 C, 0.7kN＞CTS인 경우를 F로 하여, 각각 평가했다. 평가 결과를 표 2에 나타낸다. 본 발명예에서는, 평가는 A∼C 중 어느 하나였다.

또한, 상기와 동일한 조건으로 제1 통전 공정을 행하고, 접합부의 단면 관찰을 행하여, 제1 통전 공정의 통전으로 형성한, 알루미늄판(12)의 너깃 지름(㎜)을 구했다. 또한, 알루미늄판(12)의 너깃 지름은, 알루미늄판(12)과 알루미늄판(12)과 접하는 판(강판(11), 표 1-2에 나타내는 3매 겹침의 판조의 경우에는 강판(15))의 접합면에 있어서의, 알루미늄판(12)의 너깃의 최대 지름을 측정했다. 측정 결과를 표 2에 나타낸다.

(표 1-1)

(표 1-2)

11, 15 : 강판
12 : 알루미늄판
13, 14 : 전극
21 : 용접 전류
22 : 강판과 전극의 접촉단 근방

Claims (4)

1. 도금 강판, 냉연 강판 및 열연 강판으로부터 선택되는 적어도 1종의 강판과 알루미늄판을 서로 겹쳐 최외측에 배치되는 판의 한쪽이 강판이고 다른 한쪽이 알루미늄판으로 된 판조(sheet set)를, 한 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 저항 스폿 용접에 의해 접합하여, 저항 스폿 용접 조인트를 제조함에 있어서,
   전류 I₁(kA)로 통전 시간 t₁(㎳) 동안 통전하는 제1 통전 공정과,
   제1 통전 공정의 후에 통전 휴지 시간 t_c(㎳) 동안 통전을 휴지하는 통전 휴지 공정과,
   통전 휴지 공정의 후에 전류 I₂(kA)로 통전 시간 t₂(㎳) 동안 통전하는 제2 통전 공정을 갖고,
   서로 겹치는 강판의 총 판두께를 T_Fe(㎜), 강판과 접촉시키는 전극의 선단 곡률 반경을 R_Fe(㎜), 강판과 접촉시키는 전극의 선단 지름을 D_Fe(㎜)로 했을 때,
   상기 제1 통전 공정, 상기 통전 휴지 공정 및, 상기 제2 통전 공정은, 하기식 (1)∼(6)의 관계를 모두 충족하는, 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법.
   I₁＜I₂ (1)
   t₁＞t₂ (2)
   t₁≥40 (3)
   t_c≥5 (4)
   3＋0.04×√(I₁ ²×t₁×T_Fe/D_Fe)≤t_c≤495＋√(I₁ ²×t₁×T_Fe/D_Fe) (5)
   R_Fe≥20 (6)
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 통전 공정, 상기 통전 휴지 공정 및, 상기 제2 통전 공정은, 추가로, 하기식 (7)의 관계를 충족하는, 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법.
   R_Fe≥50 (7)
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   알루미늄판과 접촉시키는 전극의 선단 곡률 반경을 R_Al(㎜)로 했을 때,
   상기 제1 통전 공정, 상기 통전 휴지 공정 및, 상기 제2 통전 공정은, 추가로, 하기식 (8)의 관계를 충족하는, 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법.
   R_Al≥50 (8)
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 통전 공정에서는, 전극을 접촉시킨 알루미늄판의 적어도 일부를 용융시키는, 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법.

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