KR20190126099A - 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

강판 2매와 알루미늄판 1매의 3매 겹침의 저항 스폿 용접 조인트로서, 강판이나 알루미늄판의 성분이나 판조에 의하지 않고, 양호한 조인트 강도를 갖는 저항 스폿 용접 조인트를 제조할 수 있는 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법을 제공한다. 2매의 강판과 1매의 알루미늄판을 서로 겹쳐 최외측에 배치되는 판의 한쪽이 강판이고 다른 한쪽이 알루미늄판으로 된 판조를, 저항 스폿 용접에 의해 접합하여, 저항 스폿 용접 조인트를 제조함에 있어서, 2매의 강판 중 얇은 쪽의 강판의 판두께를 t_Fe(㎜)로 했을 때, 통전하여 2매의 강판 간에 너깃 지름이 2√t_Fe(㎜) 이상인 너깃을 형성하는 제1 통전 공정과, 제1 통전 공정의 후에 통전을 휴지하는 통전 휴지 공정과, 통전 휴지 공정의 후에 통전하는 제2 통전 공정을 갖는다.

Description

저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법

본 발명은, 이종(dissimilar) 금속 재료의 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 2매의 강판과 1매의 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 한 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 그 사이에 끼운 강판의 상하로부터 한 쌍의 전극으로 가압하면서, 상하의 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)를 확보할 수 없다는 과제가 있다. 특히, 강판 2매와 알루미늄판 1매를 서로 겹친 3매 겹침의 판조에 있어서는, 강판-알루미늄판 간, 강판-강판 간 모두 소망하는 접합 지름(너깃 지름(nugget diameter))을 얻을 필요가 있기 때문에, 조인트의 강도 확보는 더욱 곤란해진다.

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 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.

덧붙여, 이들 문헌은 모두 강판과 알루미늄판의 2매 겹침의 판조에 있어서의 과제 해결을 의도한 것으로, 강판 2매에 알루미늄판 1매를 서로 겹친 3매 겹침의 판조에 있어서, 강판-알루미늄판 간뿐만 아니라, 강판-강판 간에 있어서도 소망하는 너깃 지름을 얻는 방법에 대해서는 서술되어 있지 않다.

본 발명은, 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 강판 2매와 알루미늄판 1매의 3매 겹침의 저항 스폿 용접 조인트로서, 강판이나 알루미늄판의 성분이나 판조에 의하지 않고, 양호한 조인트 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, 본 발명의 저항 스폿 용접을 개략적으로 나타내는 도면으로, 2매의 강판(중판)(11) 및 강판(하판)(12)과 알루미늄판(상판)(13)이 서로 겹쳐진 판조를, 한 쌍의 전극(14, 15)으로 끼워지지 하는 도면이다. 또한, 도 2는, 저항 스폿 용접의 통전 초기의 전류 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2에는, 2매의 강판(11, 12)과 알루미늄판(13)이 서로 겹쳐진 판조를, 한 쌍의 전극(14, 15)으로 끼워지지 하고 가압하면서 통전했을 때의 통전 초기의 전류(용접 전류)의 분포가, 도 2 중의 부호 21로 나타나 있다.

2매의 강판과 1매의 알루미늄판의 3매 겹침의 판조의 저항 스폿 용접에 있어서 양호한 조인트 강도를 확보하기 위해서는, 도 1과 같이 강판-강판 간이나 강판-알루미늄판 간에서, 각각 너깃 지름이 큰 너깃(강판-강판 간의 너깃(16), 강판-알루미늄판 간의 너깃(17))을 얻는 것이 유효하다. 덧붙여, 과잉의 입열(heat input)은, 강판-알루미늄판 간의 접합 계면(강판과 알루미늄판의 맞댐면)에 있어서의 취약한 금속 간 화합물의 성장에 의한 조인트 강도의 저하를 일으키기 때문에, 입열의 저감도 도모하지 않으면 안 된다.

이 금속 간 화합물의 성장 억제에는, 일반적으로 통전 패턴을 단시간화 및 고전류화하는 것이 유효하지만, 알루미늄판의 표면에는 강고한 산화 피막이 존재하기 때문에 통전 경로가 제한되어, 도 2에 나타내는 바와 같이 통전 초기는 가압에 의해 산화 피막이 파괴된 접합부 중심(23)에 전류가 집중하기 쉽다. 그렇기 때문에, 과도한 단시간화 및 고전류화는, 접합부(너깃) 중심으로의 강판-알루미늄판 간의 입열을 증가·촉진시키게 된다. 추가로, 과도한 단시간화 및 고전류화에 의해, 강판-강판 간의 날림 발생도 일어나기 쉬워지기 때문에, 강판-강판 간에서의 너깃 지름의 확보가 곤란해진다. 또한, 강판 1매와 알루미늄판 1매를 이용한 2매 겹침의 판조와 비교하면, 강판 2매와 알루미늄판 1매를 이용한 3매 겹침의 판조에서는 강판의 총 판두께가 크다. 이 때문에, 전극으로의 발열(heat removal)이 불충분해짐으로써, 강판-강판 간뿐만 아니라 강판 표면에서의 날림 발생도 일어나기 쉬워진다. 이상의 이유로부터, 통전 시간의 단시간화 및 고전류화에는 한계가 있다.

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

[1] 2매의 강판과 1매의 알루미늄판을 서로 겹쳐 최외측에 배치되는 판의 한쪽이 강판이고 다른 한쪽이 알루미늄판으로 된 판조를, 저항 스폿 용접에 의해 접합하여, 저항 스폿 용접 조인트를 제조함에 있어서,

2매의 강판 중 얇은 쪽의 강판의 판두께를 t_Fe(㎜)로 했을 때, 통전하여 2매의 강판 간에 너깃 지름이 2√t_Fe(㎜) 이상인 너깃을 형성하는 제1 통전 공정과,

제1 통전 공정의 후에 통전을 휴지하는 통전 휴지 공정과,

통전 휴지 공정의 후에 통전하는 제2 통전 공정을 갖는 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법.

[2] 상기 강판과 접촉시키는 전극의 선단 곡률 반경을 R_Fe(㎜)로 하고, 상기 제1 통전 공정의 전류를 I₁(kA), 통전 시간을 t₁(㎳)로 하고, 상기 통전 휴지 공정의 통전 휴지 시간을 t_c(㎳)로 하고, 상기 제2 통전 공정의 전류를 I₂(kA), 통전 시간을 t₂(㎳)로 했을 때,

상기 제1 통전 공정, 상기 통전 휴지 공정 및, 상기 제2 통전 공정은, 하기식 (1)∼(5)의 관계를 모두 충족하는, [1]에 기재된 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법.

I₁＜I₂ (1)

t₁＞t₂ (2)

t₁≥40 (3)

t_c≥5 (4)

R_Fe≥20 (5)

[3] 상기 강판과 접촉시키는 전극의 선단 곡률 반경을 R_Fe(㎜), 선단 지름을 D_Fe(㎜)로 했을 때,

상기 제1 통전 공정, 상기 통전 휴지 공정 및, 상기 제2 통전 공정은, 추가로, 하기식 (6) 및 (7)의 관계를 충족하는, [1] 또는 [2]에 기재된 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법.

R_Fe≥50 (6)

D_Fe≥3 (7)

본 발명에 의하면, 강판 2매와 알루미늄판 1매의 3매 겹침의 저항 스폿 용접 조인트로서, 강판이나 알루미늄판의 성분이나 판조에 의하지 않고, 양호한 조인트 강도를 갖는 저항 스폿 용접 조인트를 제조할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 저항 스폿 용접을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 저항 스폿 용접의 통전 초기의 전류 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 통전 패턴을 설명하는 도면이다.
도 4는, 전극의 선단 곡률 반경과 선단 지름을 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 실시예의 인장 시험(인장 전단 시험)을 설명하는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 실시예의 인장 시험(십자 인장 시험)을 설명하는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법은, 2매의 강판과 1매의 알루미늄판을 서로 겹쳐 최외측에 배치되는 판의 한쪽이 강판이고 다른 한쪽이 알루미늄판으로 된 판조를, 저항 스폿 용접에 의해 접합하여, 저항 스폿 용접 조인트를 제조함에 있어서, 2매의 강판 중 얇은 쪽의 강판의 판두께를 t_Fe(㎜)로 했을 때, 통전하여 2매의 강판 간에 너깃 지름이 2√t_Fe(㎜) 이상인 너깃을 형성하는 제1 통전 공정과, 제1 통전 공정의 후에 통전을 휴지하는 통전 휴지 공정과, 통전 휴지 공정의 후에 통전하는 제2 통전 공정을 갖는 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.

본 발명을 도 1∼4를 이용하여 이하에 구체적으로 설명한다. 본 발명은, 2매의 강판과 1매의 알루미늄판을 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 강판(12)과 알루미늄판(13)을 서로 겹쳐, 판조로 한다. 이때, 도 1에 나타내는 바와 같이, 최외측에 배치되는 판의 한쪽이 강판(12)이 되고, 다른 한쪽이 알루미늄판(13)이 되도록 한다. 환언하면, 전극(14, 15)을 접촉시키는 판이, 각각 강판(12)과 알루미늄판(13)이 되도록 서로 겹친다.

강판(11, 12)은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 냉연 강판, 열연 강판, 도금 강판을 들 수 있다. 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, 12)의 성분은, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 강판(11, 12)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 590㎫ 이상(590㎫급 이상), 나아가서는 980㎫ 이상(980㎫급 이상)의 고강도 강판을 이용할 수 있다. 강판(11)과 강판(12)은, 성분이 동일해도 상이해도 좋고, 강도나 판두께가 동일해도 상이해도 하등 문제없고, 금속 도금층을 갖는 도금 강판과 금속 도금층을 갖지 않는 강판을 이용해도 좋다. 알루미늄판(13)의 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, 알루미늄판(13)의 표면에는, 산화 피막이 형성되어 있다. 또한, 강판(11, 12)이나 알루미늄판(13)의 판두께에 대해서도 특별히 한정은 없지만, 일반적인 자동차 차체에 이용될 수 있는 범위(0.5∼4.0㎜ 정도)인 것이 바람직하다.

다음으로, 강판(11, 12) 및 알루미늄판(13)을 서로 겹친 판조를, 한 쌍의 용접 전극(전극(14) 및 전극(15))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), 전극의 형상 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, 12)과 알루미늄판(13)을, 최외측에 배치되는 판의 한쪽이 강판(12)이고 다른 한쪽이 알루미늄판(13)이 되도록 겹쳐 판조로 한다. 이 판조를, 한 쌍의 용접 전극(전극(14) 및 전극(15))으로 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여, 저항 발열에 의해 너깃(16, 17)을 형성함과 함께 서로 겹친 강판(11, 12)과 알루미늄판(13)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, 2매의 강판 중 얇은 쪽의 강판의 판두께를 t_Fe(㎜)로 했을 때, 통전하여 2매의 강판(11, 12) 간에 너깃 지름이 2√t_Fe(㎜) 이상인 너깃을 형성하는 제1 통전 공정과, 제1 통전 공정의 후에 통전을 휴지하는 통전 휴지 공정과, 통전 휴지 공정의 후에 통전하는 제2 통전 공정을 갖는다. 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.

제1 통전 공정(1단째의 통전)에서 강판(11, 12) 간에 2√t_Fe(㎜) 이상의 지름(너깃 지름)을 갖는 너깃을 형성함으로써, 제2 통전 공정(2단째의 통전)에 있어서 과잉의 날림이 발생하는 것에 의한 너깃(16, 17)의 너깃 지름의 감소를 막는 효과가 얻어진다. 덧붙여, 2√t_Fe(㎜) 이상의 지름을 갖는 너깃을 형성하는 제1 통전 공정의 통전에 의한 열 영향으로 강판(11)이 변형되어, 강판(12)과 전극(14)의 접촉 면적이 확대되기 때문에, 제2 통전 공정의 통전에 있어서의 강판(12) 표면 부근의 전류 밀도가 저하하여, 강판(12) 표면으로부터의 날림 발생을 억제하는 효과도 아울러 얻을 수 있다. 추가로, 제1 통전 공정의 통전 및 그의 열 영향으로 알루미늄판(13) 표면의 산화 피막이 파괴되어, 강판-알루미늄판 간의 통전 경로가 확보된다. 그 때문에, 제2 통전 공정의 통전에 있어서 접합부 중심으로의 전류 밀도의 과잉 증가에 수반하는 입열 증가가 억제된다. 또한, 이 제1 통전 공정에 의해, 강판-알루미늄판 간에 너깃이 형성되어도 좋고, 형성되지 않아도 좋다. 단, 과잉 입열에 의한 금속 간 화합물의 성장을 억제한다는 관점에서는, 알루미늄판(13)의 판두께를 t_Al(㎜)로 했을 때, 제1 통전 공정에서 강판-알루미늄판 간에 형성되는 너깃의 너깃 지름(㎜)은 6√t_Al 이하로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 제1 통전 공정에서 강판-알루미늄판 간에 형성되는 너깃의 너깃 지름(㎜)의 하한을 1.5√t_Al 이상으로 한다.

또한, 판두께 t_Fe나 t_Al은 단위로서 ㎜를 이용하고, 이 판두께 t_Fe나 t_Al을 대입한 2√t_Fe나 6√t_Al의 단위도 ㎜로 한다. 강판 간에 형성되는 너깃의 너깃 지름이란, 전극(14)과 접촉시키는 강판(12)과 당해 강판(12)과 접하는 강판(도 1에 있어서는, 강판(11))의 맞댐면(접합면)에 있어서의, 강판(12)의 너깃의 최대 지름이다. 또한, 강판-알루미늄판 간에 형성되는 너깃의 너깃 지름이란, 알루미늄판(13)과 당해 알루미늄판(13)과 접하는 판(도 1에 있어서는, 강판(11))의 맞댐면(접합면)에 있어서의, 알루미늄판(13)의 너깃(17)의 최대 지름이다. 너깃(16, 17)의 너깃 지름을, 도 1에 나타낸다. 또한, 「너깃」이란, 겹침 저항 용접에 있어서 용접부에 생기는 용융 응고된 부분이지만, 본 명세서에 있어서는, 응고되면 너깃이 되는 용융부(즉 응고되기 전의 용융부)도 너깃라고 부르는 경우가 있다.

본 발명에 있어서는, 상기한 특정의 통전 패턴으로 통전을 행함으로써, 과잉의 날림의 발생을 억제하여 너깃(16, 17)의 너깃 지름의 감소를 막음과 함께, 산화 피막을 파괴하여 전류 밀도의 과잉 증가에 수반하는 입열 증가를 억제한다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 양호한 조인트 강도를 갖는 강판(11)과 강판(12)과 알루미늄판(13)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, 본 발명에 있어서, 양호한 조인트 강도를 갖는 저항 스폿 용접 조인트란, 인장 전단 강도(TSS) 및 십자 인장 강도(CTS) 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 높은 저항 스폿 용접 조인트를 가리킨다.

이 통전 패턴에 관해서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 강판(12)과 접촉시키는 전극(14)의 선단 곡률 반경을 R_Fe(㎜)로 하고, 제1 통전 공정의 전류를 I₁(kA), 통전 시간을 t₁(㎳)로 하고, 통전 휴지 공정의 통전 휴지 시간을 t_c(㎳)로 하고, 제2 통전 공정의 전류를 I₂(kA), 통전 시간을 t₂(㎳)로 했을 때, 제1 통전 공정, 통전 휴지 공정 및, 제2 통전 공정은, 상기식 (1)∼(5)의 관계를 모두 충족함으로써, 본 발명의 효과를 보다 유효하게 얻을 수 있다.

상술하면, 상기식 (1)∼(2)에 나타내는 바와 같이, 제1 통전 공정은 제2 통전 공정보다도 장시간 또한 저전류의 통전을 행함으로써, 전술과 같이 강판 간의 날림을 억제하면서, 2√t_Fe(㎜) 이상의 너깃 지름을 확보한다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이 통전 초기는 알루미늄판(13)의 표면의 산화 피막으로 통전 경로가 제한되지만, 이 장시간 또한 저전류의 통전에 의해, 산화 피막을 파괴하여, 강판(11, 12)과 알루미늄판(13) 간의 통전 경로를 확보하면서, 과도한 입열 증가가 발생하지 않도록 한다.

또한, 상기식 (3)에 나타내는 바와 같이, 제1 통전 공정의 통전 시간 t₁을 40㎳ 이상으로 함으로써, 강판(11, 12)과 알루미늄판(13) 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. 강판(12)과 전극(14)의 접촉단 근방에서는, 전류 밀도가 높기 때문에, 고전류화할수록 이 접촉단 근방에서의 발열이 촉진되게 된다. 따라서, 제2 통전 공정에서의 고전류화는, 단시간의 통전으로 광범위를 발열시키는 데에 유효해져, 광범위한 알루미늄판(13)을 용융시키고, 이에 따라 접합 지름을 확대할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 제1 통전 공정의 통전에 의해 강판(12)과 전극(14)의 접촉 지름이 확대되어 있기 때문에, 강판(12) 표면으로부터의 날림은 발생하기 어려운 상태로 되어 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, 상기식 (4)에 나타내는 바와 같이, 통전 휴지 시간 t_c가 5㎳ 이상의 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(12)과 전극(14)의 접촉단 근방의 발열을 촉진할 수 있어, 광범위를 효율적으로 승온할 수 있고, 알루미늄판(13)의 너깃 지름의 확보와 입열 저감을 양립할 수 있다. 또한, 제2 통전 공정에서는, 과잉의 너깃 지름의 감소가 발생하지 않는 정도의 날림은 발생해도 좋다. 또한, 제2 통전 공정에서의 통전 시간 t₂는, 너깃 지름 확보와 과잉 입열 억제의 관점에서, 예를 들면 5∼100㎳인 것이 바람직하다. 제2 통전 공정에서의 통전 시간 t₂는, 보다 바람직하게는 5∼90㎳이고, 더욱 바람직하게는 10∼80㎳이다.

전술한 통전 패턴에 더하여, 상기식 (5)에 나타내는 바와 같이, 강판(12)과 접하는 전극(14)으로서, 선단 곡률 반경 R_Fe가 20㎜ 이상인 전극을 이용함으로써, 본 발명의 효과를 보다 유효하게 얻을 수 있다. 선단 곡률 반경 R_Fe를 20㎜ 이상으로 함으로써, 전극과 강판의 접촉 지름을 확보할 수 있어, 강판 표면으로부터의 날림을 억제하기 쉽기 때문이다.

나아가서는, 강판(12)과 접하는 전극(14)으로서, 강판(12)과 접촉시키는 전극(14)의 선단 지름을 D_Fe(㎜)로 했을 때, 하기식 (6) 및 (7)의 관계를 충족하는 전극을 이용하는 것이 바람직하다. 이는, 강판(12)과 접하는 전극(14)의 선단 곡률 반경 R_Fe의 확대에 의해, 강판(12)과 전극(14)의 접촉 면적이 커짐으로써, 제2 통전 공정에 있어서의 통전 면적이 커져, 강판의 발열 범위 및 접합 지름을 확대할 수 있기 때문이다. 또한, 강판(12)과 전극(14)의 접촉단 근방에 있어서의 전류 밀도의 과대 증가를 막음으로써, 강판(12) 표면으로부터의 날림 발생을 억제하기 쉬워지는 효과도 얻어진다.

R_Fe≥50 (6)

D_Fe≥3 (7)

또한, 전극(14)의 선단 곡률 반경 R_Fe는, 보다 바람직하게는 100㎜ 이상이다. 선단 곡률 반경 R_Fe의 상한은 특별히 규정하지 않는다. 또한, 전극(14)의 선단 지름 D_Fe는, 보다 바람직하게는 4㎜ 이상이고, 더욱 바람직하게는 5㎜ 이상이다. 선단 지름 D_Fe의 상한은 특별히 규정하지 않지만, 전류 밀도와 면압의 확보의 관점에서, 20㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

전극(14)의 선단의 형식은, 예를 들면 JIS C 9304:1999에 기재되는 DR형(돔 라디어스형(dome radius type)), R형(라디어스형), D형(돔형)이다. 도 4에, 전극의 선단 곡률 반경 R과 선단 지름 D를 나타낸다. 도 4(a)는 라디어스형의 전극의 선단 곡률 반경 R과 선단 지름 D를 나타내는 도면이고, 도 4(b)는 돔 라디어스형의 전극의 선단 곡률 반경 R과 선단 지름 D를 나타내는 도면이다. 또한, 도 4(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.

알루미늄판(13)과 접촉시키는 전극(15)의 선단의 형식은, 예를 들면 JIS C 9304:1999에 기재되는 DR형(돔 라디어스형), R형(라디어스형), D형(돔형)이다.

알루미늄판(13)과 접촉시키는 전극(15)의 선단 지름 D_Al은, 알루미늄판의 변형의 억제와, 면압의 확보의 관점에서, 예를 들면 4∼16㎜로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 6∼16㎜이다. 또한, 알루미늄판(13)과 접촉시키는 전극(15)의 선단 곡률 반경 R_Al은, 마찬가지로 알루미늄판의 변형의 억제와, 면압의 확보의 관점에서, 예를 들면 30㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 40㎜ 이상이다. 선단 곡률 반경 R_Al의 상한은 특별히 규정하지 않는다.

또한, 제2 통전 공정의 통전으로 적용의 적정 전류 범위를 확대하고 싶은 경우는, 제1 통전 공정에서 강판(11, 12)과 알루미늄판(13) 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. 한편, 택 타임(tact time)의 증가를 억제한다는 관점에서는, t₁은 800㎳ 이하로 하는 것이 바람직하고, 600㎳ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 강판의 판두께가 큰 경우 등, 전극으로의 발열이 생기기 어려운 판조에 있어서는, 통전 휴지 시간 t_c는 10㎳ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 20㎳ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 택 타임의 증가를 억제한다는 관점에서는, t_c는 600㎳ 이하로 하는 것이 바람직하고, 400㎳ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

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 5∼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.

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 1에 나타낸 강판(11, 12)과 알루미늄판(13)을 이용했다. 표 1에 나타낸 강판(11, 12)의 인장 강도는, 강판으로부터 압연 방향에 대하여 평행 방향으로 JIS5호 인장 시험편을 제작하고, JIS Z 2241:2011의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하여 구했다. 표 1에 나타낸 강판(11, 12)과 알루미늄판(13)은, 도 1에 나타내는 바와 같이 하여, 저항 스폿 용접을 행하고, 알루미늄판 1매와 강판 2매를 서로 겹친 3매 겹침의 판조로 이루어지는 저항 스폿 용접 조인트를 제조했다. 또한, 이용한 알루미늄판(13)은 표면에 산화 피막이 형성되어 있었다. 용접기는 인버터 직류식 저항 스폿 용접기를 이용하고, 전극(14, 15)의 선단 곡률 반경 및 선단 지름, 그리고, 통전 패턴을 표 2에 나타내는 조건으로 했다. 전극(14, 15)은 모두 크롬동의 DR형제 전극을 이용했다. 저항 스폿 용접은 실온(20℃)에서 행하고, 전극을 항상 수냉한 상태로 행했다. 또한, 가압력은, 제1 통전 공정, 통전 휴지 공정, 제2 통전 공정에 걸쳐 일정하게 했다.

얻어진 저항 스폿 용접 조인트에 대해서, JIS Z 3136에 기초하는 인장 전단 시험을 실시하여 조인트 강도를 평가했다. 도 5에, 실시예의 인장 시험(인장 전단 시험)을 설명하는 도면을 나타낸다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 저항 스폿 용접 조인트의 양측으로부터 화살표의 방향으로 인장하여, 강판-알루미늄판 간의 인장 전단 시험을 행했다. 그리고, 강판과 알루미늄판의 접합부가 파단했을 때의 최대 하중(인장 전단 강도)을 산출했다.

인장 전단 강도(TSS)가, TSS≥1.5kN인 경우를 A, 1.5kN＞TSS≥1.0kN인 경우를 B, 1.0kN＞TSS인 경우를 F로 하여, 각각 평가했다. 평가 결과를 표 2에 나타낸다. 본 발명예에서는, 인장 전단 강도(TSS)의 평가는 A, B 중 어느 하나였다.

추가로, 표 3에 나타내는 용접 조건으로 얻어진 저항 스폿 용접 조인트에 대해서, JIS Z 3137에 기초하는 십자 인장 시험을 실시하여 조인트 강도를 평가했다. 도 6에, 실시예의 인장 시험(십자 인장 시험)을 설명하는 도면을 나타낸다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 저항 스폿 용접 조인트의 양측으로부터 화살표의 방향으로 인장하여, 강판-알루미늄판 간의 십자 인장 시험을 행했다. 그리고, 강판과 알루미늄판의 접합부가 파단했을 때의 최대 하중(십자 인장 강도)을 산출했다.

십자 인장 강도(CTS)가, CTS≥0.7kN인 경우를 A, 0.7kN＞CTS인 경우를 F로 하여, 각각 평가했다. 평가 결과를 표 3에 나타낸다. 본 발명예에서는, 십자 인장 강도(CTS)의 평가는 A였다. 또한, 상기와 동일한 방법으로 행한 인장 전단 시험의 결과도 표 3에 아울러 나타냈다. 본 발명예에서는, TSS의 평가는 A였다.

또한, 상기와 동일한 조건으로 제1 통전 공정을 행하고, 접합부의 단면 관찰에 의해 제1 통전 공정의 통전으로 형성된 강판(11)과 강판(12) 간의 너깃 지름(16), 강판(11)과 알루미늄판(13) 간의 너깃 지름(17)을 각각 구했다. 또한, 너깃 지름(17)은, 알루미늄판(13)과 알루미늄판(13)과 접하는 판(강판(11))의 접합면에 있어서의, 알루미늄판(13)의 너깃(17)의 최대 지름(㎜)을 측정했다. 너깃 지름(16)은, 강판(12)과 강판(12)과 접하는 판(강판(11))의 접합면에 있어서의, 알루미늄판(12)의 너깃(16)의 최대 지름(㎜)을 측정했다. 측정 결과를 표 2, 3에 나타낸다.

11, 12 : 강판
13 : 알루미늄판
14, 15 : 전극
16 : 강판-강판 간의 너깃
17 : 강판-알루미늄판 간의 너깃

Claims (3)

1. 2매의 강판과 1매의 알루미늄판을 서로 겹쳐 최외측에 배치되는 판의 한쪽이 강판이고 다른 한쪽이 알루미늄판으로 된 판조(sheet set)를, 저항 스폿 용접에 의해 접합하여, 저항 스폿 용접 조인트를 제조함에 있어서,
   2매의 강판 중 얇은 쪽의 강판의 판두께를 t_Fe(㎜)로 했을 때, 통전하여 2매의 강판 간에 너깃 지름이 2√t_Fe(㎜) 이상인 너깃을 형성하는 제1 통전 공정과,
   제1 통전 공정의 후에 통전을 휴지하는 통전 휴지 공정과,
   통전 휴지 공정의 후에 통전하는 제2 통전 공정을 갖는 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 강판과 접촉시키는 전극의 선단 곡률 반경을 R_Fe(㎜)로 하고, 상기 제1 통전 공정의 전류를 I₁(kA), 통전 시간을 t₁(㎳)로 하고, 상기 통전 휴지 공정의 통전 휴지 시간을 t_c(㎳)로 하고, 상기 제2 통전 공정의 전류를 I₂(kA), 통전 시간을 t₂(㎳)로 했을 때,
   상기 제1 통전 공정, 상기 통전 휴지 공정 및, 상기 제2 통전 공정은, 하기식 (1)∼(5)의 관계를 모두 충족하는, 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법.
   I₁＜I₂ (1)
   t₁＞t₂ (2)
   t₁≥40 (3)
   t_c≥5 (4)
   R_Fe≥20 (5)
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 강판과 접촉시키는 전극의 선단 곡률 반경을 R_Fe(㎜), 선단 지름을 D_Fe(㎜)로 했을 때,
   상기 제1 통전 공정, 상기 통전 휴지 공정 및, 상기 제2 통전 공정은, 추가로, 하기식 (6) 및 (7)의 관계를 충족하는, 저항 스폿 용접 조인트의 제조 방법.
   R_Fe≥50 (6)
   D_Fe≥3 (7)

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