KR20190129954A

KR20190129954A - 용접 조인트의 제조 방법 및 용접 조인트

Info

Publication number: KR20190129954A
Application number: KR1020197030586A
Authority: KR
Inventors: 다스쿠 제니야; 마사노리 야스야마; 요시아키 나카자와
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2019-11-20
Also published as: EP3603869A4; MX2019011409A; CA3057576A1; WO2018180810A1; BR112019020046A2; EP3603869A1; JP6860065B2; CN110461527A; JPWO2018180810A1; US20210101225A1

Abstract

본 개시의 용접 조인트의 제조 방법은, 알루미늄 도금층을 구비하는 알루미늄 도금 강판을 전극륜 쌍 사이에 끼우고, 전극륜 쌍을 둘레 방향으로 회전시킴으로써, 전극륜 쌍을 알루미늄 도금 강판에 대하여 이동시키면서 알루미늄 도금 강판에 통전하는 것과, 알루미늄 도금층과 다른 강판을 겹친 상태에서, 알루미늄 도금 강판 중 통전에 의해 통전된 개소를 상기 다른 강판과 용접하는 것을 구비한다.

Description

용접 조인트의 제조 방법 및 용접 조인트

본 개시는, 용접 조인트의 제조 방법 및 용접 조인트에 관한 것이다.

판 두께나 조성 등이 상이한 복수의 강판을 예를 들어 레이저 용접에 의해 접합하고, 1매의 테일러드 블랭크재를 제조하는 기술이 알려져 있다(예를 들어 일본 특허 공개 제2002-144066호 공보 참조).

상기 기술에 의해 복수의 강판을 레이저 용접하는 경우에 있어서, 복수의 강판에 알루미늄 도금 강판이 포함되어 있는 경우에는, 용접부의 알루미늄 함유량이 강판 성분의 조성보다도 많아진다. 용접부에 알루미늄을 많이 함유하면, 용접부의 ?칭성이 저하된다. 이 때문에, 알루미늄 도금 강판을 레이저 용접한 부재를 ?칭한 경우, 용접부와 다른 개소 간에는 기계 특성에 차이가 발생하여, 균일한 기계 특성의 부재가 얻어지지 않는다고 하는 과제가 있다. 이 과제는, 테일러드 블랭크재를 제조하는 경우에 한정되지 않고, 알루미늄 도금 강판을 포함하는 복수매의 강판을 용접하고, ?칭 등의 열처리를 하는 경우에 있어서도 발생한다. 특히 용접부의 알루미늄 함유량이 1.0질량％ 이상인 경우, 이 과제가 현재화한다.

본 개시의 목적은, 알루미늄 도금 강판을 포함하는 복수의 강판을 용접하는 경우에 있어서, 용접부의 알루미늄 함유량이 적은 용접 조인트를 얻을 수 있는 용접 조인트의 제조 방법 및 용접부의 알루미늄 함유량이 적은(1.0질량％ 미만) 용접조인트를 제공하는 것이다.

본 개시의 요지는, 이하와 같다.

[1]

알루미늄 도금층을 구비하는 알루미늄 도금 강판을 전극륜 쌍 사이에 끼우고, 상기 전극륜 쌍을 둘레 방향으로 회전시킴으로써, 상기 전극륜 쌍을 상기 알루미늄 도금 강판에 대하여 이동시키면서 상기 알루미늄 도금 강판에 통전하는 것과,

상기 알루미늄 도금층과 다른 강판을 겹친 상태에서, 상기 알루미늄 도금 강판 중 상기 통전에 의해 통전된 개소를 상기 다른 강판과 용접하는 것

을 구비하는 용접 조인트의 제조 방법.

(작용 효과)

이 제조 방법에서는, 먼저, 알루미늄 도금층을 구비하는 알루미늄 도금 강판을 전극륜 쌍 사이에 끼우고, 전극륜 쌍을 둘레 방향으로 회전시킴으로써, 전극륜 쌍을 알루미늄 도금 강판에 대하여 이동시키면서 알루미늄 도금 강판에 통전한다. 그 결과, 알루미늄 강판 중 통전된 개소에 있어서 알루미늄 도금층의 일부가 제거된다. 이어서, 알루미늄 도금층과 다른 강판을 겹친 상태에서, 알루미늄 도금 강판 중 통전에 의해 통전된 개소(즉, 알루미늄 도금층의 일부가 제거된 개소)를 당해 다른 강판과 용접한다. 그 결과, 용접에 의해 얻어지는 용접 조인트에서는, 용접부의 알루미늄 함유량이, 통전을 거치지 않고 용접한 경우보다도 적어진다.

또한, 알루미늄 도금 강판에 대한 통전에서는, 알루미늄 도금 강판만을 전극륜 쌍 사이에 끼우고, 용접하는 단계에서 비로소 당해 알루미늄 도금 강판과 다른 강판을 겹친 상태로 해도 되고, 통전을 행하기 전의 단계부터 알루미늄 도금 강판과 다른 강판을 겹친 상태로 해도 된다.

[2]

상기 통전은, 상기 알루미늄 도금 강판과 상기 다른 강판을 포함하는 복수매의 강판을 겹친 상태에서 행하고,

상기 용접에서는, 상기 복수매의 강판을 상기 통전 시의 상태로부터 어긋나게 하지 않고 겹친 상태 그대로 용접하는,

[1]에 기재된 용접 조인트의 제조 방법.

[3]

상기 통전에서는, 너깃을 생성하지 않는,

[2]에 기재된 용접 조인트의 제조 방법.

[4]

상기 용접의 종류는, 시임 용접인,

[1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 용접 조인트의 제조 방법.

[5]

상기 알루미늄 도금 강판의 내부의 강의 탄소 함유량은, 0.15질량％ 이상인,

[1] 내지 [4] 중 어느 한 항에 기재된 용접 조인트의 제조 방법.

[6]

[1] 내지 [5] 중 어느 한 항에 기재된 용접 조인트의 제조 방법으로 제조한 용접 조인트의 용접부를 ?칭하는 것,

를 더 구비하는 ?칭 부재의 제조 방법.

[7]

알루미늄 도금층을 구비하는 알루미늄 도금 강판과,

상기 알루미늄 도금층과 겹쳐진 다른 강판과,

상기 알루미늄 도금 강판과 상기 다른 강판을 연결하는 너깃

을 구비하는 용접 조인트이며,

상기 너깃의 상기 알루미늄 도금 강판에 수직인 방향으로부터 보았을 때의 단위 면적당 알루미늄 함유량은, 상기 강판끼리가 중첩된 면측에 존재하는 상기 알루미늄 도금층을 포함하는 알루미늄 도금층의 단위 면적당 알루미늄 함유량의 75％ 미만이고,

상기 너깃의 알루미늄 함유량은 1.0질량％ 미만이고,

상기 너깃의 탄소 함유량은 0.15질량％ 이상이고,

상기 너깃의 용접 길이 100mm당 상기 너깃 내부의 결함은 3개 이하인,

용접 조인트.

[8]

[7]에 기재된 용접 조인트를 구비하는 ?칭 부재.

(1)

적어도 편면에 알루미늄 도금층을 구비하는 알루미늄 도금 강판을 전극륜 쌍 사이에 끼우고, 전극륜이 둘레 방향으로 회전하고, 전극륜 쌍이 알루미늄 도금 강판 상을 이동하면서 알루미늄 도금 강판에 통전하는 제1 공정과,

상기 알루미늄 도금층과 다른 강판(별도의 알루미늄 도금 강판이어도 됨)을 겹친 상태에서, 상기 제1 공정에서 상기 알루미늄 도금 강판이 통전된 개소를 상기 다른 강판과 용접하는 제2 공정

을 구비하는 용접 조인트의 제조 방법.

(작용 효과)

제1 공정에서, 적어도 편면에 알루미늄 도금층을 구비하는 알루미늄 도금 강판을 전극륜 쌍 사이에 끼우고, 전극륜이 둘레 방향으로 회전하고, 전극륜 쌍이 알루미늄 도금 강판 상을 이동하면서 알루미늄 도금 강판에 통전한다. 그 결과, 알루미늄 강판이 통전된 개소에 있어서 알루미늄 도금층의 일부가 제거된다. 그리고, 제2 공정에서, 그 알루미늄 도금층의 일부가 제거된 개소를, 다른 강판과 겹친 상태에서 용접한다. 그 결과, 제2 공정의 용접에 의해 얻어지는 용접 조인트에서는, 용접부의 알루미늄 함유량이, 제1 공정을 거치지 않고 용접했을 경우보다도 적어진다.

또한, 제1 공정에서는 알루미늄 도금 강판만을 전극륜 쌍 사이에 끼우고, 제2 공정에서 비로소 당해 알루미늄 도금 강판과 다른 강판을 겹친 상태로 해도 되고, 제1 공정을 행하는 단계부터 알루미늄 도금 강판과 다른 강판을 겹친 상태로 해도 된다.

(2)

상기 제1 공정에서는, 상기 알루미늄 도금 강판을 포함하는 복수매의 강판을 겹치고,

상기 제2 공정에서는, 상기 복수매의 강판을 상기 제1 공정으로부터 어긋나게 하지 않고 겹친 채 용접하는,

(1)에 기재된 용접 조인트의 제조 방법.

(3)

상기 제1 공정에서는, 너깃을 생성하지 않는,

(2)에 기재된 용접 조인트의 제조 방법.

(4)

상기 제2 공정의 용접 종류는, 시임 용접인,

(1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 용접 조인트의 제조 방법.

(5)

(1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 용접 조인트의 제조 방법.

(6)

(1) 내지 (5) 중 어느 하나의 용접 조인트 제조 방법으로 제조한 용접 조인트의 용접부를 ?칭하는,

?칭 부재의 제조 방법.

(7)

적어도 편면에 알루미늄 도금층을 구비하는 알루미늄 도금 강판과,

상기 알루미늄 도금층과 겹쳐진 다른 강판과,

을 구비하는 용접 조인트이며,

상기 너깃의 상기 알루미늄 도금 강판에 수직인 방향으로부터 보았을 때의 단위 면적당 알루미늄 함유량은, 중첩된 면측에 존재하는 알루미늄 도금층의 단위 면적당 알루미늄 함유량의 75％ 미만이고,

상기 너깃의 알루미늄 함유량은 1.0질량％ 미만이고,

상기 너깃의 탄소 함유량은 0.15질량％ 이상이고,

용접 조인트.

(8)

(7) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 용접 조인트를 구비하는 ?칭 부재.

본 개시에 관한 용접 조인트의 제조 방법에 의하면, 알루미늄 도금 강판을 포함하는 복수의 강판을 용접하는 경우에 있어서, 용접부의 알루미늄 함유량이 적은 용접 조인트를 얻을 수 있다.

도 1a는, 제1 공정의 일례를 도시하는 도면이고, 구체적으로는 피접합재인 복수의 강판에 포함되는 알루미늄 도금 강판에 대하여 1매씩 제1 공정을 행하는 모습을 도시하는 도면이다.
도 1b는, 도 1a에 대응하는 확대도이다.
도 2a는, 제1 공정의 일례를 도시하는 도면이고, 구체적으로는 알루미늄 도금 강판을 포함하는 2매의 강판을 겹친 상태에서 제1 공정을 행하는 모습을 도시하는 도면이다.
도 2b는, 도 2a에 대응하는 확대도이다.
도 3a는, 제2 공정에서 매쉬 시임 용접을 행하는 경우에 있어서의 제1 공정을 도시하는 도면이고, 구체적으로는 1매씩 제1 공정을 행하는 모습을 도시하고 있다.
도 3b는, 제2 공정에서 매쉬 시임 용접을 행하는 경우에 있어서의 제1 공정을 도시하는 도면이고, 구체적으로는 2매의 강판을 겹쳐서 제1 공정을 행하는 모습을 도시하고 있다.
도 4a는, 제2 공정에서 매쉬 시임 용접을 행하는 경우에 있어서, 용접 전에 강판끼리의 모서리부를 겹친 상태를 도시하는 도면이다.
도 4b는, 제2 공정에서 매쉬 시임 용접을 행한 후의 용접 조인트를 전극륜 쌍과 함께 도시하는 도면이다.
도 5a는, 제2 공정에서 시임 용접을 행한 경우의 용접 조인트를 도시하는 단면도이다.
도 5b는, 도 5a에 도시하는 용접 조인트를 알루미늄 도금 강판에 수직 방향으로부터 본 도면이다.

이하, 본 개시의 실시 형태에 대하여 설명한다.

<용접 조인트의 제조 방법>

본 개시의 용접 조인트의 제조 방법은, 복수의 강판을 접합하는 방법이다.

본 개시의 용접 조인트의 제조 방법에 있어서 접합의 대상(피접합재)으로 되는 「복수의 강판」 중 적어도 1매의 강판은, 알루미늄 도금 강판이다.

예를 들어 2매의 강판을 접합하는 경우, 2매의 강판 중 한쪽이 알루미늄 도금 강판임과 함께 다른 한쪽이 알루미늄 도금 강판 이외의 강판인 경우와, 2매의 강판 중 양쪽이 알루미늄 도금 강판인 경우가 있다.

(알루미늄 도금 강판)

「알루미늄 도금 강판」이란, 적어도 편면에 알루미늄 도금층을 구비하는 강판을 의미한다. 즉, 알루미늄 도금 강판은, 편면에 알루미늄 도금층을 구비하는 강판, 또는, 양면에 알루미늄 도금층을 구비하는 강판이다.

또한, 단순히 「강판」이라고 하는 경우, 알루미늄 도금 강판이 포함된다.

(알루미늄 도금층)

알루미늄 도금층이란, 특별히 언급하지 않는 한, 도금층에 포함되는 알루미늄의 비율이 50질량％ 이상의 도금 피막을 의미한다. 따라서, 알루미늄 도금층은, 예를 들어 10질량％의 규소(Si)가 첨부된 알루미늄과 규소의 합금욕에 의해 얻어진 것이어도 된다(Al-10Si％). 물론, 도금 피막에 포함되는 알루미늄의 비율은, 70질량％ 이상이어도 되고, 80질량％ 이상이어도 되고, 90질량％ 이상이어도 된다.

(피도금재: 알루미늄 도금 강판의 내부의 강)

피도금재인 강(알루미늄 도금 강판의 내부의 강)의 탄소 함유량은, 특별히 한정되지 않는다.

단, 본 개시의 용접 조인트의 제조 방법에 의해, 열간 프레스에 제공하는 테일러드 블랭크재를 제조하는 경우가 생각된다. 이러한 경우에는, 열간 프레스에 있어서 피도금재인 강의 ?칭 고강도화하기 위해서, 피도금재인 강의 탄소 함유량을 예를 들어 0.15질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 개시에 있어서 「테일러드 블랭크재」란, 판 두께나 조성이 상이한 복수의 강판을 용접에 의해 접합하여 이루어지는 판상 소재이다. 테일러드 블랭크재는 일반적으로, 프레스 가공에 제공된다.

<제1 공정과 제2 공정>

본 개시의 용접 조인트의 제조 방법은, 제1 공정과, 제1 공정 후에 행하는 제2 공정을 구비한다. 이하, 제1 공정과 제2 공정에 대하여 차례로 설명한다.

또한, 이하에서는, 2매의 강판을 접합하는 경우에 대하여 설명한다. 단, 본 개시는 이것에 한정되지 않고, 3매 이상의 강판을 접합하는 경우에도 적용할 수 있다.

<제1 공정>

제1 공정은, 적어도 편면에 알루미늄 도금층을 구비하는 알루미늄 도금 강판을 전극륜 쌍 사이에 끼우고, 전극륜이 둘레 방향으로 회전하고, 전극륜 쌍이 알루미늄 도금 강판 상을 이동하면서 알루미늄 도금 강판에 통전하는 공정이다.

제1 공정에 의해, 알루미늄 도금 강판에 있어서의 통전된 개소에 있어서, 전극륜의 바로 아래로부터 도금층의 알루미늄이 압출된다. 그 결과, 알루미늄 도금층의 일부가 제거된다.

제1 공정에는, 두 가지 방법을 들 수 있다.

첫번째 방법은, 도 1a에 도시하는 바와 같이, 1매의 알루미늄 도금 강판(10)을 전극륜 쌍(50) 사이에 끼우고, 전극륜이 둘레 방향으로 회전하고, 전극륜 쌍이 알루미늄 도금 강판 상을 이동하면서 알루미늄 도금 강판에 통전하는 방법이다. 환언하면, 피접합재인 2매의 강판에 포함되는 알루미늄 도금 강판(10)에 대하여 1매씩 알루미늄 도금층의 일부를 제거하는 방법이다.

두번째 방법은, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 피접합재인 2매의 강판(10, 20)이 중첩된 상태에서 행하는 방법이다. 환언하면, 알루미늄 도금 강판을 포함하는 2매의 강판을 겹쳐서 전극륜 쌍 사이에 끼우고, 통전하는 방법이다. 강판은 3매 이상이어도 된다. 강판 중, 적어도 1매가 알루미늄 도금 강판이면 된다.

(첫번째 방법: 제1 공정을 1매씩 행하는 방법, 그 작용)

첫번째 방법으로서, 도 1b에, 1매의 알루미늄 도금 강판(10)을 전극륜 쌍 사이에 끼우고, 통전하는 모습을 확대하여 도시한다. 또한, 도 1b에 도시하는 알루미늄 도금 강판(10)은, 양면에 알루미늄 도금층(14A, 14B)을 구비하는 알루미늄 도금 강판(10)이다.

도 1b에 도시하는 바와 같이, 전극륜(50)은 화살표 R 방향으로 회전하여 이동한다. 전극륜(50)의 가압, 통전에 의해, 알루미늄 도금층(14A, 14B)이 진행 방향 전방(도 1b의 화살표 F 방향, 전극륜 쌍(50)의 강판에 대한 진행 방향 전방)이나 진행 방향에 대하여 측방으로 배출된다. 이에 의해, 알루미늄 도금 강판(10) 중 제1 공정을 행한 개소(즉 전극륜이 통과하여 통전된 개소)에 있어서 알루미늄 도금층(14A, 14B)의 일부가 제거된다.

또한, 편면에만 알루미늄 도금층이 있는 알루미늄 도금 강판에 제1 공정을 행하는 경우에도, 제1 공정에서 통전된 개소에 있어서 알루미늄 도금층의 일부가 제거된다.

피접합재인 2매의 강판의 양쪽이 알루미늄 도금 강판인 경우에는, 각각의 알루미늄 도금 강판에 대하여 각각, 제1 공정을 행하는 것이 바람직하다. 단, 한쪽의 알루미늄 도금 강판에 대해서만 제1 공정을 행해도, 일정한 효과가 얻어진다.

또한, 2매의 강판 중, 한쪽만이 알루미늄 도금 강판인 경우, 알루미늄 도금 강판에 대해서만 제1 공정을 행하면 된다.

(두번째 방법: 제1 공정을 2매 거듭 행하는 방법, 그 작용)

도 2b에, 두번째 방법을 나타낸다. 알루미늄 도금 강판(10, 20)은 2매 중첩할 수 있다. 2매 중첩한 알루미늄 도금 강판(10, 20)을 전극륜 쌍(50) 사이에 끼운다. 전극륜이 둘레 방향으로 회전하고, 전극륜 쌍이 알루미늄 도금 강판 상을 이동하면서 통전한다. 또한, 2매의 알루미늄 도금 강판(10, 20)은, 모두, 양면에 알루미늄 도금층을 구비한다.

도 2b의 화살표 F1에 도시하는 바와 같이, 알루미늄 도금층 중 전극륜 쌍(50)에 접촉하는 부분에 존재하는 알루미늄 도금층(14A, 24B)은, 상술한 1매의 알루미늄 도금 강판(10)에 대하여 제1 공정을 행하는 경우와 마찬가지로, 전극륜의 진행 방향 전방이나 진행 방향에 대하여 측방으로 배출된다. 또한 그뿐 아니라, 도 2b의 화살표 F2에 도시하는 바와 같이, 알루미늄 도금층 중 전극륜 쌍(50)에 접촉하지 않는 부분에 존재하는 알루미늄 도금층(14B, 24A)(즉, 알루미늄 도금 강판(10, 20)이 중첩된 측의 면에 존재하는 알루미늄 도금층(14B, 24A)도, 전극륜 쌍(50)으로부터의 가압력에 의해 전방이나 진행 방향에 대하여 측방으로 압출되어 배출된다.

(통전하는 개소)

알루미늄 도금 강판 중 제1 공정에서 통전하는 개소(이하, 단순히 「통전 개소」라고 함)는, 특별히 한정되지 않는다. 단, 알루미늄 도금 강판의 제1 공정에서 통전하는 개소는, 제2 공정에서 용접하는 개소이다.

예를 들어, 제2 공정에서 매쉬 시임 용접을 하는 경우에는, 도 3a, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 제1 공정에서의 통전 개소는 강판의 모서리부가 된다. 도 3a는, 1매의 알루미늄 도금 강판(10)에 대하여 제1 공정을 행하는 모습을 나타내고, 도 3b는, 2매의 알루미늄 도금 강판(10, 20)을 겹쳐서 제1 공정을 행하는 모습을 나타낸다.

(전극륜: 전극 단부면 형상)

제1 공정에 사용하는 전극륜의 용접 대상과 접하는 면의 형상은, 특별히 한정되지 않고, 베벨형이어도 되고, 래디어스형이어도 된다.

래디어스형인 경우의 전극 선단의 곡률 반경은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 8mm 정도의 것이 사용된다.

전극륜의 구동 방식은, 특별히 한정되지 않고, 모터에 의한 직동이어도 되고, 워크에 의한 종동이어도 된다. 직동 방식에는 다음의 것이 예시된다. 전극 축을 직접 구동하는 것, 전극륜의 원주 상을 구동하는 날 구동의 것이다.

전극륜의 재질은, 특별히 한정되지 않지만 구리 합금인 것이 바람직하다. 구리 합금에는, Cr-Cu나 Be-Cu가 예시된다.

(통전 방법)

제1 공정에서의 통전 방법은, 특별히 한정되지 않는다. 전원에는 직류 전원을 사용해도 되고, 교류 전원을 사용해도 된다. 또한, 본 실시 형태의 설명에서는, 기본적으로 교류 전원을 사용하여 단속 통전을 하는 경우를 예로 들지만, 연속 통전이어도 된다.

(조건: 전류값, 가압력, 속도)

제1 공정의 조건인 전류값, 가압력 및 속도는, 특별히 한정되지 않는다.

전류값은, 용접 장치에 있어서의 설정 전류값을 의미한다.

가압력은, 한 쌍의 전극륜(전극륜 쌍)에 의해 피가공재(강판)에 더하여지는 가압력을 의미한다.

속도는, 경로를 따라, 전극륜 쌍을 강판에 대하여 상대적으로 이동시키는 속도를 의미한다.

복수의 강판을 겹친 상태에서 제1 공정을 행하는 경우(즉 제1 공정의 두번째 방법의 경우, 도 2a, 도 2b, 도 3b 참조)는, 제1 공정에서는 복수의 강판을 결합하는 너깃을 생성하지 않는 것이 바람직하다. 즉, 너깃을 생성하지 않도록 전류값, 가압력 및 속도 등의 조건을 설정하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 제1 공정에서 너깃을 생성한 경우, 알루미늄 도금층이 배출되어 제거되기 전에, 알루미늄 도금층의 알루미늄이 너깃에 들어가, 너깃의 알루미늄 함유량을 충분히 줄이지 못할 가능성이 있기 때문이다.

단, 제1 공정이 너깃을 생성하는 것이어도, 본 개시에 포함된다. 모든 알루미늄 도금층의 알루미늄이 너깃에 도입되는 것은 아니고, 일부의 알루미늄 도금층의 알루미늄은 배출되기 때문이다.

제1 공정에서 너깃을 생성하지 않기 위한 제어는, 전류값, 가압력, 속도 등의 조건을 조정함으로써 행할 수 있다. 일반적으로는, 각 조건은 하기 경향을 나타낸다.

전류값이, 높으면 너깃을 생성하기 쉽고, 낮으면 생성하기 어렵다.

가압력이, 높으면 너깃을 생성하기 어렵고, 낮으면 생성하기 쉽다.

속도가, 높으면 너깃을 생성하기 어렵고, 낮으면 생성하기 쉽다.

<제2 공정>

제2 공정은, 알루미늄 도금층과 다른 강판을 겹친 상태에서, 제1 공정에서 알루미늄 도금 강판이 통전된 개소를 다른 강판과 용접하는 공정이다.

제1 공정에서 통전된 장소에서는 알루미늄 도금 강판의 알루미늄 도금층의 일부가 제거되어 있으므로, 제2 공정에 의해, 알루미늄 함유량이 적은 용접부를 형성할 수 있다. 여기서, 알루미늄 함유량이 적다란, 알루미늄 도금층을 제거하지 않고 용접한 용접부보다 알루미늄 함유량이 적다는 의미이다.

(용접의 종류)

제2 공정의 용접 종류는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 시임 용접(랩 시임 용접, 매쉬 시임 용접), 저항 스폿 용접, 레이저 용접, 아크 용접, 플라스마 용접 등의 다양한 용접의 종류를 채용할 수 있다.

왜냐하면, 제1 공정에서 통전된 장소에서는 알루미늄 도금층의 일부가 제거되었기 때문에, 제2 공정의 용접 종류에 구애되지 않고, 용접부 내의 알루미늄 함유량을, 제1 공정을 행하지 않는 경우와 비교하여 저감시킬 수 있기 때문이다. 즉, 제2 공정의 용접 종류에 구애되지 않고, 일정 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 개시의 「용접부」란, 용접 시에 용융하여 그 후 응고한 부분을 말한다. 예를 들어 저항 용접에 있어서는 너깃을 의미한다. 레이저 용접, 아크 용접, 플라스마 용접에 있어서는 비드를 의미한다.

제2 공정의 용접의 종류를 시임 용접으로 하는 경우, 용접부(너깃)에 혼입될 가능성이 있는 알루미늄은, 강판끼리가 중첩된 면측에 존재하는 알루미늄 도금층에 포함되는 알루미늄뿐이다. 즉, 전극륜 쌍이 접촉하는 면측에 존재하는 알루미늄 도금층의 알루미늄은, 너깃 내에 혼입되지 않는다. 따라서, 용접부(너깃)의 알루미늄 함유량을, 다른 알루미늄 도금 강판을 관통하는 용접(예를 들어 레이저 용접)과 비교하여, 보다 한층 억제할 수 있다.

(용접의 종류의 정의)

또한, 시임 용접이란, 원판 전극(롤러 전극, 전극륜)을 사용하여 모재로의 가압 및 통전을 행하고, 전극을 회전하면서 조인트를 따라 연속적으로 행하는 저항 용접을 의미한다(JIS Z3001-6: 2013).

또한, 랩 시임 용접이란, 중첩한 조인트에 적용되는 시임 용접을 의미한다(JIS Z3001-6: 2013).

또한, 매쉬 시임 용접이란, 판단으로부터 판 두께의 절반 내지 2배 정도의 폭을 겹쳐 두고, 랩 시임 용접과 같이 원판 전극을 사용하여 가압·통전하고, 용접 조인트를 압궤하면서 연속적으로 용접하는 방법을 의미한다(JIS Z 3001-6:2013 참고).

(전극륜)

제2 공정의 용접 종류가 시임 용접인 경우, 제2 공정에서 사용하는 전극륜 쌍은, 제1 공정에서 사용한 전극륜 쌍을 그대로 사용해도 되고, 또한, 제1 공정에서 사용한 전극륜 쌍과는 다른 전극륜을 사용해도 된다.

(통전 방법)

제2 공정의 용접 종류가 시임 용접인 경우, 제1 공정과 마찬가지로 통전 방법은, 특별히 한정되지 않는다. 제2 공정의 통전 방법은, 제1 공정에서의 통전 방법과 동일해도 되고, 상이해도 된다.

본 개시의 용접 조인트의 제조 방법은, 테일러드 블랭크재의 제조에 적합하게 사용할 수 있다. 테일러드 블랭크재를 제조하는 경우, 제2 공정의 용접의 종류에는, 예를 들어 도 4a, 도 4b에 도시하는 바와 같이 매쉬 시임 용접이 사용된다. 도 4a는, 제2 공정에서 매쉬 시임 용접을 행하는 경우에 있어서, 용접 전에 강판끼리의 모서리부를 겹친 상태를 나타내고 있다. 도 4b는, 제2 공정에서 매쉬 시임 용접을 행한 후의 용접 조인트를 전극륜 쌍과 함께 나타내고 있다.

<용접 조인트>

도 5a에, 본 개시의 일 실시 형태에 따른 용접 조인트의 제조 방법에 의해 제조되는 용접 조인트 T를 도시한다. 구체적으로는, 제2 공정의 용접 종류가 시임 용접(랩 시임 용접)인 경우의 용접 조인트 T를 시임 용접선에 수직인 단면으로 절단한 모습을 도시하고 있다.

도 5a에 도시하는 바와 같이, 용접 조인트 T에는, 알루미늄 도금 강판(10)과 알루미늄 도금 강판(20)을 결합하는 너깃(30)이 형성되어 있다. 환언하면, 너깃(30)에 의해, 알루미늄 도금 강판(10)과 알루미늄 도금 강판(20)이 겹쳐져서 연결되어 있다.

본 실시 형태의 용접 조인트의 제조 방법에서는, 제1 공정에서는 알루미늄 도금 강판(10, 20)의 알루미늄 도금층의 일부를 제거한다. 제2 공정에서는, 알루미늄 도금층의 일부가 제거된 개소를 다른 강판과 중첩하여 시임 용접한다. 시임 용접된 개소에는 너깃이 생긴다.

알루미늄 도금층의 일부가 제거되었기 때문에, 용접 조인트 T에서는, 너깃(30)의 알루미늄 함유량은, 중첩된 면측에 존재한 알루미늄 도금층의 알루미늄이 모두 너깃(30)에 들어갔다고 가정한 경우의 알루미늄 함유량보다도 적게 되어 있다.

환언하면, 알루미늄 도금 강판의 면에 수직인 방향으로부터 보았을 때의 단위 면적당 너깃(30)의 알루미늄 함유량은, 중첩된 면측에 존재하는 알루미늄 도금층의 단위 면적당 알루미늄 함유량보다도 적게 되어 있다.

다시 바꾸어 말하면, 단위 길이의 너깃 내에 있어서의 알루미늄 함유량이, 중첩된 면 중 단위 길이와 너깃 상당 폭을 곱한 면적 영역(단위 길이의 너깃을 알루미늄 도금 강판의 면에 수직인 방향으로부터 보았을 때의 면적 영역)에 존재하는 알루미늄 도금층의 알루미늄 함유량보다도 적게 되어 있다.

이 점에 대해서, 도 5a, 도 5b를 사용하여 별도의 설명을 한다.

도 5a, 도 5b에 도시하는 바와 같이 알루미늄 도금 강판(10, 20)의 면에 수직인 방향으로부터 보았을 때의 면적 S(㎟)의 너깃(30)(단위 길이의 너깃)에 포함되는 알루미늄 함유량을 A(mg)라 하고, 동일한 면적 S(㎟)에 있어서의 강판(10, 20)끼리가 중첩된 면측에 존재하는 알루미늄 도금층(14B, 24A)의 알루미늄 함유량을 B(g)라 한다.

이때,

A/S(mg/㎟)<B/S(mg/㎟)

를 충족하고 있다고 하는 것이다.

또한, 너깃 내의 공극(결함)은, 조인트 강도를 저하시킨다. 공극의 유무는, X선 투과 관찰에 의해, 판별하였다. 결함의 크기가 직경 100㎛ 미만인 경우에는, 조인트 강도에 대한 악영향을 미치지 않는다고 판단하고, 직경 100㎛ 이상인 공극을 결함으로 간주하였다.

(측정 방법)

알루미늄 함유량 A와 알루미늄 함유량 B는, 전자선 마이크로 애널라이저(Electron Probe Micro Analyzer, EPMA)에 의해 측정한다.

구체적으로는, 판(부품)을 절단하고, 단면 방향으로부터 도금 부분이나 용접부(너깃)에 대하여 에너지 분산형 X선 분석(EDAX)이나 전자선 마이크로 애널라이저(Electron Probe Micro Analyzer, EPMA)에 의해 측정함으로써 당해 부의 알루미늄의 함유량(mass％)을 계측(증명)할 수 있다.

또한, 본 개시의 용접 조인트의 제조 방법에 의하면, 알루미늄 도금 강판의 면에 수직인 방향으로부터 보았을 때의 단위 면적당 너깃(30)의 알루미늄 함유량을, 중첩된 면측에 존재하는 알루미늄 도금층의 단위 면적당 알루미늄 함유량의 75％ 미만으로 하는 것도 가능하다.

또한, 이 점에 대해서는 후술하는 실시예에 있어서 확인한다.

(?칭 공정)

또한, 본 개시의 용접 조인트 제조 방법에 의해 복수의 강판을 접합한 후, ?칭을 행해도 된다. 또한, 이 경우, 너깃(30)을 포함하여 ?칭을 행하기 위해서는, 너깃(30)의 알루미늄 함유량을 1.0질량％ 미만으로 할 필요가 있다. 왜냐하면, 너깃 내의 알루미늄 함유량이 1.0질량％를 초과하면 ?칭에 의해 경질의 마르텐사이트를 얻기 어려워진다. 그 결과, 연화부와 그 주위에서 강도차가 발생하고, 조인트 강도가 저하된다. 이 점, 본 개시의 용접 조인트 제조 방법에 의하면, 너깃(30)의 알루미늄 함유량을 1.0질량％ 미만으로 하는 것이 용이해진다.

?칭의 방법은, 특별히 한정되지 않는다.

예를 들어, 본 개시의 용접 조인트의 제조 방법에 의해 테일러드 블랭크재를 제조하고, 이 테일러드 블랭크재를 열간 프레스(핫 스탬프)함으로써 용접부를 ?칭해도 된다. 열간 프레스는, 최초에 테일러드 블랭크재를 예를 들어 약 900℃로 가열하여 오스테나이트화한다. 이어서, 오스테나이트화한 테일러드 블랭크재를 프레스 성형한다. 프레스 성형과 동시 ?칭과 동시에 성형하는 방법이다. 금형과의 접촉에 수반하는 냉각 효과(접촉 냉각)에 의해 마르텐사이트 변태시킴으로써 ?칭하면서, 성형을 행할 수 있다.

실시예

마지막으로, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

단, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 당업자라면, 특허 청구 범위에 기재된 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있음은 명확하고, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

(피가공재)

피가공재(강판)에는, 표 1에 나타내는 알루미늄 도금 강판을 사용하였다.

표 2에 실험 조건을 나타낸다.

No. 1 내지 6에서는, 제1 공정과 제2 공정을 행하였다. 제2 공정의 용접 방법(용접의 종류)은 매쉬 시임 용접으로 하고, 제1 공정은, 상술한 두번째 방법, 즉 표 1에 나타내는 알루미늄 도금 강판을 2매 겹친 상태에서 행하였다.

No. 7 내지 8에서는, 제1 공정을 행하지 않고, 매쉬 시임 용접에 의해 용접하였다.

No. 9 내지 10에서는, 제1 공정을 행하지 않고, 레이저 용접에 의해 용접하였다.

표 2의 조건에서 용접하고, 얻어진 용접 조인트를 대기 분위기의 전기로에서 900℃에서 4분간 유지한 뒤, ?칭 개시 온도 750℃에서 ?칭을 실시하였다. 표 3에 조사 결과를 나타낸다.

결함의 수는, X선 투과 사진을 사용하여 관찰하고, 180m 길이의 시임 용접부 중 중앙 100mm의 수를 조사하였다.

알루미늄 함유량의 조사는, 상술한 방법(전자선 마이크로 애널라이저를 사용한 방법)에 의해 측정하였다.

혼입 비율이란, 알루미늄 도금 강판의 면에 수직인 방향으로부터 보았을 때에 동일한 면적에 존재하는 알루미늄 도금층과 너깃에 관하고, 중첩된 면측에 존재하는 알루미늄 도금층의 알루미늄 함유량에 대한, 너깃의 알루미늄 함유량의 비율을 의미한다.

용접부의 경도는, 비커스 경도 측정 시험을 사용하여, 시험 하중 1kgf로 용접부의 경도를 5점 측정하고, 산술 평균에 의해 평균값을 구하였다.

인장 강도는, 인장 시험편을 폭 20mm로 하고, 인장 시험을 인장 속도 10mm/min, 척간 거리 100mm로 실시하여 측정하였다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 대응의 No. 1 내지 6에서는, 결함의 수가 3개 이하로 되었다. 또한, 혼입 비율이 75％ 미만(추가로 말하면 55％ 미만)으로 되었다. 또한, 용접부 내의 알루미늄 농도가 1.0질량％ 미만(추가로 말하면 0.15％ 미만)이 되었다.

이에 비해, 비교예 대응의 No. 7, 8에서는, 너깃 내에 많은 결함이 발생하고, 조인트 강도가 No. 1 내지 6과 비교하여 유의미하게 낮았다. 용접 방법을 매쉬 시임 용접으로 함으로써, 용접부 내에 혼입되는 알루미늄양을 레이저 용접의 경우와 비교하여 낮게 억제할 수 있지만, 제1 공정을 행하지 않으면 용접부 내에 결함이 많이 발생하기 때문에 조인트 강도는 저하되는 것을 알 수 있다.

또한, 제1 공정을 행하지 않고, 용접 방법을 레이저 용접으로 한 비교예 대응의 No. 9, 10에서는, 용접부 내의 알루미늄 농도가 1.0질량％를 초과하는 값으로 되고, 조인트 강도가 No. 1 내지 6과 비교하여 유의미하게 낮았다.

2017년 3월 30일에 출원된 일본 특허 출원2017-067989호의 개시는, 그 전체가 참조에 의해 본 개시에 도입된다.

본 개시에 기재된 모든 문헌, 특허 출원 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허 출원 및 기술 규격이 참조에 의해 도입되는 것이 구체적이고 또한 개별적으로 기재된 경우와 동일 정도로, 본 개시에 참조에 의해 도입된다.

이상, 여러가지 전형적인 실시 형태 및 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 그 실시 형태 및 실시예들에 한정되지 않는다.

10: 알루미늄도금 강판
14A: 알루미늄 도금층
14B: 알루미늄 도금층
20: 알루미늄 도금 강판(다른 강판)
30: 너깃(용접부)
50: 전극륜 쌍
T: 용접 조인트

Claims

알루미늄 도금층을 구비하는 알루미늄 도금 강판을 전극륜 쌍 사이에 끼우고, 상기 전극륜 쌍을 둘레 방향으로 회전시킴으로써, 상기 전극륜 쌍을 상기 알루미늄 도금 강판에 대하여 이동시키면서 상기 알루미늄 도금 강판에 통전하는 것과,
상기 알루미늄 도금층과 다른 강판을 겹친 상태에서, 상기 알루미늄 도금 강판 중 상기 통전에 의해 통전된 개소를 상기 다른 강판과 용접하는 것
을 구비하는 용접 조인트의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 통전은, 상기 알루미늄 도금 강판과 상기 다른 강판을 포함하는 복수매의 강판을 겹친 상태에서 행하고,
상기 용접에서는, 상기 복수매의 강판을 상기 통전 시의 상태로부터 어긋나게 하지 않고 겹친 상태 그대로 용접하는,
용접 조인트의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 통전에서는, 너깃을 생성하지 않는,
용접 조인트의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접의 종류는, 시임 용접인,
용접 조인트의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 도금 강판의 내부의 강의 탄소 함유량은, 0.15질량％ 이상인,
용접 조인트의 제조 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 용접 조인트의 제조 방법으로 제조한 용접 조인트의 용접부를 ?칭하는 것
을 더 구비하는 ?칭 부재의 제조 방법.
알루미늄 도금층을 구비하는 알루미늄 도금 강판과,
상기 알루미늄 도금층과 겹쳐진 다른 강판과,
상기 알루미늄 도금 강판과 상기 다른 강판을 연결하는 너깃
을 구비하는 용접 조인트이며,
상기 너깃의 상기 알루미늄 도금 강판에 수직인 방향으로부터 보았을 때의 단위 면적당 알루미늄 함유량은, 상기 강판끼리가 중첩된 면측에 존재하는 상기 알루미늄 도금층을 포함하는 알루미늄 도금층의 단위 면적당 알루미늄 함유량의 75％ 미만이고,
상기 너깃의 알루미늄 함유량은 1.0질량％ 미만이고,
상기 너깃의 탄소 함유량은 0.15질량％ 이상이고,
상기 너깃의 용접 길이 100mm당 상기 너깃 내부의 결함은 3개 이하인,
용접 조인트.
제7항에 기재된 용접 조인트를 구비하는 ?칭 부재.