KR20210019566A - 저항 스폿 용접 방법 및 용접 부재의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본용접과, 당해 본용접에 앞서는 테스트 용접을 행하는 것으로 하고, 당해 테스트 용접의 후통전에서는, 테스트 용접의 본통전의 전극 간 전압의 평균값: Vtm 및 후통전의 전극 간 전압의 평균값: Vtp가, tc＜800㎳의 경우: 0.5≤Vtp/Vtm≤2.0의 관계를, 800㎳≤tc＜1600㎳의 경우: 0.5－0.3×(tc－800)/800≤Vtp/Vtm≤2.0－0.5×(tc－800)/800의 관계를, tc≥1600㎳의 경우: 0.2≤Vtp/Vtm≤1.5의 관계를 만족하는 조건으로, 정전류 제어에 의해 통전하고, 상기 본용접의 본통전에서는, 적응 제어 용접을 행하고, 또한, 상기 본용접의 후통전에서는, 상기 테스트 용접의 후통전의 전류값을 Itp, 상기 본용접의 후통전의 전류값을 Imp로 했을 때, 0.8×Itp≤Imp≤1.2×Itp의 관계를 충족하는 조건으로, 정전류 제어에 의한 통전을 행한다.

Description

저항 스폿 용접 방법 및 용접 부재의 제조 방법

본 발명은, 저항 스폿 용접 방법에 관한 것으로, 특히 분류(current shunting)나 판극(sheet gap) 등의 외란의 영향이 큰 경우라도, 고강도 강판을 포함하는 판조(sheet combination)하에서 안정적으로 너깃(nugget) 지름을 확보함과 함께, 조인트 강도의 향상을 가능하게 하고자 하는 것이다.

일반적으로, 서로 겹친 강판끼리의 접합에는, 겹침 저항 용접법의 일종인 저항 스폿 용접법이 이용되고 있다.

이 용접법은, 서로 겹친 2매 이상의 강판을 사이에 끼우고 그의 상하로부터 한 쌍의 전극으로 가압하면서, 상하 전극 간에 고(高)전류의 용접 전류를 단시간 통전하여 접합하는 방법으로, 고전류의 용접 전류를 흐르게 함으로써 발생하는 저항 발열을 이용하여, 점(spot) 형상의 용접부가 얻어진다. 이 점 형상의 용접부는 너깃이라고 불리고, 서로 겹친 강판에 전류를 흐르게 했을 때에 강판의 접촉 개소에서 양 강판이 용융되어, 응고된 부분이다. 이 너깃에 의해, 강판끼리가 점 형상으로 접합된다.

양호한 용접부 품질을 얻기 위해서는, 너깃 지름이 적정한 범위에서 형성되는 것이 중요하다. 너깃 지름은, 용접 전류, 통전 시간, 전극 형상 및 가압력 등의 용접 조건에 의해 정해진다. 따라서, 적절한 너깃 지름을 형성하기 위해서는, 피(被)용접재의 재질, 판두께 및 겹침 매수 등의 피용접재 조건에 따라서, 상기의 용접 조건을 적정하게 설정할 필요가 있다.

예를 들면, 자동차의 제조 시에 있어서는, 한 대당 수천점의 스폿 용접이 실시되고 있고, 또한 연이어서 흘러 들어오는 피처리재(워크(workpieces))를 용접할 필요가 있다. 이 때, 각 용접 개소에 있어서의 피용접재의 재질, 판두께 및 겹침 매수 등의 피용접재 상태가 동일하면, 용접 전류, 통전 시간 및 가압력 등의 용접 조건도 동일한 조건으로 동일한 너깃 지름을 얻을 수 있다. 그러나, 연속한 용접에서는, 전극의 피용접재 접촉면이 점차 마모되어 접촉 면적이 초기 상태보다도 점차 넓어진다. 이와 같이 접촉 면적이 넓어진 상태로, 초기 상태와 동일한 값의 용접 전류를 흐르게 하면, 피용접재 중의 전류 밀도가 저하하고, 용접부의 온도 상승이 낮아지기 때문에, 너깃 지름은 작아진다. 이 때문에, 수백∼수천점의 용접마다, 전극의 연마 또는 교환을 행하여, 전극의 선단 지름이 지나치게 확대되지 않도록 하고 있다.

그 외, 미리 정한 횟수의 용접을 행하면 용접 전류값을 증가시켜, 전극의 마모에 수반하는 전류 밀도의 저하를 보상하는 기능(스텝퍼(stepper) 기능)을 구비한 저항 용접 장치가, 종래부터 사용되고 있다. 이 스텝퍼 기능을 사용하려면, 전술한 용접 전류 변화 패턴을 미리 적정하게 설정해 둘 필요가 있다. 그러나, 수많은 용접 조건 및 피용접재 조건에 대응한 적정한 용접 전류 변화 패턴을, 시험 등에 의해 도출하려면, 많은 시간과 비용이 필요하게 된다. 또한, 실제의 시공에 있어서는, 전극 마모의 진행 상태에는 편차가 있기 때문에, 미리 정한 용접 전류 변화 패턴이 항상 적정하다고는 할 수 없다.

또한, 용접 시에 있어서 외란이 존재하는 경우, 예를 들면, 용접하는 점의 근처에 이미 용접한 점(기(旣)용접점)이 있는 경우나, 피용접재의 표면 요철이 커 용접하는 점의 근처에 피용접재의 접촉점이 존재하는 경우에는, 용접 시에 기용접점(이하, 기타점(旣打點:existing weld)이라고도 함)이나 접촉점에 전류가 분류한다. 이러한 상태에서는, 소정의 조건으로 용접해도, 전극 바로 아래의 용접하고 싶은 위치에 있어서의 전류 밀도는 저하하기 때문에, 역시 필요한 지름의 너깃은 얻어지지 않게 된다. 이 발열량 부족을 보상하여, 필요한 지름의 너깃을 얻으려면, 미리 높은 용접 전류를 설정하는 것이 필요해진다.

또한, 표면 요철이나 부재의 형상 등에 의해 용접하는 점의 주위가 강하게 구속되어 있는 경우나, 용접점 주위의 강판 간에 이물이 끼어있거나 하는 경우에는, 강판 간의 판극이 커짐으로써 강판끼리의 접촉 지름이 좁아져, 날림(expulsion)이 발생하기 쉬워지는 일도 있다.

상기의 문제를 해결하는 것으로서, 이하에 서술하는 바와 같은 기술이 제안되어 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 고장력 강판으로의 통전 전류를 점변적으로(gradually) 상승시킴으로써 너깃 생성을 행하는 제1 스텝과, 상기 제1 스텝의 후에 전류를 하강시키는 제2 스텝과, 상기 제2 스텝 후에 전류를 상승시켜 본용접함과 함께, 점변적으로 통전 전류를 하강시키는 제3 스텝을 구비한 공정에 의해 스폿 용접을 행함으로써, 통전 초기의 적응 불량에 기인하는 날림을 억제하고자 하는 고장력 강판의 스폿 용접 방법이 기재되어 있다.

특허문헌 2에는, 통전 시간의 초기에 스퍼터(spattering)의 발생을 억제할 수 있는 정도의 전류값으로 소정 시간 유지하여 피용접물의 표면을 연화시키고, 그 후에 전류값을 소정 시간 높게 유지하여 스퍼터의 발생을 억제하면서 너깃을 성장시키는 스폿 용접의 통전 제어 방법이 기재되어 있다.

특허문헌 3에는, 추산한 용접부의 온도 분포와 목표 너깃을 비교하여 용접기의 출력을 제어함으로써, 설정한 너깃 지름을 얻고자 하는 저항 용접기의 제어 장치가 기재되어 있다.

특허문헌 4에는, 용접 전류와 팁(tips) 간 전압을 검출하고, 열전도 계산에 의해 용접부의 시뮬레이션을 행하여, 용접 중에 있어서의 용접부의 너깃의 형성 상태를 추정함으로써, 양호한 용접을 행하고자 하는 저항 용접기의 용접 조건 제어 방법이 기재되어 있다.

특허문헌 5에는, 피용접물의 판두께와 통전 시간으로부터, 그 피용접물을 양호하게 용접할 수 있는 단위 체적당의 누적 발열량을 계산하고, 계산된 단위 체적·단위 시간당의 발열량을 발생시키는 용접 전류 또는 전압으로 조정하는 처리를 행하는 용접 시스템을 이용함으로써, 피용접물의 종류나 전극의 마모 상태에 의하지 않고 양호한 용접을 행하고자 하는 저항 용접 시스템이 기재되어 있다.

일본공개특허공보 2003-236674호 일본공개특허공보 2006-43731호 일본공개특허공보 평9-216071호 일본공개특허공보 평10-94883호 일본공개특허공보 평11-33743호

그러나, 특허문헌 1 및 2에 기재된 기술에서는, 외란의 유무 및 대소에 따라 적정한 용접 조건이 변화한다. 그 때문에, 상정 이상의 판극이나 분류가 발생했을 때에는, 날림을 발생시키는 일 없이 소망하는 너깃 지름을 확보할 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 3 및 4에 기재된 기술에서는, 열전도 모델(열전도 시뮬레이션) 등에 기초하여 너깃의 온도를 추정하기 때문에, 복잡한 계산 처리가 필요하고, 용접 제어 장치의 구성이 복잡하게 될 뿐만 아니라, 용접 제어 장치 자체가 고가가 된다는 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 1∼5에 기재된 기술에서는, 고강도 강판을 포함하는 판조의 용접에 있어서의 조인트 강도의 향상 수법에 대해서는 하등 논의가 이루어지고 있지 않다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 외란의 유무에 관계없이 적절한 지름의 너깃을 얻으면서, 고강도 강판(특히, 인장 강도가 590㎫ 이상, 나아가서는 980㎫ 이상의 강판)을 포함하는 판조의 용접에 있어서의 조인트 강도(이하, 고강도 강판의 조인트 강도라고도 함)를 향상할 수 있는, 저항 스폿 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기의 저항 스폿 용접 방법에 의해, 서로 겹친 복수매의 금속판을 접합하는, 용접 부재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그래서, 발명자들은, 상기의 목적을 달성하기 위해, 예의 검토를 거듭하여, 이하의 인식을 얻었다.

전술한 바와 같이, 분류나 판극과 같은 외란이 존재하면, 외란이 없는 경우와 동일한 조건으로 정전류 제어에 의한 용접을 행했다고 해도, 얻어지는 너깃 지름은 변동한다.

이 점, 사전에 테스트 용접을 행하고, 본용접을, 당해 테스트 용접에서 얻어진 누적 발열량을 목표값으로 설정하여 통전량(전류 및 전극 간 전압)을 제어하는 소위 적응 제어 용접을 행함으로써, 외란의 영향을 가미한 적절한 통전을 행하는 것이 가능해지고, 그 결과, 외란에 의하지 않고 일정한 너깃 지름을 얻는 것이 가능해진다.

또한, 고강도 강판을 포함하는 판조에 있어서 필요한 조인트 강도를 확보하려면, 너깃 형성을 위한 본통전의 후에, 용접부의 열처리를 위한 후통전을 행하는 것이 유효하다.

그러나, 외란의 존재하에서 적응 제어에 의한 후통전을 행하면, 외란에 의해 용접부의 전류 밀도 분포, 나아가서는 발열 형태가 변화하여, 소정의 열처리 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다. 예를 들면, 분류의 영향이 현저한 상태로 적응 제어에 의한 후통전을 행하면, 분류의 영향으로 전극과의 접촉단 근방에서의 전류 밀도가 과잉으로 증가하여, 표면 날림이 발생하고, 소정의 열처리 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다.

이 점에 대해서, 발명자들이 더욱 자세하게 검토한 결과, 이하와 같은 인식을 얻었다.

외란이 있는 경우에는, 외란이 없는 경우와 비교하여, 보다 엄밀하게 후통전의 조건을 설정하는 것이 필요해진다. 그래서, 적응 제어 용접에 있어서의 전류값을 결정하기 위한 중요한 지침이 되는 파라미터의 하나인 전극 간 전압에 착안하여 검토를 진행시켰다.

그 결과,

·본용접의 본통전만을, 적응 제어 용접에 의해 실시함과 함께,

·테스트 용접에 있어서의 본통전의 전극 간 전압의 평균값에 대한 후통전의 전극 간 전압의 평균값의 비(이하, 테스트 용접 시의 본통전과 후통전의 전압비라고도 함)를 적정화하고, 그 후에, 본용접의 후통전을 정전류 제어에 의해 행하고, 그 때의 전류값을, 상기한 적정한 테스트 용접 시의 본통전과 후통전의 전압비가 얻어질 때의 테스트 용접의 후통전의 전류값을 기준으로 하여 설정함으로써, 전술한 표면 날림의 발생을 유효하게 억제하여 충분한 열처리 효과가 얻어지고, 초기한 목적을 달성할 수 있다는 인식을 얻었다.

본 발명은, 상기의 인식에 기초하고, 추가로 검토를 더하여 완성된 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 복수매의 금속판을 서로 겹친 피용접재를, 한 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법으로서,

본용접과, 당해 본용접에 앞서는 테스트 용접을 행하는 것으로 하고,

(a) 상기 테스트 용접에서는, 너깃을 형성하기 위한 본통전 및 후열처리를 위한 후통전을 행하고,

상기 테스트 용접의 본통전에서는,

정전류 제어에 의해 통전하여 적정한 너깃을 형성하는 경우의 전극 간의 전기 특성으로부터 산출되는, 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화 곡선 및 단위 체적당의 누적 발열량을 기억시키고,

상기 테스트 용접의 후통전에서는,

상기 테스트 용접에 있어서의 본통전의 전극 간 전압의 평균값을 Vtm, 상기 테스트 용접에 있어서의 후통전의 전극 간 전압의 평균값을 Vtp, 상기 테스트 용접에 있어서의 본통전과 후통전의 사이의 통전 휴지 시간을 tc로 했을 때,

tc＜800㎳의 경우:

0.5≤Vtp/Vtm≤2.0

800㎳≤tc＜1600㎳의 경우:

0.5－0.3×(tc－800)/800≤Vtp/Vtm≤2.0－0.5×(tc－800)/800

tc≥1600㎳의 경우:

0.2≤Vtp/Vtm≤1.5

의 관계를 만족하는 조건으로, 정전류 제어에 의해 통전하고,

(b) 이어서, 상기 본용접에서는, 너깃을 형성하기 위한 본통전 및 후열처리를 위한 후통전을 행하고,

상기 본용접의 본통전에서는,

상기 테스트 용접의 본통전에 있어서의 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화 곡선 및 단위 체적당의 누적 발열량을 목표값으로 설정하고, 당해 목표값에 따라 통전량을 제어하는 적응 제어 용접을 행하고,

상기 본용접의 후통전에서는,

상기 테스트 용접의 후통전의 전류값을 Itp, 상기 본용접의 후통전의 전류값을 Imp로 했을 때,

0.8×Itp≤Imp≤1.2×Itp

의 관계를 만족하는 조건으로, 정전류 제어에 의한 통전을 행하는,

저항 스폿 용접 방법.

2. 상기 본용접의 본통전에 있어서의 적응 제어 용접에 있어서, 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화량이, 상기 목표값으로 설정한 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화 곡선으로부터 벗어난 경우에는, 그 벗어남양을 나머지의 상기 본용접의 본통전에 있어서의 통전 시간 내에서 보상하기 위해, 상기 본용접의 본통전에서의 단위 체적당의 누적 발열량이 상기 목표값으로 설정한 단위 체적당의 누적 발열량과 일치하도록 통전량을 제어하는, 상기 1에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

3. 상기 본용접의 본통전과 후통전의 사이에 각각, 통전 휴지 시간을 설정하고, 또한, 상기 본용접의 본통전 후의 통전 휴지 및 후통전을 2회 이상 반복하는, 상기 1 또는 2에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

4. 상기 1∼3 중 어느 하나에 기재된 저항 스폿 용접 방법에 의해, 서로 겹친 복수매의 금속판을 접합하는, 용접 부재의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 외란의 유무에 의하지 않고 일정한 너깃 지름을 안정적으로 확보함과 함께, 고강도 강판을 포함하는 판조라도 높은 조인트 강도를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 의하면, 자동차의 제조 등의 실작업에 있어서 연이어서 흘러 들어오는 피처리재를 연속적으로 용접하는(용접 위치나 피처리재마다 외란 상태가 변동하는) 경우라도, 외란 상태의 변동에 유효하게 대응하여 소망하는 너깃 지름을 안정적으로 확보하는 것이 가능해지고, 그 결과, 작업 효율이나 수율의 향상이라는 점에서도 매우 유리해진다.

도 1은 테스트 용접의 본통전에 있어서의 통전 패턴의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 테스트 용접의 통전 패턴의 일 예를 나타내는 도면으로, (a)는 본통전을 1단 통전으로 한 경우, (b)는 본통전을 2단 통전으로 한 경우이다.
도 3은 실시예에서 이용한 L자 인장 시험편을 나타내는 도면으로, (a)는 2매 겹침으로 기타점이 없는 경우, (b)는 2매 겹침으로 기타점이 있는 경우이다.
도 4는 실시예에서 이용한 L자 인장 시험편을 나타내는 도면으로, (a)는 3매 겹침으로 기타점이 없는 경우, (b)는 3매 겹침으로 기타점이 있는 경우이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명을, 이하의 실시 형태에 기초하여 설명한다.

본 발명의 일 실시 형태는, 복수매의 금속판을 서로 겹친 피용접재를, 한 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법으로서,

본용접과, 당해 본용접에 앞서는 테스트 용접을 행하는 것으로 하고,

(a) 상기 테스트 용접에서는, 너깃을 형성하기 위한 본통전 및 후열처리를 위한 후통전을 행하고,

상기 테스트 용접의 본통전에서는,

정전류 제어에 의해 통전하여 적정한 너깃을 형성하는 경우의 전극 간의 전기 특성으로부터 산출되는, 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화 곡선 및 단위 체적당의 누적 발열량을 기억시키고,

상기 테스트 용접의 후통전에서는,

상기 테스트 용접에 있어서의 본통전의 전극 간 전압의 평균값을 Vtm, 상기 테스트 용접에 있어서의 후통전의 전극 간 전압의 평균값을 Vtp, 상기 테스트 용접에 있어서의 본통전과 후통전의 사이의 통전 휴지 시간을 tc로 했을 때,

tc＜800㎳의 경우:

0.5≤Vtp/Vtm≤2.0

800㎳≤tc＜1600㎳의 경우:

0.5－0.3×(tc－800)/800≤Vtp/Vtm≤2.0－0.5×(tc－800)/800

tc≥1600㎳의 경우:

0.2≤Vtp/Vtm≤1.5

의 관계를 만족하는 조건으로, 정전류 제어에 의해 통전하고,

(b) 이어서, 상기 본용접에서는, 너깃을 형성하기 위한 본통전 및 후열처리를 위한 후통전을 행하고,

상기 본용접의 본통전에서는,

상기 테스트 용접의 본통전에 있어서의 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화 곡선 및 단위 체적당의 누적 발열량을 목표값으로 설정하고, 당해 목표값에 따라 통전량을 제어하는 적응 제어 용접을 행하고,

상기 본용접의 후통전에서는,

상기 테스트 용접의 후통전의 전류값을 Itp, 상기 본용접의 후통전의 전류값을 Imp로 했을 때,

0.8×Itp≤Imp≤1.2×Itp

의 관계를 만족하는 조건으로, 정전류 제어에 의한 통전을 행한다는 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 저항 스폿 용접 방법에서 사용 가능한 용접 장치로서는, 상하 한 쌍의 전극을 구비하고, 용접 중에 가압력 및 용접 전류가 각각 임의로 제어 가능한 것이면 좋고, 가압 기구(에어 실린더나 서보 모터 등), 형식(정치식(stationary), 로봇 건 등), 전극 형상 등은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 전극 간의 전기 특성이란, 전극 간 저항 또는 전극 간 전압을 의미한다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 저항 스폿 용접 방법의 테스트 용접과 본용접에 대해서, 설명한다.

·테스트 용접

테스트 용접에서는, 너깃을 형성하기 위한 본통전 및 후열처리를 위한 후통전을 각각 정전류 제어에 의해 행한다.

그리고, 테스트 용접의 본통전에서는, 정전류 제어에 의해 통전하여 적정한 너깃을 형성하는 경우의 전극 간의 전기 특성으로부터 산출되는, 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화 곡선 및 단위 체적당의 누적 발열량을 기억시킨다.

또한, 테스트 용접은, 외란이 없는 상태로 행해도, 분류나 판극 등의 외란이 있는 상태(외란을 상정한 상태)에서 행해도 좋다.

여기에서, 테스트 용접의 본통전에 있어서의 통전 패턴은, 통전 중에 걸쳐 전류값을 일정하게 하는 통전 패턴은 물론, 도 1(a), (b)에 나타내는 바와 같이 통전 패턴을 2스텝 이상으로 분할하여, 스텝마다 각각 일정한 전류값으로 하는 통전 패턴이라도 좋다. 또한, 도 1(c)에 나타내는 바와 같이, 스텝 간에 냉각 시간을 형성한 2스텝 이상의 통전 패턴으로 해도 좋고, 도 1(d)∼(f)에 나타내는 바와 같이 슬로프 형상(slope form)의 통전 패턴으로 해도 좋다. 또한, 이들을 조합한 통전 패턴으로 해도 좋다.

또한, 정전류 제어에는, 통전 중에 걸쳐 전류값을 일정하게 하는 통전 패턴은 물론, 상기한 도 1(a)∼(f)에 나타내는 바와 같은 통전 패턴, 또한, 이들을 조합한 통전 패턴도 포함하는 것으로 한다. 테스트 용접 및 본용접의 후통전에서 행하는 정전류 제어에 대해서도 동일하다.

또한, 테스트 용접의 후통전에서는, 본통전의 전극 간 전압의 평균값을 Vtm, 후통전의 전극 간 전압의 평균값을 Vtp, 본통전과 후통전의 사이의 통전 휴지 시간을 tc로 했을 때,

tc＜800㎳의 경우:

0.5≤Vtp/Vtm≤2.0

800㎳≤tc＜1600㎳의 경우:

0.5－0.3×(tc－800)/800≤Vtp/Vtm≤2.0－0.5×(tc－800)/800

tc≥1600㎳의 경우:

0.2≤Vtp/Vtm≤1.5

의 관계를 만족하는 조건으로, 정전류 제어에 의해 통전하는 것이 중요해진다.

즉, 전술한 바와 같이, 후술의 본용접에 있어서, 외란의 존재하에서 적응 제어에 의한 후통전을 행하면, 외란에 의해 용접부의 전류 밀도 분포, 나아가서는 발열 형태가 변화하여, 소정의 열처리 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다.

이 점, 후술의 본용접의 후통전을 정전류 제어로 실시하는 것으로 하고, 그 때의 전류값을, 상기의 관계를 만족했을 때에 얻어지는 테스트 용접의 후통전의 전류값을 기준으로서 설정함으로써, 분류 등의 외란의 영향을 가미한 적절한 통전을 행하는 것이 가능해지는, 즉, 본용접의 후통전에 있어서 적절한 발열량이 얻어져, 소망하는 열처리 효과를 얻을 수 있다. 또한, 분류가 발생한 경우에 과도하게 전류값을 증가시키는 일이 없기 때문에, 표면 날림의 발생을 방지할 수 있다. 그 결과, 전술한 표면 날림의 발생을 유효하게 억제하면서, 일정 이상의 발열량을 확보하여 소정의 열처리 효과가 얻어지게 된다.

단, 테스트 용접에 있어서의 본통전과 후통전 간의 통전 휴지 시간(tc)이 긴 경우, 구체적으로는, tc≥800㎳가 되는 경우, 통전 휴지 중에 용접부의 냉각이 진행된다. 그 때문에, 후통전을 개시하는 시점에서의 용접부의 온도가 저하하여, 고유 저항값이 감소하는, 환언하면, 전극 간 전압이 저하하기 쉬워진다.

이와 같이, tc의 값에 따라서, 소망하는 열처리 효과가 얻어지는 Vtp/Vtm의 범위가 변화한다. 따라서, 테스트 용접에서는, tc의 값에 따라서, 소망하는 열처리 효과가 얻어지도록 Vtp/Vtm을 제어하는, 구체적으로는,

tc＜800㎳의 경우:

0.5≤Vtp/Vtm≤2.0

800㎳≤tc＜1600㎳의 경우:

0.5－0.3×(tc－800)/800≤Vtp/Vtm≤2.0－0.5×(tc－800)/800

tc≥1600㎳의 경우:

0.2≤Vtp/Vtm≤1.5

의 관계를 만족하는 조건으로, 정전류 제어에 의해 통전하는 것이 중요해진다.

또한, 특히, 외란의 영향이 큰 경우 등은,

tc＜800㎳의 경우:

0.7≤Vtp/Vtm≤2.0

800㎳≤tc＜1600㎳의 경우:

0.7－0.3×(tc－800)/800≤Vtp/Vtm≤2.0－0.5×(tc－800)/800

tc≥1600㎳의 경우:

0.4≤Vtp/Vtm≤1.5

의 관계를 만족하는 것이 적합하다.

또한, 테스트 용접의 후통전에 있어서의 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화 곡선 및 단위 체적당의 누적 발열량은, 기억시켜도, 기억시키지 않아도 좋다.

또한, 본통전 및 후통전의 어느 것에 있어서도, 통전 중에 냉각 시간을 형성하는 경우에는, 냉각 시간을 제외한 통전 중에 있어서의 전극 간 전압의 시간 평균값을, 전극 간 전압의 평균값으로 한다.

즉, 본통전 및 후통전에 있어서의 전극 간 전압의 시간 적분값을 각각, (통전 휴지 시간을 제외한)본통전 및 후통전에 있어서의 합계의 통전 시간으로 나눈 값을, 본통전 및 후통전에 있어서의 전극 간 전압의 평균값으로 한다.

또한, 테스트 용접에 있어서의 본통전의 전류값의 적합 범위는, 피용접재로 하는 판조에 따라 변화하지만, 예를 들면, TS(인장 강도): 판두께 1.2∼1.6㎜의 980㎫급의 강판의 2매 겹침을 판조로 사용하는 경우, 테스트 용접에 있어서의 본통전의 전류값은 3.0∼12.0㎄의 범위로 하는 것이 바람직하다.

더하여, 테스트 용접의 본통전에 있어서의 합계의 통전 시간(통전 휴지 시간을 제외함)은, 60∼1000㎳로 하는 것이 적합하다.

또한, 테스트 용접의 1회당의 후통전에 있어서의 통전 시간은, 20∼3000㎳로 하는 것이 적합하다. 보다 바람직하게는 60∼3000㎳이다.

·본용접

상기의 테스트 용접 후, 본용접을 행한다.

본용접의 본통전에서는, 상기 테스트 용접의 본통전에서 기억시킨 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화 곡선 및 단위 체적당의 누적 발열량을 목표값으로 설정하고, 당해 목표값에 따라 통전량을 제어하는 적응 제어 용접을 행한다.

이 본용접의 본통전에 있어서의 적응 제어 용접에서는, 예를 들면, 상기의 테스트 용접의 본통전에서 목표값으로 설정한 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화 곡선 및 누적 발열량을 기준으로 하여 용접을 행하고, 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화량이 기준인 시간 변화 곡선을 따르고 있는 경우에는, 그대로 용접을 행하여 용접을 종료한다. 단, 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화량이 기준인 시간 변화 곡선으로부터 벗어난 경우에는, 그 벗어남양을 나머지의 본용접의 본통전에 있어서의 통전 시간 내에 보상하기 위해, 본용접의 본통전에서의 단위 체적당의 누적 발열량이, 목표값으로서 설정한 단위 체적당의 누적 발열량과 일치하도록 통전량을 제어한다.

또한, 발열량의 산출 방법에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 특허문헌 5에 그 일 예가 개시되어 있고, 본 발명에서도 이 방법을 채용할 수 있다. 이 방법에 의한 단위 체적·단위 시간당의 발열량(q) 및 단위 체적당의 누적 발열량(Q)의 산출 요령은 다음과 같다.

피용접재의 합계 두께를 t, 피용접재의 전기 저항률을 r, 전극 간 전압을 V, 용접 전류를 I로 하고, 전극과 피용접재가 접촉하는 면적을 S로 한다. 이 경우, 용접 전류는 횡단면적이 S이고, 두께 t의 기둥 형상 부분을 통과하여 저항 발열을 발생시킨다. 이 기둥 형상 부분에 있어서의 단위 체적·단위 시간당의 발열량 q는 다음식 (1)로 구해진다.

q＝(V·I)/(S·t)　　　--- (1)

또한, 이 기둥 형상 부분의 전기 저항 R은, 다음식 (2)로 구해진다.

R＝(r·t)/S　　　　　　　--- (2)

(2)식을 S에 대해서 풀어 이를 (1)식에 대입하면, 발열량 q는 다음식 (3)

q＝(V·I·R)/(r·t²)

＝(V²)/(r·t²)　　　--- (3)

이 된다.

상기식 (3)으로부터 분명한 바와 같이, 단위 체적·단위 시간당의 발열량(q)은, 전극 간 전압(V)과 피용접물의 합계 두께(t)와 피용접물의 전기 저항률(r)로부터 산출할 수 있고, 전극과 피용접물이 접촉하는 면적(S)에 의한 영향을 받지 않는다. 또한, (3)식은 전극 간 전압(V)으로부터 발열량을 계산하고 있지만, 전극 간 전류(I)로부터 발열량(q)을 계산할 수도 있고, 이 때에도 전극과 피용접물이 접촉하는 면적(S)을 이용할 필요가 없다. 그리고, 단위 체적·단위 시간당의 발열량(q)을 통전 기간에 걸쳐 누적하면, 용접에 가해지는 단위 체적당의 누적 발열량(Q)이 얻어진다. (3)식으로부터 분명한 바와 같이, 이 단위 체적당의 누적 발열량(Q)도 또한 전극과 피용접재가 접촉하는 면적(S)을 이용하지 않고 산출할 수 있다.

이상, 특허문헌 5 기재의 방법에 의해, 누적 발열량(Q)을 산출하는 경우에 대해서 설명했지만, 그 외의 산출식을 이용해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.

또한, 본용접의 후통전은, 정전류 제어로 용접을 행한다.

그리고, 그 때, 테스트 용접의 후통전의 전류값을 Itp, 본용접의 후통전의 전류값을 Imp로 했을 때, 이들에 대해서 다음식

0.8×Itp≤Imp≤1.2×Itp

의 관계를 만족시키는 것이 중요하다.

즉, 전술한 바와 같이, 본용접에 있어서, 외란의 존재하에서 적응 제어 용접에 의한 후통전을 행하면, 외란에 의해 용접부의 전류 밀도 분포, 나아가서는 발열 형태가 변화하여, 소정의 열처리 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다.

이 점, 본용접의 후통전을, tc＜800㎳의 경우에는 0.5≤Vtp/Vtm≤2.0이라는 관계를, tc≥800㎳의 경우에는 0.2≤Vtp/Vtm≤1.5라는 관계를 만족할 때의 테스트 용접의 후통전의 전류값(Itp)을 기준으로 하여, 소정의 전류값으로 정전류 제어에 의해 실시하는, 구체적으로는, 본용접의 후통전의 전류값(Imp)을 Itp의 0.8∼1.2배의 범위로 하여 정전류 제어에 의한 통전을 행함으로써, 전술한 표면 날림의 발생을 유효하게 억제하면서, 일정 이상의 발열량을 확보하여 소정의 열처리 효과가 얻어지는 것이다.

그 때문에, 본용접의 후통전은,

0.8×Itp≤Imp≤1.2×Itp

의 관계를 충족하는 조건으로, 정전류 제어에 의해 행하는 것이 중요해진다.

바람직하게는,

0.9×Itp≤Imp≤1.1×Itp

의 범위이다.

또한, 테스트 용접 및 본용접 모두, 본통전과 후통전의 사이에, 통전 휴지 시간을 설정해도 좋다. 통전 휴지 시간은, 20∼3000㎳가 적합하다.

또한, 도 2(a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 테스트 용접 및 본용접 모두, 본통전 후의 통전 휴지 및 후통전을 2회 이상 반복해도 좋다. 이에 따라, 보다 유리하게 소정의 열처리 효과가 얻어진다. 즉, 가령 1회째의 후통전으로 과잉 발열이 되어 재용융이 발생했다고 해도, 2회째의 후통전에서 열처리를 행하여, 조인트 강도를 향상시키는 효과가 얻어진다. 반복 횟수의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 10회 정도이다. 또한, 회마다, 통전 시간이나 통전 휴지 시간, 전류값을 각각 다른 값으로 설정해도 좋다.

여기에서, 테스트 용접의 후통전의 전류값(Itp) 및 본용접의 후통전의 전류값(Imp)은, 당해 후통전에 있어서의 전류의 시간 적분값을, (통전 휴지 시간을 제외한)후통전에 있어서의 합계의 통전 시간으로 나눈 값이다.

또한, 상기 이외의 본용접의 조건에 대해서는, 기본적으로 테스트 용접의 조건과 동일하게 하면 좋다.

또한, 사용하는 피용접재나 판조에 대해서는 특별히 제한은 없고, 연강에서 초고장력 강판까지의 각종 강도를 갖는 강판 및 도금 강판에도 적용할 수 있다. 또한, 3매 이상의 강판을 겹친 판조에도 적용할 수 있지만, 판조 중 1매 이상은 인장 강도가 590㎫ 이상인 것이 유리하다.

또한, 테스트 용접 및 본용접 모두, 통전 중의 가압력은 일정해도 좋고, 적절히, 변화시켜도 좋다. 가압력의 적합 범위는 피용접재로 하는 판조에 따라 변화하지만, 예를 들면, TS(인장 강도): 판두께 1.2∼1.6㎜의 980㎫급의 강판의 2매 겹침을 판조로 사용하는 경우, 가압력은 1.5∼10.0kN의 범위로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기한 저항 스폿 용접 방법을 이용하여 서로 겹친 복수매의 금속판을 접합함으로써, 외란의 상태의 변동에 유효하게 대응하여 소망하는 너깃 지름을 안정적으로 확보하면서, 여러 가지의 고강도의 용접 부재, 특히는, 자동차 부품 등의 용접 부재가 제조된다.

실시예

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따르는 실시예에 대해서 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이고, 본 발명은, 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 여러 가지의 조건을 채용할 수 있는 것이다.

표 1에 나타내는 2매 겹침 또는 3매 겹침의 금속판의 판조에 대해서, 표 2에 나타내는 조건으로 테스트 용접을 행하고, 이어서, 동일한 판조에 대해서, 표 3에 나타내는 조건으로 본용접을 행하여, 용접 조인트(L자 인장 시험편)를 제작했다.

테스트 용접의 통전 패턴을 도 2에 나타낸다. 도 2(a)는 본통전을 1단 통전으로 한 경우, 도 2(b)는 본통전을 2단 통전으로 한 경우이다.

여기에서, 테스트 용접은, 도 3(a), 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 외란이 없는 상태로 행하고, 본용접은, 테스트 용접과 동일한 외란이 없는 상태 및, 도 3(b), 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 외란이 존재하는 상태로 행했다.

도 3(a)는 2매 겹침으로 기타점이 없는 상태, 도 3(b)는 2매 겹침으로 기타점이 있는 상태이고, 기타점과 용접점의 타점 간격(L)(중심 간 거리)은 여러 가지 변화시켰다.

또한, 도 4(a)는 3매 겹침으로 기타점이 없는 상태, 도 4(b)는 3매 겹침으로 기타점이 있는 상태이다.

또한, 표 2의 테스트 용접 조건 및 표 3의 본용접 조건에 있어서의 「후통전의 통전 시간」은 1회당의 후통전의 통전 시간이다. 또한, 표 2의 테스트 용접 조건 및 표 3의 본용접 조건에 있어서의 통전 휴지 시간, 후통전의 전류값 및 후통전의 통전 시간은, 후통전의 모든 회에서 동일하게 했다.

또한, 표 3의 본용접 조건에 있어서의 「본통전의 제어 방식」에서 「정전류 제어」라고 기재되어 있는 것에 대해서는, 테스트 용접과 동일한 조건의 정전류 제어를 행했다.

또한, 기타점이 있는 상태로 본용접을 행한 경우에는, L자 인장 시험편으로부터 기타점 부분을 절제한 후에, 후술하는 인장 시험을 행했다.

또한, 용접기에는 인버터 직류 저항 스폿 용접기를 이용하고, 전극에는 DR형 선단 지름 6㎜의 크롬동 전극을 이용했다.

얻어진 L자 인장 시험편을 이용하여, 인장 속도(길이 방향): 10㎜/min의 조건으로 인장 시험을 행하고, 조인트 강도(LTS: L자 인장 강도)를 측정했다. 그리고, 용접 시의 날림 유무 및 조인트 강도로부터, 이하의 3단계로 평가했다.

·A: 타점 간격(L)에 의하지 않고 LTS가 2.0kN 이상, 또한 모두 날림 없음.

·B: 기타점 없음 또는 타점 간격(L)≥10㎜에서 LTS가 2.0kN 이상, 타점 간격(L)＜10㎜에서 LTS가 2.0kN 미만, 또한 모두 날림 없음.

·F: 기타점 없음 또는 타점 간격(L)≥10㎜에서 LTS가 2.0kN 미만, 또는 날림 있음.

표 3에 나타낸 바와 같이, 발명예에서는 모두, 평가는 A 또는 B 중 어느 하나였다. 특히 본통전 후의 통전 휴지 및 후통전을 2회 이상 반복한 조건에서는, 평가는 모두 A였다.

이에 대하여, 적정 조건을 충족하지 않는 비교예는 모두, 평가는 F이고, 충분한 조인트 강도를 얻을 수 없었다.

Claims (4)

1. 복수매의 금속판을 서로 겹친 피용접재를, 한 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 방법으로서,
   본용접과, 당해 본용접에 앞서는 테스트 용접을 행하는 것으로 하고,
   (a) 상기 테스트 용접에서는, 너깃을 형성하기 위한 본통전 및 후열처리를 위한 후통전을 행하고,
   상기 테스트 용접의 본통전에서는,
   정전류 제어에 의해 통전하여 적정한 너깃을 형성하는 경우의 전극 간의 전기 특성으로부터 산출되는, 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화 곡선 및 단위 체적당의 누적 발열량을 기억시키고,
   상기 테스트 용접의 후통전에서는,
   상기 테스트 용접에 있어서의 본통전의 전극 간 전압의 평균값을 Vtm, 상기 테스트 용접에 있어서의 후통전의 전극 간 전압의 평균값을 Vtp, 상기 테스트 용접에 있어서의 본통전과 후통전의 사이의 통전 휴지 시간을 tc로 했을 때,
   tc＜800㎳의 경우:
   0.5≤Vtp/Vtm≤2.0
   800㎳≤tc＜1600㎳의 경우:
   0.5－0.3×(tc－800)/800≤Vtp/Vtm≤2.0－0.5×(tc－800)/800
   tc≥1600㎳의 경우:
   0.2≤Vtp/Vtm≤1.5
   의 관계를 만족하는 조건으로, 정전류 제어에 의해 통전하고,
   (b) 이어서, 상기 본용접에서는, 너깃을 형성하기 위한 본통전 및 후열처리를 위한 후통전을 행하고,
   상기 본용접의 본통전에서는,
   상기 테스트 용접의 본통전에 있어서의 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화 곡선 및 단위 체적당의 누적 발열량을 목표값으로 설정하고, 당해 목표값에 따라 통전량을 제어하는 적응 제어 용접을 행하고,
   상기 본용접의 후통전에서는,
   상기 테스트 용접의 후통전의 전류값을 Itp, 상기 본용접의 후통전의 전류값을 Imp로 했을 때,
   0.8×Itp≤Imp≤1.2×Itp
   의 관계를 만족하는 조건으로, 정전류 제어에 의한 통전을 행하는,
   저항 스폿 용접 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 본용접의 본통전에 있어서의 적응 제어 용접에 있어서, 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화량이, 상기 목표값으로 설정한 단위 체적당의 순시 발열량의 시간 변화 곡선으로부터 벗어난 경우에는, 그 벗어남양을 나머지의 상기 본용접의 본통전에 있어서의 통전 시간 내에서 보상하기 위해, 상기 본용접의 본통전에서의 단위 체적당의 누적 발열량이 상기 목표값으로 설정한 단위 체적당의 누적 발열량과 일치하도록 통전량을 제어하는, 저항 스폿 용접 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 본용접의 본통전과 후통전의 사이에 각각, 통전 휴지 시간을 설정하고, 또한, 상기 본용접의 본통전 후의 통전 휴지 및 후통전을 2회 이상 반복하는, 저항 스폿 용접 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 저항 스폿 용접 방법에 의해, 서로 겹친 복수매의 금속판을 접합하는, 용접 부재의 제조 방법.

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