KR20210064275A - 용접 가능한 알루미늄 시트 그리고 관련 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

알루미늄 합금을 저항 스폿 용접하기 위한 방법은, 예를 들어 애노드 접촉 표면을 그릿 블라스팅 함으로써, 마찰면을 더 높은 저항으로 남기면서 애노드와 접촉하는 스택의 외부 표면의 전기 저항을 감소시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 내화 금속 함량을 갖는 고 저항 전극을 사용할 수 있다. 두 개 이상의 부재로 된 스택을 사용할 수 있다. 시트 재료는 저 저항 표면 및 고 저항 표면을 갖도록 제조될 수 있고, 고 저항 표면을 갖는 다른 시트와 함께 사용될 수 있다. 스택의 캐소드 접촉 표면은 또한 감소된 저항을 가질 수 있다. 본 방법 및 시트는 차량 몸체를 조립하는 데 사용될 수 있다.

Description

용접 가능한 알루미늄 시트 그리고 관련 방법 및 장치

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은, "용접 가능한 알루미늄 시트 그리고 관련 방법 및 장치"라는 명칭의 2018년 10월 22일자로 출원된 공동 소유, 동시 계류 중인 미국 가출원 번호 제62/748,730호의 이익을 주장하고 이에 관한 것으로, 그 전문이 본원에 참조로서 포함된다.

기술 분야

본 발명은 용접에 의한 재료 접합에 관한 것으로, 보다 구체적으로 전기 저항 용접에 의해 알루미늄 합금 재료를 접합하기 위한 방법 장치 및 재료에 관한 것이다.

강재의 저항 스폿 용접(RSW)은 많은 산업 응용 분야, 예를 들어 자동차의 제조에 사용되고, 종종 로봇 용접 장비를 사용한다. 강재의 RSW는 빠르고 저비용의 공정으로, 광범위의 금속 게이지에 유연하게 적용되고, 작동이 용이하며 자동화된다. 강재의 RSW와 비교했을 때, 유사한 게이지의 알루미늄 시트는 일반적으로 더 짧은 시간 동안 더 높은 용접 전류를 필요로 한다. 이를 해결하기 위해, 예컨대 전극의 청소, 표면 처리 및 기계 가공, 스택과 접촉 시 전극의 비틀기, 변환 코팅으로 시트의 세정 및 코팅, 및 전극과 스택 사이의 희생 삽입체의 사용과 같은 시도가 이루어졌다. 그럼에도 불구하고, 현재 강판을 저항 용접하여 알루미늄을 접합 셀로 직접 대체하는 제조업체는 여전히 도전적이다. 따라서, RSW를 통해 알루미늄 시트를 접합하기 위한 대안적인 방법 및 장치는 현장에서 여전히 관심 대상이다.

개시된 주제는 저항 용접 방법에 관한 것으로, (A) 적어도 부분적으로 알루미늄으로 구성된 제1 부재를 제공하는 단계; (B) 적어도 부분적으로 알루미늄으로 구성된 제2 부재를 제공하는 단계(상기 제1 부재와 상기 제2 부재 각각은 제1 전기 저항을 갖는 제1 외부 표면, 제2 전기 저항을 갖는 제2 외부 표면, 및 제3 전기 저항을 갖는 내부를 가짐); (C) 상기 제1 부재의 제1 외부 표면의 적어도 일부분의 전기 저항을 감소시켜 저 저항 표면을 생성하고, 상기 제1 부재의 상기 제2 외부 표면은 상기 저 저항 표면보다 높은 전기 저항을 유지하고 고 저항 표면인 단계; (D) 고 저항 표면을 갖는 상기 제2 부재에 대해 상기 제1 부재를 상기 제2 부재의 제1 또는 제2 외부 표면에 인접하게 배치하고 2개의 두께인 스택을 생성하는 단계; (E) 애노드 및 캐소드를 갖는 전기 저항 용접기를 제공하는 단계; (F) 상기 저 저항 표면에 대해 상기 애노드를 위치시키고 상기 스택의 제2 부재에 대해 상기 캐소드를 위치시키는 단계; 및 (G) 상기 스택을 통해 용접 전류를 통과시켜 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이의 용접부를 상기 인접 표면에서 생성하는 단계를 포함한다.

다른 구현예에서, 상기 감소 단계는 상기 제1 외부 표면을 그릿 블라스팅 한다.

다른 구현예에서, 그릿 블라스팅은, 30 μin 내지 300 μin의 표면 거칠기를 생성하는, 알루미늄 산화물 그릿으로 수행된다.

다른 구현예에서, 상기 감소 단계는 화학적 처리에 의한 것이다.

다른 구현예에서, 인접 표면은 밀 마감 표면이다.

다른 구현예에서, 제1 및 제2 부재의 제1 및 제2 외부 표면은 산화물 층을 포함하고, 산화물 층은 감소 단계 동안에 저 저항 표면에 대해 얇아진다.

다른 구현예에서, 제1 부재 및 제2 부재 중 적어도 하나는 시트이다.

다른 구현예에서, 제1 부재 및 제2 부재 모두는 시트이다.

다른 구현예에서, 상기 통과 단계 이후에 상기 애노드를 드레싱하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 통과 단계는 드레싱의 각 단계가 수행되기 전에 200회를 초과하여 수행된다.

다른 구현예에서, 제2 부재의 제1 외부 표면의 전기 저항을 감소시켜 제2 저 저항 표면을 생성하는 단계를 추가로 포함하며, 캐소드는 위치 설정 단계 동안에 제2 저 저항 표면에 대해 위치한다.

다른 구현예에서, 알루미늄으로 적어도 부분적으로 구성된 제3 부재를 제공하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재의 스택은 2개의 두께인 스택이고, 상기 제3 부재에 대해 상기 2개의 두께인 스택을 인접하게 배치하여 3개의 두께인 스택을 제조하고, 상기 제3 부재와 함께 2개의 두께인 스택의 인접 면은 각각 마찰면이다.

다른 구현예에서, 제1 또는 제2 부재의 제1 및 제2 표면 중 적어도 하나 상에 배치된 윤활제는, 통과 단계 동안에 표면 상에 유지된다.

다른 구현예에서, 제1 또는 제2 부재의 제1 및 제2 표면 중 적어도 하나는, 통과 단계 동안에 표면 상에 유지되는 변환 코팅을 갖는다.

다른 구현예에서, 애노드 및 캐소드는 적어도 부분적으로 내화 금속으로 구성된다.

다른 구현예에서, 내화 금속은 텅스텐이다.

다른 구현예에서, 알루미늄 합금 재료는, 제1 전기 저항을 갖는 제1 외부 표면; 제2 전기 저항을 갖는 제2 외부 표면; 및 제3 전기 저항을 갖는 내부를 가지며, 상기 제1 외부 표면의 전기 저항은 상기 제2 외부 표면보다 낮다.

다른 구현예에서, 제1 및 제2 외부 표면은 산화물 층을 포함한다.

다른 구현예에서, 제1 외부 표면의 산화물 층은 제2 표면의 산화물 층보다 더 얇다.

다른 구현예에서, 제1 부재의 제1 외부 표면의 산화물 층의 두께는 3 nm 내지 50 nm의 범위이다.

다른 구현예에서, 제1 부재의 제1 외부 표면은 30 μin 내지 300 μin 범위의 거칠기를 갖는다.

다른 구현예에서, 제1 부재의 제1 외부 표면의 산화물 층은 비정질 Al₂O₃로 적어도 부분적으로 구성된다.

상기 제1 부재의 제2 외부 표면은 밀 마감 표면이다.

다른 구현예에서, 제1 및 제2 외부 표면 중 적어도 하나는 그 위에 윤활제를 갖는다.

또 다른 구현예에서, 복합체는, 알루미늄으로 적어도 부분적으로 구성된 제1 부재; 알루미늄으로 적어도 부분적으로 구성된 제2 부재(상기 제1 부재 및 상기 제2 부재 각각은, 제1 전기 저항을 갖는 제1 외부 표면, 및 제2 전기 저항을 갖는 제2 외부 표면, 및 제3 전기 저항을 갖는 내부를 갖고, 상기 제1 부재의 제1 외부 표면의 적어도 일부분의 전기 저항은 상기 제1 부재의 제2 외부 표면의 전기 저항보다 더 낮으며, 상기 제2 외부 표면은 고 저항 표면이고, 상기 제1 부재는 고 저항 표면을 갖는 상기 제2 부재와 병치되며 상기 제2 부재의 제1 또는 제2 외부 표면과 인접함); 및 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 인접 표면을 접합하는 용접부를 갖는다.

다른 구현예에서, 용접은 저항 스폿 용접이다.

다른 구현예에서, 상기 제1 외부 표면의 일부분은 그릿 블라스팅 표면이다.

다른 구현예에서, 인접 표면은 밀 마감 표면이다.

다른 구현예에서, 제1 및 제2 외부 표면은 산화물 층을 포함하고, 제1 부재의 제1 외부 표면의 산화물 층은, 이의 제2 표면의 산화물 층보다 얇다.

다른 구현예에서, 제1 부재의 제1 외부 표면의 일부의 산화물 층의 두께는 3 nm 내지 50 nm의 범위이다.

다른 구현예에서, 제1 부재의 제1 외부 표면의 부분은 30 μin 내지 300 μin 범위의 거칠기를 갖는다.

다른 구현예에서, 제1 부재의 제1 외부 표면의 일부의 산화물 층은 비정질 Al₂O₃로 적어도 부분적으로 구성된다.

다른 구현예에서, 제1 부재의 제2 외부 표면은 밀 마감 표면이다.

다른 구현예에서, 제1 부재 및 제2 부재 중 적어도 하나는 시트이다.

다른 구현예에서, 제1 부재 및 제2 부재 모두는 시트이다.

다른 구현예에서, 복합체는, 알루미늄으로 적어도 부분적으로 구성된 제3 부재를 추가로 포함하고, 상기 제2 부재는 상기 제3 부재에 인접하고 제2 용접부가 제2 부재를 제3 부재에 접합한다.

다른 구현예에서, 복합체는 차량 몸체의 일부를 형성한다.

본 발명을 보다 완전하게 이해하기 위해, 첨부 도면과 관련하여 고려된 예시적인 구현예에 대한 하기의 상세한 설명이 참조된다.
도 1은 알루미늄 합금 시트의 개략도이다.
도 2는, 본 개시의 일 구현예에 따라 전기 저항 용접기의 전극 사이에서 두 알루미늄 합금 시트의 스택을 개략적으로 나타낸다.
도 3a 내지 도 3d는 본 개시의 다른 구현예에 따라 그릿 블라스팅 후의 알루미늄 합금 표면의 네 개의 토포그래피 이미지 세트이다.
도 4는 본 개시의 다른 구현예에 따른 알루미늄 시트의 5개의 상이한 표면의 토포그래피에 대한 평균 X-프로파일의 그래프이다.
도 5는 본 개시의 다른 구현예에 따라 그릿 블라스팅 후 알루미늄 시트 표면의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 6은 본 개시의 구현예에 따른 세 개의 용접된 시트 조립체의 사진이다.
도 7은 본 개시의 구현예에 따라 도 6의 두 개의 용접된 시트 조립체의 확대 사진이다.
도 8a는, 본 개시에 따라 용접 작업의 시퀀스에 사용된 용접 전극의 사진이다.
도 8b 내지 도 8e는, 본 개시에 따른 용접을 전통적인 접근법과 비교하는 용접 시험 시퀀스에 사용된 캐소드 용접 전극의 4개의 사진 세트이다.
도 9는 전통적인 RSW 접근법에 따라 300개의 연속 용접에 걸쳐 달성된 용접 버튼 직경의 그래프이다.
도 10은 본 개시의 구현예에 따라 300개의 연속 용접에 걸쳐 달성된 용접 버튼 직경의 그래프이다.
도 11은 본 개시의 일 구현예에 따른 알루미늄 시트의 RSW, 표준 RSW, 및 저항 브레이징에 대한 용접 시간 및 용접 전류의 그래프로서, 최종 용접부를 불일치하거나 허용 가능한 것으로서 그리고 용접 크기에 따라 분류한 것이다.
도 12는 본 개시의 일 구현예에 따른 알루미늄 시트의 RSW(텅스텐 코팅된 전극을 사용함), 표준 RSW(클래스 1 또는 클래스 2 구리 전극), 및 저항 브레이징에 대한 용접력 대 용접 전류의 그래프로서, 최종 용접부를 불일치하거나 허용 가능한 것으로서 그리고 용접 크기에 따라 분류한 것이다.
도 13은 본 개시의 다른 구현예에 따른 텅스텐 면 전극의 사진이다.
도 14는, 밀 마감 시트의 RSW 이후에 도 13의 텅스텐 면 전극의 사진이다.
도 15는, 두 개의 시트 두께로 이루어진 용접 스택의 다이어그램 세트 네 개로, 하나는 전통적인 RSW 스택의 다이어그램이고 세 개는 본 개시의 구현예에 따른 스택의 다이어그램이다.
도 16은, 두 개의 시트 두께로 이루어진 용접 스택의 다이어그램 세트 네 개로, 하나는 전통적인 RSW 스택의 다이어그램이고 세 개는 본 개시의 구현예에 따른 스택의 다이어그램이며, 전극은 내화 재료(삽입체 또는 도금됨)와 표준 금속 전극의 조합이다.
도 17은 본 개시의 일 구현예에 따라 세 개의 시트 두께로 이루어진 용접 스택의 다이어그램이다.

도면은 본 명세서의 일부를 구성하고, 본 발명의 예시적인 구현예를 포함하고, 이의 다양한 목적 및 특징을 예시한다. 또한, 도면에 나타낸 임의의 측정, 사양 등은 예시하기 위한 것이며, 제한하기 위한 것은 아니다. 따라서, 본원에 개시된 특정 구조적 및 기능적 세부사항은 제한적인 것으로 해석되어서는 안되며, 단지 당업자에게 본 발명을 다양하게 사용하도록 교시하기 위한 대표적인 기준으로서만 해석되어야 한다.

개시된 이점 및 개선 중에서, 본 발명의 다른 목적 및 이점은 첨부된 도면과 함께 취해진 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 발명의 상세한 구현예가 본원에 개시되어 있지만, 개시된 구현예는 다양한 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 단지 예시임을 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 다양한 구현예와 관련하여 주어진 각각의 예는 예시하기 위한 것이며, 제한하기 위한 것은 아니다.

명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐, 다음의 용어는 문맥상 달리 명확하게 언급하지 않는 한, 본원에서 명시적으로 연관된 의미를 사용한다. 본원에서 사용된 문구, "일 구현예에서" 및 "일부 구현예에서"는 반드시 동일한 구현예(들)를 지칭하지는 않지만, 동일한 구현예(들)를 지칭할 수 있다. 또한, 본원에서 사용된 문구, "또 다른 구현예에서" 및 "일부 다른 구현예에서"는 반드시 다른 구현예를 지칭하지는 않지만, 다른 구현예를 지칭할 수 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 다양한 구현예는 본 발명의 범주 또는 사상을 벗어나지 않고 쉽게 조합될 수 있다.

또한, 본원에서 사용된 용어 "또는"은 포괄적인 "또는" 작용어이며, 문맥상 달리 명확하게 언급하지 않는 한 "및/또는"이라는 용어와 동등하다. 용어 "기초한"은 배타적이지 않으며, 문맥상 달리 명확하게 언급하지 않는 한, 설명되지 않은 추가 요소에 기초할 수 있다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐, "한" 및 "하나의"의 의미는 복수의 참조를 포함한다. "내(in)"의 의미는 "내(in)" 및 "위(on)"를 포함한다.

본 개시의 일 양태는, RSW에 의한 알루미늄 및 이의 합금의 접합 공정을, RSW를 통한 강재 접합과 상이하게 만드는, 여러 인자의 인식이다. (본 개시에서, "알루미늄"은 순수 알루미늄 및 그 합금을 포함할 것이다.) 차이점은, i) 알루미늄 재료, 예를 들어 알루미늄 시트를 RSW를 통해 접합하는 것은 더 높은 용접 전류, 예를 들어 유사한 게이지의 강재에 필요한 2~3배의 용접 전류를 필요로 하며, ii) 알루미늄은 고형화 동안에 더 높은 수축을 나타내고 용접 동안에 더 높은 열팽창 계수를 나타낸다. 상기 인자는, 용접 결함을 피하기 위해 용접 파라미터가 좁은 범위 내에서 유지되도록 요구하거나, 대안적으로 더 넓은 공정 윈도우에 더 높은 힘과 전류가 사용되는 것을 요구한다. 이들 효과를 완화시키기 위해, 전극의 빈번한 재드레싱이 요구되며, 전극의 침착을 완화시키기 위해 대형 면 전극이 바람직하다. 전류가 높을수록, 변압기 크기와 유틸리티 라인 소모를 줄이기 위해, 더 높은 주파수(50~60 Hz 대비 800 Hz 이상)에서 작동하는 직류(DC) 전원 공급 장치를 이용해 용접해야 한다. 이들 조치를 하더라도, 애노드(DC 용접 공정에서 양극)는 알루미늄을 픽업하기 시작하며, 즉 시트로부터의 알루미늄은 전극에 접착되어, 일부 합금 계열의 경우에 최소 10개의 용접부에서 전극과 시트를 침식시키나, 일반적으로는 25 내지 50번의 용접 후에 접착된다. 그런 다음, 애노드의 침식은 캐소드의 침식으로 이어져, 균일한 압력 및 전류 분포를 보장하기 위해 전극이 재포장될 것을 요구한다. 애노드 침식은 펠티에 효과에 의해 더욱 가속되며, 이는, 구리와 알루미늄 간의 제벡 계수의 차이에 비례하는 추가 열 생성을 초래한다. 전류가 애노드와 알루미늄 시트 사이에서 흐르면서, 이러한 추가의 열은 애노드-시트 인터페이스에서 국부적으로 발생되어, 인터페이스에 근접한 알루미늄 시트의 국부적인 용융에 기여한다. 동일한 전극을 비교하면, 용접 강판에 사용될 경우에 더 오래 지속될 수 있다. 업계는, 규칙적인 전극 드레싱 및/또는 전류 스테핑을 사용하여 전극 마모를 다룬다. 강판의 RSW를 위한 전극 드레싱 또는 재포장은, 일반적으로 대략 200 내지 300번의 용접 후에 이루어진다. 유사한 게이지 알루미늄 시트에 대해 요구되는 전극 드레싱 사이의 용접 수는 일반적으로 강재의 것에 대한

내지

용접 수이다. 전극 마모를 보상하기 위해 다수의 용접이 완료된 후에 전류를 점진적으로 증가시키는 전류 스테핑은, 알루미늄에 효과적이지 않은데, 그 이유는 전류가 일반적으로 훨씬 높고 강재에 비해 증가하기 어렵기 때문이다.

알루미늄의 RSW에서, 큰 전류가 용접될 시트를 통과해서 주울 가열을 생성한다. 본 개시의 양태는, 마찰 인터페이스(용접된 재료, 예를 들어 알루미늄 시트 사이의 접촉 영역)에서의 가열이 스택의 다른 영역보다 더 커야 한다는 인식이며, 따라서 마찰 인터페이스에서의 금속은 다른 영역 전에 용융되고, 인접한 시트의 것과 병합되고, 전극 중 어느 하나와 접촉하는 표면 전에 용접으로서 재응고한다. 이는, 용접될 알루미늄 재료의 상이한 표면(들)의 산화물 층의 두께를 선택적으로 제어하고, 이에 의해 스택의 상이한 영역에서 전기 저항 및 주울 가열을 제어함으로써, 달성될 수 있다. 이는, 밀 마감을 갖는 용접 시트와 상이하며, 즉 롤링 밀에서의 롤링 공정에 의해 결정된 두께의 산화물 층을 갖거나, 또는 전체 알루미늄 시트에 변환 코팅을 적용하거나 무분별하게 화학적 세정하여 밀 마감에 비해 산화물을 균일하게 감소시킨다. 화학 세정은, 일부 밀 마감 흐름 경로보다는 용접 일관성을 개선할 수 있지만, 용접 전류를 10~25%까지 증가시킬 필요가 있고 강판 RSW와 비교하여 용접 장비 요건의 차이를 더욱 확대한다.

본 개시의 양태는, 전극에 의해 접촉되는 용접될 알루미늄 재료의 표면 상에 높은 전기 저항의 산화물 층이 존재하면, 전극/시트 인터페이스에서 높은 국부적 온도를 초래할 수 있고, 이는 전극의 침착 및 열화를 초래할 수 있다는 인식이다. 또한, 용접 전류는, 국부적인 돌기가 변형되어 산화물 층을 파괴하는 곳에 우선적으로 흐른다. 시트 표면 토포그래피와 전극의 조합이 산화물을 균일하게 파괴하지 않는 보다 심각한 경우에, 전극 재료와 알루미늄 사이의 이러한 국부적인 반응은, 전극의 성장 또는 마모를 야기하여, 그의 사용 수명을 제한할 수 있다. 본 개시의 일 구현예에 따라, 이러한 조건은 전극(들)의 계면에서 용접될 시트(들)의 표면 및 시트(들) 표면을 통한 전기 저항을 제어하기 위한 처리에 의해 완화될 수 있으며, 이는 전극 계면(들)에서의 열 발생을 감소시킨다. 전극(들)과 접촉하는 시트(들)의 표면(들)의 처리는 화학적으로, 플라즈마, 레이저 또는 워터 제트에 노출됨으로써, 또는 기계적으로(와이어 브러시, 스카치브라이트 마모 등) 블라스팅 매체(알루미나, 철, 글라스 비드, 드라이 아이스 등)에 노출됨으로써 수행될 수 있다.

본 개시의 다른 구현예에 따라, 알루미늄 시트의 RSW를 촉진하는 견고하고 간단한 표면 처리는, 미처리(밀 마감) 상태에서 스택 시트의 마찰면을 남기면서, 용접 전극 중 하나 또는 둘 모두에 의해 접촉된 시트의 표면을 그릿 블라스팅함으로써 이루어진다. 그릿 블라스팅은, 시트가 RSW에 의해 용접되는 경우에 전극(들)에 의해 접촉될 시트 표면의 영역에 국부적으로 또는 전극(들)에 의해 접촉되는 마찰면 측에 대향하는 전체 측면에 적용될 수 있다.

다른 구현예에 따라, 알루미늄 대 알루미늄의 RSW는 물리적 원소를 함유하거나 내화성 또는 니켈 기반 재료로 도금된 특수 전극을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 유형의 전극을 사용하는 경우에, 용접은, 밀 마감 알루미늄 시트, 화학 세정된 시트, 시트의 한쪽 또는 양쪽 표면 상에서 블라스팅, 예를 들어 그릿 블라스팅에 의해 감소된 산화물 층을 갖는 시트, 변환 코팅으로 코팅된 시트 상에서 수행될 수 있다. 일 구현예에서, 특수 전극은 스택의 시트의 적어도 하나의 전극 접촉 표면 상의 산화물 층의 차등 감소와 조합하여 사용되어, 예를 들어 밀 마감에 의해 제공되는 바와 같이, 그 시트의 마찰면을 더 두꺼운 산화물 층으로 남긴다.

본 개시의 다른 구현예에 따라, 하나의 전극 접촉 표면만이 산화물 층을 감소시킴으로써 처리되고, 예를 들어 스택의 애노드 접촉 표면은 그릿 블라스팅되어, 스택의 다른 모든 시트의 산화물 층을 방해받지 않거나 더 큰 두께로 남기고, 심지어 캐소드와 접촉하는 표면을 남긴다. 다른 구현예에서, 애노드 및 캐소드 전극과 접촉하는 스택의 모든 표면은, 예를 들어 그릿 블라스팅 처리되어 그의 두께를 감소시킨다.

본 개시의 일 구현예에서, 최종 용접부(들)가 두 개의 두께 또는 2T 접합부로 지칭될 수 있도록, 두 개의 시트가 스택에 존재한다. 다른 구현예에서, 두 개 초과의 시트가 스택에 존재할 수 있어서, 더 많은 수의 두께, 예를 들어 세 개의 두께(3T) 접합부 이상의 용접부를 생성할 수 있다. 일 구현예에서, 외부 전극 접촉 표면은, 마찰면보다 낮은 접촉 저항을 갖도록, 산화물 두께를 감소시키기 위해 처리되어, 알루미늄 시트, 예를 들어, 2T 또는 3T 접합부 이상의 용접 접합부를 용이하게 한다. 일 구현예에서, 스택에서 하나의 시트의 애노드 전극 접촉 면만이 처리되어 산화물 층의 두께를 감소시킨다.

일 구현예에서, 본 개시에 따른 스택, 예를 들어 감소된 두께의 산화물 층을 갖는 전극 접촉 표면 중 하나 또는 둘 모두를 갖는 스택 및 더 두꺼운 산화물 층을 갖는 마찰면을 갖는 스택은, 포밍/성형 작업 중에 사용되는 전통적인 윤활제와 호환 가능하다. 통상적으로, 시트 알루미늄과 같은 시트 재료는, 포밍 다이에 의해 시트를 다양한 형상으로 형성하는 것을 용이하게 하는, 표면 윤활제를 구비한다. 예를 들어, 바디 패널과 같은 자동차 부품은 툴(다이) 마모를 최소화하면서 부품 형상이 얻어질 수 있도록 특별히 제형화된 윤활제로 형성된다. 그런 다음에 복수의 형성된 부품이 세정 없이 용접될 수 있고, 윤활제는 용접부의 일관성 및 품질에 영향을 미칠 수 있다. 본 개시의 일 양태는, 마찰면에서의 윤활제가 전극에 노출되는 것만큼 용접 품질에 영향을 미치지 않는다는 인식이다. 스택의 전극 접촉 표면에서, 표면 윤활제는 일반적으로 전극 침식 및 마모를 가속하고 용접 비일관성, 다공성, 균열, 전극 침착, 방출 및 작은 용접 크기에 기여한다. 예를 들어, 본 개시에 따라 그릿 블라스팅에 의해 두께가 감소된 산화물 층을 갖는 전극 접촉 표면은, 전극 계면에서 발생된 열의 양을 감소시켜, 윤활제의 유해한 영향을 보상한다.

도 1은 알루미늄 합금 시트(10)를 나타내며, 상부 및 하부 표면(18, 20) 상에 알루미늄 산화물(Al₂O₃)의 층(14, 16) 및 중심 합금 부분(12)을 갖는다. Al 산화물 표면은 Al 산화물, 서브 산화물, 수산화물 및 Mg 산화물의 혼합물일 수 있다. 자동차 생산에서, 다양한 포밍 윤활제 및 블랭크 세척 코팅이 용접 공정 동안에 층(14, 16) 상에 또한 존재하는 것이 일반적이다. 알루미늄 합금은 1XXX, 2XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX 또는 7XXX 시리즈 중 임의의 알루미늄 가공 합금일 수 있고, 시트 및 압출품 모두를 포함한다. 또한, 알루미늄 합금은 샌드 및 다이 캐스팅을 포함하나 이에 제한되지 않는 주조 합금일 수 있다.

도 2는, 본 개시의 일 구현예에 따라 전기 저항 용접기(140)의 애노드(130) 및 캐소드(132) 전극 사이에서 두 알루미늄 합금 시트(110A, 110B)의 스택(105)을 개략적으로 나타낸다. 시트(110A, 110B)의 산화물 층(114A, 114B)은 각각 두께가 감소된 반면, 산화물 층(116A, 116B)은, 예를 들어 롤링 밀(미도시)로부터 제조자에 의해 생성된 것과 동일한 두께로 방치되었다. 각각의 층(114A, 112A, 116A, 116B, 112B 및 114B)은, 애노드(130)에서 캐소드(130, 132)로 흐르는 전류(I)에 대해, 관련 저항(114AR, 112AR, 116AR, 116BR, 112BR 및 114BR)을 갖고, 스택(105)을 통해 총 저항 RT로 합산시킨다. 저항(114AR, 112AR, 116AR, 116BR, 112BR 및 114BR)은 개략적으로 나타내고 축척대로 나타내지 않고, 저항(114AR 및 114BR)은 예시를 쉽게 하기 위해, 각각 해당 산화물 층(114A, 114B)에 인접하여 나타낸다. 표면 상에 윤활제 및 다른 재료(미도시)의 존재는 또한 전체 저항 RT에 기여할 것이다.

롤링 밀로부터 수득된 유형 5xxx 및 6xxx의 알루미늄 합금 시트 상의 산화물 층(14 및 16)(도 1)의 두께는 5 nm 내지 수백 nm의 범위일 것이다. 용접을 나타내는 힘에서 1.5 mm 5xxx-O 시트 상의 2T 스택에 대한 전극 사이에서 측정된 저항은, 전술한 재료의 산화물 두께에 따라 1500 마이크로 오옴을 초과하는 통계적 최대값(평균 + 3 * 표준 편차)을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2의 층(114A, 114B)에 의해 나타낸 바와 같이, 본 개시에 따라 산화물 층(14)의 두께가 감소된 후, 생성된 두께는 5 nm 내지 50 nm의 범위 내에 있을 것이다. 각각의 층(114A, 112A, 116A, 116B, 112B 및 114B)을 통한 전기 저항은, (내재성 비저항을 갖는) 조성 및 전기 경로의 치수, 즉 단면적 및 두께에 따라 달라진다. 알루미늄 산화물의 비저항은 산화물 층(114A 및 114B)의 두께에 있어서 실질적으로 매우 감소하기 때문에, 전극 접합부에서 용접 전류에 대한 저항 가열을 실질적으로 감소시킬 것이다. 표면(114A 및 114B)의 기계적 마모를 갖는 1.5mm 5xxx-O의 2T 시트 스택의 통계적 최대 저항은, 대략 500 마이크로 오옴이었다. 비교하면, 재료(모든 시트 표면은 감소된 산화물을 가짐)의 탈산화는, 용접 전류가 더 높아야 하는 500 마이크로 오옴 미만으로 통계적 최대값을 감소시킬 수 있으며, 그 이유는 용접 인터페이스에서의 저항이 더 낮기 때문이다.

산화물 층(116A, 116B)은 산화물 층(114A, 114B)보다 더 큰 두께를 가지기 때문에, 산화물 층(116A, 116B)과 연관된 전기 저항이 더 크고, 산화물 층(116A, 116B)을 통과하는 전류(I)에 의해 발생된 열의 양은, 전류(I)가 산화물 층(114A, 114B)을 통과할 때 생성된 것보다 대응적으로 더 크다. 저항 및 가열에 있어서 상기 차등은 주어진 전류(I)가 산화물 층(116A, 116B) 사이의 마찰 인터페이스(FI)에 근접하여 중심 합금부(112A, 112B)의 용융 및 용접을 개시시키고, 이후에 산화물 층(114A, 114B)에 근접한 중심 합금부(112A, 112B) 및 애노드(130) 및 캐소드(132)가 용융한다.

산화물 층(예, 114A)의 두께의 작은 규모에서, 그의 두께의 변화가 용접 전극에 의해 접촉된 표면적과 같이 주어진 표면적에 걸쳐 발생할 것으로 예상할 수 있다. 마이크로 수준에서, 중심 합금 부분(12) 및 알루미늄 산화물의 층(14, 16)은 기하학적으로 평평하지 않지만 치수적으로 다양할 것이다. 예를 들어, 중심 합금부(12)의 상부 표면(18)(도 1)은 중심 합금부(12)의 평균 높이 또는 두께 위 아래로 연장된 높은 지점(돌기) 및 낮은 지점(피트)을 가질 것으로 예상할 수 있다. 결과적으로, 전극(예, 130)이 산화물 표면(114)에 대해 가압될 경우에(도 2), 중심 합금 부분(112A)의 높이의 변화가 애노드 전극(130)과의 접촉 면적에 걸쳐 전기 전도성의 변화를 야기할 것으로 예상할 수 있어서, 고 및 저 전도성의 국부 영역을 경험할 것이다. 전술한 바와 같이, 다른 산화물, 원소 및 화합물이 산화물 층(예, 114A) 및/또는 인터페이스(130I)에 존재할 수 있다. 따라서, 감소된 산화물 두께를 갖는 표면(예, 114A, 114B)은, 더 높은 저항("고 저항")을 보유한 미처리 표면(예, 116A, 116B)보다, 처리 이후에, 예를 들어 그릿 블라스팅 이후에 더 낮은 저항("저 저항")을 갖는 것으로 보다 일반적으로 설명될 수 있다. 산화물 층(예, 114A, 114B 또는 116A, 116B)의 전체 접촉 저항은, 시트 토포그래피, 산화물 화학물질, 및 산화물 두께의 함수이다. 따라서, 낮은 저항("저 저항") 인터페이스는 다수의 상이한 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 거친 토포그래피에 걸쳐 더 두꺼운 산화물 층은, 평활한 토포그래피 상의 더 얇은 산화물 층과 동일한 접촉 저항을 만들 수 있다. 본 개시의 일 구현예에 따라, 마찰면(들)에서의 저항이 더 높은 반면에 전극-대-시트 인터페이스에서 균일하고, 일관되고, 더 낮은 저항을 제공하는 토포그래피, 산화물 두께, 및 화학 물질의 조합을 포함한 시스템은, 마찰면에서의 가열 및 용접을 촉진하고 전극 접촉 인터페이스(예, 130I)에서 용융, 침착 및 전극 열화를 감소시킨다.

도 3은 알루미나 그릿으로 블라스팅된 6022-T4 알루미늄 합금 시트의 표면의 4개의 토포그래피 이미지(218A, 218B, 218C, 218D)를 나타낸다. 218A에 나타낸 표면을 제조하기 위해, 표면으로부터 5 내지 6 인치의 거리에서 그리고 수직으로 40 psi의 공기 압력에서 작동하는 Trinco 모델 36/BP 매체 블라스터에 의해 표면 상에 54 크기의 그릿으로 약 1 및 1/4 인치²를 블라스팅하였다. 총 체류 시간 3분으로 7회의 통과를 수행하여, Sa 210 μin의 거칠기를 갖는 표면을 생성하였다. 218B에 나타낸 표면을 제조하기 위해, 60 psi의 공기 압력에서 표면 상에서 54 크기의 그릿으로 블라스팅하였지만, 다른 파라미터는 이전과 동일하여, Sa 240 μin의 거칠기를 갖는 표면을 생성하였다. 218C에 나타낸 표면을 제조하기 위해, 40 psi의 공기 압력에서 표면 상에서 120 크기의 그릿으로 블라스팅하였지만, 다른 파라미터는 이전과 동일하여, Sa 90 μin의 거칠기를 갖는 표면을 생성하였다. 218D에 나타낸 표면을 제조하기 위해, 60 psi의 공기 압력에서 표면 상에서 120 크기의 그릿으로 블라스팅하였지만, 다른 파라미터는 이전과 동일하여, Sa 113 μin의 거칠기를 갖는 표면을 생성하였다.

도 4는, 6022-T4 알루미늄 시트의 5개의 상이한 표면의 토포그래피에 대한 평균 X-프로파일 라인 그래프(318E, 318F, 318G, 318H 및 318I)를 나타낸다. X-프로파일은, 비접촉식 광학 표면 프로파일로미터 기기(예, ZeScope)를 사용하여 얻어진 3-D 토포그래피 이미지로부터 얻었다. 프로파일 라인(318I)은 60 psi에서 120 등급 알루미나 그릿에 의해 블라스팅된 표면으로부터 생성되었으며, 이는 돌기 A와 저점 L 사이에서 15 μm의 높이 차이를 나타낸다. 일 구현예에서, 그릿 블라스팅된 시트의 표면 거칠기는 ~30 μin 내지 300 μin이다.

도 5는, 60 psi에서 120 그릿 알루미나로 그릿 블라스팅한 후의 6022-T4 알루미늄 시트의 표면(418I)의 SEM 이미지를 나타낸다. 이는, 도 4의 라인(318I) 및 도 3의 라인(218D)에 나타낸 것과 동일한 표면이다. 예리한 돌기 A는, 전극(130)에 의해 접촉되는 경우에 도 2의 114A와 같은 산화물 층을 파괴하여 균일한 전류 분포를 위한 다수의 전기 유동 경로를 생성한다. 표면은, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 다수의 날카로운 돌기 A에 의해 특징화된다. 본 개시에 따라, 그릿 블라스팅은 표면으로부터 초기 두꺼운 산화물 층(예, 16)(도 1)을 제거한다. 예를 들어, 그릿 블라스팅에 의해 제거된 두꺼운 산화물 층(전형적인 두께 6~10 nm)(예, 14)은, 공기 노출로 인해 실온에서 중심 합금 부분(112A) 상에 형성된 더 얇은(공칭 3~4 nm) 신규 산화물 층(예, 114A)으로 즉시 대체된다. 신규 산화물 층(114A)은 비정질 Al₂O₃으로 구성되고, 초기 산화물 층(14)보다 훨씬 더 얇으며, 초기 밀 마감 산화물 층(14, 16)에 비해 더 낮은 전기 저항을 갖는다. 초기 산화물 층(14, 16)은, 예를 들어 열간 압연, 냉간 압연, 열 처리 등에 의해, 제조 중에 시트(10)가 받게 되는 다양한 처리 단계 동안 형성되어, 이들의 실질적인 두께를 생성한다. 본 개시에 따른 그릿 블라스팅의 다른 결과는, 표면의 화학적 불균일성을 감소시키는 블라스팅 공정 동안에 Al12(Fe, Mn)2Si, Al3(Fe,Mn), Mg2Si, Al3Mg2 및 변형체와 같은 제2 상 입자의 일부가 제거되는 것이다. 또한, 그릿 블라스팅은 전극/시트 접촉을 개선하는 그릿 블라스트된 표면(들)에서 압축성 잔류 응력을 유도하며, 이때 기판 금속의 플라스틱 항복이 더 낮은 인가 용접력에서 시작되고 최대력에서 더 높은 완료 수준에 접근한다.

실험 결과

용접성 시험을, 6022-T4 알루미늄 시트의 125x450 mm x 0.9 mm 두께 패널에서 수행하였다. 베이스라인 조건은 밀 마감이었고, 추가적인 표면 처리 또는 변환 코팅은 도포되지 않았다. 전술한 바와 같이, 60 psi에서 120 알루미나 그릿으로 한 측면에서 그릿 블라스팅한 것이 개선된 조건이었다. MP404 윤활제를 100 mg/m2의 커버리지 속도로 모든 표면에 도포하여, 예를 들어 자동차 본체 및 패널의 제작에서 전형적인 산업 조건 상태를 나타내었다. 각각의 조건을 시험하여, 패널을 그 자체에 용접하고, 용접 파라미터를 변경하지 않고 총 300개의 용접을 연속적으로 실행하였다. 그런 다음, 도 2의 스택(105)과 같이 스택으로 조립하였는데, 예를 들어 도 2의 층(116A, 116B)과 같이 방해받지 않는 산화물 층을 갖는 밀 마감 표면은 마찰 인터페이스(FI)에서 함께 위치하고, 그릿 블라스팅에 기인하는 얇은 산화물 층(114A, 114B)은 용접기(140)의 애노드(130)와 캐소드(132)에 각각 인접하여 위치한다. 용접기(140)는 대략 500 mm 스로트 깊이를 갖는 핀치형 서보 건 상에서 MFDC로 흔히 지칭되는 중간 주파수 DC를 사용하는 유형이었다. 용접 파라미터는 다음과 같았다: 용접력 400 daN, 33 msec 동안 5 kA의 예열 단계 직후, 26 kA의 67 msec 용접 펄스. 모든 용접은, 직경이 16 mm이고 면 반경이 50 mm인 RWMA 클래스 2 구리 수컷 전극을 통해 수행되었다. 각각의 125x450 mm 패널에서, 분당 대략 10개의 용접 속도로 100개의 연속 용접을 수행하였다. 각각의 패널 상의 용접을 5개의 행을 따라 한 행에 20개의 용접을 수행하였다. 용접을 수행한 후, 패널을 롤-박리하고 검사하여, 100개의 모든 용접을 파괴 시험하고 버튼 풀아웃 직경을 측정하였다.

(여기서, GMT는 해당 금속 게이지) 미만의 용접 버튼 풀아웃은, 불일치 또는 사이즈 미만인 것으로 간주되었다. 박리되는 경우에 버튼을 풀아웃하지 않는 용접은, 즉 인터페이스 파손이 없을 경우에, 비록 융합된 인터페이스 파손이

를 초과하더라도, 불일치 용접으로 간주되었다.

도 6은, 그릿 블라스팅 상태에 대해 이전 단락에서 설명된 재료 및 절차를 사용하여 제조된 세 개의 용접 어셈블리(505WA, 505WB, 505WC)를 나타낸다. 상부 시트(510A)를 용접부(550)에 의해 (하부 에지만을 따라 볼 수 있는) 하부 시트(510B)에 접합하였다. 상기 파라미터(조립체 505WA, 505WB, 505WC 당 100개의 용접부(550))를 사용하여 총 300개의 순차적 용접부(550)를 만들었다. 모든 용접은 양호한 품질이었고, 전극(130, 132)(도 2)이 시트(510A, 510B)에 달라 붙거나 전극 상에 알루미늄이 축적되는 것은 관찰되지 않았다.

도 7은, 도 6의 조립체(505WA 및 5025WC) 각각의 두 부분의 확대 단편(7S1, 7S2)를 나타낸다. 용접은 용접부(550S)에서 시작하였고, 조립체(505WA)에서 100개의 용접이 이루어질 때까지 순차적 행과 열에서 상향 진행하였다. 동일한 용접 방식을 조립체(505WB 및 505WC)에 대해 수행하여, 조립체(505WC) 상에서 마지막 용접부(550L)로 종료하였다. 육안 검사로부터 알 수 있는 바와 같이, 처음 용접부(550S) 및 마지막 용접부(550L)는 동일한 치수 및 외관을 갖는다. 처음 및 마지막 용접부(550S 및 550L)도 용접 강도 및 무결성과 관련하여 동일한 품질을 갖는 것으로 입증되었다. 이는, 전극과 시트 인터페이스 사이의 낮은 저항으로 인한 전극 침식의 결여가, 수많은 용접 작업에 걸쳐 탁월한 용접 품질과 일관성을 가능하게 했음을 나타낸다.

도 8a는, 조립체(505A, 505B, 및 505C)를 형성하는 데 사용되었던, 즉 300개의 용접부(550)가 완료된 후에, 검사 트레이(634) 상에 장착된 애노드(630) 및 캐소드(632) 전극을 나타낸다. 전극(630, 632)을 검사하여 마모 또는 축적이 없음을 나타내는 것으로 알려졌고, 이는 본 개시에 따른 알루미늄 시트의 RSW 용접이, 전극의 드레싱이 필요하기 전에 더 많은 용접부를 계속 형성할 수 있음을 나타낸다. 두 개의 용접된 시트(10)의 양 측면 상에 두꺼운 산화물 층(14, 16)을 갖는 밀 마감 표면을 비교 용접하면, 약 50개의 용접 후 전극 열화 및 300개의 용접 후의 과도한 침식을 나타낸다. 또한, 밀 마감 상태에서 시트의 300개의 용접부 전체에 걸쳐 전극 침착이 관찰되었다.

도 8b는 캐소드 용접 전극(732AI, 732AF, 732BI, 732BF, 732CI, 732CF, 732DI, 732DF)의 4개의 비교 사진 세트(732A, 732B, 732CF, 732CDI, 732DF)를 각각 나타낸다. 캐소드는, 용접 테스트의 순서에 사용되기 전의 초기 조건(732AI, 732BI, 732CI, 732DI)으로 그리고 300개의 용접을 만든 후의 최종 조건(732AF, 732BF, 732CF, 732DF)으로 나타나 있다. 사진(732A)에 나타낸 바와 같이, 전통적인 접근법을 사용하여 밀 마감 5182 알루미늄 합금에서 300개의 저항 스폿 용접을 한 후, 캐소드 전극(732AF)의 상태가 상당히 열화된다. 대조적으로, 사진(732B)은, 예를 들어 애노드(130)와 접촉하는(도 1) 산화물 층(예, 114A)의 그릿 블라스팅을 사용하여 본 개시에 따른 RSW 용접에 의해 5182 알루미늄에서 300개의 저항 스폿 용접을 한 후, 캐소드(732BF)가 심각하게 열화되지 않음을 보여준다. 동일한 결과가 사진(732C 및 732D)에서 명백하게 나타나 있는데, 여기서 캐소드(732CF)의 조건은, 동일한 유형의 재료에서 동일한 수의 용접을 하였으나 본 개시의 교시에 따라 그릿 블라스트 시트를 사용한 후의 캐소드(732DF)와 비교하면, 6022 밀 마감 알루미늄 합금에서 300개의 저항 스폿 용접 후에 심각하게 열화된다.

도 9는, 밀 마감 상태에서 시트의 모든 표면을 갖는, 0.9 mm 두께의 6022-T4 알루미늄 합금으로 이루어진 두 개 시트의 300개의 RSW 용접 과정에 걸친 용접 버튼 크기(직경)의 그래프(860)를 나타낸다. 약 200개의 용접 후, 버튼 직경이 임계 값 아래로 떨어지고 불안정한 것으로 간주되었다. 아래 표 1은 도 9에 나타낸 용접 테스트로부터의 실제 용접 데이터를 나타낸다. 데이터를 정규화하여 용접 버튼 직경을 제시하였고, 모든 표면이 밀 마감인 0.9 mm 6022-T4에서 300개의 연속 용접에 대해 용접 버튼 직경이 측정되었다. 표 1에서, 투명 셀은 3개의 용접 패널 상에서 불일치 용접부(버튼 직경이

미만) 위치를 나타낸다. 도 9는, 밀 마감 알루미늄이 약 200개의 용접 후에 불일치를 나타냈다는 것을 보여준다. 안전 여력과 생산 변동을 고려하는 경우에, 약 50개의 용접의 드레싱 간격이 필요할 것이다.

표 1

도 10은, 두 개의 0.9 mm 두께의 6022-T4 알루미늄 합금의 RSW 용접을 위한 용접 버튼 크기의 그래프(960)를 나타내며, 전극측 표면은 그릿 블라스팅되고 마찰측 표면은 밀 마감 상태이다. 도 10에 나타낸 결과는, 용접이 300개의 용접부를 통해 안정적인 성능으로 진행되었고, 불일치가 관찰되기 전에 훨씬 더 높은 수준의 성공적인 성능을 달성할 것으로 기대됨을 보여준다. 강재 RSW에 대한 통상적인 산업 관행은, 도 10에 나타낸 결과가 강재 RSW 드레싱 사이클과 유리하게 비교되도록, 약 250개 용접부에서 전극 드레싱을 포함한다. 아래 표 2는 도 10에 나타낸 용접 테스트로부터의 실제 용접 데이터를 나타낸다.

표 2

표 2의 데이터는 용접 버튼 직경을 나타내기 위해 일관성 관점에서 정규화되었으며, 본 개시에 따른 그릿 블라스팅된 시트 공정을 사용하여 달성된 용접 일관성을 나타낸다. 구체적으로, 표 2는 0.9 mm 6022-T4(전극측 그릿 블라스팅 텍스처 처리, 마찰측 밀 마감) 상에서 300개의 연속 용접에 대해 측정된 용접 버튼 직경을 나타낸다. 표 2에서, 투명 셀은 세 개의 용접 패널 상에서 불일치 용접부(버튼 직경이

미만) 위치를 나타낸다. 밀 마감 상태에서 알루미늄 시트를 용접하는 것과 관련된, 도 9 및 표 1에 나타낸 결과와는 달리, 용접 버튼이 결여된 냉 용접은 없었다. 도 9 및 도 10에 나타낸 두 개의 용접 조건 사이의 유일한 차이는 도 10에 용접된 시트의 전극측 표면이 그릿 블라스트팅 되었고, 도 9 및 도 10 둘 모두의 마찰면이 밀 마감 상태라는 점이었다. 본 개시에 따라, 전극의 마모 및 특히 애노드의 마모 및 침식을 제어하면, 알루미늄에 대한 저항 용접 공정의 장기 일관성을 상당히 개선한다.

본 개시의 다른 구현예에서, 애노드(130)와 접촉하는 시트(10) 상의 두꺼운 산화물 층(14)만이 그릿 블라스팅에 의해, 즉 인터페이스(130I)에서 제거되어, 시트(10) 상에 존재하는 두꺼운 산화물 층(14)이 캐소드(132)와 접촉하여, 즉 인터페이스(132I)에서 남아 있게 된다. 본 개시의 일 양태는, 열화가 더 일찍 발생하고 스택(105)과 애노드(130) 사이의 인터페이스(130I)에서 더 빠르게 성장한다는 인식이다. 결과적으로, 애노드(130)와 접촉하는 측에서만, 즉 인터페이스(130I)에서 감소된 산화물 두께를 갖는 스택(105)은, 개선된, 즉 더 낮은 드레싱 주기를 나타낼 것이다.

전극 인터페이스(들)(130I)에서 감소된 저항을 갖는 전극-접촉 시트 표면(들)을 사용하면, 생산적으로 사용될 수 있는 전극 유형 및/또는 재료의 범위에 또한 영향을 미친다. 구리 계열 전극은, 80% IACS에 근접하는 높은 강도 및 전도성을 나타낸다. 전형적인 구리 전극은, RWMA 클래스 1(CuZr 또는 구리 연관성 명칭 C15000), 클래스 2(CuCr 또는 C18200 및 CuCrZr C18150) 및 분산 강화 구리(DSC 또는 C15760)를 포함한다. 클래스 1 전극은, 접촉 인터페이스에서 발생된 열을 낮게 유지하여 손상 및 침착을 방지하는, 탁월한 전기 및 열 전도성을 갖도록 의도적으로 선택된다. 알루미늄 밀 마감 표면은, 일반적으로 최소로 침착되도록 매우 높은 전도성 구리(즉, 클래스 1)를 필요로 하는 반면, 강재 RSW는 클래스 2 전극을 사용할 수 있다. 클래스 1 전극은 클래스 2 전극만큼의 이차 열을 제공하지 않기 때문에, 알루미늄의 RSW는 강판의 RSW에 비해 더 높은 전류로부터의 추가적인 주울 가열을 필요로 한다.

본 개시의 다른 구현예에 따라, 내화 금속 전극은, 텅스텐(100W 또는 C74300) 일반적으로 엘코나이트(1W3/5W3 또는 C74450, 10W3 또는 C74400, 30W3 또는 C74350)로 지칭된 텅스텐-구리 블렌드, 및 몰리브덴(C42300)은 전통적인 클래스 1 및 2 구리 등급보다 상당히 적은 전류로 알루미늄에서 용접을 생성할 수 있는 재료를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 내화 금속 전극은 60% IACS 미만의 전기 전도성을 가지며, 종종 30 내지 50% 범위이다.

도 11 및 도 12는 그래프 1060(용접 전류 및 용접 시간의 효과를 고려함), 및 1160(용접 전류 및 용접 힘의 효과를 고려함)을 각각 나타내며, 클래스 2(표준 RSW로 표시됨) 및 순수 텅스텐(100W로 표시됨) 전극 둘 다를 갖는 1.1 mm 6022-T4 시트 상에서 생성된 용접부를 특징화한다. 그래프(1060 및 1160)은 밀 마감 시트를 사용한 용접 결과를 나타내며, 여기서 청색 점은 3sqrt(t) 미만, 주황색 점 - 3~4sqrt(t), 황색 점- 4~5sqrt(t), 녹색 점- 5~6sqrt(t)을 나타낸다. 두 도면 모두에 나타낸 바와 같이, 용접은 유사한 용접 시간 및 힘을 사용하면서, 전통적인 클래스 2 전극보다 전류가 20 내지 30% 더 낮은 텅스텐 전극으로 제조될 수 있다. 이러한 공정은, 저항 용접 공정보다 훨씬 더 낮은 힘으로 작동하지만 용접 시간이 더 긴 저항 브레이징과는 상이하다. 각각의 개별 용접 파라미터 세트에 대해, 여러 개의 용접을 생성하고, 박리 시험을 하고, 생성된 용접을 측정하였다. 12 내지 22 kA 범위의 전류는, 허용 가능한 용접 버튼 크기를 생성하였다. 이는, 전통적인 클래스 2 용접 전극의 경우의 24 내지 32 kA에 비하면, 상당한 전류의 감소이다. 강재를 용접하는 크기의 장비는, 일반적으로 약 20kA의 용접 전류 제한을 갖는다. 따라서, 내화 금속 전극은, 현재 강재를 용접하는 기존의 장비를 변경하지 않고 RSW를 통해 알루미늄 시트를 접합할 수 있는 능력을 최종 사용자에게 제공한다. 텅스텐 이외에, 몰리브덴 또는 니켈 성분을 갖는 전극은, 하나의 재료로 만들어진 한 전극과 이 원소족의 상이한 재료로 만들어진 다른 전극과 쌍으로 또는 함께 유사하게 사용될 수 있다. 이를 통해 용접 장비(변압기, 건, 제어 장치), 로봇(더 가벼운 페이로드 기능, 더 빠른 로봇 속도), 변전소 용량(크기를 확장할 필요가 없음) 및 유연성(기존 시스템으로 여러 재료를 처리)으로 인한 자본 비용 절감을 제공한다.

내화 금속 기반 전극은, 필요한 용접 전류를 낮추는 측면에서 이점을 제공하지만, 전통적인 구리 전극 재료의 안정적이고 장기적인 성능을 나타내지는 않는다. 도 11 및 도 12의 용접 결과를 생성함에 있어서, 텅스텐 전극을 각각의 용접 파라미터 설정 후(약 3 내지 5개의 용접마다) 200 그릿 에머리 종이로 청소하였다. 10개 이상의 용접을 연속적으로 만들 경우에, 애노드 상에 상당한 알루미늄 축적이 관찰되었다.

도 13은 용접 공정 파라미터 시험 및 전극 수명을 시험하기 위해 사용되는 텅스텐 전극(1230(애노드) 및 1232(캐소드))을 나타낸다. 6 mm 텅스텐 디스크(1230T, 1232T)를 표준 CuCr 전극(1230S, 1232S)에 브레이징하여 복합체 애노드(1230) 및 캐소드(1232)를 각각 형성하였으며, 이하에서 보다 간단히 "텅스텐 전극"으로 지칭한다. 텅스텐 전극(1230, 1232)은 전술한 동일 용접 장비, 즉 500 mm 핀치 건, 16 mm 전극 직경, 50 mm 면 반경 등에서 사용되었지만, 전통적인 클래스 2 구리 전극보다 낮은 전류를 사용하였고, 예를 들어 텅스텐 전극의 경우 67 msec에서 20 kA인 반면, 구리 전극의 경우 67 msec에서 28 kA인 것을 사용하였다. 이러한 셋업을 사용하여, 각각 1.1 mm 두께인 밀 마감 6022-T4 알루미늄 합금 시트 두 개를 용접하였다. 대략 10개의 용접부 내에서, 상당한 애노드가 달라붙는 것이 관찰되었으며, 전극으로부터 다량의 재료가 뜯겨졌다.

도 14는 전술한 단락에서 기술된 조건 하에서 100개의 연속 용접 후, 도 13에 나타낸 것과 유사한 텅스텐 전극, 즉 애노드(1330) 및 캐소드(1332)를 나타낸다. 캐소드(1332)는 축적이 거의 없었지만, 애노드(1330)는 상당한 양의 알루미늄을 픽업하여 텅스텐 부분에 국부적인 균열을 야기하였다(도 13의 1230T 참조). 이들 결과는, 밀 마감 알루미늄 시트가 내화 전극에 의해 나타나는 비교적 높은 저항과 연관된 높은 열 및 시트 재료 픽업으로 인해, 내화 전극을 갖는 RSW 용접을 수용하지 않음을 나타낸다.

본 개시의 양태는, 용접에 기인하는 애노드 및 캐소드의 열화/마모가 관련된다는 인식이다. 이러한 관계는, 클래스 2 구리 전극 및 텅스텐 전극을 사용하여 전술한 단락에서 이미 설명한 동일 1.1 mm 6022-T4 시트 상에서 이루어진 일련의 100개의 용접에서 나타났다. 이들 테스트에서, 구리 애노드와 텅스텐 애노드를 모두 매 용접 후 200 그릿 에머리 종이로 드레싱하였지만, 100개의 연속 용접 동안 캐소드를 청소하지 않았다. 텅스텐 및 구리 전극 둘 다에 대해, 캐소드 상에서 마모가 관찰되지 않았으며, 이는 애노드가 상당한 마모 및 침식을 나타내지 않으면 애노드도 마모를 나타내지 않을 것임을 나타낸다. 본 개시의 일 구현예에서, 텅스텐 애노드 상의 축적은, 예를 들어 그릿 블라스팅에 의해 본 개시의 교시에 따라 확립된 스택과의 저 저항 인터페이스에 의해 완화될 수 있다. 그릿 블라스팅된 애노드 접촉 표면은 이러한 저 저항 인터페이스를 제공할 수 있어서, 텅스텐 전극의 사용을 가능하게 하고 이에 따라 더 낮은 용접 전류를 사용하는 것과 연관된 이점을 실현할 수 있다.

또 다른 실험에서, 전술한 용접 시험에 사용된 것과 같은 두 개의 6022-T4 시트 각각의 두 표면을 그릿 블라스팅하였다. MP404 윤활제를 시트의 모든 면에 도포하였다. RSW에 의한 용접은, 동일한 용접 설정을 사용하여 전술한 바와 같이 수행하였다. 이 실험은 용접이 발생하지 않았음을 보여주었다. 이러한 결과는 마찰 인터페이스에서 처리된 표면의 낮은 전기 저항에 기인하였고, 이는 접합 표면 및 이들의 용접부를 함께 용융시키기에 충분한 열을 생성하지 못하였다.

이전에 설명한 동일 클래스 2 전극 재료, 기하학적 구조, 용접 장비 및 용접 파라미터를 사용하여, 0.9 mm 6022-T4 상의 다양하고 상이한 알루미늄 합금 시트 표면에 대해 300개의 RSW 용접부의 추가 세트를 수행하였다. 이들 재료는 종래의 표면 및 EDT 마감된 표면에 대해 Arconic 951?? 전처리와 밀 조건 모두에서 실행되었다. 자동차 산업에서 현재 공급되고 있는 상용 알루미늄 합금 시트 재료를 대표하는 이들 재료는, 전술한 밀 마감 시트와 유사하게 전극 침식 및 침착을 나타내었고, 즉 50개의 용접 후에 전극의 열화와 300개의 용접 후에 과도한 침식을 나타내었다.

본 개시의 양태는, RSW 용접 밀 마감 알루미늄과 비교하여 파괴적인 분해의 필요성을 감소시키고 RSW 공정의 효율을 개선하기 위해, 저항 용접 공정의 일관성 및 반복성을 개선하는 알루미늄 시트의 표면을 향상시키는 방법에 관한 것이다. 본 개시의 구현예에 따라, 전극/스택 인터페이스(들)에서의 선택적 표면 향상은, 시트-대-시트(또는 마찰) 표면에서보다 전극/스택 인터페이스에서 더 낮은 저항을 초래하여, 전극의 마모 및 침식을 감소시킨다. 종래의 구리 계열 전극을 사용하는 경우에, 전극 드레싱 및 교체를 연장하여 공정의 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 선택적 표면 향상은, 내화성 계열 금속 및 합금, 그리고 니켈 계열 합금과 같은 대안적인 전극 재료를 사용하게 할수 있다. 이들 전극 재료는, 전기 전도성과 열 전도성이 더 낮기 때문에 용접부에 추가적인 열을 제공하며, 종래의 알루미늄 표면이 이들 재료로 만들어진 전극을 매우 신속하게 손상시키므로 표면 향상에만 사용될 수 있다. 본 개시의 접근법은, 감소된 전류 수준에서 저항 용접을 허용하여, 사용자로 하여금, 강재 용접하는 데 사용된 동일한 저항 용접 장비를 이용해 알루미늄을 용접시킬 수 있다.

도 15는 한 쌍의 용접 전극, 즉 애노드(1430) 및 캐소드(1432) 사이에 위치한 알루미늄 합금 시트, 예를 들어 1410A1 및 1410B1의 2개의 시트(2T) RSW 스택(1405A, 1405B, 1405C, 1405D) 네 개를 나타낸다. 스택(1405A)은, 모든 표면에 일관되게 도포된 표면 처리 또는 변환 코팅을 갖거나 갖지 않을 수 있는 두 개의 밀 마감 시트(1410A1, 1410B1)로 이루어진 베이스라인 구성을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 본 개시의 일 양태는, 시트의 표면 상에 더 낮은 전기 저항 산화물 층(1414A), 예를 들어 애노드(1430)와의 인터페이스에서 스택(1405B)의 1410A2, 및 대향 측면 상의 마찰 인터페이스에서 더 높은 전기 저항 층, 예를 들어 1416A를 갖는 스택이다. 일 구현예에서, 스택(1405B)에 의해 나타난 바와 같이, 양 측면(1414A 및 1416A) 상의 저항은 일 측면 상에서 애노드(1430)와의 접촉 인터페이스에 걸쳐 그리고 상단 시트(1410A2)와 하단 시트(1410B2) 사이의 인터페이스(마찰 인터페이스)에 걸쳐 안정적이고 일관된다. 상단 시트(1410A2)의 바람직한 배향은, DC형 용접 시스템용 애노드 전극(1430)에 대해 낮은 저항 측("저 저항")이 배치된 것이다. 스택(1405B, 1405C 및 1405C)은 다양한 스택을 나타내며, 여기서 저 저항 층(1416A)은 베이스라인 스택(1405A)에 비해 개선된 RWS를 제공하기 위해 사용된다. 각각의 스택(1405B, 1405C 및 1405C)에서, 애노드(1430)는 저 저항 표면 층(1414A)과 접촉한다. 저 저항층(1414A)을 갖는 상부 시트(1410A2, 1410A3, 1410A4)는, 스택(1405B)에서와 같이, 종래의 밀 마감 시트(예, 1410B2)와 쌍을 이룰 수 있고, 스택(1405A)의 베이스라인 구성에 대해 개선된 용접 성능을 여전히 제공할 수 있다. 대안적으로, 하부 시트는 마찰 인터페이스 또는 캐소드 인터페이스에 있는 저 저항 표면 층(1416C (스택 1405C) 또는 1414C (스택 1405D))을 가질 수 있고, 스택(1405A)의 베이스라인에 대해 개선된 용접을 제공할 수 있다. 이러한 유연성은 다수의 공급원으로부터 수용된 구성 요소가 함께 결합되는 상업적 환경에서 유익한데, 그 이유는 적어도 애노드 측에서 고 용접성 시트를 갖는 것이 베이스라인 구성과 비교하여 RSW 성능을 증가시킬 것이기 때문이다. 스택(1405C)에 나타낸 바와 같이, 저 저항 층(1416A)을 갖는 시트(1410A3)는 다른 유사한 시트(1410B3)와 쌍을 이룰 수 있다. 저 저항 층(1416C)이 캐소드(1405D)에 나타낸 바와 같이 캐소드(1432)와 접촉하도록 위치하여 캐소드(1432)의 마모 또는 침식을 감소시키는 것이 바람직하지만, 마찰 인터페이스에서 고 저항 층(1416A)에 대해 위치할 수 있고, 여전히 베이스라인 구성과 비교하여 층(1410A3 및 1410B3)의 RSW를 개선시킨다. 하단 시트(예, 1410B3 또는 1410B4)의 모든 표면은 저 저항 유형일 수 있지만, 이는 스택(1405D)의 RSW에 요구되는 것보다 적어도 10% 내지 20% 더 높은 용접 전류를 요구할 것이다. 표 3은 도 15에 나타낸 것 같이 가능한 표면 위치 조합, 특히 2개의 두께 스택에 대한 향상된 용접 성능을 위한, 고 용접성 제품의 시트 배향을 보여준다.

표 3

도 16은 한 쌍의 용접 전극, 즉 애노드(1530) 및 캐소드(1532) 사이에 위치한 알루미늄 합금 시트, 예를 들어 1510A1 및 1510B1의 2개의 시트(2T) RSW 스택(1505A, 1505B, 1505C, 1505D) 네 개를 나타낸다. 스택(1505A)은, 모든 표면에 일관되게 도포된 표면 처리 또는 변환 코팅을 갖거나 갖지 않을 수 있는 두 개의 밀 마감 시트(1510A1, 1510B1)로 이루어진 베이스라인 구성을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 본 개시의 일 양태는, 시트의 표면 상에 더 낮은 전기 저항 산화물 층(1514A), 예를 들어 애노드(1530)와의 인터페이스에서 스택(1505B)의 1510A2, 및 상부 시트의 대향 측면, 예를 들어 1510A2 상의 마찰 인터페이스에서 더 높은 전기 저항 층, 예를 들어 1516A를 갖는 스택이다. 일 구현예에서, 저 저항 표면(1514A)은, 애노드(1530) 및 캐소드(1532)와의 인터페이스에서 알루미늄 시트(1512A, 1512B)를 상당히 용융시키지 않고서 그리고 전극을 손상시키지 않고서, 낮은 열 및 전기 전도성을 갖는 재료로 제조된 애노드 및 캐소드의 사용을 허용한다. 따라서, 필요한 용접 전류를 적어도 10%만큼 낮출 수 있는 텅스텐과 같은 전극 재료를 사용할 수 있다. 내화 전극이 사용될 수도 있고, 별개 형상 표지를 갖는 상이한 형상의 용접 너겟을 생성할 수 있다. 내화 전극으로 만들어진 용접은, 구리 전극으로 만들어진 전통적인 RSW 용접보다 단면이 사각이며, 구리 전극은 더 타원형이다.

도 17은, 3개의 두께(3T) RSW 용접 스택(1605)을 갖는 본 개시의 다른 구현예를 나타낸다. 알루미늄의 3T RSW 스택은 시트 표면의 변화로 인해 드물고, 통상적으로 2단계 작업을 필요로 하며, 이는 두 개의 시트가 먼저 용접된 다음 이들 시트 중 하나가 제3 시트에 용접된다. 이러한 2단계 접근법은 용접 수와 궁극적으로는 세 개의 알루미늄 시트를 접합하기 위한 공정의 비용을 증가시킨다. 예를 들어, 그릿 블라스팅에 의한 상부 시트(1612A) 상의 저 저항 층(1614A)의 개발은, 3T 스택(1605)의 RSW를 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 2T 접합부의 경우에서와 같이, 애노드 전극(1630)은 제1 시트(1612A)의 저 저항 층(1614A)과 접촉하여 전극 마모 및 침식을 감소시킨다. 하기 표 4는 3T 스택의 시트 표면의 상대 저항 수준 및 위치를 설명하며, 이는 모든 표면이 밀 마감인 베이스라인 스택뿐만 아니라, 애노드 인터페이스에서 저 저항 표면을 갖는 적어도 하나의 시트를 사용하는 본 개시에 따른 9개의 변화를 포함한다. 시트(1)는 그의 상부 표면에서 애노드(1630)와 접촉하는 상부 시트이다. 9개의 변형 중 일부에서, 세 개의 시트 중 두 개는 하나의 저 저항 표면을 가지며, 9개의 변형 중 일부에서, 세 개의 시트 중 세 개는 하나의 저 저항 표면을 갖는다.

표 4

시트(2 및 3)는 종래의 알루미늄(밀 마감) 또는 저 저항 측을 갖는 시트일 수 있다. 저 저항은 밀 마감에 페어링되는 경우에 양호한 용접 성능을 나타내기 때문에, 양호한 용접이 3T 접합부에서 얻어질 수 있다. 저 저항 표면을 갖는 시트가 다른 이러한 시트에 인접하여 적층되는 경우, 인접한 마찰 표면은 바람직하게는 고 저항 표면, 예컨대 밀 마감 표면으로 마찰 인터페이스에 열을 제공한다. 일반적으로, 고 저항 표면에 인접하게 위치한 저 저항 표면은, 두 개의 고 저항 표면이 병치되는 경우에 비해 더 양호한 접촉 균일성을 가지며 개선된 용접 성능을 초래할 것이다. 인터페이스를 가로지르는 전류 전달의 균일성의 이러한 개선은, 용접 품질을 상당히 증가시키고 알루미늄의 3T 용접을 가능하게 한다.

본 발명의 다수의 구현예가 설명되었지만, 이들 구현예는 단지 예시적인 것이고, 제한적인 것은 아니며, 많은 수정이 당업자에게 명백할 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 다양한 단계는 임의의 원하는 순서로 수행될 수 있다(그리고 임의의 원하는 단계가 추가될 수 있고/있거나 임의의 원하는 단계가 제거될 수 있다. 이러한 모든 변형 및 수정은 본 개시의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (36)

1. 저항 용접 방법으로서,
   (A) 적어도 부분적으로 알루미늄으로 구성된 제1 부재를 제공하는 단계;
   (B) 적어도 부분적으로 알루미늄으로 구성된 제2 부재를 제공하는 단계로서, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 각각은 제1 전기 저항을 갖는 제1 외부 표면과 제2 전기 저항을 갖는 제2 외부 표면, 및 제3 전기 저항을 갖는 내부를 갖는 단계;
   (C) 상기 제1 부재의 제1 외부 표면의 적어도 일부분의 전기 저항을 감소시켜 저 저항 표면을 생성하고, 상기 제1 부재의 제2 외부 표면은 상기 저 저항 표면보다 더 높은 전기 저항을 유지하고 고 저항 표면인 단계;
   (D) 상기 제1 부재를 상기 제2 부재에 대해 배치하되 상기 고 저항 표면이 상기 제2 부재의 제1 또는 제2 외부 표면에 인접하여 2개의 두께인 스택을 제조하는 단계;
   (E) 애노드 및 캐소드를 갖는 전기 저항 용접기를 제공하는 단계;
   (F) 상기 스택의 제2 부재에 대해 상기 캐소드를 그리고 상기 저 저항 표면에 대해 상기 애노드를 위치시키는 단계; 및
   (G) 상기 스택을 통해 용접 전류를 통과시켜 상기 인접 표면에서 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이에 용접부를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 감소 단계는 상기 제1 외부 표면을 그릿 블라스팅 하는 것에 의한 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 그릿 블라스팅은 알루미늄 산화물 그릿으로 수행되어 30 μin 내지 300 μin의 표면 거칠기를 생성하는, 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 감소 단계는 화학 처리에 의한 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 인접 표면은 밀 마감 표면인 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 부재의 제1 및 제2 외부 표면은 산화물 층을 포함하고, 상기 산화물 층은 상기 감소 단계 동안에 상기 저 저항 표면 상에서 얇아지는, 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 중 적어도 하나는 시트인, 방법.
8. 제8항에 있어서, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 모두는 시트인, 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 통과 단계 이후에 상기 애노드를 드레싱하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 통과 단계는 드레싱의 각 단계가 수행되기 전에 200회를 초과하여 수행되는, 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 제2 부재의 제1 외부 표면의 전기 저항을 감소시켜 제2 저 저항 표면을 생성하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 캐소드는 위치 설정 단계 동안에 상기 제2 저 저항 표면에 대해 위치하는, 방법.
11. 제10항에 있어서, 알루미늄으로 적어도 부분적으로 구성된 제3 부재를 제공하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 스택은 2개의 두께인 스택이고, 상기 제3 부재에 대해 상기 2개의 두께인 스택을 인접하게 배치하여 3개의 두께인 스택을 제조하고, 상기 제3 부재와 함께 상기 2개의 두께인 스택의 인접 면은 각각 마찰면인, 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 부재의 제1 및 제2 표면 중 적어도 하나 상에 배치된 윤활제는, 상기 통과 단계 동안에 상기 표면 상에 남아 있는, 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 부재의 제1 및 제2 표면 중 적어도 하나는, 상기 통과 단계 동안에 상기 표면 상에 남아 있는 변환 코팅을 갖는, 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 애노드 및 캐소드는 적어도 부분적으로 내화 금속으로 구성되는, 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 내화 금속은 텅스텐인, 방법.
16. 알루미늄 합금 재료로서,
    (A) 제1 전기 저항을 갖는 제1 외부 표면;
    (B) 제2 전기 저항을 갖는 제2 외부 표면; 및
    (C) 제3 전기 저항을 갖는 내부를 포함하며, 상기 제1 외부 표면의 전기 저항은 상기 제2 외부 표면보다 낮은, 재료.
17. 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 외부 표면은 산화물 층을 포함하는, 재료.
18. 제17항에 있어서, 상기 제1 외부 표면의 산화물 층은 상기 제2 표면의 산화물 층보다 더 얇은, 재료.
19. 제17항에 있어서, 상기 제1 부재의 제1 외부 표면의 산화물 층의 두께는 3 nm 내지 50 nm의 범위인, 재료.
20. 제19항에 있어서, 상기 제1 부재의 제1 외부 표면은 30 μin 내지 300 μin 범위의 거칠기를 갖는, 재료.
21. 제20항에 있어서, 상기 제1 부재의 제1 외부 표면의 산화물 층은 비정질 Al₂O₃로 적어도 부분적으로 구성되는, 재료.
22. 제21항에 있어서, 상기 제1 부재의 제2 외부 표면은 밀 마감 표면인, 재료.
23. 제22항에 있어서, 상기 제1 및 제2 외부 표면 중 적어도 하나는 그 위에 윤활제를 갖는, 재료.
24. 복합체로서,
    알루미늄으로 적어도 부분적으로 구성된 제1 부재;
    알루미늄으로 적어도 부분적으로 구성된 제2 부재(상기 제1 부재 및 상기 제2 부재 각각은, 제1 전기 저항을 갖는 제1 외부 표면, 및 제2 전기 저항을 갖는 제2 외부 표면, 및 제3 전기 저항을 갖는 내부를 갖고, 상기 제1 부재의 제1 외부 표면의 적어도 일부분의 전기 저항은 상기 제1 부재의 제2 외부 표면의 전기 저항보다 더 낮으며, 상기 제2 외부 표면은 고 저항 표면이고,
    상기 제1 부재는 상기 고 저항 표면을 갖는 상기 제2 부재와 병치되며 상기 제2 부재의 제1 또는 제2 외부 표면과 인접함); 및
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 인접 표면을 접합하는 용접부를 갖는, 복합체.
25. 제24항에 있어서, 상기 용접부는 저항 스폿 용접부인, 복합체.
26. 제25항에 있어서, 상기 제1 외부 표면의 부분은 그릿 블라스팅된 표면인, 복합체.
27. 제26항에 있어서, 상기 인접 표면은 밀 마감 표면인, 복합체.
28. 제27항에 있어서, 상기 제1 및 제2 외부 표면은 산화물 층을 포함하고, 상기 제1 부재의 제1 외부 표면의 산화물 층은, 이의 제2 표면의 산화물 층보다 얇은, 복합체.
29. 제28항에 있어서, 상기 제1 부재의 제1 외부 표면의 일부분의 산화물 층의 두께는 3 nm 내지 50 nm의 범위인, 복합체.
30. 제29항에 있어서, 상기 제1 부재의 제1 외부 표면의 일부분은 30 μin 내지 300 μin 범위의 거칠기를 갖는, 복합체.
31. 제30항에 있어서, 상기 제1 부재의 제1 외부 표면의 일부분의 산화물 층은 비정질 Al₂O₃로 적어도 부분적으로 구성되는, 복합체.
32. 제24항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부재의 제2 외부 표면은 밀 마감 표면인, 복합체.
33. 제32항에 있어서, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 중 적어도 하나는 시트인, 복합체.
34. 제33항에 있어서, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 모두는 시트인, 복합체.
35. 제34항에 있어서, 알루미늄으로 적어도 부분적으로 구성된 제3 부재를 추가로 포함하고, 상기 제2 부재는 상기 제3 부재에 인접하고 상기 제2 부재를 상기 제3 부재에 접합하는 제2 용접부를 추가로 포함하는, 복합체.
36. 제35항에 있어서, 상기 복합체는 차량 몸체의 일부를 형성하는, 복합체.

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