KR20210097251A - A dissimilar material spot welding method - Google Patents

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KR20210097251A
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지안칭 자오
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광저우 바이윈 시징 싱첸 엘티디
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    • B23K11/20Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded of different metals

Abstract

The present invention discloses a dissimilar material spot welding method for aluminum alloy and stainless steel plate, which belongs to the technical field of metal material welding. According to the present invention, a spherical surface electrode with a diameter of 30 to 90 mm is used for the aluminum alloy side, and a flat end surface electrode with a diameter of 8 to 20 mm is used for the stainless steel plate side.

Description

이종 재료 스폿 용접 방법{A DISSIMILAR MATERIAL SPOT WELDING METHOD}Dissimilar material spot welding method {A DISSIMILAR MATERIAL SPOT WELDING METHOD}

본 발명은 금속 재료 용접의 기술 분야, 구체적으로 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판용 이종 재료 스폿 용접 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the technical field of metal material welding, in particular to a dissimilar material spot welding method for aluminum alloy and stainless steel sheet.

자원 부족 및 환경 오염의 긴급 상황에서 자동차 경량화는 자동차 산업 분야에서 에너지 절약 및 배출 감소를 달성하기 위한 대책 중 하나다. 자동차 경량화를 달성하는 방법은 주로 경량 재료의 사용, 자동차 구조의 최적화된 설계 및 고급 제조 기술의 적용을 포함한다. 자동차 차체에서 알루미늄 합금 및 고강도 강철과 같은 경량 재료의 비율을 늘리는 것은 자동차 경량화를 달성하는 가장 직접적이고 효과적인 방법이다. 자동차 산업 분야에서 자동차 경량화를 달성하기 위한 주요 아이디어/기술 접근법은 고강도 강철 자동차 차체 구조에 알루미늄 합금 부품을 추가하여 강철/알루미늄 복합 차체 프레임 구조를 구성하는 것이다. 따라서, 알루미늄 합금과 고강도 강철의 이종 재료 연결(용접)은 자동차 제조 공정에서 해결해야 할 시급한 문제가 되었다.In an emergency situation of resource scarcity and environmental pollution, automobile weight reduction is one of the measures to achieve energy saving and emission reduction in the field of automobile industry. Methods for achieving automobile weight reduction mainly include the use of lightweight materials, optimized design of automobile structures, and application of advanced manufacturing techniques. Increasing the proportion of lightweight materials such as aluminum alloys and high-strength steel in automobile bodywork is the most direct and effective way to achieve automobile weight reduction. The main idea/technical approach to achieve vehicle weight reduction in the automotive industry is to construct a steel/aluminum composite body frame structure by adding aluminum alloy parts to the high-strength steel vehicle body structure. Therefore, dissimilar material connection (welding) between aluminum alloy and high-strength steel has become an urgent problem to be solved in the automobile manufacturing process.

융점, 비열 용량, 열전도도, 전기 저항 및 선형 팽창 계수와 같은 열물리적 특성에서 알루미늄 및 강철 사이의 상당한 이종 재료 차이, 및 Al 내 Fe의 낮은 고체 용해도로 인해 알루미늄 합금과 강철의 이종 재료 용접성이 열악하다. 종래의 융착 용접(fusion welding)(예를 들면, TIG 전기 아크 용접, MIG/MAG 전기 아크 용접, CO2 가스 차폐 용접 등) 및 저항 용접(예를 들면, 전원 주파수 AC 스폿 용접 등)이 사용되는 경우 취성 금속간 화합물(intermetallic compounds), 수축 공동(shrinkage cavities), 크랙 등과 같은 많은 결함이 주로 용접 조인트(welded joints)에서 발생하여 용접 조인트의 성능을 심각하게 저하시켜 서비스 요구 사항을 충족시키기 어렵다. 따라서, 실용적이고 효율적인 용접 기술을 개발하기 위해 알루미늄 합금과 고강도 강철의 이종 재료 용접성 특성에 대한 심층적인 연구를 수행하는 것이 자동차 산업에서 알루미늄 합금과 고강도 강철을 대규모로 적용하기 위한 주요 문제와 기술적 어려움 중 하나가 되었다.The weldability of dissimilar materials between aluminum alloys and steels is poor due to the significant dissimilar material differences between aluminum and steel in thermophysical properties such as melting point, specific heat capacity, thermal conductivity, electrical resistance and coefficient of linear expansion, and the low solid solubility of Fe in Al. do. Conventional fusion welding (eg, TIG electric arc welding, MIG/MAG electric arc welding, CO 2 gas shield welding, etc.) and resistance welding (eg, power frequency AC spot welding, etc.) are used. In this case, many defects such as brittle intermetallic compounds, shrinkage cavities, cracks, etc. mainly occur in welded joints, which seriously degrade the performance of welded joints, making it difficult to meet service requirements. Therefore, conducting an in-depth study on the dissimilar material weldability properties of aluminum alloy and high-strength steel to develop a practical and efficient welding technique is one of the main problems and technical difficulties for large-scale application of aluminum alloy and high-strength steel in the automotive industry. became one

자동차 제조 공정에서 가장 널리 사용되는 용접 방법 중 하나인 저항 스폿 용접 방법을 사용하여 알루미늄 합금 및 고강도 강철 사이의 고품질 및 고효율 연결을 달성할 수 있다면, 알루미늄 합금의 사용량 및 고강도 강철의 사용량이 크게 향상되어 자동차 경량화를 실현하는데 필요한 기술 기반을 제공할 것이다.If a high-quality and high-efficiency connection between aluminum alloy and high-strength steel can be achieved using the resistance spot welding method, which is one of the most widely used welding methods in the automobile manufacturing process, the usage of aluminum alloy and high-strength steel will be greatly improved. It will provide the technological foundation necessary to realize the weight reduction of automobiles.

본 발명의 목적은 자동차용 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판 사이의 이종 재료 용접을 수행하는데 사용될 수 있고 구현이 간단한 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판용 이종 재료 스폿 용접 방법을 제공하는 것이다. 이 방법은 용접 중 튐(splashing)을 방지할 수 있으며, 알루미늄 합금/스테인레스 강판의 계면에서 금속간 화합물(intermetallic compounds)의 성장 거동을 효과적으로 제어하여 취성 금속간 화합물의 발생을 감소시킬 수 있고, 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판의 이종 재료 스폿-용접 조인트의 성능을 향상시킬 수 있다.It is an object of the present invention to provide a dissimilar material spot welding method for an aluminum alloy and a stainless steel sheet that can be used to perform dissimilar material welding between an aluminum alloy for automobiles and a stainless steel sheet and is simple to implement. This method can prevent splashing during welding, effectively control the growth behavior of intermetallic compounds at the interface of aluminum alloy/stainless steel sheet, thereby reducing the occurrence of brittle intermetallic compounds, and It can improve the performance of dissimilar material spot-welded joint of alloy and stainless steel sheet.

본 발명의 기술적 해결책은 다음과 같다.The technical solution of the present invention is as follows.

알루미늄 합금 및 스테인레스 강판용 이종 재료 스폿 용접 방법은 스폿 용접 전극을 사용하여 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판에 용접을 수행하여, 상기 알루미늄 합금 및 상기 스테인레스 강판의 이종 재료 스폿-용접 조인트를 얻는 단계를 포함한다. 상기 스폿 용접 전극은 최적화된 특수 단부 표면 지형(topography)을 가지며, 상기 알루미늄 합금 측에는 직경 30 내지 90mm의 구형 표면 전극이 사용되고, 상기 스테인레스 강판 측에는 직경 8 내지 20mm의 평평한 단부 표면 전극이 사용된다. 상기 알루미늄 합금은 6000 시리즈 알루미늄 합금 판이며, 상기 스테인레스 강판은 용융-도금된(hot-galvanized) 고강도 IF 강판이다. 상기 스폿 용접 전극은 구리-크롬(CuCr) 합금으로 형성된다. 상기 구형 표면 전극 및 상기 평평한 단부 표면 전극은 0.8㎛ 미만의 표면 거칠기(Ra) 값을 갖는다.A dissimilar material spot welding method for an aluminum alloy and a stainless steel sheet includes performing welding to an aluminum alloy and a stainless steel sheet using a spot welding electrode to obtain a dissimilar material spot-welded joint of the aluminum alloy and the stainless steel sheet. The spot welding electrode has an optimized special end surface topography, a spherical surface electrode with a diameter of 30 to 90 mm is used for the aluminum alloy side, and a flat end surface electrode with a diameter of 8 to 20 mm is used for the stainless steel plate side. The aluminum alloy is a 6000 series aluminum alloy sheet, and the stainless steel sheet is a hot-galvanized high-strength IF steel sheet. The spot welding electrode is formed of a copper-chromium (CuCr) alloy. The spherical surface electrode and the flat end surface electrode have a surface roughness (Ra) value of less than 0.8 μm.

스폿 용접 중 스폿 용접 스플래쉬가 발생하지 않으며, 최적화된 공정 파라미터를 채택하여 용접한 후 상기 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판의 이종 재료 스폿-용접 조인트가 형성된 표면에서 제작품(workpiece)과 상기 전극 사이의 접착 및 합금 반응이 발생하지 않으며, 상기 알루미늄 합금 측의 상기 스폿-용접 조인트의 너깃(nugget)은 최대 10.1mm의 크기를 갖는다. 상기 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판 사이의 계면에서 상기 금속간 화합물은 Fe2Al5 및 Fe4Al13의 상 조성(phase composition)을 가지며, 4.0㎛ 미만의 두께를 갖는다. 또한, 상기 알루미늄 합금 측의 표면 압입 깊이는 상기 알루미늄 합금 판 두께의 17% 이고, 상기 스폿-용접 조인트는 최대 5400N의 인장 전단력을 갖는다.Spot welding splash does not occur during spot welding, and after welding by adopting optimized process parameters, adhesion and alloying between the workpiece and the electrode on the surface where the dissimilar material spot-welded joint of the aluminum alloy and stainless steel sheet is formed No reaction occurs, and the nugget of the spot-welded joint on the aluminum alloy side has a size of at most 10.1 mm. At the interface between the aluminum alloy and the stainless steel sheet, the intermetallic compound has a phase composition of Fe 2 Al 5 and Fe 4 Al 13 and has a thickness of less than 4.0 μm. In addition, the surface indentation depth of the aluminum alloy side is 17% of the thickness of the aluminum alloy plate, and the spot-welded joint has a tensile shear force of up to 5400N.

상기 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판의 이종 재료 스폿-용접 조인트는 인장 전단 시험 동안 버튼 파괴(button fracture)의 파단 방식을 가지며, 상기 스폿-용접 조인트의 주변을 따라 상기 알루미늄 합금 기초 재료에 균열이 연장되며, 접합 표면 파괴가 발생하지 않는다. The dissimilar material spot-welded joint of the aluminum alloy and stainless steel sheet has a fracture mode of button fracture during the tensile shear test, and the crack extends in the aluminum alloy base material along the periphery of the spot-welded joint, No fracture of the bonding surface occurs.

본 발명에서, 용접 중 상기 전극이 상기 제작품에 부착되는 것을 방지하기 위해 전극 판을 추가로 추가 할 필요가 없으며, 알루미늄/강철 계면에서 금속간 화합물 층의 두께를 감소시키기 위해 상기 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판의 스폿 용접을 돕기 위한 중간층으로서 알루미늄/강철 피복 판을 추가 할 필요가 없다. 따라서, 본 발명은 관련 연구에서 보고된 방법과 비교하여 간단한 공정, 높은 생산 효율, 저렴한 비용 및 고품질의 상기 스폿-용접 조인트의 장점을 갖는다.In the present invention, there is no need to additionally add an electrode plate to prevent the electrode from adhering to the product during welding, and the aluminum alloy and stainless steel plate to reduce the thickness of the intermetallic compound layer at the aluminum/steel interface There is no need to add an aluminum/steel clad plate as an interlayer to aid spot welding of Therefore, the present invention has the advantages of the above-mentioned spot-welded joint of simple process, high production efficiency, low cost and high quality compared to the methods reported in related studies.

본 발명은 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판의 고품질 스폿-용접 조인트를 얻기 위해 스폿 용접을 수행하기에 최적화된 특수 단부 표면 형상을 갖는 스폿 용접 전극을 사용한다. 본 발명은 다음과 같이 구체적으로 구현된다.The present invention uses a spot welding electrode having a special end surface shape optimized for performing spot welding to obtain a high quality spot-welded joint of aluminum alloy and stainless steel sheet. The present invention is specifically embodied as follows.

먼저, 용접될 스테인레스 강판의 표면을 아세톤으로 세척하여 오일 오염물을 제거한 다음 공기 건조시킨다. 둘째로, 용접될 알루미늄 합금 판은 표면의 치밀한 산화 알루미늄 필름을 제거하기 위해 기계적으로 연마된다(800# SiC 연마지를 사용하여 수동으로 연마되거나 마모 휠 연마 헤드가 있는 연마기를 사용하여 연마됨). 상기 스폿 용접 전극은 구리-크롬(CuCr) 합금으로 만들어지며, 디지털 제어 선반 또는 전용 전극 캡 피니셔에 의해 최적화된 단부 표면 및 크기를 제공하도록 가공되며, 표면 거칠기(Ra) 값이 0.8㎛ 미만인, 직경이 30 내지 90mm인 구형 표면 전극 및 직경이 8 내지 20mm인 평평한 단부 표면 전극을 포함한다. 중주파 직류 저항 스폿 용접 장치가 선택되며 후술하는 기술 지표로 작동된다. 1차 전압 380V, 1차 주파수 50Hz, 2차 주파수 1kHz, 2차 최대 단락 전류 30kA 및 9kN의 최대 전극 압력. 상기 구형 표면 전극 및 평평한 단부 표면 전극은 상기 중주파 직류 저항 스폿 용접 장치의 전극 홀더 상에 장착되고 고정되며, 상기 평평한 단부 표면 전극은 상기 전극 홀더의 고정 단부에 배치되고, 상기 구형 표면 전극은 상기 전극 홀더의 이동 단부에 배치되며, 이러한 배열로 인해 용접될 제작품(workpiece)이 상기 전극과 상호 작용할 때 중첩 구조의 정상성이 보장될 수 있다. 상기 스테인레스 강판 및 상기 알루미늄 합금 판은 상기 평평한 단부 표면 전극 상에 겹쳐지고 상기 평평한 단부 표면 전극 상에 위치되며, 이 경우 상기 평평한 단부 표면 전극은 상기 스테인레스 강판 표면의 중첩 영역의 중심에 위치된다. 설정된 스폿 용접 최적화 공정 파라미터들에 따르면(스폿 용접 전류 10 내지 26kA, 용접 시간 0.05 내지 0.4s, 전극 압력 1.0 내지 5.0kN, 사전압착 시간 0.2 내지 0.4s 및 유지 시간이 0.3 내지 0.4s), 해당 절차는 상기 스폿 용접 장치의 인간-기계 인터페이스에 프로그래밍된다. 상기 스테인레스 강판 및 상기 알루미늄 합금 판의 중첩 조인트에 대한 스폿 용접이 수행되며, 여기서 상기 용접 공정 파라미터는 사전에 프로그램된 절차 명령에 의해 자동으로 제어되어 사전압착, 용접 및 유지 보수 단계를 수행한다. 용접 공정 중 상기 스테인레스 강판/알루미늄 합금 판의 계면에서 상기 알루미늄 합금이 용융되어 스폿-용접 너깃을 형성하는 반면, 상기 스테인레스 강판 측에서는 용융이 발생하지 않는다. 또한 상기 용융된 알루미늄 합금은 상기 스테인레스 강판의 표면에 빠르게 퍼지고 침전되며, 원자 상호확산 및 계면 반응의 작용 하에서 야금의 접합부를 형성하여 상기 스테인레스 강판 및 상기 알루미늄 합금 판의 최종적인 이종 재료 스폿-용접 조인트를 제공한다.First, the surface of the stainless steel sheet to be welded is washed with acetone to remove oil contaminants, and then air-dried. Second, the aluminum alloy plate to be welded is mechanically polished to remove the dense aluminum oxide film on the surface (either manually polished using 800# SiC abrasive paper or polished using a polishing machine with an abrasive wheel polishing head). The spot welding electrode is made of a copper-chromium (CuCr) alloy, machined by a digitally controlled lathe or dedicated electrode cap finisher to provide an optimized end surface and size, and a surface roughness (Ra) value of less than 0.8 μm in diameter. and a spherical surface electrode of 30 to 90 mm and a flat end surface electrode of 8 to 20 mm in diameter. A medium frequency direct current resistance spot welding device is selected and operated with the technical indicators to be described later. Primary voltage 380 V, primary frequency 50 Hz, secondary frequency 1 kHz, secondary maximum short-circuit current 30 kA and maximum electrode pressure of 9 kN. The spherical surface electrode and the flat end surface electrode are mounted and fixed on the electrode holder of the medium frequency direct current resistance spot welding apparatus, the flat end surface electrode disposed at the fixed end of the electrode holder, the spherical surface electrode being the electrode It is disposed at the moving end of the holder, and due to this arrangement, the normality of the overlapping structure can be ensured when the workpiece to be welded interacts with the electrode. The stainless steel plate and the aluminum alloy plate are superposed on the flat end surface electrode and positioned on the flat end surface electrode, in which case the flat end surface electrode is positioned at the center of the overlapping region of the stainless steel plate surface. According to the set spot welding optimization process parameters (spot welding current 10 to 26 kA, welding time 0.05 to 0.4 s, electrode pressure 1.0 to 5.0 kN, pre-pressing time 0.2 to 0.4 s, and holding time 0.3 to 0.4 s), the procedure is programmed in the human-machine interface of the spot welding device. Spot welding is performed on the overlap joint of the stainless steel plate and the aluminum alloy plate, wherein the welding process parameters are automatically controlled by a pre-programmed procedure command to perform pre-compression, welding and maintenance steps. During the welding process, the aluminum alloy is melted at the interface of the stainless steel plate/aluminum alloy plate to form a spot-welded nugget, whereas melting does not occur on the stainless steel plate side. In addition, the molten aluminum alloy rapidly spreads and precipitates on the surface of the stainless steel sheet, and forms a metallurgical joint under the action of atomic interdiffusion and interfacial reaction to form a final dissimilar material spot-welded joint between the stainless steel sheet and the aluminum alloy sheet. provides

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to specific examples and comparative examples.

실시예 1Example 1

스테인레스 강판을 90mm x 25mm x 1mm 크기로 와이어 컷팅(wire-cut) 하였다. 알루미늄 합금 판을 90 mm x 25 mm x 1.5 mm의 크기로 와이어 컷팅 하였다. 본 발명의 스폿 용접 방법은 용접을 수행하는데 사용되었으며, 상기 스폿 용접 전극은 구리-크롬(CuCr) 합금으로 만들어졌고, 직경이 70mm인 구형 표면 전극은 상기 알루미늄 합금 측에서 사용되었고, 직경이 10mm인 평평한 단부 표면 전극은 상기 스테인레스 강판 측에서 사용되었고, 상기 두 전극 모두 0.8μm의 표면 거칠기(Ra) 값을 갖는다. 상기 스폿 용접 공정 파라미터는 다음과 같이 선택되었다. 스폿 용접 전류 22kA, 용접 시간 0.3s, 전극 압력 3.5kN, 사전압착 시간 0.4s 및 유지 시간 0.4s.A stainless steel plate was wire-cut to a size of 90 mm x 25 mm x 1 mm. The aluminum alloy plate was wire cut to a size of 90 mm x 25 mm x 1.5 mm. The spot welding method of the present invention was used to perform welding, the spot welding electrode was made of a copper-chromium (CuCr) alloy, a spherical surface electrode with a diameter of 70 mm was used on the aluminum alloy side, and a diameter of 10 mm A flat end surface electrode was used on the stainless steel plate side, and both electrodes had a surface roughness (Ra) value of 0.8 μm. The spot welding process parameters were selected as follows. Spot welding current 22 kA, welding time 0.3 s, electrode pressure 3.5 kN, pre-pressing time 0.4 s and holding time 0.4 s.

시험 결과, 상기 알루미늄 합금/스테인리스 강판의 이종 재료 스폿-용접 조인트의 표면 형상이 양호하고, 상기 스테인레스 강판 측의 표면 및 상기 평평한 단부 표면 전극 사이에 합금 반응이 발생하지 않았으며, 상기 알루미늄 합금 측의 표면에 원형의 압입이 나타났으며, 상기 용접된 조인트의 중심이 상기 구형 표면 전극에 접착되지 않았다. 상기 알루미늄 합금/스테인리스 강판의 이종 재료 스폿 용접 조인트는 원자적 확산 및 계면 반응을 수반하는 고형 고강도 강철 표면에 용융된 알루미늄 합금의 습윤 및 확산 작용에 의해 형성되었으며, 따라서 녹은-브레이징 (molten-brazing) 용접 조인트였다. As a result of the test, the surface shape of the dissimilar material spot-welded joint of the aluminum alloy/stainless steel sheet was good, and no alloying reaction occurred between the surface of the stainless steel sheet side and the flat end surface electrode, and the aluminum alloy side A circular indentation appeared on the surface, and the center of the welded joint did not adhere to the spherical surface electrode. The dissimilar material spot weld joint of the aluminum alloy/stainless steel sheet was formed by the wetting and diffusion action of the molten aluminum alloy on the surface of the solid high-strength steel accompanied by atomic diffusion and interfacial reaction, thus molten-brazing It was a weld joint.

상기 스폿-용접 조인트의 알루미늄/강철 계면에서 수축 공동, 크랙 등과 같은 결함은 발생하지 않았으며, 상기 스폿-용접 조인트의 상기 알루미늄 합금 너깃의 직경은 10.1mm 였고, 상기 알루미늄 합금 측의 상기 표면 압입 깊이는 상기 알루미늄 합금 판 두께의 17% 였다. 상기 스폿-용접 조인트의 상기 알루미늄 합금/스테인리스 강판의 계면에서 금속간 화합물 층이 발생하였고, 상기 조인트의 중심에서 최대 두께(4.0μm)를 가졌다. 마이크로 X-선 회절 분석 결과 상기 금속간 화합물이 Fe2Al5 및 Fe4Al13으로 구성되어 있음을 보였다.Defects such as shrinkage cavities, cracks, etc. did not occur at the aluminum/steel interface of the spot-welded joint, the diameter of the aluminum alloy nugget of the spot-welded joint was 10.1 mm, and the surface indentation depth on the aluminum alloy side was 17% of the thickness of the aluminum alloy plate. An intermetallic compound layer occurred at the interface of the aluminum alloy/stainless steel sheet of the spot-welded joint, and had a maximum thickness (4.0 μm) at the center of the joint. Micro X-ray diffraction analysis showed that the intermetallic compound was composed of Fe 2 Al 5 and Fe 4 Al 13 .

실시예 2Example 2

상기 용접될 스테인리스 강판 및 상기 알루미늄 합금 판은 실시예 1과 동일한 조성 및 제작품 크기를 가졌다. 본 발명의 스폿 용접 방법은 용접을 수행하는데 사용되었으며, 상기 스폿 용접 전극은 구리-크롬(CuCr) 합금으로 만들어졌고, 직경이 70 mm인 구형 표면 전극은 상기 알루미늄 합금 측에서 사용되었고, 직경이 12mm인 평평한 단부 표면 전극은 상기 스테인레스 강판 측에서 사용되었고, 상기 두 전극 모두 0.8μm의 표면 거칠기(Ra) 값을 갖는다. 상기 스폿 용접 공정 파라미터는 다음과 같이 선택되었다. 스폿 용접 전류 24kA, 용접 시간 0.35s, 전극 압력 3.5kN, 사전압착 시간 0.4s 및 유지 시간 0.4s.The stainless steel sheet to be welded and the aluminum alloy sheet had the same composition and product size as in Example 1. The spot welding method of the present invention was used to perform welding, the spot welding electrode was made of a copper-chromium (CuCr) alloy, a spherical surface electrode with a diameter of 70 mm was used on the aluminum alloy side, and a diameter of 12 mm A flat end surface electrode of phosphorus was used on the stainless steel plate side, and both electrodes had a surface roughness (Ra) value of 0.8 μm. The spot welding process parameters were selected as follows. Spot welding current 24 kA, welding time 0.35 s, electrode pressure 3.5 kN, pre-pressing time 0.4 s and holding time 0.4 s.

시험 결과, 상기 알루미늄 합금/스테인리스 강판의 이종 재료 스폿-용접 조인트의 표면 형상이 양호하고, 상기 스테인리스 강판 측 및 상기 알루미늄 합금 측의 표면에 상기 구형 표면 전극이 접착되지 않았다. 상기 스폿-용접 조인트의 알루미늄/강철 계면에서 수축 공동, 크랙 등과 같은 결함은 발생하지 않았으며, 상기 알루미늄 합금 너깃의 직경은 9.5mm 였고, 상기 알루미늄 합금 측의 상기 표면 압입 깊이는 상기 알루미늄 합금 판 두께의 16% 였다. 상기 스폿-용접 조인트의 상기 알루미늄 합금/스테인리스 강판의 계면에서 금속간 화합물 층(Fe2Al5 및 Fe4Al13)이 발생하였고, 상기 조인트의 중심에서 최대 두께(3.8μm)를 가졌다.As a result of the test, the surface shape of the dissimilar material spot-welded joint of the aluminum alloy/stainless steel sheet was good, and the spherical surface electrode did not adhere to the surface of the stainless steel sheet side and the aluminum alloy side. Defects such as shrinkage cavities, cracks, etc. did not occur at the aluminum/steel interface of the spot-welded joint, the diameter of the aluminum alloy nugget was 9.5 mm, and the surface indentation depth on the aluminum alloy side was the thickness of the aluminum alloy plate was 16% of An intermetallic compound layer (Fe 2 Al 5 and Fe 4 Al 13 ) occurred at the interface of the aluminum alloy/stainless steel sheet of the spot-welded joint, and had the maximum thickness (3.8 μm) at the center of the joint.

실시예 3Example 3

상기 용접될 스테인리스 강판 및 상기 알루미늄 합금 판은 실시예 1과 동일한 조성 및 제작품 크기를 가졌다. 본 발명의 스폿 용접 방법은 용접을 수행하는데 사용되었으며, 상기 스폿 용접 전극은 구리-크롬(CuCr) 합금으로 만들어졌고, 직경이 90 mm인 구형 표면 전극은 상기 알루미늄 합금 측에서 사용되었고, 직경이 10mm인 평평한 단부 표면 전극은 상기 스테인레스 강판 측에서 사용되었고, 상기 두 전극 모두 0.8μm의 표면 거칠기(Ra) 값을 갖는다. 상기 스폿 용접 공정 파라미터는 다음과 같이 선택되었다. 스폿 용접 전류 25kA, 용접 시간 0.4s, 전극 압력 4kN, 사전압착 시간 0.4s 및 유지 시간 0.4s.The stainless steel sheet to be welded and the aluminum alloy sheet had the same composition and product size as in Example 1. The spot welding method of the present invention was used to perform welding, the spot welding electrode was made of a copper-chromium (CuCr) alloy, and a spherical surface electrode with a diameter of 90 mm was used on the aluminum alloy side, and a diameter of 10 mm A flat end surface electrode of phosphorus was used on the stainless steel plate side, and both electrodes had a surface roughness (Ra) value of 0.8 μm. The spot welding process parameters were selected as follows. Spot welding current 25 kA, welding time 0.4 s, electrode pressure 4 kN, pre-pressing time 0.4 s and holding time 0.4 s.

시험 결과, 상기 알루미늄 합금/스테인리스 강판의 이종 재료 스폿-용접 조인트의 표면 형상이 양호하고, 상기 스테인리스 강판 측 및 상기 알루미늄 합금 측의 표면에 상기 구형 표면 전극이 접착되지 않았다. 상기 스폿-용접 조인트의 알루미늄/강철 계면에서 수축 공동, 크랙 등과 같은 결함은 발생하지 않았으며, 상기 알루미늄 합금 너깃의 직경은 9.2mm 였고, 상기 알루미늄 합금 측의 상기 표면 압입 깊이는 상기 알루미늄 합금 판 두께의 13.6% 였다.As a result of the test, the surface shape of the dissimilar material spot-welded joint of the aluminum alloy/stainless steel sheet was good, and the spherical surface electrode did not adhere to the surface of the stainless steel sheet side and the aluminum alloy side. Defects such as shrinkage cavities, cracks, etc. did not occur at the aluminum/steel interface of the spot-welded joint, the diameter of the aluminum alloy nugget was 9.2mm, and the surface indentation depth on the aluminum alloy side was the thickness of the aluminum alloy plate of 13.6%.

비교예comparative example

상기 용접될 스테인리스 강판 및 상기 알루미늄 합금 판은 실시예 1과 동일한 조성 및 제작품 크기를 가졌다. 용접을 수행하기 위해 종래의 F형 전극 스폿 용접 방법이 사용되었다. 최적화된 스폿 용접 공정 파라미터는 다음과 같이 선택되었다. 스폿 용접 전류 9kA, 용접 시간 0.3s, 전극 압력 3kN, 사전압착 시간 0.4s 및 유지 시간 0.4s.The stainless steel sheet to be welded and the aluminum alloy sheet had the same composition and product size as in Example 1. A conventional F-type electrode spot welding method was used to perform welding. The optimized spot welding process parameters were selected as follows. Spot welding current 9 kA, welding time 0.3 s, electrode pressure 3 kN, pre-pressing time 0.4 s and holding time 0.4 s.

그 결과, 상기 알루미늄 합금/스테인리스 강판의 이종 재료 스폿-용접 조인트의 표면 형상이 나빠지고, 상기 스테인리스 강판 측 표면 및 상기 전극 사이에서 합금 반응이 발생하고, 상기 알루미늄 합금 측의 표면과 상기 전극의 접착이 발생했다. 상기 스폿-용접 조인트의 상기 알루미늄 합금 너깃의 직경은 5.8mm 였고, 상기 스폿-용접 조인트의 상기 알루미늄/강철의 계면에서 최대 13μm의 금속간 화합물 층이 발생했다. 마이크로 X-선 회절 분석 결과 상기 금속간 화합물이 Fe2Al5 및 Fe4Al13으로 구성되어 있음을 보였다. 따라서, 본 발명의 스폿 용접 방법에 의해 얻어진 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판의 용접 품질은 종래의 F형 전극 스폿 용접 방법의 용접 품질보다 현저히 우수하다.As a result, the surface shape of the dissimilar material spot-welded joint of the aluminum alloy/stainless steel sheet deteriorates, and an alloying reaction occurs between the surface of the stainless steel sheet side and the electrode, and the surface of the aluminum alloy side and the electrode adhesion This happened. The diameter of the aluminum alloy nugget of the spot-welded joint was 5.8 mm, and an intermetallic layer of up to 13 μm occurred at the aluminum/steel interface of the spot-welded joint. Micro X-ray diffraction analysis showed that the intermetallic compound was composed of Fe 2 Al 5 and Fe 4 Al 13 . Therefore, the welding quality of the aluminum alloy and stainless steel sheet obtained by the spot welding method of the present invention is significantly superior to that of the conventional F-type electrode spot welding method.

Claims (4)

스폿 용접 전극을 사용하여 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판에 용접을 수행하여, 상기 알루미늄 합금 및 상기 스테인레스 강판의 이종 재료 스폿-용접 조인트를 얻는 단계를 포함하며,
상기 알루미늄 합금 측에는 직경 30 내지 90mm의 구형 표면 전극이 사용되고, 상기 스테인레스 강판 측에는 직경 8 내지 20mm의 평평한 단부 표면 전극이 사용되는, 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판용 이종 재료 스폿 용접 방법.
performing welding to an aluminum alloy and a stainless steel sheet using a spot welding electrode to obtain a dissimilar material spot-welded joint of the aluminum alloy and the stainless steel sheet;
A spherical surface electrode having a diameter of 30 to 90 mm is used for the aluminum alloy side, and a flat end surface electrode having a diameter of 8 to 20 mm is used for the stainless steel plate side.
청구항 1에 있어서, 상기 스폿 용접 전극은 구리-크롬(CuCr) 합금으로 형성되는, 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판용 이종 재료 스폿 용접 방법.
The method according to claim 1, wherein the spot welding electrode is formed of a copper-chromium (CuCr) alloy.
청구항 1에 있어서, 상기 구형 표면 전극 및 상기 평평한 단부 표면 전극은 0.8㎛ 미만의 표면 거칠기(Ra) 값을 갖는, 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판용 이종 재료 스폿 용접 방법.
The method of claim 1 , wherein the spherical surface electrode and the flat end surface electrode have a surface roughness (Ra) value of less than 0.8 μm.
청구항 2에 있어서,
상기 알루미늄 합금 표면을 기계적 연마하여 치밀한 산화 알루미늄 필름을 제거하는 단계;
상기 스테인레스 강판 표면을 아세톤으로 세척하여 오일 오염물을 제거하는 단계;
중주파 직류 저항 스폿 용접 장치의 전극 홀더 상에 상기 스폿 용접 전극을 장착하는 단계; 및
설정된 스폿 용접 파라미터들에 따라 용접을 수행하여 상기 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판용 상기 이종 재료 스폿-용접 조인트를 수득하는 단계를 포함하며,
상기 평평한 단부 표면 전극은 상기 전극 홀더의 고정 단부에 배치되며, 상기 구형 표면 전극은 상기 전극 홀더의 이동 단부에 배치되는, 알루미늄 합금 및 스테인레스 강판용 이종 재료 스폿 용접 방법.

3. The method according to claim 2,
removing the dense aluminum oxide film by mechanically polishing the aluminum alloy surface;
removing oil contaminants by washing the surface of the stainless steel sheet with acetone;
mounting the spot welding electrode on an electrode holder of a medium frequency direct current resistance spot welding apparatus; and
performing welding according to set spot welding parameters to obtain the dissimilar material spot-welded joint for the aluminum alloy and stainless steel sheet;
wherein the flat end surface electrode is disposed at the fixed end of the electrode holder and the spherical surface electrode is disposed at the moving end of the electrode holder.

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