KR20210126124A

KR20210126124A - 알루미늄재의 스폿 용접 방법 및 알루미늄재

Info

Publication number: KR20210126124A
Application number: KR1020217030279A
Authority: KR
Inventors: 마이 요시자와; 데츠 이와세
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2021-10-19
Also published as: WO2020203375A1; KR102584822B1; CN113613822A; CN113613822B; US20220152726A1; JP6762445B1; JP2020163467A

Abstract

알루미늄재의 스폿 용접 방법은, 제 1 알루미늄판에 있어서의 용접 예정 위치에, 제 2 알루미늄판측으로의 중첩 방향으로 팽출되는 평면에서 보아 원형상의 엠보스를 형성하는 가공 공정과, 엠보스의 팽출측을 제 2 알루미늄판을 향하여 용접 예정 위치끼리를 중첩하고, 용접 예정 위치를 한쌍의 전극 사이에 배치시키는 배치 공정과, 서로 중첩된 알루미늄판을 전극 사이에 끼워, 엠보스의 주연부를 남기고 중심측을 압입하는 가압 공정과, 가압과 통전을 실행하는 통전 공정을 포함한다. 엠보스의 팽출부의 근원부의 직경보다 큰 선단 직경을 갖는 전극을 이용한다.

Description

알루미늄재의 스폿 용접 방법 및 알루미늄재

본 발명은 알루미늄재의 스폿 용접 방법 및 알루미늄재에 관한 것이다.

중첩한 알루미늄재를 한쌍의 전극으로 스폿 용접하는 방법으로서, 전극 사이에 제 1 가압력을 인가한 후에 용접 본통전을 실행하고, 그 후, 제 2 가압력을 인가하는 동시에, 후열 전류를 통전하는 방법이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 또한, 알루미늄판을 스폿 용접할 때에, 너깃의 형성 후에 고가압을 개방하는 일이 없이, 용접 전류의 30% 내지 50%의 전파 전류를 2사이클 내지 5사이클 통전하는 방법이 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

또한, 자동차 등의 차량의 구조체를 접합하는 경우에, 접착제를 병용하여 스폿 용접 또는 저항 용접을 실행하는 웰드 본드법이 검토되고 있다. 이 웰드 본드법에서는, 접합 부재에 돌기를 마련하고, 용접 개소의 접착제를 제거하여, 접착제에 의한 용접으로의 영향을 억제하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 3, 4 참조).

일본 특허 제 3862640 호 공보 일본 특허 공개 제 평5-383 호 공보 일본 특허 공개 제 2014-57978 호 공보 일본 특허 공개 제 평5-285669 호 공보

그런데, 알루미늄재를 중첩하고 스폿 용접한 용접부에 있어서의 이음 강도는, 용접에 의해 형성되는 너깃의 직경이나 형상에 영향을 받는다. 이 때문에, 스폿 용접하는 경우, 용접에 의해 형성되는 너깃을 안정된 크기 및 형상으로 형성하는 것이 요구된다.

그러나, 특허문헌 1, 2에 기재의 용접 기술에서는, 너깃 직경을 증가시키면, 너깃 두께도 동시에 증가하고, 용접 조건에 따라서는 너깃이 전극의 선단부에 접할 정도의 크기로 성장하여, 용접 개소의 이음 강도의 저하를 초래할 우려가 있다. 또한, 너깃 두께가 증가하여 전극의 선단부에 용융 알루미늄이 부착되면, 전극의 표면에 금속간 화합물이 형성되어 전극의 선단 형상이 변화되어 버린다. 이 경우, 선단 형상이 변화된 전극을 드레싱하여 정돈할 필요가 있지만, 드레싱의 빈도가 많아지는 것에 의해, 용접 작업이 정체되어 생산성이 저하한다.

또한, 특허문헌 3, 4에 기재의 기술과 같이, 접착제를 병용하여 용접하는 경우, 돌기를 형성하고 용접 개소로부터 접착제를 제거하여도, 너깃의 진원도가 저하해버려, 특히, 면 방향에 있어서의 이음 강도에 편차가 생길 우려가 있다.

그래서 본 발명은 목표로 하는 직경 및 진원도의 너깃을 안정적으로 형성하여, 높은 이음 강도로 고품질로 용접하는 것이 가능한 알루미늄재의 스폿 용접 방법 및 알루미늄재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 하기의 구성으로 이루어진다.

(1) 복수의 알루미늄재를 중첩하고 스폿 용접하는 알루미늄재의 스폿 용접 방법에 있어서,

적어도 1매의 상기 알루미늄재에 있어서의 용접 예정 위치에, 다른 상기 알루미늄재측으로의 중첩 방향으로 팽출되는 평면에서 보아 원형상의 엠보스를 형성하는 가공 공정과,

상기 엠보스의 팽출측을 다른 상기 알루미늄재를 향하여 상기 알루미늄재의 용접 예정 위치끼리를 중첩하고, 상기 용접 예정 위치를 한쌍의 전극 사이에 배치시키는 배치 공정과,

서로 중첩한 상기 알루미늄재를 상기 전극 사이에 끼워 가압하는 것에 의해, 상기 엠보스의 주연부를 남기고 중심측을 압입하는 가압 공정과,

상기 전극에 의한 가압을 계속하게 하면서, 상기 전극 사이에 통전을 실행하는 통전 공정을 포함하며,

상기 전극으로서, 상기 엠보스의 팽출부 근원측의 직경보다 큰 선단 직경을 갖는 전극을 이용하는 알루미늄재의 스폿 용접 방법.

(2) 스폿 용접부에 엠보스 성형이 실시된 알루미늄재에 있어서, 상기 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs, 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht 및 모재의 비커스 경도 Hb가, Hs>Ht≥Hb의 관계를 만족하는

알루미늄재.

본 발명에 의하면, 목표로 하는 직경 및 진원도의 너깃을 안정적으로 형성하여, 높은 이음 강도로 고품질로 용접할 수 있다.

도 1은 알루미늄재를 용접하는 스폿 용접기의 개략 구성도이다.
도 2는 용접 전류 및 가압력의 부여의 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 3의 (A) 내지 (C)는 가공 공정 및 배치 공정의 형태를 모식적으로 도시하는 공정 설명도이다.
도 4는 도 3의 (A)에 있어서의 I 방향으로부터 본 평면도이다.
도 5는 배치 공정의 태양을 모식적으로 도시하는 공정 설명도이다.
도 6은 가압 공정의 태양을 모식적으로 도시하는 공정 설명도이다.
도 7은 가압 공정의 태양을 모식적으로 도시하는 공정 설명도이다.
도 8은 가압 공정의 태양을 모식적으로 도시하는 공정 설명도이다.
도 9는 도 8에 있어서의 IX-IX선의 단면 화살표에서 본 도면이다.
도 10은 통전 공정의 태양을 모식적으로 도시하는 공정 설명도이다.
도 11은 통전 공정의 태양을 모식적으로 도시하는 공정 설명도이다.
도 12는 너깃의 진원도를 설명하는 너깃의 개략 평면도이다.
도 13은 너깃에 있어서의 알루미늄판으로의 용융 알루미늄의 용입률을 설명하는 알루미늄 용접 이음의 단면도이다.
도 14는 플랫형의 전극을 이용하는 예를 모식적으로 도시하는 개략 측면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

<스폿 용접기>

도 1은 알루미늄재를 용접하는 스폿 용접기의 요부를 도시하는 개략 구성도이다.

스폿 용접기(11)는 한쌍의 전극(13, 15)과, 한쌍의 전극(13, 15)에 접속된 용접 트랜스부(17)와, 용접 트랜스부(17)에 전원부(18)로부터의 용접 전력을 공급하는 제어부(19)와, 한쌍의 전극(13, 15)을 축 방향으로 이동시키는 전극 구동부(20)를 구비한다. 제어부(19)는 전류값, 통전 시간, 전극의 가압력, 통전 타이밍, 가압 타이밍 등을 통합적으로 제어한다.

스폿 용접기(11)는 한쌍의 전극(13, 15) 사이에, 알루미늄재인 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23) 중 적어도 2매의 판재를 중첩하여 사이에 끼운다. 그리고, 전극 구동부(20)에 의한 전극(13, 15)의 구동에 의해, 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23)을 판 두께 방향으로 가압한다. 이 가압 상태에서, 전극(13, 15) 사이에 통전한다. 이에 의해, 전극(13, 15)에 끼워진 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23) 사이에 너깃(N)이 형성되고, 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23)이 일체화된 알루미늄 용접 이음(접합체)(27)이 얻어진다.

상기 예에서는 2매의 알루미늄판을 접합하여 알루미늄재의 용접 이음(27)을 얻고 있지만, 본 발명은 2매의 알루미늄판을 접합하는 경우로 한정되지 않으며, 3매 이상의 알루미늄판을 접합하는 경우에도 바람직하게 이용된다.

한쌍의 전극(13, 15)은 곡면으로 이루어지는 단면을 갖는 R형 또는 DR형의 전극이다. 또한, 한쌍의 전극(13, 15)은 각각의 내부에 냉각부를 구비한다. 냉각부의 냉각 방식은 특별히 한정되지 않지만, 도시예의 구성에서는, 전극(13, 15)의 각각에 형성된 오목부(31)에 냉각용 파이프(33)가 배치되고, 냉각용 파이프(33)로부터 물 등의 냉각 매체가 공급되는 것에 의해, 전극(13, 15)이 냉각된다.

<알루미늄재>

제 1 알루미늄판(21) 및 제 2 알루미늄판(23)은, 열처리계의 알루미늄 합금, 구체적으로는, 6000계의 알루미늄 합금이다. 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23)(또한, 다른 알루미늄판을 이용하는 경우는 그 알루미늄판을 포함함)의 판 두께는, 예를 들면 자동차의 골격 부재 등의 구조 부재의 용도에서는, 0.5㎜ 이상이 바람직하고, 2.0㎜ 이상이 보다 바람직하다. 각 알루미늄판의 판 두께는 동일하여도 좋으며, 어느 한쪽이 다른쪽보다 두꺼워도 좋다. 또한, 알루미늄재의 형태는, 상기한 알루미늄판(압연판)으로 한정되지 않으며, 압출재나 단조재, 주조재여도 좋다.

이하, 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23)의 2매의 알루미늄판을 접합하는 태양을 설명하지만, 본 발명은 이 태양으로 한정되는 것은 아니다.

<용접 조건>

도 2는 용접 전류와 가압력의 파형의 일 예를 나타내는 타이밍 차트이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 제어부(19)에 의해, 전극(13, 15)에 의한 가압 개시로부터 가압 종료까지의 가압 시간(tp) 사이에 전극(13, 15) 사이에 용접 전류(Iw)를 통전한다. 이 전극(13, 15) 사이에 통전하는 용접 전류(Iw)는 단일의 펄스 전류로 한다. 용접 전류(Iw)는 전극(13, 15)에 의한 가압 개시로부터 시간(ta) 후에 통전이 개시되고, 시간(ti) 사이, 통전이 유지된다. 그리고, 전극(13, 15)에 의한 가압은, 용접 전류(Iw)의 통전 종료 후, 시간(tb) 후에 정지한다.

용접 전류(Iw)는 15㎄ 내지 30㎄이며, 용접 전류(Iw)의 통전 시간(ti)은100ms 내지 500ms이다. 또한, 전극(13, 15)에 의한 가압력은 2kN 내지 4kN이다. 예를 들면, 가압 개시로부터 통전 개시까지의 시간(ta)은 600ms, 통전 종료로부터 가압 종료까지의 시간(tb)은 400ms이다.

<용접 순서>

(가공 공정)

도 3의 (A) 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 1 알루미늄판(21)에 대하여 엠보스 가공을 실시한다. 구체적으로는, 프레스 가공 등에 의해, 제 1 알루미늄판(21)에 있어서의 용접 예정 위치에, 제 2 알루미늄판(23)측으로의 중첩 방향으로 팽출되는 평면에서 보아 원형상의 엠보스(E)를 형성한다. 이와 같이, 엠보스(E)를 형성하면, 제 1 알루미늄판(21)에서는, 엠보스(E)의 주연부(Es)가 가공 경화에 의해 다른 부분보다 딱딱해진다.

여기에서, 엠보스(E)의 외경(φ)은 3√t 내지 7√t㎜(t는 판 두께), 제 1 알루미늄판(21)의 제 2 알루미늄판(23)측의 면으로부터 엠보스(E)의 정상부(Et)까지의 엠보스 높이(h)는 t/2㎜ 이하가 바람직하고, 엠보스(E)의 돌출측의 곡률 반경(r)은 전극(13, 15)의 선단의 곡률 반경보다 작아지는 것이 바람직하다. 또한, 엠보스(E)는, 팽출부의 근원부(En)의 직경(φn)이, 전극(13, 15)의 선단 직경(φd)보다 작아지도록 형성한다. 환언하면, 용접에 이용하는 전극(13, 15)으로서는, 엠보스(E)의 근원부(En)의 직경(φn)보다 큰 선단 직경(φd)을 갖는 전극을 이용한다(도 5 참조).

(접착제 도포 공정)

도 3의 (B)에 도시하는 바와 같이, 제 2 알루미늄판(23)의 제 1 알루미늄판(21)과의 대향면에 있어서의 용접 예정 위치에 접착제(35)를 도포한다. 이 접착제(35)로서는, 예를 들면, 에폭시 수지가 바람직하게 이용된다. 또한, 접착제(35)는, 제 1 알루미늄판(21)의 제 2 알루미늄판(23)과의 대향면에 있어서의 용접 예정 위치에 도포하여도 좋으며, 제 1 알루미늄판(21) 및 제 2 알루미늄판(23)의 서로의 대향면에 있어서의 용접 예정 위치에 도포하여도 좋다.

(배치 공정)

도 3의 (C)에 도시하는 바와 같이, 제 1 알루미늄판(21)의 엠보스(E)의 돌출측을 제 2 알루미늄판(23)을 항하게 하고, 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23)을 중첩시킨다. 다음에, 도 5에 도시하는 바와 같이, 서로 중첩한 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23)을 한쌍의 전극(13, 15) 사이에 위치시키고, 제 1 알루미늄판(21) 및 제 2 알루미늄판(23)의 용접 예정 위치를 전극(13, 15)에 의한 가압 통전 위치에 배치시킨다.

(가압 공정)

다음에, 전극 구동부(20)에 의해 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23)을 전극(13, 15) 사이에 끼워 판 두께 방향으로 가압한다. 이 경우 전극(13, 15) 의한 가압력은 2kN 내지 4kN으로 하는 것이 바람직하다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23)이 가압되면, 우선, 제 1 알루미늄판(21)의 엠보스(E)의 정상부(Et)가 제 2 알루미늄판(23)의 표면에 가압된다. 이에 의해, 엠보스(E)는 그 정상부(Et)가 돌출 방향과 역 방향으로 압입된다. 또한, 엠보스(E)의 정상부(Et)가 압입되는 동시에 제 2 알루미늄판(23)의 표면에 도포된 접착제(35)가 엠보스(E)의 외주측으로 압출된다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23)의 가압이 더 진행되면, 엠보스(E)의 정상부(Et)가 더욱 압입되는 것에 의해, 제 2 알루미늄판(23)의 표면에 있어서의 엠보스(E)의 접촉 면적이 직경 방향으로 증가한다. 이에 의해, 제 2 알루미늄판(23)의 표면에 도포된 접착제(35)가 엠보스(E)의 외주측으로 더욱 압출된다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23)의 가압이 더욱 진행되면, 엠보스(E)는 가공 경화에 의해 딱딱해진 주연부(Es)를 지점으로 하여, 정상부(Et)를 포함하는 중심측이 돌출 방향과 반대 방향으로 변형된다. 이에 의해, 도 8, 도 9에 도시하는 바와 같이, 엠보스(E)는 중심측이 오목해지고, 주연부(Es)만이 제 2 알루미늄판(23)측으로 약간 환상으로 돌출된 상태가 되며, 이 환형으로 돌출된 엠보스(E)의 주연부(Es)가 제 2 알루미늄판(23)에 접촉된 상태가 된다. 이 상태에서는, 제 2 알루미늄판(23)의 표면에 대하여 엠보스(E)의 중심측에 근소하게 간극(G)이 형성된다. 또한, 접착제(35)는 엠보스(E)의 외주측으로 압출되어 있기 때문에, 제 2 알루미늄판(23)과 엠보스(E)의 중심측 사이의 간극(G)에는 접착제(35)가 존재하지 않는 공간이 된다.

여기에서, 엠보스(E)의 주연부(Es)의 비커스 경도를 Hs, 엠보스(E)의 정상부(Et)의 비커스 경도를 Ht, 제 1 알루미늄판(21) 자체의 경도인 모재의 비커스 경도를 Hb로 한다. 그렇게 하면, 이들 경도가 Hs＞Ht≥Hb의 관계를 만족하는 경우는, 엠보스(E)의 주연부(Es)와, 엠보스(E)의 정상부(Et)의 강성 향상에 의해, 엠보스(E)가 눌려지기 어려워진다. 이 때문에, 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23)을 가압할 때에, 접착제(35)를 보다 양호하게 외주측으로 제거할 수 있다. 또한, 접착제(35)의 제거가 종료된 후는, 엠보스(E)의 정상부(Et)의 강성이 주연부(Es)보다 낮기 때문에, 상기에서 설명한 바와 같이, 중심측이 오목해지고 주연부(Es)만이 제 2 알루미늄판(23)측으로 약간 환상으로 돌출된 상태가 되며, 엠보스(E)의 중심측에 근소하게 간극(G)이 형성된다. 게다가, 주연부(Es)의 비커스 경도 Hs와 정상부(Et) 비커스 경도 Ht의 차이 ｜Hs-Ht｜가 10 이내인 경우는, 보다 접착제(35)의 제거와 간극(G)의 형성이 쉬워지고, 결과적으로, 후술의 통전 공정 후에, 높은 접합 강도의 스폿 용접체인 알루미늄 용접 이음(27)이 얻어진다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 용접에 사용되는 전극(13, 15)으로서, 엠보스(E)의 팽출부의 근원부(En)의 직경(φn)보다 큰 선단 직경(φd)을 갖는 전극을 이용하고 있다. 이에 의해, 상기의 가압 공정에서는, 엠보스(E)의 근원부(En)에 전극(13)을 균등하게 대고 가압해 나가게 되어, 엠보스(E)를 균일하게 압궤할 수 있다.

(통전 공정)

이 상태에서 가압 상태를 유지하면서, 용접 트랜스(17)로부터 전극(13, 15) 사이에 용접 전류(Iw)를 통전한다. 그렇게 하면, 도 10에 도시하는 바와 같이, 제 1 알루미늄판(21) 및 제 2 알루미늄판(23)은, 전극(13, 15) 사이의 용접 예정 위치에서 용융이 시작된다. 이 때, 제 2 알루미늄판(23)의 표면에 엠보스(E)의 주연부(Es)가 가압되고, 엠보스(E)의 중심측에 간극(G)이 형성되어 있으므로, 용접 예정 위치에 있어서의 용융은 엠보스(E)의 주연부(Es)로부터 개시되며, 중심을 향하여 진행된다. 이에 의해, 통전에 의해 생긴 용융 알루미늄 엠보스(E)의 외주측으로 유출되는 일이 없이, 간극(G)이 용융 알루미늄으로 채워진다.

설정된 통전 시간의 통전이 실행되면, 도 11에 도시하는 바와 같이, 제 1 알루미늄판(21) 및 제 2 알루미늄판(23)의 용접 예정 위치에 너깃(N)이 형성되고, 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23)이 일체화된 알루미늄 용접 이음(27)이 형성된다. 그리고, 통전 종료 후에 전극(13, 15)을 이격시키고, 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23)이 일체화된 알루미늄 용접 이음(27)을 스폿 용접기 (11)로부터 취출한다.

상기 공정에 의해, 제 1 알루미늄판(21)과 제 2 알루미늄판(23)이 스폿 용접으로 일체화된 알루미늄 용접 이음(27)이 얻어진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 알루미늄재의 용접 방법에 의하면, 제 1 알루미늄판(21)의 용접 예정 위치에, 제 2 알루미늄판(23)측으로의 중첩 방향으로 팽출되는 평면에서 보아 원형상의 엠보스(E)를 미리 형성한다. 이와 같이 하여 형성된 엠보스(E)는 그 주연부(Es)가 가공 경화된다. 그리고, 엠보스(E)의 팽출측을 알루미늄판(23)을 향하여 용접 예정 위치끼리 중첩하고, 서로 중첩한 제 1 알루미늄판(21) 및 제 2 알루미늄판(23)을 전극(13, 15) 사이에 끼워 가압한다. 이에 의해, 엠보스(E)의 가공 경화시킨 주연부(Es)를 남기고, 엠보스(E)의 중심측을 오목하게 하여, 가압을 계속시키면서 전극(13, 15) 사이에 통전을 실행한다. 그렇게 하면, 제 1 알루미늄판(21) 및 제 2 알루미늄판(23)은 전극(13, 15) 사이의 용접 예정 위치에서 용융이 시작된다.

이 때, 알루미늄판(23)의 표면에 엠보스(E)의 주연부(Es)가 가압되어, 엠보스(E)의 중심측에 간극(G)이 형성되어 있으므로, 용접 예정 위치에 있어서의 용융을, 엠보스(E)의 주연부(Es)로부터 개시시켜 엠보스(E)의 중심을 향하여 진행시킬 수 있다. 이에 의해, 통전에 의해 생긴 용융 알루미늄을 엠보스(E)의 외주측으로 유출시키는 일이 없이, 간극(G)을 용융 알루미늄으로 채워 너깃(N)을 형성할 수 있다. 따라서, 진원도가 높고, 또한, 모재인 알루미늄판(21, 23)으로의 용입률이 뛰어난 너깃(N)을 형성하여, 알루미늄판(21, 23)끼리가 양호하게 접합된 고품질인 알루미늄 용접 이음(27)이 얻어진다.

또한, 너깃(N)이 너무 두꺼워져 표면에 노출되는 것을 억제할 수 있으므로, 전극(13, 15)의 표면에 용융 알루미늄이 부착되는 일이 없다. 따라서, 전극(13, 15)의 드레싱을 빈번하게 실시할 필요가 없어져, 생산 효율을 향상할 수 있다.

또한, 엠보스(E)의 주연부(Es)의 비커스 경도 Hs, 엠보스(E)의 정상부(Et)의 비커스 경도 Ht 및 모재인 알루미늄재(21) 자체의 비커스 경도 Hb가, Hs>Ht≥Hb의 관계를 만족하고 있다. 이에 의해, 엠보스(E)의 주연부(Es)와 엠보스(E)의 정상부(Et)의 강성 향상에 의해, 엠보스(E)가 무너지기 어려워져, 가압시에 접착제(35)를 외주측으로 양호하게 배제시켜, 용접시에 있어서의 접착제(35)의 영향을 억제할 수 있다.

특히, 엠보스(E)의 주연부(Es)의 비커스 경도 Hs와 엠보스(E)의 정상부(Et)의 비커스 경도 Ht의 차이 ｜Hs-Ht｜가 10 이내이면, 엠보스(E)의 주연부(Es)와 엠보스(E)의 정상부(Et)의 강성을 균형있게 향상시켜, 가압시에 접착제(35)를 보다 양호하게 배제할 수 있다.

또한, 도 12에 도시하는 바와 같이, 너깃(N)의 진원도는, 평면에서 보아 너깃(N)의 장직경(d1)과 단직경(d2) 차이의 절대값 ｜d1-d2｜이며, 0에 가까울수록 진원도가 높아진다. 또한, 도 13에 도시하는 바와 같이, 너깃(N)의 용입률은, 단면에서 보아, 용접 개소의 두께 α와 너깃(N)의 두께 β의 비 β/α로 나타나며, 0.3 내지 0.7이 바람직하다.

또한, 본 실시형태에서는 전극(13, 15)으로서, 곡면으로 이루어지는 단면을 갖는 R형 또는 DR형의 전극을 이용하고 있다. 전극(13, 15)의 선단면은 곡면이므로, 플랫형 선단 형상의 전극에 비해 전극(13, 15)의 각도의 편차나 전극의 편접촉(불균일한 접촉)에 의한 영향이 억제되어, 알루미늄판(21, 23)에 대해 안정된 가압을 할 수 있다. 이에 의해, 진원도가 높은 너깃(N)을 형성하여 고품질로 용접할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 배치 공정 전에 제 2 알루미늄판(23)에 있어서의 제 1 알루미늄판(21)과의 대향면의 용접 예정 위치에 접착제(35)를 도포한다. 이에 의해, 너깃(N)을 형성한 용접 개소의 주위에 있어서, 알루미늄판(21, 23)끼리를 접착제(35)로 접착할 수 있으며, 스폿 용접에 의한 접합 개소의 접합과, 접착제(35)에 의한 접착이 조합되어, 보다 강고한 접합을 할 수 있으며, 특히 내박리성을 높여 알루미늄 용접 이음(27)의 면 강성을 향상시킬 수 있다. 게다가, 제 1 알루미늄판(21)에 엠보스(E)를 형성하고 있는 것에 의해, 중첩한 알루미늄판(21, 23)을 전극(13, 15)으로 가압했을 때에, 접착제(35)를 용접 예정 위치의 외주측으로 압출할 수 있다. 따라서, 알루미늄판(21, 23)끼리의 용접 개소에 있어서의 접착제(35)에 의한 영향을 억제할 수 있어서, 양호하게 스폿 용접이 실시된다. 게다가, 접착제(35)에 의해서도 접합된, 고강도인 알루미늄 용접 이음(27)이 얻어진다.

상기 실시형태에서는, 곡면으로 이루어지는 단면을 갖는 R형 또는 DR형의 전극(13, 15)을 이용했지만, 도 14에 도시하는 바와 같이, 전극(13, 15)으로서는, 전극 선단면이 평면으로 이루어지며, 전극의 선단 직경(φd)이 엠보스의 팽출부의 근원부의 직경(φn)보다 큰 F형 등의 전극을 이용하여도 좋다. 전극(13, 15)으로서, 평면으로 이루어지는 단면을 갖는 F형의 전극을 이용하면, 전극(13, 15)의 선단면이 평면이므로, 엠보스(E)를 형성한 용접 예정 위치의 전체를 균형있게 가압할 수 있다. 이에 의해, 진원도의 높은 너깃(N)을 형성하여 고품질로 용접할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 알루미늄판(23)에 있어서의 알루미늄판(21)과의 대향면에 접착제(35)를 도포했지만, 본 발명은 접착제(35)를 이용하지 않고 용접하는 경우에도 적용 가능하다.

실시예

2매의 알루미늄판을 스폿 용접하여 접합체를 형성할 때에, 한쪽의 알루미늄판에 상이한 높이의 엠보스를 형성해 두고, 제작한 접합체에 형성된 너깃의 상태를 평가했다. 구체적으로는, 용접 후의 너깃에 대해, 너깃 직경, 진원도, 용입률, 용입 깊이, 용접부 두께, 파단 직경을 측정하여 평가했다. 또한, 접착제를 도포하지 않은 경우(시험예 1) 및 접착제를 도포한 경우(시험예 2)로 각각 평가했다.

<실험 조건>

(알루미늄재)

재질: A6022

판 두께 t: 1.0㎜

(전극)

종별: 크롬 구리(CrCu) R형 전극

선단 곡률 반경: 100㎜

전극 직경(원래 직경): 19㎜

전극 사이 가압력: 2.7kN

용접 전류: 22㎄

<실험 결과>

(시험예 1)

1매의 알루미늄판에 높이가 상이한 엠보스를 형성하고, 접착제를 도포하지 않고 용접한 경우의 측정 결과를 표 1에 나타낸다. 평가 결과의 ○는, 너깃의 ｜d1-d2｜ 값이 모두 1 미만의 경우, △는 ｜d1-d2｜ 값이 1 이상의 것이 1개의 경우를 나타낸다.

[표 1]

접착제를 도포하지 않고 용접한 시험예 1에서는, 엠보스의 높이가 상이한 시험예 1-1 내지 1-4 모두에 있어서도 너깃은 적절한 정도의 용입률이 되고, 또한, 높은 진원도가 얻어져, 양호한 평가(○)가 얻어졌다.

(시험예 2)

1매의 알루미늄판에 높이가 상이한 엠보스를 형성하고, 접착제를 도포하여 용접한 경우의 측정 결과를 표 2의 시험예 2-1 내지 2-4에 나타낸다. 또한, 비교예로서, 평판에 접착제를 도포하여 용접한 경우의 측정 결과를 시험예 2-5에 나타낸다. 표 2에는, 시험예 2-1 내지 2-4에 있어서, 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs, 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht, 모재인 알루미늄재의 비커스 경도 Hb의 측정값, 및 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs와 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht와의 차이 ｜Hs-Ht｜를 표기했다. 또한, 표 2에는 시험예 2-5에 있어서, 모재인 알루미늄재의 비커스 경도 Hb의 측정값을 표기했다. 또한, 각 경도 Hs, Ht, Hb의 측정 하중은 100kg로 하고, 각각, 도 3의 (A)에 나타내는 측정 위치(Ps, Pt, Pb)에서 측정했다.

[표 2]

접착제를 도포하고 용접한 시험예 2에서는, 엠보스의 높이가 상이한 시험예 2-1 내지 2-4의 모두에 있어서도 너깃은 적절한 정도의 용입률이었다. 또한, 시험예 2-1 및 시험예 2-2에서는, 높은 진원도로 너깃이 형성되고, 용접부에 있어서 먼지나 균열이 발생하지 않았기 때문에, 양호한 평가(○)로 되어 있으며, 시험예 2-2는 가장 큰 파단 직경으로 되어 있었다. 또한, 시험예 2-3 및 시험예 2-4에서는, 너깃의 진원도가 조금 저하하여, 허용 범위 내인 것의 약간 먼지가 발생했기 때문에 평가(△)가 되었다. 이것은 접착제를 도포하고 용접하는 경우, 엠보스의 높이가 높으므로, 가압시에 알루미늄판의 균형이 무너지기 때문이라고 사료된다. 또한, 시험예 2-1 내지 2-4에서는, 모두 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs, 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht 및 모재의 비커스 경도 Hb가, Hs>Ht≥Hb의 관계를 만족하고 있다. 이 경우, 엠보스의 주연부와 엠보스의 정상부의 강성 향상에 의해, 엠보스가 무너지기 어려워져, 가압시에 접착제가 외주측으로 양호하게 배제되어 먼지가 억제되었다고 고려된다. 또한, 평판인 시험예 2-5는 너깃의 진원도가 가장 나쁘고, 또한 용접부에 있어서, 먼지와 균열이 발생했기 때문에 평가(×)로 되었다.

본 발명은 상기의 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 실시형태의 각 구성을 서로 조합하는 것이나, 명세서의 기재, 및 주지의 기술에 근거하여, 당업자가 변경, 응용하는 것도 본 발명이 예정하는 바이며, 보호를 요구하는 범위에 포함된다.

이상과 같이, 본 명세서에는 다음 사항이 개시되어 있다.

서로 중첩된 상기 알루미늄재를 상기 전극 사이에 끼워 가압하는 것에 의해, 상기 엠보스의 주연부를 남기고 중심측을 압입하는 가압 공정과,

상기 전극에 의한 가압을 계속시키면서, 상기 전극 사이에 통전을 실행하는 통전 공정을 포함하며,

이 알루미늄재의 스폿 용접 방법에 의하면, 적어도 1매의 알루미늄재에 있어서의 용접 예정 위치에, 다른 알루미늄재측으로의 중첩 방향으로 팽출되는 평면에서 보아 원형상의 엠보스를 미리 형성한다. 이와 같이 하여 형성한 엠보스는, 전극에 의해 균일하게 압궤되고, 그 주연부가 가공 경화된다. 이 엠보스의 팽출측을 다른 알루미늄재를 향하여 알루미늄재의 용접 예정 위치끼리를 중첩하고, 서로 중첩한 알루미늄재를 전극 사이에 끼워 가압한다. 그리고, 엠보스의 가공 경화시킨 주연부를 남기고 중심측을 가압하여 오목하게 하고, 가압을 계속시키면서 전극 사이에 통전을 실행한다. 그렇게 하면, 알루미늄재는 전극 사이의 용접 예정 위치에서 용융이 시작된다. 이 때, 다른 알루미늄재의 표면에 엠보스의 주연부가 가압되고, 엠보스의 중심측에 간극이 형성되어 있으므로, 용접 예정 위치에 있어서의 용융을, 엠보스의 주연부로부터 개시시켜 엠보스의 중심을 향하여 진행시킬 수 있다. 또한, 통전에 의해 생긴 용융 알루미늄을 엠보스의 외주측으로 유출시키는 일이 없이, 간극을 용융 알루미늄으로 채워 너깃을 형성할 수 있다. 이에 의해, 진원도가 높고, 또한, 모재인 알루미늄재로의 용입률이 뛰어난 너깃을 형성하여 알루미늄재끼리가 양호하게 접합된 고품질인 접합체가 얻어진다. 또한, 너깃이 너무 두꺼워져 표면에 노출되는 것을 억제할 수 있으므로, 전극의 표면에 용융 알루미늄이 부착되지 않아, 전극의 드레싱을 빈번하게 실행할 필요가 없어지고, 생산 효율이 향상한다.

(2) 상기 엠보스를 형성하는 가공 공정에 있어서,

상기 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs, 상기 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht 및 상기 알루미늄재의 비커스 경도 Hb가, Hs>Ht≥Hb의 관계를 만족하는 상기 엠보스를 마련하는 (1)에 기재된 알루미늄재의 스폿 용접 방법.

이 알루미늄재의 스폿 용접 방법에 의하면, 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs, 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht 및 모재의 비커스 경도 Hb가, Hs>Ht≥Hb의 관계를 만족하고 있다. 이에 의해, 엠보스의 주연부와 엠보스의 정상부의 강성 향상에 의해, 엠보스가 무너지기 어려워져, 가압시에 접착제를 외주측에 양호하게 배제시켜, 용접시에 있어서의 접착제의 영향이 억제된다.

(3) 상기 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs와 상기 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht의 차이 ｜Hs-Ht｜가 10 이내인 (1) 또는 (2)에 기재된 알루미늄재의 스폿 용접 방법.

이 알루미늄재의 스폿 용접 방법에 의하면, 엠보스의 주연부와 엠보스의 정상부의 강성을 균형있게 향상시키는 것에 의해, 가압시에 접착제를 보다 양호하게 배제할 수 있다.

(4) 상기 전극으로서 곡면으로 이루어지는 단면을 갖는 R형 또는 DR형의 전극을 이용하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 알루미늄재의 스폿 용접 방법.

이 알루미늄재의 스폿 용접 방법에 의하면, 전극의 선단면이 곡면이므로, 전극의 각도의 편차에 의한 영향을 억제하여, 알루미늄재에 대해 안정된 가압을 할 수 있다. 이에 의해, 진원도의 높은 너깃을 형성하여 고품질로 용접할 수 있다.

(5) 상기 전극으로서 평면으로 이루어지는 단면을 갖는 F형의 전극을 이용하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 알루미늄재의 스폿 용접 방법.

이 알루미늄재의 스폿 용접 방법에 의하면, 전극의 선단면이 평면이므로, 엠보스를 형성한 용접 예정 위치의 전체를 균형있게 가압할 수 있다. 이에 의해, 진원도가 높은 너깃을 형성하여 고품질로 용접할 수 있다.

(6) 상기 배치 공정 전에, 상기 알루미늄재의 대향면에 있어서의 상기 용접 예정 위치의 적어도 한쪽에 접착제를 도포하는 접착제 도포 공정을 실행하는 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 알루미늄재의 스폿 용접 방법.

이 알루미늄재의 스폿 용접 방법에 의하면, 너깃을 형성한 용접 개소의 주위에 있어서, 알루미늄재끼리를 접착제로 접착할 수 있다. 또한, 스폿 용접에 의한 접합 개소를 접착제에 의해 강고하게 접합할 수 있어서, 특히 내박리성을 높이고 접합체의 면강성을 향상시킬 수 있다. 게다가, 알루미늄재에 엠보스를 형성하고 있는 것에 의해, 중첩한 알루미늄재를 전극으로 가압했을 때에, 접착제가 용접 예정 위치의 외주측으로 압출된다. 따라서, 알루미늄재끼리의 용접 개소에 있어서의 접착제에 의한 영향을 억제할 수 있어서, 양호하게 스폿 용접을 실시할 수 있다. 이에 의해, 접착제로 접착된 고강도인 접합체를 얻을 수 있다.

(7) 스폿 용접부에 엠보스 성형이 실시된 알루미늄재에 있어서, 상기 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs, 상기 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht 및 모재의 비커스 경도 Hb가, Hs>Ht≥Hb의 관계를 만족하는 알루미늄재.

이 알루미늄재에 의하면, 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs, 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht 및 모재의 비커스 경도 Hb가, Hs>Ht≥Hb의 관계를 만족하고 있다. 이에 의해, 이 알루미늄재와 평판으로 이루어지는 알루미늄재를 가압하여 스폿 용접할 때에, 엠보스의 주연부와 엠보스의 정상부의 강성 향상에 의해, 엠보스가 무너지기 어려워져, 가압시에 접착제를 외주측에 양호하게 배제시켜, 용접시에 있어서의 접착제의 영향을 억제할 수 있다.

(8) 상기 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs와 상기 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht의 차이 ｜Hs-Ht｜가 10 이내인 (7)에 기재된 알루미늄재.

이 알루미늄재에 의하면, 엠보스의 주연부와 엠보스의 정상부의 강성이 균형있게 향상되어 있으므로, 이 알루미늄재와 평판으로 이루어지는 알루미늄재를 가압하고 스폿 용접할 때에, 가압시에 접착제를 보다 양호하게 배제할 수 있다.

본 출원은 2019년 3월 29일 출원의 일본 특허 출원(특허 출원 제 2019-68388호), 및 2020년 2월 19일 출원된 일본 특허 출원(특허 출원 제 2020-26162 호)에 근거하는 것으로서, 그 내용은 본 출원 내에 참조로서 원용된다.

13, 15: 전극 21: 제 1 알루미늄판(알루미늄재)
23: 제 2 알루미늄판(알루미늄재) 35: 접착제
E: 엠보스 En: 근원부
Es: 주연부 φd: 선단 직경
φn: 근원부의 직경

Claims

복수의 알루미늄재를 중첩하고 스폿 용접하는 알루미늄재의 스폿 용접 방법에 있어서,
적어도 1매의 상기 알루미늄재에 있어서의 용접 예정 위치에, 다른 상기 알루미늄재측으로의 중첩 방향으로 팽출되는 평면에서 보아 원형상의 엠보스를 형성하는 가공 공정과,
상기 엠보스의 팽출측을 다른 상기 알루미늄재를 향하여 상기 알루미늄재의 용접 예정 위치끼리를 중첩하고, 상기 용접 예정 위치를 한쌍의 전극 사이에 배치시키는 배치 공정과,
서로 중첩한 상기 알루미늄재를 상기 전극 사이에 끼워 가압하는 것에 의해, 상기 엠보스의 주연부를 남기고 중심측을 압입하는 가압 공정과,
상기 전극에 의한 가압을 계속시키면서 상기 전극 사이에 통전을 실행하는 통전 공정을 포함하며,
상기 전극으로서, 상기 엠보스의 팽출부 근원측의 직경보다 큰 선단 직경을 갖는 전극을 이용하는 것을 특징으로 하는
알루미늄재의 스폿 용접 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 엠보스를 형성하는 가공 공정에 있어서,
상기 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs, 상기 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht 및 상기 알루미늄재의 비커스 경도 Hb가, Hs>Ht≥Hb의 관계를 만족하는 상기 엠보스를 마련하는
알루미늄재의 스폿 용접 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs와 상기 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht의 차이 ｜Hs-Ht｜가 10 이내인
알루미늄재의 스폿 용접 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs와 상기 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht의 차이 ｜Hs-Ht｜가 10 이내인
알루미늄재의 스폿 용접 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극으로서 곡면으로 이루어지는 단면을 갖는 R형 또는 DR형의 전극을 이용하는
알루미늄재의 스폿 용접 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극으로서, 평면으로 이루어지는 단면을 갖는 F형의 전극을 이용하는
알루미늄재의 스폿 용접 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배치 공정 전에, 상기 알루미늄재의 대향면에 있어서의 상기 용접 예정 위치의 적어도 한쪽에 접착제를 도포하는 접착제 도포 공정을 실행하는
알루미늄재의 스폿 용접 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 배치 공정 전에, 상기 알루미늄재의 대향면에 있어서의 상기 용접 예정 위치의 적어도 한쪽에 접착제를 도포하는 접착제 도포 공정을 실행하는
알루미늄재의 스폿 용접 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 배치 공정 전에, 상기 알루미늄재의 대향면에 있어서의 상기 용접 예정 위치의 적어도 한쪽에 접착제를 도포하는 접착제 도포 공정을 실행하는
알루미늄재의 스폿 용접 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 배치 공정 전에, 상기 알루미늄재의 대향면에 있어서의 상기 용접 예정 위치의 적어도 한쪽에 접착제를 도포하는 접착제 도포 공정을 실행하는
알루미늄재의 스폿 용접 방법.
스폿 용접부에 엠보스 성형이 실시된 알루미늄재에 있어서,
상기 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs, 상기 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht 및 모재의 비커스 경도 Hb가, Hs>Ht≥Hb의 관계를 만족하는
알루미늄재.
제 11 항에 있어서,
상기 엠보스의 주연부의 비커스 경도 Hs와 상기 엠보스의 정상부의 비커스 경도 Ht의 차이 ｜Hs-Ht｜가 10 이내인
알루미늄재.