KR20220152215A

KR20220152215A - 고상 점접합 방법 및 고상 점접합 장치

Info

Publication number: KR20220152215A
Application number: KR1020227030768A
Authority: KR
Inventors: 히데토시 후지이; 요시아키 모리사다; 마사요시 카마이; 타쿠미 아이바라
Original assignee: 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2022-11-15
Also published as: WO2021182444A1; CN115279529A; AU2021233410A1; JP7242112B2; EP4119277A1; US20230138076A1; JPWO2021182444A1; CA3172876A1; EP4119277A4

Abstract

본 발명은, 피접합재인 금속재의 종류를 불문하고, 접합 온도의 정확한 제어가 가능하고, 접합 온도를 저온화할 수 있는 고상 점접합 방법, 및 그 고상 점접합 방법에 호적하게 사용할 수 있는 고상 점접합 장치를 제공한다. 본 발명은, 금속 판재를 서로 겹치게 하여(중첩시켜) 점접합하는 고상 접합 방법으로서, 두 장 이상의 금속 판재를 서로 겹치게 한 상태에서 협지하고, 피접합 계면을 형성하는 접합 준비 공정과, 한 쌍의 전극을 사용하고, 다이렉트 방식, 인다이렉트 방식 또는 시리즈 방식에 의한 통전으로 피접합 계면을 승온시켜, 피접합 계면 근방에 연화 영역을 형성하는 승온 공정과, 원하는 접합 온도에 있어서의 금속 판재의 항복 강도 이상의 외부 응력을 연화 영역에 인가하는 응력 인가 공정을 가지고, 연화 영역을 국소 변형시켜서 금속 판재끼리를 접합하는 것을 특징으로 한다.

Description

고상 점접합 방법 및 고상 점접합 장치

본 발명은 금속재끼리를 고상 점접합하는 방법 및 그 고상 점접합 방법에 호적하게 사용할 수 있는 고상 점접합 장치에 관한 것이다.

종래 금속판의 점접합에는 저항 용접법의 일종인 저항 스폿용접이 널리 활용되고 있다. 저항 스폿용접에서는, 서로 중첩시킨 두 장의 금속판을 상하로부터 전극 사이에 끼워넣고(협지하고), 전극으로부터 금속판에 대전류를 흘림으로써 발생하는 줄열에 의해서 피접합 영역을 용융시켜, 접합부를 형성시킨다.

저항 스폿용접은 자동차 산업을 비롯하여, 다양한 금속 구조물의 제조에 불가결한 기술이지만, 점접합부는 용융 응고 조직으로 된다는 점에서 일반적으로 모재(피접합재)와 비교해서 강도 및 인성(靭性)이 부족하고, 접합 영역의 바깥가장자리(外緣)에는 열 영향부라 불리는 연화 영역이 형성된다. 이 특징들은 피접합재의 강도가 낮은 경우나 금속 구조체에 요구되는 강도 및 신뢰성이 높지 않은 경우에는 큰 문제로는 되지 않지만, 근년에는 강판 등의 고강도화가 급속히 진행되고 있는 바, 용접부의 기계적 성질의 저하는 심각한 문제로 되고 있다.

이에 비해, 예를 들면 특허문헌 1(일본특허공개 특개2013－103273호 공보)에서는, 두 장 이상의 강판을 서로 겹치게 한 판조(板組)를, 한 쌍의 용접 전극으로 협지(挾持)하고, 가압하고, 통전해서 용접하는 저항 스폿용접 방법으로서, 통전에 의해 소정 지름의 너겟을 형성하는 본공정과, 가압하면서 무통전으로 하는 중간 공정과, 재통전을 행하는 후속 공정을 가지고, 상기 후속 공정에 있어서, 너겟과 코로나 본드 계면의 비용융부 측에 있어서의 최고 온도 TT가, TT＞A_c3으로 되는 것을 특징으로 하는 저항 스폿용접 방법이 제안되어 있다.

상기 특허문헌 1에 기재된 저항 스폿용접 방법에 있어서는, 전극으로 용접부를 가압하면서 무통전으로 냉각해서 응고시키는 것이나, 재통전에 의해서 융점을 넘지 않을 정도에 있어서 충분한 고온으로 승온하는 것 등에 의해서, 적어도 한 장 이상의 고장력(高張力) 강판을 포함하는 두 장 이상의 판조에 대해서, 종래의 템퍼 통전보다도 단시간에 십자 인장 강도가 높은 저항 스폿용접 조인트(繼手)를 제작할 수 있다고 되어 있다.

또, 특허문헌 2(일본특허공개 특개2007－332452호 공보)에서는, 질량비로, C：0.15∼0.25%, Si：0.1∼2.5%, Mn：0.10∼1.0%, Cr：0.5∼3.5%를 함유하고, 잔부(殘部)가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 1180 MPa 이상의 인장 강도를 가짐과 함께, Mn 및 Cr의 함유량이 Mn/(Mn＋Cr)＜0.50을 만족시키는 것을 특징으로 하는 저항 용접용 고장력 강판, 및 그 저항 용접용 고장력 강판의 저항 용접 방법이 제안되어 있다.

상기 특허문헌 2에 기재된 저항 용접용 고장력 강판에 있어서는, Mn의 첨가량을 억제함과 함께, Mn의 감소에 따라 Cr을 첨가하는 것에 의해서, C를 0.25%까지 첨가해도 접합 강도가 거의 저하하지 않아, 저항 용접부의 강도와 강판의 고강도화를 양립시킬 수가 있고, 1180 MPa급 이상의 고장력 강판이면서, 저항 용접에 의한 접합부의 접합 강도를 확보할 수 있는 저항 용접성이 우수한 고장력 강판을 제공할 수 있다고 되어 있다.

일본특허공개 특개2013－103273호 공보 일본특허공개 특개2007－332452호 공보

그렇지만, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 저항 스폿용접 방법에서는 열 이력 등에 의해서 고장력 강판 점접합부의 기계적 성질이 어느 정도 개선되지만, 그 점접합부에 있어서의 용융 응고 조직 및 열 영향부의 형성을 억제할 수는 없어, 고장력 강판의 강도 및 인성을 충분히 활용하는 것은 지극히 곤란하다.

또, 상기 특허문헌 2에 개시되어 있는 저항 용접용 고장력 강판은 저항 용접부의 강도가 담보되도록 설계되어 있지만, 그 저항 용접용 고장력 강판을 다종 다양한 특성이 요구되는 각종 금속 구조 부재 모두에 적용하는 것은 현실적이지 못하다는 것에 더하여, 인장 강도도 1180 MPa급에 머물러 있다.

또한, 저항 용접(저항 스폿용접)에서는 피접합 영역을 용융시키는 것이 필수 요건으로 되어 있고, 용융 응고에 수반하여 용접부에 균열 등이 생기는 것도 큰 문제이다. 특히, 이러한 문제에 의해서 탄소 함유량이 많은 강철에는 적용할 수 없어, 저렴한 탄소에 의해서 고강도화가 도모된 강재를 효과적으로 산업상 이용할 수가 없다.

이상과 같은 종래 기술에 있어서의 문제점을 감안하여, 본 발명의 목적은, 피접합재인 금속재의 종류를 불문하고, 접합 온도의 정확한 제어가 가능하고, 접합 온도를 저온화할 수 있는 고상 점접합 방법, 및 그 고상 점접합 방법에 호적하게 사용할 수 있는 고상 점접합 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위하여, 금속재의 고상 점접합 방법에 대하여 예의 연구를 거듭한 결과, 피접합 영역을 국소적으로 통전 가열해서 연화시킴과 함께, 고상 상태의 피접합 계면에 응력을 인가해서 신생면을 형성시키는 것 등이 지극히 효과적이라는 것을 발견하고, 본 발명에 도달했다.

즉, 본 발명은,

금속 판재를 서로 겹치게 하여 점접합하는 고상 접합 방법으로서,

두 장 이상의 상기 금속 판재를 서로 겹치게 한 상태에서 협지하여, 피접합 계면을 형성하는 접합 준비 공정과,

한 쌍의 전극에 의한 통전에 의해서 피접합 계면을 승온시켜, 상기 피접합 계면 근방에 연화 영역을 형성하는 승온 공정과,

원하는(所望) 접합 온도에 있어서의 상기 금속 판재의 항복(降伏) 강도 이상의 외부 응력을 상기 연화 영역에 인가하는 응력 인가 공정을 가지고,

상기 연화 영역을 국소 변형시켜서 상기 금속 판재끼리를 접합하는 것

을 특징으로 하는 금속 판재의 고상 점접합 방법을 제공한다.

본 발명의 접합 방법은 고상 점접합 방법이며, 통전에 의해서 피접합 계면을 승온시키지만, 종래의 저항 스폿용접과는 달리 피접합 계면을 용융시키는 일은 없다. 피접합 계면을 용융시키는 일 없이, 고상 상태로 접합하는 것(보다 저온에서 접합하는 것)에 의해, 접합부 표면에 형성되는 용접 소착을 억제할 수 있어, 접합부의 미관을 향상시킬 수도 있다. 여기서, 통전의 방법은 본 발명의 효과를 해치지 않는 한에 있어서 딱히 한정되지 않고, 종래 공지의 갖가지 다이렉트 방식, 인다이렉트 방식 또는 시리즈 방식 등을 사용할 수가 있고, 이것들과 유사한 통전 방식을 이용할 수도 있다.

본 발명의 고상 점접합 방법에서는, 접합 프로세스에 있어서, 단지 피접합재의 고정이나 피접합 계면의 밀착성을 담보하기 위해서 전극으로부터 작은 압력을 인가하는 것이 아니라, 접합 온도의 결정을 목적으로 해서, 큰 압력을 인가하는 것에 있다. 이러한 접합 온도 결정의 메카니즘을 모식적으로 도 1에 나타낸다. 도 1은 금속재의 항복 응력과 온도의 관계를 모식적으로 나타낸 그래프이다. 금속재의 항복 응력은 온도에 의존해서 변화하고, 이 항복 응력과 온도의 관계는 금속재마다 다르다.

도 1에 나타내는 피접합재인 금속 판재의 변형 저항(항복 응력)에 주목하면, 온도가 높은 경우는 낮아지고, 온도가 낮은 경우는 높아진다. 즉, 피접합 계면 근방에 압력을 인가하는 경우, 보다 높은 압력을 인가하는 것에 의해서 낮은 온도에서 변형이 개시되고, 결과적으로 저온에서 신생면이 형성되어 접합이 달성되게 된다. 도 1에 있어서, 구체적으로는, 피접합 계면에 압력 P₁을 인가하면, 재료 A의 접합 온도는 t₁로 되고, 압력을 P₂로 증가시키면 접합 온도는 t₂로 저하한다. 또, 재료 B에 관해서도, 압력을 P₁로부터 P₂로 증가시킴으로써, 접합 온도는 T₁로부터 T₂로 저하한다.

즉, 피접합재인 금속 판재의 변형 저항에 주목하면, 온도가 높은 경우는 낮아지고, 온도가 낮은 경우는 높아진다. 피접합 계면 근방에 압력을 인가하는 경우, 보다 높은 압력을 인가하는 것에 의해서 낮은 온도에서 변형이 개시되고, 결과적으로 저온에서 접합이 달성되게 된다. 본 발명의 금속 판재의 고상 점접합 방법은, 본 발명자가 밝힌 상기 메카니즘에 기초하고 있으며, 특정의 금속 판재에 있어서의 변형 저항과 온도는 대략 일정한 관계를 가지기 때문에, 피접합 계면 근방에 인가하는 압력에 의해서, 접합 온도를 정확하게 제어할 수가 있다. 한편, 피접합 계면 근방을 국소 변형시키기 위해서 필요한 누름압력(押壓力)은 금속 판재의 두께에도 영향을 받아, 후판의 경우는 커지고, 박판의 경우는 작아진다.

또, 본 발명의 고상 점접합 방법에 있어서는, 적어도 한쪽의 상기 전극의 내부 또는 주위에 배치된 누름부(押壓部)에 의해서 상기 외부 응력을 인가하는 것이 바람직하다. 전극을 사용하여 상기 외부 압력을 인가해도 되지만, 전극의 수명에 유의할 필요가 있다. 종래의 저항 스폿용접에서 사용되는 전극에서는, 피접합재끼리를 맞닿게 할 정도로 응력이 인가되기 때문에, 그 응력 인가가 전극의 수명에 미치는 영향은 크지 않다. 이에 비해, 본 발명의 고상 점접합 방법에서 인가되는 응력은, 통전 가열에 의한 승온에 의해서 형성되는 연화 영역을 국소 변형시켜서, 상기 금속 판재끼리를 접합하는 것을 목적으로 하고 있으며, 원하는 접합 온도에 있어서의 상기 금속 판재의 항복 강도 이상의 외부 응력으로 할 필요가 있다. 그 결과, 종래의 저항 스폿용접에서 사용되고 있는 전극을 사용하는 경우, 실온∼접합 온도에 있어서의 해당 전극의 강도 및 경도가 충분하지 않아, 지극히 수명이 짧아져 버린다.

이에 더하여, 전극과 누름부를 따로 따로 구성하는 것에 의해, 피접합 계면에 외부 응력을 인가하는 타이밍도 용이하게 제어할 수가 있다. 여기서, 상기 외부 응력을 인가하는 타이밍은, 본 발명의 효과를 해치지 않는 한에 있어서 딱히 한정되지 않지만, 피접합 계면에의 신생면 형성의 관점에서, 적당히 설정하면 된다. 외부 응력은 통전 후에 인가해도 되고, 통전 중에 인가해도 되며, 통전 전부터 인가해도 된다. 여기서, 통전 전부터 외부 응력을 인가함으로써, 접합 온도는 상기 외부 응력에 대응한 값으로 되고, 외부 응력을 접합 개시의 타이밍을 결정하는 트리거로서 사용할 수가 있다. 이에 더하여, 통전 전부터 외부 응력을 인가함으로써, 피접합 계면이 보다 밀착해서 전기 저항이 저하하기 때문에, 해당 영역에 적극적으로 통전 경로를 형성시킬 수 있어, 피접합 계면 근방을 보다 효율적으로 승온시킬 수가 있다. 또, 외부 응력은 일정 압력을 계속적으로 인가해도 되고, 순간적으로 인가해도 되며, 예를 들면 펄스형으로 인가해도 된다.

또한, 전극과 누름부를 따로 따로 구성하는 것에 의해, 누름부에 의한 밀어넣음양(押入量) 등에 대하여, 적당하게 제어할 수가 있다. 피접합 계면의 변형량은 누름부의 밀어넣음양에 의존하기 때문에, 그 밀어넣음양을 증가시킴으로써 신생면의 형성을 촉진시킬 수가 있다. 한편으로, 누름부의 밀어넣음양이 증가하면, 접합부 표면에 오목한 형태(凹狀)의 함몰부(窪)가 형성된다는 점에서, 외관상으로는 밀어넣음양을 저감시키는 것이 바람직하다. 즉, 신생면 형성의 관점과 접합부 표면 형상의 관점에서, 밀어넣음양을 최적화하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 고상 점접합 방법에 있어서는, 적어도 한쪽의 상기 전극의 주위 또는 내부에 배치된 누름부에 의해서 상기 외부 응력을 인가하는 것이 바람직하다. 상술한 대로, 종래의 저항 스폿용접에서 사용되고 있는 전극을 사용하면, 전극 수명이 짧아져 버린다는 점에서, 외부 응력을 인가하는 누름부와 통전하는 전극부는 별개로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 누름부에는 「통전」의 관점에서 재료 및 형상 등의 설계를 행할 필요가 없고, 「수명」의 관점에서 재료 및 형상 등을 최적화할 수가 있다.

여기서, 본 발명의 효과를 해치지 않는 한에 있어서, 누름부의 재료는 딱히 한정되지 않지만, 예를 들면 각종 공구강, 초경합금, 내열강 및 세라믹스 등을 사용할 수가 있고, 일반적인 펀치 및 다이스 등을 사용할 수도 있다. 또, 피접합재와의 응착 및 반응 등을 억제하기 위해서는, 누름부의 표면에 적당한 경질 세라믹스 피막을 형성시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 효과를 해치지 않는 한에 있어서, 경질 세라믹스 피막은 딱히 한정되지 않지만, 예를 들면 각종 절삭 공구 등에 사용되고 있는 PVD막 등을 사용할 수가 있다.

또, 본 발명의 고상 점접합 방법에 있어서는, 상기 외부 응력을 상기 접합 온도에 있어서의 상기 금속 판재의 유동 응력으로 하는 것이 바람직하다. 외부 응력을 접합 온도에 있어서의 금속 판재의 유동 응력으로 함으로써, 설정한 접합 온도에 있어서 피접합 계면 근방에 있어서의 연속적인 변형이 개시되어, 최소한의 압력으로 신생면끼리의 맞닿음(當接)에 의한 고상 접합을 안정되게(안정적으로) 달성할 수가 있다.

또, 본 발명의 고상 점접합 방법에 있어서는, 적어도 한쪽의 상기 금속 판재에 볼록부를 마련하고, 상기 볼록부를 다른쪽의 상기 금속판에 맞닿게 해서 상기 피접합 계면을 형성하는 것이 바람직하다. 금속 판재의 피접합부에 볼록부를 마련함으로써, 통전 시에 그 볼록부에 전류가 집중되어, 효율적으로 피접합 계면 근방의 온도를 상승시킬 수가 있다. 이에 더하여, 누름부로부터 인가되는 외부 응력에 의해서 볼록부가 소성 변형하여, 용이하게 고상 접합부를 형성할 수가 있다.

볼록부의 형성 방법은 본 발명의 효과를 해치지 않는 한에 있어서 딱히 한정되지 않고, 종래 공지의 갖가지 가공 방법을 사용할 수가 있다. 예를 들면, 금속 판재의 표면에 원고리형(圓環狀)의 오목부(凹部)를 마련하고, 그 중심에 볼록부(凸部)를 형성해도 되고, 적당한 프레스 가공 등을 사용하여 오목부를 형성해도 된다. 또, 오목부의 형상 및 사이즈는, 접합부의 형상이나 원하는 조인트 특성 등에 따라 적당히 조정하면 된다.

또, 본 발명의 고상 접합 방법에 있어서는, 상기 승온 후의 냉각에 의해서, 상기 응력 인가 공정에 있어서의 상기 금속 판재의 표면의 온도를 저하시키는 것이 바람직하다. 응력 인가 공정에서는 피접합 계면 근방의 연화 영역을 소성 변형시켜, 신생면끼리의 접합을 달성할 필요가 있지만, 누름부를 압입(壓入)하는 금속 판재의 표면이 연화되어 있는 경우, 누름부를 압입해도 연화된 금속재가 버(burr)형으로 배출되고, 피접합 계면 근방의 연화 영역을 충분히 소성 변형시킬 수 없어, 신생면끼리의 접합을 달성하는 것이 곤란하다.

이에 비해, 승온 공정의 통전에 의해서 피접합 영역을 가열한 후에, 냉각 시간을 마련함으로써, 금속 판재의 표면 근방의 온도를 저하시킬 수가 있다. 여기서, 냉각 시에는 피접합 계면 근방의 온도도 저하하지만, 표면 근방의 냉각 속도는 피접합 계면 근방의 냉각 속도보다도 크기 때문에, 피접합 계면 근방의 연화 영역은 어느 정도 유지한 상태에서, 금속 판재 표면을 경화시킬 수가 있다. 그 결과, 어느 정도 경화된 금속 판재 표면으로부터 누름부를 압입함으로써, 응력이 충분히 전달되어, 피접합 계면 근방의 연화 영역을 소성 변형시킬 수가 있다. 통전 후의 냉각에 관해서는, 통전을 정지한 후에 그대로 방치해서 공랭(空冷)해도 되고, 송풍 등의 종래 공지의 갖가지 방법으로 강제 냉각시켜도 된다.

또, 본 발명의 고상 점접합 방법에 있어서는, 상기 전극을 내포하도록 배치된 원통형의 성형 지그를 가지고, 상기 응력 인가 공정 후, 상기 성형 지그를 상기 금속 판재에 눌러서(압압하여), 상기 국소 변형에 기인해서 생기는 상기 금속 판재 간의 간극(隙間)을 감소시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 고상 접합 방법에서는, 통전에 의한 승온으로 형성된 연화 영역에 외부 응력을 인가하고, 연화 영역을 국소 변형시켜서 신생면을 형성할 필요가 있기 때문에, 그 국소 변형에 의해서 피접합재가 접합 영역의 주위로 흘러나와, 상하의 금속 판재 사이에 간극이 형성된다. 이에 비해, 전극을 내포하도록 배치된 원통형의 성형 지그에 의해서 접합 영역의 외주를 누르는 것에 의해, 금속 판재 간의 간극을 감소시킬 수가 있다. 본 발명의 효과를 해치지 않는 한에 있어서, 성형 지그의 재질, 형상 및 사이즈는 딱히 한정되지 않고, 피접합재의 재질, 형상 및 사이즈 등에 따라 적당히 선정하면 된다. 또, 성형 지그에 의한 누름압력에 대하여도, 피접합재의 재질, 형상 및 사이즈 등에 따라, 접합 프로세스에 의해서 형성되는 간극이 저감되도록, 적당히 설정하면 된다.

또, 본 발명의 고상 점접합 방법에 있어서는, 상기 금속 판재에 철계 금속 판재가 포함되고, 상기 접합 온도를 상기 철계 금속 판재의 A₁점 이하로 하는 것이 바람직하다. 종래의 저항 스폿용접에서는 피접합재가 용융되기 때문에, 점접합부에 있어서의 용융 응고 조직 및 열 영향부의 형성을 억제할 수 없어, 고장력 강판 등의 높은 강도를 가지는 철계 금속 판재의 강도 및 인성을 충분히 활용하는 것은 지극히 곤란하다. 또, 탄소 함유량이 많은 강에서는, 용융 응고에 수반하여 용접부에 균열 등이 생긴다는 점에서, 저렴한 탄소에 의해서 고강도화가 도모된 강재를 효과적으로 산업상 이용할 수가 없다. 이것들에 비해, 본 발명의 고상 점접합 방법에 있어서는 피접합재인 금속 판재가 용융되는 일이 없기 때문에, 고장력 강판이나 중고(中高)탄소 강판이더라도 접합 프로세스에 의한 강도 저하를 지극히 효율적으로 억제할 수가 있다.

또, 본 발명의 고상 점접합 방법에 있어서는, 이재(異材) 접합인 것이 바람직하다. 일반적으로, 이재 금속을 용융 용접한 경우, 접합 계면에 취약한 금속간 화합물 층이 형성되어, 조인트의 기계적 성질이 대폭 저하해 버린다. 이러한 현상은, 예를 들면 산업적인 용도가 넓은 강-알루미늄, 구리-알루미늄, 타이타늄(티탄)-알루미늄, 및 타이타늄-강 등에 있어서 현저하다는 점에서, 저항 스폿용접에 의해서 이러한 양호한 점접합부를 형성시키는 것은 곤란하다. 이에 비해, 본 발명의 고상 점접합 방법에서는 금속 판재를 용융시키지 않고, 신생면끼리의 맞닿음에 의한 저온 접합에 의해서 접합이 달성되기 때문에, 금속간 화합물의 형성을 지극히 효과적으로 억제할 수가 있다.

또, 본 발명의 고상 점접합 방법에 있어서는, 하기의 (1) 및/또는 (2)에 의해서, 접합 온도의 변화를 억제하는 것이 바람직하다.

(1) 상기 피접합 계면에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 상기 통전의 전류치를 증가시키는 전류 밀도 일정 제어

(2) 상기 피접합 계면에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 상기 응력 인가 공정에 있어서의 외부 하중을 증가시키는 외부 응력 일정 제어

금속 판재의 피접합 영역에, 원하는 접합 온도에 있어서의 상기 금속 판재의 항복 응력 이상의 외부 응력을 인가한 상태에서, 통전에 의해서 피접합 계면 근방을 승온시킨 경우, 피접합 계면에 있어서의 금속 판재 표면끼리의 밀착 상황은 시시각각 변화한다. 보다 구체적으로는, 밀착 면적은 증가해 간다는 점에서, 전류 밀도는 감소하게 된다. 또, 외부 하중을 일정하게 하는 경우, 밀착 면적의 증가에 기인해서, 외부 응력은 감소하게 된다. 여기서, 전류 밀도의 감소는 승온 속도를 저하시켜, 피접합 계면 근방을 원하는 접합 온도로 하는 것이 곤란한 경우가 발생한다. 또, 외부 응력의 감소는, 그 외부 응력으로 결정되는 접합 온도를 상승시키게 되어, 원하는 접합 온도를 정확하게 제어하는 것이 곤란한 경우가 발생한다.

이에 비해, 피접합 계면에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 통전의 전류치를 증가시키는 전류 밀도 일정 제어에 의해서, 피접합 계면 근방을 원하는 접합 온도까지 단시간에 또한 균일하게 승온시킬 수가 있다. 또, 피접합 계면에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 외부 하중을 증가시키는 외부 응력 일정 제어에 의해서, 원하는 접합 온도를 보다 정확하게 제어할 수가 있다. 전류 밀도 일정 제어 및 외부 응력 일정 제어의 구체적인 방법에 대하여는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 한에 있어서 딱히 한정되지 않고, 종래 공지의 갖가지 방법을 사용할 수가 있다. 예를 들면, 전류치나 외부 하중을 다단계로 설정하면 된다.

또한, 본 발명의 고상 점접합 방법에 있어서는, 상기 누름부의 선단부 밑면(底面)에 돌기부를 가지는 것이 바람직하다. 피접합 영역에 돌기부를 삽입한 후, 그 이외의 영역에서 더욱 누르는 것에 의해, 피접합 계면 근방에 있어서의 소성 변형을 촉진시킬 수 있고, 결함의 형성을 억제할 수가 있다. 이러한 선단부 밑면의 형상은, 본 발명의 효과를 해치지 않는 한에 있어서 딱히 한정되지 않고, 예를 들면 마찰 교반 접합용 툴이나 금속 가공 공구로서 제안되어 있는 형상을 사용할 수가 있다.

한편, 본 발명의 고상 점접합 방법에서 접합을 실시하는 금속 판재의 재질, 형상 및 사이즈는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 한에 있어서 딱히 한정되지 않고, 예를 들면 종래의 저항 스폿용접에서 대상으로 되는 금속 판재는 모두가 대상으로 된다.

또, 본 발명은,

다이렉트 방식, 인다이렉트 방식 또는 시리즈 방식에 의한 통전이 가능한 한 쌍의 전극을 포함하는 통전 기구와,

상기 통전 기구에 의해서 승온된 금속 판재의 피접합 계면에 압력을 인가할 수 있는 가압 기구를 가지는 것

을 특징으로 하는 금속 판재의 고상 점접합 장치도 제공한다.

본 발명의 금속 판재의 고상 점접합 장치의 최대 특징은, 통전 기구와는 별도로(따로), 금속 판재의 피접합 계면에 압력을 인가할 수 있는 가압 기구를 가지고 있는 것에 있다. 여기서, 종래의 저항 스폿용접 장치에 있어서 가압 기구를 가지는 경우, 그 가압 기구는 주로 피접합재를 맞닿게 해서 위치를 고정시키기 위해서 사용된다(즉, 피접합 계면에 압력을 인가하는 것은 아니다). 이에 비해, 본 발명의 금속재의 고상 점접합 장치에 있어서의 가압 기구는, 통전에 의한 승온으로 형성되는 연화 영역(피접합 계면)에 압력을 인가하여, 연화 영역을 국소 변형시켜서 상기 금속 판재끼리를 접합하는 것을 목적으로 하고 있다.

또, 본 발명의 금속 판재의 고상 점접합 장치에 있어서는, 상기 금속 판재에 맞닿는 상기 가압 기구의 선단부가 공구강, 초경합금, 니켈기 합금, 코발트기 합금 및 세라믹스 중의 어느것인가인 것이 바람직하다. 가압 기구에는 연화 영역을 국소 변형시켜서 피접합 계면에 신생면을 형성시키는 능력을 가지는 것과, 장수명인 것이 요구된다. 여기서, 가압 기구의 선단부를 공구강, 초경합금, 니켈기 합금, 코발트기 합금 및 세라믹스 중의 어느것인가로 함으로써, 충분한 강도 및 경도를 담보할 수가 있다. 여기서, 접합 온도가 비교적 낮은 경우는 공구강이나 초경합금을 사용하는 것이 바람직하고, 접합 온도가 비교적 높은 경우는 니켈기 합금이나 코발트기 합금, 접합 온도가 보다 높은 경우는 세라믹스를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 세라믹스를 사용함으로써, 피접합재의 응착 및 피접합재와의 반응을 억제할 수가 있다. 가압 기구의 선단부에 이 재료들의 벌크재를 사용해도 되고, 예를 들면 공구강의 표면에 세라믹스 피막을 형성시켜도 된다.

또, 본 발명의 금속 판재의 고상 점접합 장치에 있어서는, 상기 통전 기구에 의해서, 상기 피접합 계면 근방의 온도를 300∼1000℃로 승온 가능하고, 상기 가압 기구에 의해서, 상기 압력을 100∼1200 MPa의 범위에서 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 피접합 계면의 온도를 300∼1000℃로 승온시킴으로써, 갖가지 금속 판재에 관해서, 그 피접합 계면을 소형의 가압 기구에 의한 외력 인가(100∼1200 MPa)에 의해서 국부 변형이 발생할 정도로, 충분히 강도를 저하시킬 수가 있다.

또, 본 발명의 금속 판재의 고상 점접합 장치에 있어서는, 원하는 접합 온도의 설정에 의해, 상기 압력이 상기 접합 온도에 있어서의 상기 금속 판재의 유동 응력으로 되는 것이 바람직하다. 외부 응력을 접합 온도에 있어서의 금속 판재의 유동 응력으로 함으로써, 설정한 접합 온도에 있어서 피접합 계면 근방에 있어서의 연속적인 변형이 개시되어, 최소한의 압력으로 신생면끼리의 맞닿음에 의한 고상 접합을 안정되게 달성할 수가 있다.

유동 응력의 온도 의존성은 각 금속재 고유의 것이며, 고상 점접합 장치가 각 온도에 있어서의 유동 응력을 데이터베이스로서 보유해 둠으로써, 금속재의 종류와 원하는 접합 온도를 설정하면, 대응하는 압력을 결정할 수가 있다. 한편, 고상 점접합 장치에는 적어도 각종 철계 재료의 데이터베이스를 기록시켜 두는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 금속 판재의 고상 점접합 장치에 있어서는, 상기 전극이 대략 원통 형상을 가지고, 상기 가압 기구가 상기 전극의 내부 또는 주위에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 대략 원통 형상의 전극의 내부 또는 주위에 가압 기구를 가짐으로써, 그 전극에 의해서 통전 가열된 연화 영역(피접합 계면)에 대해서 효율적으로 외부 응력을 인가할 수가 있다. 이에 더하여, 전극과 가압 기구를 콤팩트하게 일체화시킬 수 있어, 금속 판재에 맞닿게 하는 기구를 소형화할 수가 있다. 여기서, 전극의 형상 및 사양(仕樣)은, 금속 판재의 표면으로부터 피접합 계면까지를 균질하게 가열할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다. 피접합 계면뿐만 아니라, 금속 판재의 표면으로부터 피접합 계면까지를 균질하게 연화시킴으로써, 가압 기구에 의한 국소 변형을 용이하게 달성할 수가 있다.

또, 본 발명의 금속 판재의 고상 점접합 장치에 있어서는, 하기의 (1) 및/또는 (2)에 의해서, 접합 온도의 변화를 억제하는 제어 기구를 가지는 것이 바람직하다.

(2) 상기 피접합 계면에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 상기 가압 기구에 의한 외부 하중을 증가시키는 외부 응력 일정 제어

이에 비해, 피접합 계면에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 통전의 전류치를 증가시키는 전류 밀도 일정 제어에 의해서, 피접합 계면 근방을 원하는 접합 온도까지 단시간에 또한 균일하게 승온시킬 수가 있다. 또, 피접합 계면에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 외부 하중을 증가시키는 외부 응력 일정 제어에 의해서, 원하는 접합 온도를 보다 정확하게 제어할 수가 있다. 전류 밀도 일정 제어 및 외부 응력 일정 제어의 구체적인 제어 기구에 대하여는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 한에 있어서 딱히 한정되지 않고, 종래 공지의 갖가지 제어 기구를 사용할 수가 있다. 예를 들면, 전류치나 외부 하중을 다단계로 설정할 수 있는 제어 기구를 적용하면 된다.

또한, 본 발명의 금속 판재의 고상 점접합 장치에 있어서는, 상기 누름부의 선단부 밑면에 돌기부를 가지는 것이 바람직하다. 피접합 영역에 돌기부를 삽입한 후, 그 이외의 영역에서 더욱 누르는 것에 의해, 피접합 계면 근방에 있어서의 소성 변형을 촉진시킬 수 있고, 결함의 형성을 억제할 수가 있다. 상기 선단부 밑면의 형상은, 본 발명의 효과를 해치지 않는 한에 있어서 딱히 한정되지 않고, 예를 들면 마찰 교반 접합용 툴이나 금속 가공 공구로서 제안되어 있는 형상을 사용할 수가 있다.

본 발명에 의하면, 피접합재인 금속재의 종류를 불문하고, 접합 온도의 정확한 제어가 가능하고, 접합 온도를 저온화할 수 있는 고상 점접합 방법, 및 그 고상 점접합 방법에 호적하게 사용할 수 있는 고상 점접합 장치를 제공할 수가 있다.

도 1은, 금속재의 항복 응력과 온도의 관계를 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 2는, 다이렉트 방식을 이용한 경우의 접합 준비 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 3은, 인다이렉트 방식을 이용한 경우의 접합 준비 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 4는, 시리즈 방식을 이용한 경우의 접합 준비 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 5는, 다이렉트 방식을 이용한 경우의 승온 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 6은, 인다이렉트 방식을 이용한 경우의 승온 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 7은, 시리즈 방식을 이용한 경우의 승온 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 8은, 다이렉트 방식에서 한쪽의 용접 전극에만 누름부를 구비한 경우의 응력 인가 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 9는, 다이렉트 방식에서 양쪽의 용접 전극에 누름부를 구비한 경우의 응력 인가 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다(패턴 1).
도 10은, 다이렉트 방식에서 양쪽의 용접 전극에 누름부를 구비한 경우의 응력 인가 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다(패턴 2).
도 11은, 누름부(12)의 대표적인 형상을 나타내는 모식도이다.
도 12는, 다이렉트 방식을 이용하는 경우의 고상 점접합 장치의 1양태를 나타내는 개략도이다.
도 13은, 도 11에 나타내는 고상 접합 장치의 용접 전극 근방의 확대도이다.
도 14는, 실시예에서 사용한 고상 점접합 장치의 전극 근방의 개략 단면도이다.
도 15는, 실시예(외부 하중 일정)에서 사용한 중심 가압축의 모식도이다.
도 16은, 실시예에서 얻어진 조인트의 외관 사진이다.
도 17은, 실시예에서 얻어진 조인트의 단면 매크로 사진이다.
도 18은, 실시예에서 얻어진 조인트의 모재의 SEM상(像)이다.
도 19는, 실시예에서 얻어진 조인트의 접합부의 SEM상이다.
도 20은, 실시예(다단계 하중 제어)에서 사용한 중심 가압축의 모식도이다.
도 21은, 실시예에서 얻어진 조인트의 단면 매크로 사진이다.
도 22는, 실시예에서 얻어진 조인트의 접합부의 미세 조직 사진이다.
도 23은, 3750 A에서 얻어진 조인트의 접합부 단부의 SEM상이다.
도 24는, 3750 A에서 얻어진 조인트의 접합부 단부의 결정 방위 맵이다.
도 25는, 실시예에서 얻어진 조인트의 접합부의 경도 분포를 나타내는 그래프이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 금속재의 고상 점접합 방법 및 고상 점접합 장치의 대표적인 실시형태에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이것들에만 한정되는 것은 아니다. 한편, 이하의 설명에서는, 동일 또는 상당 부분에는 동일한 부호를 부가하고, 중복된 설명은 생략하는 경우가 있다. 또, 도면은, 본 발명을 개념적으로 설명하기 위한 것이기 때문에, 표시된 각 구성요소의 치수나 그들의 비는 실제의 것과는 다른 경우도 있다.

(1) 금속재의 고상 점접합 방법

본 발명의 금속재의 고상 점접합 방법은, 두 장 이상의 금속 판재를 서로 겹치게 한(중첩시킨) 상태에서 협지하고, 피접합 계면을 형성하는 접합 준비 공정과, 한 쌍의 전극을 사용하여 다이렉트 방식, 인다이렉트 방식 또는 시리즈 방식에 의한 통전으로 피접합 계면을 승온시켜, 피접합 계면 근방에 연화 영역을 형성하는 승온 공정과, 원하는 접합 온도에 있어서의 금속 판재의 항복 강도 이상의 외부 응력을 연화 영역에 인가하는 응력 인가 공정을 가지고 있다. 이하, 누름부를 용접 전극의 내부에 구비하는 경우를 대표예로 해서, 각 공정에 대하여 상세하게 기술한다.

(1－1) 접합 준비 공정

접합 준비 공정에서는, 두 장 이상의 금속 판재를 서로 겹치게 한 상태에서 협지하고, 피접합 계면을 형성시킨다. 두 장 이상의 금속 판재를 적어도 피접합 영역에서 중첩시킨 상태에서 밀착시켜, 접합 행정에 있어서 이동하지 않도록 고정시키면 된다.

도 2는 다이렉트 방식을 이용한 경우의 접합 준비 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다. 금속 판재(2)와 금속 판재(4)를 중첩시켜서 피접합 계면(6)을 형성하고, 피접합 계면(6)의 상하로부터 용접 전극(8) 및 용접 전극(10)으로 금속 판재(2)와 금속 판재(4)를 협지하고 있다. 여기서, 도 2에 있어서는 용접 전극(8) 및 용접 전극(10)만으로 금속 판재(2)와 금속 판재(4)의 위치가 고정되어 있지만, 이것들 이외에 적당한 고정 지그를 사용해도 된다. 한편, 본 발명에 있어서의 용접 전극이란, 통전에 의해서 피접합 영역을 승온시키기 위한 것이고, 통상의 용접 전극과 같이 피접합재를 녹이는 것은 아니다.

또, 도 2에 있어서는, 금속 판재(2)의 표면에 배치된 용접 전극(8)의 내부에 누름부(12)가 구비되어 있지만, 용접 전극(10)에만 누름부(12)를 마련해도 되고, 용접 전극(8) 및 용접 전극(10)에 누름부(12)를 마련해도 된다. 접합 준비 공정에 있어서는, 누름부(12)는 용접 전극(8, 10) 밖으로 나오지 않도록 제어되고 있다.

접합 준비 공정에 있어서 용접 전극으로부터 인가하는 가압력은 금속 판재(2)와 금속 판재(4)를 밀착시키는 것이 목적이고, 통상의 저항 스폿용접과 마찬가지로 0.1∼수 MPa 정도로 충분하다. 또, 용접 전극(8) 및 용접 전극(10)의 재질, 형상 및 사이즈는 딱히 한정되지 않고, 종래 공지의 갖가지 저항 스폿용접용 전극과 마찬가지 전극을 사용할 수 있지만, 누름부(12)를 내부에 마련하는 경우에는 관통공을 형성시킬 필요가 있다.

도 3은 인다이렉트 방식을 이용한 경우의 접합 준비 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다. 금속 판재(2)와 금속 판재(4)를 중첩시켜서 피접합 계면(6)을 형성하고, 피접합 계면(6)의 위쪽(금속 판재(2) 측)으로부터 용접 전극(8)을 맞닿게 하고(당접시키고), 금속 판재(4)의 금속 판재(2)와 중첩되어 있지 않은 영역에 용접 전극(10)을 맞닿게 하고 있다. 이 경우, 피접합 계면(6)의 하측(금속 판재(4) 측)에는 용접 전극이 배치되어 있지 않기 때문에, 용접 전극(8) 및 누름부(12)에 의한 인가 응력에 견디기 위하여, 적당한 지그 등에 의해서 피접합 계면(6)의 하측(금속 판재(4) 측)을 지지하거나, 금속 판재(4) 자체에 충분한 강도를 부여할 필요가 있다.

도 4는 시리즈 방식을 이용한 경우의 접합 준비 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다. 금속 판재(2)와 금속 판재(4)를 중첩시키는 것은 다른 통전 방식과 마찬가지이지만, 시리즈 방식을 이용하는 경우는 피접합 계면(6)이 2군데(箇所) 형성되게 된다. 시리즈 방식의 경우, 용접 전극(8) 및 용접 전극(10)을 한쪽의 금속 판재 측으로부터 맞닿게 하게 되기 때문에, 용접 전극 이외의 수단으로 금속 판재(2, 4)를 지지할 필요가 있다. 또, 양쪽의 용접 전극의 하측에 가열부가 형성된다는 점에서, 용접 전극(8) 및 용접 전극(10)의 양쪽에 누름부(12)를 마련할 필요가 있다.

(1－2) 승온 공정

승온 공정은, 용접 전극(8) 및 용접 전극(10)을 사용한 통전에 의해서 피접합 계면(6)을 승온시켜, 피접합 계면(6) 근방에 연화 영역을 형성하는 공정이다.

도 5는 다이렉트 방식을 이용한 경우의 승온 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다(도면 중의 화살표는 전류를 나타내고 있다.). 다이렉트 방식을 이용한 경우, 용접 전극(8)으로부터 대향하여 배치된 용접 전극(10)에 통전되어, 피접합 계면(6)의 근방에 연화 영역(20)이 형성된다. 여기서, 다이렉트 방식의 경우는 전류 상태를 용접 전극(8)뿐만 아니라 용접 전극(10)에 의해서도 제어하는 것이 용이하다는 점에서, 누름부(12)에서 압력을 인가하는 영역(금속 판재의 표면∼피접합 계면(6))을 적확(的確)하게 연화시킬 수가 있다. 여기서, 본 발명의 금속재의 고상 점접합 방법에 있어서는, 최종적으로 접합 계면으로 되는 영역이 용융되는 일은 없지만, 예를 들면 계면에 플럭스 등을 배치한 경우는 그 플럭스 등을 용융시키는 것은 본 발명의 기술적인 범위에 포함된다. 또, 예를 들면 이재 접합을 행하는 경우, 피접합 계면에 있어서 저융점의 화합물이 생성되는 경우도 존재하지만, 최종적으로 그 용융 영역이 접합 계면으로부터 배출되는 경우는, 본 발명의 기술적인 범위에 포함된다.

도 6은 인다이렉트 방식을 이용한 경우의 승온 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다(도면 중의 화살표는 전류를 나타내고 있다.). 인다이렉트 방식을 이용한 경우, 용접 전극(10)을 용접 전극(8)과 대응해서 배치할 필요가 없기 때문에, 예를 들면 금속 판재(4)의 아래쪽에 용접 전극(10)을 배치하는 스페이스가 없는 경우에 호적하게 사용할 수가 있다. 한편, 인다이렉트 방식을 이용한 경우는, 용접 전극(8)의 아래쪽에 연화 영역(20)이 형성된다.

도 7은 시리즈 방식을 이용한 경우의 승온 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다(도면 중의 화살표는 전류를 나타내고 있다). 시리즈 방식을 이용한 경우, 용접 전극(8) 및 용접 전극(10)의 아래쪽에 있어서의 피접합 계면(6)을 동시에 승온시킬 수 있어, 연화 영역(20)을 효율적으로 형성시킬 수가 있다. 여기서, 2군데의 연화 영역(20)에 대해서 가압할 필요가 있다는 점에서, 용접 전극(8) 및 용접 전극(10)의 양쪽에 누름부(12)가 구비되어 있다.

통전하는 전류치는 일정하게 해도 좋지만, 승온 및 누름(押壓)에 의해서 피접합 계면(6)에 있어서의 금속 판재(4) 표면끼리의 밀착 상황은 시시각각 변화한다는 점에서, 밀착 면적의 증가에 수반하여 전류치를 증가시키는 것이 바람직하다. 전류치는 다단계로 증가시켜도 되고, 연속적으로 증가시켜도 된다. 피접합 계면(6)에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 통전의 전류치를 증가시키는 전류 밀도 일정 제어에 의해서, 피접합 계면(6) 근방을 원하는 접합 온도까지 단시간에 또한 균일하게 승온시킬 수가 있다.

(1－3) 응력 인가 공정

응력 인가 공정은, 원하는 접합 온도에 있어서의 금속 판재(2, 4)의 항복 강도 이상의 외부 응력을 연화 영역(20)에 인가하는 공정이다. 응력 인가 공정에 관해서는, 다이렉트 방식에 의한 통전을 사용하는 경우를 대표예로서 설명한다.

도 8은 다이렉트 방식에서 한쪽의 용접 전극에만 누름부를 구비한 경우의 응력 인가 공정의 1양태를 나타내는 단면 모식도이다. 금속 판재(2)의 표면 측으로부터 연화 영역(20)에 누름부(12)를 압입함으로써, 피접합 계면(6) 근방을 국소 변형시켜, 신생면끼리의 맞닿음에 의한 고상 접합을 달성한다. 이 경우, 누름부(12)를 압입한 금속 판재(2)의 표면에 오목부가 형성되게 된다. 여기서, 누름부(12)로의 외부 하중은, 통전 전에 인가해 두는 것이 바람직하다. 금속 판재(2)의 표면에 오목부가 형성되는 경우이더라도, 접합부에 외부 응력이 인가된 경우에 있어서, 균열의 발생 위치로부터 오목부 표면까지의 최단 거리를, 피접합재의 판두께보다도 길게 하는 것에 의해서, 접합부의 강도 및 신뢰성을 충분히 담보할 수가 있다.

도 9 및 도 10은 다이렉트 방식에서 양쪽의 용접 전극에 누름부를 구비한 경우의 응력 인가 공정의 1양태를 나타내는 모식도이다. 용접 전극(8) 및 용접 전극(10)의 양쪽에 누름부(12)를 구비한 경우, 주로 2개의 누름부(12)를 동시에 금속 판재의 표면으로부터 연화 영역(20)에 압입하는 패턴(패턴 1)과, 한쪽의 누름부(12)의 압입에 수반하여 다른쪽의 누름부(12)를 용접 전극 속으로 끌어들인(인입한) 후, 양쪽의 누름부(12)를 금속 판재의 표면까지 이동시키는 패턴(패턴 2)이 존재한다. 패턴 1의 1양태를 나타내는 단면 모식도를 도 9에, 패턴 2의 1양태를 나타내는 단면 모식도를 도 10에, 각각 나타낸다.

패턴 1에 있어서는, 금속 판재(2)의 표면으로부터 용접 전극(8)에 구비된 누름부(12)를 연화 영역(20)에 압입함과 함께, 금속 판재(4)의 표면으로부터 용접 전극(10)에 구비된 누름부(12)를 연화 영역(20)에 압입한다. 그 결과, 한쪽으로부터 누름부(12)를 압입하는 경우와 비교해서 피접합 계면(6) 근방에서의 국소 변형이 촉진되어, 보다 효과적으로 접합부를 형성할 수가 있다. 이 경우, 누름부(12)를 압입한 금속 판재(2) 및 금속 판재(4)의 표면에 오목부가 형성되게 된다.

또, 패턴 2에 있어서는, 금속 판재(2)의 표면으로부터 용접 전극(8)에 구비된 누름부(12)를 연화 영역(20)에 압입함과 함께, 용접 전극(10)에 구비된 누름부(12)를 용접 전극(10)의 내부로 끌어내린다. 압입하는 누름부(12)의 아래쪽에 오목부를 마련함으로써, 그 누름의 효과가 촉진되는 것에 더하여, 피접합 계면(6)이 굴곡된다는 점에서, 보다 강고한 접합 계면을 얻을 수가 있다. 여기서, 누름부(12)를 용접 전극(10)으로 끌어내리는 거리는 본 발명의 효과를 해치지 않는 한에 있어서 딱히 한정되지 않고, 접합부의 강도 및 외관 등을 고려해서 적당히 결정하면 되지만, 누름부(12)를 밀어넣는 거리와 동일 정도로 하는 것이 바람직하다.

이에 더하여, 패턴 2에 있어서는, 최종적으로 상하의 누름부(12)가 금속 판재(2, 4)의 표면에 위치하기 때문에, 금속 판재(2, 4)의 표면에 있어서의 오목부의 형성이 억제되어, 평활한 접합부 표면을 얻을 수가 있다.

또, 도면에는 나타내고 있지 않지만, 용접 전극(8, 10)을 내포하도록 배치된 원통형의 성형 지그를 마련하고, 응력 인가 공정 후, 성형 지그를 금속 판재(2, 4)의 표면으로부터 눌러서(압압하여), 누름부(12)의 압입에 의한 국소 변형에 기인해서 생기는 금속 판재 간의 간극을 감소시키는 것이 바람직하다. 한편으로, 응력 인가 공정 전부터 성형 지그에 의한 큰 압력이 인가되면, 국소 변형된 재료가 이동하는 스페이스가 감소한다는 점에서, 압력의 크기 및 인가 타이밍은 국소 변형 거동에 따라 적당히 조정하는 것이 바람직하다.

누름부(12)를 누르는 외부 하중은 일정하게 해도 되지만, 승온 및 누름에 의해서 피접합 계면(6)에 있어서의 금속 판재(4) 표면끼리의 밀착 상황은 시시각각 변화한다는 점에서, 밀착 면적의 증가에 수반하여 외부 하중을 증가시키는 것이 바람직하다. 외부 하중은 다단계로 증가시켜도 되고, 연속적으로 증가시켜도 된다. 피접합 계면(6)에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 외부 하중을 증가시키는 외부 응력 일정 제어에 의해서, 외부 응력에 의해서 결정되는 접합 온도를 보다 정확하게 제어할 수가 있다. 또, 통전의 전류치를 일정하게 한 경우, 밀착 면적의 증가에 수반하는 전류 밀도의 저하에 의해, 누름부(12)의 압입이 곤란한 상황으로 되는 경우가 존재하지만, 외부 하중을 증가시킴으로써, 누름부(12)를 원활하게 압입할 수가 있다.

누름부(12)의 대표적인 형상에 관한 모식도를 도 11에 나타낸다. 누름부(12)의 밑면에는 돌기부(30)가 마련되어 있고, 금속 판재(2)의 표면으로부터 돌기부(30)가 눌려진 후, 밑면부(32)가 압압된다. 돌기부(30)는 밑면부(32)를 포함하는 밑면 전체와 비교해서 면적이 작기 때문에, 금속 판재(2)에 원활하게 압입할 수가 있다. 이에 더하여, 돌기부(30)의 압입에 의해서 피접합 계면(6)으로부터 밀려 나온 재료가 밑면부(32)에서 찌부러뜨려져(부스러뜨려져), 피접합 계면(6)으로부터 배출됨으로써, 양호한 접합부를 얻을 수가 있다.

(2) 금속재의 고상 점접합 장치

본 발명의 금속재의 고상 점접합 장치는, 다이렉트 방식, 인다이렉트 방식 또는 시리즈 방식에 의한 통전이 가능한 한 쌍의 전극을 포함하는 통전 기구와, 통전 기구에 의해서 승온된 금속 판재의 피접합 계면에 압력을 인가할 수 있는 가압 기구를 가지는 것을 특징으로 하는 것이다. 이하, 다이렉트 방식을 이용하는 경우를 대표예로서 설명한다.

도 12는 다이렉트 방식을 이용하는 경우의 고상 점접합 장치의 1양태를 나타내는 개략도이다. 또, 도 13은 도 12에 나타내는 고상 접합 장치의 용접 전극 근방의 확대도이다. 통전 기구는, 용접 전극(8) 및 용접 전극(10)을 포함하고, 종래 일반적인 저항 스폿용접기와 마찬가지로, 용접 전원, 버스 바(bus bar) 및 각종 제어장치 등으로 구성되어 있다. 또, 가압 기구는, 누름부(12)를 서보프레스기로 오르내리게 하는(상하시키는) 기구로 되어 있다. 여기서, 용접 전극의 중앙에는 관통공이 마련되어 있고, 누름부(12)를 삽입할 수 있는 형상으로 되어 있다.

금속 판재에 맞닿는 가압 기구의 선단부(누름부(12)의 선단부)가 세라믹스인 것이 바람직하다. 가압 기구에는 연화 영역(20)을 국소 변형시켜서 피접합 계면(6)에 신생면을 형성시키는 능력을 가지는 것과, 장수명인 것이 요구된다. 여기서, 가압 기구의 선단부를 적당한 세라믹스로 함으로써, 충분한 강도 및 경도를 담보하면서, 피접합재의 응착 및 피접합재와의 반응을 억제할 수가 있다. 가압 기구의 선단부에 세라믹스의 벌크재를 사용해도 되고, 예를 들면 공구강의 표면에 세라믹스 피막을 형성시켜도 된다.

또, 통전 기구에 의해서, 피접합 계면(6) 근방의 온도를 300∼1000℃로 승온 가능하고, 가압 기구에 의해서, 인가 압력을 100∼1200 MPa의 범위에서 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 피접합 계면(6)의 온도를 300∼1000℃로 승온시킴으로써, 갖가지 금속 판재(2, 4)에 관해서, 피접합 계면(6)을 소형의 가압 기구(프레스기)에 의한 외력 인가(100∼1200 MPa)에 의해서 국부 변형이 생길 정도로, 충분히 강도를 저하시킬 수가 있다.

또, 본 발명의 금속 판재의 고상 점접합 장치에 있어서는, 원하는 접합 온도의 설정에 의해, 인가 압력이 접합 온도에 있어서의 금속 판재(2, 4)의 유동 응력으로 되는 것이 바람직하다. 외부 응력을 접합 온도에 있어서의 금속 판재(2, 4)의 유동 응력으로 함으로써, 설정한 접합 온도에 있어서 피접합 계면(6) 근방에 있어서의 연속적인 변형이 개시되어, 최소한의 압력으로 신생면끼리의 맞닿음에 의한 고상 접합을 안정되게 달성할 수가 있다. 여기서, 금속 판재(2)와 금속 판재(4)의 재질이 다른 경우, 양쪽의 금속 판재에 국소 변형이 생기는 인가 압력으로 하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 금속 판재의 고상 점접합 장치에 있어서는, 용접 전극(8, 10)이 대략 원통 형상을 가지고, 가압 기구가 용접 전극(8, 10)의 내부 또는 주위에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 또, 가압 기구는 용접 전극(8, 10)의 내부에 배치되어 있는 것이 보다 바람직하다. 대략 원통 형상의 용접 전극(8, 10)의 내부에 가압 기구를 가짐으로써, 용접 전극(8, 10)에 의해서 통전 가열된 연화 영역(20)(피접합 계면(6))에 대해서 효율적으로 외부 응력을 인가할 수가 있다. 이에 더하여, 용접 전극(8, 10)과 가압 기구를 콤팩트하게 일체화시킬 수 있어, 금속 판재(2, 4)에 맞닿게 하는 기구를 소형화할 수가 있다. 여기서, 용접 전극(8, 10)의 형상 및 사양은, 금속 판재(2, 4)의 표면으로부터 피접합 계면(6)까지를 균질하게 가열할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다. 피접합 계면(6)뿐만 아니라, 금속 판재(2, 4)의 표면으로부터 피접합 계면(6)까지를 균질하게 연화시킴으로써, 가압 기구에 의한 국소 변형을 용이하게 달성할 수가 있다.

피접합 계면(6)에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 통전의 전류치를 증가시키는 전류 밀도 일정 제어에 의해서, 피접합 계면(6) 근방을 원하는 접합 온도까지 단시간에 또한 균일하게 승온시킬 수가 있다. 또, 피접합 계면(6)에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 외부 하중을 증가시키는 외부 응력 일정 제어에 의해서, 원하는 접합 온도를 보다 정확하게 제어할 수가 있다. 전류 밀도 일정 제어 및 외부 응력 일정 제어의 구체적인 제어 기구에 대하여는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 한에 있어서 딱히 한정되지 않고, 종래 공지의 갖가지 제어 기구를 사용할 수가 있다. 예를 들면, 전류치나 외부 하중을 다단계로 설정할 수 있는 제어 기구를 적용하면 된다.

또한, 본 발명의 금속 판재의 고상 점접합 장치에 있어서는, 누름부(12)의 선단부 밑면에 돌기부를 가지는 것이 바람직하다. 누름부(12)의 대표적인 형상에 관한 모식도를 도 11에 나타내고 있지만, 피접합 영역에 돌기부(30)를 삽입한 후, 밑면부(32)에서 더욱 누르는 것에 의해, 피접합 계면(6) 근방에 있어서의 소성 변형을 촉진시킬 수 있고, 결함의 형성을 억제할 수가 있다. 또, 접합의 예비 처리로서 금속 판재(2)에 볼록부를 마련하고 싶은 경우, 돌기부(30)를 이용해서, 소성 가공할 수가 있다. 그 선단부 밑면의 형상은, 본 발명의 효과를 해치지 않는 한에 있어서 딱히 한정되지 않고, 예를 들면 마찰 교반 접합용 툴이나 금속 가공 공구로서 제안되어 있는 형상을 사용할 수가 있다.

이상, 본 발명의 대표적인 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것들에만 한정되는 것은 아니고, 갖가지 설계 변경이 가능하고, 이러한 설계 변경은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

실시예

《외부 하중 일정에 의한 고상 점접합》

피접합재에 150 ㎜×50 ㎜×2 ㎜의 중탄소강(JIS－S45C) 판재를 사용하여, 본 발명의 고상 점접합을 실시했다. 이 중탄소강 판재는 페라이트·펄라이트 조직을 가지고 있다. 두 장의 중탄소강 재를 십자로 서로 겹치게 하고(중첩시키고), 본 발명의 고상 선접합에 의해서 접합했다.

도 14에 고상 점접합에 사용한 고상 점접합 장치의 전극 근방의 개략 단면도를 나타낸다. 그 고상 점접합 장치는, 중심 가압축(누름부)과, 원통 형상의 통전용 구리 전극을 구비하고 있다. 중심 가압축은 초경합금제이며, 최대 적용 추력(推力)이 40 kN의 AC 서보프레스기에 의해서 피접합 영역을 누를 수가 있다. 중심 가압축의 모식도를 도 15에 나타낸다. 또, 원통 형상의 구리 전극은 에어 실린더에 의해 경하중을 인가할 수 있고, 중심 가압축과는 별도의 구동으로 제어되고 있다. 구리 전극에 통전하기 위한 전원에는, 5000 A에서 최장 9초의 통전이 가능한 주식회사 아마다미야치제의 IS－300 A를 사용했다.

구리 전극의 가압력을 3.4 kN으로 해서 서로 겹치게 한 피접합재를 상하로부터 사이에 끼워넣어, 그 피접합재를 고정시켰다. 다음에, 구리 전극으로부터 3500∼5000 A의 전류를 통전해서 피접합재를 가열하고, 1000 MPa의 압력으로 중심 가압축을 피접합 영역의 상하로부터 압입했다.

전류치를 4500 A, 통전 시간을 2초로 해서 얻어진 조인트의 외관 사진을 도 16에 나타낸다. 피접합재의 중심에 점접합부가 형성되어 있다는 것을 알 수 있다. 그 점접합부를 도면 중의 점선으로 절단한 단면의 매크로 사진을 도 17에 나타낸다. 중심 가압축에 의한 누름에 의해서 접합부의 상하는 오목한 형태로 되어 있고, 성형 지그를 사용하고 있지 않다는 점에서, 접합부의 주위는 융기된 상태로 되어 있다.

도 17에 나타내는 1 내지 4의 각 점에 관해서, 마이크로비커스 경도계로 경도 측정을 행했더니, 측정점 1：243 HV, 측정점 2：265 HV, 측정점 3：281 HV, 측정점 4：274 HV였다. 측정점 1은 모재, 측정점 2∼4는 접합부이고, 접합부는 모재와 동등한 경도를 가지고 있다는 것을 알 수 있다. 이 결과는, 접합부에 있어서 접합의 입열(入熱)에 기인하는 마르텐사이트 변태가 발생하지 않은 것을 의미하고 있다. 한편, 비커스 경도 측정은 하중：0.1 kgf, 하중 부하 시간：15 s의 조건으로 했다.

모재(측정점 1) 및 접합부(측정점 2)에 대해서, 주사 전자현미경(SEM)을 사용하여 미세 조직 관찰을 행했다. 한편, SEM으로는 니혼 덴시(日本電子) 주식회사제의 JSM－7001FA를 사용했다. 모재 및 접합부의 SEM상을 도 18 및 도 19에 각각 나타낸다. 모재는 중탄소강의 전형적인 페라이트·펄라이트 조직으로 되어 있다. 이에 비해, 접합부에서는 시멘타이트가 미세하게 분포하고, 페라이트 알갱이(粒)도 편평한 형상으로 존재하고 있다. 또 일부의 시멘타이트는 구형화(球狀化)가 일어나고 있다. 이것은, 중심 가압축을 누르는 것에 의한 소성 변형에 수반하여, 펄라이트가 미세하고 분단됨과 함께, 페라이트 알갱이가 편평한 결과이다. 또 통전에 의한 가열의 영향을 받아, 구형 시멘타이트가 석출되었다고 생각된다. 이러한 결과는, 본 발명의 고상 점접합 방법에 의해서, 마르텐사이트 변태를 수반하지 않는 A₁점 이하에서의 점접합이 달성된 것을 나타내고 있다.

《다단계 하중 제어에 의한 고상 점접합》

도 20에 나타내는 형상을 가지는 중심 가압축을 사용하여, 전류치를 3250 A, 3500 A, 3750 A의 어느것인가로 하고, 150 ㎜×50 ㎜×1.6 ㎜의 중탄소강(JIS－S45C) 판재를 피접합재로 해서 고상 점접합을 실시했다. 접합 프로세스로서는, (1)：피접합재인 판재를 구리 전극 사이에 끼우고(협지하고), (2)：구리 전극에 대해서 임의의 설정 하중을 인가한다. 그 후, (3)：중심 가압축에 대해 1단계째의 설정 하중을 인가한다. (4)：가압을 한 채로 통전을 개시하고, 피접합 계면에서 온도가 상승하여 재료의 변형이 발생한다. (5)：변형이 진행해서, 설정된 1단계째의 업셋길이(寄代)(중심 가압축의 밀어넣음양 설정치)의 변형이 완료되면, (6)：중심 가압축에 대해 2단계째의 설정 하중을 인가한다. (7)：(5) 및 (6)의 프로세스를 반복하여, 9단계째까지 하중을 증가시킨다. 실제로 설정한 인가 하중과 업셋길이의 값을 표 1에 나타낸다. 1단계째부터 9단계째까지를 끊김 없이, 연속적으로 행함으로써, 마치 하나의 프로세스와 같이 접합을 완료시킬 수가 있다.

표 1에 나타내는 바와 같이 하중을 변화시켜, 각 전류치에서 얻어진 조인트의 단면 사진을 도 21에 나타낸다. 전류치의 증가에 수반하여 접합 계면의 직경이 증가되고 있다. 또, 도 22에 각 조인트의 접합 계면에 있어서의 미세 조직을 나타낸다. 어떤 전류치에 있어서도, 중심부의 미세 조직은, 모재와 마찬가지인 페라이트와 펄라이트로 이루어지는 조직이었다. 접합 계면 근방에는 미세한 페라이트 알갱이가 존재하고 있었다. 이것은 대하중의 인가에 의해 거대한 왜곡(일그러짐)이 도입되며, 또한 접합부의 온도가 상승한 것에 의해, 동적 재결정이 생겼다고 생각된다. 또, 접합 계면 근방에서는, 미세한 시멘타이트가 접합 계면 근방에 분포하고, 일부의 시멘타이트는 구형화되어 있었다. 이것은, 중심 가압축의 누름에 수반하는 소성 변형에 의해, 펄라이트가 미세하게 분단됨과 함께 통전에 의한 승온에 의해 구형화되었다고 생각된다. 접합 계면 단부의 미세 조직은, 전류치 3250 A와 3500 A의 조건에서는 중심부와 마찬가지의 페라이트와 펄라이트로 이루어지는 조직이었다. 중심부와는 달리, 접합 계면 근방에서 미세한 시멘타이트 알갱이는 감소되고 있다. 온도의 상승에 수반하여 시멘타이트가 고용(固溶)했다고 생각된다.

도 23에, 전류치 3750 A의 조건에서 얻어진 조인트의 단부로부터 1 ㎜ 내측의 영역에 있어서 촬영한 SEM 사진을 나타낸다. 그 영역에 있어서는, 페라이트와 시멘타이트로 이루어지는 조직이 형성되어 있다는 것을 확인할 수 있다.

도 24에, 중심부 및 단부로부터 1 ㎜ 내측의 영역에 있어서의 결정 방위 맵(IPF)을 나타낸다. 단부의 평균 결정립(結晶粒) 지름은 1.7 ㎛였다. 모재의 평균 결정립 지름은 약 14 ㎛로 되고 있다는 점에서, 동적 재결정에 의한 미세화가 발생했다고 생각된다. 단부에 있어서의 미세립(微細粒)의 분포는, 접합 계면 근방뿐만 아니라 계면으로부터 떨어진 영역에 있어서도 확인되었다는 점에서, 넓은 범위에서 동적 재결정이 생겼다는 것을 알 수 있다. 한편, 중심부에서는 계면의 극히 근방에서만 동적 재결정이 생기고 있었다. 동적 재결정은, 일반적으로 고온 또는 고왜곡으로 될수록 촉진된다는 점에서, 단부에서는 중심부보다도 고온이었기 때문에, 동적 재결정이 촉진되어, 미세한 조직의 형성을 가져왔다고 생각된다.

도 25에, 각 전류치에서 얻어진 조인트 단면의 경도(딱딱함) 분포를 나타낸다. 경도 분포의 측정은, 도 25에 나타낸 단면 사진 상의 점선을 따라 실시했다. 또, 모재의 평균 경도를 점선으로 나타내고 있다. 모든 전류치의 조건에 있어서, 접합부의 중심의 경도는 모재와 동등한 250 HV 정도이고, 중심부에서는, A₁점 이상의 온도에 도달되어 있지 않았다고 생각된다.

전류치 3250 A와 3500 A의 조건에 있어서의 단부의 경도는, 모재와 동등한 250 HV 정도였다. 이 결과로부터, 3250 A와 3500 A의 조건에서는, 접합부 전체에서 마르텐사이트 변태를 수반하지 않고 A₁점 이하에서의 접합을 달성할 수 있었다는 것을 확인할 수 있다. 전류치 3750 A의 조건에 있어서의 단부의 경도는 380 HV 정도이고, 모재보다도 높은 값을 나타냈다. 이 접합 조건에 있어서의 단부의 미세 조직은 페라이트와 마르텐사이트였다는 점에서, 경질인 마르텐사이트의 형성에 의해, 단부에 있어서 경도가 상승했다고 생각된다. 한편, 경도가 상승한 영역은 단부로부터 약 1 ㎜ 정도의 폭이며, 매우 좁은 영역이다.

표 2에 다단계 하중 제어를 이용한 각 접합 조건에서 얻어진 조인트의 전단 인장 강도를 나타낸다. 전류치의 증가에 수반하여, 전단 인장 강도가 향상되고 있다. 전류치를 증가시킴으로써 피접합 계면 근방이 신속하게 연화되고, 중심 가압축의 압입에 의한 소성 변형으로 신생면끼리의 밀착이 진행된다. 여기서, 피접합 계면 근방의 승온이 신속하게 달성됨으로써 소성 변형이 충분히 행해져, 접합 면적이 증대한 것이 강도의 향상에 기여한 원인의 하나라고 생각된다.

용융 용접의 경우, 취화(脆化)를 일으키지 않는 재료로, 이번에 피접합재로서 사용한 중탄소강(JIS－S45C)과 동등한 인장 강도(720 MPa)를 갖는 재료에 있어서, 5√t의 너겟 지름을 가지는 저항 스폿용접 조인트의 전단 인장 강도의 예측치는 15.8 kN으로 된다(용접 학회 논문집, ｖol.14,　No.4,　p.754－761(1996)). 본 발명의 고상 접합법에 의해, 이것과 동등 이상의 값이 얻어지고 있으며, 본 발명의 고상 접합법을 이용함으로써, 용융 용접이 지극히 곤란한 중탄소강에 있어서도 양호한 접합부가 얻어진다는 것을 알 수 있다.

2, 4…금속 판재,
6…피접합 계면,
8, 10…용접 전극,
12…누름부,
20…연화 영역,
30…돌기부,
32…밑면부.

Claims

금속 판재를 서로 겹치게 하여 점접합하는 고상 접합 방법으로서,
두 장 이상의 상기 금속 판재를 서로 겹치게 한 상태에서 협지하고, 피접합 계면을 형성하는 접합 준비 공정과,
한 쌍의 전극에 의한 통전에 의해서 피접합 계면을 승온시켜, 상기 피접합 계면 근방에 연화 영역을 형성하는 승온 공정과,
원하는 접합 온도에 있어서의 상기 금속 판재의 항복 강도 이상의 외부 응력을 상기 연화 영역에 인가하는 응력 인가 공정을 가지고,
상기 연화 영역을 국소 변형시켜서 상기 금속 판재끼리를 접합하는 것
을 특징으로 하는 금속 판재의 고상 점접합 방법.
제1항에 있어서,
적어도 한쪽의 상기 전극의 내부 또는 주위에 배치된 누름부(押壓部)에 의해서, 상기 외부 응력을 인가하는 것을 특징으로 하는 금속 판재의 고상 점접합 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 외부 응력을 상기 접합 온도에 있어서의 상기 금속 판재의 유동 응력으로 하는 것을 특징으로 하는 금속 판재의 고상 점접합 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 승온 공정에 있어서의 상기 통전을, 다이렉트 방식, 인다이렉트 방식 또는 시리즈 방식으로 하는 것을 특징으로 하는 금속 판재의 고상 점접합 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 한쪽의 상기 금속 판재에 볼록부를 마련하고,
상기 볼록부를 다른쪽의 상기 금속판에 맞닿게 해서 상기 피접합 계면을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 판재의 고상 점접합 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 승온 후의 냉각에 의해서, 상기 응력 인가 공정에 있어서의 상기 금속 판재의 표면의 온도를 저하시키는 것을 특징으로 하는 금속 판재의 고상 점접합 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극을 내포하도록 배치된 원통형의 성형 지그를 가지고,
상기 응력 인가 공정 후, 상기 성형 지그를 상기 금속 판재에 눌러서, 상기 국소 변형에 기인해서 생기는 상기 금속 판재 간의 간극을 감소시키는 것을 특징으로 하는 금속 판재의 고상 점접합 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 판재에 철계 금속 판재가 포함되고,
상기 접합 온도를 상기 철계 금속 판재의 A₁점 이하로 하는 것을 특징으로 하는 금속 판재의 고상 점접합 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
이재(異材) 접합인 것을 특징으로 하는 금속 판재의 고상 점접합 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
하기의 (1) 및/또는 (2)에 의해서, 접합 온도의 변화를 억제하는 것을 특징으로 하는 금속 판재의 고상 점접합 방법.
(1) 상기 피접합 계면에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 상기 통전의 전류치를 증가시키는 전류 밀도 일정 제어
(2) 상기 피접합 계면에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 상기 응력 인가 공정에 있어서의 외부 하중을 증가시키는 외부 응력 일정 제어.
제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 누름부의 선단부 밑면(底面)에 돌기부를 가지는 것을 특징으로 하는 금속 판재의 고상 점접합 방법.
다이렉트 방식, 인다이렉트 방식 또는 시리즈 방식에 의한 통전이 가능한 한 쌍의 전극을 포함하는 통전 기구와,
상기 통전 기구에 의해서 승온된 금속 판재의 피접합 계면에 압력을 인가할 수 있는 가압 기구를 가지는 것
을 특징으로 하는 금속 판재의 고상 점접합 장치.
제12항에 있어서,
상기 금속 판재에 맞닿는 상기 가압 기구의 선단부가 공구강, 초경합금, 니켈기 합금, 코발트기 합금 및 세라믹스 중의 어느것인가인 것을 특징으로 하는 고상 점접합 장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 통전 기구에 의해서, 상기 피접합 계면 근방의 온도를 300∼1000℃로 승온 가능하고,
상기 가압 기구에 의해서, 상기 압력을 100∼1200 MPa의 범위에서 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 고상 점접합 장치.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
원하는 접합 온도의 설정에 의해, 상기 압력이 상기 접합 온도에 있어서의 상기 금속 판재의 유동 응력으로 되는 것을 특징으로 하는 고상 점접합 장치.
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극이 대략 원통 형상을 가지고,
상기 가압 기구가 상기 전극의 내부 또는 주위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고상 점접합 장치.
제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
하기의 (1) 및/또는 (2)에 의해서, 접합 온도의 변화를 억제하는 제어 기구를 가지는 것을 특징으로 하는 고상 점접합 장치.
(1) 상기 피접합 계면에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 상기 통전의 전류치를 증가시키는 전류 밀도 일정 제어
(2) 상기 피접합 계면에 있어서의 밀착 면적의 증가에 수반하여 상기 가압 기구에 의한 외부 하중을 증가시키는 외부 응력 일정 제어.
제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가압 기구의 상기 선단부의 밑면에 돌기부를 가지는 것을 특징으로 하는 고상 점접합 장치.