KR20230001146A - 열간성형부재의 저항 점 용접 방법 - Google Patents

열간성형부재의 저항 점 용접 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열간성형부재의 저항 점 용접 방법에 관하 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 소재로 적합한 열간성형부재의 저항 점 용접 방법에 관한 것이다.

Description

열간성형부재의 저항 점 용접 방법 {METHOD FOR RESISTANCE SPOT WELDING OF HOT PRESS FORMED MEMBER}
본 발명은 열간성형부재의 저항 점 용접 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 소재로 적합한 열간성형부재의 저항 점 용접 방법에 관한 것이다.
지속적으로 지구 온난화 현상이 심화됨에 따라, 전 세계적으로 탄소 배출에 대한 규제강화 및 대체 에너지 개발 등 친환경 정책이 주목받고 있다.
특히, 자동차 산업에서는 연료 소비 효율을 향상시키기 위한 차체 경량화 및 탑승자의 충돌 안정성 보증을 위해 적용되는 소재의 고강도화를 강력하게 요구하고 있다.
철강 소재의 고강도화 전략은 합금원소량(주로 탄소, 망간, 실리콘 등)을 증가시킴으로써 달성할 수 있는데, 이러한 고합금 소재는 실제 산업분야에 적용함에 있어서 용접성을 저해하는 주된 요인으로 알려져 있다.
구체적으로, 소재의 성분에 따라 경화능을 나타내는 척도인 탄소당량(carbon equivalent, Ceq)의 증가는 저항 용접을 실시한 후 용융부(weldment) 취화 및 열영향부(Heat Affected Zone, HAZ)의 강도 하락 즉, 연화 현상을 야기하는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 합금소재 자체의 저항이 높아짐에 의해 과입열에 따른 터짐(expulsion) 또는 날림(splash) 현상을 조기에 일으킬 위험성이 존재하므로, 자동차 부품에 요구되는 용접부 물성 확보에 많은 어려움이 있다.
한편, 자동차용 소재로 그 사용이 증가되고 있는 열간성형용 강판의 경우, 소재의 강도 상승을 위해 투입되는 합금량을 최소화하되, 고온의 오스테나이트 상에서 급속 냉각을 통해 탄소의 과포화에 따른 마르텐사이트 상을 확보함으로써 요구되는 고강도 물성 및 재질을 확보하는 특징이 있다.
이러한 열간성형용 강판을 고온의 오스테나이트 상에서 소재를 압연 또는 성형함으로써 복잡한 구조의 부품 형상을 얻을 수 있으며, 상온에서 가공시 소재가 변형 전으로 돌아가고자 하는 현상인 스프링백(Spring Bark) 현상을 억제하는 효과가 있어, 자동차용 부품 제조에 큰 장점이 되는 소재 중 하나이다.
다만, 열간성형용 강판의 성형을 위해 고온으로 열처리하는 과정에서 극표층 탄소가 빠져나가는 현상인 탈탄(Decarbonation)이 일어나는 바, 이를 방지하기 위해서는 강판 표면에 도금이 요구되며, 이때 아연 도금 대비 상대적으로 융점이 높은 알루미늄 도금이 열간성형용 강판에 주로 사용되고 있다.
그런데, 알루미늄계 도금이 행해진 열간성형용 강판의 성형을 위한 고온 열처리시, 도금층 내로 Fe 확산이 이루어져 Fe-Al계 금속간화합물층이 형성되며, 열처리가 행해지는 로(furnace) 내 분위기가 주로 대기 분위기로 조성됨에 따라 표면에서 산화층이 두텁게 발생하는 것도 피할 수 없다.
이와 같이, 표면에 산화층, Fe-Al계 금속간화합물층 등이 두텁게 형성된 도금강재는 저항 점 용접시 다른 강종 대비 높은 저항값을 가지게 됨에 따라, 낮은 용접 전류를 인가하더라도 과도한 입열이 발생하게 되며, 이는 용융물이 외부로 비산되는 터짐 또는 날림을 빈번하게 발생시키게 된다.
또한, 열간성형을 위한 열처리 과정에서 형성된 Fe-Al계 금속간화합물층은 경도가 높아 취화가 잘 일어나는 바, 저항 점 용접을 행한 후 일정 이상의 용접부 강도, 즉 강건한 용접부를 확보하는 데에 어려움이 있다.
상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 방안으로서, 열처리 로 내의 분위기를 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 가스로 조성하거나, 이슬점을 제어하는 방법을 통해 표면 산화층의 성장을 억제하는 방안, 높은 저항에 따른 과도한 입열 현상을 제어하기 위해 표층 산화물과 Fe-Al계 금속간화합물층을 물리적으로 제거하는 방안(Ablation) 등이 제시되어 왔다. 하지만, 부가적인 생산 공정에 의한 제조비용의 상승을 피할 수 없기에, 실제 현장에서 적용하기에는 제약이 있다.
그럼에도 불구하고, 최근 인장강도 2.0GPa에 달하는 알루미늄 도금된 열간성형용 강판이 개발되고 있으며, 이들 강에는 탄소를 포함한 합금원소가 더욱 많이 첨가(high carbon equivalent)될 뿐만 아니라, 열간성형을 위한 열처리시 상대적으로 고온 및 장시간이 요구되는 가혹한 열처리 조건을 피할 수 없는 실정이다.
따라서, 알루미늄 도금된 열간성형용 강판을 고온에서 열처리 및 성형한 후 얻은 열간성형부재의 저항 점 용접시, 별도의 추가 공정없이 용접성의 향상과 더불어 요구되는 용접부 물성을 확보할 수 있는 방안의 개발이 요구된다.
한국 등록특허공보 제10-1696121호
본 발명의 일 측면은, 알루미늄계 도금된 열간성형용 강판을 고온에서 열처리 및 성형함으로써 얻은 열간성형부재의 저항 점 용접시 용접성을 향상시키면서, 용융부 내 금속성 기체에 의한 공공(void) 또는 기공(pore)을 효과적으로 저감시켜 일정 수준 이상의 용접부 물성을 확보할 수 있는 저항 점 용접 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은, 소지강판 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 알루미늄계 도금층을 포함하는 열간성형용 강판을 열간성형하여 얻은 열간성형부재를 2매 이상 준비하는 단계; 상기 열간성형부재의 용접 부위에 전극을 접촉 및 가압하는 단계; 상기 전극이 가압된 상태에서 1차 통전을 행하는 단계; 상기 1차 통전을 완료한 후 냉각하는 단계; 및 상기 냉각 후 2차 통전을 행하는 단계를 포함하며,
상기 열간성형부재는 상기 전극이 접촉하는 면에 알루미늄계 도금층을 포함하고, 상기 1차 통전은 하기 식(1) 및 식(2)를 만족하는 조건으로 행하는 것을 특징으로 하는 열간성형부재의 저항 점 용접 방법을 제공한다.
[식(1)]
Figure pat00001
(여기서, Ceq는 소지강판의 탄소당량으로 하기 식 (2)로 나타내며, tp는 알루미늄계 도금층의 편면 두께(㎛), t는 1차 통전 시간[s], I는 1차 통전시 용접 전류[kA]이다.)
[식(2)]
Figure pat00002
(여기서, 탄소당량(Ceq)은 상기 소지강판의 탄소당량(Ceq)로서, 각 원소는 중량 함량을 의미한다.)
본 발명에서 제공하는 용접 방법에 의해 자동차용 소재로 적합한 고강도 소재, 특히 알루미늄계 도금된 열간성형용 강판을 고온에서 열처리 및 성형하여 얻은 열간성형부재의 저항 점 용접시, 초기 저항값을 낮추를 효과를 통해 조기 터짐(expulsion)을 방지할 수 있다. 그에 따라, 금속증기 발생에 기인한 용융부 내 공공(void) 또는 기공(pore)의 형성을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 양호한 용접부의 확보 및 건전한 기계적 물성을 갖는 강건한 용접부를 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에서 제공하는 저항 점 용접 방법의 한 가지 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명예의 용접부 단면을 광학현미경으로 관찰한 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비교예의 용접부 단면을 광학현미경으로 관찰한 사진을 나타낸 것이다.
본 발명의 발명자들은 자동차용 소재로 그 사용이 점차 증가되고 있는 열간성형용 강판, 예컨대 알루미늄계 도금된 열간성형용 강판을 고온에서 열처리 및 성형하여 얻은 열간성형부재의 저항 점 용접시 용접부 내 공공 또는 기공의 발생에 따른 용접부 강도 저하 현상 등을 최소화할 수 있는 방안에 대하여 깊이 연구하였다.
특히, 본 발명은 저항 점 용접 공정 이외의 비용의 상승이 예상되는 추가적인 공정을 행하지 않으면서, 용접성의 향상과 함께 요구되는 용접부 물성을 확보할 수 있는 용접 방법을 제공함에 기술적 의의가 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 열간성형부재의 저항 점 용접 방법은 알루미늄계 도금층을 포함하는 고강도 열간성형부재를 2매 이상 준비하는 단계; 상기 열간성형부재의 용접 부위에 전극을 접촉 및 가압하는 단계; 상기 전극이 가압된 상태에서 1차 통전을 행하는 단계; 상기 1차 통전을 완료한 후 냉각하는 단계; 및 상기 냉각 후 2차 통전을 행하는 단계를 포함할 수 있다.
하기에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
우선, 저항 점 용접을 행하고자 하는 피용접재로서 고강도 소재, 특별히 알루미늄계 도금층을 포함하는 고강도 열간성형부재를 2매 이상 준비한다.
상기 고강도 열간성형부재는 인장강도 1.0GPa 이상을 가지는 강으로서, 보다 바람직하게 상기 고강도 열간성형부재는 소지강판 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 알루미늄계 도금층이 형성된 열간성형용 강판을 열간성형하여 얻어진 것일 수 있다.
상기 알루미늄계 도금층을 형성하기 위한 소지강판은 자동차용 소재로서 적용 가능한 탄소강이라면 어떠한 강(steel)도 무방하나, 한 가지 예로서, 상기 탄소강은 탄소(C), 망간(Mn) 등을 일정량으로 함유하고, 대략 1.05GPa 이상의 인장강도를 갖는 변태유기소성(TRIP)강, 복합조직(CP)강, 이상조직(DP)강 등일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아님을 밝혀둔다.
본 발명에서는 합금조성이 중량%로 탄소(C): 0.20~0.25%, 망간(Mn): 0.3~1.4%, 실리콘(Si): 0.01~0.40%, 인(P): 0.001~0.025%, 황(S): 0.001~0.010%, 보론(B): 0.001~0.005%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 구성된 보론 첨가강을 이용할 수 있음을 밝혀둔다.
상기 알루미늄계 도금층은 통상의 알루미늄 도금 방법에 의해 형성할 수 있으므로, 도금 조건에 대해서는 특별히 한정하지 아니한다. 다만, 상기 알루미늄계 도금층은 도금층 내 위치에 따라서 중량%로, 철(Fe): 2~98%, 실리콘(Si): 0.25~7.0%, 잔부 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물로 구성될 수 있으며, 이러한 알루미늄계 도금층은 편면 기준 7~20㎛의 두께를 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 알루미늄계 도금층은 아래에서 설명하는 고온 열처리 및 성형 공정을 거침에 의해 소지강판으로부터 확산된 Fe를 함유함에 의해, 상대적으로 Fe의 함량이 높은 영역이 존재할 수 있다.
여기서, 상기 열간성형은 통상의 열간성형부재를 얻기 위해 행해지는 [고온 열처리 공정 - 성형 공정]을 일컬으며, 일 예로서 상기 고온 열처리는 오스테나이트로의 역변태가 가능한 온도 영역에서 행할 수 있으며, 상기 성형은 특정 형상을 가지는 금형을 이용하여 프레스(press)하는 공정일 수 있다.
한 가지 예로서, 상기 성형 공정시 금형을 이용함에 있어서, 상기 금형 내부에 냉각을 목적으로 물, 오일 또는 이들의 혼합물을 순환시킬 수 있는 프레스 금형을 적용할 수 있으며, 이 경우 상기 성형 및 냉각이 함께 진행된다. 즉, 고온 열처리에 의해 가공이 용이한 오스테나이트 단상에서 성형함과 동시에 냉각이 이루어져, 복잡한 형태의 저온변태상을 얻을 수 있다.
상기에 따라 준비된 고강도 열간성형부재의 용접 부위에 전극을 접촉시킨 후 가압할 수 있다. 상기 전극의 가압력은 통상의 조건에 의할 수 있는 바, 특별히 한정하지 아니하나, 한 가지 예로서 1.0~6.0kN의 가압력으로 행할 수 있다.
또한, 상기 전극은 저항 점 용접시 사용되는 통상의 전극인 것으로서, 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.
한편, 상기 고강도 열간성형부재의 용접 부위에 전극을 접촉함에 있어서, 상기 전극은 상기 고강도 열간성형부재의 알루미늄계 도금층이 형성된 면에 접촉되는 것이 바람직하다.
한 가지 예로서, 2매 이상의 특정 형상으로 열간성형된 고강도 열간성형부재를 적층하여 저항 점 용접을 행하는 경우, 최 상부에 적층된 부재는 상면(전극이 접촉하는 면)에 알루미늄계 도금층을 포함하며, 상기 전극이 접촉하지 않는 면(예컨대, 하면)에도 알루미늄계 도금층을 포함할 수 있다.
더불어, 상기 적층된 2매 이상의 열간성형부재에서 최 하부에 적층된 강판 역시 그 상면(상부에 적층된 열간성형부재와 닿는 면)에 알루미늄계 도금층을 포함할 수 있으며, 상기 상면 이외의 하면에도 알루미늄계 도금층을 포함할 수 있다.
이때, 최 상부에 적층된 열간성형부재의 상면에 알루미늄계 도금층이 포함되는 것이라면, 상기 적층되는 열간성형부재는 2매를 초과하더라도 무방함을 밝혀둔다.
이후, 상기 고강도 열간성형부재의 용접 부위를 가압하는 전극에 전류를 인가함으로써 통전을 수행할 수 있다.
본 발명은 상기 공정에 대해 1차 통전이라 칭할 수 있으며, 후술하는 바와 같이 1차 통전 이후 2차 통전을 행할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 고강도 열간성형부재는 고강도 열간성형용 강판을 복잡한 형상으로의 부품화를 위해 고온에서 열처리 및 성형 과정을 거쳐 얻어지는 것으로, 이러한 열처리 공정을 수행하는 과정에서 알루미늄계 도금층 내 Fe 확산에 의해 Fe-Al계 금속간화합물층과 함께, 열처리 로 내 분위기에 의한 표면 산화물층이 두텁게 형성된다. 상기 Fe-Al계 금속간화합물층과 표면 산화물층이 형성된 상태로 저항 점 용접을 행하게 되면, 낮은 용접 전류를 인가하더라도 과도한 입열의 발생으로 용융물이 외부로 비산되는 날림이 빈번하게 발생하고, 그에 따라 경도가 높은 금속간화합물층에서는 취화에 의한 취성파단이 일어나는 문제가 있다.
이에, 본 발명에서는 알루미늄계 도금층을 갖는 열간성형부재의 저항 점 용접시 통전 단계를 분리하여 행함에 기술적 의의가 있다 (도 1).
특히, 본 발명에서는 1차 통전을 열간성형부재를 제조하는 과정에서 발생된 높은 표면 저항을 강제적으로 낮추기 위한 공정으로 규정할 수 있으며, 상기 1차 통전을 통해 알루미늄계 도금층 표면에 존재하는 산화층과 Fe-Al계 금속간화합물층을 용접부 외부로 배출 및 제거될 수 있는 환경을 부여할 수 있다.
따라서, 본 발명에서 1차 통전은 피용접물 간 일정량 이상으로 용융을 유도하는 것과, 용접되는 부위의 표면 산화층 및 Fe-Al계 금속간화합물층의 용융 및 의도적으로 배출시키는 조건으로 행하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 1차 통전은 하기 식(1) 및 식(2)를 만족하는 조건으로 행하는 것이 바람직하다.
[식(1)]
Figure pat00003
(여기서, Ceq는 소지강판의 탄소당량으로 하기 식 (2)로 나타내며, tp는 알루미늄계 도금층의 편면 두께(㎛), t는 1차 통전 시간[s], I는 1차 통전시 용접 전류[kA]이다.)
[식(2)]
Figure pat00004
(여기서, 탄소당량(Ceq)은 상기 소지강판의 탄소당량(Ceq)로서, 각 원소는 중량 함량을 의미한다.)
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에서 상기 식(1)을 만족하는 통전 조건에 의해 행해지는 1차 통전은 열간성형부재의 표면 저항을 하향시키는 효과가 존재할 뿐만 아니라, 후속하는 2차 통전시 용용부 내 금속가스의 트랩에 의해 발생하는 공공 또는 기공의 발생을 억제하여 강건한 용융부와 우수한 물성을 갖는 용접부를 확보하는 것을 목적으로 한다.
상기 식(1)의 값이 [1.45×Ceq×tp] 값 이하이면 용접 초기에 피용접재의 용융을 소량만 진행시켜 표면 저항의 하락에 기여할 수 있는 충분한 열적 에너지를 소재에 전달할 수 있는 반면, 그 값을 초과하게 되면 1차 통전단계에서부터 용융물 비산이 과도하에 발생하여 용접부 용융량의 불필요한 감소 및 용접부 물성이 열위해지는 문제가 있다. 한편, 그 값이 [0.45×Ceq×tp] 값 보다 낮으면 표면 저항의 하락에 기여할 수 있는 충분한 열적 에너지를 가지지 못하며, 표면 산화물층과 Fe-Al계 금속간화합물층을 배출시킬 수 있는 열적 에너지가 충분하지 못할 우려가 있다.
다시 말해서, 피용접재인 고강도 열간성형부재의 점 용접시 용융은 소재(소지강판)가 갖는 성분함량에 비례하는 저항과, 알루미늄계 도금층의 두께에 직접적인 영향을 받으므로, 상기 고강도 열간성형부재의 1차 통전시 상술한 조건이 고려될 필요가 있는 것이다.
이로부터, 연속적으로 진행되는 2차 통전에서 발생할 수 있는 터짐 또는 날림 현상을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 용융부 내 공공 또는 기공의 형성이 억제되며, 결과적으로 용접부 강도의 향상을 도모하는 효과가 있다.
보다 유리하게, 상기 1차 통전은 상술한 식(1)을 만족하는 조건으로 행하되, 50~150ms 동안 행할 수 있다.
상기 1차 통전을 완료한 후에는 인가된 전류를 차단시켜 용융된 도금층을 일정 시간 동안 냉각시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 냉각 공정을 통해 후속되는 2차 통전시 용접부 내 결함 발생을 최소화시키면서 충분한 전류를 인가시킬 수 있다.
본 발명은 용접부 강도를 더욱 향상시키기 위한 목적에서, 상기 1차 통전이 완료된 후 남은 잠열이 열원으로 사용될 수 있도록, 상기 냉각을 상온까지 완전 냉각하는 것이 아닌 최대 40사이클(cycle) 동안 행하는 것이 바람직하다. 상기 냉각 시간의 하한은 특별히 한정하지 아니하나, 1사이클(cycle) 이상으로 행할 수 있음을 밝혀둔다.
상기에 따른 냉각 공정을 완료한 후, 본 통전에 해당하는 2차 통전을 행함으로써 목적하는 물성을 가지는 용접부를 제조할 수 있다.
상기 2차 통전은 통상적인 점 용접 조건을 적용할 수 있겠으나, 충분한 크기의 너깃(nugget)을 확보할 수 있는 조건으로 행하는 것이 바람직하다.
보다 유리하게, 상기 2차 통전은 6.0~8.0kA의 전류 범위로 12~30사이클(cycle) 동안 행하는 것이 바람직하다. 상기 용접 전류가 8.0kA를 초과하거나 용접 시간이 30사이클을 초과하게 되면 날림 현상이 과다해져 상기 1차 통전의 효과를 얻을 수 없게 되어 용접부 내 결함 발생으로 용접부 물성이 열위할 우려가 있다. 반면, 상기 용접 전류가 6.0kA 미만이거나 용접 시간이 12사이클 미만이면 충분한 크기의 너깃으로 성장시키기에 부족하여 실사용이 불가능하게 될 우려가 있다.
상기 2차 통전이 완료된 후에, 통전된 전류는 차단시킨 상태에서 일정 시간 동안 전극이 가압된 상태를 유지하는 공정을 행할 수 있다.
이때, 유지 공정은 2차 통전시 형성된 너깃이 충분히 응고될 수 있는 정도의 시간 동안 행할 수 있는 바, 그 조건에 대해서는 특별히 한정하지는 않는다.
본 발명에서 언급하는 고강도 열간성형부재는 자동차용 소재로서 적합한 강재로서, 자동차 부품 등을 제작하기 위해서는 열간 성형을 위한 고온 열처리 및 성형과 더불어 용접이 필수로 행해진다. 이때, 본 발명에 따른 저항 점 용접 방법을 적용함에 의해 고온 열처리 과정에서 행성된 표면 산화물층과 Fe-Al계 금속간화합물층에 의한 표면 저항을 효과적으로 낮출 수 있으며, 이로부터 강건한 용접부의 확보, 그리고 요구되는 물성을 가지는 용접부를 제공하는 효과가 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
소지강판이 인장강도 1500MPa, 두께 1.5mm의 22MnB5계이고, 알루미늄계 도금층을 갖는 열간성형부재(양면에 도금층 포함, 도금층 두께(편면) 17㎛, 소지강판의 탄소당량(Ceq) 0.28)를 2매 준비한 다음, 상기 열간성형부재를 적층한 후 용접할 부위에 전극을 가압한 후 하기 표 1에 따른 조건으로 [1차 통전 - 냉각 - 2차 통전 - 가압 유지]를 행하였다.
상기에 따른 저항 점 용접을 통해 용접전류범위(kA)를 얻고, 용접부 강건성의 확인을 위해 동일 조건 하에서 시험편을 제작한 후 십자인장강도(CTS, kN)를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 용접전류범위(kA)는 날림이 발생하는 시점의 전류를 상한으로 정하고, 너깃 직경이 5√t 미만인 시점의 전류를 하한으로 정하여, 이들의 차이를 계산하여 나타내었다. 또한, 용접부 결함수준은 전체 용접부 면적 대비 공공 또는 기공의 면적을 백분율로 계산하여 나타내었다 (([공공 또는 기공 면적]/[용접부 면적])×100).
구분 가압조건 1차 통전 냉각
(s)		 2차 통전 유지
(s)		 식
(1)		 용접전류
범위
(kA)		 용접부
결함수준
(%)		 용접부
강도
(kN)
전극 가압력 전류
(kA)		 시간
(s)		 전류
(kA)		 시간
(s)
비교예1 AWS D8.9M (2012) 규격
7mm 전극		 4.0kA 0 0 0 6.4 0.336 0.15 0 0.2 16.4 12.04
비교예2 7.2 0.03 0.03 10.0 0.336 0.24 1.56 0.4 71.0 10.89
비교예3 7.2 0.03 0.03 6.8 0.336 0.24 1.56 0.4 18.6 12.15
비교예4 8.0 0.15 0.03 7.2 0.336 0.24 9.60 0.2 8.5 12.97
발명예1 7.4 0.08 0.03 6.4 0.336 0.15 4.38 1.0 0.4 22.83
발명예2 7.2 0.10 0.03 6.8 0.336 0.24 5.18 1.2 0.3 21.32
발명예3 7.0 0.14 0.03 7.2 0.336 0.24 6.86 1.0 0.3 21.58
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 전극 가압 후 1차 통전없이 2차 통전이 행해진 비교예 1은 용접부 물성이 매우 열위한 것을 확인할 수 있다.
한편, 전극 가압 후 1차 통전을 행하더라도 본 발명에서 제안하는 식(1)을 만족하지 못하는 조건으로 1차 통전이 행해진 비교예 2 내지 4는 용접부 내 결함이 발생한 면적이 넓어짐과 동시에, 용접부 전단인장강도(용접부 강도)가 낮은 것을 확인할 수 있다.
반면, 본 발명에서 제안하는 조건으로 점 용접이 행해진 발명예 1 내지 3의 경우에는 용접부 강도가 모두 21.0kN 이상으로 용접부 물성이 우수할 뿐만 아니라, 용접부 내 공공 또는 기공의 발생 정도가 비교예들 대비 상당히 억제된 것을 확인할 수 있다.
도 2 및 3은 각각 발명예 1 내지 3, 비교예 1 내지 4의 용접부 단면조직을 채취하여 광학현미경(OM)으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 2에서와 같이 발명예들의 경우 공공(void) 또는 기공(pore)이 억제되어 건전한 너깃이 형성되었다. 반면, 도 3에서와 같이 비교예들의 경우 용접부 내 과입열에 의한 날림과 금속기체 트랩으로 인한 공공 및 기공 결함이 크게 발생한 것을 확인할 수 있다.

Claims (8)

  1. 소지강판 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 알루미늄계 도금층을 포함하는 열간성형용 강판을 열간성형하여 얻은 열간성형부재를 2매 이상 준비하는 단계;
    상기 열간성형부재의 용접 부위에 전극을 접촉 및 가압하는 단계;
    상기 전극이 가압된 상태에서 1차 통전을 행하는 단계;
    상기 1차 통전을 완료한 후 냉각하는 단계; 및
    상기 냉각 후 2차 통전을 행하는 단계를 포함하며,
    상기 열간성형부재는 상기 전극이 접촉하는 면에 알루미늄계 도금층을 포함하고,
    상기 1차 통전은 하기 식(1) 및 식(2)를 만족하는 조건으로 행하는 것을 특징으로 하는 열간성형부재의 저항 점 용접 방법.

    [식(1)]
    Figure pat00005

    (여기서, Ceq는 소지강판의 탄소당량으로 하기 식 (2)로 나타내며, tp는 알루미늄계 도금층의 편면 두께(㎛), t는 1차 통전 시간[s], I는 1차 통전시 용접 전류[kA]이다.)

    [식(2)]
    Figure pat00006

    (여기서, 탄소당량(Ceq)은 상기 소지강판의 탄소당량(Ceq)로서, 각 원소는 중량 함량을 의미한다.)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전극의 가압은 1.0~6.0kN의 가압력으로 행하는 것인 저항 점 용접 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 1차 통전은 50~150ms 동안 행하는 것인 저항 점 용접 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각은 1~40사이클(cycle) 동안 행하는 것인 저항 점 용접 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 2차 통전은 6.0~8.0kA의 전류 범위로 12~30사이클(cycle) 동안 행하는 것인 저항 점 용접 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 2차 통전 후 유지하는 단계를 더 포함하는 저항 점 용접 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 알루미늄계 도금층은 두께가 편면 기준 7~20㎛인 저항 점 용접 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 소지강판은 인장강도 1.0GPa 이상의 탄소강이며,
    중량%로 탄소(C): 0.20~0.25%, 망간(Mn): 0.3~1.4%, 실리콘(Si): 0.01~0.40%, 인(P): 0.001~0.025%, 황(S): 0.001~0.010%, 보론(B): 0.001~0.005%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것인 저항 점 용접 방법.
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