KR20230148379A - 저항 스폿 용접 방법 - Google Patents

Abstract

저항 스폿 용접 방법의 제공을 목적으로 한다. 본 발명은, 적어도 1 장의 아연계 도금 강판을 포함하는 2 장 이상의 강판을 접합시키는 저항 스폿 용접 방법으로서, 통전은 제 1 통전 공정과 제 2 통전 공정을 갖고, 제 1 통전 공정에서는, 중첩된 강판 중, 가장 얇은 강판의 판두께를 t 로 할 때, 3√t 이상 4.5√t 이하의 너깃 직경이 되는 너깃을 전류값 I1 (kA) 과 통전 시간을 설정함으로써 형성하고, 제 2 통전 공정에서는, 10 ms 이상 160 ms 미만의 동안, 무통전 상태를 유지하는 냉각 공정과, 20 ms 이상 200 ms 미만의 동안, 전류값 I1 (kA) 이상의 전류값 I2 (kA) 로 통전시키는 통전 공정을 반복함으로써 너깃을 확대시킨다.

Description

저항 스폿 용접 방법

본 발명은, 저항 스폿 용접 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 2 장 이상의 강판을 중첩시킨 강판끼리의 접합에는, 중첩 저항 용접 방법의 일종인 저항 스폿 용접 방법이 사용되고 있다. 이 용접 방법은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 중첩된 2 장의 강판 (1, 2) 을 판 세트로 하고, 그 판 세트의 상하측을 1 쌍의 전극 (3, 4) 에 의해 협지하고, 그 판 세트의 상하측으로부터 1 쌍의 전극 (3, 4) 으로 가압하면서, 상하 전극 간에 용접 전류를 통전시켜 강판끼리를 접합시키는 방법이다. 용접 전류를 흐르게 함으로써 발생하는 저항 발열을 사용하여, 점상의 용접부 (5) 를 얻는다. 이 점상의 용접부 (5) 는 너깃으로 불리며, 중첩된 강판에 용접 전류를 흐르게 하였을 때에 강판의 접촉 지점에서 양 강판 (1, 2) 이 용융되어, 응고된 부분이고, 이로써 강판끼리가 점상으로 접합된다. 또한, 도 1 에는, 일례로서 2 장의 강판을 중첩시킨 것을 나타내고 있다.

그러나, 표면 처리 강판을 포함하는 복수의 강판을 중첩시킨 판 세트의 저항 스폿 용접에서는, 용접부에 균열이 발생하는 경우가 있다는 문제가 있다 (도 5 를 참조). 여기서, 표면 처리 강판이란, 전기 아연 도금, 용융 아연 도금 (합금화 용융 아연 도금을 포함한다) 으로 대표되는 아연 도금이나, 아연 외에 알루미늄이나 마그네슘 등의 원소를 포함한 아연 합금 도금 등의 금속 도금층을, 모재 (하지 강판) 의 표면 상에 갖는 강판을 말한다. 아연 도금이나 아연 합금 도금의 융점은, 모재의 융점보다 낮기 때문에, 용접부에 균열이 발생하기 쉽다.

이 용접부의 균열은, 용접 중에 강판 표면의 저융점의 금속 도금층이 용융되고, 전극에 의한 가압력이나 강판의 열팽창 및 수축에 의한 인장 응력이 용접부에 가해졌을 때에, 용융된 저융점의 금속이 표면 처리 강판의 모재의 결정립계에 침입하여 입계 강도를 저하시켜, 균열을 일으키는, 이른바 액체 금속 취성에서 기인하는 균열인 것으로 생각되고 있다.

이와 같은 균열은, 용접부에 큰 변형이 가해지는 경우에 발생하기 쉽고, 예를 들어 스플래시가 발생하는 조건에서 용접한 경우에 도 5 와 같은 전극 (3, 4) 과 접하는 측의 강판 (1, 2) 의 표면에 있어서 발생하기 쉬워진다. 한편으로, 이음 강도 확보의 관점에서는, 너깃 직경이 큰 너깃을 확보하는 것이 중요해진다. 실제 시공에 있어서는, 용접시에, 용접하고자 하는 영역의 근방에 존재하는 용접 타점으로의 분류 (分流) 나, 연속 타점에 의한 전극의 손모 등의 시공 외란의 영향에 의해, 용접하고자 하는 영역에 충분한 전류 밀도를 확보할 수 없는 경우가 있다. 그러한 경우에는 입열량이 감소하기 때문에, 소정의 너깃 직경을 확보하는 것이 곤란해진다. 상기 입열량이 감소하는 케이스를 고려한 후에 용접시의 전류값을 크게 설정함으로써, 직경이 큰 너깃을 확보하는 것이 가능해진다. 그러나, 그 경우에는 스플래시의 발생으로 대표되는, 용접부의 큰 변형이 발생하여, 균열 발생의 리스크가 높아진다. 이상과 같이, 실제 시공에 있어서 용접시의 균열의 발생을 억제하면서, 직경이 큰 너깃을 안정적으로 확보하는 것은 어려워, 표면 처리 강판의 실용상의 과제가 되고 있다.

이와 같은 과제에 대한 대책으로서, 예를 들어 특허문헌 1 ∼ 3 에 기재된 기술을 들 수 있다. 특허문헌 1 에서는, 고강도 도금 강판의 스폿 용접에 있어서, 용접 통전 시간 및 용접 통전 후의 유지 시간을 적정하게 조정함으로써, 균열의 발생을 억제하는 방법이 제안되어 있다.

또, 특허문헌 2 에서는, 통전 패턴을 3 단 이상의 통전으로 하고, 적정 전류 범위 (원하는 너깃 직경 이상이고, 또한 용융 잔압이 0.05 ㎜ 이상인 너깃 직경을 안정적으로 형성할 수 있는 전류 범위) 가 1.0 kA 이상, 바람직하게는 2.0 kA 이상이 되도록, 통전 시간, 용접 전류 등의 용접 조건을 조정하고, 각 단 사이에 냉각 시간을 마련한다. 이로써, 균열의 발생을 억제하는 방법이 제안되어 있다.

또, 특허문헌 3 에서는, 통전 후의 유지 시간을 적정하게 조정함으로써, 균열의 발생을 억제하는 방법이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 2003-103377호 일본 공개특허공보 2003-236676호 일본 공개특허공보 2017-47476호

그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에서는, 시공 외란의 영향에 대해서는 검토되어 있지 않고, 자동차 조립시의 실제 시공을 고려하면, 대책으로는 불충분한 경우가 있었다. 또, 특허문헌 3 은 통전 종료 후부터 전극 개방까지의 시간에 발생하는 균열을 억제할 수 있는 기술로서, 통전 중에 발생하는 균열에 대해서는 언급되어 있지 않고, 이와 같은 균열을 억제하는 것은 곤란한 경우가 있었다.

또한, 이와 같은 표면 처리 강판에 있어서 용접시의 균열의 발생을 억제하면서, 직경이 큰 너깃을 안정적으로 확보하는 것이 어렵다는 문제는, 자동차용 강판을 저항 스폿 용접하는 경우에 한정되지 않고, 그 밖의 강판의 저항 스폿 용접에 있어서도 동일하게 존재한다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 표면 처리 강판의 용접시의 균열을 억제하면서, 직경이 큰 너깃을 안정적으로 확보하는 것이 가능한, 저항 스폿 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해, 예의 검토를 거듭하였다.

용접시의 균열은, 용접부에 큰 변형이 발생한 경우에 발생하기 쉽다. 본 발명자들은, 변형을 최소한으로 억제하면서 너깃을 확대시킬 수 있으면, 균열을 억제하고, 또한 직경이 큰 너깃을 안정적으로 확보할 수 있는 것을 밝혔다.

용접시의 통전 공정을 제 1 통전 공정과 제 2 통전 공정의 2 공정으로 나눈다. 제 1 통전 공정에서는, 극단적인 변형이 일어나지 않는 범위에서 통전시켜, 어느 정도의 직경의 너깃을 형성한다. 이 때, 변형을 억제하기 위해 전류값 및 통전 시간을 조정하는 점에서, 일정 이상의 큰 너깃은 형성되지 않는다. 그러나, 예를 들어 너깃 직경을 작게 하는 외란이 존재하는 경우에는 소정의 너깃 직경이 되는 너깃을 확보할 수 없는 문제가 발생하는 경우가 있다. 그래서, 제 2 통전 공정에서는, 용접부에 큰 변형을 발생시키지 않도록 통전 조건을 조정하여 너깃을 확대시킨다. 이로써, 용접시의 균열의 발생을 억제하면서, 직경이 큰 너깃을 안정적으로 확보하는 것이 가능한 것을 알 수 있었다.

이하에, 제 2 통전 공정에 있어서의 통전 조건에 대해 나타낸다. 제 2 통전 공정에서는, 제 1 통전 공정에 있어서의 전류값 I1 (kA) 이상의 전류값 I2 (kA) 로 통전시킴으로써 너깃을 확대시킬 수 있다. 그러나, 장시간의 통전을 실시하면, 입열이 과대해져 용접부에 큰 변형이 발생해 버린다. 그래서, 단시간 통전과 단시간 냉각을 반복하는 통전 패턴으로 함으로써, 너깃을 단계적으로 확대시키면서, 용접부의 변형을 억제할 수 있기 때문에, 용접시의 균열의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 이와 같은 통전 패턴은, 설령 스플래시가 발생한 경우에 있어서도, 단시간 통전에 의해 그 규모 (스플래시에 의해 비산되는 용융 금속의 양) 를 작게 억제할 수 있다. 이 때문에, 용접부의 변형이 작아지고, 그 결과, 용접시의 균열의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

본 발명은, 이상의 지견에 기초하여 이루어진 것으로서, 요지는 이하와 같다.

[1] 적어도 1 장의 아연계 도금 강판을 포함하는 2 장 이상의 강판을 중첩시켜 판 세트로 하고, 그 판 세트를 1 쌍의 용접 전극으로 협지하고, 가압하면서 통전시켜 상기 강판을 접합시키는 저항 스폿 용접 방법으로서,

상기 통전은, 제 1 통전 공정과 제 2 통전 공정을 갖고,

상기 제 1 통전 공정에서는, 중첩된 강판 중, 가장 얇은 강판의 판두께를 t 로 할 때, 3√t 이상 4.5√t 이하의 너깃 직경이 되는 너깃을 전류값 I1 (kA) 과 통전 시간을 설정함으로써 형성하고,

상기 제 2 통전 공정에서는, 10 ms 이상 160 ms 미만의 동안, 무통전 상태를 유지하는 냉각 공정과, 20 ms 이상 200 ms 미만의 동안, 상기 전류값 I1 (kA) 이상의 전류값 I2 (kA) 로 통전시키는 통전 공정을 반복함으로써 상기 너깃을 확대시키는, 저항 스폿 용접 방법.

[2] 상기 제 2 통전 공정에 있어서의 상기 냉각 공정과 상기 통전 공정의 반복수가, 2 회 이상 10 회 이하인, [1] 에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

[3] 상기 제 1 통전 공정의 종료 후에 형성되는 너깃 직경을 N1 (㎜), 상기 제 1 통전 공정 및 상기 제 2 통전 공정의 종료 후에 형성되는 너깃 직경을 N2 (㎜) 로 할 때,

(N2 － N1) 로 나타내는 상기 제 2 통전 공정에서의 너깃 직경의 확대량이 0.1√t 이상인, [1] 또는 [2] 에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

[4] 상기 아연계 도금 강판은, (1) 식으로 나타내는 Ceq 가 0.20 ％ 이상이고, 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 고강도 강판인, [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

Ceq (％) ＝ C ＋ Si/30 ＋ Mn/20 ＋ 2P ＋ 4S (1)

여기서, (1) 식 중의 원소 기호는, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.

본 발명에 의하면, 표면 처리 강판의 용접시의 균열 발생을 억제하면서, 직경이 큰 너깃을 안정적으로 형성할 수 있으므로, 산업상 각별한 효과를 발휘한다.

도 1 은, 본 발명의 저항 스폿 용접의 예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2 는, 본 발명의 실시예에 있어서의 저항 스폿 용접의 시험편을 나타내는 도면으로서, 상측이 평면도, 하측이 측면도이다.
도 3 은, 본 발명의 실시예에 있어서의 저항 스폿 용접의 시험편을 나타내는 도면으로서, 상측이 평면도, 하측이 측면도이다.
도 4 는, 본 발명의 실시예에 있어서의 저항 스폿 용접의 시험편을 나타내는 도면으로서, 상측이 평면도, 하측이 측면도이다.
도 5 는, 종래의 저항 스폿 용접의 예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

이하, 각 도면을 참조하여, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에 대해 설명한다. 또한, 본 발명은 이 실시형태에 한정되지 않는다.

본 발명은, 2 장 이상의 강판을 중첩시켜 판 세트로 하고, 이 판 세트에 대하여 상하 방향으로 배치하는 1 쌍의 용접 전극으로 판 세트를 협지하고, 가압하면서 후술하는 통전 패턴으로 통전시켜 너깃을 형성함과 함께, 강판끼리를 접합시키는 저항 스폿 용접 방법이다.

예를 들어, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 2 장의 강판을 중첩시킨 판 세트를 저항 스폿 용접하는 경우, 1 쌍의 용접 전극, 즉 판 세트의 하측에 배치되는 용접 전극 (4) (이하, 하측 전극이라고 칭하는 경우도 있다) 및 판 세트의 상측에 배치되는 용접 전극 (3) (이하, 상측 전극이라고 칭하는 경우도 있다) 으로, 중첩된 강판 (하측 강판 (2) 과 상측 강판 (1)) 을 협지하고, 가압하면서 통전시킨다.

또한, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법을 실시하는 장치는, 하측 전극과 상측 전극에 의해 가압하고, 또한 그 가압력을 제어하는 구성이면 되며, 이 구성은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 에어 실린더나 서보 모터 등의 기기를 사용할 수 있다. 전류값을 제어하는 구성은 특별히 한정되지 않고, 직류, 교류 중 어느 것에도 본 발명을 적용할 수 있다. 교류의 경우에는,「전류」는「실효 전류」를 의미한다.

또, 하측 전극이나 상측 전극의 선단의 형식도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, JIS C 9304 : 1999 에 기재되는 DR 형 (돔 레이디어스형), R 형 (레이디어스형), D 형 (돔형) 등을 들 수 있다. 각 전극의 선단 직경은, 예를 들어 4 ㎜ ∼ 16 ㎜ 이다. 곡률 반경은 예를 들어 10 ㎜ ∼ 400 ㎜ 이고, 선단이 평탄한 Flat 형 전극으로 할 수도 있다.

이와 같이, 중첩된 강판 (1, 2) (판 세트) 을 1 쌍의 용접 전극 (3, 4) 으로 협지한 상태에서 가압하면서 통전시켜, 저항 발열에 의해 필요한 사이즈의 너깃 (5) 을 형성함과 함께, 중첩된 강판을 접합시킴으로써, 용접 이음이 얻어진다.

본 발명은, 판 세트의 상측 및 하측에 배치되는 각 용접 전극과 접하는 판 세트의 양면, 혹은 편면 중 어느 일방이, 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판인 판 세트에 있어서의 저항 스폿 용접 방법에 적용된다. 여기서, 상기「각 용접 전극과 접하는 판 세트의 양면」이란, 상측 전극 및 하측 전극과 접하는, 복수의 강판으로 구성되는 판 세트 중 가장 외측에 배치되는 2 장의 강판을 가리킨다. 또, 상기「각 용접 전극과 접하는 판 세트의 편면 중 어느 일방」이란, 상측 전극 혹은 하측 전극과 접하는, 복수의 강판으로 구성되는 판 세트 중 가장 외측에 배치되는 2 장의 강판 중 어느 일방의 강판을 가리킨다. 또한, 금속 도금층의 융점은, 표면 처리 강판의 모재의 융점보다 낮은 것을 대상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 서술한 바와 같이, 표면 처리 강판이란, 전기 아연 도금, 용융 아연 도금 (합금화 용융 아연 도금을 포함한다) 으로 대표되는 아연 도금이나, 아연 외에 알루미늄이나 마그네슘 등의 원소를 포함한 아연 합금 도금 등의 금속 도금층을, 모재 (하지 강판) 의 표면 상에 갖는 강판을 말한다. 여기서는, 이와 같은 표면 처리 강판을「아연계 도금 강판」이라고 칭한다. 따라서, 본 발명에서는, 상기 판 세트를 구성하는 복수의 강판 중, 적어도 1 장을 아연계 도금 강판으로 한다.

상기 아연계 도금 강판은, 이하에 나타내는 (1) 식으로 나타내는 탄소 당량 (Ceq) (％) 이 0.20 ％ 이상이고, 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 고강도 강판인 것이 바람직하다.

Ceq (％) ＝ C ＋ Si/30 ＋ Mn/20 ＋ 2P ＋ 4S (1)

여기서, (1) 식 중의 원소 기호는, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.

고강도 강판은 균열에 대한 감수성이 높아, 용접시의 균열 발생이 문제가 되기 쉽기 때문에, 상기 서술한 고강도 강판을 적용함으로써 본 발명의 효과를 보다 한층 발휘할 수 있다. 탄소 당량이 0.20 ％ 미만, 또는 인장 강도가 780 ㎫ 미만인 강판은 균열 감수성이 낮아, 애당초 용접시의 균열 발생이 문제가 되기 어렵다. 탄소 당량 (Ceq) 은, 바람직하게는 0.30 ％ 이상이다. 탄소 당량 (Ceq) 의 상한은 특별히 규정하지 않는다. 탄소 당량이 극단적으로 높은, 즉 균열에 대한 감수성이 극단적으로 높은 강판은, 본 발명의 통전 패턴을 적용해도 균열 억제 효과를 충분히 얻을 수 없는 경우가 있는 점에서, 탄소 당량 Ceq 는 0.60 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.50 ％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 저항 스폿 용접하는 강판의 판두께는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 0.5 ㎜ 이상 3.0 ㎜ 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 판두께가 이 범위 내인 강판은, 자동차용 부재로서 바람직하게 사용할 수 있다.

저항 스폿 용접하는 2 장 이상의 강판은, 동종 및 동형상의 강판이어도 되고, 이종이나 이형상의 강판이어도 된다. 또, 금속 도금층을 갖는 표면 처리 강판과 금속 도금층을 갖지 않는 강판을 중첩시켜도 된다.

이어서, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에 있어서의 통전 패턴에 대해 설명한다.

본 발명에서는, 적어도 1 장의 아연계 도금 강판을 포함하는 2 장 이상의 강판을 중첩시켜 판 세트로 하고, 그 판 세트를 1 쌍의 용접 전극으로 협지하고, 가압하면서 통전시킴으로써, 너깃을 형성함과 함께 강판을 접합시킨다. 상기 통전은, 제 1 통전 공정과 제 2 통전 공정을 갖는다. 본 발명에서는, 이 통전을 이하에 설명하는 특정 패턴으로 실시한다.

먼저, 제 1 통전 공정에서는, 중첩된 강판 중, 가장 얇은 강판의 판두께를 t 로 할 때, 3√t 이상 4.5√t 이하의 너깃 직경이 되는 너깃을, 적어도 전류값 I1 (kA) 과 통전 시간을 설정하고, 통전시킴으로써 형성한다. 이 때, 스플래시를 발생시키지 않고 너깃을 형성한다.

형성하는 너깃 직경이 3√t 미만인 경우에는, 제 1 통전 공정에 있어서 형성되는 너깃 직경이 지나치게 작기 때문에, 이후의 제 2 통전 공정에 있어서 너깃을 충분히 확대시키는 것이 어려워지고, 그 결과, 큰 너깃 직경의 확보가 곤란해진다. 또, 형성하는 너깃 직경이 4.5√t 를 초과하는 경우에는, 통전에 의한 입열이 과대해져 용접부가 변형되어, 균열이 발생하기 쉽다. 따라서, 제 1 통전 공정에서 형성하는 너깃 직경은, 3√t 이상 4.5√t 이하로 한다.

제 1 통전 공정에서 형성하는 너깃 직경은, 4√t ∼ 4.5√t 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 4√t ∼ 4.5√t 의 범위이라면, 이후의 제 2 통전 공정에 있어서 너깃 직경을 확대시키는 효과를 보다 현저하게 얻을 수 있다.

또한, 상기「t」는 강판의 판두께를 가리킨다. 구체적으로는, 판 세트를 구성하는 중첩된 강판 중, 가장 얇은 강판의 판두께를 t 로 한다. 예를 들어, 판 세트를 구성하는 복수의 강판의 판두께가 각각 상이한 경우에는, 그 중에 가장 얇은 강판의 판두께를 t 로 한다.

제 1 통전 공정에 있어서의 전류값, 통전 시간 및 가압력은, 상기 너깃 직경을 확보하는 것이 가능한 조건을 적절히 선택할 수 있다. 본 발명에서는, 스플래시를 발생시키지 않고 상기 너깃 직경이 되는 너깃을 형성하는 관점에서, 제 1 통전 공정에 있어서의 저항 스폿 용접의 조건으로서, 전류값 I1 은 4 ∼ 10 kA, 통전 시간은 100 ∼ 500 ms, 가압력은 1.5 kN ∼ 8.0 kN 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 너깃 직경 (3√t 이상 4.5√t 이하) 을 형성하기 위한 제 1 통전 공정에 있어서의 전류값 I1 및 통전 시간은, 판 세트에 사용하는 강판의 강종에 따라 변동되는 경우가 있다. 그 때문에, 본 발명을 적용하는 데에 있어서 요구되는 상기 너깃 직경을 확보할 수 있으면, 제 1 통전 공정에 있어서의 전류값 I1 및 통전 시간은, 상기 수치 범위와 비교하여 짧아도, 혹은 길어도 상관없다.

제 1 통전 공정을 실시하지 않고 제 2 통전 공정만을 실시한 경우, 제 1 통전 공정에 있어서의 초기 너깃을 형성하는 효과가 얻어지지 않은 채로 제 2 통전 공정의 단시간 반복 통전을 실시하게 된다. 그 때문에, 큰 너깃 직경을 안정적으로 확보하는 효과를 얻는 것이 어렵다.

상기 서술한 제 1 통전 공정 후, 제 2 통전 공정을 실시한다. 제 2 통전 공정에서는, 10 ms 이상 160 ms 미만의 동안, 무통전 상태를 유지하는 냉각 공정과, 20 ms 이상 200 ms 미만의 동안, 제 1 통전 공정의 전류값 I1 (kA) 이상의 전류값 I2 (kA) 로 통전시키는 통전 공정을 반복함으로써, 너깃을 확대시킨다. 냉각 공정과 통전 공정의 반복수는, 1 회 이상으로 한다.

또한, 본 발명에서는, 충분한 이음 강도를 확보하기 위해, 제 2 통전 공정 후에 얻어지는 용접부의 너깃 직경은, 4.5√t ∼ 6√t 의 범위를 목표 직경으로 하는 것이 바람직하다.

냉각 공정에 있어서의 무통전 시간이 10 ms 미만인 경우에는, 용접부는 충분한 냉각 효과를 얻을 수 없고, 이후의 통전 공정시에 용접부의 큰 변형이 발생하기 쉬워진다. 그 결과, 용접부에 균열이 발생하기 쉽다. 한편, 냉각 공정에 있어서의 무통전 시간이 160 ms 이상인 경우에는, 냉각시의 너깃 축소의 영향이 지나치게 크기 때문에, 냉각 공정과 통전 공정을 반복하여 통전시키는 것에 의한 너깃의 확대 효과를 충분히 얻을 수 없다. 따라서, 냉각 공정에 있어서의 무통전 시간은, 10 ms 이상 160 ms 미만으로 한다. 냉각 공정에 있어서의 무통전 시간은, 150 ms 이하가 바람직하고, 100 ms 이하가 보다 바람직하다.

통전 공정에 있어서의 통전 시간이 20 ms 미만인 경우에는, 입열 부족에 의해 너깃의 확대 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, 통전 공정에 있어서의 통전 시간이 200 ms 이상인 경우에는, 한 번의 통전으로 과대한 입열을 가함으로써 용접부의 큰 변형이 발생하기 쉬워, 용접부의 균열이 발생하기 쉽다. 따라서, 통전 공정에 있어서의 통전 시간은, 20 ms 이상 200 ms 미만으로 한다. 통전 공정에 있어서의 통전 시간은, 180 ms 이하가 바람직하고, 150 ms 이하가 보다 바람직하다.

용접부의 변형을 억제하면서, 너깃 직경을 안정적으로 확대시키는 효과를 보다 현저하게 얻고자 하는 경우에는, 냉각 공정의 무통전 시간을 10 ∼ 80 ms 로 하고, 통전 공정의 통전 시간을 20 ∼ 100 ms 로 하는 것이 바람직하다. 통전 공정의 통전 시간은, 보다 바람직하게는 40 ms 이상으로 한다.

또, 통전 공정에 있어서의 전류값 I2 (kA) 가 제 1 통전 공정의 전류값 I1 (kA) 미만인 경우에는, 입열 부족에 의해, 너깃을 확대시키는 효과가 얻어지지 않는다. 따라서, 통전 공정에 있어서의 전류값 I2 (kA) 는, 제 1 통전 공정의 전류값 I1 (kA) 이상으로 한다. 통전 공정에 있어서의 전류값 I2 의 상한은, 특별히 규정하지 않는다. 극단적으로 전류가 큰 조건에서는, 입열 과다의 의해 용접부의 변형이 커져, 균열이 발생하는 경우가 있기 때문에, 전류값 I2 (kA) 는 (3 × I1) (kA) 이하로 하는 것이 바람직하다. 전류값 I2 (kA) 는, (2 × I1) (kA) 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

제 2 통전 공정에 있어서의 가압력은, 상기 작용 효과를 확보하는 것이 가능한 조건을 적절히 선택할 수 있다. 제 2 통전 공정에 있어서의 가압력은, 1.5 kN ∼ 8.0 kN 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 제 2 통전 공정에 있어서의 냉각 공정과 통전 공정의 반복수는, 2 회 이상 10 회 이하로 하는 것이 바람직하다. 반복수가 2 회 미만인 경우에는, 너깃 직경을 확대시키는 효과가 충분히 얻어지지 않을 가능성이 있다. 반복수가 10 회를 초과하는 경우에는, 너깃의 확대 효과가 포화되기 때문에 큰 효과가 얻어지기 어렵다. 그 때문에, 용접 공정 전체의 총 시간이 길어지는 점에서, 시공 효율의 관점에서는 10 회 이하가 바람직하다. 보다 바람직한 반복 횟수는, 5 회 이하로 한다.

또, 본 발명에서 직경이 큰 너깃을 확보하는 관점에서는, 제 1 통전 공정 종료 후에 형성되는 너깃 직경을 N1 (㎜), 제 1 통전 공정 및 제 2 통전 공정 종료 후에 형성되는 너깃 직경을 N2 (㎜) 로 할 때, 제 2 통전 공정에서의 너깃 직경의 확대량인 (N2 － N1) 의 값은 0.1√t 이상인 것이 바람직하다. (N2 － N1) 의 값은, 보다 바람직하게는 0.3√t 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.5√t 이상이다. 또, 제 2 통전 공정에서의 너깃 직경의 확대가 극단적으로 큰 경우에는, 입열 과다에 의해 용접부의 변형이 커져, 균열이 발생하는 경우가 있기 때문에, 상기 확대량은 3.0√t 이하로 하는 것이 바람직하다. (N2 － N1) 의 값은, 보다 바람직하게는 2.5√t 이하이고, 더욱 바람직하게는 2.0√t 이하이다.

이상의 설명에서는, 2 장의 강판을 중첩시켜 저항 스폿 용접하는 경우에 대해 주로 서술하였지만, 본 발명은 3 장 이상의 강판을 중첩시켜 용접하는 경우에 대해서도, 동일하게 적용 가능하고, 동일하게 상기 서술한 효과를 얻을 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 작용 및 효과에 대해, 실시예를 사용하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

본 실시예에서는, 적어도 1 장의 아연계 도금 강판을 포함하는 2 장의 강판을 사용하고, 그 강판을 중첩시켜 판 세트로 하였다. 여기서는, 상측 강판 및 하측 강판으로서, 상기 서술한 (1) 식으로 나타내는 탄소 당량 (Ceq), 인장 강도, 및 강판의 판두께가 표 1-1 에 나타낸 값이 되는 합금화 용융 아연 도금 (GA) 강판을 사용하였다. 이 밖에, 표 1-1 에 나타내는 각 강판 (냉연 강판) 을 사용하여, 판 세트로 하였다. 판 세트에 대하여 표 1-2 에 나타내는 조건에서 저항 스폿 용접을 실시하여, 용접 이음을 제조하였다. 제 1 통전 공정 및 제 2 통전 공정에 있어서의 가압력은, 표 중의 너깃 직경이 되는 너깃을 형성하기 위해, 1.5 kN ∼ 8.0 kN 의 범위에서 적절히 설정하였다.

저항 스폿 용접은 상온에서 실시하고, 용접 전극 (하측 전극, 상측 전극) 을 항상 수랭시킨 상태에서 실시하였다. 하측 전극과 상측 전극은, 모두 선단의 직경 (선단 직경) 이 6 ㎜, 곡률 반경이 40 ㎜ 로 하고, 크롬구리제의 DR 형 전극으로 하였다. 또, 상측 전극을 서보 모터로 구동시킴으로써 가압력을 제어하고, 통전시에는 직류 전원을 공급하였다.

용접 이음은, 1 개의 용접 조건에 대해「외란 없음」,「판 갭 있음」,「기 (旣) 타점 있음」의 3 개의 외란 조건에서 제조하고, 얻어진 각 용접 이음을 사용하여 너깃 직경 (N1, N2), 제 2 통전 공정에서의 너깃 직경의 확대량 (N2 － N1) 및 균열 (LME 균열) 의 발생 유무를 관찰하였다.

여기서, 도 2 ∼ 도 4 를 참조하여, 상기 3 개의 외란 조건에서 용접 이음을 제조하는 경우에 대해 설명한다. 각 도면에는 저항 스폿 용접의 강판을 중첩시킨 상태의 시험체를 나타내고 있으며, 상측의 도면이 그 평면도이고, 하측의 도면이 그 측면도이다.

외란 조건이「외란 없음」인 용접 이음에 대해서는, 다음과 같이 제조하였다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 상기 강판 (GA, 냉연 강판) 으로부터 제조한 30 ㎜ × 100 ㎜ (단변 × 장변) 의 크기의 강판 (상측 강판 (1), 하측 강판 (2)) 을 2 장 준비하였다. 그 강판을 중첩시켜 시험체로 하고, 시험체 중앙의 용접부 (6) 를 표 1-2 에 나타내는 조건에서 용접하여 용접 이음을 제조하였다. 얻어진 용접 이음의 용접부 (6) 를 사용하여, 너깃 직경, 상기 확대량 및 균열의 발생 유무를 관찰하였다.

외란 조건이「판 갭 있음」인 용접 이음에 대해서는, 다음과 같이 제조하였다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 상기 강판 (GA, 냉연 강판) 으로부터 제조한 30 ㎜ × 100 ㎜ (단변 × 장변) 의 크기의 강판 (상측 강판 (1), 하측 강판 (2)) 을 2 장 준비하였다. 그 강판의 2 장의 사이이고 그 강판의 양단 부분에, 두께가 1.6 ㎜ 이고 30 ㎜ × 25 ㎜ (장변 × 단변) 의 크기의 스페이서 (7, 8) 를 협지하여 시험체로 하였다. 시험체 중앙의 용접부 (6) 를 표 1-2 에 나타내는 조건에서 용접하여 용접 이음을 제조하였다. 얻어진 용접 이음의 용접부 (6) 를 사용하여, 너깃 직경, 상기 확대량 및 균열의 발생 유무를 관찰하였다.

외란 조건이「기타점 있음」인 시험체에 대해서는, 다음과 같이 제조하였다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 상기 강판 (GA, 냉연 강판) 으로부터 제조한 30 ㎜ × 100 ㎜ (단변 × 장변) 의 크기의 강판 (상측 강판 (1), 하측 강판 (2)) 을 2 장 준비하고, 그 강판을 중첩시켜 시험체로 하였다. 시험체 중앙으로부터 길이 방향으로 20 ㎜ 떨어진 위치에 각각 너깃 직경 5 ㎜ 가 되는 기 (旣) 용접점 (9, 10) 을 배치하고, 그 후, 시험체 중앙의 용접부 (6) 를 표 1-2 에 나타내는 조건에서 용접하여 용접 이음을 제조하였다. 얻어진 용접 이음의 용접부 (6) 를 사용하여, 너깃 직경, 상기 확대량 및 균열의 발생 유무를 관찰하였다.

너깃 직경, 상기 확대량 및 균열의 발생 유무의 평가, 및 판정은, 이하와 같이 실시하였다.

〔너깃 직경 및 상기 확대량의 평가〕

제 1 통전 공정 후의 너깃 직경 (N1) 에 대해서는, 각 외란 조건에 있어서의 시험에서, 제 1 통전 공정만의 용접 시험을 사전에 실시하고, 단면 관찰을 실시함으로써 너깃 직경을 측정하였다. 여기서는, 용접부를 절단한 단면을 에칭 후, 광학 현미경에 의해 관찰하고, 강판 사이에 있어서의 너깃 직경을 측정하였다. 얻어진 측정값을, 표 2 중의「제 1 통전 공정 후의 너깃 직경 N1」란에 각각 나타냈다.

제 2 통전 공정 후의 너깃 직경 (N2) 에 대해서는, 상기 3 개의 외란 조건에서 용접 시험을 실시하여 얻어진 각 용접 이음을 사용하고, 상기 서술과 동일한 방법으로 측정하였다. 얻어진 측정값을, 표 2 중의「제 2 통전 공정 후의 너깃 직경 N2」란에 각각 나타냈다.

또, 제 2 통전 공정에서의 너깃 직경의 확대량을 나타내는 (N2 － N1) 로 산출되는 값을, 표 2 중의「N2 － N1」란에 각각 나타냈다.

〔균열의 평가〕

균열 (LME 균열) 의 평가는, 상기 3 개의 외란 조건에서 용접 시험을 실시하여 얻어진 각 용접 이음을 사용하여 실시하였다. 용접부 단면을 광학 현미경으로 관찰한 결과, 용접부 표면에 200 ㎛ 이상의 균열이 관찰된 경우,「균열 있음 (표 2 중의「있음」)」으로 평가하였다. 한편, 200 ㎛ 이상의 균열이 관찰되지 않은 경우,「균열 없음 (표 2 중의「없음」)」으로 평가하였다. 평가 결과를 표 2 에 나타냈다.

〔판정〕

판정에 대해서는, 상기 3 개의 외란 조건의 전부에서, 너깃 직경 (N2) 이 4.5√t 이상, 또한 균열이 발생하지 않았던 것을「○ (합격)」로 평가하였다. 한편, 그 이외의 것을「× (불합격)」로 평가하였다. 평가 결과를 표 2 에 나타냈다.

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 2]

표 2 로부터 분명한 바와 같이, 본 발명예에서는 외란의 조건에 상관없이, 균열이 없고, 또한 너깃 직경이 목표 직경이 확보된 양호한 용접 이음이 얻어진 반면, 비교예에서는 양호한 용접 이음이 얻어지지 않았다.

1 : 상측 강판
2 : 하측 강판
3 : 상측 전극
4 : 하측 전극
5 : 너깃
6 : 용접부
7, 8 : 스페이서
9, 10 : 기용접점

Claims (4)

1. 적어도 1 장의 아연계 도금 강판을 포함하는 2 장 이상의 강판을 중첩시켜 판 세트로 하고, 그 판 세트를 1 쌍의 용접 전극으로 협지하고, 가압하면서 통전시켜 상기 강판을 접합시키는 저항 스폿 용접 방법으로서,
   상기 통전은, 제 1 통전 공정과 제 2 통전 공정을 갖고,
   상기 제 1 통전 공정에서는, 중첩된 강판 중, 가장 얇은 강판의 판두께를 t 로 할 때, 3√t 이상 4.5√t 이하의 너깃 직경이 되는 너깃을 전류값 I1 (kA) 과 통전 시간을 설정함으로써 형성하고,
   상기 제 2 통전 공정에서는, 10 ms 이상 160 ms 미만의 동안, 무통전 상태를 유지하는 냉각 공정과, 20 ms 이상 200 ms 미만의 동안, 상기 전류값 I1 (kA) 이상의 전류값 I2 (kA) 로 통전시키는 통전 공정을 반복함으로써 상기 너깃을 확대시키는, 저항 스폿 용접 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 통전 공정에 있어서의 상기 냉각 공정과 상기 통전 공정의 반복수가, 2 회 이상 10 회 이하인, 저항 스폿 용접 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 통전 공정의 종료 후에 형성되는 너깃 직경을 N1 (㎜), 상기 제 1 통전 공정 및 상기 제 2 통전 공정의 종료 후에 형성되는 너깃 직경을 N2 (㎜) 로 할 때,
   (N2 － N1) 로 나타내는 상기 제 2 통전 공정에서의 너깃 직경의 확대량이 0.1√t 이상인, 저항 스폿 용접 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 아연계 도금 강판은, (1) 식으로 나타내는 Ceq 가 0.20 ％ 이상이고, 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 고강도 강판인, 저항 스폿 용접 방법.
   Ceq (％) ＝ C ＋ Si/30 ＋ Mn/20 ＋ 2P ＋ 4S (1)
   여기서, (1) 식 중의 원소 기호는, 각 원소의 함유량 (질량％) 을 나타낸다.