KR20160144495A - 저항 스폿 용접 장치 및 저항 스폿 용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 스캐터의 발생 없이 적절한 직경의 너겟을 얻는 것을 목적으로 한다. 본 발명에서는, 소정의 피용접재를 접합하는 저항 스폿 용접 장치로서, 본 용접에 앞선 테스트 용접시의 단위 체적당 순시 발열량의 시간 변화 및 단위 체적당 누적 발열량을 목표값으로서 기억하는 기억부와, 본 용접시에, 단위 체적당 순시 발열량의 시간 변화량이 목표값으로서 기억시킨 시간 변화 곡선으로부터 벗어난 경우에, 그 차이를 나머지 통전 시간 내에서 보상하여 본 용접에 있어서의 단위 체적당 누적 발열량이 목표값으로서 기억시킨 단위 체적당 누적 발열량과 일치하도록, 통전 중의 전류값 또는 전압값을 제어하는 적응 제어부 및 피용접재에 대한 가압력을 제어하는 가압력 제어부를 구비하는 구성으로 하였다.

Description

저항 스폿 용접 장치 및 저항 스폿 용접 방법{RESISTANCE SPOT WELDING DEVICE AND RESISTANCE SPOT WELDING METHOD}

본 발명은, 적응 제어 용접 기술에 의해 적정한 너겟의 형성을 가능하게 한 저항 스폿 용접 장치에 관한 것이다.

또, 본 발명은, 상기 저항 스폿 용접 장치를 사용하여 용접을 실시하는 저항 스폿 용접 방법에 관한 것이다.

일반적으로 중첩시킨 강판끼리의 접합에는, 겹치기 저항 용접법의 일종인 저항 스폿 용접법이 이용되고 있다.

이 용접법은, 중첩시킨 2 장 이상의 강판을 그 상하로부터 1 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 가압하면서 상하 전극 간에 높은 용접 전류를 단시간 통전하여 접합하는 방법으로, 높은 용접 전류를 흘림으로써 발생하는 저항 발열을 이용하여, 점상의 용접부가 얻어진다. 이 점상의 용접부는 너겟이라고 불리며, 중첩시킨 강판에 전류를 흘렸을 때 강판의 접촉 지점에서 양 강판이 용융되어 응고된 부분으로, 이것에 의해 강판끼리가 점상으로 접합된다.

양호한 용접부 품질을 얻기 위해서는, 너겟 직경이 적정한 범위에서 형성되는 것이 중요하다. 너겟 직경은, 용접 전류, 통전 시간, 전극 형상 및 가압력 등의 용접 조건에 의해 정해진다. 따라서, 적절한 너겟 직경을 형성하기 위해서는, 피용접재의 재질, 판두께 및 겹친 매수 등의 피용접재 조건에 따라, 상기 용접 조건을 적정하게 설정할 필요가 있다.

예를 들어, 자동차의 제조시에는, 1 대당 수천 점이나 되는 스폿 용접이 실시되고 있고, 또 계속해서 흘러들어오는 피처리재 (워크) 를 용접할 필요가 있다. 이때, 각 용접 지점에 있어서의 피용접재의 재질, 판두께 및 겹친 매수 등의 피용접재 조건이 동일하면, 용접 전류, 통전 시간 및 가압력 등의 용접 조건도 동일한 조건에서 동일한 너겟 직경을 얻을 수 있다. 그러나, 연속된 용접에서는, 용접을 복수 회 실시함에 따라 전극의 피용접재 접촉면이 점차 마모되어 전극과 피용접재의 접촉 면적이 점차 넓어진다. 이와 같이 접촉 면적이 넓어진 상태에서, 첫번째 용접시와 동일한 값의 용접 전류를 흘리면, 피용접재 중의 전류 밀도가 저하되고, 용접부의 온도 상승이 낮아지기 때문에, 너겟 직경은 작아진다. 이 때문에, 수백 ∼ 수천 점의 용접마다 전극의 연마 또는 교환을 실시하여, 전극의 선단 직경이 지나치게 확대되지 않도록 하고 있다.

그 외, 미리 정한 횟수의 용접을 실시한 후에 용접 전류값을 증가시키고, 전극의 마모에 수반되는 전류 밀도의 저하를 보상하는 기능 (스테퍼 기능) 을 구비한 저항 용접 장치가 종래부터 사용되고 있다. 이 스테퍼 기능을 사용하려면, 상기 서술한 용접 전류 변화 패턴을 미리 적정하게 설정해 둘 필요가 있다. 그러나, 이를 위해서는 수많은 피용접재 조건 및 용접 조건에 대응한 용접 전류 변화 패턴을 시험 등에 의해 도출할 필요가 있고, 이것에는 많은 시간과 비용이 필요해진다. 또, 실제 시공에 있어서는, 전극 마모의 진행 상태에는 편차가 있기 때문에, 미리 정한 용접 전류 변화 패턴이 항상 적정하다고는 할 수 없다.

또한, 용접시에 외란이 존재하는 경우, 예를 들어, 용접할 점 근처에 이미 용접한 점 (기(旣)용접점) 이 있는 경우나, 피용접재의 표면 요철이 커서 용접할 점의 근처에 피용접재끼리의 접촉점이 존재하는 경우 등에는, 용접시에 기용접점이나 접촉점에 전류가 분류 (分流) 된다. 이와 같은 상태에서는, 소정의 조건으로 용접하더라도, 전극 바로 아래의 용접하고자 하는 위치에 있어서의 전류 밀도는 저하되기 때문에, 역시 필요한 직경의 너겟은 얻어지지 않게 된다. 이 발열량 부족을 보상하고, 필요한 직경의 너겟을 얻으려면, 미리 높은 용접 전류를 설정하는 것이 필요해진다.

또, 표면 요철이나 부재의 형상 등에 의해 용접할 점의 주위가 강하게 구속되어 있는 경우에는, 강판 간의 판 간극이 커짐으로써 강판끼리의 접촉 면적이 좁아져, 필요한 직경의 너겟 직경이 얻어지지 않거나, 스캐터 (scatter) 가 발생하기 쉬워지는 경우도 있다.

상기 문제를 해결하는 것으로서, 이하에 서술하는 바와 같은 기술이 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는, 추산한 용접부의 온도 분포와 목표 너겟을 비교하여 용접기의 출력을 제어함으로써, 설정된 너겟이 얻어지도록 한 저항 용접기의 제어 장치가 기재되어 있다.

또, 특허문헌 2 에는, 용접 전류와 팁 간 전압을 검출하고, 열전도 계산에 의해 용접부의 시뮬레이션을 실시하여, 너겟의 형성 상태를 추정함으로써, 양호한 용접을 실시하도록 한 저항 용접기의 용접 조건 제어 방법이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 3 에는, 피용접물의 판두께와 통전 시간으로부터, 그 피용접물을 양호하게 용접할 수 있는 단위 체적당 누적 발열량을 계산하고, 계산된 단위 체적·단위 시간당 발열량을 발생시키는 용접 전류 또는 전압으로 조정하는 처리를 실시하는 용접 시스템이 기재되어 있다. 여기에는, 이 용접 시스템을 사용함으로써, 피용접물의 종류나 전극의 마모 상태에 상관없이 양호한 용접을 할 수 있는 것이 기재되어 있다.

특허문헌 4 에는, 통전 중의 반사이클마다 전력과 전류 혹은 전류의 2 승값을 취하는 곡선을 연산하여 구하고, 그 추이에 따라 너겟의 형성 상태를 판정하여, 이후의 사이클의 전류값 또는 가압력을 조정하거나, 혹은 그 시점에서 전류를 중단시키는 용접 방법이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 평9-216071호 일본 공개특허공보 평10-94883호 일본 공개특허공보 평11-33743호 일본 공개특허공보 2004-58153호

그러나, 특허문헌 1 에 기재된 저항 용접기의 제어 장치 및 특허문헌 2 에 기재된 저항 용접기의 용접 조건 제어 방법에 의한 저항 스폿 용접에서는, 열전도 모델 (열전도 시뮬레이션) 등에 기초하여 너겟의 온도를 추정하기 때문에 복잡한 계산 처리가 필요하고, 이로써, 용접 제어 장치의 구성이 복잡해질 뿐만 아니라, 용접 제어 장치 자체가 고가가 된다는 문제가 있었다.

또, 특허문헌 3 에 기재된 용접 시스템에 의한 저항 스폿 용접에서는, 누적 발열량을 목표값으로 제어함으로써, 전극의 마모 정도의 여하에 관계없이 항상 양호한 용접이 가능해진다. 그러나, 설정한 피용접재 조건과 실제 피용접재 조건이 크게 상이한 경우, 예를 들어 근처에 전술한 기용접점이나 강판 간의 판 간극 등의 외란이 존재하고, 그 영향이 큰 경우에는, 최종적인 누적 발열량을 목표값에 맞출 수 있더라도, 발열이나 통전의 형태, 요컨대 용접부의 온도 분포나 전류 밀도 분포의 시간 변화가 목표로 하는 양호한 용접부가 얻어지는 패턴에서 크게 벗어나는 경우가 생긴다. 이와 같은 경우, 필요로 하는 너겟 직경이 얻어지지 않거나, 스캐터가 발생하거나 한다.

예를 들어, 용접할 점의 근처에 피용접재의 접촉점이 있고, 또한 피용접재 간의 판 간극이 큰 경우에는, 전극 간 저항값이 증대되기 때문에, 전류값이 저하되어 필요로 하는 너겟 직경을 확보할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 4 의 용접 방법에서는, 반사이클마다의 전류의 증가, 감소 과정의 곡선 형상의 변화를 감시하고 있기 때문에, 교류 전원에서의 용접을 전제로 하고 있어, 직류 전원에서는 사용할 수 없다. 또, 스캐터의 발생을 억제하는 수단은 전류값, 가압력, 통전 시간의 조정 중 어느 하나로 하고 있는데, 각각을 조정할 필연성은 기재되어 있지 않다.

또한, 특허문헌 1 ∼ 4 에 개시된 기술은 모두 전극 선단이 마모된 경우의 변화에 대해서는 유효하지만, 기용접점과의 거리가 짧거나, 혹은 강판 간의 요철에 의해 접촉점이 존재하는 등이 원인으로 분류나 판 간극의 영향이 큰 경우에 대해서는 아무런 검토가 이루어져 있지 않아, 상기와 같은 적응 제어 용접을 정확하게 실시할 수 없는 경우가 있었다.

본 발명은, 상기 문제를 유리하게 해결하는 것으로, 용접 조건이 상기한 특수한 경우라 하더라도, 스캐터의 발생 없이 적절한 직경의 너겟을 얻을 수 있는 저항 스폿 용접 장치를, 이 용접 장치를 사용하는 저항 스폿 용접 방법과 함께 제안하는 것을 목적으로 한다.

그래서, 발명자들은 상기 목적을 달성하고자 예의 검토를 거듭한 결과, 이하에 기술하는 지견을 얻었다.

적응 제어 용접에 의한 저항 스폿 용접을 실시함에 있어서는, 발열이나 통전의 형태, 요컨대 용접부의 온도 분포나 전류 밀도 분포의 시간 변화가 목표로 하는 양호한 용접부가 얻어진 패턴에서 크게 벗어나는 경우가 있고, 이 경우에는 필요로 하는 너겟 직경이 얻어지지 않거나, 스캐터가 발생하거나 한다.

저항 스폿 용접 전 및 용접 초기는, 용접할 점의 강판 간의 저항이 높고, 통전 직경이 확보되어 있지 않은 상태이다. 그 때문에, 예를 들어 용접할 점의 근처에 피용접재의 접촉점이 있고, 또한 피용접재 간의 판 간극이 큰 경우에는, 접촉점에 대한 분류가 일어나, 용접할 점의 피용접재끼리의 접촉 직경이 좁아지기 때문에, 판 조합에 따라서는 전극 간 저항값이 증대되는 경우가 있다. 이것이 원인으로, 용접할 점에 있어서의 누적 발열량이 과대하다고 장치가 오인식해 버린다. 그 결과, 적응 제어 중의 전류값이 감소하여, 필요 너겟 직경이 미달이 된다. 혹은, 접촉점에 대한 분류량이 커져 전극 간 저항값이 저하된 경우, 피용접재끼리의 접촉 직경이 작은 상태로 전류값이 증대하게 되어, 스캐터 발생의 리스크가 높아진다.

그 외, 피용접재 간의 판 간극이 작다고 하더라도, 분류의 영향이 큰 경우, 본 용접의 누적 발열량을 테스트 용접의 누적 발열량에 맞추고자 하면, 피용접재 간의 통전 직경이 확보되어 있지 않은 상태이기 때문에 전류값이 크게 증가한다. 그 결과, 강판-강판 간이 아니라 전극-강판 간 근방에서의 발열이 현저해져, 본 용접과 테스트 용접에서 발열 형태가 크게 상이해져 버린다.

이러한 점을 바탕으로 검토한 결과, 발명자들은, 통전 중에 있어서의 전류나 전압뿐만 아니라, 통전 중의 피용접재에 대한 가압력을 필요에 따라 제어하는 것이 유효하다는 지견을 얻었다. 구체적으로는, 피용접재에 대한 가압력의 제어에 의해 일정한 통전 직경을 확보한 상태로 너겟을 형성·성장시킴으로써, 전극 손모나 외란에 상관없이 소기한 목적이 유리하게 달성되는 것을 알아낸 것이다.

본 발명은, 상기 지견에 입각하는 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 복수 장의 금속판을 중첩시킨 피용접재를, 1 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 장치로서,

본 용접에 앞선 테스트 용접시에, 정전류 제어에 의해 통전하여 적정한 너겟을 형성하는 경우의 전극 간의 전기 특성으로부터 산출되는, 단위 체적당 순시 발열량의 시간 변화 및 단위 체적당 누적 발열량을 목표값으로서 기억하는 기억부와,

상기 본 용접시에, 상기 목표값으로서 기억시킨 단위 체적당 순시 발열량의 시간 변화 곡선을 기준으로 하여 용접을 개시하고, 상기 본 용접의 단위 체적당 순시 발열량의 시간 변화량이 기준인 상기 시간 변화 곡선으로부터 벗어난 경우에, 그 차이를 나머지 통전 시간 내에서 보상하여 상기 본 용접에 있어서의 단위 체적당 누적 발열량이 상기 목표값으로서 기억시킨 단위 체적당 누적 발열량과 일치하도록, 통전 중의 전류값 또는 전압값을 제어하는 적응 제어부 및 상기 피용접재에 대한 가압력을 제어하는 가압력 제어부를 구비하는 저항 스폿 용접 장치.

2. 상기 가압력 제어부가, 상기 본 용접에 있어서, 통전 개시부터 일정 시간 경과한 시점에 있어서의 상기 본 용접의 단위 체적당 누적 발열량과 상기 테스트 용접의 단위 체적당 누적 발열량의 차이에 따라, 그 후의 가압력을 증감시키는 상기 1 에 기재된 저항 스폿 용접 장치.

3. 상기 가압력 제어부가, 상기 본 용접에 있어서, 통전 개시부터 가압력의 제어를 개시할 때까지의 시간을 0.1 ∼ 10 cyc 의 범위로 제어하는, 상기 2 에 기재된 저항 스폿 용접 장치.

4. 상기 가압력 제어부가, 상기 본 용접에 있어서, 가압력의 제어의 개시부터 종료까지의 시간을 1 ∼ 30 cyc 의 범위로 제어하는, 상기 2 또는 3 에 기재된 저항 스폿 용접 장치.

5. 상기 1 ∼ 4 중 어느 하나에 기재된 장치를 사용하여 용접을 실시하는 저항 스폿 용접 방법.

본 발명에 의하면, 전극이 마모된 상태나, 분류나 판 간극 등의 외란의 영향이 큰 용접 조건하에서도, 스캐터의 발생 없이 양호한 너겟을 얻을 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 저항 스폿 용접 장치의 개략 구성도이다.
도 2 는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 저항 스폿 용접 장치에 의해, 테스트 용접을 실시했을 때의 용접 전류값, 가압력 및 누적 발열량의 추이를 나타낸 도면이다.
도 3 은, 피용접재 간에 판 간극이 있는 상태에서의 저항 스폿 용접 방법의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 4 는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 저항 스폿 용접 장치에 의해, 가압력을 제어하면서 적응 제어 용접을 실시했을 때의 용접 전류값, 가압력 및 누적 발열량의 추이를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 저항 스폿 용접 장치의 개략 구성을 나타낸 것이다.

도면 중, 부호 1 은 저항 스폿 용접 전원, 2 는 저항 스폿 용접 전원 (1) 으로 제어 신호를 공급하는 적응 제어부, 3 은 용접 전류의 검출부로, 검출한 신호를 적응 제어부 (2) 에 보내고 있다. 4 는 저항 스폿 용접 전원 (1) 의 출력에 접속된 2 차 도체로, 전극 (7) 에 통전하기 위해 전극 (7) 에 접속되어 있다.

5 는 하부 아암, 6 은 가압 실린더로, 각각에 전극 (7) 이 장착되고, 전극 (7) 에 의해 8 의 피용접재가 협지된다. 9 는 전극 (7) 에 장착된 전극 간 전압 검출선으로, 적응 제어부 (2) 에 넣어져 있다. 적응 제어부 (2) 에 있어서는, 테스트 용접을 실시하는 모드와 본 용접을 실시하는 모드를 전환할 수 있다.

10 은 가압력 제어부로, 적응 제어부 (2) 에 의한 전류값 또는 전압값의 조정에 따라, 가압 실린더 (6) 에 신호를 발신하여, 피용접재에 대한 가압력을 변동시킨다.

또, 본 발명의 일 실시형태에 따른 저항 스폿 용접 장치는, 테스트 용접시에, 정전류 제어에 의해 통전하여 적정한 너겟을 형성하는 경우의 전극 간의 전기 특성으로부터 산출되는, 단위 체적당 순시 발열량의 시간 변화 및 단위 체적당 누적 발열량을 목표값으로서 기억하는, 기억부를 구비한다 (도시 생략).

그리고, 테스트 용접 모드에 있어서는, 용접 전류의 검출부 (3) 로부터 입력된 전류와, 전극 간 전압 검출선 (9) 으로부터 입력된 전압으로부터 단위 체적당 순시 발열량이 계산되고, 기억부에 그 시간 변화, 나아가서는 단위 체적당 누적 발열량이 목표값으로서 기억된다.

또, 본 용접을 실시하는 모드에 있어서는, 테스트 용접의 용접 조건으로 통전을 개시함과 함께, 적응 제어부 (2) 에 있어서, 용접 전류 검출부 (3) 로부터 입력된 전류와, 전극 간 전압 검출선 (9) 으로부터 입력된 전압으로부터 순시 발열량이 샘플링 시간마다 계산되고, 각 시간에 있어서의 순시 발열량과 기억부에 목표값으로서 기억시킨 순시 발열량을 비교하여, 이들 값에 차이가 생긴 시점에서, 그 차이에 따라 전류값 또는 전압값, 나아가서는 가압력을 제어한다. 바꾸어 말하면, 본 용접에 있어서의 누적 발열량이 목표값으로서 기억된 누적 발열량과 일치하도록, 적응 제어부 (2) 에 의해 적응 제어된 용접 전류 또는 전압이 피용접재 (8) 에 통전되고, 가압력 제어부 (10) 에 의해 피용접재 (8) 에 가압력이 부가되도록 구성되어 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 저항 스폿 용접 장치를 사용한 저항 스폿 용접 방법의 제어 요령에 대해 설명한다.

먼저, 테스트 용접에 대해 설명한다.

본 용접에서 사용하는 피용접재와 동일한 강종, 두께의 피용접재를 사용하고, 기용접점에 대한 분류나 판 간극이 없는 상태에서, 정전류 제어에 의해 여러 가지 조건으로 예비 용접을 실시하여, 테스트 용접에서의 최적 조건 (전류값, 전압값, 통전 시간 및 가압력) 을 찾아낸다. 또한, 용접기로는 인버터 직류 저항 스폿 용접기가 바람직하고, 전극으로는 크롬 구리 전극 혹은 알루미나 분산 구리제 전극이 유리하게 적합하다.

그리고, 상기 최적 조건으로 테스트 용접을 실시하여, 이 테스트 용접에 있어서의, 전극 간의 전기 특성으로부터 산출되는 단위 체적당 순시 발열량의 시간 변화 및 단위 체적당 누적 발열량을 목표값으로서 기억시킨다. 여기에서, 본 발명에 있어서 전극 간의 전기 특성이란, 전극 간 저항 혹은 전극 간 전압을 의미한다.

또한, 테스트 용접에 있어서의 통전 패턴은 2 단 이상의 다단 스텝으로 분할할 수 있다. 예를 들어, 피용접재인 강판 간에 용융부가 형성되기 시작한 시점 (전극 바로 아래에 통전 경로가 형성되기 시작한 시점) 을 스텝 분할의 타이밍으로 하여, 통전 패턴을 2 단 스텝으로 분할할 수 있다.

상기 테스트 용접 후, 본 용접을 실시한다. 본 용접은, 상기 테스트 용접에서 얻어진 단위 체적당 순시 발열량의 시간 변화 곡선을 기준으로 하여 용접을 개시하고, 순시 발열량의 시간 변화량이 기준인 시간 변화 곡선을 따르고 있는 경우에는, 그대로 용접을 실시하여 용접을 종료한다. 단, 본 용접에서의 순시 발열량의 시간 변화량이 기준인 시간 변화 곡선으로부터 벗어난 경우에는, 그 차이에 따라 통전량, 요컨대 전류값 또는 전압값을 제어하는 적응 제어 용접을 실시하여, 본 용접에 있어서의 단위 체적당 누적 발열량 (이후, 간단히「본 용접에서의 누적 발열량」이라고도 한다) 이 테스트 용접에서 목표값으로서 기억시킨 단위 체적당 누적 발열량 (이후, 간단히「테스트 용접에서의 누적 발열량」이라고도 한다) 과 일치하도록, 이 차이를 당해 스텝의 나머지 통전 시간 내에서 보상한다.

또, 이 용접 방법은, 상기한 통전량의 제어와 동시에, 본 용접에서의 누적 발열량이 테스트 용접에서의 누적 발열량과 일치하도록, 피용접재에 대한 가압력도 함께 제어하는 것을 특징으로 한다.

이로써, 전극 선단이 마모되거나 분류나 판 간극 등의 외란의 영향이 큰 상태에서도 필요한 누적 발열량을 확보하여, 적정한 너겟 직경을 얻을 수 있다.

또한, 단위 체적당 발열량의 산출 방법에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 특허문헌 3 에 그 일례가 개시되어 있으며, 본 발명에서도 이 방법을 채용할 수 있다. 이 방법에 의한 단위 체적당 누적 발열량 Q 의 산출 요령은 다음과 같다.

2 장의 피용접재의 합계 두께를 t, 피용접재의 전기 저항률을 r, 전극 간 전압을 V, 용접 전류를 I 라고 하고, 전극과 피용접재가 접촉하는 면적을 S 라고 한다. 이 경우, 용접 전류는 횡단면적이 S 이고, 두께 t 인 기둥상 부분을 통과하여 저항 발열을 발생시킨다. 이 기둥상 부분에 있어서의 단위 체적·단위 시간당 발열량 q 는 다음 식 (1) 에 의해 구해진다.

q = (V·I)/(S·t) --- (1)

또, 이 기둥상 부분의 전기 저항 R 은, 다음 식 (2) 에 의해 구해진다.

R = (r·t)/S --- (2)

(2) 식을 S 에 대해서 풀고 이것을 (1) 식에 대입하면, 발열량 q 는 다음 식 (3)

q = (V·I·R)/(r·t²)

= (V²)/(r·t²) --- (3)

이 된다.

상기에 게재된 식 (3) 으로부터 분명한 바와 같이, 단위 체적·단위 시간당 발열량 q 는, 전극 간 전압 V 와 피용접물의 합계 두께 t 와 피용접물의 전기 저항률 r 로부터 산출할 수 있고, 전극과 피용접물이 접촉하는 면적 S 에 의한 영향을 받지 않는다.

또한, (3) 식은 전극 간 전압 V 로부터 발열량을 계산하고 있는데, 전극 간 전류 I 로부터 발열량 q 를 계산할 수도 있고, 이때에도 전극과 피용접물이 접촉하는 면적 S 를 이용할 필요가 없다.

그리고, 단위 체적·단위 시간당 발열량 q 를 통전 기간에 걸쳐 누적하면, 용접에 가해지는 단위 체적당 누적 발열량 Q 가 얻어진다. (3) 식으로부터 분명한 바와 같이, 이 단위 체적당 누적 발열량 Q 도 또한 전극과 피용접재가 접촉하는 면적 S 를 이용하지 않고 산출할 수 있다.

이상, 특허문헌 3 에 기재된 방법에 의해 누적 발열량 Q 를 산출하는 경우에 대해 설명하였지만, 그 밖의 산출식을 사용해도 되는 것은 말할 필요도 없다.

전술한 바와 같이, 이 용접 방법은, 본 용접의 단위 체적당 순시 발열량의 시간 변화량이 기준인 시간 변화 곡선으로부터 벗어난 경우에, 그 차이를 나머지 통전 시간 내에서 보상하여 본 용접에서의 누적 발열량이 테스트 용접에서의 누적 발열량과 일치하도록, 전류값이나 전압값을 제어하고, 또한 통전 중의 가압력을 제어하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 외란에 상관없이 일정한 통전 직경을 확보한 상태로 너겟을 형성·성장시키는 것이 가능해져, 상기한 판 간극에 의한 발열량의 오인식이나, 분류에 의한 발열 형태의 변화를 억제할 수 있다.

또, 가압력 제어의 지침이 되는 것은, 본 용접과 테스트 용접의 발열량의 차이, 특히 통전 개시부터 일정 시간 경과한 시점에 있어서의 단위 체적당 누적 발열량의 차이이다. 예를 들어, 본 용접에서의 통전 개시부터 일정 시간 경과한 시점에 있어서의 단위 체적당 누적 발열량이, 테스트 용접에서의 통전 개시부터 일정 시간 경과한 시점에 있어서의 단위 체적당 누적 발열량보다 큰 경우에는, 그 차이에 따라 이후의 가압력을 증대시킨다.

이것은, 전류값 제어에 의해 통전 직경을 변동시키는 효과는 있긴 하지만, 접촉 직경을 변동시키는 효과는 불충분하기 때문이다. 가압력을 제어함으로써, 외란에 의한 통전 중의 접촉 직경의 감소분을 보정할 수 있으므로, 전류값의 제어에 의한 너겟 형성 과정을 테스트 용접과 맞출 수 있다.

또한, 본 용접에서의 통전 개시부터 일정 시간 경과한 시점에 있어서의 단위 체적당 누적 발열량이, 테스트 용접에서의 통전 개시부터 일정 시간 경과한 시점에 있어서의 단위 체적당 누적 발열량보다 작은 경우에는, 그 차이에 따라 이후의 가압력을 감소시킨다.

또, 테스트 용접에 있어서의 통전 개시부터 일정 시간 경과한 시점에서의 단위 체적당 누적 발열량은, 테스트 용접에 있어서의 통전 개시부터 당해 시점까지의 단위 체적당 순시 발열량을 누적함으로써 구할 수 있다.

여기서, 통전 후부터 가압력의 제어를 개시할 때까지의 시간, 즉 가압력 제어의 지침으로 하는 누적 발열량의 통전 개시부터의 경과 시간은, 0.1 ∼ 10 cyc 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 상기한 효과를 유효하게 달성할 수 있다. 이는, 너겟 직경을 제어함에 있어서 중요해지는 것은, 너겟 형성시의 통전 직경을 테스트 용접의 통전 직경에 가깝게 하는 것이기 때문이다. 통전 개시부터 0.1 cyc 미만에 있어서는, 동일한 판 조합, 시공 상태라도 전기 저항값의 편차가 크기 때문에, 그때까지의 시점에 있어서의 본 용접과 테스트 용접에 있어서의 단위 체적당 순시 발열량의 차이를 보상하여, 본 용접에서의 누적 발열량과 테스트 용접에서의 누적 발열량을 일치시키는 것이 곤란해진다. 한편, 통전 개시부터 10 cyc 을 초과하면, 가압력을 변동시키기 전에 너겟이 형성, 성장하기 시작하므로, 상기 효과가 얻어지지 않는다. 또한, 저항값의 편차가 커지는 판 조합이나 외란의 영향이 큰 경우에는, 0.3 ∼ 5 cyc 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또, 상기한 본 용접과 테스트 용접에서의 누적 발열량의 차이에 따라 가압력을 변동시키는 시간은 1 ∼ 30 cyc 의 범위로 함으로써, 상기한 효과를 유효하게 얻을 수 있다. 1 cyc 미만에서는 가압력의 증대에 의한 통전 직경의 확보를 할 수 없고, 한편 30 cyc 초과에서는 너겟 성장 중에 가압력이 증대되어, 발열 효율이 저하되는 경우가 있다. 또한, 저항값의 편차가 커지는 판 조합이나 외란의 영향이 큰 경우에는, 2 ∼ 20 cyc 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

가압력의 변동량에 대해서는, 가압 제어의 개시부터 종료까지의 동안에서 일정하게 해도 그 나름의 효과는 얻어지지만, 통전 중의 너겟 형성에 대하여 통전 직경의 영향이 특히 큰 판 조합이나 시공 상태, 예를 들어 고(高)판두께비의 3 매 이상의 판 조합, 강판 간의 판 간극이 매우 큰 상태 등의 경우에는, 전류값의 제어와 동시에, 통전 중의 가압력을 축차 제어함으로써, 상기한 효과를 더욱 유효하게 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서의 피용접 재료는 특별히 제한은 없고, 연강으로부터 초고장력 강판까지의 각종 강도를 갖는 강판을 비롯하여, 각종 도금 강판, 알루미늄 합금 등의 경금속판의 용접에도 적용할 수 있고, 3 매 이상을 중첩한 판 조합에도 적용할 수 있다. 또, 너겟 형성을 위한 통전 후에, 용접부의 열처리를 위한 후통전을 가해도 아무런 문제가 없다.

실시예

본 발명의 실시예를 이하에 나타낸다.

피용접재로서, 590 ㎫ 급, 980 ㎫ 급의 냉연 강판 (판두께 : 1.6 ㎜) 을 사용하였다. 이 피용접재를 2 매 겹침으로 하고, 갭이나 기용접점에 대한 분류가 없는 상태에서 정전류 제어에 의해 예비 용접을 실시하여, 적절한 너겟 직경이 얻어지는 용접 조건을 구하였다. 용접기에는 인버터 직류 저항 스폿 용접기를 사용하고, 전극에는 DR 형 선단형 6 ㎜ 의 크롬 구리 전극을 사용하였다. 또한, 용접 조건은, 가압력 : 3.5 kN, 용접 전류 : 6.0 ㎄, 통전 시간 : 16 cyc (50 ㎐ (이후, 시간의 단위는 모두 50 ㎐ 에 있어서의 cycle 수로 한다)) 로 하였다. 그리고, 도 1 에 나타내는 바와 같은 저항 스폿 용접 장치를 사용하고, 상기 용접 조건으로 테스트 용접을 실시하여, 단위 체적당 순간 발열량의 시간 변화 및 단위 체적당 누적 발열량을 기억시켰다. 이때 얻어진 너겟 직경은 대략 5.0 ㎜ (= 4√t, t : 판두께) 였다. 그때의 용접 전류값, 가압력, 누적 발열량의 추이를 도 2 에 나타낸다.

이어서, 이하의 조건으로 본 용접을 실시하였다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 피용접재 (11, 12) (판두께 1.6 ㎜) 사이에 스페이서용의 강판 (13) (판두께 1.5 ㎜, 스페이서 간 거리 30 ㎜) 을 삽입하고, 상기한 테스트 용접을 기준으로 하여, 도 1 에 나타내는 바와 같은 저항 스폿 용접 장치를 사용하여 저항 스폿 용접을 실시하였다. 즉, 테스트 용접으로 얻어진 단위 체적당 순간 발열량의 시간 변화 곡선을 기준으로 하여, 저항 스폿 용접을 실시하였다. 또한, 가압 제어를 실시한 구간은 통전 후 1 cyc 에서 6 cyc 까지의 5 cyc 동안으로 하였다. 도 3 중, 부호 14 는 전극이다.

얻어진 너겟 직경은 5.2 ㎜ 로, 거의 테스트 용접과 동일한 정도의 너겟 직경이 확보되어 있었다. 또, 스캐터는 발생하지 않았다.

그때의 용접 전류값, 가압력, 누적 발열량의 추이를 도 4 에 나타낸다.

이 용접 조건하에서는, 판 간극에 의해 통전 초기의 저항값이 증대되기 때문에, 가압력 제어 구간에 있어서 가압력이 대략 5 kN 정도까지 증대되어 있다.

또한, 여러 가지 판 조합, 시공 조건으로 용접했을 때의 결과를 표 1 에 나타낸다.

또한, 조건 No. 1, 2, 5, 7 에 대해서는 모두, 도 1 에 나타내는 바와 같은 저항 스폿 용접 장치를 사용하여 전류값 및 가압력의 제어를 실시하여, 저항 스폿 용접을 실시하였다. 또, No. 3, 4, 6 에 대해서는 모두, 가압력의 제어는 실시하지 않고, 저항 스폿 용접을 실시하였다. 또한, 조건 No. 7 에서는, 테스트 용접의 통전 패턴을 제 1 스텝과 제 2 스텝의 2 단으로 분할하고, 스텝 사이에 냉각 시간을 두었다. 또, 조건 No. 7 의 테스트 용접에 있어서의 가압력은, 제 1 스텝과 제 2 스텝에서 동일하게 하였다.

모든 조건에서 테스트 용접에서의 목표 너겟 직경은 4√t 로 하여, 너겟 직경이 3.5√t 이상이고 스캐터가 발생하지 않았던 것을 ○, 너겟 직경이 3.5√t 미만 혹은 스캐터가 발생한 것을 × 로서 평가하였다.

동 표에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 저항 스폿 용접 장치를 사용하여 저항 스폿 용접을 실시한 경우에는, 모든 판 조합, 시공 조건에서 ○ 의 평가를 얻을 수 있었다.

1 : 저항 스폿 용접 전원
2 : 저항 스폿 용접 전원으로 제어 신호를 공급하는 적응 제어부
3 : 용접 전류의 검출부
4 : 저항 스폿 용접 전원의 출력에 접속된 2 차 도체
5 : 하부 아암
6 : 가압 실린더
7 : 전극
8 : 피용접재
9 : 전극 간 전압 검출선
10 : 가압력 제어부
11, 12 : 피용접재
13 : 스페이서
14 : 전극

Claims (5)

1. 복수 장의 금속판을 중첩시킨 피용접재를, 1 쌍의 전극에 의해 사이에 끼우고, 가압하면서 통전하여 접합하는 저항 스폿 용접 장치로서,
   본 용접에 앞선 테스트 용접시에, 정전류 제어에 의해 통전하여 적정한 너겟을 형성하는 경우의 전극 간의 전기 특성으로부터 산출되는, 단위 체적당 순시 발열량의 시간 변화 및 단위 체적당 누적 발열량을 목표값으로서 기억하는 기억부와,
   상기 본 용접시에, 상기 목표값으로서 기억시킨 단위 체적당 순시 발열량의 시간 변화 곡선을 기준으로 하여 용접을 개시하고, 상기 본 용접의 단위 체적당 순시 발열량의 시간 변화량이 기준인 상기 시간 변화 곡선으로부터 벗어난 경우에, 그 차이를 나머지 통전 시간 내에서 보상하여 상기 본 용접에 있어서의 단위 체적당 누적 발열량이 상기 목표값으로서 기억시킨 단위 체적당 누적 발열량과 일치하도록, 통전 중의 전류값 또는 전압값을 제어하는 적응 제어부 및 상기 피용접재에 대한 가압력을 제어하는 가압력 제어부를 구비하는 저항 스폿 용접 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 가압력 제어부가, 상기 본 용접에 있어서, 통전 개시부터 일정 시간 경과한 시점에 있어서의 상기 본 용접의 단위 체적당 누적 발열량과 상기 테스트 용접의 단위 체적당 누적 발열량의 차이에 따라, 그 후의 가압력을 증감시키는 저항 스폿 용접 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 가압력 제어부가, 상기 본 용접에 있어서, 통전 개시부터 가압력의 제어를 개시할 때까지의 시간을 0.1 ∼ 10 cyc 의 범위로 제어하는 저항 스폿 용접 장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 가압력 제어부가, 상기 본 용접에 있어서, 가압력의 제어의 개시부터 종료까지의 시간을 1 ∼ 30 cyc 의 범위로 제어하는 저항 스폿 용접 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 장치를 사용하여 용접을 실시하는 저항 스폿 용접 방법.

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