KR20180049083A - 저항 스폿 용접 방법 - Google Patents

Abstract

내 지연 파괴 특성을 갖는 용접 조인트를 형성할 수 있는 저항 스폿 용접 방법이며, 상기 복수 매의 강판에 용접 전극에 의해 가압력 P1(kN)을 부여하면서 통전 전류 I1(㎄)로 통전하는 공정, 상기 가압력 P1을 부여한 채, 냉각 시간 tc(s) 동안 통전 전류 Ic(㎄)로 통전하는 공정, 상기 용접 전극에 통전 전류 I2(㎄)로 통전하면서 상기 복수 매의 강판에 상기 용접 전극에 의해 가압력 P2(kN)를 가압 시간 tf(s) 동안 부여하고, 그 후 즉시 가압력 P3(kN)을 가압 시간 ti(s) 동안 부여하는 가압력의 상승 하강을 2회 이상 반복하는 공정, 상기 가압력 P2를 상기 가압 시간 tf 동안 부여하는 공정, 가압력을 해방함과 함께, 통전을 종료하는 공정을 차례로 구비하고, 0≤Ic＜I1, 0.3≤I2/I1＜1.0, P2/P1≥1.2, tf≤0.2, P3＜P2, ti≤0.2를 만족시킨다.

Description

저항 스폿 용접 방법

본 발명은, 고강도 강판의 저항 스폿 용접 방법에 관한 것으로, 특히 자동차용 부품이나 차체 등에 있어서의 저항 스폿 용접 방법에 관한 것이다.

자동차 분야에서는, 환경 보전을 위해, 차체의 경량화에 의한 연비의 향상과 함께, 충돌 안전성의 향상이 요구되고 있다. 그 때문에, 고강도 강판을 사용하여 박육화함과 함께, 차체 구조를 최적화하여, 차체의 경량화와 충돌 안전성의 향상을 도모하기 위해, 지금까지 다양한 대처가 이루어지고 있다.

자동차 등의 부품의 제조나 차체의 조립에 있어서의 용접에서는, 저항 스폿 용접(이하, 「스폿 용접」이라고 하는 경우도 있음)이 주로 사용되고 있다. 스폿 용접에 의해 형성된 용접 조인트의 품질 지표로서는, 인장 강도와 피로 강도가 있다. 용접 조인트의 인장 강도에는, 전단 방향으로 인장 하중을 부하하여 측정하는 인장 전단 강도(TSS)와, 박리 방향으로 인장 하중을 부하하여 측정하는 십자 인장 강도(CTS)가 있다. 또한, 용접 조인트의 피로 강도에는, 전단 방향으로 인장 하중을 부하하여 측정하는 인장 전단 피로 강도와, 박리 방향으로 인장 하중을 부하하여 측정하는 십자 인장 피로 강도가 있다.

한편, 고강도 강판을 스폿 용접한 경우에 있어서, 지연 파괴(수소 취화)의 문제가 있다. 이 지연 파괴는, 강판의 경도, 잔류 응력, 그리고 강판 중의 수소량의 3가지의 인자에 주로 지배된다.

고강도 강판은, 그 강도를 달성하기 위해, C 이외에도 Si, Mn 등의 ??칭성이 높은 원소를 많이 함유하고 있고, 고강도 강판에 스폿 용접하여 형성된 용접 조인트의 용접부는, 용접의 가열 냉각 과정을 거쳐 ??칭되어, 마르텐사이트 조직으로 되어 단단하게 되어 있다. 또한, 용접부에서는, 국부적으로 발생하는 변태 팽창과 수축에 의해, 용접 조인트의 인장 잔류 응력이 크게 되어 있다.

이 때문에, 고강도 강판에 스폿 용접하여 형성된 용접 조인트의 용접부는, 경도가 높고, 인장 잔류 응력이 크게 되어 있으므로, 수소 침입이 일어나면, 지연 파괴를 야기하기 쉬운 부위이다. 이러한 지연 파괴가 발생하면, 전술한 용접 조인트의 품질 지표인 인장 강도와 피로 강도에 있어서, 충분한 강도가 얻어지지 않고, 또한 그 부분(균열)에 수분이 침입하면, 부식이 발생하여 강도가 더욱 저하된다고 하는 문제가 발생한다. 이들 문제가, 고강도 강판의 적용에 의한 차체의 경량화(박육화)를 저해하는 한 요인이다.

이러한 상황하에서, 스폿 용접의 통전이 종료되고 일정 시간이 경과한 후에 템퍼 통전을 행하거나, 고주파로 가열하거나 하여 용접부를 템퍼링하여 용접부의 경도를 저하시키는 기술이 알려져 있다. 그러나 이 기술에서는, 용접 공정이 장시간이 되어, 생산성이 저하되는 점이나, 템퍼링에 의해 용접부가 연화되어, 용접 금속(너깃) 내에서의 박리 파단이 일어나기 쉬운 점 등이 있었다.

그것에 비해, 특허문헌 1에는, 스폿 용접의 너깃 형성 시의 용접 전극에 의한 초기 가압력보다, 통전 시간 종료 후의 유지 시간 중의 용접 전극에 의한 후기 가압력을 상승시켜, 용접부 주변에 압축 잔류 응력을 도입하는 기술이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2010-110816호 공보

특허문헌 1에 개시된 기술은, 용접부의 인장 잔류 응력을 저감할 수 있으므로 지연 파괴 억제에 대해 유효한 기술이지만, 더욱 지연 파괴의 억제를 향상시킬 것이 요망되고 있었다.

본 발명에서는, 이러한 실정에 비추어, 높은 내 지연 파괴 특성을 갖는 용접 조인트를 안정적으로 형성할 수 있는, 저항 스폿 용접 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하는 수단에 대해 예의 검토하였다. 본 발명자들은, 스폿 용접 조인트의 내 지연 파괴 특성을 향상시키는 데는, 용접부 주변의 인장 잔류 응력을 저감시키는 것이 매우 중요하다고 생각하였다. 그래서, 용접부 주변의 인장 잔류 응력에 영향을 미치는, 너깃 형성 후의 용접 전극에 의한 용접부의 가압 조건에 대해 검토하였다.

그 결과, 너깃 형성 후에 통전하면서, 용접부로의 가압력의 상승과 하강을 반복하는 처리(이하, 「피닝 처리」라고 함)를 행함으로써, 너깃 근방의 온도를 고온으로 유지하면서 충격을 부여하여, 너깃 근방의 소성 변형을 촉진시킬 수 있고, 그 결과, 너깃 단부의 인장 잔류 응력을 저감, 혹은 압축 응력으로 변경할 수 있어, 용접 조인트의 내 지연 파괴 특성을 향상시킬 수 있는 것을 알아냈다.

본 발명은, 상기한 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

적어도 용접 개소가 겹쳐진 복수 매의 강판을 저항 스폿 용접하는 방법에 있어서, 상기 복수 매의 강판은, 적어도 인장 강도가 980㎫ 이상인 강판을 1매 이상 포함하고, 상기 방법은, [A] 상기 복수 매의 강판에 용접 전극에 의해 가압력 P1(kN)을 부여하면서 통전 전류 I1(㎄)로 통전하는 공정, [B] 상기 가압력 P1을 부여한 채, 냉각 시간 tc(s) 동안 통전 전류 Ic(㎄)로 통전하는 공정, [C] 상기 용접 전극에 통전 전류 I2(㎄)로 통전하면서 상기 복수 매의 강판에 상기 용접 전극에 의해 가압력 P2(kN)를 가압 시간 tf(s) 동안 부여하고, 그 후 즉시 가압력 P3(kN)을 가압 시간 ti(s) 동안 부여하는 가압력의 상승 하강을 2회 이상 반복하는 공정, [D] 상기 가압력 P2를 상기 가압 시간 tf 동안 부여하는 공정, [E] 가압력을 해방함과 함께, 통전을 종료하는 공정을 차례로 구비하고, 상기 통전 전류 Ic는 하기 (1)식, 상기 통전 전류 I2는 하기 (2)식, 상기 가압력 P2는 하기 (3)식, 상기 가압 시간 tf는 하기 (4)식, 상기 가압력 P3은 하기 (5)식, 상기 가압 시간 ti는 하기 (6)식을 각각 만족시키는 것을 특징으로 하는 저항 스폿 용접 방법.

본 발명에 따르면, 너깃 형성 후에, 용접부에 피닝 처리를 실시하므로, 용접 조인트의 내 수소 취화 특성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 용접법의 개략을 나타내는 도면이다.
도 2는 용접 전극의 가압력 및 통전 전류의 패턴의 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 용접 전극의 가압력을 변화시켰을 때의 전류 밀도의 변화의 개략을 나타내는 도면이며, (a)가 종래 기술에 의한 것, (b)가 본 발명에 의한 것이다.

본 발명의 저항 스폿 용접 방법(이하, 「본 발명의 용접법」이라고 함)은, 적어도 인장 강도가 980㎫ 이상인 강판을 1매 이상 포함하는 복수 매의 강판을 저항 스폿 용접하는 방법이며, 너깃 형성 후에, 용접 전극에 의한 용접부의 가압력의 상승 하강을 반복하여 행하는 피닝 처리를 실시하는 방법이다.

그리고, 너깃 형성 시의 가압력을 P1(kN), 통전 전류를 I1(㎄), 냉각 시간을 tc(s)로 하고, 하기 (1)식을 만족시키도록 냉각 시간에 있어서의 통전 전류를 Ic(㎄)로 하고, 피닝 처리에 있어서, 하기 (2)∼(5)식을 만족시키도록 통전 전류를 I2(㎄), 가압력 상승 시의 가압력을 P2(kN), 가압 시간을 tf(s), 가압력 하강 시의 가압력을 P3(kN), 가압 시간을 ti(s)로 하는 것이다.

다음으로, 본 발명의 용접법의 흐름에 대해 설명함과 함께, 본 발명의 용접법의 기본 구성에 대해 설명한다.

도 1에, 본 발명의 용접법의 개략을 나타낸다. 도 1은, 피용접 부재를 판 두께 방향으로 절단한 단면도를 나타내고 있다.

먼저, 본 발명의 제법에서는, 피용접 부재로서, 복수 매의 강판(이하, 「판조」라고도 함)을 준비한다. 당해 판조에는, 적어도 인장 강도가 980㎫ 이상인 강판(이하, 「고강도 강판」이라고도 함)을 1매 이상 포함하는 것으로 한다.

그리고 도 1에 나타낸 바와 같이, 2매의 강판(1)을 겹쳐, 양측으로부터 2매의 강판의 용접 개소를 끼워넣도록 구리 합금 등으로 이루어지는 용접 전극(2)에 의해, 가압력 P를 P1(kN)로 하여 가압하면서, 통전 전류 I를 I1(㎄)로 하여 통전하여, 용융 금속을 형성한다. 그 후, 가압력 P1을 부여한 채, 냉각 시간 tc(s) 동안, 통전 전류를 Ic(㎄)로 하여, 수랭된 용접 전극(2)에 의한 히트싱크나 강판 자체에의 열전도에 의해, 2매의 강판(1) 사이에 단면 타원 형상의 용접 금속(너깃)(3)을 형성한다.

판조가 고강도 강판을 1매 이상 포함하는 경우, 스폿 용접하여 얻어진 용접 조인트의 용접부, 너깃(3) 및 그 주변의 열영향부는, 냉각 과정에서 ??칭되어, 마르텐사이트 조직이 된다. 또한, 냉각 과정에서 열수축이 일어나, 특히 너깃(3)의 단부는 인장 응력이 잔류한 상태가 된다.

그래서, 본 발명의 용접법에서는, 스폿 용접에 의한 너깃 형성 후에, 통전 전류 I를 I2(㎄)로 하여 통전하면서, 가압력 P를 P2(kN)로 하여, 가압 시간 tf(s) 동안 부여하고, 그 후 즉시 가압력 P를 P3(kN)으로 하여, 가압 시간 ti(s) 동안 부여하는 가압력의 상승 하강을 2회 이상 반복하는 피닝 처리를 실시한다.

다음으로, 스폿 용접 및 피닝 처리 시의 용접 전극의 가압력 및 통전 전류의 패턴에 대해 설명한다.

도 2에, 용접 전극의 가압력 및 통전 전류의 패턴의 예를 나타낸다.

먼저, 너깃을 형성하는 스폿 용접 시의 가압력 및 통전 전류의 패턴에 대해 설명한다. 강판에 대해 용접 전극에 의해 가압력이 P1로 되도록 가압한다. 가압력이 P1에 도달한 후에, 전류값을 통전 전류 I1로 하고, 이 상태를 통전 시간 t1(s) 동안 유지하여 용융 금속을 형성한다.

통전 시간 t1을 경과한 후, 가압력 P1을 부여한 채, 냉각 시간 tc 동안, 통전 전류를 Ic로 하여, 용융 금속을 냉각, 응고하여 용접 금속(너깃)을 형성한다. 이때, 통전 전류 Ic는, 상기 (1)식을 만족시키도록 설정한다.

다음으로, 피닝 처리 시의 가압력 및 통전 전류의 패턴에 대해 설명한다. 냉각 시간 tc를 경과한 후, 전류값을 통전 전류 I2로 한다. 통전 전류 I2는, 상기 (2)를 만족시키도록 설정한다. 또한, 통전 전류 I2로 하고, 이 상태를 통전 시간 t2(s) 동안 유지하여 피닝 처리를 실시한다.

그리고, 통전 전류 I2에 의한 통전의 개시와 함께, 용접 전극에 의해 가압력 P2를 가압 시간 tf 동안 부여한다. 이때, 가압력 P2는, 상기 (3)식, 가압 시간 tf는, 상기 (4)식을 만족시키도록 설정한다.

가압 시간 tf를 경과한 후, 즉시 가압력 P3을 가압 시간 ti 동안 부여한다. 이때, 가압력 P3은, 상기 (5)식, 가압 시간 ti는, 상기 (6)식을 만족시키도록 설정한다. 이 가압력 P2에 의한 가압력의 상승과 가압력 P3에 의한 가압력의 하강을 1 사이클로 하여, 2회 이상 반복하여 행한다.

이 가압력의 상승 하강을 반복한 후, 가압력 P2를 가압 시간 tf 동안 부여한 후, 가압력을 해방함과 함께, 통전을 종료시킨다. 이때, 가압력 P2는, 상기 (3)식, 가압 시간 tf는, 상기 (4)식을 만족시키도록 설정한다.

이와 같이, 너깃 형성 후에, 피닝 처리를 실시함으로써, 용접 조인트의 내 지연 파괴 특성이 향상되고, 더욱이 피로 강도도 향상시킬 수 있다. 이 내 지연 파괴 특성 향상의 이유는 명확하지는 않지만, 용접부를 어느 일정 온도하에서, 피닝 처리, 즉, 가압력의 상승 하강의 반복을 실시함으로써, 예를 들어 용접 후의 플래튼에 의한 가압 또는 초음파 타격 처리와 같이 용접부에 소성 변형을 가하여 인장 잔류 응력을 저감할 수 있는 것이라고 생각된다.

도 3에, 용접 전극에 의해 피용접재를 가압하였을 때의, 재료로부터 본 전류 밀도의 변화 및 너깃 주변의 온도 변화의 개략을 나타낸다. (a)는 가압력을 일정하게 한 경우, (b)는 가압력의 상승 하강을 반복한 경우의 개략이다. (a)와 같이 가압력을 일정하게 한 경우, 시간이 경과함에 따라 피용접재의 소성 변형은 커지고, 전류 밀도는 단조롭게 감소한다. 그 결과, 너깃 주변의 온도도 전류 밀도의 변화에 따라 서서히 저하된다.

한편, (b)와 같이 가압력의 상승 하강을 반복한 경우, 그것에 맞추어 전류 밀도도 상승 하강한다. 그 결과, 너깃 주변의 온도도 전류 밀도의 변화에 따라서 변화된다. 이에 의해 너깃 주변의 온도를, 일정한 범위 내로 유지할 수 있다.

또한, 도 3의 (a)의 전류 밀도는 직류의 전원을 사용한 경우의 이미지도이다. 교류 전원의 경우는, 전류가 통전 중에 증감하므로, 도 3의 (b)에 기재된 전류 밀도가 얻어지지만, 가압력은 일정하기 때문에, 용접부의 인장 잔류 응력을 저감하거나, 혹은 압축 응력으로 할 수는 없다.

또한, (a)의 경우, 용접 전극이 피용접재에 접촉한 후, 특정 개소가 계속 가압되기 때문에, 특정 개소에 변형이 발생한다. 한편, (b)의 경우, 가압력이 상승 하강함으로써 용접부의 소성 변형이 균일화된다.

본 실시 형태에 있어서의 저항 스폿 용접 방법은, 피닝 처리 시에 통전 전류 I2를 흐르게 하기 때문에, 용접부는 고온이 되어 항복 강도가 저감되고, 피닝 시의 소성 변형이 용이해진다. 이때 가압력의 상승 하강을 반복하여 전류 밀도를 상승 하강시킴으로써, 비용접재에의 가압력의 증감을 복수 회 반복하고 있는 중이라도 너깃 주변의 온도를, 소성 변형을 용이하게 하는 온도 범위 내로 유지할 수 있다. 이 때문에, 인장 잔류 응력의 저감이 촉진된다고 생각된다.

또한, 피닝 시에 가압력을 증감시키기 때문에, 전극과 용접부의 접촉 면적이 증감하게 된다. 접촉 면적당 하중, 즉 응력이 전류 밀도, 즉 온도가 적정한 범위 내인 상태에서 국소에서 증감하기 때문에, 소성 변형이 한층 진행된다고 생각된다. 덧붙여, 용접부의 조직 미세화나, 취화 원소의 응고 편석부 분단 등이 일어나, 내 지연 파괴 특성이 향상된다고 추측된다.

본 발명은, 이상과 같은 기본 구성을 갖는 것이며, 그러한 본 발명에 대해, 더 필요한 요건이나 바람직한 요건에 대해 순차 설명한다.

<복수 매의 강판>

(강판의 인장 강도)

스폿 용접하는 피용접 부재인 강판은, 적어도 1매가, 인장 강도가 980㎫ 이상인 고강도 강판으로 한다. 인장 강도가 980㎫ 미만인 경우에는, 용접부에서 발생하는 인장 잔류 응력의 값도 낮기 때문에, 지연 파괴의 문제가 발생하기 어렵다. 그 때문에, 인장 강도가 980㎫ 이상인 강판을 1매 이상 포함하는 판조를 본 발명의 용접법의 적용 대상으로 한다. 또한, 고강도 강판의 인장 강도의 상한은, 특별히 한정되는 것은 아니다.

판조는, 모든 강판이 인장 강도 980㎫ 이상의 것인 경우뿐만 아니라, 적어도 어느 1매만이 상기 인장 강도를 갖는 경우를 포함하는 것이다. 예를 들어, 980㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 강판과, 980㎫ 미만의 인장 강도를 갖는 강판을 용접하는 경우여도 된다.

(강판의 강종, 성분 조성)

강판의 강종 및 성분 조성은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 강판의 성분 조성은, 전술한 고강도 강판에 있어서는, 인장 강도(980㎫ 이상)를 확보할 수 있는 성분 조성을 선택하면 된다. 또한, 강판의 탄소당량 Ceq는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 0.20질량％ 이상이 예시된다. 여기서는, Ceq＝C＋Si/24＋Mn/6으로 한다. 이것은, WES의 Ceq를 참고하였다.

(강판의 판 두께)

강판의 판 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 0.5∼3.2㎜의 범위로 할 수 있다. 판 두께가 0.5㎜ 미만이라도, 용접부의 지연 파괴 특성의 향상의 효과는 얻어지지만, 인장 시험 시에 있어서의 용접부에의 응력 부하가 낮고, 또한 용접부에서 발생하는 인장 잔류 응력의 값이 낮기 때문에, 지연 파괴가 발생하기 어렵다. 또한, 판 두께가 3.2㎜ 초과라도, 용접부의 지연 파괴 특성의 향상의 효과는 얻어지지만, 부재의 경량화가 되기 어려워지는 경우가 있다.

(강판의 표면 처리 피막)

복수 매의 강판은, 적어도 용접 개소의 양면 또는 편면에 표면 처리 피막을 형성한 강판을 1매 이상 포함하고 있어도 된다. 표면 처리 피막은, 도금 피막을 포함하는 것이며, 또한 도장 피막 등을 포함하는 것으로 할 수 있다. 도금 피막으로서는, 예를 들어 아연 도금, 알루미늄 도금, 아연·니켈 도금, 아연·철 도금, 아연·알루미늄·마그네슘계 도금 등이며, 도금의 종류로서는, 용융 도금, 전기 도금 등이다.

(강판의 형태)

강판의 형태는, 적어도 용접 개소가 판상이면 되고, 전체가 판상은 아니어도 된다. 예를 들어, 단면 해트형의 특정 형상으로 프레스 성형된 부재의 플랜지부 등을 포함하는 것이다. 겹치는 강판의 매수는, 2매에 한정되지 않고, 3매 이상으로 해도 된다. 또한, 각 강판의, 강종, 성분 조성 및 판 두께는, 모두 동일하게 해도 되고, 서로 달라도 된다. 또한, 제각기의 강판으로 구성되는 것에 한정되지 않고, 1매의 강판을 관상 등의 소정의 형상으로 성형하여, 단부를 겹친 것이어도 된다.

<스폿 용접>

복수 매의 강판에 행하는 스폿 용접은, 복수 매의 강판의 용접 개소를 끼워넣도록 전극을 압박하면서 통전하여, 용융 금속을 형성하고, 통전의 종료 후에 수랭된 전극에 의한 히트싱크나 강판 자체에의 열전도에 의해, 용융 금속을 급속하게 냉각하여 응고시켜, 강판 사이에, 단면 타원 형상의 너깃을 형성한다.

이 스폿 용접의 조건은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 전극을 돔 반경형의 선단 직경 6∼8㎜의 것으로 하고, 가압력 1.5∼6.0kN, 통전 시간 0.1∼1.0s(5∼50 사이클, 전원 주파수 50㎐), 통전 전류 4∼15㎄로 할 수 있다. 너깃 직경은, 가장 얇은 강판의 판 두께를 t(㎜)로 하면, 3.0√t∼8.0√t로 할 수 있다.

스폿 용접할 때의 기본 가압 및 통전 패턴은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 상기한 가압력, 통전 시간, 통전 전류의 범위로 한 후, 피용접 부재에 따라서 적절하게 최적 조건으로 조정하면 된다. 기본 가압 및 통전 패턴은, 필요한 너깃 직경을 실현할 수 있고, 플래시가 발생하지 않는 조건으로 하면 되고, 최적 조건은 강판 강도나 판 두께 등에 따라 바뀐다. 또한, 통전의 개시 시의 전류값은, 즉시 통전 전류로 하지 않고, 전류값이 통전 전류가 될 때까지, 전류값을 0(제로) 또는 0 초과의 낮은 전류로부터 점증(업 슬로프)시켜도 된다.

<냉각 시간 tc, 냉각 시간 중의 통전 전류 Ic>

스폿 용접에 있어서의 통전 시간이 경과 후, 용접 전극의 가압력을 유지한 채, 통전 전류값을 낮춘다. 용융 금속의 응고가 진행될 정도의 낮은 전류로 하여, 용접부를 냉각한다. 이 냉각 시간 tc는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 용접 금속(너깃)이 형성되면 되고, 강판의 판 두께에도 의존하기는 하지만, 0.04∼0.4s가 예시된다.

냉각 시간 중의 통전 전류 Ic는, 0≤Ic＜I1을 만족시킬 필요가 있다. 타격 처리 시에는, 강판의 온도가 일정값 이하(대략 800℃ 이하)로 될 필요가 있다. 강판의 온도가 지나치게 높으면, 용접부의 인장 잔류 응력의 저감이 곤란해진다. 그래서, 강판을 용융하는 본 통전 후에, Ic를 I1 미만으로 저하시켜 강판을 냉각함으로써, 용융 금속을 응고시켜, 일정값 이상의 항복 강도로 한다. 이에 의해, 그 후의 타격 처리에 의해 용접부의 인장 응력을 저감, 혹은 용접부에 압축 잔류 응력을 부여하는 것이 가능해진다. Ic는 I1의 0.2배 이하가 바람직하고, 0(㎄)이 가장 바람직하다.

<피닝 처리>

스폿 용접 후에 행하는 피닝 처리는, 용접 전극에 통전 전류 I2로 통전하면서, 강판에 용접 전극에 의해 가압력 P2를 가압 시간 tf 동안 부여하고, 그 후 즉시 가압력 P3을 가압 시간 ti 동안 부여하는 가압력의 상승 하강을 2회 이상 반복하여 행하고, 그 후, 가압력 P2를 가압 시간 tf 동안 부여한 후, 가압력을 해방함과 함께, 통전을 종료시키는 것이다.

(통전 전류 I2, 통전 시간 t2)

피닝 처리 동안은, 용접 전극에 통전한 상태로 한다. 그때의 통전 전류 I2는, 상기 (2)를 만족시키는 것으로 한다. 피닝 처리에서의 용접부의 온도가 적절해지고, 용접부의 소성 변형이 용이해지고, 용접부의 인장 잔류 응력이 저감한다.

또한, 통전 전류 I2를 스폿 용접 시의 통전 전류 I1 미만으로 함으로써, 피닝 처리에 있어서 너깃의 확대를 억제한다. 너깃을 확대시키면서 피닝 처리를 실행하면, 너깃의 응고가 불안정해져, 플래시가 발생하거나, 용접부가 패이거나, 에너지가 낭비되거나 하는 경우가 있다.

가압력을 부여할 때의 강판의 항복 강도를 충분히 유지하기 위해, I2는 I1의0.8배 이하로 하는 것이 바람직하고, I1의 0.7배 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. I2를 이러한 값으로 함으로써, 가압력을 부여할 때의 용접부의 온도를 확실하게 800℃ 이하로 할 수 있다. 용접부의 온도가 800℃ 이상이 되면, 그 온도 영역에서는, 강판의 항복 강도가 낮아진다. 잔류 응력의 절댓값은 항복 강도와의 상관이 강하기 때문에, 강판의 항복 강도가 저하됨으로써, 타격 시에 도입할 수 있는 압축 응력이 저하되어 버린다. 그 결과, 그 후의 냉각 과정에 있어서의 용접부의 열수축량이 커져, 용접부에 높은 인장 응력이 도입될 우려가 있다. 또한, 강판 표층의 소성 변형이 용이해져, 타격 처리에 의해 발생하는 오목부가 과대해져, 조인트 강도가 저하될 우려가 있다.

또한, I2는 I1의 0.3 이상으로 한다. I2를 이러한 범위로 함으로써, 피닝 처리에 의한 인장 잔류 응력 저감 효과를 충분히 얻을 수 있다.

또한, 피닝 처리 시의 통전 시간 t2는, 가압력 P2의 부여의 개시로부터 개방까지로 한다. 또한, 전류값이 통전 전류 I2로 될 때까지, 전류값을 Ic로부터 점증(업 슬로프)시켜도 되고, 전류값을 즉시 통전 전류 I2로 해도 된다.

(가압력 P2, 가압 시간 tf)

피닝 처리 시의 가압력 P2는, 인장 잔류 응력을 저감시키기 위해, 스폿 용접 시의 가압력 P1의 1.2배 이상으로 한다. 바람직하게는, 1.3배 이상이다. 상한은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 용접부에의 과도한 가압을 피하기 위해 2.5배 이하가 바람직하다. 또한, 가압 시간 tf의 상한은, 용접부의 인장 잔류 응력을 저감시키기 위해, 0.4s로 한다. 바람직하게는 0.2s이다. 하한은, 0.02s가 바람직하다.

피닝 처리 시의 가압력 P2는 일정해도 되고, 예를 들어 단계적으로 높이는 등, 변화시켜도 된다. P2의 값은, 통상 용접 전극에 사용되는 Cu와, 고온이 되는 피용접재의 강의 강도의 밸런스로 적절하게 정할 수 있다.

(가압력 P3, 가압 시간 ti)

피닝 처리 시의 가압력 P3은, P3＜P2일 필요가 있다. 이에 의해 가압력의 상승 하강을 할 수 있다. 바람직하게는, P2/P3≥1.2이다. 가압력 P3은, 스폿 용접 시의 가압력 P1과 동일 정도로 하는 것이 바람직하다. P1보다 낮은 값으로 할 수 있지만, 가압력 증감을 고정밀도로 제어할 수 없는 경우가 있다. 가압 시간 ti의 상한은, 생산성의 관점에서 최대한 단시간으로 하는 것이 바람직하기 때문에, 0.4s로 한다. 하한은, 장치 능력, 즉 가압력 제어의 안정성을 고려하여, 0.02s로 한다.

(가압력의 상승 하강의 반복 횟수)

가압력의 상승 하강의 반복 횟수(한번의 가압 P2와 다음의 한번의 가압 P3으로 1회)는, 2회 이상으로 한다. 2회 이상의 가압력의 상승 하강을 행한 후, 마지막으로 가압력 P2를 tf 동안 부여함으로써, 용접부의 인장 잔류 응력을 저감시킬 수 있다. 그 때문에, 가압력의 상승 하강의 반복 횟수는, 2회 이상으로 한다. 반복 횟수의 상한은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 작업 시간을 단축하기 위해 20회로 하는 것이 바람직하다.

또한, 반복 가압력 P2는, 상기 (3)식의 범위 내이면, 모두 동일한 가압력이어도 되고, 상이한 가압력이어도 되고, 상기 (4)식의 범위 내이면, 모두 동일한 가압 시간이어도 되고, 상이한 가압 시간이어도 된다. 단, 이 반복 공정에 있어서의 가압력 및 가압 시간은 모두 동일하게 하면, 작업 효율상 바람직하다.

또한, 반복하여 행하는 가압력 P3으로의 가압은, 상기 (5)식의 관계를 만족시키면, 모두 동일한 가압력이어도 되고, 상이한 가압력이어도 되고, 상기 (6)식의 범위 내이면, 모두 동일한 가압 시간이어도 되고, 상이한 가압 시간이어도 된다. 단, 이 반복 공정에 있어서의 가압력 및 가압 시간은 모두 동일하게 하면, 작업 효율상 바람직하다.

실시예

다음으로, 본 발명의 실시예에 대해 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이며, 본 발명은 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

표 1에 나타내는 합금화 용융 아연(GA) 도금 강판을 준비하였다. 표 2에 스폿 용접의 조건을 나타내고, 표 3에 피닝 처리의 조건을 나타낸다. 각 시험 번호에 있어서, 동일한 강판 번호의 2매의 강판을 용접하여 시험편을 제작하였다. 또한, 스폿 용접에서는, 직경 16㎜, 선단 6㎜의 돔 반경형 전극을 사용하였다. 표 3에 나타내는 반복 횟수 n은, 가압력 P2를 가압 시간 tf 동안 부여하고, 가압력 P3을 가압 시간 ti 동안 부여하는 것을 1 사이클로 하였을 때의 사이클 횟수이다. 또한, 가압력의 상승 하강을 소정 횟수 행한 후, 마지막으로 가압력 P2를 가압 시간 tf 동안 부여하였다.

시험편에 대해, 염산 침지 시험을 행하였다. 이 시험에서는, 시험편을 0.15 규정의 염산 중에 100시간 침지한 후의 균열의 유무를 조사함으로써 행하였다. 균열의 유무는, 스폿 용접하여 형성된 스폿 용접 조인트를, 판 표면에 수직이고 너깃의 중심을 지나는 단면으로 절단하고, 이 절단편으로부터 너깃을 포함하는 시험편을 잘라내어, 절단면을 연마하고, 연마된 절단면을 광학 현미경으로 관찰하여 행하였다. 이 시험을 10편의 시험편에 실시하고, 그때의 균열 수를 확인하였다. 표 4에, 염산 침지 시험의 결과를 나타낸다. 시험편 10편 중, 균열 수가 3 이하인 것을 합격으로 하였다.

표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 구성을 만족시키는 처리 번호 2, 3, 7, 8, 11, 13∼15에서는, 염산 침지 시험에서는 균열의 발생은 없어, 지연 파괴 특성이 우수한 스폿 용접 조인트가 얻어졌다.

그것에 비해, 처리 번호 1은, 가압력 P1에 대한 P2의 비가 적절하지 않고, 처리 번호 4 및 9는, 통전 전류 I1에 대한 통전 전류 I2의 관계가 적절하지 않고, 처리 번호 5 및 10은, 가압력 P2의 상승의 반복 횟수가 적절하지 않고, 처리 번호 6은, 가압력 P3보다 가압력 P2가 낮은 값이고, 또한 가압력 P1에 대한 P2의 비가 적절하지 않고, 처리 번호 11은, 가압력의 상승 하강이 행해지지 않았고, 염산 침지 시험에서는 균열이 발생하여, 충분한 지연 파괴 특성이 얻어지지 않았다.

본 발명에 따르면, 스폿 용접 후에 피닝 처리를 실시하므로, 용접 조인트의 내 수소 취화 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은, 산업상 이용 가능성이 높은 것이다.

1 : 강판
2 : 용접 전극
3 : 너깃
I : 통전 전류
I1 : 스폿 용접 시의 통전 전류
I2 : 피닝 처리 시의 통전 전류
Ic : 냉각 시간에 있어서의 통전 전류
P : 가압력
P1 : 스폿 용접 시의 가압력
P2 : 가압력 상승 시의 가압력
P3 : 가압력 하강 시의 가압력
t1 : 스폿 용접 시의 통전 시간
t2 : 피닝 처리 시의 통전 시간
tc : 냉각 시간
tf : 가압력 상승 시의 가압 시간
ti : 가압력 하강 시의 가압 시간

Claims (1)

1. 적어도 용접 개소가 겹쳐진 복수 매의 강판을 저항 스폿 용접하는 방법에 있어서,
   상기 복수 매의 강판은, 적어도 인장 강도가 980㎫ 이상인 강판을 1매 이상 포함하고,
   상기 방법은,
   상기 복수 매의 강판에 용접 전극에 의해 가압력 P1(kN)을 부여하면서, 통전 전류 I1(㎄)로 통전하는 공정,
   상기 가압력 P1을 부여한 채, 냉각 시간 tc(s) 동안, 통전 전류 Ic(㎄)로 통전하는 공정,
   상기 용접 전극에 통전 전류 I2(㎄)로 통전하면서, 상기 복수 매의 강판에 상기 용접 전극에 의해 가압력 P2(kN)를 가압 시간 tf(s) 동안 부여하고, 그 후 즉시 가압력 P3(kN)을 가압 시간 ti(s) 동안 부여하는 가압력의 상승 하강을 2회 이상 반복하는 공정,
   상기 가압력 P2를 상기 가압 시간 tf 동안 부여하는 공정,
   가압력을 해방함과 함께 통전을 종료하는 공정을
   차례로 구비하고,
   상기 통전 전류 Ic는 하기 (1)식, 상기 통전 전류 I2는 하기 (2)식, 상기 가압력 P2는 하기 (3)식, 상기 가압 시간 tf는 하기 (4)식, 상기 가압력 P3은 하기 (5)식, 상기 가압 시간 ti는 하기 (6)식을 각각 만족시키는
   것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

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