KR20180118821A

KR20180118821A - 저항 스폿 용접 방법 및 용접 구조물

Info

Publication number: KR20180118821A
Application number: KR1020187030842A
Authority: KR
Inventors: 마나부 후쿠모토; 히토미 니시바타; 마사노리 야스야마
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2018-10-31
Also published as: CN105531066B; JPWO2015037652A1; KR102127991B1; US10252370B2; US20160207139A1; MX2016003319A; KR20160055864A; MX370062B; JP6112209B2; WO2015037652A1; CN105531066A

Abstract

3장 이상의 강판(1a, 1b, 1c)으로 구성되고, 적어도 하나의 강판 계면(2a)의 접촉 저항이 다른 강판 계면(2b)의 접촉 저항과 상이한 적층체(10)의 강판 계면에 용융부를 형성함으로써 강판(1a, 1b, 1c)을 접합할 때에, 미리, 접촉 저항이 가장 큰 강판 계면(2b)에 통전 포인트(5)를 형성하고, 그 후, 통전 포인트(5)에 분기 전류가 발생하는 조건으로 용융부가 형성되도록 최초의 스폿 용접을 행한다. 이것에 의해, 저항 발열이 큰 강판 계면에 있어서 티클이 발생하기 어렵고, 또한, 저항 발열이 작은 강판 계면에 있어서 충분한 크기의 용융부를 형성할 수 있다.

Description

저항 스폿 용접 방법 및 용접 구조물{RESISTANCE SPOT WELDING METHOD AND WELDED STRUCTURE}

본 발명은, 3장 이상의 강판을 접합하는데 적절한 저항 스폿 용접 방법 및 상기 방법에 의해 얻어지는 용접 구조물에 관한 것이다.

근년, 자동차 부품의 용접 공정에 있어서는, 복수의 강판을 적층한 후, 이것을 한 쌍의 전극으로 협지하고, 가압하면서, 통전하여 강판 계면에 용융부(통상, 「너깃」으로 불린다)를 형성함으로써 강판을 접합하는 저항 스폿 용접 방법이 널리 채용되고 있다.

예를 들어, 자동차 도어 개구부에는 구조 부재로서 필러 및 루프 레일이 있다. 필러(20)는, 예를 들어, 아우터, 인 포스, 이너를 구성하는 3장의 강판을 겹친 적층체(21)(이하, 상기 적층체도 포함하여 「강판」이라고 칭한다)로 구성되어 있다. 그리고, 이 적층체(21)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 그 플랜지(22)에 있어서 스폿 용접에 의해 소정 간격으로 용접부(23)가 형성되며, 접합된다.

상기의 적층체로서는, 강판의 장수 및 강판의 재질의 선택에 의해 여러 가지의 조합(이하, 「판조합(板組)」이라고 칭한다)이 상정되는데, 일부의 판조합에서는 건전한 너깃을 얻기 위한 적절한 용접 조건을 찾아내는 것이 어려운 경우가 있다(이러한 판조합을, 이하, 「난용접 판조합」라고 칭한다). 여기서, 건전한 너깃이란, 용융부가 충분히 크고, 접합체(이음매)의 인장 시험 등에서 충분한 이음매 강도가 얻어지는 너깃이다. 용접부의 크기로서는, 예를 들어, 4

t 이상(t：강판 계면을 구성하는 판재 중 얇은 쪽의 판재의 두께(mm))을 기준으로 하는 것이 일반적이다. 또, 난용접 판조합의 대표예로서는, 상기 서술한 자동차 차체의 도어 개구부로 간주되는, 「박판×후판 1×후판 2」의 3장의 적층 양태를 들 수 있다. 이들 부재에서는, 박판에는 판두께가 1.0mm 이하인 연강판이, 후판 1 및 후판 2에는 판두께가 1.2mm 이상이고 인장 강도가 340MPa 이상인 고장력 강판(하이텐)이 각각 적용되는 경우가 일반적이다.

상기의 난용접 판조합에 있어서 건전한 너깃을 얻기 위한 적절한 용접 조건을 찾아내는 것이 어려운 이유는, 하기와 같다.

즉, 접촉하는 강판 계면의 접촉 전기 저항(이하, 간단히 「접촉 저항」이라고 부른다)에 대해 통전량이 과대해지면, 저항 발열에 의한 강판 계면의 과열에 의한 티끌로 불리는 용손(溶損)(스패터, 폭비(爆飛) 등으로도 불린다)이 발생하기 쉬워지는데, 한편, 통전량이 과소해지면, 강판 계면에서의 저항 발열량이 작아져, 용융부를 충분히 크게 할 수 없다. 예를 들어, 강판 3장으로 이루어지는 적층체의 경우, 강판 계면은 2개 존재하는데, 박판×후판 1의 강판 계면에 있어서의 저항 발열량은, 후판 1×후판 2의 강판 계면에 있어서의 저항 발열량에 대해 상대적으로 작다. 그로 인해, 한쪽의 강판 계면에서, 티클을 발생시키는 일 없이 건전한 너깃을 얻는데 적절한 통전량으로 용접을 행하면, 필연적으로 다른 쪽의 강판 계면에 있어서의 저항 발열량이 과대 혹은 과소해진다. 그리고, 후판 1×후판 2의 계면에서 티클이 발생하거나, 박판×후판 1의 계면에서 형성되는 너깃이 불충분해진다. 이로 인해, 후판 1×후판 2 계면에서 티클이 발생해도, 통전량을 높게 설정하는 것이 일반적이다.

특허 문헌 1에는, 상기와 같은 난용접 판조합에 대해 티클을 발생시키는 일 없이, 필요 사이즈의 너깃을 가지는 스폿 용접 이음매를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 기재된 발명에서는, 제1 단 및 제2 단의 2단계로 이루어지는 용접으로 하고, 상기 제2 단의 용접이 상기 제1 단의 용접에 비해, 고가압력, 저전류 또는 같은 전류, 장통전 시간 또는 같은 통전 시간의 용접으로 하는 것이 특징으로 되어 있다.

그 외, 난용접 판조합을 용접할 수 있는 방법으로서, 특허 문헌 2에는, 전극 팁의 워크에 대한 가압력을 표리면에서 바꾸는 방법이 개시되어 있다. 또, 특허 문헌 3에는, 박판과 전극의 사이에 용접 보조재를 개재시켜, 전극 내부를 순환하는 냉각수의 냉각 효과를 완화하는 방법이 개시되어 있다.

그런데, 저항 스폿 용접에 의한 자동차 부품 등의 용접 공정에서는, 설계상 필요한 개소에 연속적으로 복수의 용접점을 배치하는 것이 일반적이다. 따라서, 어느 부위를 저항 용접할 때에, 이미 상기 부위의 근방에 용접점(이하, 「기용접점」이라고도 칭한다)이 존재하는 경우에는, 기용접점을 통전 경로로서 흐르는 분기 전류(이하, 「분류」라고도 말한다)가 발생한다. 이 외, 부재의 기하학적인 형상이나 타부재와의 공간 배치의 상황에 의해, 기용접점 이외에도 통전 경로가 형성되고, 분류가 발생하는 경우도 상정된다. 이와 같이, 용접시에 용접 전류의 분류가 발생하면, 용융부의 형성을 지연시켜, 건전한 너깃를 얻을 수 없게 된다. 분류는, 무효 전류 등으로 불리며, 그 영향을 제한하는 방법에 대해 많은 검토가 이루어져 왔다.

예를 들어, 특허 문헌 4에는, 무효 전류를 산출하고, 무효 전류 분만큼 증가시킨 전류를 용접 전류로서 설정하는 발명이 개시되어 있다. 또, 특허 문헌 5에는, 슬릿을 설치함으로써 무효 전류의 영향을 저감시켜, 건전한 너깃을 얻는 방법이 개시되어 있다. 한편, 특허 문헌 6 및 7에서는, 용접 전류의 분류 상태를 조정하여, 용접점 근방의 가열 양태를 적정화하는 것을 목적으로 하여, 전극의 옆에 보조 전극을 설치한 발명을 개시하고 있다.

일본국 특허 공개 2005-262259호 공보 일본국 특허 공개 2003-251469호 공보 일본국 특허 공개 2009-291827호 공보 일본국 특허 공개 평 9-99379호 공보 일본국 특허 공개 2009-279597호 공보 일본국 특허 공개 2012-11398호 공보 일본국 특허 공개 2012-55896호 공보

특허 문헌 1의 발명은, 용접 장치의 구성 및 용접 조건이 복잡해질 뿐만 아니라, 제1 단의 가압력이 낮기 때문에, 적층된 강판의 각 계면에 일정량 이상의 간극이 존재한 경우에는, 제1 단의 가압에 의해 적층 강판의 모든 계면을 접촉시킬 수 없을 우려가 있으며, 이 경우에는 통전 경로가 형성되지 않아, 전혀 용접을 할 수 없게 된다. 따라서, 강판 사이의 간극의 유무에 관계없이, 난용접 판조합을 용접할 수 있는 방법이 바람직하다.

특허 문헌 2의 발명에서는, 각각의 강판 계면의 접촉 저항에 의거하여 각 전극의 가압력을 변경할 필요가 있어, 특수한 제어를 필요로 한다. 또, 특허 문헌 3의 발명과 같이, 전극의 냉각 효과를 완화할 수 있어도, 각각의 강판 계면의 접촉 저항의 차에 의한 용접의 곤란성을 해소하기에는 이르지 않는다.

특허 문헌 4 및 5는, 기본적으로 2장의 판조합에 있어서의 무효 전류를 해소하기 위한 방법이 기재되어 있는 것에 지나지 않으며, 난용접 판조합을 용접할 수 있는 방법에 대해 일절 기재되어 있지 않다.

특허 문헌 6 및 7의 발명은, 모든 전극의 옆에 보조 전극을 설치하면, 분류가 발생하고, 보조 전극이 존재하는 측의 강판에 있어서 저항 발열을 크게 할 수 있으며, 용융부를 크게 할 수 있다고 하는 이점이 있는 것으로 되어 있다.

그러나, 전극의 옆에 보조 전극을 설치할 필요가 있고, 용접기의 동작 기구가 복잡해지며, 또, 보조 전극이 존재하므로, 통상보다 전극이 커져, 예를 들어, 플랜지와 같은 폭이 좁은 부위를 용접하는 것이 어려워진다. 특히, 이들 방법은, 보조 전극이 존재하는 측의 강판의 저항 발열을 상승시키는 것이기 때문에, 예를 들어, 3장 이상의 강판으로 구성되고, 적어도 하나의 강판 계면의 접촉 저항이 다른 강판 계면의 접촉 저항과 상이한 적층체에 스폿 용접을 행하는 경우에, 보조 전극에 가까운 쪽에 접촉 저항이 작은 강판 계면이 없으면, 상정한 대로 용융부를 크게 할 수 없다고 하는 문제도 있다. 따라서, 상기와 같은 보조 전극을 이용하는 일없이, 통상의 저항 스폿 용접과 마찬가지로 한 쌍의 대향하는 전극만을 이용함으로써, 접촉 저항이 상이한 복수의 강판 계면의 발열량을 균일화하는 수법이 바람직하다.

본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 3장 이상의 강판으로 구성되고, 적어도 하나의 강판 계면의 접촉 저항이 다른 강판 계면의 접촉 저항과 상이한 적층체에, 티클의 발생을 억제하면서, 충분한 크기의 용융부를 형성할 수 있는 저항 스폿 용접 방법 및 상기 방법에 의해 얻어지는 용접 구조물을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1(a)에 도시하는 바와 같이, 3장 이상의 강판(1a, 1b, 1c)으로 구성되고, 적어도 하나의 강판 계면(2a)의 접촉 저항이 다른 강판 계면(2b)의 접촉 저항과 상이한 적층체(10)에 스폿 용접을 행하는 경우, 한 쌍의 전극(3a, 3b)으로 협지하고, 가압하면서, 통전(흰색 화살표 참조)하여 강판 계면(2a, 2b)에 용융부(4a, 4b)를 형성할 때에, 예를 들어, 강판(1a)이 연강판이며, 강판(1b, 1c)이 고장력 강판인 경우에는, 강판 계면(2a)의 접촉 저항이 작고, 강판 계면(2b)의 접촉 저항이 크다. 이때, 강판 계면(2b)에서는 강판 계면(2a)보다 저항 발열량이 많아, 이 강판 계면(2b)에 있어서의 용융부(4b)는, 강판 계면(2a)의 용융부(4a)보다 빨리 형성되기 때문에, 도 1(b)에 도시하는 바와 같이, 저항 발열이 큰 강판 계면(2b)의 가열 상태를 기준으로 하여 통전을 행하면, 저항 발열이 작은 강판 계면(2a)에 있어서 충분한 크기의 용융부를 형성시키는 것이 어렵다. 한편, 저항 발열이 작은 강판 계면(2a)에 있어서의 가열을 충분히 행하려고 하면, 저항 발열이 큰 강판 계면(2b)이 과열 상태가 되며, 이 강판 계면에서 티클이 발생하기 쉬워진다고 하는 문제가 있다.

그래서, 본 발명자들은 열심히 연구를 행하여, 종래 기술과 같이, 강판의 최외면에서 분류를 발생시키는 것이 아니라, 접촉 저항이 큰 강판 계면에 통전 저항이 작은 부분(이하, 「통전 포인트」라고 부른다)을 형성하고, 이 강판 계면에 있어서 분류를 발생시킴으로써, 저항 발열이 큰 강판 계면에 있어서 티클이 발생하기 어렵고, 또한, 저항 발열이 작은 강판 계면에 있어서 충분한 크기의 용융부를 형성할 수 있는 본 발명을 완성시켰다.

본 발명은, 하기의 저항 스폿 용접 방법 및 상기 방법에 의해 얻어지는 용접 구조물을 요지로 하고 있다.

(1) 3장 이상의 강판으로 구성되고, 적어도 하나의 강판 계면의 접촉 저항이 다른 강판 계면의 접촉 저항과 상이한 적층체의 강판 계면에 용융부를 형성함으로써 강판을 접합하는 저항 스폿 용접 방법으로서, 접촉 저항이 가장 큰 강판 계면에 통전 포인트를 형성하는 예비 용접 공정과, 상기 통전 포인트에 분기 전류가 발생하는 조건으로 최초의 스폿 용접을 행하는 본 용접 공정을 구비하는, 저항 스폿 용접 방법.

(2) 상기의 본 용접 공정에 있어서, 상기 통전 포인트로부터의 수평 방향의 거리가 30mm 이내인 범위에 용융부가 형성되도록 최초의 스폿 용접을 행하는, 상기 (1)의 저항 스폿 용접 방법.

(3) 예비 용접 공정에 있어서, 상기의 적층체를 한 쌍의 전극으로 협지하고, 가압하면서, 통전하여, 접촉 저항이 가장 큰 강판 계면에 통전 포인트를 형성하는, 상기 (1) 또는 (2)의 저항 스폿 용접 방법.

(4) 상기 본 용접 공정에 있어서, 또한, 상기 통전 포인트 또는 상기 용융부에 분기 전류가 발생하는 조건으로 스폿 용접을 반복하여 행하는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 저항 스폿 용접 방법.

(5) 상기 본 용접 공정에 있어서, 또한, 상기 통전 포인트 또는 상기 용융부로부터의 수평 방향의 거리가 30mm 이내인 범위에 용융부가 형성되도록 스폿 용접을 반복하여 행하는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 저항 스폿 용접 방법.

(6) 상기 적층체가, 1장의 연강판과 2장의 고장력 강판으로 구성된 것인, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 저항 스폿 용접 방법.

(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 방법에 의해 얻어진, 용접 구조물.

본 발명에 의하면, 3장 이상의 강판으로 구성되고, 적어도 하나의 강판 계면의 접촉 저항이 다른 강판 계면의 접촉 저항과 상이한 적층체에 스폿 용접을 행하는 경우여도, 저항 발열이 큰 강판 계면에 있어서 티클이 발생하기 어렵고, 또한, 저항 발열이 작은 강판 계면에 있어서 충분한 크기의 용융부를 형성할 수 있다. 또, 이러한 적층체가 예를 들어 길이가 긴 자동차 구조 부재인 경우에는, 본 발명에 의해, 용접부를 길이 방향으로 연속적으로 형성함으로써, 고강도의 구조 부재를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술의 저항 스폿 용접 방법을 예시하는 개념도
도 2는 본 발명의 저항 스폿 용접 방법을 예시하는 개념도
도 3은 본 발명의 저항 스폿 용접 방법의 다른 예를 도시하는 개념도
도 4는 자동차 도어 개구부의 구조 부재를 도시하는 도

도 2(a)에 도시하는 바와 같이, 본 발명에 따른 저항 스폿 용접 방법은, 예를 들어, 3장 이상의 강판(1a, 1b, 1c)으로 구성되고, 적어도 하나의 강판 계면(2a)의 접촉 저항이 다른 강판 계면(2b)의 접촉 저항과 상이한 적층체(10)를, 한 쌍의 돔형 전극(3a, 3b)으로 협지하고, 가압하면서, 통전(흰색 화살표 C 참조)하여 강판 계면에 용융부를 형성함으로써 강판(1a, 1b, 1c)을 접합하는 저항 스폿 용접 방법이다. 그리고, 예비 공정에 있어서, 접촉 저항이 가장 큰 강판 계면(2b)에 통전 포인트(5)를 형성해 두는 것이 중요하다. 이하, 통전 포인트(5)의 강판 계면 상의 형상이 원형 또는 대략 원형인 경우에 대해 설명한다. 또, 돔형 전극의 선단이 가압되는 강판과 상기 전극의 접촉 영역의 형상은, 실질적으로 원형 또는 대략 원형이다.

본 용접 공정에 있어서, 통전 포인트(5)에 분기 전류가 발생하는 조건으로 최초의 스폿 용접을 행하면, 도 2(b)에 도시하는 바와 같이, 용접 전류(C)가 분류하므로(C2=C-C1), 저항 발열이 작은 강판 계면(2a)에 있어서의 용융부(4a)의 형성을 방해하지 않아, 저항 발열이 큰 강판 계면(2b)에 있어서의 용융부(4b)의 형성을 지연시킬 수 있다. 본 발명은, 이러한 구성을 가지고 있으므로, 도 2(c)에 도시하는 바와 같이, 저항 발열이 작은 강판 계면(2a) 및 저항 발열이 큰 강판 계면(2b)에 있어서, 충분한 크기의 용융부(4)를 형성하는 것이 가능해진다.

통전 포인트(5)로부터의 수평 방향의 거리(W1)(통전 포인트 중심과 용접부 중심의 거리)가 30mm 이내인 범위에 용융부가 형성되도록 최초의 스폿 용접을 행하는 것이 바람직하다. 특히, 적층되는 복수의 강판의 판두께 중, 최소의 판두께와 모든 강판의 판두께의 합계의 비(이하, 판두께비)가 큰 경우 등, 최소 판두께의 강판에서의 발열이 특히 얻기 어려운 경우에는, 통전 포인트(5)로부터의 수평 방향의 거리(W1)는 25mm 이내, 더욱이는 20mm 이내로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 15mm 이내이다. 단, 너무 좁게 하면 분류량이 과대해지고, 저항 발열이 큰 강판 계면(2b)의 저항 발열량이 강판 계면(2a)의 저항 발열량보다 작아진다고 하는 문제가 있기 때문에, 10mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 통전 포인트 중심 및 용접부 중심은, 전극에 가압되는 강판 표면의 접촉 영역의 중심을 의미한다.

도 2에 도시하는 예에서는, 3장의 강판으로 구성된 적층체를 예를 들어 설명했는데, 4장 이상의 강판으로 구성된 적층체의 경우에서도, 적어도 하나의 강판 계면의 접촉 저항이 다른 강판 계면의 접촉 저항과 상이한 것에 대해서는, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법을 적용할 수 있다. 4장 이상의 강판으로 구성된 적층체의 경우에서도, 저항 발열이 큰 강판 계면에 있어서의 용융부는 저항 발열이 작은 강판 계면에 있어서의 용융부보다 형성하기 쉽기 때문에, 이 접촉 저항이 큰 강판 계면에 상기와 같은 통전 포인트를 설치함으로써, 이 부분의 용융부의 형성을 지연시킬 수 있기 때문이다.

또한, 통전 포인트(5)의 크기는, 설계상, 용융부(4)에 요구되는 직경(예를 들어, 4

t. 단, t는 강판 계면을 구성하는 판재 중 얇은 쪽의 판재의 두께(mm))의 원보다 작아도 되고, 커도 된다. 단, 통전 포인트(5)가 너무 작아지면, 이른바 「수축 저항：constriction resistance」의 영향이 커져, 통전 포인트(5)에 흐르는 분류가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 그로 인해, 통전 포인트(5)의 크기는, 1mm의 원 이상의 크기로 하는 것이 바람직하다.

상술의 실시 형태에서는, 계면이 용융 접합한 통전 포인트(5)를 형성하는 경우에 대해 설명했는데, 계면이 용융하지 않은 압접 상태의 통전 포인트를 형성해도 된다. 압접 상태의 통전 포인트를 형성하는 경우에는, 강판(1b)과 강판(1c)의 압접부(강판 계면 중 통전 포인트가 되는 부분)의 크기가, 직경 1mm의 원 이상의 크기인 것이 바람직하다. 또한, 상술의 실시 형태에서는, 강판 계면에 있어서의 용접부 및 통전 포인트의 형상이 원형 또는 대략 원형인 경우에 대해 설명했는데, 수축 저항이 발생하지 않는 형상이면 원형, 대략 원형 외, 삼각형이나 사각형 등의 다각형이어도 된다. 이때, 수평 거리(W1) 및 후술의 수평 거리(W2)는, 용접부 및 통전 포인트의 중심을 각각의 중심인 것으로 하여 측정하면 된다.

도 2에 도시하는 예에서는, 3장의 강판을 적층한 상태로 예비 용접 및 본 용접의 양방을 행해도 되는데, 예를 들어, 미리 접촉 저항이 가장 큰 강판 계면을 구성하는 2장의 강판을 적층한 상태로 예비 용접을 행하고, 그 후, 다른 1장의 강판을 적층하여 본 용접을 행해도 된다. 또한, 제조 효율의 관점에서는, 3장의 강판을 적층한 상태로 예비 용접 및 본 용접의 양방을 행하는 방법이 바람직하다.

4장 이상의 강판의 용접을 행하는 경우(즉, 강판 계면이 3개 이상 있는 경우)도 마찬가지로, 모든 강판을 적층한 상태로 예비 용접 및 본 용접의 양방을 행해도 되는데, 상기의 어느 한 방법으로 3장의 강판에 통전 포인트 및 용융부(통전 포인트여도 된다)를 형성하고, 그 후에 다른 1장의 강판을 적층하여, 본 용접을 행해도 된다. 또, 5장의 강판의 경우도 마찬가지이다. 즉, N장(단, N≥3)의 강판을 적층하는 경우, 즉, 강판 계면의 수가 N-1인 경우에는, 예비 용접을 N-2회 행하게 된다.

본 발명의 저항 스폿 용접 방법은, 특히, 1장의 연강판과 2장의 고장력 강판으로 구성된 적층체의 용접에 적절하다. 이러한 판조합은 상술한 바와 같은 자동차 부품에 있어서 널리 적용되고 있다. 예를 들어, 도 4에 도시하는 필러의 경우, 아우터로서 0.5~0.8mm의 연강판(예를 들어 인장 강도가 270MPa급)과, 인 포스로서 1.2~2.0mm의 980~1500MPa급의 고장력 강판과, 1.2~2.0mm의 인장 강도가 340~780급의 고장력강으로 구성되는 판조합이 예시된다. 또 연강판이란, 전형적으로는 인장 강도가 270MPa 이상 340MPa 미만의 강판이며, 예를 들어, JAC270D(인장 강도가 270MPa급 합금화 용융 아연 도금 강판) 등을 들 수 있으며, 고장력 강판이란, 전형적으로는 인장 강도가 340MPa 이상의 강판이며, 예를 들어, JSC590R, JSC980DP 등을 들 수 있다.

이때, 도 중의 강판(1a)이 연강판, 강판(1b, 1c)이 고장력 강판이고, 연강판(1a)과 고장력 강판(1b)의 계면(2a)이, 접촉 저항이 작은 강판 계면이며, 고장력 강판(1b, 1c)들의 계면(2b)이, 접촉 저항이 큰 강판 계면이 된다.

예비 용접 공정에 있어서, 통전 포인트(5)는, 예를 들어, 통상의 용접과 마찬가지로, 적층체(10)를, 한 쌍의 전극(3a, 3b)으로 협지하고, 가압하면서, 통전하여 강판 계면에 용융부를 형성할 때에, 통상의 용접보다 저항 발열량이 작은 조건으로 행함으로써 형성할 수 있다. 저항 스폿 용접은, 통상, 대상이 되는 재료에 따른, 통전량과 가압력을 설정하고, 행해지는데, 통상의 용접보다 저항 발열량이 작은 조건이란, 통상보다, 통전량을 줄이거나, 또는 더욱이, 가압력을 크게 한 조건으로 행하는 것을 의미한다. 또한, 통전 포인트는 충분한 분류가 얻어지는 정도로 저항이 작으면 되고, 계면이 용융 접합한 통전 포인트여도 되며, 계면이 용융하지 않은 압접 상태의 통전 포인트여도 된다.

예를 들어, 두께 0.6mm의 연강(JSC270F), 두께 1.6mm의 고장력강(JSC980Y) 및 두께 1.6mm의 고장력강(JSC980Y)으로 구성되는 적층체의 경우, 본 용접 공정은, 예를 들어, 가압력을 3.43kN, 전류를 6.0kA, 통전 시간을 18사이클(300ms)로 행하는데, 통전 포인트가 근처에 없는 상태에서 갑자기 이러한 조건으로 통전(본 용접) 하면, 티클이 발생할 우려가 매우 높다. 그래서, 본 용접 공정 전에 예비 용접 공정으로서, 가압력을 3.43kN, 전류를 5.0kA, 통전 시간을 6사이클(100ms)로 하여 통전하면, 고장력 강판들의 계면에 통전 포인트를 형성할 수 있다.

본 용접 공정에 있어서는, 도 2(d)에 도시하는 바와 같이, 또한, 통전 포인트(5) 또는 이미 형성된 용융부(4)에 분기 전류가 발생하는 조건으로 용융부(6)가 형성되도록 최초의 스폿 용접을 행하면, 상술한 바와 마찬가지로, 용접 전류(C)가 분류한다(C2, C3). 여기서, 도 2(d)에서는, 강판(1a)에 C3으로 나타내는 분류가 발생한다. 계면에 흐르는 통전량은, 도 2(c)와 마찬가지로, 계면(2a)에서는 C1＋C2이지만, 계면(2b)에서는 C1뿐이고, 계면(2a)이 계면(2b)보다 크다. 따라서, 저항 발열이 작은 강판 계면(2a)에 있어서의 용융부의 형성을 방해하지 않고, 저항 발열이 큰 강판 계면(2b)에 있어서의 용융부의 형성을 지연시킬 수 있어, 저항 발열이 작은 강판 계면(2a) 및 저항 발열이 큰 강판 계면(2b)에 있어서, 충분한 크기의 용융부(6)를 형성하는 것이 가능해진다.

용융부(6)는, 용융부(4)로부터의 수평 방향의 거리(W2)(용융부(4) 중심과 용융부(6) 중심의 거리)가 30mm 이내인 범위에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 이미 형성된 용융부(4,6)에 근접한 위치에 스폿 용접을 반복하여, 연속적으로 복수 개소의 스폿 용접을 해도 된다. 예를 들어, 도 4의 자동차 구조 부재에서는, 먼저 형성된 용융부(4,6)의 30mm 이내인 범위에서의 스폿 용접을 반복함으로써 제조할 수 있다.

또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 2개소 이상의 통전 포인트(5)의 근처에, 분류가 발생하는 조건으로 본 용접을 행하여, 용융부(4)를 형성해도 된다. 이때, 통전 포인트로부터의 수평 방향의 거리(W3, W4)는, 30mm 이내로 하는 것이 바람직하다. 일부 또는 전부의 통전 포인트를 다른 용접부(도시 생략)로 해도 된다.

실시예 1

본 발명의 효과를 확인하기 위해, 한 장의 JAC270D강(두께：0.7mm, 인장 강도：270MPa)과, 2장의 JSC590DP(두께：2.0mm, 인장 강도：590MPa)를, 표 1에 기재하는 조건(시험 No.1~5)으로 스폿 용접했다. 또한, 어느 예에 있어서도, 본 용접은, 전류값을 4.0kA 이상으로 0.25kA씩 증가시키고, 티클이 발생할 때까지 행하며, 각각의 계면에 형성되는 용융부의 지름이 모두 4

t(t=0.7mm 및 2.0mm) 이상이 되는 최소 전류값과, 티클이 발생하지 않는 최대 전류값을 조사했다. 그 결과, 최대 전류값과 최소 전류값의 차가, 1.0kA 이상인 경우를 「○」, 1.0kA 미만인 경우를 「×」로 하여, 표 1에 병기했다. 예비 용접을 실시한 예에서는, 모두, 3장의 판재를 겹친 상태로, 2장의 JSC590DP의 계면(접촉 저항이 가장 큰 강판 계면)에 통전 포인트를 형성했다.

[표 1]

표 1에 기재하는 바와 같이, 시험 No.1~3은 모두, 예비 용접을 실시하여, 미리 통전 포인트를 형성한 후에, 본 용접을 실시한 예인데, 본 용접시에 통전 포인트에 분류가 발생하여 1.0kA 이상의 적정 전류 범위를 확보할 수 있었다. 이로 인해, 이러한 조건이면, 저항 발열이 큰 강판 계면에 있어서 티클이 발생하기 어렵고, 또한, 저항 발열이 작은 강판 계면에 있어서 충분한 크기의 용융부를 형성하는 것이 용이해진다.

시험 No.4는, 예비 용접을 실시하는 일없이, 본 용접을 실시한 예인데, 적정 전류 범위가 좁다. 또, 시험 No.5는, 예비 용접을 행했지만, 본 용접에 있어서의 용융부를 형성하는 위치가 통전 포인트로부터 너무 멀어졌기 때문에, 분기 전류가 발생하지 않고, 적정 전류 범위가 1.0kA 미만으로 좁다. 따라서, 이러한 조건으로는, 저항 발열이 작은 강판 계면에 있어서 충분한 크기의 용융부를 형성하려고 하면, 저항 발열이 큰 강판 계면에 있어서 티클이 발생하기 쉽고, 실 조업에 있어서의 관리가 어려워진다.

실시예 2

다음에, 한 장의 JAC270D(두께：0.7mm, 인장 강도：270MPa)와, 2장의 1180MPa급 고장력 강판(두께：1.6mm, 인장 강도：1180MPa)을, 각종의 조건(시험 No.6~8)으로 스폿 용접했다. 또한, 어느 예에 있어서도, 본 용접은, 전류값을 4.0kA 이상으로 0.25kA씩 증가시키고, 티클이 발생할 때까지 행하며, 각각의 계면에 형성되는 용융부의 지름이 모두 4

t(t=0.7mm 및 1.6mm) 이상이 되는 최소 전류값과, 티클이 발생하지 않는 최대 전류값을 조사했다.

(시험 No.6)

예비 용접을 실시하는 일없이,

가압력：3.43kN,

전류：4.0kA 이상(0.25kA마다),

통전 시간：20사이클,

유지 시간：10사이클,

의 조건으로 본 용접을 실시하여, 용융부를 형성했다.

시험 No.6에서는, 최소 전류값이 6.0kA, 최대 전류값이 약 6.8kA이며, 적정 전류 범위는 약 0.8kA였다.

(시험 No.7)

3장의 판재를 겹친 상태로,

가압력：3.43kN,

전류：5.0kA,

통전 시간：20사이클,

유지 시간：10사이클,

의 조건으로 예비 용접을 실시하여, 2장의 1180MPa급 고장력 강판의 계면(접촉 저항이 가장 큰 강판 계면)에 통전 포인트를 형성한 후, 시험 No.6과 같은 조건으로 본 용접을 실시하여, 통전 포인트로부터의 수평 방향의 거리가 15mm의 위치에 용융부를 형성했다. 또한, 본 용접의 조건은, 시험 No.6과 같게 했다.

시험 No.7에서는, 최소 전류값이 6.5kA, 최대 전류값이 8.0kA이며, 적정 전류 범위는 1.5kA로 증가했다. 이와 같이, 또한 고장력의 강판을 포함하는 판조합이여도, 본 용접 전에 예비 용접을 행하여 통전 포인트를 형성하고, 그 통전 포인트에 분류가 발생하는 조건으로 최초의 스폿 용접을 행하면, 저항 발열이 큰 강판 계면에 있어서 티클이 발생하기 어렵고, 또한, 저항 발열이 작은 강판 계면에 있어서 충분한 크기의 용융부를 형성하는 것이 용이해진다.

(시험 No.8)

3장의 판재를 겹친 상태로,

가압력：3.43kN,

전류：5.0kA,

통전 시간：20사이클,

유지 시간：10사이클,

의 조건으로 예비 용접을 실시하여, 통전 포인트를 형성한 후,

가압력：3.43kN,

전류：7.5kA,

통전 시간：20사이클,

유지 시간：10사이클,

의 조건으로 본 용접을 실시하여, 통전 포인트로부터의 수평 방향의 거리가 15mm의 위치에 제1 용융부를 형성하고, 그 후, 또한,

가압력：3.43kN,

전류：4.0kA 이상(0.25kA마다),

통전 시간：20사이클,

유지 시간：10사이클

의 조건으로 본 용접을 실시하여, 제1 용융부로부터의 수평 방향의 거리가 15mm의 위치에 제2 용융부를 형성했다.

시험 No.8에서는, 최소 전류값이 7.0kA, 최대 전류값이 약 8.8kA이며, 적정 전류 범위는 약 1.8kA였다. 이와 같이, 통전 포인트뿐만이 아니라, 이미 형성된 용융부에 분류가 발생하는 조건으로 스폿 용접을 행하면, 저항 발열이 큰 강판 계면에 있어서 티클이 발생하기 어렵고, 또한, 저항 발열이 작은 강판 계면에 있어서 충분한 크기의 용융부를 형성하는 것이 용이해진다.

산업상의 이용 가능성

본 발명에 의하면, 3장 이상의 강판으로 구성되고, 적어도 하나의 강판 계면의 접촉 저항이 다른 강판 계면의 접촉 저항과 상이한 적층체에 스폿 용접을 행하는 경우여도, 저항 발열이 큰 강판 계면에 있어서 티클이 발생하기 어렵고, 또한, 저항 발열이 작은 강판 계면에 있어서 충분한 크기의 용융부를 형성할 수 있다. 따라서, 이 발명은, 예를 들어, 1장의 연강판과 2장의 고장력 강판을 적층한 판조합 등, 특히, 자동차용 구조 부재를 제조할 때의 스폿 용접에 최적이다.

1a, 1b, 1c 강판
2a, 2b 강판 계면
3a, 3b 전극
4, 4a, 4b 용융부
5 통전 포인트
6 용융부
10 적층체
20 필러
21 적층체
22 플랜지
23 용접부
C 전류
C1, C2, C3 전류(분류)

Claims

3장 이상의 강판으로 구성되고, 적어도 하나의 강판 계면의 접촉 저항이 다른 강판 계면의 접촉 저항과 상이한 적층체의 강판 계면에 용융부를 형성함으로써 강판을 접합하는 저항 스폿 용접 방법으로서,
접촉 저항이 가장 큰 강판 계면에 통전 포인트를 형성하는 예비 용접 공정과,
상기 통전 포인트에 분기 전류가 발생하는 조건으로 최초의 스폿 용접을 행하는 본 용접 공정을 구비하고,
상기의 본 용접 공정에 있어서, 상기 통전 포인트로부터의 수평 방향의 거리가 30mm 이내인 범위에 용융부가 형성되도록 최초의 스폿 용접을 행하는, 저항 스폿 용접 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 예비 용접 공정에 있어서, 상기의 적층체를 한 쌍의 전극으로 협지하고, 가압하면서, 통전하여, 접촉 저항이 가장 큰 강판 계면에 통전 포인트를 형성하는, 저항 스폿 용접 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 본 용접 공정에 있어서, 또한, 상기 통전 포인트 또는 상기 용융부에 분기 전류가 발생하는 조건으로 스폿 용접을 반복하여 행하는, 저항 스폿 용접 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 본 용접 공정에 있어서, 또한, 상기 통전 포인트 또는 상기 용융부로부터의 수평 방향의 거리가 30mm 이내인 범위에 용융부가 형성되도록 스폿 용접을 반복하여 행하는, 저항 스폿 용접 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 적층체가 1장의 연강판과 2장의 고장력 강판으로 구성된 것인, 저항 스폿 용접 방법.
청구항 1 또는 청구항 2의 방법에 의해 얻어진 용접 구조물로서,
상기 적어도 하나의 강판 계면의 접촉 저항이 다른 강판 계면의 접촉 저항과 상이한 상기 적층체의, 접촉 저항이 가장 큰 강판 계면에 통전 포인트가 구비되고, 상기 통전 포인트로부터 수평 방향의 거리가 30mm 이내의 범위에 최초의 스폿 용접에 의해 형성된 용융부가 구비된, 용접 구조물.