KR20230028488A - 저항 스폿 용접 방법 및 용접 이음매의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

우수한 내지연 파괴 특성을 발휘하는 용접 이음매의 제조에 적합한, 저항 스폿 용접 방법을 제공한다. 2 장 이상 중첩한 강판을 1 쌍의 용접 전극으로 협지하여, 상기 강판을 갖다 대면서 통전하고, 상기 강판 상호의 중첩면에 너깃을 형성하여, 상기 강판끼리를 접합하는, 저항 스폿 용접 방법에 있어서, 상기 접합 후에, 상기 강판의 표면에서의 음압 레벨이 30 dB 이상을 만족하도록, 10 ㎐ 이상 100000 ㎐ 이하의 주파수를 갖는 음파를, 상기 너깃에 직접적 또는 간접적으로 조사한다.

Description

저항 스폿 용접 방법 및 용접 이음매의 제조 방법

본 발명은 우수한 내지연 파괴 특성을 발휘하는 용접 이음매의 제조에 적합한, 저항 스폿 용접 방법, 및, 당해 저항 스폿 용접 방법을 이용한 용접 이음매의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 고강도 강판을 저항 스폿 용접하는 경우에 특히 적합하다. 또, 본 발명은 자동차 등의 차량 부품의 제조 공정 및 차체의 조립 공정에 있어서 특히 바람직하게 사용된다.

자동차 등의 차량의 외관의 가공에는, 마무리가 보기 좋은 점에서, 저항 스폿 용접이 널리 이용되고 있다. 저항 스폿 용접이란, 금속에 압력을 가하여 금속끼리를 접합시키는 기술의 하나이다. 구체적으로는, 저항 스폿 용접이란, 접합하고자 하는 2 개 이상의 금속 (예를 들어, 강판) 의 양측으로부터 전극을 대고, 적당한 압력을 가하면서 통전함으로써 서서히 금속을 용융시키고, 그 후, 금속을 냉각시켜 용융부를 응고시킴으로써, 금속끼리를 접합시키는 기술이다. 금속끼리가 접합된 부위 및 그 주변에 형성되는, 접합에 의해서 용융을 거친 열 영향부는 너깃으로 불린다. 또, 너깃을 개재하여 접합된 부위는 용접 이음매로 불린다.

여기에서, 저항 스폿 용접에서는, 금속의 용융·응고 과정에 있어서, 너깃 부분에 높은 인장 응력이 잔존한다. 덧붙여, 용접시의 상기 용융·응고 과정에 있어서, 강판 표면에 존재하고 있던 방청유, 수분, 도금 피막, 표면 처리제 등이 금속 내에 받아들여져 수소가 발생 또는 침입한다. 이 수소는 인장 응력부에 집적되기 쉽기 때문에, 결과적으로, 용접 및 냉각 후의 금속에서는, 너깃 내의 잔류 응력 및 수소에서 기인하여, 용접 이음매에 지연 파괴가 발생되는 것이 문제로 되어 있다.

지연 파괴란, 금속에 가해지는 응력이 항복 강도 이하의 상태임에도 불구하고, 용접 등의 가공 완료로부터 일정한 시간이 경과한 후에, 금속이 돌연 파단되어 버리는 현상이다.

한편, 차체의 고강도화에 의한 내충돌 성능의 향상을 목적으로, 자동차 등의 차량용 강판으로서 고강도 강판이 사용되는 경우가 있다. 일반적으로, 고강도 강판은, 다량의 C 뿐만 아니라 다양한 합금 원소를 첨가하여 강도를 높인 강판이지만, 수소 취화 감수성이 크다. 따라서, 상기 서술한 지연 파괴는, 고강도 강판의 저항 스폿 용접에 있어서 특히 큰 문제가 된다.

이와 같은 지연 파괴의 문제에 대해서, 특허문헌 1 에서는, 일정 가압력으로 용접 통전을 행한 후, 이 가압력보다 높은 가압력으로 후통전, 나아가서는 전극 유지를 행함으로써, 용접부에 있어서의 인장 잔류 응력을 저감시켜, 내지연 파괴 특성을 향상시키고 있다. 또, 특허문헌 1 에는, 상기 전극 유지 후, 추가로「용접 후의 열처리」를 120 ∼ 220 ℃ 에서 100 ∼ 6000 s 행하는 것이, 용접부에 침입한 수소량을 저하시켜, 지연 파괴의 방지에 대해서 유리해지는 것도 개시되어 있다.

일본특허 제6194765호

그러나, 특허문헌 1 은, 지연 파괴에 대해서, 오로지 가압력이나 통전 패턴의 적정화에 의해서 인장 잔류 응력을 저감시키는 것에 주안을 둔 기술로서, 강판의 수소 취성에 대해서는 더욱 개선할 여지가 있었다. 또한, 특허문헌 1 의 기술에서는, 이 수소 취성에 관하여, 용접 통전과 후통전 사이에 형성된 무통전의 냉각 시간에 의해서 용접부가 급속히 냉각되는 점에서, 많은 수소가 너깃의 외부로 확산되지 않고 잔존하여 너깃 내의 잔존 수소량이 높아지기 때문에, 잔존 수소에서 기인한 지연 파괴를 억제하기 어렵다는 우려가 있다. 또, 잔존 수소에 대해서, 특허문헌 1 에 개시된「용접 후의 열처리」를 행한다고 해도, 열처리 설비를 위한 비용 상승을 피할 수 없는 것, 및, 열처리에서 기인하여 강판의 조직이 변화됨으로써, 재료 특성이 변화되어 버리는 것이 더욱 우려된다.

따라서, 보다 우수한 내지연 파괴 특성을 발휘하는 용접 이음매를 얻을 수 있도록, 저항 스폿 용접에 있어서 너깃 내에 잔존하는 수소를 보다 양호하게 제어할 수 있는 수법을 검토할 필요가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여, 수소 취성을 개선함으로써, 우수한 내지연 파괴 특성을 발휘하는 용접 이음매를 얻는 것이 가능한, 저항 스폿 용접 방법 및 용접 이음매의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들은 저항 스폿 용접시에 너깃 내에 발생 또는 침입한 수소를 강판의 외부로 빠져 나가게 함으로써, 얻어지는 용접 이음매의 내지연 파괴 특성을 향상시키는 방도에 대해서 예의 검토하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 접합된 후의 강판에 음파를 조사하는 것이, 열처리에 의한 조직 변화에서 기인하는 재질의 변화를 수반하지 않고, 용접 이음매의 내지연 파괴 특성을 향상시키기 때문에 유효하다는 새로운 지견을 얻었다.

그리고, 본 발명자들은, 저항 스폿 용접에 있어서, 너깃이 형성된 강판에 대해서 소정의 조건 하에서 음파를 조사하면, 우수한 내지연 파괴 특성을 발휘하는 용접 이음매가 간편하게 얻어지는 것을 알아내었다.

본 발명은 상기한 지견에 기초하여 이루어진 것으로서, 그 요지는 아래와 같다.

1. 2 장 이상 중첩한 강판을 1 쌍의 용접 전극으로 협지하여, 상기 강판을 갖다 대면서 통전하고, 상기 강판 상호의 중첩면에 너깃을 형성하여, 상기 강판끼리를 접합하는, 저항 스폿 용접 방법에 있어서,

상기 접합 후에, 상기 강판의 표면에서의 음압 레벨이 30 dB 이상을 만족하도록, 10 ㎐ 이상 100000 ㎐ 이하의 주파수를 갖는 음파를, 상기 너깃에 직접적 또는 간접적으로 조사하는 것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.

여기에서, 본 명세서에 있어서,「너깃」은, 통상적으로 강판 상호의 중첩면 (도 1, 3 의 부호 12, 22 를 참조) 측에 형성되고, 저항 스폿 용접 후의 강판의 표면 (도 1, 3 의 부호 11, 21 을 참조) 으로부터는 직접 시인할 수 없지만, 이 용접에 의해서 강판의 표면에 발생된 용접흔을 갖고「너깃」이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 그리고,「너깃에 음파를 조사하는」것은, 예를 들어, 강판의 표면 중 상기 용접흔을 확인할 수 있는 부분 (이하,「너깃 상당 표면」이라고도 한다. 도 2 의 부호 6, 도 3 의 부호 13, 23 을 참조) 에 음파를 조사함으로써 실시 가능하다.

그리고, 본 명세서에 있어서,「주파수」및「음압 레벨」은, 예를 들어, 후술하는 방법에 따라서 측정할 수 있다.

2. 상기 음파를 조사하는 시간이 1 초 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 1 에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

3. 상기 강판 중 적어도 1 장의 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 1 또는 2 에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

4. 상기 강판 중 적어도 1 장이, 상기 표면 및 상기 중첩면 중 적어도 일방에 도금 피막을 갖는 것을 특징으로 하는, 상기 1 ∼ 3 중 어느 하나에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

5. 상기 도금 피막이 용융 아연 도금 피막 또는 합금화 용융 아연 도금 피막인 것을 특징으로 하는, 상기 4 에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

6. 2 장 이상 중첩한 강판을 1 쌍의 용접 전극으로 협지하여, 상기 강판을 갖다 대면서 통전하고, 상기 강판 상호의 중첩면에 너깃을 형성하여, 상기 강판끼리를 접합한 용접 이음매를 얻는, 용접 이음매의 제조 방법에 있어서,

상기 접합 후에, 상기 강판의 표면에서의 음압 레벨이 30 dB 이상을 만족하도록, 10 ㎐ 이상 100000 ㎐ 이하의 주파수를 갖는 음파를, 상기 너깃에 직접적 또는 간접적으로 조사하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.

7. 상기 음파를 조사하는 시간이 1 초 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 6 에 기재된 용접 이음매의 제조 방법.

8. 상기 강판 중 적어도 1 장의 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 6 또는 7 에 기재된 용접 이음매의 제조 방법.

9. 상기 강판 중 적어도 1 장이, 상기 표면 및 상기 중첩면 중 적어도 일방에 도금 피막을 갖는 것을 특징으로 하는, 상기 6 ∼ 8 중 어느 하나에 기재된 용접 이음매의 제조 방법.

10. 상기 도금 피막이 용융 아연 도금 피막 또는 합금화 용융 아연 도금 피막인 것을 특징으로 하는, 상기 9 에 기재된 용접 이음매의 제조 방법.

본 발명의 저항 스폿 용접 방법에 의하면, 강판끼리를 접합해도, 열처리에 의한 조직 변화에서 기인한 강판의 재질의 변화 없이, 지연 파괴의 문제를 양호하게 회피할 수 있다. 또, 본 발명의 용접 이음매의 제조 방법에 의하면, 우수한 내지연 파괴 특성을 발휘하는 용접 이음매를 간편하게 얻을 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 너깃을 형성하여 강판끼리를 접합하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 접합 후의 강판을 일 표면측으로부터 바라 본 평면도이다.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 강판끼리를 접합한 후에, 너깃 상당 표면에 대해서 음파를 조사하는 모습을 나타내는 모식도이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 설명한다.

본 발명의 저항 스폿 용접 방법에서는, 2 장 이상 중첩한, 예를 들어 강판 1, 2) 을, 1 쌍의 용접 전극 (4, 5) 으로 협지하여, 가압하면서 통전하고, 강판 상호의 중첩면 (중첩부) (12, 22) 측에 너깃 (3) 을 형성하여, 강판끼리를 접합한 후에, 너깃 (3) 에 (예를 들어, 너깃 상당 표면 (13, 23) 중 적어도 일방에 대해서), 소정의 주파수 및 소정의 음압 레벨로 음파를 조사한다.

그리고, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에 따르면, 주로 너깃에 집적되는 수소를 효율적으로 강판 외부로 빠져 나가게 함으로써, 열처리에 의한 조직 변화에서 기인하는 재질의 변화를 수반하지 않고, 스폿 용접부의 지연 파괴의 문제를 양호하게 또한 간편하게 회피할 수 있다.

또, 본 발명의 용접 이음매의 제조 방법은, 상기 서술한 본 발명의 저항 스폿 용접 방법과 동일한 특징을 갖는다. 그리고, 본 발명의 용접 이음매의 제조 방법에 따르면, 우수한 내지연 파괴 특성을 갖는 용접 이음매가 간편하게 얻어진다.

여기에서, 접합된 강판에 음파를 조사함으로써 강판의 내지연 파괴 특성을 개선할 수 있는 이유는 명확하지 않지만, 본 발명자들은 아래와 같이 추찰한다.

즉, 접합에 있어서 형성된 너깃에 대해서 소정의 조건에서 음파를 쏨으로써, 너깃을 포함하는 강판 부분이 강제 가진 (加振) 된다. 이 강제 가진에 의한 굽힘 변형에서 기인하여, 너깃을 포함하는 강판 부분의 격자 간격이 판두께 방향으로 확장 (인장)·수축 (압축) 을 반복한다. 격자간을 팽창시키는 강중 수소는, 보다 포텐셜 에너지가 낮은 인장측으로의 확산이 야기되기 때문에, 이 격자 간격의 확장·수축에 수반하여 수소의 확산이 촉진되고, 강판 내부와 표면을 연결하는 수소의 확산 패스가 강제적으로 만들어지게 된다. 확산 패스가 의도적으로 형성된 수소는, 강판의 표면 근방에 있어서의 격자 간격이 확장된 타이밍으로, 표면을 통과하여 더욱 에너지적으로 유리한 강판 외부로 빠져 나간다. 이와 같이, 접합 후의 강판에 대해서 소정의 조건에서 조사한 음파가, 강중, 특히 인장 잔류 응력부인 너깃에 집적되는 수소를 충분히 또한 효율적으로 저감시키기 때문에, 용접 이음매의 지연 파괴를 양호하며 또한 간편하게 억제할 수 있는 것으로 추찰된다.

이하, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에 대해서 몇 가지의 실시형태에 따라서 상세히 서술하지만, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법은 이에 한정되는 것은 아니다. 또, 본 발명의 용접 이음매의 제조 방법은, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에 대해서 상세히 서술되는 특징과 동일한 특징을 갖고, 본 발명의 용접 이음매의 제조 방법도 후술되는 실시형태에 한정되지 않는다.

[강판끼리의 접합]

본 발명의 저항 스폿 용접 방법에서는, 강판의 접합 후에 너깃으로부터 수소를 효율적으로 빠져 나가게 할 수 있다. 따라서, 먼저, 복수의 강판끼리를 접합하기까지의 공정에 대해서는 특별히 제한되지 않고, 일반적인 저항 스폿 용접의 조건에 따르면 된다. 일반적인 저항 스폿 용접의 통전 조건으로서, 예를 들어, 전류는 1 kA ∼ 15 kA, 통전 시간은 100 ms ∼ 2000 ms, 가압력은 0.5 kN ∼ 10 kN 의 범위로 할 수 있다.

도 1, 2 에 나타내는 본 발명의 일 실시형태에서는, 2 장 중첩한 강판 (1, 2) 의 표면 (11, 21) 에 1 쌍의 용접 전극 (4, 5) 을 갖다 대어 통전한다. 이 때, 강판 상호의 중첩면 (12, 22) 의 통전된 부위가, 저항 발열에 의해서 일단 용융되고, 그 후 응고되어 너깃 (3) 을 형성한다. 이와 같이, 저항 스폿 용접 방법에서는, 강판 (1, 2) 이 고체 상태의 너깃 (3) 을 개재하여 접합된다. 이 너깃 (3) 은, 통상적으로, 접합된 강판의 표면 (11, 21) 에는 직접 나타나지 않는다. 그러나, 강판의 표면 (11, 21) 에서는, 용접 전극 (4, 5) 을 갖다 댄 지점에 탄 흔적 및/또는 패임의 용접흔이, 저항 스폿 용접점 (6) 으로서 발생된다. 따라서, 이 저항 스폿 용접점 (6) 의 판두께 방향 내부에 너깃 (3) 이 존재하는 것을 확인할 수 있고, 이 저항 스폿 용접점 (6) 을, 후술하는 음파를 조사하는 공정에 있어서의「너깃 상당 표면」으로서 취급할 수 있다.

[[강판의 특성]]

본 발명의 저항 스폿 용접 방법에서 사용하는 강판은, 특별히 제한되지 않지만, 고강도 강판인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 접합하는 강판 중 적어도 1 장의 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 것이 바람직하고, 1000 ㎫ 이상인 것이 보다 바람직하며, 1300 ㎫ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 접합하는 강판 모두가 상기 인장 강도를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 접합하는 강판의 인장 강도가 780 ㎫ 미만인 경우, 저항 스폿 용접에 의해서 너깃에 발생되는 인장 잔류 응력의 정도가 작기 때문에, 원래, 얻어지는 용접 이음매에 지연 파괴가 발생되기 어렵다. 한편, 접합하는 강판이 상기와 같이 고강도일수록, 저항 스폿 용접에 의해서 너깃에 수소가 발생 또는 침입하기 쉽고, 용접 이음매에 지연 파괴가 발생되기 쉽기 때문에, 음파를 조사하는 것에 의한 용접 이음매의 내지연 파괴 특성의 개선 효과가 높아진다. 또한, 강판의 인장 강도는 특별히 한정되지 않지만, 3000 ㎫ 이하로 할 수 있다.

강판의 성분 조성은, 특별히 제한되지 않지만, 상기 서술한 고강도 강판으로 할 수 있는 성분 조성인 것이 바람직하다. 고강도 강판의 성분 조성으로는, 예를 들어, C 량이 0.05 질량％ 이상 0.50 질량％ 이하인 강판을 바람직하게 사용할 수 있다.

[[강판에 대한 표면 처리]]

또, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법은, 음파의 조사를 비접촉으로 행하고, 강판의 표면 상태에 영향을 받지 않는 용접 방법이기 때문에, 강판에 원하는 특성을 부여할 목적에서, 도금 등의 임의의 표면 처리를 행할 수 있다.

도금 피막은, 유기 도금, 무기 도금, 금속 도금 중 어느 것에 의한 것이어도 되고, 이미 알려진 수법에 따라서 도금을 행하면 된다. 그 중에서도, 녹 및 부식을 방지할 수 있는 관점에서는, 도금 피막이 용융 아연 도금 (GI) 피막 또는 합금화 용융 아연 도금 (GA) 피막인 것이 바람직하다.

[음파의 조사]

다음으로, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에서는, 상기 서술한 강판끼리의 접합 후에, 너깃에 직접적 또는 간접적으로 (예를 들어, 너깃 상당 표면 중 적어도 일방에), 음파를 의도적으로 조사한다. 여기에서, 음파를 조사할 때에는, 10 ㎐ 이상 100000 ㎐ 이하의 주파수를 갖는 음파를, 강판의 표면에서의 음압 레벨이 30 dB 이상을 만족하도록 하는 것이 중요하다. 주파수 및 음압 레벨을 상기와 같이 제어함으로써, 너깃으로부터 수소를 효율적으로 빠져 나가게 하여, 열처리에 의한 조직 변화에서 기인하는 재질의 변화를 수반하지 않고, 수소 취화에 의한 용접 이음매의 지연 파괴를 양호하며 또한 간편하게 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서의 음파의 조사는, 강판에 비접촉으로 행해진다.

본 명세서에 있어서,「주파수」는, 임의의 음파 조사 장치 등에서 설정하는 음파 출력측의 주파수 (㎐) 를 가리킨다. 또,「음압 레벨」은, 강판의 표면 중 음파가 조사된 부위, 구체적인 일례로는, 너깃 상당 표면이 받은 음압 레벨 (dB) 을 가리키고, 당해 음파가 조사된 부위 (너깃 상당 표면) 가 위치하는 지점에 배치된 임의의 소음계를 사용하여 측정할 수 있다.

[[주파수]]

주파수가 10 ㎐ 이상 100000 ㎐ 이하인 음파를 조사하는 것은, 본 발명에 있어서 중요한 구성 조건이다. 주파수가 10 ㎐ 미만인 음파를 조사해도, 조사된 음파가 강판에 부여해야 할 진동이 강판 자체의 강성에 방해되어, 강판 밖으로의 수소의 확산이 촉진되지 않아, 너깃 중의 수소량이 충분히 감소되지 않는다. 조사하는 음파의 주파수는 100 ㎐ 이상인 것이 바람직하고, 500 ㎐ 이상인 것이 보다 바람직하며, 3000 ㎐ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 조사하는 음파의 주파수가 높을수록 강판에 주는 굽힘 변형이 크기 때문에, 강중의 수소의 확산 패스를 보다 양호하게 형성하여, 수소 취성에서 기인한 지연 파괴를 보다 억제할 수 있다. 덧붙여, 주파수가 높을수록 음파의 지향성이 높아지기 때문에, 음파를 조사하는 위치를 보다 제어하기 쉽다.

한편, 주파수가 100 ㎑ 를 초과하면, 발생시킨 음파가 강판 표면에 도달할 때까지의 공기 중에서의 감쇠가 현저하고, 강판, 특히는 너깃에 충분히 진동이 조사되지 않아, 효율적으로 강중 수소량을 감소시킬 수 없다. 따라서, 조사하는 음파의 주파수는 100 ㎑ 이하일 필요가 있고, 80 ㎑ 이하인 것이 바람직하며, 50 ㎑ 이하인 것이 보다 바람직하다.

[[음압 레벨]]

음압 레벨이 30 dB 이상인 음파를 조사하는 것도, 본 발명에 있어서 중요한 구성 조건이다. 음압 레벨이 30 dB 에 미치지 못하는 음파를 조사해도, 조사된 음파가 강판에 부여해야 할 진동이 강판 자체의 강성에 방해되지 않고, 강판 밖으로의 수소의 확산이 촉진되지 않아, 너깃 중의 수소량이 충분히 감소되지 않는다. 조사하는 음파의 음압 레벨은 60 dB 이상이 바람직하고, 70 dB 이상이 보다 바람직하다. 조사하는 음파의 음압 레벨이 높을수록, 강판을 보다 진동시켜, 강중, 특히는 너깃 중으로부터 잔존 수소를 보다 방출함으로써 지연 파괴를 보다 억제할 수 있다.

한편, 일반적으로 입수 가능한 음파 조사 장치의 성능상, 조사하는 음파의 음압 레벨은, 통상적으로 140 dB 이하이다.

너깃 상당 표면이 받는 음압 레벨은, 예를 들어, 음파 조사 장치의 출력을 변화시키는 것이나, 너깃 상당 표면과 음파 조사 장치의 거리를 적절히 조정함으로써 제어 가능하다.

[[조사 시간]]

너깃 상당 표면에 음파를 조사하는 시간이 짧으면, 강판을 진동시켰다고 해도, 너깃 중에 잔존하는 수소를 강판 밖으로 탈리시키기에 충분하지 않아, 강중 수소량을 양호하게 저감할 수 없는 경우가 있다. 따라서, 음파를 조사하는 시간은 1 초 이상인 것이 바람직하고, 5 초 이상인 것이 보다 바람직하며, 10 초 이상인 것이 더욱 바람직하다.

한편, 너깃 상당 표면에 음파를 3600 초 이상 조사하는 것은 생산성을 저하시킨다. 따라서, 음파를 조사하는 시간은 3600 초 미만이 바람직하고, 1800 초 이하가 보다 바람직하며, 1500 초 이하가 더욱 바람직하다.

[[통전 개시부터 음파를 조사 개시하기까지의 시간]]

용접 전극을 사용한 저항 스폿 용접에서 기인한 지연 파괴는, 통전 개시시를 0 초로 하여, 180 분 ∼ 720 분 사이에서 발생되는 경우가 있다. 이와 같은 지연 파괴가 발생되기 전에 음파를 조사하여, 강판의 인장 응력부인 너깃에의 수소 집적을 억제, 해소하는 것이 바람직하다. 이 관점에서, 너깃 상당 표면에의 음파의 조사는, 강판에 대한 통전 개시부터 360 분 이내에 행하는 것이 바람직하고, 180 분 미만에 행하는 것이 보다 바람직하며, 60 분 이내에 행하는 것이 더욱 바람직하다. 지연 파괴가 발생될 리스크를 조금이라도 회피하는 관점에서는, 통전 개시부터 음파를 조사 개시하기까지의 시간은 짧을수록 유리하다. 따라서, 통전 개시부터 음파를 조사 개시하기까지의 시간의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 통전 자체에 소요되는 시간을 고려하면, 상기 시간의 하한은 통상 10 초이다.

[[너깃 중의 잔존 수소량]]

그리고, 본 발명에 따라서 저항 스폿 용접을 행한 후의 너깃 내에서는, 잔존 수소량이, 질량 분율로 0.5 ppm 이하인 것이 바람직하고, 0.3 ppm 이하인 것이 보다 바람직하며, 물론, 0 ppm 으로 해도 된다. 너깃 중에 잔존하는 수소는 용접 이음매에 있어서의 수소 취화의 원인이 되기 때문에, 잔존 수소량은 적을수록 바람직하다. 일반적으로, 고강도 강판에 대한 저항 스폿 용접일수록 지연 파괴가 발생되기 쉬운 바, 본원에서는 소정 조건에서 음파를 조사하기 때문에, 고강도 강판의 경우여도 양호하게 잔존 수소량을 저감시킬 수 있다.

[[음파 조사 장치]]

음파의 조사에는, 일반적인, 음파를 발생시켜 대상물에 조사하는 장치 (음파 조사 장치) 를 사용할 수 있다. 음파 조사 장치로는, 예를 들어, 음파 발신기, 음파 발신기에 진동판 등이 구비된 스피커 등을 들 수 있다.

너깃에 상기 서술한 소정의 음파가 조사되는 한, 음파 조사 장치 (7) 의 설치 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 음파의 진행 방향이, 너깃 상당 표면 ((도 3 의 부호 13 및 23) 중 적어도 일방측에 음파가 최단 직선 거리에서 닿도록 음파 조사 장치 (7) 를 설치해도 된다. 혹은, 음파의 진행 방향이, 상기 최단 직선 거리가 되도록은 향하고 있지 않아도, 확산되어 전파된 음파가 너깃 상당 표면에까지 도달해서 닿도록 음파 조사 장치 (7) 를 설치해도 된다. 강판의 일 표면 상에 너깃 상당 표면이 복수 존재하는 경우, 각 너깃 상당 표면 (13 또는 23) 에 대해서 음파 조사 장치 (7) 를 1 대씩 설치해도 되고, 일 표면 상의 복수의 너깃 상당 표면에 걸쳐서 음파를 조사할 수 있는 음파 조사 장치를 단수 또는 복수 설치해도 된다. 또, 음파 조사 장치 (7) 는, 강판의 표면 (11, 21) 측에 대향하여 설치해도 된다.

또, 일 표면 상에 너깃 상당 표면이 복수 존재하는 경우, 그 중의 1 개의 너깃 상당 표면만에 대해서 음파를 조사해도 되고, 임의의 복수의 너깃 상당 표면에 대해서 음파를 조사해도 되며, 모든 너깃 상당 표면에 대해서 음파를 조사해도 되고, 강판의 일 표면 전체에 걸쳐서 음파를 조사해도 된다. 특히 너깃 중에 수소가 잔존하기 쉬운 것을 고려하면, 일 표면 상에 너깃 상당 표면이 복수 존재하는 경우, 복수의 너깃 상당 표면에 음파를 조사하는 것이 바람직하고, 모든 너깃 상당 표면에 음파를 조사하는 것이 보다 바람직하다.

또, 상기 소정의 주파수에 의한 내지연 파괴 특성에 대한 효과를 높이는 관점에서는, 강판의 표면과 음파 조사 장치의 최단 직선 거리를 15 m 이내로 하는 것이 바람직하고, 5 m 이내로 하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에서는, 가열 처리를 행하지 않고 너깃 중의 잔존 수소를 저감시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 용접 후에 열처리를 행하는 종래의 기술에 비해서, 강판의 성분 조성 및/또는 미세 조직이 열에 의해서 원하는 상태로부터 변화되는 리스크를 회피하면서 우수한 내지연 파괴 특성을 발휘하는 용접 이음매를 얻을 수 있다. 또, 본 발명은, 수소 취성에 대처하기 위한 가열 장치를 필요로 하지 않아, 작업 시간 및 작업 비용면에서도 유리하다.

나아가서는, 강판과 접촉하지 않고 음파를 조사하는 등의 간편한 수법을 채용하는 본 발명은, 예를 들어, 다수의 섬세한 용접 시공을 필요로 하는 자동차 제조에 있어서의 저항 스폿 용접에 특히 유리하게 이용할 수 있다.

실시예

길이 방향 : 150 ㎜ × 폭 방향 : 50 ㎜ × 판두께 : 1.4 ㎜ 의 2 장의 강판을, 연직 방향 하측에 배치한 하강판 (1), 및, 하강판 (1) 보다 연직 방향 상측에 배치한 상강판 (2) 으로서 사용하였다. 하강판 (1) 및 상강판 (2) 의 인장 강도, 강판의 표면 및 중첩면에 있어서의 도금 피막의 유무는 표 1 과 같고, 도금 처리를 실시하지 않은 경우 (CR), 또는, 도금 처리를 실시한 경우 (용융 아연 도 (GI), 합금화 용융 아연 도금 (GA), 부착량은 편면당 50 g/㎡) 중 어느 것이었다.

또한, 인장 강도는, 각 강판으로부터, 압연 방향에 대해서 수직 방향을 따라서 JIS5 호 인장 시험편을 제작하고, JIS Z 2241 (2011) 의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하여 구한 인장 강도이다.

도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이 2 장의 강판 (1, 2) 이 중첩된 판 세트를, 1 쌍의 용접 전극 (하전극 (4) 및 상전극 (5)) 으로 협지하여, 표 1 에 기재하는 접합 (통전) 조건에서 접합함으로써 용접 이음매를 얻었다. 이 접합에 의해서 강판 (용접 이음매) 의 표면에 발생된 용접흔을 모식적으로 나타낸 것이 저항 스폿 용접점 (6) 이다.

상기 서술한 공정은, 용접 전극 (4, 5) 을 항상 수랭시킨 상태로 하고, 강판을 상온 (20 ℃) 상태로 하여 행하였다.

하전극 (4) 및 상전극 (5) 으로는, 모두 선단의 직경 (선단 직경) 이 6 ㎜, 곡률 반경이 40 ㎜ 인 크롬구리제의 DR 형 전극을 사용하였다. 또, 접합시의 가압력은, 하전극 (4) 과 상전극 (5) 을 서보 모터로 구동시킴으로써 제어하고, 통전시에는 주파수 50 ㎐ 의 단상 교류를 공급하였다.

이와 같이, 접합 후의 하강판 (1) 및 상강판 (2) 의 표면 (11, 21) 에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 저항 스폿 용접점 (6) 이 관찰되었다. 그리고, 이 저항 스폿 용접점 (6) 으로부터 판두께 방향을 따른, 하강판 (1) 및 상강판 (2) 의 중첩면 (11, 22) 측에는, 도 1 에 모식도로 나타내는 너깃 (3) 이 형성되어 있다. 또한, 용접 이음매는, 음파 조사 전후의 너깃 내의 잔존 수소량을 각각 측정하기 위해서, 각 통전 조건에서 2 개씩 제작하였다.

상기 서술한 바와 같이 통전하여 강판끼리를 접합한 후, 각 통전 조건에서 얻어진 용접 이음매 중 1 개에 대해서, 표 1 에 기재된「통전 개시부터 음파를 조사 개시하기까지의 시간」이 경과한 후에, 표 1 에 기재된 조건에서, 강판의 표면의 일방측으로부터, 너깃 상당 표면 (저항 스폿 용접점 (6)) 을 향하여 음파를 조사하였다. 음파의 조사는, 너깃 상당 표면으로부터의 최단 직선 거리가 0.5 m 인 위치에 설치한 스피커를 사용하여 행하고, 주파수는 출력측인 스피커로 제어하며, 음압 레벨은 음파가 조사되는 측의 너깃 상당 표면 근방에 배치한 소음계를 사용하여 측정하였다.

얻어진 용접 이음매를 상온 (20 ℃) 에서 대기 중에 24 시간 정치 (靜置) 하고, 정치 후에 지연 파괴가 발생되는지의 여부에 대해서 육안으로 판정하였다. 또한, 표면으로부터 육안으로 보아 너깃의 박리 및 균열이 확인되지 않은 경우, 너깃 중앙부를 포함하는 판두께 방향의 단면을 광학 현미경 (×50 배) 으로 관찰하여, 단면에 있어서의 균열의 유무를 확인하였다. 너깃의 박리 (접합 계면에서 너깃이 2 개로 박리되는 현상) 가 관찰된 경우를 ×, 표면으로부터 균열이 육안으로 관찰된 경우를 ▽, 너깃 중앙부를 포함하는 판두께 방향의 단면 관찰을 행하여, 표면에 도달하지 않은 균열이 단면에서 관찰된 경우를 △, 단면으로부터도 균열이 확인되지 않은 경우를 ○ 로 하여 평가하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. 단면으로부터도 균열이 확인되지 않은 경우 (○), 및, 표면에 도달하지 않은 균열이 단면에서 관찰된 경우 (△) 를 용접 이음매의 내지연 파괴 특성이 우수하다고 판정하였다.

너깃 내의 잔존 수소량은, 승온 탈리 분석에 의해서 측정하였다. 음파 조사 전의 잔존 수소량에 대해서는, 각 통전 조건에서 얻어진 용접 이음매 중 음파 조사를 실시하지 않은 용접 이음매로부터, 저항 스폿 용접점을 중앙에 포함하도록 1 ㎝ × 1 ㎝ × 판두께가 되도록 절단하여 샘플을 얻고, 에탄올로 탈지 후, 승온 탈리 분석을 행하였다. 또, 음파 조사 후의 잔존 수소량에 대해서는, 상기 용접 이음매 중 음파 조사를 실시한 용접 이음매로부터, 저항 스폿 용접점을 중앙에 포함하도록 1 ㎝ × 1 ㎝ × 판두께가 되도록 절단하여 샘플을 얻고, 에탄올로 탈지 후, 승온 탈리 분석을 행하였다. 200 ℃／시간의 조건에서 샘플을 승온하고, 5 분마다 샘플로부터 방출된 수소량을 가스 크로마토그래프로 정량하여, 각 온도에서의 수소 방출 속도 (wt/min) 를 구하였다. 구해진 수소 방출 속도를 적산함으로써, 수소 방출량을 계산에 의해서 구하였다. 그리고, 210 ℃ 까지 방출되는 수소량의 적산치를 샘플의 질량으로 나눈 값의 백만분율을, 질량 분율에서의, 너깃 내의 잔존 수소량 (wt.ppm) 으로 하여, 표 1 에 함께 기재하였다.

[표 1]

[표 1] (계속)

표 1 로부터, 특정한 조건에 따른 음파 조사를 거쳐 얻어진 용접 이음매에서는, 어느 것이나, 너깃 내의 잔존 수소량을 충분히 저감할 수 있고, 그 결과, 지연 파괴가 확인되지 않아, 양호한 내지연 파괴 특성을 발휘하고 있는 것을 알 수 있다. 특히, 종래에는 지연 파괴가 발생되기 쉬웠던 고강도 강판이어도, 양호한 내지연 파괴 특성을 실현할 수 있었다. 한편, 음파 조사를 행하지 않거나, 또는, 음파의 조사 조건이 특정한 범위에서 벗어나는 No.1, 2, 10, 16, 17 의 용접 이음매에서는, 너깃 내의 잔존 수소량이 많으며, 또한, 지연 파괴가 발생되어, 너깃에 있어서의 잔존 수소에서 기인한 지연 파괴를 억제할 수 없었다.

본 발명의 저항 스폿 용접 방법에 의하면, 강판끼리를 접합한 후에 있어서의 지연 파괴의 문제를 양호하게 회피하는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 용접 이음매의 제조 방법에 의하면, 우수한 내지연 파괴 특성을 발휘하는 용접 이음매를 간편하게 얻는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명은 자동차 등의 차량 부품의 제조 공정 및 차체의 조립 공정에 바람직하게 사용 가능하다.

1 : 강판 (하강판)
11 : 표면
12 : 강판 상호의 중첩면
13 : 너깃 상당 표면
2 : 강판 (상강판)
21 : 표면
22 : 강판 상호의 중첩면
23 : 너깃 상당 표면
3 : 너깃
4 : 용접 전극 (하전극)
5 : 용접 전극 (상전극)
6 : 저항 스폿 용접점
7 : 음파 조사 장치

Claims (10)

1. 2 장 이상 중첩한 강판을 1 쌍의 용접 전극으로 협지하여, 상기 강판을 갖다 대면서 통전하고, 상기 강판 상호의 중첩면에 너깃을 형성하여, 상기 강판끼리를 접합하는, 저항 스폿 용접 방법에 있어서,
   상기 접합 후에, 상기 강판의 표면에서의 음압 레벨이 30 dB 이상을 만족하도록, 10 ㎐ 이상 100000 ㎐ 이하의 주파수를 갖는 음파를, 상기 너깃에 직접적 또는 간접적으로 조사하는 것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 음파를 조사하는 시간이 1 초 이상인 것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 강판 중 적어도 1 장의 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 강판 중 적어도 1 장이, 상기 표면 및 상기 중첩면 중 적어도 일방에 도금 피막을 갖는 것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 도금 피막이 용융 아연 도금 피막 또는 합금화 용융 아연 도금 피막인 것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.
6. 2 장 이상 중첩한 강판을 1 쌍의 용접 전극으로 협지하여, 상기 강판을 갖다 대면서 통전하고, 상기 강판 상호의 중첩면에 너깃을 형성하여, 상기 강판끼리를 접합한 용접 이음매를 얻는, 용접 이음매의 제조 방법에 있어서,
   상기 접합 후에, 상기 강판의 표면에서의 음압 레벨이 30 dB 이상을 만족하도록, 10 ㎐ 이상 100000 ㎐ 이하의 주파수를 갖는 음파를, 상기 너깃에 직접적 또는 간접적으로 조사하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 음파를 조사하는 시간이 1 초 이상인 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 강판 중 적어도 1 장의 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.
9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 강판 중 적어도 1 장이, 상기 표면 및 상기 중첩면 중 적어도 일방에 도금 피막을 갖는 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 도금 피막이 용융 아연 도금 피막 또는 합금화 용융 아연 도금 피막인 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.

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