KR20240015712A - 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. 본 발명의 저항 스폿 용접 방법은, 2 장 이상 중첩한 강판을 1 쌍의 용접 전극으로 협지하고, 상기 강판을 가압하면서 통전하고, 상기 강판 상호의 중첩면에 너깃을 형성하고, 상기 강판끼리를 접합할 때에, 상기 접합 후에, 상기 강판의 진동수가 100 Hz 이상, 또한, 상기 강판의 최대 진폭이 10 ㎚ ∼ 500 ㎛ 를 만족하도록, 상기 너깃에 직접적 또는 간접적으로 진동을 부가한다.

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 사용한 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, 마무리의 겉보기의 양호함에서, 저항 스폿 용접이 널리 사용되고 있다. 저항 스폿 용접이란, 금속에 압력을 가하여 금속끼리를 접합시키는 기술의 하나이다. 구체적으로는, 저항 스폿 용접이란, 접합하고 싶은 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 의해 용융을 거친 열 영향부는 너깃으로 불린다. 또, 너깃을 개재하여 접합된 부위는 용접 이음매로 불린다.

여기서, 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 쉬우므로, 결과적으로, 용접 및 냉각 후의 금속에서는, 너깃 내의 잔류 응력 및 수소에서 기인하여, 용접 이음매에 지연 파괴가 발생하는 것이 문제가 되고 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 각종 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 대해, 특허문헌 1 에서는, 어느 가압력으로 용접 통전을 실시한 후, 이 가압력보다 높은 가압력으로 후통전, 나아가서는 전극 유지를 실시함으로써, 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 실시하는 것이, 용접부에 침입한 수소량을 저하시켜, 지연 파괴의 방지에 대해 유리해지는 것도 개시되어 있다.

일본 특허 제6194765호

그러나, 특허문헌 1 은, 지연 파괴에 대해, 오로지 가압력이나 통전 패턴의 적정화에 의해 인장 잔류 응력을 저감시키는 것에 주안을 둔 기술로서, 강판의 수소 취성에 대해서는 더욱 개선의 여지가 있었다. 또한 특허문헌 1 의 기술에서는, 이 수소 취성에 관하여, 용접 통전과 후통전 사이에 형성된 무통전의 냉각 시간에 의해 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 대해, 특허문헌 1 에 개시된 「용접 후의 열처리」를 실시한다고 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 얻기 위하여, 저항 스폿 용접에 있어서 너깃 중에 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 위해, 본 발명자들은, 저항 스폿 용접시에 너깃 내에 발생 또는 침입한 수소를 강판의 외부로 빠져 나가게 함으로써, 얻어지는 용접 이음매의 내지연 파괴 특성을 향상시키는 방도에 대해 예의 검토하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 접합된 후의 강판을 비교적 높은 진동수 또한 진폭으로 미진동 시키는 것이, 강판 중의 수소를 충분히 효율적으로 저감시키기 때문에, 나아가서는, 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 대해 소정의 진동수 및 최대 진폭의 진동을 부가하면, 우수한 내지연 파괴 특성을 발휘하는 용접 이음매를 간편하게 얻을 수 있는 것을 알아냈다.

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

1. 2 장 이상 중첩한 강판을 1 쌍의 용접 전극으로 협지하고, 상기 강판을 가압하면서 통전하고, 상기 강판 상호의 중첩면에 너깃을 형성하고, 상기 강판끼리를 접합하는, 저항 스폿 용접 방법에 있어서,

상기 접합 후에, 상기 강판의 진동수가 100 Hz 이상, 또한, 상기 강판의 최대 진폭이 10 ㎚ ∼ 500 ㎛ 를 만족하도록, 상기 너깃에 직접적 또는 간접적으로 진동을 부가하는 것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.

여기서, 본 명세서에 있어서, 「너깃」은, 통상적으로, 강판 상호의 중첩면 (도 1, 도 2(B) 의 부호 12, 22 를 참조) 측에 형성되고, 저항 스폿 용접 후의 강판의 표면 (도 2 의 부호 11, 21 을 참조) 으로부터는 직접 시인할 수 없지만, 이 용접에 의해 강판의 표면에 발생한 용접흔 (도 2(A) 의 부호 6 을 참조) 을 갖고, 너깃 (도 1, 도 2(B) 의 부호 3 을 참조) 이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.

또, 본 명세서에 있어서, 「강판의 진동수」 및 「강판의 최대 진폭」이란, 너깃 (3) 을 시인할 수 있는 경우에는 그 너깃에 있어서의, 혹은, 너깃 (3) 을 시인할 수 없는 경우에는, 강판의 표면 (11, 21) 중 상기 용접흔 (6) 을 확인할 수 있는 부분 (이하, 「너깃 상당 표면」이라고도 한다. 도 2(B) 의 부호 13, 23 을 참조) 에 있어서의 진동수 및 최대 진폭을 가리키고, 예를 들어, 후술하는 방법에 따라서 측정할 수 있다. 또한, 너깃을 시인할 수 없는 경우라도, 통상적으로, 너깃과 너깃 상당 표면의 거리는 매우 가까우므로, 양 위치에 있어서의 진동수 및 최대 진폭에는 실질적으로 차가 없다고 할 수 있다.

그리고, 「너깃에 직접적으로 진동을 부가하는」것은, 일례로서, 너깃이 강판의 표면에 현로하는 경우에, 후술하는 진동 부가 장치 (8) 를, 진동자 (82) 가 그 너깃에 직접 접촉하여 진동을 부여하도록 사용함으로써 실현 가능하다. 또, 「너깃에 간접적으로 진동을 부가하는」것은, 일례로서, 너깃이 강판의 표면에 현로하지 않는 경우에, 후술하는 진동 부가 장치 (7) 또는 진동 부가 장치 (8) 를, 전자석 (73) 또는 진동자 (82) 가 너깃 상당 표면 (13, 23) 에 진동을 부여하도록 사용함으로써 실시 가능하다.

2. 상기 통전의 개시부터 상기 진동의 부가의 개시까지의 시간이 360 분 이내인 것을 특징으로 하는, 상기 1 에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

3. 상기 진동을 부가하는 시간이 1 초 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 1 또는 2 에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

4. 상기 강판 중 적어도 한 장의 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 1 ∼ 3 중 어느 하나에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

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

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

7. 상기 진동의 부가를, 상기 강판의 표면에 이간하여 대향하는 자극면을 갖는 전자석을 사용하고, 상기 전자석이 상기 강판에 부여하는 외력에 의해 (요컨대, 비접촉 전자 방식이라고도 불러야 할 비접촉법에 의해) 그 강판을 진동시켜 실시하는 것을 특징으로 하는, 상기 1 ∼ 6 중 어느 하나에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

8. 상기 진동의 부가를, 상기 강판에 접촉하는 진동자를 사용하고, 상기 진동자에 의해 (요컨대, 접촉 진동자 방식이라고도 불러야 할 접촉법에 의해) 상기 강판을 진동시켜 실시하는 것을 특징으로 하는, 상기 1 ∼ 6 중 어느 하나에 기재된 저항 스폿 용접 방법.

9. 2 장 이상 중첩한 강판을 1 쌍의 용접 전극으로 협지하고, 상기 강판을 가압하면서 통전하고, 상기 강판 상호의 중첩면에 너깃을 형성하고, 상기 강판끼리를 접합한 용접 이음매를 얻는, 용접 이음매의 제조 방법에 있어서,

상기 접합 후에, 상기 강판의 진동수가 100 Hz 이상, 또한, 상기 강판의 최대 진폭이 10 ㎚ ∼ 500 ㎛ 를 만족하도록, 상기 너깃에 직접적 또는 간접적으로 진동을 부가하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.

10. 상기 통전의 개시부터 상기 진동의 부가의 개시까지의 시간이 360 분 이내인 것을 특징으로 하는, 상기 9 에 기재된 용접 이음매의 제조 방법.

11. 상기 진동을 부가하는 시간이 1 초 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 9 또는 10 에 기재된 용접 이음매의 제조 방법.

12. 상기 강판 중 적어도 한 장의 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 9 ∼ 11 중 어느 하나에 기재된 용접 이음매의 제조 방법.

13. 상기 강판 중 적어도 한 장이, 그 강판의 표면 및 상기 중첩면 중 적어도 일방에 도금 피막을 갖는 것을 특징으로 하는, 상기 9 ∼ 12 중 어느 하나에 기재된 용접 이음매의 제조 방법.

14. 상기 도금 피막이 용융 아연 도금 피막 또는 합금화 용융 아연 도금 피막인 것을 특징으로 하는, 상기 13 에 기재된 용접 이음매의 제조 방법.

15. 상기 진동의 부가를, 상기 강판의 표면에 이간하여 대향하는 자극면을 갖는 전자석을 사용하고, 상기 전자석이 상기 강판에게 부여하는 외력에 의해 (요컨대, 비접촉 전자 방식이라고도 불러야 할 비접촉법에 의해) 그 강판을 진동시켜 실시하는 것을 특징으로 하는, 상기 9 ∼ 14 중 어느 하나에 기재된 용접 이음매의 제조 방법.

16. 상기 진동의 부가를, 상기 강판에 접촉하는 진동자를 사용하고, 상기 진동자에 의해 (요컨대, 접촉 진동자 방식이라고도 불러야 할 접촉법에 의해) 상기 강판을 진동시켜 실시하는 것을 특징으로 하는, 상기 9 ∼ 14 중 어느 하나에 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 (A) 일 표면측으로부터 본 평면도 및 (B) 일 측면측으로부터 본 단면도이다.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태에서 사용하는 진동 부가 장치 (7) 의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 4(A) 및 (B) 는, 본 발명의 각 실시형태에 있어서, 접합 후의 강판에 대한 진동 부가 장치 (7) 의 전자석 (73) 의 설치 양태의 예를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5(A) 및 (B) 는, 본 발명의 각 실시형태에 있어서, 전자석 (73) 으로부터의 자장의 발생 양태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 6 은, 본 발명의 다른 실시형태에서 사용하는 진동 부가 장치 (8) 의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 7 은, 접합 후의 강판에 대한 진동 부가 장치 (8) 의 설치 양태의 예를 모식적으로 나타낸 도면이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태의 구체예를 설명한다.

도 1, 2 를 참조하고, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에서는, 2 장 이상 중첩한, 예를 들어 강판 (1, 2) 을, 1 쌍의 용접 전극 (4, 5) 으로 협지하고, 가압하면서 통전하고, 강판 상호의 중첩면 (중첩부) (12, 22) 측에 너깃 (3) 을 형성하고, 강판끼리를 접합한다.

그리고, 도 3 ∼ 7 을 참조하고, 접합 후에, 너깃 (3) 에 (예를 들어, 도 3 및 도 6 에 화살표로 나타내는, 진동에 의해 강판에 발생하는 진폭의 변위 방향에 평행한 「진동 부가 방향」을 따라, 너깃 상당 표면 (13, 23) 의 적어도 일부를 포함하는 강판 부위, 바람직하게는 너깃 상당 표면 (13, 23) 의 전체면을 포함하는 강판 부위에 대해), 소정의 진동수 및 소정의 최대 진폭을 발생시키는 진동을 부가한다.

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.

여기서, 접합된 강판에 소정의 진동을 부가함으로써 강판의 내지연 파괴 특성을 개선할 수 있는 이유는 분명하지 않지만, 본 발명자들은 이하와 같이 추찰한다.

즉, 접합에 있어서 형성된 너깃에 대해 소정의 조건에서 진동을 부여함으로써, 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. 격자 간격을 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 야기된다. 확산 패스가 의도적으로 형성된 수소는, 강판의 표면 근방에 있어서의 격자 간격이 확장된 타이밍에, 표면을 통과하여 더욱 에너지적으로 유리한 강판 외부로 빠져 나간다. 이와 같이, 접합 후의 강판에 대해 소정의 조건에서 부가한 진동이, 강중, 특히 인장 잔류 응력부인 너깃에 집적되는 수소를 충분히 또한 효율적으로 저감시키므로, 용접 이음매의 지연 파괴를 양호하게 또한 간편하게 억제할 수 있는 것으로 추찰된다.

이하, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에 대해 몇 가지 실시형태에 따라서 상세히 서술하지만, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법은 이것에 한정되는 것은 아니다. 또, 본 발명의 용접 이음매의 제조 방법은, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에 대해 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 접합할 때까지의 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 의해 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) 에는, 용접 전극 (4, 5) 을 갖다 댄 지점에 소흔 (燒跡) 및/또는 패임의 용접흔이, 저항 스폿 용접점 (6) 으로서 발생한다. 따라서, 이 저항 스폿 용접점 (6) 의 판두께 방향 내부에 너깃 (3) 이 존재하는 것을 확인할 수 있고, 이 저항 스폿 용접점 (6) 을, 후에 상세히 서술하는 「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 한 장의 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 것이 바람직하고, 1000 ㎫ 이상인 것이 보다 바람직하고, 1300 ㎫ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 접합하는 강판 모두가 상기 인장 강도를 갖는 것이 한층 바람직하다. 접합하는 강판의 인장 강도가 780 ㎫ 미만인 경우, 저항 스폿 용접에 의해 너깃에 발생하는 인장 잔류 응력의 정도가 작으므로, 원래, 얻어지는 용접 이음매에 지연 파괴가 발생하기 어렵다. 한편, 접합하는 강판이 상기와 같이 고강도일수록, 저항 스폿 용접에 의해 너깃에 수소가 발생 또는 침입하기 쉽고, 용접 이음매에 지연 파괴가 발생하기 쉽기 때문에, 진동을 부가하는 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, 강판에 원하는 특성을 부여하는 목적으로, 도금 등의 임의의 표면 처리를 실시할 수 있다. 표면 처리는, 진동을 부가하는 공정 전에 실시해도 되고 후에 실시해도 되는데, 진동을 부가하는 공정 전에 실시하는 경우에는, 표면 처리에 의한 효과를 저해하지 않는 관점에서, 계속되는 진동의 부가를, 기진원과 강판의 접촉을 수반하지 않는 비접촉법으로 실시하는 것이 바람직하다.

도금 피막은, 유기 도금, 무기 도금, 금속 도금 중 어느 것에 의한 것이어도 되고, 이미 알려진 수법에 따라서 도금을 실시하면 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.

[진동의 부가]

다음으로, 본 발명의 저항 스폿 용접 방법에서는, 상기 서술한 강판끼리의 접합 후에, 너깃에 직접적 또는 간접적으로 진동을 의도적으로 부가한다. 여기서, 진동의 부가시에는, 강판의 진동수가 100 Hz 이상이 되고, 또한, 강판의 최대 진폭이 10 ㎚ ∼ 500 ㎛ 가 되는 미진동으로 하는 것이 중요하다. 진동수 및 최대 진폭을 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 양호하게 또한 간편하게 저감시킬 수 있다.

소정의 진동수 및 최대 진폭을 발생시키는 진동은, 강판과 접촉하여 또는 접촉하지 않고 강판에 진동을 부여하는 것이 가능한, 임의의 진동 부가 장치를 사용하여 실시할 수 있다.

[[진동수]]

수소의 확산을 촉진하는 관점에서, 강판의 진동수는 100 Hz 이상인 것이 중요하다. 당해 진동수가 100 Hz 미만인 경우, 강판 밖으로의 수소의 확산이 촉진되지 않아, 너깃 중의 수소량이 충분히 감소하지 않으므로, 너깃 중에 함유된 수소를 탈리시키는 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 진동수가 높을수록 강판에 부여하는 굽힘 변형이 크기 때문에, 강중의 수소의 확산 패스를 보다 양호하게 형성하여, 수소 취성에서 기인한 지연 파괴를 보다 억제할 수 있다. 따라서, 강판의 진동수를 100 Hz 이상으로 할 필요가 있고, 500 Hz 이상인 것이 바람직하고, 3000 Hz 이상인 것이 보다 바람직하다. 부가하는 진동은 감쇠를 수반하는 진동이어도 되고, 이 경우, 100 Hz 이상의 진동수를 강판에 부여하기만 하면, 진동수가 100 Hz 미만까지 감소한 타이밍이 포함되어도 상관없다. 또, 강판에 진동을 복수회 부가하는 경우에는, 적어도 1 회의 진동 부가에 있어서의 진동수를 100 Hz 이상으로 할 필요가 있고, 모든 회에 있어서의 진동수를 100 Hz 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 동일 강판에 대해 저항 스폿 용접을 복수회 실시하는 경우, 용접시의 충격으로, 이미 생성된 너깃이 진동하는 경우가 있다. 그러나, 이들 진동에 있어서, 강판의 진동수는 기껏해야 50 ∼ 60 Hz 정도이므로, 이 경우, 너깃 중에 함유된 수소를 탈리시키는 효과는 얻어지지 않는다.

한편, 강판의 진동수가 과다인 경우, 강판 내에서 격자 간격을 팽창시켜 두는 충분한 시간을 확보할 수 없어, 수소를 효율적으로 탈리하는 효과를 얻기 어렵다. 이 관점에서, 강판의 진동수는 100000 Hz 이하 (100 kHz 이하) 로 하는 것이 바람직하고, 80 kHz 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 50 kHz 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 강판에 진동을 복수회 부가하는 경우에는, 적어도 1 회의 진동 부가에 있어서의 진동수를 상기 적합 상한 이하로 하는 것이 바람직하고, 모든 회에 있어서의 진동수를 상기 적합 상한 이하로 하는 것이 특히 바람직하다.

강판의 진동수는, 도 3 에 나타내는 진동 검출기 (74) 또는 도 6 에 나타내는 진동 검출기 (83) 에 의해 측정할 수 있다. 또, 진동수는, 도 3 에 나타내는 진동 부가 장치 (7) 의 경우, 직류의 펄스 전류의 주파수 또는 교류의 연속 전류의 주파수를 제어함으로써 조정할 수 있고, 도 6 에 나타내는 진동 부가 장치 (8) 의 경우, 진동자 (82) 의 진동수를 제어함으로써 조정할 수 있다.

[[최대 진폭]]

강판의 최대 진폭이 10 ㎚ 미만인 경우, 강판 표면의 격자 간격이 충분히 확장되지 않아, 수소 확산의 촉진이 불충분하기 때문에, 너깃 중에 함유된 수소를 탈리시키는 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서, 강판의 최대 진폭은 10 ㎚ 이상으로 하는 것이 중요하고, 바람직하게는 100 ㎚ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 500 ㎚ 이상으로 한다. 또, 강판의 최대 진폭이 500 ㎛ 초과인 경우, 강판의 판두께 방향을 따른 변형이 커져, 소성 변형을 발생시키고, 결과적으로 수소를 트랩해 버리기 때문에, 너깃 중에 함유된 수소를 탈리시키는 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 이 관점에서, 강판의 최대 진폭은 500 ㎛ 이하로 하는 것이 중요하고, 바람직하게는 400 ㎛ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 300 ㎛ 이하로 하고, 더욱 바람직하게는 50 ㎛ 이하, 특히 바람직하게는 5 ㎛ 이하로 한다. 부가하는 진동은 감쇠를 수반하는 진동이어도 되고, 이 경우, 10 ㎚ 이상 500 ㎛ 이하의 최대 진폭을 강판에 부여하기만 하면, 진폭이 10 ㎚ 미만까지 감소한 타이밍이 포함되어도 상관없다. 또, 강판에 진동을 복수회 부가하는 경우에는, 적어도 1 회의 진동 부가에 있어서의 최대 진폭을 10 ㎚ 이상 500 ㎛ 이하로 할 필요가 있고, 모든 회에 있어서의 최대 진폭을 10 ㎚ 이상 500 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

강판의 최대 진폭은, 도 3 에 나타내는 진동 검출기 (74) 또는 도 6 에 나타내는 진동 검출기 (83) 에 의해 측정할 수 있다. 또, 최대 진폭은, 도 3 에 나타내는 진동 부가 장치 (7) 의 경우, 전자석 (73) 에 흘리는 전류량을 제어함으로써 조정할 수 있고, 도 6 에 나타내는 진동 부가 장치 (8) 의 경우, 진동자 (82) 의 진폭을 제어함으로써 조정할 수 있다.

[[진동 부가 시간]]

너깃으로부터 수소를 충분히 저감시키는 관점에서, 진동을 부가하는 시간은 1 초 이상인 것이 바람직하고, 5 초 이상인 것이 보다 바람직하고, 10 초 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 생산성을 저해하지 않는 관점에서, 진동을 부가하는 시간은 3600 초 미만이 바람직하고, 1800 초 이하가 보다 바람직하고, 1500 초 이하가 더욱 바람직하다.

본 명세서에 있어서, 「진동을 부가하는 시간」이란, 너깃에 직접적 또는 간접적으로 진동이 부가되는 시간을 의미하고, 너깃에 진동이 복수회 부가되는 경우에는, 그 합계 시간을 의미한다. 「진동을 부가하는 시간」은, 예를 들어, 도 3 에 나타내는 진동 검출기 (74) 또는 도 6 에 나타내는 진동 검출기 (83) 를 사용하여, 어느 너깃 상당 표면에 있어서의 진동수 및 최대 진폭을 측정하고, 이들 진동수 및 최대 진폭이 상기 서술한 소정 범위 내인 시간의 합계로서, 확인할 수 있다.

[[통전 개시부터 진동 부가 개시까지의 시간]]

용접 전극을 사용한 저항 스폿 용접에서 기인한 지연 파괴는, 통전 개시시를 0 초로 하여, 180 분 ∼ 720 분 사이에 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 지연 파괴가 발생하기 전에 진동을 부가하고, 강판의 인장 잔류 응력부인 너깃에 대한 수소 집적을 보다 확실하게 억제, 해소하는 것이 바람직하다. 이 관점에서, 너깃에 대한 진동의 부가는, 강판에 대한 통전 개시부터 360 분 이내에 실시하는 것이 바람직하고, 180 분 미만에 실시하는 것이 보다 바람직하고, 60 분 이내에 실시하는 것이 더욱 바람직하다. 지연 파괴가 발생하는 리스크를 조금이라도 회피하는 관점에서는, 통전 개시부터 진동 부가 개시까지의 시간은 짧을수록 유리하다. 따라서, 통전 개시부터 진동을 부가 개시할 때까지의 시간의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 통전 자체에 필요로 하는 시간을 고려하면, 상기 시간의 하한은 통상적으로 10 초이다.

[[너깃 내의 잔존 수소량]]

그리고, 본 발명에 따라서 저항 스폿 용접을 실시한 후의 너깃 내에서는, 잔존 수소량이, 질량분율로 0.50 ppm 이하인 것이 바람직하고, 0.30 ppm 이하인 것이 보다 바람직하고, 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 발생하기 쉬운 바, 본원에서는 소정 조건의 진동을 너깃에 부가하므로, 고강도 강판의 경우라도 양호하게 잔존 수소량을 저감시킬 수 있다.

그리고, 본 발명에 따라서 저항 스폿 용접을 실시한 후의 너깃 내에서는, 진동 부가 전에 대한 진동 부가 후의 수소 저감 비율이, 바람직하게는 50 ％ 초과, 보다 바람직하게는 60 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 70 ％ 이상, 특히 바람직하게는 80 ％ 이상이다.

진동의 부가는, 강판에 접촉하지 않는 비접촉법으로 실시해도 되고, 강판에 접촉하는 접촉법으로 실시해도 된다. 강판을 변형시키거나 도금 피막을 손상시키거나와 같은 물리적 영향을 억제하는 관점에서는, 비접촉법으로 실시하는 것이 바람직하다.

[[진동 부가 장치]]

본 발명의 각 실시형태는, 도 3 에 나타내는 진동 부가 장치 (7) 에 예시되는 임의의 비접촉형 진동 부가 장치, 혹은, 도 6 에 나타내는 진동 부가 장치 (8) 에 예시되는 임의의 접촉형 진동 부가 장치를, 저항 스폿 용접 라인의 적절한 위치에 설치함으로써 실현할 수 있다.

비접촉형 진동 부가 장치 (7)

도 3 을 참조하고, 진동 부가 장치 (7) 는, 제어기 (71) 와, 증폭기 (72) 와, 전자석 (73) 과, 진동 검출기 (74) 와, 전원 (75) 을 구비한다. 도 5(A), (B) 를 참조하고, 진동 부가 장치 (7) 는, 자석 (73A) 과, 이 자석 (73A) 을 권회 하는 코일 (73B) 을 포함하는 전자석 (73) 을 갖고, 전자석 (73) 은, 강판의 표면에 이간하여 대향하는 자극면 (73A1) 을 갖는다. 진동 부가 장치 (7) 는, 전자석 (73) 이 강판에 부여하는 외력에 의해 강판이 진동하도록 구성된다.

전자석 (73) 은, 강판의 표면에 이간하여 대향하는 자극면 (73A1) 을 갖는 한, 그 형상 및 설치 양태는 한정되지 않는다. 이로써, 도 5(A), (B) 에 나타내는 바와 같이, 자력선의 방향이 강판의 표면에 대해 수직이 되고, 강판에 외력을 작용시킬 수 있다.

전자석의 형상 및 설치 양태로서, 예를 들어, 도 4(A), (B) 를 들 수 있다. 도 4(A) 에서는, 복수의 직방체 형상의 전자석 (73) 이, 너깃 상당 표면 (13) 과 임의의 간격을 두고, 복수의 너깃 상당 표면 (13) 을 덮도록 연장되어 있고, 이로써, 복수의 너깃에 균일하게 외력을 가할 수 있고, 복수의 너깃에 균일한 진동을 실현할 수 있다. 물론, 모든 너깃 상당 표면 (13) 을 덮을 수 있는 단수의 큰 전자석 (73) 을 배치해도 된다. 또, 너깃 상당 표면 (13) 이 1 개 지점인 경우에는, 당해 표면 (13) 에 대해 단수의 전자석 (73) 을 배치하면 된다. 도 4(A) 에 나타내는 바와 같이, 전자석 (73) 은, 자석 (73A) 과, 그 주위에 권회된 코일 (73B) 을 갖고, 코일 (73B) 의 축 방향은 강판의 판두께 방향과 일치시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 코일 (73B) 에 흐르는 전류의 방향에 따라, 도 5(A) 와 같이, 강판과 대향하는 자극면 (73A1) 이 N 극이 되거나, 또는, 도 5(B) 와 같이, 강판과 대향하는 자극면 (73A1) 이 S 극이 된다.

도 4(B) 에서는, 복수의 원기둥 형상의 전자석 (73) 을, 그 바닥부의 자극면의 각각이 각 너깃 상당 표면 (13) 에 이간하여 대향하도록 배치되어 있고, 이로써, 복수의 너깃에 균일하게 외력을 가할 수 있고, 복수의 너깃에 균일한 진동을 실현할 수 있다. 물론, 모든 너깃 상당 표면 (13) 을 덮을 수 있는 단수의 큰 전자석 (73) 을 배치해도 된다. 또, 너깃 상당 표면 (13) 이 1 개 지점인 경우에는, 당해 표면 (13) 에 대해 단수의 전자석 (73) 을 배치하면 된다. 도 4(B) 에 나타내는 바와 같이, 각각의 전자석 (73) 은, 원기둥상의 자석 (73A) 과, 그 주위에 권회된 코일 (73B) 을 갖고, 코일의 축 방향은 강판의 판두께 방향과 일치시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 코일에 흐르는 전류의 방향에 따라, 도 5(A) 와 같이, 강판과 대향하는 자극면 (73A1) 이 N 극이 되거나, 또는, 도 5(B) 와 같이, 강판과 대향하는 자극면 (73A1) 이 S 극이 된다.

도 5(A), (B) 의 경우, 전자석 (73) 에 전류를 흘림으로써, 강판 중의 너깃에는 외력이 작용한다. 전자석 (73) 에 흘리는 전류는, 직류의 펄스 전류나, 교류의 연속 전류로 하는 것이 바람직하다. 전자석 (73) 에 직류의 펄스 전류를 흘리는 경우, 너깃 상당 표면 (13, 23) 에 간헐적으로 외력이 작용함으로써, 강판이 진동한다. 전자석에 교류의 연속 전류를 흘리는 경우, 전류의 방향이 바뀔 때마다, 강판과 대향하는 자극면 (73A1) 이 N 극과 S 극으로 전환되게 되지만, 항상, 강판 중의 너깃에는 외력이 작용한다. 교류의 경우, 전류값의 시간 경과적 변화에 따라 강판 중의 너깃에 작용하는 외력의 크기도 변화되기 때문에, 강판이 진동한다.

또한, 전자석 (73) 은, 강판의 편방의 표면에 대향하도록 형성하면 충분하지만, 표리 양면에 대향하도록 형성해도 된다. 단, 그 경우에는, 편면측의 전자석 및 타면측의 전자석끼리가 대향하여 외력을 서로 없애지 않도록, 강판의 판두께 방향에 대해 배치 위치를 어긋나게 하는 것이 바람직하다.

도 3 에 나타내는 진동 검출기 (74) 는, 너깃 상당 표면 (23) 과 임의의 간격을 두고 배치된 레이저 변위계 또는 레이저 도플러 진동계로 할 수 있고, 강판의 진동수 및 진폭을 측정할 수 있다. 도 3 에서는, 강판을 개재하여 전자석 (73) 과 대향하는 위치에 진동 검출기 (74) 를 배치함으로써, 진동 검출기 (74) 로 강판의 진동의 진동수 및 최대 진폭을 측정할 수 있다. 진동 검출기 (74) 에 의해 검출된 진동수 및 최대 진폭은, 제어기 (71) 에 출력된다. 제어기 (71) 는, 진동 검출기 (74) 로부터 출력된 진동수 및 최대 진폭의 값을 수취하고, 설정값과 비교하고, 그 편차에 PID 연산 등을 실시하여, 강판을 소정의 진동수 및 최대 진폭으로 진동시키도록, 전자석 (73) 의 진동수 (직류의 펄스 전류의 주파수 또는 교류의 연속 전류의 주파수) 및 전류값을 결정하고, 또, 증폭기 (72) 의 증폭률을 고려하여 증폭기 (72) 에 부여하는 전류값을 결정하고, 전원 (75) 에 지령값을 부여한다. 전원 (75) 은, 전자석 (73) 의 코일에 전류를 흘리기 위한 전원이고, 제어기 (71) 로부터 입력되는 지령값을 수취하고, 증폭기 (72) 에 소정의 주파수 및 전류값의 전류를 부여한다. 증폭기 (72) 는, 전원 (75) 으로부터 부여된 전류값을 적절한 증폭률로 증폭하고, 전자석 (73) 에 지령값을 부여한다. 그 결과, 전자석 (73) 에는 소정의 주파수 및 전류값의 전류가 흐르고, 강판 중의 너깃을 소정의 진동수 및 최대 진폭으로 진동시킬 수 있다.

강판 중의 너깃에 상기 서술한 소정 조건하에서의 진동이 부가되는 한, 진동 부가 장치 (7) 의 설치 방법은 특별히 한정되지 않는다. 진동 부가 장치 (7) 를 후술하는 진동 부가 장치 (8) 와 조합하여 사용해도 된다. 너깃에 효율적으로 진동을 부가하는 관점에서는, 도 3 과 같이, 진동 부가 방향이, 접평면으로서의 너깃 상당 표면 (13, 23) 에 수직이 되도록 진동 부가 장치 (7) 를 설치하는 것이 바람직하다. 또, 특히 너깃 중에 수소가 잔존하기 쉬운 것을 고려하면, 도 5 에 예시되는 바와 같이, 너깃 상당 표면 (13, 23) 전체에 걸쳐 소정의 진동수 및 최대 진폭을 부여하도록 진동 부가 장치 (7) 를 설치하는 것이 바람직하다. 혹은, 전자석 (73) 이 너깃 상당 표면과 대향하고 있지 않아도, 강판에 전파한 진동이 너깃까지 도달하도록 진동 부가 장치 (7) 를 설치할 수도 있다. 소정의 진동이 너깃까지 도달하였는지는, 너깃 상당 표면과 대향하도록 배치된 상기 서술한 진동 검출기 (74) 를 사용하여 확인할 수 있다.

또, 강판 중의 너깃에 소정의 진동을 효율적으로 부가하는 관점에서는, 전자석 (73) 과 대향하는 측의 강판의 표면과 자극면 (73A1) 의 최단 직선 거리를 15 m 이내로 하는 것이 바람직하고, 5 m 이내로 하는 것이 보다 바람직하다.

접촉형 진동 부가 장치 (8)

도 6 을 참조하고, 진동 부가 장치 (8) 는, 제어기 (81) 와, 진동자 (82) 와, 진동 검출기 (83) 를 구비한다. 진동 부가 장치 (8) 는, 강판 표면에 접촉 하는 진동자 (82) 를 갖고, 이 진동자 (82) 에 의해 강판이 진동하도록 구성된다.

진동자 (82) 는, 일반적인 압전 소자이면 특별히 한정되지 않고, 그 형상 및 설치 양태도 한정되지 않지만, 예를 들어, 도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 평판상의 진동자 (82) 를 너깃 상당 표면 (13) 의 일부 또는 바람직하게는 전체면과 접촉하도록 강판에 면접촉시킴으로써, 강판 중의 너깃 (3) 을 양호하게 진동시킬 수 있다.

또한, 진동자 (82) 는, 강판의 다른 한쪽의 표면에 접하도록 형성하면 충분하지만, 표리 양면에 접하도록 형성해도 되고, 이면에 진동자 (82) 에 의한 진동을 수용하는 스토퍼 (도시 생략) 를 설치해도 된다. 단, 진동자 (82) 를 표리 양면에 접하도록 형성하는 경우에는, 편면측의 진동자 및 타면측의 진동자끼리가 대향하여 진동을 서로 없애지 않도록, 강판의 판두께 방향에 대해 배치 위치를 어긋나게 하는 것이 바람직하다.

도 6 에 나타내는 진동 검출기 (83) 는, 너깃 상당 표면 (23) 과 임의의 간격을 두고 배치된 레이저 변위계 또는 레이저 도플러 진동계로 할 수 있고, 강판의 진동수 및 진폭을 측정할 수 있다. 도 6 에서는, 강판을 개재하여 진동자 (82) 와 대향하는 위치에 진동 검출기 (83) 를 배치함으로써, 진동 검출기 (83) 로 강판의 진동의 진동수 및 최대 진폭을 측정할 수 있다. 진동 검출기 (83) 에 의해 검출된 진동수 및 최대 진폭은, 제어기 (81) 에 출력된다. 제어기 (81) 는, 진동 검출기 (83) 로부터 출력된 진동수 및 최대 진폭의 값을 수취하고, 설정값과 비교하고, 그 편차에 PID 연산 등을 실시하여, 강판을 소정의 진동수 및 최대 진폭으로 진동시키도록, 진동자 (82) 에 흐르는 직류 펄스 전류의 주파수 및 전류값을 결정하고, 도시하지 않은 전원을 제어하여 진동자 (82) 에 소정의 주파수 및 전류값의 직류 펄스 전류를 부여한다. 이로써, 진동자 (82) 는 소정의 진동수 및 진폭으로 진동하고, 그 결과, 강판을 소정의 진동수 및 최대 진폭으로 진동시킬 수 있다.

도 7 에서는, 복수의 직방체 형상의 진동자 (82) 가, 너깃 상당 표면 (13) 과 임의의 간격을 두고, 복수의 너깃 상당 표면 (13) 을 덮도록 연장되어 있고, 이로써, 복수의 너깃에 균일한 진동을 실현할 수 있다. 물론, 모든 너깃 상당 표면 (13) 을 덮을 수 있는 단수의 큰 진동자 (82) 를 배치해도 되고, 각 너깃 상당 표면 (13) 에 대해 진동자 (82) 를 각각 배치해도 된다. 또, 너깃 상당 표면 (13) 이 1 개 지점인 경우에는, 당해 표면 (13) 에 대해 단수의 진동자 (82) 를 배치하면 된다.

강판에 상기 서술한 소정 조건하에서의 진동이 부가되는 한, 진동 부가 장치 (8) 의 설치 방법은 특별히 한정되지 않는다. 진동 부가 장치 (8) 를 상기 서술한 진동 부가 장치 (7) 와 조합하여 사용해도 된다. 너깃에 효율적으로 진동을 부가하는 관점에서는, 도 6 과 같이, 진동 부가 방향이, 접평면으로서의 너깃 상당 표면 (13, 23) 에 수직이 되도록 진동 부가 장치 (8) 를 설치하는 것이 바람직하다. 또, 특히 너깃 중에 수소가 잔존하기 쉬운 것을 고려하면, 진동자 (82) 가 너깃 상당 표면 (13, 23) 의 적어도 일부와 접하도록, 보다 바람직하게는, 도 7 과 같이, 너깃 상당 표면 (13 또는 23) 의 전체와 접하도록 진동 부가 장치 (8) 를 설치하는 것이 바람직하다. 혹은, 진동자 (82) 가 너깃 상당 표면과 직접 접촉하지 않아도, 강판에 전파한 진동이 너깃까지 도달하도록 진동 부가 장치 (8) 를 설치해도 된다. 소정의 진동이 너깃까지 도달하였는지는, 너깃 상당 표면과 대향하도록 배치된 상기 서술한 진동 검출기 (83) 를 사용하여 확인할 수 있다.

본 발명에서는, 가열 처리를 실시하지 않고 너깃 중의 잔존 수소를 저감시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 용접 후에 열처리를 실시하는 종래의 기술에 비해, 강판의 성분 조성 및/또는 미세 조직이 열에 의해 원하는 상태로부터 바뀌는 리스크를 회피하면서 우수한 내지연 파괴 특성을 발휘하는 용접 이음매를 얻을 수 있다. 또, 본 발명은, 수소 취성에 대처하기 위한 가열 장치를 필요로 하지 않고, 작업 시간 및 작업 비용의 면에서도 유리하다. 따라서, 간편한 수법을 채용하고 있는 본 발명은, 예를 들어, 다수의 섬세한 용접 시공을 필요로 하는 자동차 제조에 있어서의 저항 스폿 용접에, 특히 유리하게 사용할 수 있다.

실시예

길이 방향 : 150 ㎜ × 폭 방향 : 50 ㎜ × 판두께 : 1.4 ㎜ 의 2 장의 강판을, 연직 방향 하측에 배치한 하측 강판 (1), 및, 그 하측 강판 (1) 보다 연직 방향 상측에 배치한 상측 강판 (2) 으로 하여 중첩하여 사용하였다. 하측 강판 (1) 및 상측 강판 (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 도금 (GI), 합금화 용융 아연 도금 (GA), 부착량은 편면당 50 g/m²) 중 어느 것이었다.

또한, 인장 강도는, 각 강판으로부터, 압연 방향에 대해 수직 방향을 따라 JIS 5 호 인장 시험편을 제조하고, 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 (하측 전극 (4) 및 상측 전극 (5)) 으로 협지하고, 표 1 에 기재하는 접합 (통전) 조건에서 접합함으로써, 용접 이음매를 얻었다. 이 접합에 의해 강판 (용접 이음매) 의 표면에 발생한 용접흔을 모식적으로 나타낸 것이 저항 스폿 용접점 (6) 이다.

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

하측 전극 (4) 및 상측 전극 (5) 으로는, 모두 선단의 직경 (선단 직경) 이 6 ㎜, 곡률 반경이 40 ㎜ 인, 크롬 구리제의 DR 형 전극을 사용하였다. 또, 접합시의 가압력은, 하측 전극 (4) 과 상측 전극 (5) 을 서보 모터로 구동함으로써 제어하고, 통전시에는 주파수 50 Hz 의 단상 교류를 공급하였다.

이와 같이, 접합 후의 하측 강판 (1) 및 상측 강판 (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, 하측 강판 (1) 및 상측 강판 (2) 의 중첩면 (12, 22) 측에는, 도 1 에 모식도를 나타내는 너깃 (3) 이 형성되어 있다. 또한, 용접 이음매는, 진동 부가 전후의 너깃 내의 잔존 수소량을 각각 측정하기 위해, 각 통전 조건에서 2 개씩 제조하였다.

상기 서술한 바와 같이 통전하여 강판끼리를 접합한 후, 각 통전 조건에서 얻어진 용접 이음매 중 1 개에 대해, 표 1 에 기재된 「통전 개시부터 진동 부가 개시까지의 시간」이 경과한 후에, 표 1 에 기재된 진동 부가 조건에서, 강판의 표면의 일방측으로부터, 너깃에 진동을 부가하였다. 진동의 부가는, 일방의 너깃 상당 표면에 1 개의 세라믹 진동자를 갖다 대는 접촉법 (도 6 을 참조) ; 또는, 일방 (전자석과 대향하는 측) 의 너깃 상당 표면으로부터 50 ㎜ 이간하여 대향하는 자극면을 갖는 1 개의 전자석을 사용하는 비접촉법 (도 3 을 참조) ; 중 어느 것으로 실시하였다. 강판에 부가한 진동수 및 최대 진폭은, 타방의 너깃 상당 표면에 대향하여 배치한 진동 검출기를 사용하여 측정하였다.

얻어진 용접 이음매를 상온 (20 ℃) 에서 대기 중에 24 시간 정치하고, 정치 후에 지연 파괴가 발생하는지의 여부에 대해 육안으로 판정하였다. 또한, 표면으로부터 육안으로 너깃의 박리 및 균열이 확인되지 않은 경우, 너깃 중앙부를 포함하는 판두께 방향의 단면 (斷面) 을 광학 현미경 (× 50 배) 으로 관찰하고, 단면에 있어서의 균열의 유무를 확인하였다. 너깃의 박리 (접합계면에서 너깃이 두 개로 박리되는 현상) 가 관찰된 경우를 ×, 표면으로부터 균열이 육안으로 관찰된 경우를 ▽, 너깃 중앙부를 포함하는 판두께 방향의 단면 관찰을 실시하고, 표면에 도달하지 않는 균열이 단면에 관찰된 경우를 △, 단면으로부터도 균열이 확인되지 않은 경우를 ○ 로서 평가하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. 단면으로부터도 균열이 확인되지 않은 경우 (○), 및, 표면에 도달하지 않는 균열이 단면에 관찰된 경우 (△) 를, 용접 이음매의 내지연 파괴 특성이 우수한 것으로 판정하였다.

너깃 내의 잔존 수소량은, 승온 탈리 분석에 의해 측정하였다. 진동 부가 전의 잔존 수소량에 대해서는, 각 통전 조건에서 얻어진 용접 이음매 중 진동을 부가하지 않은 용접 이음매로부터, 저항 스폿 용접점을 중앙에 포함하도록 1 ㎝ × 1 ㎝ × 판두께가 되도록 절단하여 샘플을 얻고, 에탄올로 탈지 후, 승온 탈리 분석을 실시하였다. 또, 진동 부가 후의 잔존 수소량에 대해서는, 상기 용접 이음매 중 진동을 부가한 용접 이음매로부터, 저항 스폿 용접점을 중앙에 포함하도록 1 ㎝ × 1 ㎝ × 판두께가 되도록 절단하여 샘플을 얻고, 에탄올로 탈지 후, 승온 탈리 분석을 실시하였다. 200 ℃/시간의 조건에서 샘플을 승온시키고, 5 분마다 샘플로부터 방출된 수소량을 가스 크로마토그래프로 정량하여, 각 온도에서의 수소 방출 속도 (wt/min) 를 구하였다. 구한 수소 방출 속도를 적산함으로써, 수소 방출량을 계산에 의해 구하였다. 그리고, 210 ℃ 까지 방출되는 수소량의 적산값을 샘플의 질량으로 나눈 값의 백만분율을, 질량분율로의, 너깃 내의 잔존 수소량 (wt. ppm) 으로 하고, 표 1 에 함께 기재하였다.

표 1 로부터, 소정의 조건에 따른 진동 부가를 거쳐 얻어진 용접 이음매에서는, 모두, 너깃 내의 잔존 수소량이 충분히 저감되어 있고, 그 결과, 지연 파괴가 확인되지 않고, 양호한 내지연 파괴 특성을 발휘하고 있는 것을 알 수 있었다. 특히, 종래에는 지연 파괴가 발생하기 쉬웠던 고강도 강판이어도, 양호한 내지연 파괴 특성을 실현할 수 있었다. 한편, 진동 부가를 실시하지 않은, 또는, 진동 부가 조건이 소정의 범위로부터 벗어나는 비교예의 용접 이음매에서는, 너깃 내의 잔존 수소량이 높고, 수소 저감 비율도 낮고, 또한, 지연 파괴가 발생하고 있고, 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 (하측 강판)
11 : 표면
12 : 강판 상호의 중첩면
13 : 너깃 상당 표면
2 : 강판 (상측 강판)
21 : 표면
22 : 강판 상호의 중첩면
23 : 너깃 상당 표면
3 : 너깃
4 : 용접 전극 (하측 전극)
5 : 용접 전극 (상측 전극)
6 : 저항 스폿 용접점 (용접흔)
7 : (비접촉형) 진동 부가 장치
71 : 제어기
72 : 증폭기
73 : 전자석
73A : 자석
73A1 : 자극면
73B : 코일
74 : 진동 검출기
75 : 전원
8 : (접촉형) 진동 부가 장치
81 : 제어기
82 : 진동자
83 : 진동 검출기

Claims (16)

1. 2 장 이상 중첩한 강판을 1 쌍의 용접 전극으로 협지하고, 상기 강판을 가압하면서 통전하고, 상기 강판 상호의 중첩면에 너깃을 형성하고, 상기 강판끼리를 접합하는, 저항 스폿 용접 방법에 있어서,
   상기 접합 후에, 상기 강판의 진동수가 100 Hz 이상, 또한, 상기 강판의 최대 진폭이 10 ㎚ ∼ 500 ㎛ 를 만족하도록, 상기 너깃에 직접적 또는 간접적으로 진동을 부가하는 것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 통전의 개시부터 상기 진동의 부가의 개시까지의 시간이 360 분 이내인 것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 진동을 부가하는 시간이 1 초 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 한 장의 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 강판 중 적어도 한 장이, 그 강판의 표면 및 상기 중첩면의 적어도 일방에 도금 피막을 갖는 것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 도금 피막이 용융 아연 도금 피막 또는 합금화 용융 아연 도금 피막인 것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 진동의 부가를, 상기 강판의 표면에 이간하여 대향하는 자극면을 갖는 전자석을 사용하고, 상기 전자석이 상기 강판에 부여하는 외력에 의해 그 강판을 진동시켜 실시하는 것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 진동의 부가를, 상기 강판에 접촉하는 진동자를 사용하고, 상기 진동자에 의해 상기 강판을 진동시켜 실시하는 것을 특징으로 하는, 저항 스폿 용접 방법.
9. 2 장 이상 중첩한 강판을 1 쌍의 용접 전극으로 협지하고, 상기 강판을 가압하면서 통전하고, 상기 강판 상호의 중첩면에 너깃을 형성하고, 상기 강판끼리를 접합한 용접 이음매를 얻는, 용접 이음매의 제조 방법에 있어서,
   상기 접합 후에, 상기 강판의 진동수가 100 Hz 이상, 또한, 상기 강판의 최대 진폭이 10 ㎚ ∼ 500 ㎛ 를 만족하도록, 상기 너깃에 직접적 또는 간접적으로 진동을 부가하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 통전의 개시부터 상기 진동의 부가의 개시까지의 시간이 360 분 이내인 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 진동을 부가하는 시간이 1 초 이상인 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.
12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강판 중 적어도 한 장의 인장 강도가 780 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.
13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강판 중 적어도 한 장이, 그 강판의 표면 및 상기 중첩면의 적어도 일방에 도금 피막을 갖는 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 도금 피막이 용융 아연 도금 피막 또는 합금화 용융 아연 도금 피막인 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.
15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동의 부가를, 상기 강판의 표면에 이간하여 대향하는 자극면을 갖는 전자석을 사용하고, 상기 전자석이 상기 강판에 부여하는 외력에 의해 그 강판을 진동시켜 실시하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.
16. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동의 부가를, 상기 강판에 접촉하는 진동자를 사용하고, 상기 진동자에 의해 상기 강판을 진동시켜 실시하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음매의 제조 방법.