본 연구는 1.0GPa급 이상의 초고강도 강판(UHSS, ultra-high strength steels)의 저항 점용접(RSW, resistance spot welding) 특성에 대한 연구이다. UHSS는 일반 연강에 비하여 합금성분이 많고 강도가 높기 때문에 저항 점용접시 중간날림(expulsion)이 빠르게 발생하여 너겟경, 가용전류구간(weldable current ...
본 연구는 1.0GPa급 이상의 초고강도 강판(UHSS, ultra-high strength steels)의 저항 점용접(RSW, resistance spot welding) 특성에 대한 연구이다. UHSS는 일반 연강에 비하여 합금성분이 많고 강도가 높기 때문에 저항 점용접시 중간날림(expulsion)이 빠르게 발생하여 너겟경, 가용전류구간(weldable current range), 기계적성질 등과 같은 용접성 측면에서 몇 가지 문제점을 야기할 수 있다. 특히, 연속적인 저항 점용접 공정이 이루어지는 산업현장을 고려하면 이러한 초고강도강의 특성이 전극열화에도 영향을 미쳐 용접성 확보에 어려움이 있을 것이라 판단된다. 한편, 초고강도 강판의 용접성 확보를 위해서는 기존의 싱글 펄스(single pulse) 적용에는 한계가 있기에 입열 제어에 효과가 있는 멀티 펄스(multi pulse)를 활용하는 사례가 증가하고 있다. 그러나 기존 연구는 자동차사의 공정 시간을 고려하지 않은 다소 긴 용접시간을 적용하는 부분이 많았다. 따라서 본 연구에서는 1.0GPa급 이상의 초고강도 강판의 저항 점용접성 평가를 연속 공정을 고려하여 시행하고, 용접성 개선을 위해 산업현장에서 적용 가능한 범위의 multi pulse 조건을 도출하고 각 펄스 별 기능을 정량적으로 제시하고자 한다. 먼저 GA 1180 TRIP강 점용접부를 타점 수 증가에 따른 평가를 수행하였다. 타점 수 증가에 따라 전극의 Zn-Cu 합금화가 급속도로 진행하였으며, 이로 인하여 전극의 냉각능이 감소되어 표면 융착(surface sticking)이 발생하였다. 지속적인 융착으로 인하여 전극의 변형이 발생하였고, 선단경의 감소에 의한 과입열로 잦은 중간날림이 발생하였다. 중간날림의 발생은 너겟의 크기를 감소시키거나 불균일한 너겟 발생에 크게 기여한 것으로 생각된다. SEM 분석을 통하여 너겟 내 균열(Crack)은 액상금속취화(LME, liquid metal embrittlement)에 의해 대형 균열이 발생한 것으로 확인하였다. 이러한 너겟의 크기 감소, 불균일한 너겟, 너겟 내 균열은 전단인장강도 감소에 기안한 것으로 판단된다. 두번째 연구는 저항 점용접의 multi pulse 기능을 사용하여 초고강도 강판의 용접성에 주요한 영향을 미치는 너겟경 크기 확보를 하고자 하였으며, 이를 기존의 single pulse 용접부와 비교 분석하고자 하였다. multi pulse의 메커니즘은 본 용접(main pulse) 이전에 판재 사이의 국부적인 접촉을 개선하고 빠른 중간날림을 예방하기 위해 코로나 본드(coronabond)를 확보하는 것이다. 개발된 multi pulse 조건을 통하여 single pulse 조건 보다 너겟경이 18.4% 증가하였고, 가용전류구간은 130%이상 증가한 것을 관찰하였다. 너겟경 향상으로부터 하중 지지 면적(load carrying capacity)가 증가하여 인장강도특성 향상에 크게 기여한 것으로 생각된다. XRD 및 미세조직 분석을 통하여 펄스에 의해 상 변화 및 미세조직은 변화하지 않은 것으로 밝혀졌다. 이상의 연구 결과들로부터 1.0GPa급 이상 초고강도 강판의 저항 점용접 용접성을 평가하였다. 특히, 초고강도 강판의 높은 발열과 강성을 고려하여 연속공정에서 발생할 수 있는 초고강도 강판의 용접부 문제를 고찰하였다. 1.0GPa급 이상 초고강도강의 저항 점용접부 용접성 개선을 위해 새로운 multi pulse를 제안하여 산업현장에서 초고강도 강판 저항 점용 접 조건에 대한 가이드라인을 제시하였다.
본 연구는 1.0GPa급 이상의 초고강도 강판(UHSS, ultra-high strength steels)의 저항 점용접(RSW, resistance spot welding) 특성에 대한 연구이다. UHSS는 일반 연강에 비하여 합금성분이 많고 강도가 높기 때문에 저항 점용접시 중간날림(expulsion)이 빠르게 발생하여 너겟경, 가용전류구간(weldable current range), 기계적성질 등과 같은 용접성 측면에서 몇 가지 문제점을 야기할 수 있다. 특히, 연속적인 저항 점용접 공정이 이루어지는 산업현장을 고려하면 이러한 초고강도강의 특성이 전극열화에도 영향을 미쳐 용접성 확보에 어려움이 있을 것이라 판단된다. 한편, 초고강도 강판의 용접성 확보를 위해서는 기존의 싱글 펄스(single pulse) 적용에는 한계가 있기에 입열 제어에 효과가 있는 멀티 펄스(multi pulse)를 활용하는 사례가 증가하고 있다. 그러나 기존 연구는 자동차사의 공정 시간을 고려하지 않은 다소 긴 용접시간을 적용하는 부분이 많았다. 따라서 본 연구에서는 1.0GPa급 이상의 초고강도 강판의 저항 점용접성 평가를 연속 공정을 고려하여 시행하고, 용접성 개선을 위해 산업현장에서 적용 가능한 범위의 multi pulse 조건을 도출하고 각 펄스 별 기능을 정량적으로 제시하고자 한다. 먼저 GA 1180 TRIP강 점용접부를 타점 수 증가에 따른 평가를 수행하였다. 타점 수 증가에 따라 전극의 Zn-Cu 합금화가 급속도로 진행하였으며, 이로 인하여 전극의 냉각능이 감소되어 표면 융착(surface sticking)이 발생하였다. 지속적인 융착으로 인하여 전극의 변형이 발생하였고, 선단경의 감소에 의한 과입열로 잦은 중간날림이 발생하였다. 중간날림의 발생은 너겟의 크기를 감소시키거나 불균일한 너겟 발생에 크게 기여한 것으로 생각된다. SEM 분석을 통하여 너겟 내 균열(Crack)은 액상금속취화(LME, liquid metal embrittlement)에 의해 대형 균열이 발생한 것으로 확인하였다. 이러한 너겟의 크기 감소, 불균일한 너겟, 너겟 내 균열은 전단인장강도 감소에 기안한 것으로 판단된다. 두번째 연구는 저항 점용접의 multi pulse 기능을 사용하여 초고강도 강판의 용접성에 주요한 영향을 미치는 너겟경 크기 확보를 하고자 하였으며, 이를 기존의 single pulse 용접부와 비교 분석하고자 하였다. multi pulse의 메커니즘은 본 용접(main pulse) 이전에 판재 사이의 국부적인 접촉을 개선하고 빠른 중간날림을 예방하기 위해 코로나 본드(coronabond)를 확보하는 것이다. 개발된 multi pulse 조건을 통하여 single pulse 조건 보다 너겟경이 18.4% 증가하였고, 가용전류구간은 130%이상 증가한 것을 관찰하였다. 너겟경 향상으로부터 하중 지지 면적(load carrying capacity)가 증가하여 인장강도특성 향상에 크게 기여한 것으로 생각된다. XRD 및 미세조직 분석을 통하여 펄스에 의해 상 변화 및 미세조직은 변화하지 않은 것으로 밝혀졌다. 이상의 연구 결과들로부터 1.0GPa급 이상 초고강도 강판의 저항 점용접 용접성을 평가하였다. 특히, 초고강도 강판의 높은 발열과 강성을 고려하여 연속공정에서 발생할 수 있는 초고강도 강판의 용접부 문제를 고찰하였다. 1.0GPa급 이상 초고강도강의 저항 점용접부 용접성 개선을 위해 새로운 multi pulse를 제안하여 산업현장에서 초고강도 강판 저항 점용 접 조건에 대한 가이드라인을 제시하였다.
The automotive industry is continuously in search of lightweight components, energy-saving technology, and thereby reducing the overall costs of the carbodies. In view of these demands, car designers are showing interest in ultrahigh-strength steels (UHSS) with tensile strength above 780MPa and...
The automotive industry is continuously in search of lightweight components, energy-saving technology, and thereby reducing the overall costs of the carbodies. In view of these demands, car designers are showing interest in ultrahigh-strength steels (UHSS) with tensile strength above 780MPa and to follow the crash safety and fuel efficiency regulation. In addition, corrosion-resistant steels are in the scenario to cope with the extreme weather conditions and atmospheric attack for long-term endurance. UHSSs have more resistance spot weldability issues compared with the conventional high-strength steels (HSS) and the mild steels owing to their high bulk resistance induced by rich alloying concentrations and the narrow contact area between the sheet and the electrode. Weld metal expulsion occurs easily, and the weldable current range becomes narrower. Owing to the requirement of continuous resistance spot welding process in automobile industries, the resistance spot weldability is inevitable. However, very few there is no research on evaluation about this. In addition, in order to secure the weldability of ultra-highstrength steel sheet, it is necessary to utilize multi pulse with heat input control as there is a limitation in the application of the conventional single pulse. The concept of multi pulse has been reported to improve the fractured mode from PIF to PF through the tempering effect, but it is a long welding time for applying industrial applications. Therefore, this study aimed at the evaluation of resistance spot weldability of ultra-high strength steel in resistance spot welding considering the continuous process and to quantitatively present the function and definition of multi pulse to improve weldability of ultra-high strength steel. As the first part of this study, an evaluation of weldability was carried out through an electrode life test, and weldability testing was performed by the measurement of nugget size, the peak load analysis and the measurement of the electrode tip size at 30 welds intervals. Analysis of the change in the size of nuggets indicated a trend of rapid decrease. Moreover, the peak load showed that there was a rapid decrease until the 150th weld spot and then a slight increase until the 360th spot weld. The crack and cavity in the weld nugget and the protrusion of the weld pool were mostly observed after the 150th weld spot. Unlike the previous study, the electrode tip size steadily decreased during welding. The decreased electrode tip size could be explained by the narrow contact area between the electrode and sheet during welding, which would account for the continuous occurrence of sticking and expulsion between the electrode and the sheet. A geometric deformation occurred at the edge of the electrode owing to the deformation of the electrode without any alloying, whereas the region which was in contact with the sheet experienced Cu-Zn-Fe alloying. As a result, frequent electrode sticking with the TRIP steel sheet caused the formation of protrusions and cavities on the electrode surface. Thus, the localized electrode degradation can be divided into three regions: region III where the electrode was undergoing wear and geometric deformation, region II where the protrusion occurred, and region I where the cavity was formed. Finally, the electrode degradation in the resistance spot welding of ultra-high strength steels is defined as “plateau formation” that is due to the geometric as well as metallurgical changes which contradict the existing “mushrooming effect”. As the second part of this study, innovative approach that uses a pulse-profile to improve the welding quality of CP1180 steel in resistance spot welding process. Three pulses with two cooling times were used in the developed multi-pulse welding schedule. The experimental results show that the first pulse increases the contact area between the sheets to improve the current flow pattern. The second pulse was designed to extend the sheet-to-sheet contact area and corona bond for preventing rapid nugget growth. Using these designs, the nugget size was maximized through the third pulse. The maximum nugget size using the designed multi-pulse welding schedule was 18.5% greater than that of the single-pulse welding schedule and the weldable current range was extended by 130%. Based on the above results, resistance spot welding weldability evaluation of UHSS was performed. Considering the high heat generation and stiffness of the ultra-high strength steel sheet, the problem of welded parts of the UHSS which may occur in the continuous process was considered. The new multi pulse process is proposed to improve the weldability of resistance welded s teel of 1.0GPa grade or higher. Therefore, it can be used as a guideline when applying ultra-high strength steel sheet in industrial sites.
The automotive industry is continuously in search of lightweight components, energy-saving technology, and thereby reducing the overall costs of the carbodies. In view of these demands, car designers are showing interest in ultrahigh-strength steels (UHSS) with tensile strength above 780MPa and to follow the crash safety and fuel efficiency regulation. In addition, corrosion-resistant steels are in the scenario to cope with the extreme weather conditions and atmospheric attack for long-term endurance. UHSSs have more resistance spot weldability issues compared with the conventional high-strength steels (HSS) and the mild steels owing to their high bulk resistance induced by rich alloying concentrations and the narrow contact area between the sheet and the electrode. Weld metal expulsion occurs easily, and the weldable current range becomes narrower. Owing to the requirement of continuous resistance spot welding process in automobile industries, the resistance spot weldability is inevitable. However, very few there is no research on evaluation about this. In addition, in order to secure the weldability of ultra-highstrength steel sheet, it is necessary to utilize multi pulse with heat input control as there is a limitation in the application of the conventional single pulse. The concept of multi pulse has been reported to improve the fractured mode from PIF to PF through the tempering effect, but it is a long welding time for applying industrial applications. Therefore, this study aimed at the evaluation of resistance spot weldability of ultra-high strength steel in resistance spot welding considering the continuous process and to quantitatively present the function and definition of multi pulse to improve weldability of ultra-high strength steel. As the first part of this study, an evaluation of weldability was carried out through an electrode life test, and weldability testing was performed by the measurement of nugget size, the peak load analysis and the measurement of the electrode tip size at 30 welds intervals. Analysis of the change in the size of nuggets indicated a trend of rapid decrease. Moreover, the peak load showed that there was a rapid decrease until the 150th weld spot and then a slight increase until the 360th spot weld. The crack and cavity in the weld nugget and the protrusion of the weld pool were mostly observed after the 150th weld spot. Unlike the previous study, the electrode tip size steadily decreased during welding. The decreased electrode tip size could be explained by the narrow contact area between the electrode and sheet during welding, which would account for the continuous occurrence of sticking and expulsion between the electrode and the sheet. A geometric deformation occurred at the edge of the electrode owing to the deformation of the electrode without any alloying, whereas the region which was in contact with the sheet experienced Cu-Zn-Fe alloying. As a result, frequent electrode sticking with the TRIP steel sheet caused the formation of protrusions and cavities on the electrode surface. Thus, the localized electrode degradation can be divided into three regions: region III where the electrode was undergoing wear and geometric deformation, region II where the protrusion occurred, and region I where the cavity was formed. Finally, the electrode degradation in the resistance spot welding of ultra-high strength steels is defined as “plateau formation” that is due to the geometric as well as metallurgical changes which contradict the existing “mushrooming effect”. As the second part of this study, innovative approach that uses a pulse-profile to improve the welding quality of CP1180 steel in resistance spot welding process. Three pulses with two cooling times were used in the developed multi-pulse welding schedule. The experimental results show that the first pulse increases the contact area between the sheets to improve the current flow pattern. The second pulse was designed to extend the sheet-to-sheet contact area and corona bond for preventing rapid nugget growth. Using these designs, the nugget size was maximized through the third pulse. The maximum nugget size using the designed multi-pulse welding schedule was 18.5% greater than that of the single-pulse welding schedule and the weldable current range was extended by 130%. Based on the above results, resistance spot welding weldability evaluation of UHSS was performed. Considering the high heat generation and stiffness of the ultra-high strength steel sheet, the problem of welded parts of the UHSS which may occur in the continuous process was considered. The new multi pulse process is proposed to improve the weldability of resistance welded s teel of 1.0GPa grade or higher. Therefore, it can be used as a guideline when applying ultra-high strength steel sheet in industrial sites.
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