[논문]X-선 투과검사를 이용한 저항 점용접부 품질평가기법

이종대; 이소정; 방정환; 윤길상; 김목순; 김준기

doi:10.5781/jwj.2014.32.6.1

Abstract ▼ AI-Helper

For the resistance spot welds of CR1180 and GA1180 TRIP steels, the weld quality evaluation method using the digitalized X-ray transmission imaging apparatus was investigated in comparison with the crosssectional examination method. In the case of the resistance spot welding of CR1180, three circula...

For the resistance spot welds of CR1180 and GA1180 TRIP steels, the weld quality evaluation method using the digitalized X-ray transmission imaging apparatus was investigated in comparison with the crosssectional examination method. In the case of the resistance spot welding of CR1180, three circular regions, such as WZ(white zone), GZ(grey zone) and DZ(dark zone), appeared on X-ray image and they corresponded to the diameters of indentation mark, nugget and corona bond, respectively. The variation of X-ray transmission thickness due to the thickness variation of the weld seemed to be mainly responsible for the formation of those contrasts. The X-ray image contrast formed from the variation of transmission thickness at the outer border line of DZ could also enable the inspections of the notch shape, nonuniformity of the welding pressure and spatter from its sharpness, concentricity and the normal straight line, respectively. The X-ray image of the resistance spot weld of galvannealed GA1180 TRIP steel was very similar to that of CR1180 TRIP steel except the crown shaped outer border line of DZ which was considered to be due to the melting behavior of zinc having the boiling temperature even lower than the melting temperature of steel.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 디지털 X-선 장비를 사용하여 획득한 저항 점용접부의 X-선 투과이미지와 기존의 용접부 절단에 의한 단면분석 방법으로 관찰한 결과를 비교분석하여 X-선 투과이미지를 이용한 저항 점용접부 너깃크기 측정방법의 활용가능성을 조사하고자 하였다.

제안 방법

용접조건별 저항 점용접부에 대하여 X-선 투과검사와 단면분석 및 용접면 관찰을 수행하였다. X-선 검사는 Fig. 2에 나타낸 Fein Focus사의 FXS-160.40 장비를 사용하여 가속전압 100 kV, 전류 0.4 mA의 조건으로 용접시편에 수직으로 조사되도록 수행하였다. 단면분석은 저항 점용접부를 수직 절단한 후 절단면을 폴리싱 및 에칭하여 관찰하였다.
4 mA의 조건으로 용접시편에 수직으로 조사되도록 수행하였다. 단면분석은 저항 점용접부를 수직 절단한 후 절단면을 폴리싱 및 에칭하여 관찰하였다. 용접면 관찰은 용접부에 박리응력을 가하여 시편을 분리시킨 후 용접부 주위의 표면상태를 관찰하였다.
비도금 CR1180 TRIP강과 합금화 아연도금된 GA1180 TRIP강에 대하여 저항 점용접부의 X-선 투과이미지와 단면 미세조직의 비교를 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
단면분석은 저항 점용접부를 수직 절단한 후 절단면을 폴리싱 및 에칭하여 관찰하였다. 용접면 관찰은 용접부에 박리응력을 가하여 시편을 분리시킨 후 용접부 주위의 표면상태를 관찰하였다.
용접조건별 저항 점용접부에 대하여 X-선 투과검사와 단면분석 및 용접면 관찰을 수행하였다. X-선 검사는 Fig.
저항 점용접은 Bosch사의 인버터 DC전원 용접기와 선단직경 6 mm, 크롬동(Cr-Cu) 재질의 돔(dome)형상 전극을 사용하였다. 용접조건은 너깃크기의 변화를 주기 위해 가압력을 300 kgf, 통전 시간을 18 cycle로 고정한 상태에서 용접전류를 4, 6, 8 kA로 변화시켜 용접을 수행하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 강판소재는 인장강도가 1.2 GPa 급이고 두께가 1.2mm인 변태유기소성(TRIP, Transformation Induced Plasticity)강으로 POSCO사로부터 제공받았다. 소재의 표면처리에 따른 효과를 조사하기 위해 비도금 CR1180 TRIP강과 합금화 아연도금된 GA1180 TRIP강 두 종류의 강판을 사용하였다.
2mm인 변태유기소성(TRIP, Transformation Induced Plasticity)강으로 POSCO사로부터 제공받았다. 소재의 표면처리에 따른 효과를 조사하기 위해 비도금 CR1180 TRIP강과 합금화 아연도금된 GA1180 TRIP강 두 종류의 강판을 사용하였다. 용접시험편은 KS B 0854 규격과 KS C ISO 14270규격을 참고하여 Fig.
소재의 표면처리에 따른 효과를 조사하기 위해 비도금 CR1180 TRIP강과 합금화 아연도금된 GA1180 TRIP강 두 종류의 강판을 사용하였다. 용접시험편은 KS B 0854 규격과 KS C ISO 14270규격을 참고하여 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 제작하였다.
용접 전 시험편의 표면 불순물을 제거하기 위해 아세톤에 침지하여 15분간 초음파 세척을 한 후, 60℃에서 10분 동안 건조하였다. 저항 점용접은 Bosch사의 인버터 DC전원 용접기와 선단직경 6 mm, 크롬동(Cr-Cu) 재질의 돔(dome)형상 전극을 사용하였다. 용접조건은 너깃크기의 변화를 주기 위해 가압력을 300 kgf, 통전 시간을 18 cycle로 고정한 상태에서 용접전류를 4, 6, 8 kA로 변화시켜 용접을 수행하였다.

성능/효과

1) CR1180 TRIP강의 저항 점용접부에 있어서 X-선 투과이미지는 WZ(white zone), GZ(grey zone), DZ(dark zone)의 세 영역으로 나타났으며 이들은 각각 압흔직경, 너깃직경, 코로나본드 직경과 일치하였는데 이는 용접부의 두께변화에 따른 X-선 투과경로의 변화에 기인한 것으로 판단된다.
2) CR1180 TRIP강 저항 점용접부의 DZ 외부 경계선에서 투과두께 변화로 인해 형성되는 X-선 이미지 명암의 선명도, 동심도, 방사 직선 등을 통해 각각 노치선단의 형상, 가압력의 불균일성, 스패터 발생 등의 검사가 가능한 것으로 판단된다.
3) 합금화 아연도금된 GA1180 TRIP강 저항 점용접부의 X-선 투과이미지는 DZ 외부 경계선이 크라운 형상을 보이는 것을 제외하고는 CR1180 TRIP강의 경우와 매우 유사한 것으로 나타났는데, 이러한 크라운 형상은 금속의 끓는점이 강의 녹는점보다도 낮은 아연의 저항 점용접 시 용융거동에 기인하는 것으로 생각된다..
4에 나타내었다. 4, 6, 8 kA의 저항 점용접부단면은 너깃, 열영향부, 모재로 구분되는 전형적인 미세조직을 나타내었으며, 이로부터 용접 시 전극의 가압으로 인해 형성되는 압흔의 직경, 실제 용융부인 너깃의 직경, 용융부의 열과 전극의 가압으로 인해 접합되어진 코로나본드의 직경, 용접 시 발생되는 열에 의해 미세조직이 변한 열영향부의 직경을 측정할 수 있었다.
17 mm였다. 용접전류 4, 6, 8 kA의 X-선 투과이미지를 비교해보면 용접전류가 증가함에 따라 DZ과 GZ의 경계가 선명해지면서 직경이 증가하는 것을 알 수 있다.

후속연구

4의 저항 점용접부 단면사진에서 보면, 4 kA의 경우 날카로운 노치선단 (sharp notch tip) 형상으로 X-선 투과두께의 변화가 완만한 반면에, 6kA의 경우 뭉툭한 노치선단(squared notch tip) 형상으로 인해 X-선 투과두께의 변화가 급격한 결과로 판단된다. 따라서 동일 재질인 경우 X-선 투과이미지에서 DZ 외경의 선명도 비교를 통해 용접부 노치선단의 형상도 예측이 가능할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저항 점용접은 무엇인가?	저항 점용접은 두 판재를 겹친 상태에서 양단에 전극을 접촉시켜 압력을 가하고 전류를 흘림으로써 발생되는 저항열을 이용하여 겹쳐진 면을 용융시키는 용접방법이다1). 다른 용접방법과 비교하여 저항 점용접은 작업이 용이하고 용접속도가 빨라 박판에 대하여 높은 생산성을 가지므로 자동차, 가전 및 전기용품과 같은 산업분야에서 널리 사용되고 있다2).
	저항 점용접이 다른 용접방법에 비해 뛰어난 점은?	저항 점용접은 두 판재를 겹친 상태에서 양단에 전극을 접촉시켜 압력을 가하고 전류를 흘림으로써 발생되는 저항열을 이용하여 겹쳐진 면을 용융시키는 용접방법이다1). 다른 용접방법과 비교하여 저항 점용접은 작업이 용이하고 용접속도가 빨라 박판에 대하여 높은 생산성을 가지므로 자동차, 가전 및 전기용품과 같은 산업분야에서 널리 사용되고 있다2).
	저항 점용접부를 절단하여 단면을 관찰하는 방법의 문제점은?	저항 점용접부의 너깃은 판재 내부에 형성되므로 외관상으로는 측정할 수가 없어 용접부를 절단하여 단면을 관찰하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 그러나 이러한 방법은 시료 준비과정이 번거롭고 절단위치에 따라 실제 너깃직경과 오차가 발생할 가능성이 있으므로 비파괴적인 검사방법을 통한 너깃 직경 측정이 바람직하다6).

참고문헌 (9)

S. M. Cho : Principle of Resistance Welding and Analysis of Monitoring Results, Journal of KWJS, 15-2 (1997), 1-10 (in Korean)
대한용접.접합학회, "III 공정 및 열가공", 용접.접합 편람 (2007), 79-80 (in Korean)
E. W. Kim and T. W. Eagar : Parametric analysis of resistance spot welding lobe curve. SAE Technical Paper 880278 (1988)
Taehyung Kim, Dongock Lee and Sehun Rhee : Development of Resistance Spot Weldability Estimation Using Lobe Diagram for Steel Plate of Automobiles, Journal of KWS, 23-4 (2005), 59-65 (in Korean)
최용범, et al : 저항 점용접에서 비파괴 용접질 검사를 위한 인공신경회로망의 응용기법과 회귀법과의 비교. 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집, 1993, 115-119
Ik Gun Park : Ultrasonic C-scan Technique for Nondestructive Evaluation of Spot Weld Quality, Journal of KSNT, 14-2 (1994), 112-121 (in Korean)
Zhang, Hongyan, and Jacek Senkara : Resistance welding: fundamentals and applications, CRC press, (2011), 211-226
남문호, et al. 연료봉 자동 디지털 방사선 검사 방법 타당성 분석. 대한전기학회 학술대회 논문집, 2012, 1253-1254
Sang-Ki Park, Yean-Shic Ahn and Doo-Song Gil : The Study on Radiation Source Optimization for Boiler Tube Weldments, Journal of KWJS, 28-4 (2010), 363-367 (in Korean)

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