[논문]Self-Piercing Rivet과 Hybrid Joining을 이용한 자동차용 선도장 칼라강판과 용융아연도금강판의 접합부 기계적 성질 평가

배진희; 김재원; 최일동; 남대근; 김준기; 박영도

doi:10.5781/jwj.2016.34.1.59

Self-Piercing Rivet과 Hybrid Joining을 이용한 자동차용 선도장 칼라강판과 용융아연도금강판의 접합부 기계적 성질 평가
A Study on Tensile Shear Characteristics of Dissimilar Joining Between Pre-coated Automotive Metal Sheets and Galvanized Steels with the Self-Piercing Rivet and Hybrid Joining 원문보기

Journal of welding and joining = 대한용접·접합학회지, v.34 no.1, 2016년, pp.59 - 67

배진희 (동의대학교 공과대학 신소재산업경영공학과) , 김재원 (부산대학교 공과대학 재료공학과) , 최일동 (한국해양대학교 재료공학과) , 남대근 (한국생산기술연구원 수송기계시스템센터) , 김준기 (한국생산기술연구원 용접접합연구실용화그룹) , 박영도 (동의대학교 공과대학 신소재산업경영공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The automotive manufactures increase their use of lightweight materials to improve fuel economy and energy usage has a significant influence on the choice of developing materials. To meet this requirements manufacturers are replacing individual body parts with lightweight metals, for these the process treating and painting surfaces is changing. The pre-coated steels are newly developed to avoid the conventional complex and non-environmental painting process in the body-in-white car manufacturing. The development of new joining techniques is critically needed for pre-coated steel sheets, which are electrically non-conductive materials. In the present study, dissimilar combination of pre-coated steel and galvanized steel sheets were joined by the self-piercing rivet, adhesive bonding and hybrid joining techniques. The tensile shear test and free falling high speed crash test were conducted to evaluate the mechanical properties of the joints. The highest tensile peak load with large deformation was observed for the hybrid joining process which has attained 48% higher than the self-piercing rivet. Moreover, the hybrid and adhesive joints were observed better strain energy compared to self-piercing rivet. The fractography analyses were revealed that the mixed mode of cohesive and interfacial fracture for both the hybrid and adhesive bonding joints.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

따라서 본 연구의 목적은 자동차용 PCM 강판과 용융아연도금강판의 이종조합에 대하여 접합방법(기계적 접합, 접착제 접합 및 하이브리드 접합)에 따른 접합부의 전단인장특성을 비교 고찰하고, 각 파단모드의 특성을 분석하여 접합 건전성을 평가하는데 있다. 특히 차체 충돌안정성 평가인 고속충돌테스트를 통해 모사 부품 단위의 접합성능 또한 비교 분석하였다.

제안 방법

접착제 경화를 위하여 160℃로 유지된 오븐에서 30분 간 경화시켜 시험편을 제작하였다. 접합방법에 따른 인장전 단특성을 비교하기 위하여 소재 조합 2종 (1^st : PCM 강판의 Primer coat face와 SGACUD, 2^nd : PCM 강판의 Clear coat face와 SGACUD)과 접합방법 3종(Adhesive bonding, SPR, Hybrid joining)으로 총 6종의 인장전단특성을 평가하였다. Fig.

대상 데이터

본 연구에는 두께가 0.8mm인 340MPa급 자동차용 PCM 강판과 두께가 0.7mm인 용융아연도금강판 (SGACUD)으로 이종조합 접합실험을 실시하였다. 연구에 사용된 PCM강판의 경우 각 표면은 Primer coat 와 Clear coat로 구분되어 있어(Fig.

성능/효과

2) 최대 인장전단하중의 경우는 판재조합에 관계없이 SPR, Adhesive bonding, 그리고 Hybrid joining 순으로 증가하였으며, Adhesive bonding과 Hybrid joining의 최대 인장전단하중의 경우는 약 0.1kN으로 차이가 크지 않았으며, 이는 Hybrid joining 시 SPR 의 접합특성이 상쇄된 것으로 사료된다.
3) 각 접합방법의 최대하중, 최대변위를 관찰한 결과 Primer coat + SGACUD 조합이 Clear coat + SGACUD 조합보다 2배 이상의 변위가 증가하였으며, Hybrid joining의 경우는 파단 진행 중 4번의 load peak값이 발생하였으며, 이는 파단 시 접착제와 Primer coat layer간의 혼합파괴 및 리벳 결합부의 존재에 따른 불연속 파단이 발생하였기 때문인 것으로 판단된다.
4) SPR 과 Hybrid 접합의 자유낙하 고속충돌테스트 결과, Hybrid joining이 SPR 보다 약 4% 정도 변형 률이 낮아 흡수에너지가 더 우수한 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	SPR은 어떠한 특징을 갖는가?	다양한 기계적 체결 중 SPR(Self-piercing Rivet)이란 상부 펀치와 하부 다이 사이에 홀가공 되지 않은 두 개 이상의 판재를 리벳을 이용하여 고속으로 기계적 체결을 할 수 있는 공정이다. SPR은 저항 점용접 공정만큼 짧은 시간의 접합이 가능하며, 리벳 압입 방식으로 판재의 열 변형이 발생하지 않아 도장된 소재와 코팅된 소재 조합뿐만 아니라 저항 점용접으로 접합하지 못하는 이종조합의 접합에 적용할 수 가 있다6) . Choi7) 등은 접착제에 클린칭 접합을 적용한 하이브리드 접합의 접합강도 평가 및 접착제 경화시점이 접합부 강도 및 파단형상에 미치는 영향에 대한 연구를 진행하였으며, 인장전단시험 결과 하이브리드 접합부 파단하중이 클린칭 접합에 비해 우수하다고 보고하였다.
	선도장 강판이란?	이러한 기존의 자동차 도장공정의 문제점을 해결하고자 새롭게 개발되고 있는 도장공정 기술은 roll coating process를 적용한 선도장 강판 도장방법이다. 선도장 강판은 강판 제조시 도료가 강판에 직접 도장되는 방법으로 미리 도장된 metal sheet 이라는 뜻에서 Pre-coated metal(PCM) 혹은 coil coating이라 지칭한다. 자동차용 선도장 강판은 차체 용접 후 도장하는 방법과 달리 강판을 가공하여야 하기 때문에, 차체 도막 표면에 손상을 줄 수 있는 용접 공정을 적용할 수가 없다4) .
	자동차용 선도장 강판의 문제점을 해결하기 위한 방법은 무엇인가?	자동차용 선도장 강판은 차체 용접 후 도장하는 방법과 달리 강판을 가공하여야 하기 때문에, 차체 도막 표면에 손상을 줄 수 있는 용접 공정을 적용할 수가 없다4) . 이에 따라 접착제를 이용한 접착 방법이나, 용접이 아닌 기계적 체결에 의한 방법, 또는 이 두 방법을 이용한 하이브리드 접합 기술을 적용해야 한다5) . 다양한 기계적 체결 중 SPR(Self-piercing Rivet)이란 상부 펀치와 하부 다이 사이에 홀가공 되지 않은 두 개 이상의 판재를 리벳을 이용하여 고속으로 기계적 체결을 할 수 있는 공정이다.

참고문헌 (12)

Hyeong-Deuk Hwang, Yong-Hee Lee, Hyun-Joong Kim, Seung Man Noh, Joon Hyun Nam, Jong Myung Park and Jong-Hoon Kim, Technology for Innovative Automotive Coating Process-Technological Development Trend of Automotive Pre-coated Metal Sheet-, KIC News, 13(6) (2010), 36-52 (in Korean)
D. Santos, H. Raminhos, M. R. Costa, T. Diamantino and F. Goodwin, Performance of Finished Coated Galvanized Steel Sheets for Automotive Bodies, Progress in Organic Coatings, 62(3) (2008), 265-273

상세보기
Yong-Hee Lee, Je-Ik Moon, Hyun-Joong Kim, Jae-Young Lee, Seung Man Noh and Joon Hyun Nam, Effect of Formability of Physical Properties of Polyester/Melamine Cured Coating Using Polycarbonate Diol with Various Molecular Weight, Journal of Adhesion and Interface, 12(4) (2011), 105-110 (in Korean)
Z. W. Wicks, F. N. Jones, S. P. Pappas and D. A. Wicks, Organic Coatings-Science and Technology-, John Wiley & Sons, Inc., (2007)
P. Becher, Challenges Facing Adhesives Technology in Coping with the Conflicting Demands of Robust Production Processes, Car body Painting, (2009)
Steve Westgate, Fritz Liebrecht and Roger Doo, The effect of Process variables in Self-piercing Riveting, Sheet Metal Welding Conference, (2002)
Chul Young Choi, Dulal Chandra Saha, Wonho Choi, Jun-Ki Kim, Jong-Hoon Kim and Yeong-Do Park, Evaluation of Failure Mode and Strength on Baking Time of Adhesive for Hybrid Joining, Journal of KWJS, 29(6) (2011), 669-675 (in Korean)
Y. Abe, T. Kato and K. Mori, Joinability of aluminum alloy and mild steel sheets by self piercing rivet, Journal of Materials Processing Technology, 177 (2006), 417-421

상세보기
L. Han and A. Chrysanthou, Evaluation of quality and behavior of self-piercing riveted aluminum to high strength low alloy sheets with different surface coatings, Materials and Design, 29(2) (2008), 458-468

상세보기
R. D. Adams, J. Comyn and W. C. Wake, Structural adhesive joints in engineering. 2nd edition, Chapman & Hall, (1997), 17-20
Ildong Choi, Jiyoun Park, Jae-Won Kim, Mun-jin Kang, Dong-Cheol Kim, Jun-Ki Kim and Yeong-Do Park, A study on tensile shear characteristics for weld-bonded 2GPa grade TRIP steels with changes in nugget diameter for automotive body application, Journal of KWJS, 33(2) (2015), 69-77 (in Korean)
Tae Hyun Kim, Jeong Suh, Hee Shin Kang, Young Shin Lee and Chun Dal Park, Fatigue Assessment Using SPR and Adhesive on Dissimilar Materials, Journal of the Korean Society for Precision Engineering, 28(10) (2011), 1204-1209 (in Korean)

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format