자동차 산업에서는 환경 문제와 국제 유가 상승 등으로 인한 차량 경량화에 대한 요구가 증대되고 있다. 이에 따라 알루미늄 합금과 특수 소재 등이 차량 중량을 줄이는데 활용되고 있지만 비용과 강도 측면에서 철강소재를 극복하기 에는 여전히 많은 어려움이 있다. 따라서 강도와 성형성이 좋은 AHSS(Advanced High Strength Steel) 소재의 적용이 증가하고 있다. 특히 운전자 보호를 위한 안전 규제가 강화되면서 센터필러 (Center Pillar), 루프레일 (Roof Rail) 부분에 1.2GPa급 초고강도 강재의 적용이 점차 늘어나고 있으며 이종강재에 대한 자동차 차체 적용 또한 점차 증가하고 있다. 본 연구에서는 SGAFC1180 1.2t 강재의 저항 점용접성 및 용접부의 특성을 파악하였다. 시뮬레이션을 이용하여 너깃의 생성 및 성장 거동을 관찰하였으며 예측 성능은 오차율 10% 이내에서 유사한 경향을 나타내었다. 또한 이러한 거동이 공정변수인 동저항에 미치는 영향을 파악하였고 전단인장강도 및 너깃 직경과의 상관관계를 고찰하였다. 본 연구를 통하여 동저항의 패턴을 인식하여 패턴의 형태에 따라 용접 상태를 분류하고 용접 품질을 판단하는 시스템도 제안할 수 있을 것으로 사료된다.
자동차 산업에서는 환경 문제와 국제 유가 상승 등으로 인한 차량 경량화에 대한 요구가 증대되고 있다. 이에 따라 알루미늄 합금과 특수 소재 등이 차량 중량을 줄이는데 활용되고 있지만 비용과 강도 측면에서 철강소재를 극복하기 에는 여전히 많은 어려움이 있다. 따라서 강도와 성형성이 좋은 AHSS(Advanced High Strength Steel) 소재의 적용이 증가하고 있다. 특히 운전자 보호를 위한 안전 규제가 강화되면서 센터필러 (Center Pillar), 루프레일 (Roof Rail) 부분에 1.2GPa급 초고강도 강재의 적용이 점차 늘어나고 있으며 이종강재에 대한 자동차 차체 적용 또한 점차 증가하고 있다. 본 연구에서는 SGAFC1180 1.2t 강재의 저항 점용접성 및 용접부의 특성을 파악하였다. 시뮬레이션을 이용하여 너깃의 생성 및 성장 거동을 관찰하였으며 예측 성능은 오차율 10% 이내에서 유사한 경향을 나타내었다. 또한 이러한 거동이 공정변수인 동저항에 미치는 영향을 파악하였고 전단인장강도 및 너깃 직경과의 상관관계를 고찰하였다. 본 연구를 통하여 동저항의 패턴을 인식하여 패턴의 형태에 따라 용접 상태를 분류하고 용접 품질을 판단하는 시스템도 제안할 수 있을 것으로 사료된다.
In the automobile industry, there is growing demand for lightweight vehicles due to environmental problems and rising oil prices. Therefore, aluminum alloys and special materials are being used to reduce the weight of vehicles, but there are still many difficulties to overcome in terms of cost and s...
In the automobile industry, there is growing demand for lightweight vehicles due to environmental problems and rising oil prices. Therefore, aluminum alloys and special materials are being used to reduce the weight of vehicles, but there are still many difficulties to overcome in terms of cost and strength. Therefore, the application of advanced high strength steel (AHSS)is increasing. AHSS has good strength and formability.Safety regulations are becoming stricter, and 1.2-GPa super-high-strength steels are gradually being applied for the center pillar and roof rails. Thus, the application of different kinds of steels in automobile bodiesis also increasing gradually. This study evaluates the resistance point weldability and the characteristics of a welded part of SGAFC1180 1.2t steel. A simulation was used to observe the nugget formation and its growth behavior. The prediction performance showed a similar tendency within an error rate of 10%. Also, the effect of this behavior on the process resistance and dynamic resistance was investigated,along with the correlation between the shear tensile strength and nugget diameter.
In the automobile industry, there is growing demand for lightweight vehicles due to environmental problems and rising oil prices. Therefore, aluminum alloys and special materials are being used to reduce the weight of vehicles, but there are still many difficulties to overcome in terms of cost and strength. Therefore, the application of advanced high strength steel (AHSS)is increasing. AHSS has good strength and formability.Safety regulations are becoming stricter, and 1.2-GPa super-high-strength steels are gradually being applied for the center pillar and roof rails. Thus, the application of different kinds of steels in automobile bodiesis also increasing gradually. This study evaluates the resistance point weldability and the characteristics of a welded part of SGAFC1180 1.2t steel. A simulation was used to observe the nugget formation and its growth behavior. The prediction performance showed a similar tendency within an error rate of 10%. Also, the effect of this behavior on the process resistance and dynamic resistance was investigated,along with the correlation between the shear tensile strength and nugget diameter.
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문제 정의
본 연구에서는 Inverter DC 저항 용접기를 사용하여 SGAFC1180 1.2t TRIP강재의 저항 점용접성 및 용접부 특성을 도출하고자 한다. CAE(Computer Aided Engineering)를 이용하여 너깃의 생성 및 성장 거동을 예측하였으며, 이러한 거동이 저항 점용접의 공정 변수인 동저항에 미치는 영향을 파악하였고 전단인장강도 및 너깃직경과의 상관관계를 고찰하였다.
제안 방법
2t TRIP강재의 저항 점용접성 및 용접부 특성을 도출하고자 한다. CAE(Computer Aided Engineering)를 이용하여 너깃의 생성 및 성장 거동을 예측하였으며, 이러한 거동이 저항 점용접의 공정 변수인 동저항에 미치는 영향을 파악하였고 전단인장강도 및 너깃직경과의 상관관계를 고찰하였다.
SGAFC1180 1.2t 강재의 저항점용접 특성을 파악하기 위하여 Inverter DC 저항 용접기로 제시된 시편에 대한 용접변수 변화에 따른 동저항 및 전단인장 강도 분석을 통해 다음과 같은 결과를 얻었다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 피용접재는 초고강도강 중 자동차용 강재로 많이 쓰이는 SGAFC1180 1.2t를 사용하였다. 이들 시험편의 형상은 Fig.
1과 같다. 시험편의 치수는 길이 100mm, 폭 30mm로 선단경 6mm인 Cu-Cr소재의 전극을 사용하여 저항 점용접을 실시하였다. Table 1은 본 연구에 사용된 강재의 화학성분과 기계적 성질을 나타낸 것이다.
용접부의 용접 품질과 밀접한 관계를 갖고 있는 2차 동저항을 측정하기 위하여 사용한 실험 장치를 Fig. 4에 나타내었다.
저항 점용접 시뮬레이션을 위한 조건으로 사용된 용접기는 Inverter DC 저항 용접기로 설정하였으며, 사용된 전극은 일반적인 저항 점용접에 많이 쓰이는 돔형(R Type) 전극으로 직경 16mm, 선단경 6mm인 Cu-Cr소재의 전극을 이용하였다. 냉각수는 20℃로 4 ℓ/ min의 유량으로 전극에 흐르도록 경계조건을 설정하였다.
저항 점용접 시뮬레이션의 정확성을 판단하기 위하여 동종 강재인 SGAFC1180강재 1.2mm의 9개 용접 조건에 대하여 실험 및 시뮬레이션 결과를 Fig. 3에 나타내었다.
이론/모형
저항 점용접부의 품질을 나타내는 기준으로는 여러 가지가 사용되고 있지만, 본 연구에서는 한국 공업 규격 KS에 명시되어 있는 방법에 따라 용접부의 전단인장강도와 너깃 지름을 용접부 품질 판단 기준으로 삼았다.
저항점용접 시뮬레이션을 위해서 CAE (Computer Aided Engineering)을 수행하였고 열 해석 및 금속학적 해석이 요구된다. 열 해석에 있어서는 발열에 가장 중요한 요소인 접촉 저항의 계산은 매우 중요하다[3].
성능/효과
1. 실험과 시뮬레이션의 비교 결과 8kA의 적정 용접 조건에 대한 평균 오차율은 8.78%로 나타났으며 이를 통하여 적정용접조건 영역에 대한 시뮬레이션의 예측 성능은 오차율 10% 이내에서 유사한 경향이 나타남을 알 수 있었다.
2. 용접변수(용접전류, 용접시간)를 변화시켜 가면서 동저항 특성곡선을 얻은 결과, 용접변수에 따라 동저항 특성곡선의 패턴 및 동저항값의 차이가 있지만 동일한 용접전류의 경우 동저항 곡선은 거의 유사한 패턴으로 변화하였다.
3. 용접이 진행되는 동안 얻은 동저항 데이터값 중에 동저항값이 순간적으로 크게 변하는 경우 날림현상이 발생함을 확인하였다.
시뮬레이션 상에서는 미세하게 용접부가 형성되었지만, 실제 용접에서는 너깃은 형성이 되나 용접 후 계면 파단이 발생하였다. 8kA의 적정 용접 조건에 대한 평균 오차율은 8.78%로 나타났으며 이를 통하여 적정용접조건 영역에 대한 시뮬레이션의 예측 성능은 오차율 10% 이내에서 유사한 경향이 나타남을 알 수 있었다.
8에 나타내었다. 용접 전류가 증가할수록 전단인장강도와 너깃 사이즈가 증가하였고 일정 전류 이상의 조건에서 용접부 최소 전단인장강도와 너깃 사이즈를 만족하였다.
9에 용접 조건 별 저항 점용접부 파단형태의 변화를 나타내었다. 파단 형태를 관찰한 결과 용접 전류가 4kA 일 때 계면파단이 관찰되나 6kA 이상에서는 접합부에 일부 버튼이 존재하는 PIF(Partial Interfacial Fracture) 파단으로 파단 형태로 개선되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자동차 산업에서 도와 성형성이 좋은 AHSS(Advanced High Strength Steel) 소재의 적용이 증가하게된 배경은 무엇인가?
자동차 산업에서는 환경 문제와 국제 유가 상승 등으로 인한 차량 경량화에 대한 요구가 증대되고 있다. 이에 따라 알루미늄 합금과 특수 소재 등이 차량 중량을 줄이는데 활용되고 있지만 비용과 강도 측면에서 철강소재를 극복하기에는 여전히 많은 어려움이 있다. 따라서 강도와 성형성이 좋은 AHSS(Advanced High Strength Steel) 소재의 적용이 증가하고 있다.
본 연구에서 저항점용접 시뮬레이션을 위해 무엇을 수행하였나?
저항점용접 시뮬레이션을 위해서 CAE (Computer Aided Engineering)을 수행하였고 열 해석 및 금속학적 해석이 요구된다. 열 해석에 있어서는 발열에 가장 중요한 요소인 접촉 저항의 계산은 매우 중요하다[3].
열 해석에 있어서는 발열에 가장 중요한 요소는 무엇인가?
저항점용접 시뮬레이션을 위해서 CAE (Computer Aided Engineering)을 수행하였고 열 해석 및 금속학적 해석이 요구된다. 열 해석에 있어서는 발열에 가장 중요한 요소인 접촉 저항의 계산은 매우 중요하다[3].
참고문헌 (5)
Hyun Joon Yoon, Dong Cheol Kim, Moon Jin Kang, Resistance Spot Welding of 1.2GPa TRIP Steel Sheet, Journal of KWJS, pp. 164-164, 2012.
ISO standard : ISO 18278-2, Resistance welding Weldability Part 2: Alternative Procedures for the Assessment of Sheet Steels for Spot Welding, 2004.
S. Y. Lee, T. H. Ko, W. H. Kee, and Y. H. Jang : Weldability Evaluation of Resistance Spot Welding using CAE Methodology, Journal of the 30th anniversary of the Korean Society of Automotive Engineers, pp. 1351-1356, 2008.
W. Zhang : Design and Implementation of Software for Resistance Welding Process Simulations, SAE Technical Paper, vol. 112, no. 5, pp. 556-564, 2003. DOI: https://doi.org/10.4271/2003-01-0978
Young Joon Cho, A Study of Dynamic Resistance Monitoring and Intelligent Quality Estimation for the Manufacturing Process Automation during Resistance Spot Welding, Ph.D. Thesis, Hanyang University, 2000.
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