[논문]440 MPa급 도금강판의 저항 점 용접 시 AC 및 MFDC전원에 따른 가용전류구간 비교 연구

지창욱; 박찬수; 김치호; 조용준; 오동진; 김명현; 김양도; 박영도

doi:10.5781/jwj.2017.35.1.34

440 MPa급 도금강판의 저항 점 용접 시 AC 및 MFDC전원에 따른 가용전류구간 비교 연구
A Comparative Study of Weldable Current Range on AC and MFDC Resistance Spot Welding for 440 MPa Grade Steel Sheet 원문보기

Journal of welding and joining = 대한용접·접합학회지, v.35 no.1, 2017년, pp.34 - 42

지창욱 (한국생산기술연구원 울산지역본부 첨단제조공정그룹) , 박찬수 (부산대학교 재료공학과) , 김치호 (부산대학교 재료공학과) , 조용준 (현대자동차 재료생기개발팀) , 오동진 (부산대학교 조선해양공학과) , 김명현 (부산대학교 조선해양공학과) , 김양도 (부산대학교 재료공학과) , 박영도 (동의대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents a comparative study of the AC and MFDC resistance spot welding process with consideration of sheet thickness. The previous studies have confirmed that there is difference in the optimum welding current and expulsion current with AC and MFDC. The aim of this study was revealing the effect of sheet thickness on weldable current range and expulsion behavior for AC and MFDC welding processes. The optimum welding current of AC was lower (1.6 kA) than MFDC welding process in 0.8 mm sheet thickness. Early nugget growth being caused by the peak current of AC developed weld interface deformation, which resulted in suppressing the growth of corona bond and occurrence of low current expulsion. The resistance spot welding for thicker sheet (1.4 mm) required lower current of 0.6 kA for the expulsion on the MFDC welding process. The growth of contact diameter (size of corona bond) and button diameter was linear up to the expulsion current with MFDC welding process. Therefore, more attention is required when the AC and MFDC resistance spot welding process is applied for different thickness of steel sheet combination for automotive application.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 용접전원에 따른 파형의 특성 및 전극의 냉각효과로 인하여 AC와 MFDC 전원의 용접 특성에는 차이가 존재하며, 특히 각각의 소재 두께에 적용 용접전원 별 용융부 성장거동에 미치는 영향도 간과할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 인장강도 440 MPa급의 SGARC440 소재의 0.8과 1.4mm 강종을 사용하여 AC 및 MFDC 적용 시 소재 두께 변화에 따른 용접성을 비교하였다. 또한 SGARC440 소재의 두께의 변화에 따라 AC와 MFDC전원에서 날림(Expulsion) 발생 전류구간에 차이가 발생하는 원인에 대해서 고찰해 보았다.
4mm 강종을 사용하여 AC 및 MFDC 적용 시 소재 두께 변화에 따른 용접성을 비교하였다. 또한 SGARC440 소재의 두께의 변화에 따라 AC와 MFDC전원에서 날림(Expulsion) 발생 전류구간에 차이가 발생하는 원인에 대해서 고찰해 보았다.

제안 방법

용접전류에 따른 버튼 직경과 접촉 면적을 비교·분석하기 위해, IS0 17653 의 표준 규격에 따라 판재 끝단으로부터 용접 점 까지의 최소 거리가 20mm 이상 되도록 하여 용접 전류에 따라 시편을 제작한 다음, 시편을 바이스에 고정한 후 용접부의 순수 비틀림 하중만을 유지하기 위해 양쪽 시편의 굽힘을 발생하지 않도록 하고 비틀림 시험을 진행하여 용접부 지름(버튼직경)과 파단 형태를 관찰하였다¹¹⁾.

대상 데이터

본 연구에서는 인장강도 440 MPa급의 SGARC440 소재를 사용했으며, 사용된 피용접재의 두께는 각각 0.8 과 1.4mm 이다. 각각의 소재 두께에 따라 실험에 적용한 용접조건을 Table 1에 나타내었다.

이론/모형

각각의 소재 두께에 따라 실험에 적용한 용접조건을 Table 1에 나타내었다. 적용한 가압력과 용접시간은 소재의 두께에 따라 IS0 18278-2:2004 (E)를 바탕으로 하여 차체 조립라인에서 적용 가능한 범위에서 설정되었다¹⁰⁾. 특히 소재의 두께가 증가함에 따라 이겹 용접 접합을 위한 필요 열량에 차이가 존재하므로 적정 입열량 수준에서 소재두께 변화에 따른 용접 조건을 고려하여 실험에 적용하였다.

성능/효과

1) SGARC440급 0.8 mm 두께 소재 이겹 용접에서는 기준용접전류가 AC 및 MFDC 에서 각각 8.0 kA와 9.4 kA로 MFDC에서 기준용접전류 값이 1.4kA 높으나, 1.4 mm 두께 이겹 용접에서는 MFDC에서 AC 보다 기준용접전류 값이 약 0.6kA 낮았다. 따라서 용접 전원별 기준용접전류는 피용접 판재 소재 두께 영향이 존재하는 것으로 판단된다.
2) SGARC440급 0.8 mm 두께 소재 이종 용접에서는 용접전류가 증가함에 따라 AC 전원 적용 시 접촉 면적은 서서히 성장하였으나 용접전류파형 특성에 따른 입열 증가로 너겟의 성장이 급격하기 때문에 MFDC 전원보다 낮은 전류에서 중간 날림임계전류 값이 형성 되었다.
3) SGARC440급 1.4 mm 두께 소재 이종 용접에서는 0.8mm 소재의 이겹 용접 결과와 달리 AC 와 MFDC 전원 모두 용접전류가 증가함에 따라 접촉 직경과 버튼 직경의 성장속도 및 중간날림 임계전류 값 또한 유사하였다. 두께 증가에 따른 소재 열용량 상승과 전극 간통전거리가 증가 그리고 동저항에 기인한 발열값 차이에 따른 원인으로 고려 될 수 있다.

후속연구

4) 다양한 소재강도 및 두께 수준에 대한 추가 검증 실험이 진행 중이며 본 기초연구와 유사한 결과들이 확보되었다. 특히, 소재두께의 영향 인자에 대한 추가 검증이 지속적으로 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	용접부의 품질을 향상시키는 방안에는 어떠한 것들이 있는가?	최근 자동차사의 스폿 용접 품질에 대한 중요도가 증가함에 따라 용접 품질 향상을 위하여 용접건 및 용접기 전원의 다변화가 추진 중이다. 용접부의 품질을 향상시키는 방안으로는 용접부의 계면파단 발생을 억제하고, 중간 날림(Expulsion)및 표면날림 발생을 저감하는 방법 등이 있다1-5). 하지만 용접기 전원 및 용접 건에 따른 날림 발생 용접조건의 편차가 존재하기 때문에 실 공정에서 날림 발생으로 인하여 용접 품질 관리가 매우 어려운 실정이다.
	소재의 전기 저항열 즉, 열량에 차이가 존재하는 이유는 무엇인가?	특히 저항 점 용접에서의 저항(R)은 전류통전 시작시간 (t0) 에서부터 통전이 완료되는 시간(t) 까지 변하는 소재의 벌크 저항과 동저항의 합이다. AC 및 MFDC 전원에 따라 전류 파형이 다르기 때문에, 용접 시간 동안에 동저항 값이 동일하지 않다. 이 때문에 소재의 전기 저항열 즉, 열량에 차이가 존재하며 일부 문헌에서도 유사한 결과를 확인 할 수 있다13).
	단상 교류식(단상 AC)용접기란 무엇인가?	자동차 사에서는 흔히 단상 AC와, MFDC의 스폿 용접기를 혼용하여 사용하고 있고, 특히 인버터 MFDC 용접기는 기존의 단상 AC 용접기를 개선하여 저항 점용접의 용접성 향상을 목적으로 개발되었다6). 저항 점용접 전류는 용접기의 전류파형에 따라 여러 가지로 분류되며, 이중에서 단상 교류식(단상 AC)용접기는 양극과 음극에 전압이 발생 될 때 게이트 전극에 펄스 신호를 주어 양극에서 음극으로 펄스 전류가 흐르게 되는 방식으로 기본적인 설정 전류보다 약간 높은 전류가 가해지는 용접방식이다. 반면 인버터 직류식(MFDC) 용접기는 용접기의 경량화와 전류제어에 용이한 회로를 사용한 용접방식으로 교류 입력전원을 정류회로에 거쳐 일정한 전류 및 전압으로 변환하여 용접전원을 공급하게 된다.

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