[논문]고강도 자동차 차체 제조를 위한 용접과 접합기술

김영석; 김유석; 박기철; 남재복; 김태준; 이봉현

고강도 자동차 차체 제조를 위한 용접과 접합기술
Welding and Bonding Technology for Manufacturing High Strength Automotive Body 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.26 no.4, 2017년, pp.246 - 259

김영석 (경북대학교 기계공학부) , 김유석 (경북대학교 기계공학부) , 박기철 (포스코) , 남재복 (포스코) , 김태준 ((주)화신) , 이봉현 (자동차부품연구원)

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문제 정의

본 기술해설 논문에서는 고강도강판의 용접과 접합기술을 파악하고 관련 선진 연구동향을 정리하였다. 자동차 업체 및 부품업체의 기술자들과 관련 연구자들은 본 해설에서 다룬 용접과 접합기술에 관한 최근의 정보들을 고품위의 고강도 자동차 부품을 제조하는데 활용할 수 있을 것이다.
이번 호에서는 고강도강판의 다양한 용접특성에 대한 고찰과 용접불량 해결방안 그리고 차체의 성능향상을 위해 채용이 증가하고 있는 다종재료 (multi-material)의 접합기술에 대한 최근의 기술동향에 대하여 기술한다.

대상 데이터

1kN, 통전 시간 8cycle, 용접전류를 4kA~11kA 으로 하고 서보가 압식 스폿용접기로 용접한 경우에 대한 용접부 단면 형상을 나타낸 것이다. 비교를 위하여 철강/철강 그리고 알루미늄/알루미늄의 접합 단면도 함께 나타내었다. 철강/철강과 알루미늄/알루미늄의 용접에서는 접합부의 중앙에서 용융 너깃이 형성되고 있다.

성능/효과

(2) 동적 강성이 2~3Hz 증가한다. (3) 결합 내구성이 100~10000% 증가한다.
12는 초고장력강인 SPFC440와 다이캐스팅 알루미늄 합금인 SILAFONT의 이종재료의 SPR 접합에 대한 실험과 유한요소해석 결과를 나타낸 것이다. SPR 접합된 시편의 접합강도를 조사하기 위한 전단실험에서 접합강도는 4,145N으로 평가되어 충분한 접합강도가 확보되고 있음을 보였다. 이 접합강도는 사용하는 판재의 강도가 높아짐에 따라 증가한다.
68kN(KS B 0850) 이상의 용접강도를 가진다는 것을 알 수 있다. 또한 용접전류의 증가에 따라 너깃 직경이 증가하고 더불어 용접강도도 증가한다는 것을 보였다. TRIP1180 강판의 경우에는 계면파단이 발생하였음에도 규격하중을 만족하고 있다.
4(d)에 고강도 강판의 인장강도에 따른 연성비(ductility ratio, DR), DR =CTS /TSS , 과 탄소당량의 관계를 나타내었다. 인장강도가 증가할수록 전단변형 모드가 주인 TSS 는 선형적으로 증가하나 박리변형 모드가 주인 CTS 는 증가하다가 약 800MPa 근방에서부터 떨어지고 있음을 알 수 있다. 또한 DR 은 탄소당량이 증가할 수록 선형적으로 감소하는 경향을 보인다.

후속연구

본 기술해설 논문에서는 고강도강판의 용접과 접합기술을 파악하고 관련 선진 연구동향을 정리하였다. 자동차 업체 및 부품업체의 기술자들과 관련 연구자들은 본 해설에서 다룬 용접과 접합기술에 관한 최근의 정보들을 고품위의 고강도 자동차 부품을 제조하는데 활용할 수 있을 것이다. 국제철강협회에서는 첨단 고강도강판의 사용지침을 제시하고 있으므로 참고하면 도움이 될 것으로 생각된다[33].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	차체가 차량에서 차지하는 중량은?	자동차 주행 중의 CO2 배출가스를 줄이기 위한 자동차의 경량화를 추구하면서 동시에 충돌 안전성을 확보하기 위해 저밀도 경량 소재및 기가급의 고강도강판(giga strength steel)의 적재 사용, 그리고 통합적 일체형 경량 구조 설계기술이 도입되고 있다. 차체는 차량에서 가장 중량이 많이 나가는 요소로 전체 차량중량의 약 40%를 차지한다. 따라서 차량의 경량화는 매우 큰 효과를 제공한다.
	고강도강판의 프레스 가공 시에 발생하는 문제점을 해결하기 위한 방법은 무엇인가?	그러나 고강도강판의 프레스 가공 시에 파단과 스프링 백 등이 형상불량이 자주 발생하고 있다. 이런 문제점을 해결하기 위한 수단으로 서보 프레스의 도입, 핫 스템핑 등과 같은 생산기술의 혁신과 더불어 사전에 불량발생 원인을 분석하고 대처하기 위한 유한요소해석기술이 널리 채용되는 추세에 있다. 저자들은 지난 3 회에 걸친 해설을 통해 지금까지 개발된 고강도강판들의 기계적특성, 프레스 성형특성 및 금형 소재의 특성을 분석하여 고강도강판의 프레스 최적 성형을 위한 요소기술들을 제시한 바 있다[6~8].
	차량 공차중량의 감소에 따른 배출가스 변화는 어떻게 되는가?	일반적으로 차량 공차중량이 100kg 이 줄어들면 km 당 5.0~12.5g 정도의 CO2 배출가스가 감소하는 것으로 알려져 있으며, 국내외 컴팩트 자동차 차체의 경우에 고강도강판의 사용 비중이 약 50~65%에 달하는 것으로 알려져 있다[1~5].

참고문헌 (33)

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원문보기 상세보기
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