저항 점 용접에서 중공전극을 이용한 스패터 저감 및 너겟형성 메커니즘에 관한 연구

Abstract

요 지

저항 점 용접에서 중공전극을 이용한 스패터 저감 및 너겟형성 메커니즘에 관한 연구

전 정 상 지도교수 이 세 헌 기계공학과 한양대학교 대학원

현재 자동차 메이커에서는 용접공정에서 스패터 없는 생산을 하고자 많은 연구를 하고 있으며, 스패터가 발생하지 않으면 표면의 품질향상, 생산성향상은 물론 설비고장 저감 측면에서도 많은 장점을 가지고 있다. 일반적으로 스패터의 발생은 용접전류의 증가와 함께 너겟내의 용융금속이 압력을 견디지 못하여 발생한다. 본 논문에서는 스패터 없는 용접 방법의 하나로 전극선단에 홀이 있는 중공전극을 제안하였다. 전극 선단에 홀이 있는 중공전극을 이용하여 홀의 지름과 깊이에 대해 실험을 수행하여 최상의 홀의 지름과 깊이를 결정하였으며, 이를 위해 기존전극과 중공전극에 대하여 전단인장강도와 로브곡선을 비교한 결과 중공전극에서는 기준강도를 만족하면서 스패터 없는 영역이 넓어졌음을 관찰하였다. 또한 너겟 단면의 해석을 통해 용접 결함특성을 분석하여 너겟의 크기와 형성에 대하여 관찰하였다. 선정된 지름과 깊이를 가지고 자동차 강판으로 널리 사용하고 있는 고장력강에 대하여 전단인장강도와 십자인장강도를 비교 평가하였으며, 가압력에 대한 로브곡선을 통해 기존전극보다 스패터 발생 없이 넓은 영역을 관찰하였다. 마지막으로 너겟의 형성에 대한 메커니즘에 대하여 시뮬레이션을 수행하여 중공전극에서의 너겟이 이루어지는 과정을 관찰하였다. 그 결과 중공전극에서는 기존전극과 다르게 너겟의 형성이 전극 접촉부 계면에서 용융이 시작되어 중공내부로 너겟이 커지므로 스패터 없는 용접을 할 수 있다. 또한 동저항을 측정한 결과 중공전극에서는 저항의 거동이 일정하였으며 기존전극에서는 스패터 발생으로 저항이 불연속감소를 보였다. 이러한 결과는 중공전극에서는 전극 중앙의 홀의 영향으로 인하여 입열량이 많아도 중공내부로 너겟이 커지므로 기존전극과 다르게 스패터를 억제 할 수 있는 친환경 저항 점 용접 공법을 제안하였다.