유한요소해석을 이용한 Spot Welding의 응력해석

Abstract

현수의 부품들로 구성되는 자동차의 차체를 생산하고 조립하는 과정에서 프레스에 의한 성형과 점용접(Spot Welding)이 사용된다. 차체 부품의 조립 및 제작에 가장 많이 사용되는 점용접은 작업속도가 빠르고 대량 생산적인 성격을 가지고 있다. 점용접은 단시간에 일어나는 반 용융 상태의 고온압접법의 일종으로 융접(fusion welding), 납접(brazing and soldering) 및 리벳팅(riveting) 등의 접합방법에 비해 작업성, 신뢰성, 안정성 및 생산성이 우수한 전기 저항 용접 방법이다. 점용접은 자동차와 철도차량의 제작에 많이 사용되며 특히 객차와 전동차용으로 활용되는 스테인리스 철도차량은 언더프레임의 일부를 제외하고는 대부분 차체 구조의 조립 방법으로 사용된다. 자동차가 출발, 가속, 제동에 따라 발생되는 동하중을 견디기 위해 용접 이음주의 강도는 매우 중요하다. 그러나 자동차뿐만 아니라 샤시 부품 제작과 조립, 항공기, 선박, 철도 차량 등의 생산현장에서는 금형과 조립 장비, 노후화로 인해 생산 부품들의 정확한 치수정밀도를 얻어내기가 힘들며, 자동차의 경우 조립된 발생되는 품질상?문제점의 약 70%가 점용접 부위에서 발생되고 있다. 본 연구는 기존 실험결과 자료를 토대로 유한요소해석을 이용한 점용접 해석을 하였다. 시뮬레이션을 통해 다양한 용접 대상 강판의 두께와 용착지름에 따른 용접강도를 비교한 결과 기존에 제시된 실험 결과와 잘 일치함을 입증하였다. 이로써 실험적 접근방법이 아닌 시뮬레이션 방법을 통해 용접조건을 간편하고 효율적으로 구하는 방법을 제시하였다.; Forming by press and spot welding are used to produce and assemble the vehicle white body which is composed of many parts. The spot welding, which is most widely used to assemble the vehicle body parts, has rapid working time and mass production capacity. The spot welding is a resistance welding method which is superior in workability, reliability, stability, and productivity compared to fusion welding, brazing and soldering, and riveting. The spot welding is widely used in manufacturing vehicles and trains. The spot welding process is applied to assemble most of the body structure except some parts of the underframe of the passenger train and electric train which are made of stainless steel. The strength of the welds is very important to resist the dynamic loads which are generated in starting, accelerating, and braking of the vehicles. Not only vehicle production field but also many other fields, for example production fields of chassis parts, airplanes, ships, and trains, it is very difficult to get dimensional precision of the produced parts due to deterioration of the mold and the assembly machines. And it is reported that 70 % of the quality problems of the assembled vehicle white body are caused by spot-weld area. In this study the analysis of the spot welding is carried out by finite element method on the basis of existing experimental results. As a result of simulation for the various thickness and weld diameters of the test sheets, the simulation results show in good agreement with the experimental results. Therefore this study suggests an easy and efficient method of deciding the welding condition by computer simulation without experiment.