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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 강남현
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수21
이 논문의 연구 히스토리 (5)
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본 연구는 1.0GPa급 이상의 초고강도 강판(UHSS, ultra-high strength steels)의 저항 점용접(RSW, resistance spot welding) 특성에 대한 연구이다. UHSS는 일반 연강에 비하여 합금성분이 많고 강도가 높기 때문에 저항 점용접시 중간날림(expulsion)이 빠르게 발생하여 너겟경, 가용전류구간(weldable current range), 기계적성질 등과 같은 용접성 측면에서 몇 가지 문제점을 야기할 수 있다. 특히, 연속적인 저항 점용접 공정이 이루어지는 산업현장을 고려하면 이러한 초고강도강의 특성이 전극열화에도 영향을 미쳐 용접성 확보에 어려움이 있을 것이라 판단된다.
한편, 초고강도 강판의 용접성 확보를 위해서는 기존의 싱글 펄스(single pulse) 적용에는 한계가 있기에 입열 제어에 효과가 있는 멀티 펄스(multi pulse)를 활용하는 사례가 증가하고 있다. 그러나 기존 연구는 자동차사의 공정 시간을 고려하지 않은 다소 긴 용접시간을 적용하는 부분이 많았다.
따라서 본 연구에서는 1.0GPa급 이상의 초고강도 강판의 저항 점용접성 평가를 연속 공정을 고려하여 시행하고, 용접성 개선을 위해 산업현장에서 적용 가능한 범위의 multi pulse 조건을 도출하고 각 펄스 별 기능을 정량적으로 제시하고자 한다. 먼저 GA 1180 TRIP강 점용접부를 타점 수 증가에 따른 평가를 수행하였다. 타점 수 증가에 따라 전극의 Zn-Cu 합금화가 급속도로 진행하였으며, 이로 인하여 전극의 냉각능이 감소되어 표면 융착(surface sticking)이 발생하였다. 지속적인 융착으로 인하여 전극의 변형이 발생하였고, 선단경의 감소에 의한 과입열로 잦은 중간날림이 발생하였다. 중간날림의 발생은 너겟의 크기를 감소시키거나 불균일한 너겟 발생에 크게 기여한 것으로 생각된다.
SEM 분석을 통하여 너겟 내 균열(Crack)은 액상금속취화(LME, liquid metal embrittlement)에 의해 대형 균열이 발생한 것으로 확인하였다. 이러한 너겟의 크기 감소, 불균일한 너겟, 너겟 내 균열은 전단인장강도 감소에 기안한 것으로 판단된다.
두번째 연구는 저항 점용접의 multi pulse 기능을 사용하여 초고강도 강판의 용접성에 주요한 영향을 미치는 너겟경 크기 확보를 하고자 하였으며, 이를 기존의 single pulse 용접부와 비교 분석하고자 하였다. multi pulse의 메커니즘은 본 용접(main pulse) 이전에 판재 사이의 국부적인 접촉을 개선하고 빠른 중간날림을 예방하기 위해 코로나 본드(coronabond)를 확보하는 것이다. 개발된 multi pulse 조건을 통하여 single pulse 조건 보다 너겟경이 18.4% 증가하였고, 가용전류구간은 130%이상 증가한 것을 관찰하였다. 너겟경 향상으로부터 하중 지지 면적(load carrying capacity)가 증가하여 인장강도특성 향상에 크게 기여한 것으로 생각된다. XRD 및 미세조직 분석을 통하여 펄스에 의해 상 변화 및 미세조직은 변화하지 않은 것으로 밝혀졌다.
이상의 연구 결과들로부터 1.0GPa급 이상 초고강도 강판의 저항 점용접 용접성을 평가하였다. 특히, 초고강도 강판의 높은 발열과 강성을 고려하여 연속공정에서 발생할 수 있는 초고강도 강판의 용접부 문제를 고찰하였다. 1.0GPa급 이상 초고강도강의 저항 점용접부 용접성 개선을 위해 새로운 multi pulse를 제안하여 산업현장에서 초고강도 강판 저항 점용
접 조건에 대한 가이드라인을 제시하였다.
한편, 초고강도 강판의 용접성 확보를 위해서는 기존의 싱글 펄스(single pulse) 적용에는 한계가 있기에 입열 제어에 효과가 있는 멀티 펄스(multi pulse)를 활용하는 사례가 증가하고 있다. 그러나 기존 연구는 자동차사의 공정 시간을 고려하지 않은 다소 긴 용접시간을 적용하는 부분이 많았다.
따라서 본 연구에서는 1.0GPa급 이상의 초고강도 강판의 저항 점용접성 평가를 연속 공정을 고려하여 시행하고, 용접성 개선을 위해 산업현장에서 적용 가능한 범위의 multi pulse 조건을 도출하고 각 펄스 별 기능을 정량적으로 제시하고자 한다. 먼저 GA 1180 TRIP강 점용접부를 타점 수 증가에 따른 평가를 수행하였다. 타점 수 증가에 따라 전극의 Zn-Cu 합금화가 급속도로 진행하였으며, 이로 인하여 전극의 냉각능이 감소되어 표면 융착(surface sticking)이 발생하였다. 지속적인 융착으로 인하여 전극의 변형이 발생하였고, 선단경의 감소에 의한 과입열로 잦은 중간날림이 발생하였다. 중간날림의 발생은 너겟의 크기를 감소시키거나 불균일한 너겟 발생에 크게 기여한 것으로 생각된다.
SEM 분석을 통하여 너겟 내 균열(Crack)은 액상금속취화(LME, liquid metal embrittlement)에 의해 대형 균열이 발생한 것으로 확인하였다. 이러한 너겟의 크기 감소, 불균일한 너겟, 너겟 내 균열은 전단인장강도 감소에 기안한 것으로 판단된다.
두번째 연구는 저항 점용접의 multi pulse 기능을 사용하여 초고강도 강판의 용접성에 주요한 영향을 미치는 너겟경 크기 확보를 하고자 하였으며, 이를 기존의 single pulse 용접부와 비교 분석하고자 하였다. multi pulse의 메커니즘은 본 용접(main pulse) 이전에 판재 사이의 국부적인 접촉을 개선하고 빠른 중간날림을 예방하기 위해 코로나 본드(coronabond)를 확보하는 것이다. 개발된 multi pulse 조건을 통하여 single pulse 조건 보다 너겟경이 18.4% 증가하였고, 가용전류구간은 130%이상 증가한 것을 관찰하였다. 너겟경 향상으로부터 하중 지지 면적(load carrying capacity)가 증가하여 인장강도특성 향상에 크게 기여한 것으로 생각된다. XRD 및 미세조직 분석을 통하여 펄스에 의해 상 변화 및 미세조직은 변화하지 않은 것으로 밝혀졌다.
이상의 연구 결과들로부터 1.0GPa급 이상 초고강도 강판의 저항 점용접 용접성을 평가하였다. 특히, 초고강도 강판의 높은 발열과 강성을 고려하여 연속공정에서 발생할 수 있는 초고강도 강판의 용접부 문제를 고찰하였다. 1.0GPa급 이상 초고강도강의 저항 점용접부 용접성 개선을 위해 새로운 multi pulse를 제안하여 산업현장에서 초고강도 강판 저항 점용
접 조건에 대한 가이드라인을 제시하였다.
목차
List of table .................................................................................................... ivList of figure .................................................................................................... v제 1 장 서론 (Introduction) ................................................................................................ 11.1 초고강도강판의 개요 (Overview of ultra-high strength steel) ................................... 11.2 저항 점용접의 개요 (Overview of resistance spot welding) ........................................ 41.3 초고강도 강판의 저항 점용접 (Resistance spot welding of UHSS) ............................. 71.4 연구 목적 (Research objective) ..................................................................................... 9제 2 장 이론적 배경 (Literature Review) ........................................................................ 112.1 초고강도강판 (UHSS, Ultra-High Strength Steel) ....................................................... 112.1.1 2상조직 (DP, Dual Phase) ..................................................................................... 122.1.2 변태유기소성강 (TRIP, Transformation Induced Plasticity) ............................... 142.1.3 복합조직 (CP, Complex Phase) ............................................................................. 162.2 도금 (Coating) ............................................................................................................... 172.3 저항 점용접 (RSW, Resistance Spot Welding) ........................................................... 182.3.1 저항 점용접 원리(Principle of resistance spot welding) ..................................... 192.3.2 저항 점용접 프로세스 변수 (Process parameters) ............................................. 222.4 초고강도강판 저항 점용접 용접성 (Weldability of RSW) ............................................ 322.4.1 용접성 로브 (Weldability lobe) .............................................................................. 322.4.2 물리 및 야금 속성 (Physical and metallurgical attributes) ................................ 342.5 자동차용 초고강도강판의 저항 점용접 연구 동향 ....................................................... 422.5.1 강판의 저항 점용접성 ............................................................................................. 422.5.2 국내외 자동차용 초고강도강판의 저항 점용접 동향 ............................................. 43제 3 장 실험 방법 .............................................................................................................. 453.1 1.0GPa 급 이상 초고강도강판의 저항 점용접 연속타점시 용접성 평가 ...................... 453.1.1 실험 소재 및 조건................................................................................................... 453.1.2 연속타점 수명평가................................................................................................... 483.1.3 용접성 평가 ............................................................................................................. 493.2 1.0GPa 급 이상 초고강도강판의 용접성 개선을 위한 멀티펄스 효과 ......................... 503.2.1 실험 소재 및 조건................................................................................................... 503.2.2 용접성 평가 ............................................................................................................. 52제 4 장 1.0GPa 급 이상 초고강도강판의 저항 점용접 연속타점시 용접성 평가............ 534.1 서언 ................................................................................................................................ 534.2 실험 결과 및 고찰 ......................................................................................................... 544.2.1 GA TRIP 강판 용접부 미세조직 및 경도 ................................................................ 544.2.2 타점 수 증가에 따른 너겟경 변화 .......................................................................... 574.2.3 미세조직 분석 .......................................................................................................... 594.2.4 타점 수 증가에 따른 전단인장강도 결과 ............................................................... 644.2.5 타점 수 증가에 따른 전극 열화 거동 .................................................................... 664.2.6 타점 수 증가에 따른 전극 합금화 분석 ................................................................. 704.3 결언 ................................................................................................................................ 73제 5 장 1.0GPa 급 이상 초고강도강판의 용접성 개선을 위한 멀티펄스 효과 ............... 755.1 서언 ................................................................................................................................ 755.2 실험 결과 및 고찰 ......................................................................................................... 755.2.1 싱글 펄스를 이용한 GA 1180 CP 강판 최대 너겟경 ............................................. 755.2.2 멀티 펄스를 이용한 GA 1180 CP 강판 최대 너겟경 ............................................. 795.2.3 고속카메라 ............................................................................................................... 875.2.4 용접조건에 따른 용접성 비교 ................................................................................. 895.2.5 강종별 멀티펄스를 이용한 최대 너겟경 개선 ........................................................ 955.3 결언 ................................................................................................................................ 96제 6 장 결 론 ..................................................................................................................... 97참고문헌 ........................................................................................................ 99Abstract ....................................................................................................... 104
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