자동차 용접 - 1. 바디조립 용접 I '저항용접'

1. 저항용접 3대 요소
• 가압력과 전기저항 발열을 이용하여 피용접재를 용접하는 용접법이 저항용접이며, 그 3대 요소는 다음과 같음.
1) 전류: 전체적인 전류도 중요하지만, 특히 전류밀도가 중요므로 최적조건이 결정되면 항상 일정한 전류밀도로 되도록 관리하는 것이 요구됨.
2) 가압력: 너무 낮으면 작은 전류에서도 너깃이 형성되는 수가 있지만 너깃크기가 불안정하고, 날림도 심하게 생기기도 하지만 생기지 않으면서 강도부족이 되기도 하므로 적절한 가압력을 적용하는 것이 중요함.
3) 통전시간: 통전시간이 길어지면 낮은 전류에서도 너깃이 얻어지지만, 통전중에 전도열 손실이 증가하여 용접후 변형이 크게 되며, 통전시간이 너무 짧으면 날림이 잘 생기지만, 최근에는 생산성 향상을 위해서 가압력을 크게 하면서 통전시간을 짧게 하는 현장기술쪽을 발전하고 있음.

• 저항발열의 원리: 저항발열의 원리는 저항을 가진 금속에 전류가 흐를 때 발생하는 열량을 기준으로 산출함.

 

※ 저항점용접을 하면 보통은 오목자국이 남지만, 자동차용 아연도금강판이 차츰 두꺼워지고 오목자국이 없는 것이 요구되고 있기 때문에, 금형과 프레스 기술이 발달함에 따라 프로젝션용접을 적용하게 되면 오목자국이 거의 생기지 않게 할 수 있다.

 

2. 저항용접 너깃

• 저항용접에는 너깃형성을 시키는 방법에 따라 저항점용접, 저항프로젝션용접, 저항심용접 등으로 크게 구분.
• 저항발열에 의해 피용접재 사이에 형성되는 너깃은 그 크기(직경)와 형상에 의해 용접품질을 판단할 수 있는 중요한 지표로 이용됨.
• 너깃 크기는 판두께에 따라 다르지만 보통은 4√t 전후의 직경을 요구하지만 용접부의 요구 품질에 따라 3√t~5√t 사이의 크기를 요구하기도 함.

 

3. 저항용접 가압장치
• 자동차의 바디조립에 활용되는 저항용접용 가압장치는 크게 에어실린더형과 서보모터형이 있음.

1) 에어실린더 가압장치: 실린더의 직경이 클수록 큰 가압력을 출력할 수 있지만, 통상은 입력공기압력에 비례하여 큰 가압력을 출력한다. 옛날부터오랫동안 사용되어 왔고 가격이 싸다.

2) 서보모터 가압장치: 피드백 제어특성이 우수한 서보모터를 적용하여 가압력을 제어하기 때문에 높은 생산성, 정숙성, 정교한 가압력 제어, 편리성및 경량화 등의 장점이 있어서 최근에는 로봇용 가압장치에 특히 다양하게 적용되고 있으나 비싸다.

 

4. 저항용접 전원

1) 단상AC 전원
• 오래전부터 사용되고 있는 전통적인 용접전원으로서 제어 용이
• 기술이 일반화되어 있으며, 가격이 쌈.

2) 직류인버터 전원
• 고주파 인버터를 써서 출력제어를 하기 때문에 출력의 고속제어 가능
• 직류전원이기 때문에 안정적인 너깃생성이 가능하여 날림이 없이 용접하기가 쉬움.
• 변압기가 가벼우므로 바디조립라인의 로봇용으로 많이 활용
• 최근에는 가격이 쌈.

3) 교류인버터 전원
• 기본적으로는 교류전류를 쓰게 되지만, 용접기 출력주파수를 수Hz에서 수십Hz까지 다양하게 바꿀수가 있어서 편리
• 때로는 직류전원처럼 활용 가능
• 특히 기존의 단상AC 전원을 쓰던 장치에서 변압기를 교체하지 않고 전원장치만 교체하여 인버터형으로 개선할 수 있음.
• 가격은 단상AC와 직류인버터사이에서 형성되어 있음.

 

5. 저항용접용 전극팁
• 저항점용접은 전류밀도를 높이기 위해 전극팁을 둥글고 뾰족한 형태로 가공하여 적절하게 통전면적이 작게 되도록 함.

• 프로젝션용접에서는 돌기를 가공하여 통전면적이 작게 되도록 함.
• 통전면적이 가공초기와 달라져서 점차 증가하면 같은 크기의 전류를 흘려주어도 전류밀도가 감소하여 발열부족으로 인하여 강도부족이 됨.
• 전극팁의 소재, 형상을 일정하게 관리하는 것이 중요하며, 용접생산을 하면서도 드레싱을 적절하게 주어야 함.

 

※ 자동차에서 아연도금강판의 저항 용접시 전극의 손상은 매우 중요한 기술적 내용이다. 그 구체적 원인은 다음과 같다.

① 아연도금강판의 표면 아연층과 동 전극과의 합금화로 인한 저항증가

② 오랜 통전 시간

③ 과한 가압력에 의한 전극 마모

④ 높은 통전 전류로 인한 발열량 과대

⑤ 불안정한 전극 접촉상태