과제와 혁신: 스폿 용접기가 두께가 다른 재료를 용접할 때 발생하는 5가지 주요 어려움을 극복하는 방법

현대 자동차 제조, 항공우주, 전자 산업에서는 스폿 용접(저항 점용접, RSW)는 효율성과 신뢰성으로 인해 금속 접합에 중요한 기술이 되었습니다.

그러나 스폿 용접공이 두께가 다른 재료 조합에 직면하면 기술적 과제가 더욱 커집니다. 두꺼운 시트가 충분히 융합되는 동안 얇은 시트가 타지 않도록 하는 것이 스폿 용접 공정의 품질을 평가하는 데 중요합니다.

두께가 다른 용접 재료의 근본적인 문제는 열 분포의 심각한 불균형에 있습니다.

줄의 법칙($Q=I^2Rt$)에 따르면 용접 열은 전류, 저항 및 시간의 제곱에 정비례합니다. 두께가 다른 조합의 경우:

• 1. 열 집중: 얇은 시트는 상대적으로 저항이 낮지만 열 용량이 작기 때문에 열이 더 쉽게 축적되어 융점에 빠르게 도달하여 화상-이나 심한 압입이 발생합니다.
• 2. 션트 효과: 여러 지점이 용접되거나 공작물의 가장자리에 겹치는 부분이 있는 경우 전류는 저항이 가장 적은 경로를 선택합니다. 두께가 다른 재료에서는 전류가 의도한 용접 영역을 우회하여 이미 형성된 용접 또는 잘 접촉된 영역을 통과하여-실제 용접 영역에서 전류가 부족해 너겟 크기가 부적절하거나 융합이 불충분해질 수 있습니다.

최신 스폿 용접기는 정밀한 전류 제어를 통해 이러한 문제를 해결합니다.

• 1.다중-펄스 용접: 용접 공정은 예열, 용해, 단조 등 여러 단계로 구분됩니다. 이 기술은 예열을 위해 더 작은 전류 펄스를 사용하고, 용융을 위해 더 큰 전류 펄스를 사용하고, 마지막으로 냉각 제어를 위해 작은 템퍼링 전류를 사용합니다. 이는 얇은 시트의 열 축적과 두꺼운 시트의 열 침투의 균형을 효과적으로 유지합니다.
• 2. 전류 기울기 제어: 순간적으로 최대 전류를 인가하는 것이 아니라 설정된 시간에 걸쳐 전류가 점차 증가(상승)하고 감소(하강)합니다. 이는 스패터를 효과적으로 감소시키고 두꺼운 재료에 대해 더 긴 열 침투 시간을 제공하여 보다 균일한 온도 장을 달성합니다.

용접 너겟은 스폿 용접 접합 강도의 핵심입니다. 두께가 동일하지 않은 재료에서는 너겟 형성이 얇은 재료 쪽을 선호하는 경향이 있어 접합 강도가 비대칭이 됩니다.

이상적인 너겟은 두 시트에 균일하게 분포되어 적절한 크기에 도달해야 합니다. 산업 표준에서는 일반적으로 너겟 직경($D$)이 $4\\sqrt{t}$ ~ $5\\sqrt{t}$ 범위에 있어야 합니다(여기서 $t$는 더 얇은 시트의 두께(밀리미터)).

부등두께 용접에서는 얇은 판이 더 쉽게 용융 온도에 도달하기 때문에 너겟이 얇은 판 쪽으로 이동하여 다음과 같은 결과가 발생합니다.

• 과도한 얇은 시트 침투: 침투율이 80%를 초과하면 얇은 시트의 강도가 심각하게 약화되어 잠재적으로 번스루가 발생할 수 있습니다.-
• 불충분한 두꺼운 시트 침투: 20% 미만의 침투율은 융합이 불완전하여 접합 강도가 표준 이하임을 나타냅니다.

• 전극 힘 최적화: 전극 힘(압력)을 적절하게 높이면 접촉 저항의 안정성이 향상되고 전류가 인터페이스에 집중되는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 최적화된 압력은 얇은 시트의 변형을 더 잘 제어합니다.
• 정확한 용접 시간 제어: 용접 시간을 연장하면 두꺼운 시트의 용융 깊이를 높이는 데 도움이 되지만, 열-영향부(HAZ)가 확장되고 과도한 스패터가 발생하지 않도록 엄격하게 제어해야 합니다. 예를 들어, 0.8mm 및 1.4mm 강판을 용접할 때 일반적으로 1.4mm 강판의 충분한 용융 깊이를 보장하기 위해 더 긴 용접 시간이 사용됩니다.

스폿 용접 전극은 소모품이며 두께가 다른 재료를 용접할 때 마모 속도가 크게 빨라집니다.

• 높은 전류 밀도: 두꺼운 시트의 열 부족을 보상하기 위해 더 높은 용접 전류가 필요한 경우가 많으며, 이는 전극 팁에 더 높은 열 부하 및 전류 밀도를 직접적으로 노출시킵니다.
• 비-열 순환: 얇은 시트와 두꺼운 시트의 열 전달 속도가 다르기 때문에 전극 팁 양쪽에서-불균일한 열 순환이 발생하여 전극 재료의 연화 및 산화가 가속화됩니다.

전극 마모로 인해 접촉 면적이 증가하고 전류 밀도가 감소하여 너겟 품질에 영향을 미쳐 악순환이 발생합니다.

• 전극 재료 업그레이드: 전극의 내마모성과 연화 방지 온도를 향상시키기 위해 크롬 지르코늄 구리(CuCrZr)와 같은 고강도, 고{1}}전도성 재료를 널리 사용합니다.-
• 자동 전극 드레싱: 자동 전극 드레서를 도입하면 설정된 용접 횟수 또는 품질 모니터링 결과에 따라 전극 팁을 정밀하게 트리밍할 수 있습니다. 이는 전극 접촉 영역의 안정성을 보장하고 일정한 전류 밀도를 유지하며 장기적인-운영 비용을 크게 절감합니다.

두께가 다른 재료의 경우 매개변수 최적화를 위한 기존의 "시행{0}}및-오류" 방법은 비효율적이고 비용이 많이 듭니다.

스폿 용접에는 재료 두께 비율 및 표면 상태와 같은 여러 변수와 함께 세 가지 핵심 매개변수(전류, 시간, 압력)가 포함됩니다. 두께가 동일하지 않으면 이러한 변수 간의 결합 관계가 더욱 복잡해지며, 이는 허용 가능한 용접을 생성하는 매개변수 범위인 프로세스 창-이 매우 좁아지게 됩니다.

• 적응형 제어 시스템: 현대식 스폿 용접기에는{0}}용접 공정 중 전압, 전류, 전극 변위 등의 신호를 추적하는 실시간 모니터링 시스템이 장착되어 있습니다. 알고리즘은 용접 전류를 동적으로 조정하여 모든 용접에 대해 미리 설정된 에너지 입력이 달성되도록 하여 재료 두께나 표면 상태의 사소한 변동을 극복합니다.
• 매개변수 데이터베이스: 일반적인 두께 조합(예: 1.0mm+2.0mm)에 대한 재료별{0}}검증되고 검증된 표준화된 매개변수 데이터베이스를 구축하면 운영자가 직접 설정을 호출하여 최적화 프로세스를 현장 조정에서 데이터 관리로 전환할 수 있습니다.-

불균일한-열 응력 분포는 공작물 변형(뒤틀림)의 주요 원인입니다.

불균일 두께 용접에서는 박판 영역의 국부적 과열이 더욱 심해지고 냉각 속도도 빨라져 다음과 같은 결과가 발생합니다.

• 비균일-열 응력: 급속 냉각은 얇은 시트 영역에서 더 큰 수축 응력을 발생시킵니다.
• 잔류 응력 집중: 이-균일하지 않은 수축 응력은 용접 지점 주위에 잔류 응력을 집중시킵니다. 응력이 재료의 항복 강도를 초과하면 공작물의 거시적 변형이 발생합니다.

• 최적화된 용접 순서: 엇갈린 용접 패턴을 사용하거나 용접을 건너뛰면 인접한 지점이 계속 가열되는 것을 방지하여 작업물이 열을 발산할 수 있는 충분한 시간을 확보할 수 있습니다. 더 두껍거나 구조적으로 안정된 부분의 용접을 우선시하면 전체 변형을 제어하는 ​​데 도움이 됩니다.
• 정밀 고정 장치 및 위치 지정: 높은-강성과 높은-정밀 고정 장치를 사용하여 공작물의 위치를 ​​안정적으로 찾고 구속합니다. 고정 장치는 열 확산을 제어하고 용접 공정 중 변위 및 변형을 최소화하는 데 도움이 되는 우수한 열 방출 특성을 가져야 합니다.

결론: 도전에서 안정적인 연결로

두께가 다른 스폿 용접 재료의 핵심은 열 분포의 균형을 맞추고 정밀한 공정 제어를 달성하는 데 있습니다.

다중{0}}펄스 용접, 적응형 전류 제어, 자동화된 전극 드레싱 및 표준화된 매개변수 데이터베이스를 도입함으로써 현대 스폿 용접 기술은 이러한 과제를 효과적으로 해결했습니다.

제조업체는 과학적인 프로세스 관리와 고급 장비 구성을 통해 용접 품질과 접합 신뢰성을 크게 향상할 수 있을 뿐만 아니라 장기적인 운영 비용도 효과적으로 절감할 수 있습니다.-복잡한 제조 시나리오에서 효율적이고 안정적인 연결을 보장합니다.

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