점용접의 간격 변화에 의한 구조 강성 영향 평가 연구

김종현 아주대학교 산업대학원 2008 국내석사

저항 용접은 1877년(Elihu Thomson)에 의해 발견되었고, 그 이후로부터 판과 판을 연결하는 제조공정으로 매우 광범위하게 사용되었다. 저항 용접기의 대표적인 점용접(spot welding)이 최초로 실용화 된 것은 1900년 경 미국의 해머드(Hamad)에 의해 발명 되었다. 저항 점용접은 용접봉이나 플럭스를 사용하지 않고 용접부의 온도가 일반적으로 아아크 용접의 경우보다 낮고, 가열 시간도 짧으며, 가열부가 국부적이기 때문에 비교적 모재를 상하지 않고, 용접후의 변형이나 잔류응력이 상대적으로 작아 여러 분야에 걸쳐 많이 이용되고 있다. 또한 가압의 효과로 용접부의 기계적 성질의 개량 등을 기대할 수 있다. 특히 작업속도가 빠르기 때문에 대량생산이 용이하여 생산 산업 부분에 있어서 광범위하게 사용할 수 있으며, 특히 자동차 산업에서 점용접을 가장 많이 이용하고 있다. FEM 해석 과정에서 점용접 요소의 경우 세밀한 모델링 보다는 최대한 단순한 모델링이 선호된다. 이는 해석대상에 점용접 수가 매우 많고, 해석시간의 감소 등의 이유이다. 단순한 점용접 모델일지라도 실제와 유사한 거동을 나타내어야 한다. 이에 본 연구에서는 점용접 해석 모델링을 단순화 시키고, 점용접부의 메쉬를 재구성하지 않고 구조물에 대한 빔 요소를 구성하고, 변형율 속도를 적용하여 파단 강도 측면의 물성을 최대한 반영한 모델을 해석 하였다. 또한 완성된 점용접 모델을 이용하여 모자형상의 사각 기둥의 충돌 실험을 실시하고, 해석 결과를 비교하여 그 타당성을 검증하였다. 또한 기존 점용접 모델링을 통하여 점용접 모델을 검증 할 수 있었다. 최종적으로 점용접 등 간격의 해석으로 용접 위치의 최적화와 용접 수를 줄이면서도 구조물의 강도에 대하여 알 수 있었다. 또한 등 간격의 모델링을 통하여 용접 수 감소와 강성 향상에 효과를 알 수 있었다. Resistance welding was first found by Elihu Thomson in 1877 and from then it was used extensively in manufacturing process about connecting two plates. One of the representative Resistance welding type, Spot welding, was first commercialized in 1900 by Hamad, USA. Resistance welding is used usefully because no welding rod or flux is used for the process, welding point temperature is low compared to Arc welding, heating time is short, lessly damage the parent material, and finally deformation and residual stress data is low, relatively.Also, because of the pressurization effect, we can expect improvement of mechanical qualities of the welding parts. This technique can be used in various fields of industry because of rapid operation speed that can make mass production possible. Especially it is useful in motor industry. For the spot welding component, it is effective to use simple modeling rather than complicated one, in FEM analysis process because of the numerous number of spots and the reduction of analysis time. Even a simple modeling has to show similar movements compared to actual motion. Therefore, this research(study) provide with simplification of spot welding analysis modeling, beam component composition of structure without re-compositing the spot welding point mesh, and model analysis which property of fracture strength is reflected. And also using complete spot welding model, experimented rectangular post shape(hat shape) impact test and compared the results, vertificated the validity. As a result, using analysis of welding point distance, was possible to reduce welding points and optimize the welding position, recognizing the strength of structure, and also, by using equal distance model, was able to recognize the effect of welding point reduction and improvement of stiffness.

용접점 파단을 기초로 한 점용접부 최적설계 방법 연구

류시옥 서강대학교 대학원 1999 국내석사

점용접은 다른 판재조립방법에 비해 경량화·자동화가 용이하고, 작업속도가 빨라서 대량·자동생산에 쉽게 적용할 수 있다. 이와 같은 장점으로 너겟 주위의 결함으로 인한 낮은 피로강도에도 불구하고 자동차, 항공기 등 여러 곳에 사용되고 있다. 전체 구조물에서 점용접이 차지하는 비중이 증가함에 따라 점용접에 대한 연구가 지난 수 십 년간 진행되어 오고 있다. 지금까지 수행된 대부분의 점용접 연구는 용접점 한 개에 대한 점용접의 강도, 피로특성 연구이다. 최근 컴퓨터의 발달로 유한요소법을 이용한 점용접의 파단강도, 피로수명 예측, 파단모델 개발 등의 연구도 진행되고 있다. 점용접에 대한 많은 연구가 진행되고 있지만 점용접부 설계에서 용접점을 어느 곳에 위치시켜야 하는지는 실험을 통하여 구한 용접점간 최소 허용 거리, 판재 끝에서의 거리 등의 기준을 바탕으로 기술자가 결정하는 방법을 사용하고 있다. 따라서 모든 용접점에 하중이 균일하게 분산되지 않고 하중이 집중되는 용접점이 먼저 파단되어 전체 점용접부가 쉽게 파단된다. 따라서 가장 큰 외부하중에 견딜 수 있는 점용접부의 정량적인 설계가 필요하다. 본 논문에서는 용접점의 위치를 설계변수로 하여 모든 용접점에 하중을 균일하게 분산시키고, 각 하중의 크기를 최소화함으로써 가장 큰 외부하중에 견딜 수 있는 점용접부 최적설계 방법을 연구하였다. 이를 위해 점용접의 파단을 정량화할 수 있는 안전계수를 설정하고, 모든 용접점에 하중을 골고루 분산시키기 위해 각 용접점의 안전계수의 표준편차가 최소가 되어야 하며, 용접점에 작용하는 하중을 최소화하기 위해 안전계수의 평균이 최대가 되어야 하는 최적의 점용접부를 정의하였다. 안전계수를 이용해 정의된 최적의 점용접부에 부합하는 3가지 목적함수와, Quasi Newton과 Conjugate Gradient 등 2개의 최적화 알고리듬을 조합하여 6가지 점용접부 최적설계 방법을 제안하였다. 제안된 방법들을 가상적인 단순 겹침 용접부 모델에 적용한 후 결과를 비교하여 가장 응답성이 좋은 방법을 선정하였다. 선정된 방법을 자동차의 사이드 임팩트 바 브라킷의 용접부 최적설계에 적용하여 유용성을 검증하였다. Spot welding plays a key role in increasing productivity and weight reduction of the final products. Therefore, spot welding has been widely used in fabrication of sheet metal such as automobiles and aircraft despite of its low fatigue strength. Because of the importance of spot welding in whole structures, many investigations about spot welding have been carried out over several decades. Most of studies have focused on strength and fatigue characteristics of single spot-welded joint. More recently, many researchers have studied on predicting rupture strength and fatigue life of spot-welded joint and development of failure criteria using finite element analysis. In design of spot-welded joints, the layout of spot-weld points is determined by experts based on criteria of pitch, edge distance and joint overlap. In this layout, spot-welded joints that carry high load tend to fail first because loads are not evenly distributed on all spot-weld points. This observation leads to the systematic design methodology for layout of spot-weld points. The main objective of this paper is to acquire an optimal design methodology of spot welded joints enduring maximum loads. The design variables are locations of spot-weld points. The safety factor of spot-welded joint is defined for quantifying the failure of spot welds. The optimal state of the spot weld joints is postulated as (ⅰ) the transmitted forces by the joint are evenly distributed, and (ⅱ) the safety factors based on rupture for each spot weld should be maximized. Several objective functions and optimization algorithms to achieve this optimal state are selected and tested via numerical examples. Effective combination of objective function and solution algorithm is determined by the numerical performance and efficiency of different cases. Effective methods are applied to a bracket of side impact bar.

異種金屬(SCP1 과 STS304)판재의 點熔接 條件에 따른 機械的 特性에 관한 硏究

박재정 서울産業大學校 産業大學院 2003 국내석사

본 연구는 최근 산업전반에 다양하게 확산되고 있는 점 용접 기술에 대하여, 동일금속에서는 많은 활용과 연구되어 왔으나 이종금속에 대해서는 아주 미미한 실정임을 감안하여, 이종금속인 냉연강판(SCP1), 스테인리스강판(STS304) 두 판재(Plate)의 점 용접(Spot welding)에 있어서, 저항용접(Resistance welding)의 3대 요소인 통전시간, 가압력, 용접전류의 값을 변화시켜 외관 및 조직검사, 경도실험, 인장강도실험, 피로실험 등의 기계적 실험을 통하여 최적 용접 조건과 피로한도를 구하는데 있다. 현재 점 용접은 박판 구조물과 자동차, 전동차, 가전제품 외란 및 구조물 등에도 광범위하게 응용되고 있으며, 특히 전동차 및 대형버스의 유상하중을 증가시킬 목적으로 경량화 및 비용의 절감을 위한 연구의 필요성이 대두되고 있다. 이러한 이유로 스테인리스 금속에 비하여 비중이 낮은 냉연강판과 스테인리스 강판의 이종금속에 대한 용접특성의 연구가 요구되고 있다. 그러나 냉연강판과 스테인리스 강판은 두 재료가 용융 온도가 다르고 조직상호간에 구조효과가 동종 금속보다는 훨씬 복잡한 관계를 가지고 있어, 점 용접시 용접전류, 적정한 시간 제어, 용접중의 전류변화에 대응한 가 압력 제어가 이종금속을 점 용접하는데 중요한 요소로 작용한다. 본 연구의 실험에 사용된 점 용접 조건은 통전시간을 10 Cycle로 고정하고 가압력은 200, 250, 300, 350, 400, 450㎏f 로 용접전류는 4.5kA에서 9.5kA까지 1kA 간격으로 하였다. 실험은 외관검사, 조직검사, 경도실험, 인장강도실험과 반복 편진 인장 피로실험을 실시하였다. 실험결과 이종금속(SCP1과STS304) 판재의 최적 점 용접 조건은 통전시간 10 cycle, 가압력 300㎏f, 용접전류 6.5kA이었으며, 이 조건에서의 피로한도는 10^(7)cycle에서 25.01MPa이었다. 용접전류 7.5kA 이상에서는 내부 및 외부 비산이 관찰되었으며, 용접전류가 커질수록 너깃 지름은 증가하고 너깃 두께는 상대적으로 감소하였다. 점용접부의 조직을 관찰한 결과 모재에 비하여 너깃부는 매우 미세한 조직을 갖고 있었으며 경도는 최대 H_(v)=439.1까지 나타났다. 이러한 경화로 인하여 인장 실험과 반복 편진 인장 피로 실험시 파단은 너깃의 경계부에서 일어났다. 또한 인장 실험결과 용접부의 파괴형태는 테어파괴, 버튼파괴 및 전단파괴의 3가지 파괴모드가 관찰되었고, 전단파괴의 경우 파괴강도가 낮았고 테어파괴의 경우 파괴강도가 가장 높음을 확인할 수 있었다. 인장 강도는 가압력 300㎏f,, 용접전류 6.5kA에서 302MPa로 최대치를 나타내었다. 본 연구에서 가압력과 용접전류가 높을수록 인장강도 및 경도값이 낮아지고, 너깃 지름은 증가하고 두께는 감소하였다. 따라서 적정한 가압력과 용접전류가 이종금속 점 용접 성능을 좌우하는 것으로 결론지을 수 있었다. In this study it is experimented t o find out the Mechanical Characteristics and the fatigue limit for spot welding of dissimilar metals(SCP1 and STS304) plate by varying the welding time, the force and current limit which are basic three factors of the resistance welding. The spot welding condition is that the welding force is 200kgf. 250kgf. 300kgf. 350kgf. 400kgf. 450kgf and the welding current is varied form 4.5㎄ to 9.5㎄ spaced by 1㎄ with the welding time fixed 10 cycle. As a result of this experiment, it is found out the Mechanical Characteristics for dissimilar metals (SCP1 and STS304) plate is that the welding time is 10 cycle, the welding force is 300kgf and the welding current is 6.5㎄. and the fatigue limit a t the above condition is 25.01㎫ by the experiment at 10^(7) cycle. It is observed that the inside and outside scattering occur, and as the welding current increases, the nugget diameter increases while the nugget diameter decreases. After observing the structure of the spot welding zone, it is found out the nugget zone has very fine structure and the hardness is increased compared neighbor of the nugget during the tensile test and tensile and tensile fatigue test (R = 0.1) Also, the tear failure, the intermediate failure, the shear failure are observed in the failure form of welding part by the tensile test. It is proved that the failure strength for the shear failure is the lowest value while the highest value for the tear failure form the experiment. The tensile strength is maximum(302㎫) when the welding force is 300kgf and the welding current is 6.5㎄

點熔接 面積比와 位置變化가 두 四角平板의 挫屈應力에 미치는 影響

이현철 東亞大學校 大學院 1999 국내석사

사각 평판을 이용한 산업구조물을 사용하는 산업은 항공기, 자동차, 철도 차량, 선박 등이 있고, 취급성과 성형성이 매우 우수하여 구조물 설계시에 필수적인 요소이다. 따라서 평판에 관한 연구가 국내외적으로 여러 공학자들에 의해 다양한 각도로 이루어져 왔다. 실제로 설계 시에 파괴양식 평가 및 재료거동의 이해가 이루어진 후 형상과 재질이 선택되고, 그 다음에 응력 및 변형해식에 의해서 최종적으로 설계가 수행된다. 평판구조물에서 가장 큰 문제는 좌굴(buckling)에 의한 안정성(stability)의 문제로 좌굴강도(buckling strength)에 관한 연구가 수행되고 있으며, 박판의 좌굴강도는 항복강도 보다 작기 때문에 보강재를 사용하여 좌굴강도를 증가시켜야 한다. 이 때 보강재와 평판을 전면적으로 용접할 수 없으므로 점용접(spot welding)을 사용하게 되지만 점용접 접합부에 관한 연구는 전무한 실정이다. 실재로 점용접 접합부는 경험적인 판단에 의해 설계가 이루어져 비효율적이고, 좌굴붕괴사고의 위험성도 크다고 할 수 있다. 본 연구에서는 평판의 좌굴강도에 영향을 미치는 여러 설계 파라메타 중에 세 가지 즉, 점용접 면적비, 점용접 거리비 및 점용접 상대위치를 설계 파라메타로 선택하여 압축 및 진단하중이 작용할 때 평판의 임계응력에 미치는 영향에 관한 연구를 수행한 결과를 요약해보면 다음과 같다. 1. 점용접 면적비가 변화함에 따른 임계하중(critical load)과 응력비의 변화를 살펴본 결과 응력비와 면적비는 선형적인 관계가 아님을 알 수 있었고, 최소자승법(least-squares method)을 사용해 표준편차가 매우 미소한 4차 다항식의 근사식으로 표현하였으므로 실제로 필요한 좌굴강도에 대한 점용접 면적비 선택을 용이하게 하였다. 2. 점대칭 형태로 용접될 때 거리비 변화에 따른 임계응력의 변화를 살펴보면 압축의 경우 case Ⅰ, case Ⅱ는 e=0.5에, case Ⅲ은 e=0.7에 점용접될 때 최대의 보강효과를 가지고, 전단의 경우 case Ⅰ, case Ⅱ는 e=0.3에 case Ⅲ은 e=0.5에 점용접될 때 최대의 보강효과를 가진다. 또한, 거리비 변화에 따른 최소임계응력에 대한 최대임계응력의 증가율은 전체적으로 형상비가 작아질수록 커졌다. 3. 점용접이 점대칭이 아닌 경우에 점용접 상대위치에 대한 치수최적설계(size optimization)를 추행한 결과 압축의 경우 r≤1, model Ⅰ, model Ⅱ에서 길이방향 및 폭방향 상대위치는 분할영역 중앙점 부근에 위치시키고, 분할 경계선에 대해서 대칭적으로 배열할 때 보강효과가 가장 크며, model Ⅲ에서 길이방향 및 폭방향 상대위치는 중앙 부근에 위치시키고, 그 형태는 v자로 위치시키는 것이 가장 보강효과가 켰다. r 1인 경우도 유사한 결과를 얻었으며, 전단의 경우도 압축과 유사한 경향을 보였다. 전체적으로 압축보다 전단의 경우에 최적점용접위치가 각 영역의 중앙부에 더욱 가깝게 위치하고 있었다. 또한, 분할영역의 중앙점 보다 최적의 점용접점에서 압축임계하중 증가율은 최고 17.7% 증가하였고, 전단임계하중의 증가율은 최고 37% 증가했다. Industrial structures, which are made of plates, are aircraft, auto mobiles. trains and ships, etc., and the plates are so easy to treat and form that they may be essential to design Therefore, the study of plates have been performed by lots of engineers from all directions. Practically, in order to design, fracture modes were analyzed and behavior of materials were understood, and then forms and materials were chosen After these, design was performed by analysing stress and strain The stability of a plate structure is very crucial problem which results buckling Therefore, studies on buckling strength have been performed a lot Because the buckling strength of thin plates is lower than the yield strength of the matenal. reinforcement material must he used to increase the buckling strength I n this case. because to weld reinforcement plates and rectangular plates was impossible, spot welding was used, however, the study on spot welded joints have not been performed so far The spot welded joints are practically designed by experimental decisions. so it is inefficient and has the risks of buckling demolition In this study, three parameters such as area ratio. distance ratio and relative location of spot welding which can have influence on the buckling strength should be chosen, then the result of the study on the effect of three parameters on the critical stress under compressive and shearing load are as followed 1 The relations of stress ratio and area ratio were not linear when investigating the change of critical load and stress ratio according to the change of spot welded area ratio Practically, in order to choose the needed area ratio of spot welding about buckling strength easily, forth order polynomial expression which has standard deviations close to zero is expressed by using the least-squares method 2. In welding of point symmetry, in changing of critical stress according to the changes of distance under compression, CaseⅠ, CaseⅡ have e=0.5, and CaseⅢ has e=O.7, in these distance ratios, maximum reinforcement effectives were occurred. Also, the increase ratio of the maximum critical stress according to the minimum critical stress was gradually increased while aspect ratio was decreased. 3. In welding of point asymmetry, the maximized reinforcement effect relative location of spot welding under compression were that on the condition of r≤l, in modelⅠ, modelⅡ, relative locations of longitudinal and transverse directions were around the center of each available region, relative locations of model Ⅱ were symmetrically according to boundary line of separated regions, in model Ⅲ, relative locations of longitudinal and transverse directions were around the center and the shape of the locations was arrayed like Ⅴ, that on the condition of r≥l, the results were similar to the above. And the case of shearing was similar to compression, too Conclusions are that on the condition of shearing, the most efficient relative locations of spot welding were closer to the center of each available region than compression, that on the most efficient relative locations of spot welding compared with the center of separated regions, compressive critical load was increased to 17.7%, and shearing critical load was increased to 37%

점용접시편의 과부하해석 및 유효 J-적분에 의한 피로수명예측

최진용 서강대학교 대학원 2000 국내석사

점용접은 용접과정의 자동화에 따른 높은 생산성과 확보된 용접질이 주는 내구성으로 인해, 자동차 차체는 물론 차량내 주요 판형부품들, 그리고 철도차량과 가전제품 등의 구조용 압연강판들의 체결방법으로 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 점용접 판형 구조물들의 건전성 평가나 충돌해석에 있어, 점용접점의 역학적 거동에 대한 이해는 판재자체의 역학적 거동에 대한 지식과 더불어 중요한 의미를 갖는다. 점용접시편의 파단예측은 용접부의 국부대변형 및 열영향에 의한 재료경화 등으로 인해 고체역학에서도 매우 난해한 문제로 알려져 있다. 또한 두 판재를 연결한 용접점이 기하학적 특이부로 작용하는 외부균열형태이기 때문에, 엄격한 의미에서의 파괴역학으로 문제에 접근할 필요가 있다. 점용접의 파단해석은 크게 용접부에 작용하는 극한하중에 의한 준정적 순간파단해석과 임계하중의 일부에 해당하는 저하중의 반복작용에 의한 피로파단해석으로 구분할 수 있다. 준정적 파단해석에서 가장 중요한 것은 임계하중을 용접조건과 판재두께나 너�레腑�등의 기하변수들의 항으로 나타내는 것이다. 즉 과도하중 파단해석은 파단조건 정량화 및 그에 따른 파단조건식을 제시함으로써 거시적인 접근방법을 구현화시키는 중요한 의미를 갖는다. 한편 순간파단해석에 비해 보다 기본적인 설계자료들을 제공하는 피로파단은 과도하중에 의한 준정적 순간파단과는 달리 광범위한 하중상태에서 수많은 반복하중에 의해 발생하므로, 피로파단예측은 과도하중 파단해석보다 훨씬 많은 시간과 노력을 요구한다. 그러나 일단 이와 같은 피로실험 데이터가 확보되면, 피로파단예측도 하중형태와 기하형상의 복합영향을 포괄적으로 설명하는 균열선단 지배변수에 의해 시도될 수 있다는 점에서 순간파단 예측과 맥을 같이 한다. 본 연구에서는 4가지 점용접시편들에 대한 준정적 순간파단실험을 통해 얻은 하중-변위관계를 기준으로 하여, 실제 역학적 거동을 반영하는 유한요소모델들을 구축하였다. 이때 너�럽棅涌�대한 미소경도측정을 통해 열영향부의 비균질 재료특성을 해석모델에 반영하였다. 또한 피로파단실험에서 얻은 하중-피로수명관계를 각 모우드별 J_Ⅰ, J_Ⅱ, J_Ⅲ의 함수형태로 주어지는 J_e의 항으로 재구성하여 시편들의 하중방식과 기하형상에 대해 일반화된 피로수명예측식을 제시한다. 한편 단점용접시편들에 대한 피로해석을 통해 얻은 피로수명예측식을 다점으로 체결된 구조물에 적용해 그 유용성을 검증한다. 점용접은 실제 경우 다점용접의 형태로 사용되지만, 다점용접의 피로강도는 종국적으로 분담하중을 받는 각 단점용접들의 피로강도에 의해 결정되므로 본 연구를 통해 재구성된 단점용접시편의 하중-피로수명관계는 다점용접으로 체결된 구조전체의 피로강도를 설명하는 기본단위가 된다는 점에서 그 중요한 의미를 갖는다. Due to its high productivity from automation and established durability, spot-welding is widely used for joining structural sheets of autobodies, panel-type auto parts, railroad carriages and home appliances. It is essential to understand the mechanical behaviors of welded spot as well as panel structure itself to the integrity assessment and crashworthy analysis of spot-welded structures. As a result of local large deformation and thermal hardening, failure prediction of spot weld is known as one of the tough problems in solid mechanics. Further, since a welding spot is an external crack type of singular geometry, the problem should be approached via fracture mechanics of strict sense. Failure analysis of spot weld is largely divided into quasi-static overload analysis and fatigue analysis. The key issue in an overload analysis is to present critical loads in terms of material properties and geometrical variables such as panel thickness and nugget diameter. In other words, by providing failure criterion, overload analysis carries an important meaning of realizing the macroscopic approach. Meanwhile, fatigue analysis which provides more fundamental design data requires much more time and efforts, since fatigue failure occurs through numerously repeated loading of wide ranges in magnitude and type. However, if the experimental data of fatigue are once obtained, fatigue analysis shares the same vein with overload analysis in the sense that fatigue failure can be also predicted in terms of crack-tip governing parameters which inclusively describe the effects of loading type and geometry. In this study, we first express the overloads of 4 types of single spot-welded specimens in terms of geometry and material properties. Based on the experimental load-deflection curves, we then establish the finite element models reflecting the actual specimen behaviors. In particular, we incorporate the material inhomogeneities into the finite element models. we introduce another effective parameter J_e composed of, J_Ⅰ, J_Ⅱ, J_Ⅲ, which has been demonstrated here to more sharply define the relationships between load and fatigue life of 4 types of spot-welded specimens. These crack driving parameters describe the effects of loading type and geometry in a comprehensive manner as mentioned above. And applied to the form of multi-spots, it is proved the usefulness of the predictive relationship for a single spot weld. Although spot welds are generally used in the form of multi-spots, the fatigue strength of multi-spots is eventually determined by the fatigue strength of each single spot. Therefore the predictive relationship for a single spot weld in this study plays a leading role in the design and assessment of spot-welded panel structures.

연강판의 점용접 간격에 따른 기계적 성질 분석

임재민 한국교원대학교 대학원 2004 국내석사

이 연구는 냉간 압연 강판(KS D 3512)의 점용접에서 모재의 폭과 점용접 전류의 변화에 따른 최적의 점용접 간격을 알아보기 위한 것이다. 연구의 목적을 달성하기 위하여 두께가 0.5mm인 SPCC를 재료로 모재의 폭을 30mm, 40mm 및 50mm로 하고, 점용접 전류를 6 [kA], 7 [kA] 및 8 [kA]로 변화시켜 점용접 간격이 10mm, 20mm 및 30mm가 되도록 시험편을 제작하였다. 그리고 만능 시험기로 인장 시험을 하여 인장 강도, 항복점 및 연신율을 측정하였다. 이 연구에서 얻은 결과를 요약하면 다음과 같다. ⑴ 모재의 폭이 30mm이고 점용접 전류가 동일한 시험편의 인장 시험 결과 점용접 간격이 10mm 일 때 보다 점용접 간격이 20mm 일 때 인장 강도가 0.58∼34.91 (N/㎟) 정도 향상되었다. ⑵ 모재의 폭이 40mm이고 점용접 전류가 동일한 시험편의 인장 시험 결과 점용접 간격이 10mm, 30mm 일 때 보다 점용접 간격이 20mm 일 때 인장 강도가 7.45∼22.55 (N/㎟) 정도 향상되었다. ⑶ 모재의 폭이 50mm이고 점용접 전류가 동일한 시험편의 인장 시험 결과 점용접 간격이 20mm 일 때가 점용접 간격이 10mm, 30mm 일 때 보다 인장 강도가 5.98∼19.42 (N/㎟) 정도 향상되었다. ⑷ 모재의 폭 및 점용접 간격이 동일한 시험편의 인장 시험 결과 점용접 전류가 8 [kA] 일 때의 인장 강도가 점용접 전류가 6 [kA], 7 [kA] 일 때의 인장 강도보다 31.19∼65.51 (N/㎟) 정도 향상되었다. ⑸ 이 시험에서 항복점 및 연신율의 변화는 전반적으로 불규칙하였다. 이러한 현상은 용접 환경에 따른 점용접부의 열영향으로 사려된다. ⑹ 이 시험 결과 냉간 압연 강판 점용접부의 우수한 인장 강도를 얻기 위한 적정한 점용접 조건은 점용접 전류 8 [kA] 부근에서 점용접 간격 20mm 정도가 가장 적절한 것으로 나타났다. The purpose of this paper is to find out the spot welding pitch as the width of basic metal and spot welding current change in spot welding on Cold Rolled Carbon Steel plate (KS D 3512). For this, among the Cold Rolled Carbon Steel plates with 0.5mm in width, SPCC is chosen as a material. By spot welding it to make spot welding pitch 10mm, 20mm, and 30mm as the current changes like 6 [kA], 7 [kA] and 8 [kA] with the basic metal 30mm, 40mm, and 50mm in width, specimen is manufactured. Furthermore, tensile strength, yielding point, and elongation are measured by Universal Testing Machine (UTM). The results of this study can be summarized as follows: (1) Tensile test on specimen with the basic metal (30mm in width) and same spot welding current has revealed that tensile strength has been enhanced by 0.58∼34.91(N/㎟) when the spot welding pitch was 20mm, compared to that when it was 10mm. (2) Tensile test on specimen with the basic metal (40mm in width) and same spot welding current has revealed that tensile strength has been enhanced by 7.45∼22.55(N/㎟) when the spot welding pitch was 20mm, compared to that when it was 10mm or 30mm. (3) Tensile test on specimen with the basic metal (50mm in width) and same spot welding current has revealed that tensile strength has been enhanced by 5.98∼19.42(N/㎟) when the spot welding pitch was 20mm, compared to that when it was 10mm or 30mm. (4) Tensile test on specimen with the same basic metal in width and same spot pitch has revealed that that tensile strength has been enhanced by 31.19∼65.51(N/㎟) when the spot welding current was 8 [kA], compared to that when it was 6 [kA] or 7 [kA]. (5) From the test above, its concluded that yielding point and elongation have changed in an irregular pattern. The reason why this occurs is presumed that spot welding area is greatly affected by heating. (6) Its also concluded that the optimal spot welding pitch is approximately 20mm with 8 [kA] to obtain excellent tensile strength around Cold Rolled Carbon Steel plate-spot welding area.

車體 薄板 構造物의 點鎔接部 耐 久力 補强 및 評價에 關한 硏究

정원욱 부산대학교 대학원 1998 국내박사

Automakers build hundreds of prototype vehicles in order to test performance and durability of new cars. Some vehicles are used to test structural durability on proving ground. In case of fatigue failure of a prototype vehicle structure during durability test, the vehicle design engineer investigates the failure area in a view of structural durability strength and makes modification to improve its structural strength. Nearly 70% of failure occurs around the spot welded area, so it is necessary to make an analysis of fatigue life characteristics on spot welded area. Ch.1 includes overview of dissertation and presents the background and direction of studies. Ch2. of this thesis includes an analysis of spot weld and plug weld characteristics in a view of durability. Fatigue and tensile tests are performed as well as microstructure investigation for the purpose of estimating the strength of welded joints by using spot welded and CO₂plug welded specimens. Strain history, fatigue failure characteristics due to the load range and direction, and phase transformation due to the proceeding of fatigue test was presented. In CO₂plug welded tensile shear specimens, the main factor effecting on tensile strength and fatigue life is the nugget diameter of welding. Interface gap of plates, however, gives influence in fatigue strength when the gap is wider than 0.3mm. In L-type tension specimens, the tensile strength of spot welded specimens is superior to that of CO₂Ф6 plug welded specimens, while the fatigue strength in high cycle range shows an opposite trend. The heat affected zone of CO₂plug welded specimen is much larger than that of spot welded specimen, which increase fatigue strength of high cycle range in L-type tension specimens. Partial reinforcement method to the fatigue failed spot welded area without building a new prototype car by applying an appropriate gas metal arc plug welding is suggested in fabricating automobile body at Ch.6 It is most common to weld two layer sheet plates together, but the fabrication limitation requires multi-layer spot welding of three or four layers over lapping. In welding the multi-layer sheets, it is more difficult to achieve adequate welding conditions. The appropriate conditions of multi-layer spot welding are studied by analyzing static strength and fatigue life. A methodology has been developed based on static and fatigue test results for converting multi-layer spot welding to that of twofold layer with equal strength. Also requirements on minimum strength and fatigue life are suggested according to the sheet conditions. The tensile and fatigue characteristics of aluminum spot weld were also included in a view of comparing with steel spot weld. And the hardness distribution was contrary to that of steel spot weld. There are several loading factors of spot or plug weld according to driving conditions and characteristic of each vehicle driver. Automaker produces vehicle strong enough to satisfy the several driving conditions in a view of vehicle durability around spot weld. In order to develop a car in a short period, automaker engineer tests vehicle at several accelerated durability test roads. Before testing the vehicle durabling of spot weld area, test engineer must know how much the test road is severe comparing with general field road which is composed of high way, city road, paved road, and unpaved road. Two test methods on road severity that is using relative and absolute fatigue life predictions are suggested, and the merits and demerits of two methods are also presented. By the results, appropriate durability test mode of passenger car around spot weld can be set.

AE법에 의한 저항 점용접부의 품질평가에 대한 연구

조대희 인천대학교 교육대학원 2006 국내석사

AE를 이용한 점용접의 결함 검출에 관한 연구

어강선 仁川大學校 産業大學院 2000 국내석사

차량 구조물의 진동 특성을 고려한 점용접부의 주파수영역 피로해석

이혁재 國民大學校 自動車工學專門大學院 2004 국내석사

차량에서 발생하는 피로 손상 중 대부분이 점용접부에서 발생한다. 차량의 기대수명이 다하기 전에 점용접이 파손되면 소음과 진동이 발생하여 승차감이 떨어지게 된다. 점용접의 수명을 초기 설계 단계에서 예측한다면, 차량의 안정성 및 비용을 최소화 할 수 있을 것이다. 따라서 점용접을 고려한 피로 평가 방법은 더욱 중요한 방법론이라고 할 수 있다. 지금까지 점용접부의 피로해석 방법은 시간영역에서 사용되어 왔다. 그러나 점용접을 사용하는 차체 프레임 등의 고유진동수는 노면으로부터 입력되는 동하중의 주파수 범위 내에 포함되므로, 구조물의 진동 특성을 고려하여 피로해석을 수행하여야 한다. 점용접부의 시간영역 피로해석 기법은 구조물의 진동 특성이 피로에 미치는 영향을 고려할 수는 있으나 구조물의 변형을 포함하고 하중을 추가로 고려하는 과정이 복잡하여 피로 해석의 효율성이 저하된다. 반면 주파수영역 피로해석 방법은 구조물의 연결부에 작용하는 동하중만으로도 구조물의 공진 효과를 고려할 수 있다. 따라서 본 논문에서 제안한 방법은 기존의 용접부의 시간영역 피로해석 방법과 박판 구조물의 주파수영역 피로해석 방법을 연계하여 개발하였다. 기존의 방법과 제안된 방법의 해석절차로서 두 가지 해석 방법 모두 공통적으로 유연다물체 동역학 해석을 수행하여 서브프레임에 작용하는 동하중을 계산하고, 선형중첩의 원리를 이용해서 용접부의 동하중을 계산한 후, 용접부의 등가응력을 구하였다. 두 가지 피로해석 방법의 결과를 비교해보면 점용접을 시간영역에서 피로해석 한 경우보다 주파수영역에서 피로 해석을 실시한 경우에 피로 손상률이 높게 계산되었다. 이는 벨지안로를 통과 하는 경우와 같이 차량이 불규칙한 도로를 주행할 때 차량 시스템에 가해지는 하중이력이 구조물의 진동 특성에 근접하면 진동 특성이 피로수명에 심각한 영향을 미치기 때문이다. 그러므로 동하중 주파수가 공진 영역에 존재할 때에는 구조물의 공진 효과를 고려한 피로해석이 요구된다. 제안된 방법의 해석과정에서 구조물의 작용하는 동하중은 ADAMS를 이용한 유연다물체 동역학 해석을 실행해서 계산하고, 점용접의 모델링과 이에 대한 구조해석은 유한요소해석 코드인 MSC/NASTRAN의 해석 모듈을 사용하였으며, 점용접 부의의 진동 특성을 고려한 피로해석을 실행하기에 앞서 점용접부에 작용하는 등가 응력과 주 응력의 주파수 응답은 제안된 알고리듬을 이용하여 계산하였다. 피로 손상률은 MSC/Fatigue를 이용하여 계산하였다. In this paper, the fatigue analysis technique on frequency domain is proposed for the fatigue life assessment of spot welds considering vibration effect of a vehicle structure. In the fatigue analysis technique, the frequency response and the dynamic load on frequency domain are used. Mult-body dynamic analysis, finite element analysis and fatigue life prediction method are applied for the fatigue life assessment of spot welds. To obtain the dynamic load history, the computer simulations running on the typical Belgian road are carried out by using vehicle dynamic model. To get the frequency response, the frequency response analysis is performed. The fatigue life estimations on the spot welds of the vehicle subframe are performed by using the vibration fatigue analysis technique and compared with the time domain fatigue analysis technique. The study shows that the fatigue life considering vibration character of the subframe can be predicted more effectively than the time domain fatigue analysis method.