저항 점용접 기술 분석 및 최근 연구 동향

1. 요약

• 이 리포트는 저항 점용접의 기술적 원리부터 품질 평가 방법, 그리고 최근 연구 동향까지 종합적으로 분석합니다. 저항 점용접은 주로 자동차 산업에서 널리 사용되는 기술로, 두 금속 부품을 전기 저항을 이용해 접합합니다. 리포트는 저항 점용접의 기본 원리와 과정을 설명하며, 용접 품질 평가 기준으로 인장 전단 강도와 너겟 직경을 다룹니다. 또한, 인공신경망을 이용한 너겟 직경 예측 연구와 자동차 산업에서의 이종소재 접합 기술을 포함한 최신 연구 동향을 제시합니다.

2. 저항 점용접의 원리와 과정

• 2-1. 저항 점용접의 정의

• 저항 점용접은 두 개의 금속 부품을 전기 저항을 이용하여 접합하는 기술로, 주로 자동차와 같은 대량 생산 산업에서 사용됩니다. 이 공정은 주로 짧은 시간에 높은 온도로 금속을 가열하여 결합하는 방식으로, 전극의 압력을 적용하여 용접이 이루어집니다.

• 2-2. 저항 점용접의 기본 원리

• 저항 점용접의 기본 원리는 전기 저항입니다. 전류가 흐를 때 저항이 있는 부분에서 열이 발생하며, 이 열이 접합하고자 하는 금속의 경계면에 집중되면서 금속이 녹아 붙는 원리로 작동합니다. 주로 고온에서 금속이 융합되어 강한 결합을 형성하게 됩니다.

• 2-3. 저항 점용접 과정

• 저항 점용접 과정은 다음과 같습니다. 첫째, 전극이 금속 부품에 접촉하고 전류가 흐르기 시작합니다. 둘째, 이때 발생하는 열로 인해 금속이 녹으면서 서로 결합됩니다. 셋째, 전류가 차단되면 금속이 다시 냉각되면서 강한 결합이 이루어지게 됩니다. 이 과정은 신속하게 진행되며, 용접 품질은 전류의 세기, 시간, 전극의 압력에 따라 달라질 수 있습니다.

3. 저항 점용접의 품질 평가 기준

• 3-1. 인장 전단 강도

• 저항 점용접의 품질 평가는 인장 전단 강도를 통해 이루어집니다. 인장 전단 강도는 정적 인장시험을 통해 최대하중을 측정하여 용접의 품질을 판단하는 기준이 됩니다. 이 품질 지표는 저항 점용접이 얼마나 안정적으로 결합되었는지를 나타내며, 용접부의 강도와 신뢰성을 보장하는 중요한 요소입니다.

• 3-2. 너겟 직경

• 너겟 직경은 저항 점용접에서 용접 품질을 판단하는 또 다른 중요한 기준입니다. 품질 평가를 위해 용접부의 중심을 기준으로 단면을 절단한 후, 이를 연마 및 부식하여 너겟 직경을 측정합니다. KS B 0850 기준을 따르면, 너겟 직경은 강재의 판 두께에 따라 요구되는 최소 및 평균치를 기준으로 정의됩니다. 너겟 직경은 용접부의 형상과 강도를 직접적으로 영향을 미치기 때문에, 적절하게 측정하고 관리하는 것이 중요합니다.

• 3-3. KS B 0850 기준

• KS B 0850 기준은 저항 점용접의 품질 요구 조건을 설정하는데 중요한 역할을 합니다. 이 기준은 강재의 판 두께에 따라 너겟 직경이 가져야 하는 최소치 및 평균치를 명시합니다. 이를 통해 용접 품질을 일정 수준 이상으로 유지할 수 있도록 합니다. 또한 이러한 기준은 용접 실험 및 품질 관리 과정에서 필수적으로 고려되어야 하는 요소입니다.

4. 저항 점용접 품질 향상을 위한 연구 동향

• 4-1. 전극 형상과 용접 조건

• 저항 점용접은 200~300 ms 정도의 짧은 시간 동안 진행되며, 이는 높은 생산성을 보장하여 대량 생산 산업 특히 자동차 산업에서 널리 사용됩니다. 용접 품질은 인장 전단 강도와 너겟 직경을 통해 판단합니다. 인장 전단 강도는 정적 인장시험을 통해 최대 하중을 측정하고, 너겟 직경은 용접 부위의 중심을 절단 후 연마하고 부식하여 측정합니다. 이 연구에서 사용된 전극은 6 mm 직경의 돔형 전극으로, 용융부 형성을 제어하는 데 중요한 역할을 하였습니다. 또한, 본 연구는 품질 기준을 만족시키기 위해 KS B 0850 기준에 따라 너겟 직경을 측정하는 방법을 따릅니다.

• 4-2. 인공신경망을 이용한 너겟 직경 예측

• 인공지능의 한 분야인 인공신경망을 활용하여 저항 점용접 과정에서의 너겟 직경을 예측하는 연구가 진행되고 있습니다. 이 연구에서는 전력값과 동저항 등 다양한 공정 변수를 독립 변수로 사용하여 너겟 직경을 예측하는 모델을 개발하고자 하였습니다. 연구에 사용된 데이터는 각 용접 조건에 따른 전류와 동저항 그래프를 포함합니다. 총 154번의 용접 실험이 이루어졌고, 그 결과는 너겟 직경을 예측하는 데 중요한 요소로 작용합니다. 이를 통해 점용접 품질을 개선할 수 있는 가능성을 탐색하고 있습니다.

5. 이종소재 접합 기술의 동향

• 5-1. 금속과 플라스틱의 접합 기술

• 금속과 플라스틱의 접합 기술에 있어 주요 연구 동향은 다음과 같습니다. 1) 접착제에 의한 접착접합기술: 구조접착제의 적용규격, 접착제의 종류와 피접착재의 표면처리 방법 등이 연구되고 있습니다. 2) 금속과 플라스틱의 직접접합 기술: 금속과 플라스틱의 레이저 용접, 기계적 접합법(SPR, 마찰교반용접, 메카니컬 클린칭 등) 등의 기법이 효과적으로 연구되고 있습니다. 3) 최근 연구의 세계적 동향은 접착 접합공정, 마찰교반 접합(FSW)공정, 레이저 용접접합 및 메카니컬 클린칭 등 다양한 방법에서 진행되고 있습니다.

• 5-2. 자동차 산업에서의 이종소재 접합

• 자동차 산업에서의 이종소재 접합 기술 동향은 경량화 기술개발과 밀접한 관련이 있습니다. 1) 국내외 경량화 기술정책 및 개발 동향이 있으며, 이를 통해 이종소재 접합기술 개발이 진행되고 있습니다. 2) 이종소재 접합기술의 종류로는 아크용접을 이용한 기술, 마찰교반용접을 통한 Al/Fe 이종재료 접합기술 및 저항 점용접 기술 등이 포함됩니다. 3) 또한, 이종소재 기계적 체결 기술 개발 및 Al/Fe 접착본딩 기술 동향이 자동차 산업에서 활발하게 연구되고 있습니다.

6. 결론

• 이 리포트는 저항 점용접의 원리와 과정을 명확히 설명하고, 인장 전단 강도와 너겟 직경이 용접 품질 평가에 중요하다는 점을 강조합니다. 특히, 전극의 형상과 용접 조건이 품질에 큰 영향을 미치며, 인공신경망을 활용한 너겟 직경 예측 모델이 품질 향상을 위한 가능성을 보여줍니다. 그러나 연구 한계로는 예측 모델의 정확성과 실효성이 더 검증되어야 하며, 다양한 재료와 조건에서의 추가 연구가 필요합니다. 향후 연구 방향으로는 저항 점용접의 품질을 향상시키기 위한 다양한 변수 조절 연구와 인공지능 기술의 접목을 제안합니다. 이러한 연구 결과는 자동차 산업뿐만 아니라 다양한 대량생산 산업에 실질적으로 적용될 수 있을 것입니다.

7. 용어집

• 7-1. 저항 점용접 [기술]

• 저항 점용접은 금속 소재를 전기 저항을 이용하여 접합하는 방법으로, 주로 자동차 산업에서 대량생산 공정에 사용됩니다. 이 기술은 생산성이 높고 접합 강도가 우수하여 널리 활용됩니다.

• 7-2. 인장 전단 강도 [품질 평가 기준]

• 인장 전단 강도는 용접 품질을 판단하는 주요 지표로, 정적 인장시험을 통해 용접 부위의 최대 하중을 측정하여 평가합니다.

• 7-3. 너겟 직경 [품질 평가 기준]

• 너겟 직경은 용접 부위의 단면을 측정하여 용접 깊이를 평가하는 지표로, KS B 0850 기준에 따라 최소치와 평균치를 정해 품질을 판단합니다.

• 7-4. 전극 [기술 구성 요소]

• 전극은 용접 과정에서 전류 밀도를 높여 용융부 형성을 제어하는 역할을 하며, 전극의 형상과 용접 조건이 접합 품질에 큰 영향을 미칩니다.

• 7-5. 인공신경망 [기술]

• 인공신경망은 너겟 직경 예측 연구에서 용접 품질을 판단하는 데 활용되며, 공정 변수와 동저항 데이터를 통해 예측 모델을 개발하는 데 사용됩니다.

8. 출처 문서

• 고·다기능 신소재·부품 산업별 실태분석-고방열·내열/점·접착·코팅/전자파 차폐·흡수제 [PDF파일판매]https://m.techforum.co.kr/goods/21317
• 세라믹 소재 용도별 핵심 기술 및 기능성 점·접착/코팅 소재 산업동향https://kbookstore.com/79180923
• 인공신경망을 이용한 저항 점용접 너겟 직경 예측에 관한 연구https://e-jwj.org/journal/view.php?viewtype=pubreader&number=2032182