N2-0122분
점용접 심화
너깃 형성, 로브 다이어그램, 품질 시험
🟡Referenced — 전문가 참조
🟡 Referenced
점용접(Resistance Spot Welding, RSW)은 두 겹의 금속판을 전극으로 가압한 상태에서 대전류를 흘려 접합부의 저항열로 너깃(Nugget)을 형성하는 저항 용접 프로세스입니다.
너깃 형성 원리: 두 금속판의 접촉면(Faying Surface)은 접촉 저항이 가장 높은 부분입니다. Q = I²Rt (줄의 법칙)에 따라 이 부분에서 가장 많은 열이 발생하여 금속이 용융되고, 렌즈 형상의 너깃(Nugget)이 형성됩니다. 가압력을 유지한 상태에서 냉각되면 용접이 완료됩니다.
점용접은 자동차 산업에서 가장 널리 사용됩니다. 한 대의 승용차에 약 3,000~5,000개의 점용접이 적용됩니다.
🟡 Referenced
점용접의 4단계 사이클
1. 가압(Squeeze) 시간: 전극이 금속판을 가압하여 밀착시키는 단계. 충분한 가압력이 없으면 접촉 저항이 불균일하여 너깃 불량
2. 통전(Weld) 시간: 대전류(수천~수만 A)를 흘려 너깃을 형성하는 핵심 단계. 통전 시간은 보통 사이클(cycle, 1/60초) 단위로 관리
3. 유지(Hold) 시간: 전류를 차단하고 가압을 유지하여 너깃이 가압 상태에서 응고. 수축 공동(Shrinkage Cavity) 방지
4. 해제(Off) 시간: 전극을 개방하고 다음 용접점으로 이동
로브 다이어그램(Lobe Diagram): 전류와 통전 시간의 조합에서 양호한 너깃이 형성되는 영역을 나타내는 다이어그램입니다. 전류가 너무 낮으면 너깃 미형성(Cold Weld), 너무 높으면 익스펄전(Expulsion) — 용융 금속이 전극 사이에서 비산하는 현상 — 이 발생합니다.
전극 재질이 점용접 품질에 큰 영향을 미칩니다. 대표적 전극 재질: Cu-Cr(크롬동) — 가장 범용, 연강·도금 강판; Cu-Zr(지르코늄동) — 알루미늄 합금; Cu-W(텅스텐동) — 고저항 재료. 전극은 사용 중 마모·변형되므로 정기적인 드레싱(Tip Dressing)과 교체가 필요합니다.
🟡 Referenced
익스펄전(Expulsion) 원인과 대책
익스펄전은 용융 금속이 전극 사이에서 튀어나오는 현상으로, 점용접의 가장 흔한 결함입니다.
원인:
- 과대 전류 또는 과도한 통전 시간
- 부족한 가압력 (용융 금속을 억제하지 못함)
- 전극 정렬 불량 (편심 가압)
- 금속판 표면의 이물질 (국부 과열)
품질 시험 방법:
- 필 시험(Peel Test): 접합부를 벌려 너깃 크기를 확인하는 간이 시험. 너깃 직경이 규정 이상이면 합격
- 치즐 시험(Chisel Test): 정으로 접합부를 분리하여 너깃 유무를 확인. 생산 현장 품질 점검용
- 인장전단 시험: 정량적 강도 측정
- 단면 매크로 시험: 너깃 단면을 관찰하여 기공, 균열, 용입 상태 확인
자동차 공장의 점용접은 대부분 로봇으로 수행됩니다. 로봇 점용접에서는 전극 마모에 따른 보정(Adaptive Control), 전극 드레싱 주기 관리가 생산성과 품질의 핵심입니다.
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재료·두께 확인
용접할 금속판의 재질(연강, 도금강, 알루미늄 등)과 두께를 확인합니다. 재질과 두께에 따라 전류, 시간, 가압력 범위가 결정됩니다.
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전극 선택·정렬
재질에 적합한 전극(Cu-Cr, Cu-Zr 등)을 선택하고, 상·하 전극이 동축으로 정렬되도록 조정합니다. 편심 정렬 시 익스펄전 위험이 증가합니다.
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전류/시간/가압력 설정
로브 다이어그램을 참고하여 용접 전류, 통전 시간(사이클), 가압력을 설정합니다. 과전류는 익스펄전을, 부족 전류는 너깃 미형성을 유발합니다.
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시험 용접·필 시험 품질 확인
설정 파라미터로 시험 용접을 실시한 후 필 시험(Peel Test)으로 너깃 직경을 확인합니다. 규정 너깃 크기를 만족할 때까지 파라미터를 미세 조정합니다.
점용접 시험 함정 4종 1. "점용접의 4단계 사이클 순서?" → 가압(Squeeze) → 통전(Weld) → 유지(Hold) → 해제(Off). 통전을 먼저 하면 접촉 저항 불균일. 2. "익스펄전(Expulsion) 원인 한 가지?" → 과대 전류·과대 시간·부족 가압력. 용융 금속이 전극 사이로 비산. 3. "점용접 품질 시험에서 너깃 크기 확인?" → 필 시험(Peel Test) — 접합부를 벌려 너깃 직경 측정. 가장 흔한 현장 시험. 4. "Cu-Cr 전극을 쓰는 이유?" → 고온 강도 + 전기 전도성 + 모재와의 친화성 낮음 3박자. 일반 Cu보다 마모↓.
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🎯 학습 확인 퀴즈⚠️ 자체 제작 문항1 / 5
점용접(RSW)에서 너깃(Nugget)이 형성되는 위치는?