스폿 용접은 금속을 녹여 접합하는 용접의 일종입니다. 특히 얇은 재료에 적합한 가공법이므로 판금 가공에서도 자주 이루어집니다. 이 기사에서는 스폿 용접의 특징과 장점에 대해 해설합니다.
목차
스폿 용접의 정의
스폿 용접은 2장의 금속판을 겹쳐서 그 부분을 상하 전극으로 끼워 넣어 대전류를 단시간 흘려보냄으로써 전기저항에 의해 발생하는 열을 이용하여 금속을 녹여 접합하는 용접 방법입니다. 「점(스폿)」으로 접합한다고 해서 이 이름이 붙었습니다. 스폿 용접은 압접 중 저항 용접의 일종으로 분류됩니다.
용접은 아래와 같이 융접, 압접, 납땜의 3종류로 나눌 수 있습니다.
- 융접: 금속을 녹여 접합
- 압접: 금속에 열과 압력을 가하여 접합
- 납땜 : 녹은 금속을 접착제처럼 사용하여 접합
스폿 용접은 이 세 가지 중 압접으로 분류됩니다.
판금 가공에 있어서의 용접 전반에 대해서는, 아래의 4가지로 정리하고 있습니다.
- 가압 : 접합하는 2장의 금속판을 전극으로 강하게 끼워 넣습니다. 이것에 의해, 금속판끼리 밀착해, 전기 저항이 특정 장소에 집중됩니다.
- 통전: 전극에서 금속판으로 대전류를 단시간(통상 0.01~0.5초) 흐릅니다.
- 발열 · 용융 : 전류가 흐르면 금속판 접촉 부분의 전기 저항에 의해 줄열이 발생하여 금속이 국부적으로 용융됩니다.
- 냉각·고착: 통전을 멈추면 전극에 의한 가압이 계속되고 있기 때문에 용융된 금속이 급속히 냉각·고화되어 견고한 접합부(너겟)가 형성됩니다.
이를 그림으로 해석하면 다음과 같습니다.
강판 외에 스테인레스판이나 알루미늄판 등 다양한 금속판의 가공이 가능합니다. 그러나 알루미늄판처럼 전도성이 높고 열전도성도 높은 금속의 경우에는 더 높은 전압이 필요합니다.
스폿 용접은 케이스의 용접이나 자동차의 바디 용접 등 다양한 용도로 사용되고 있습니다.
스폿 용접의 종류
여기에서는 대표적인 종류로서 아래의 3가지 스폿 용접에 대해 해설합니다.
저항 스폿 용접
저항 스폿 용접은 원통형 전극(칩)으로 2장 이상의 금속판을 끼워 가압하면서 대전류를 흘려 접합하는 공법입니다. 금속 간 접촉저항과 모재 자체의 내부저항에 의해 발생하는 줄열을 이용하여 금속 내부를 국부적으로 용융시키고 가압에 의해 용접부가 형성합니다. 이 용접부를 얼마나 안정적으로 형성하느냐가 접합 품질의 열쇠입니다.
자동차의 바디 패널 조립 등 주로 철강 재료를 이용한 박판금의 접합에 널리 채택되고 있습니다. 간단한 원리로 고속 가공이 가능하며 용접 로봇에 의한 자동화가 용이하여 대량 생산에 필수적인 기술입니다.
프로젝션 용접
프로젝션 용접은 접합하고 싶은 모재의 한쪽, 혹은 양쪽에 「프로젝션」이라고 불리는 돌기를 미리 프레스 가공등으로 마련해 두는 공법입니다. 돌기부에 전류와 압력을 집중시켜 발열시키고 효율적이고 정확하게 용접합니다. 용접 위치가 프로젝션에 의해 엄밀하게 결정되기 때문에 정밀도가 높은 접합이 가능합니다.
전류가 집중되기 때문에 전극의 선단이 마모되기 어렵고, 저항 스폿 용접에 비해 전극 수명이 긴 점도 큰 장점입니다. 너트나 볼트의 용접, 가전제품의 정밀부품 접합 등 높은 생산성과 신뢰성이 요구되는 상황에서 활용되고 있습니다.
심 용접
심 용접은 원반 모양의 롤러 전극을 이용하여 연속적으로 스폿 용접을 실시하는 공법입니다. 회전하는 한 쌍의 롤러 전극으로 모재를 끼워 가압하면서 간헐적 또는 연속적으로 전류를 흘려 너겟을 연속적으로 형성하여 선상 용접(심)을 실현합니다. 저항 스폿 용접의 약점이었던 기밀성 및 액밀성을 확보하여 신뢰성이 높은 접합이 가능합니다.
연료탱크와 머플러, 파이프, 캔, 라디에이터 등 내부의 액체와 기체를 밀봉해야 하는 제품의 제조에 필수적인 기술입니다.
스폿 용접의 특징
스폿 용접은 1회 용접 범위가 작고, 리벳이나 스테이플러와 같은 「점(스폿)」인 것이 특징입니다.
장점
- 고속 : 단시간에 접합이 완료되기 때문에 생산성이 매우 높습니다.
- 자동화가 용이 : 로봇에 의한 자동화가 쉽기 때문에 대량 생산에 적합합니다.
- 열 영향이 적습니다 : 국부적 인 가열로 인해 전체 재료에 대한 열 영향과 왜곡이 상대적으로 적습니다.
- 작업 안전 : 용접봉이나 차폐 가스가 필요없고 불꽃이 적기 때문에 다른 용접 방법에 비해 안전합니다. 초보자라도 취급하기 쉽다고 할 수 있습니다.
- 소모품이 적습니다 : 용접봉이나 가스와 같은 소모품이 필요 없기 때문에 달리기 비용을 줄일 수 있습니다.
가열 범위가 작기 때문에 용접 시간이 짧고 모재에 대한 열의 영향이 적은 것이 장점입니다. 또한 기계에서 전류와 압력을 가하기 때문에 용접자의 기능에 따른 차이가 잘 나지 않아 초보자도 다루기 쉬운 것도 특징입니다.
단점
- 낮은 접합 강도 : 점에서의 접합으로 인해 강도와 기밀성이 필요한 부분에는 적합하지 않습니다.
- 두꺼운 판에 적합하지 않음: : 두꺼운 금속판은 열이 충분히 전달되지 않아 용접이 어려워집니다.
- 용접에 의해 기밀성을 얻을 수 없다 : 점에서 간헐적으로 접합하기 때문에 기밀성이나 방수성이 요구되는 제품에는 사용할 수 없습니다.
- 설비 비용 : 순간적으로 큰 전류를 흘리기 위해 전용 전력 설비와 비싼 용접기가 필요합니다.
판이 두꺼워지면 열이 쉽게 퍼져 용접할 수 없게 됩니다. 또한 면이나 선이 아닌 점 용접이므로 강도는 다소 낮고 기밀성을 얻을 수 없기 때문에 덕트나 캔 용접에 적합하지 않습니다. 용접기뿐만 아니라 전원 설비가 필요한 부분에도 주의가 필요합니다.
스폿 용접의 도면 표시 방법
스폿 용접을 도면에서 지시할 때는 다음과 같이 표기합니다.
이전에는 용접 기호가 *였지만, 현재는 ○로 변경되었습니다. 오래된 도면에서는 *의 경우도 있으므로 주의가 필요합니다.
스폿 용접과 다른 용접의 차이
아크 용접
스폿 용접과 아크 용접은 모두 금속을 접합하는 공법이지만 원리와 용도가 다릅니다. 스폿 용접은 금속에 전기 저항을 발생시켜 녹이는 「저항 용접(압접)」으로 분류되어 주로 박판의 중첩 용접에 사용됩니다. 한편 아크 용접은 전극과 모재 사이에 아크 방전을 발생시키고 고온에서 모재와 용접봉을 녹여 접합하는 「융접」입니다. 아크 용접은 건축 철골이나 조선 등 후판의 맞대기 용접이나 필렛 용접에 널리 사용됩니다. 스폿 용접은 자동화가 용이하고 왜곡이 적은 반면 아크 용접은 수작업이 많아 높은 기술력이 요구되는 경향이 있습니다.
심 용접
심 용접도 스폿 용접과 마찬가지로 「저항 용접(압접)」으로 분류됩니다. 롤러 전극을 회전시키면서 연속적으로 통전 가압함으로써 스폿 용접을 연속적으로 연결한 것과 같은 용접선을 형성합니다. 주로 기밀성이나 수밀성이 요구되는 박판 부재의 용접에 이용되며, 자동차의 연료 탱크나 드럼통, 배관 등의 제조에 적합합니다.
스폿 용접기의 종류와 특징
스폿 용접기는 설치 방법과 전원 형식에 따라 분류됩니다.
설치 방법에 있어서는 정치형과 휴대용형의 2종류가 있습니다. 정치형은 라인에서의 작업 등 정해진 형태의 것을 가공하는데 적합합니다. 휴대용형은 조작성이 높은 것이 특징입니다.
전원 형식에서는, 단상 교류형과 인버터 직류형, 콘덴서 방전형의 3 종류로 분류됩니다. 가장 많이 사용되는 것은 단상 교류형입니다.
스폿 용접 조건
스폿 용접 조건은 주로 세 가지가 있습니다.
- 가압력
칩으로 모재를 끼우는 힘입니다.
가압력이 너무 크면 통전 면적이 커져 용접부가 충분히 가열시킬 수 없게 됩니다. 한편 가압력이 너무 작으면, 스퍼터(불티)가 발생해, 충분히 용착을 할 수 없게 되는 경우가 있습니다. - 용접 전류
전류가 커지면 용접부에서 발생하는 열도 커집니다. 그러나 전류가 너무 커지면 모재의 표면이 바스러지는 등의 불량으로 이어집니다.
스폿 용접에서는 용접 전류와 가압력의 균형이 중요합니다. - 통전 시간
통전 시간이 너무 짧으면 용접부가 충분히 융해되지 않습니다. 그러나 통전 시간이 너무 길면 열이 주위로 도망쳐 열 변형과 같은 왜곡의 원인이 됩니다.
정리
스폿 용접은 금속판을 사이에 둔 전극에 대전류를 흘려 국부적으로 가열, 융해시키고 압력을 가하여 접합하는 「압접」에 속하는 용접법입니다.
통전에서 발생하는 저항열을 이용하여 단시간에 접합점(스폿)을 형성하는 구조입니다. 박판 소재에 적합하며, 판금 가공 분야에서 많이 사용됩니다.
자동차 바디 용접, 케이스 조립, 박판 커버 부품 등 점 접합이 유효한 제품에서 사용되고 있습니다.
