The automotive vehicle is made through the following processes such as press shop, welding shop, paint shop, and general assembly. Among them, the most important process to determine the quality of the car body is the welding process. Generally, more than 400 pressed panels are welded to make BIW (Body In White) by using the RSW (Resistance Spot Welding) and GMAW (Gas Metal Arc Welding). Recently, as the needs of light-weight material due to the CO2 emission issue and fuel efficiency, new joining technologies for aluminum, CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) and etc. are needed. Aluminum parts are assembled by the spot welding, clinching, and SPR (Self Piercing Rivet) and friction stir welding process. Structural adhesive boning is another main joining method for light-weight materials. For example, one piece aluminum shock absorber housing part is made by die casting process and is assembled with conventional steel part by SPR and adhesive bond. Another way to reduce the amount of the car body weight is to use AHSS (Advanced High Strength Steel) panel including hot stamping boron alloyed steel. As the new materials are introduced to car body joining, productivity and quality have become more critical. Productivity improvement technology and adaptive welding control are essential technology for the future manufacturing environment.
뿌리기술로 불리는 생산기반기술에는 다음과 같이 주조, 금형, 열처리, 표면처리, 용접 및 접합, 소성가공 등 6개의 부분으로 구성되어 있고, 각 기반기술은 우리나라 주요 산업인 자동차, 조선, 기계분야의 부품소재의 최종 품질과 생산성에 직접 영향을 미치는 핵심기술이다. 특히, 용접 및 접합은 자동차 차체 및 샤시 생산에서 가장 중요한 기반기술로 여러 가지 경량 소재의 사용이 증가함에 따라 각 소재들에 대한 새로운 용접 및 접합 기술 확보가 자동차 생산기술의 핵심으로 여겨지고 있다. 이에 본 연구에서는 자동차 산업에서 사용되고 있는 뿌리기술로서의 용접 및 접합기술에 대한 중요성과 향후, 개발방향에 대해서 해 주요 핵심 요소에 대해 설명하고 향후 신기술 개발 방향에 대하여 서술하고자 하였다. 먼저, 자동차 생산 공정에 대해서 간단히 살펴보면, 자동차는
Automotive manufacturing process
Automotive Body-In-White
최근에는 차량 경량화 이슈에 부응하여 다양한 경량소재에 대한 용접/접합 기술이 요구되고 있으며, 이러한 용접/접합 기술을 바탕으로 가격 경쟁력이 있는 품질 생산성 향상 기술 확보가 자동차 차체 생산에 가장 핵심적인 키워드로 떠오르고 있다.
자동차 제품 개발 및 생산기술 발달에 따라 연비 향상 및 CO2 배출가스 저감을 위하여 차량 경량화에 대한 다양한 기술개발이 진행되고 있으며
Various BIW weight saving methods
차체 경량 소재의 가장 대표적인 알루미늄에 대한 접합 방법을
Various welding and joining methods for aluminum panel
차체 경량화에 효과적인 방법인 알루미늄을 차체에 적용함에 있어서 상대적으로 용이한 적용부는 무빙파트라고 불리는 후드, 트렁크, 테일 게이트, 도어 등이다. 이 파트들은 기존 스틸 구조물에 알루미늄을 혼용하여 적용하는 데 필요한 이종소재 접합기술 없이 알루미늄만으로 된 파트를 조립할 수 있기 때문에 BIW를 구성하고 있는 다른 파트에 비해 비교적 용이한 기술로 적용부를 제작할 수 있다.
Hood application example for aluminum panel
Shock absorber housing application example for aluminum die-casting
경량소재에는 알루미늄과 CFRP 등과 같이 스틸과 전혀 다른 성질의 신소재만 있는 것이 아니라 고장력강과 같이 기존 소재와 성질은 유사하면서 차체 중량절감 효과를 가질 수 있는 소재도 있다. 특히, 판넬 강도 60kgf/mm2 이상의 초고장력강을 차체에 적용하게 되면 판넬 두께의 증가없이 차체의 강성을 향상시킬 수 있는 방법이 될 수 있다.
Body-In-White application example of advanced high strength steel
차량 경량화와 더불어 자동차 생산에서 가장 핵심적인 부분은 생산성 향상과 그에 따른 제품 품질 확보일 것이다. 자동차 생산 거점이 전 세계 곳곳에 퍼져 있으면서도 동일한 품질을 가진 완성차를 최고의 효율로 생산하기 위해서는 검증되고 표준화된 생산기술의 끊임없는 개발이 요구되고 있다. 그 좋은 예가
Twin welding gun application for increasing productivity
Fundamental principle of adaptive welding control system
자동차 용접에서 생산성과 함께 반드시 확보해야 하는 것이 품질이다. 저항 점 용접은 전류, 시간, 가압력이라는 3개의 주요 용접변수를 이용하여 최적 용접조건을 도출할 수 있다. 하지만, 실제 용접에서는 전극의 오염도나 마모도, 또는 용접부의 형상과 로봇의 티칭 상태 등에 따라 다양한 결과가 나올 수 있다. 이러한 현장변수에도 불구하고 항상 일정한 용접품질을 얻을 수 있도록 고안된 것이 적응제어형 용접 시스템이다. 이 방식은 용접이 이루어지고 있는 동안의 저항 변화를 실시간적으로 계측하고 이를 바탕으로 용접전류를 적응제어하여 항상 최적의 용접 결과를 얻을 수 있도록 고안된 제어 방식이다. 용접부 용융 너겟이 생성될 때까지는 전류를 증가시키다가, 일정시간 성장한 이후에는 전류를 감소시켜 지나친 과입열에 의한 스패터 발생 없이 항상 안정되고 일괄적인 용접너겟을 생성할 수 있다. 이러한 적응제어 용접 제어 방식은 각 용접점의 초기 최적값 설정에 다소 노력이 필요하지만, 일단, 최적값이 설정되면 현장에서 수시로 바뀌는 여러 변수들에 관계없이 품질을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
자동차 산업에서 사용되고 있는 뿌리기술로서의 용접 및 접합기술에 대한 중요성과 향후, 개발방향에 대해서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
다양한 방법에 의한 차체 경량화는 향후, 자동차 생산의 주요 핵심기술로 자리잡을 것이다. 알루미늄 판재를 접합할 수 있는 최적 공법을 선정하기 위하여 여러 가지 기술의 장단점을 분석하였다. 상대적으로 용이하게 차체에 알루미늄을 적용할 수 있는 부분은 무빙 파트이며, 다이캐스팅을 활용하면 많은 부품을 간단하게 줄여 차체에 적용할 수 있다. 초고장력강을 적용하면 기존의 조립방식을 그대로 사용하면서 차체를 경량화 할 수 있다. 경량화 이외에 자동차 생산에서 가장 중요한이슈는 생산성과 품질이며, 이를 확보하기 위한 다양한 연구와 기술개발이 진행되고 있다.
본 연구논문은 2015년 첨단뿌리기술 융합심포지엄에서 발표된 내용을 바탕으로 작성된 논문입니다.