A resistance spot welding process has become indispensable in the joining of auto-body components in the automobile industry since the 1950’s. It is extremely important to understand the strength of the spot weld under quasi-static, impact and fatigue loading conditions in order to predict durability and crashworthiness. Because a modern vehicle typically contains about 7000 to 13000 spot welds. Failure of the spot weld is prone to occur prior to failure of the base metal when a large amount of load is applied to the structure due to the stress concentration at the heat-affected zone (HAZ). It is necessary to consider the material properties of a HAZ, in order to improve the accuracy for calculating the failure load of spot-welded specimens using the finite element analysis. However, in many researches, material properties of the HAZ are not considered since there are little reliable data to describe the stress-strain curves of the HAZ at various strain rates.
In this paper, a methodology to identify the dynamic material properties of the HAZ near a base metal at various strain rates is proposed. In order to obtain the mechanical properties of a HAZ of SPRC340R, thermal simulated HAZ specimens which have similar characteristics, such as hardness values and microstructures representative of the actual weld HAZ near a base metal, were fabricated. At first, the thermal simulated HAZ is fabricated by the Material Thermal Cycle Simulator (MTCS). And then dynamic tensile tests are performed at various strain rates of 0.001 /sec to 100 /sec. The properties were applied to the finite element analysis of tensile-shear specimens under the static and dynamic loading conditions to verify its validity and effectiveness. Load and displacement curves were calculated with and without considering HAZ. The results are compared to the experimental results. The comparison induces that the amount of errors was reduced when the dynamic material properties of thermal simulated HAZ were applied to the HAZ in the analysis. The comparison also demonstrates that the dynamic material properties obtained from thermal simulated HAZ specimens are valid in the analysis of spot welded specimens.
1950년대 이후 저항 점용점은 자동차 부재 결합에 사용되어왔다. 자동차에는 7000에서 13000개의 용접점이 있으며, 자동차의 내구성과 충동특성을 예상하는데 있어서 정적, 동적 및 충돌 과부하하중 조건에서 용접부의 강도를 이해하는 것이 중요하다. 과부하하중이 부가되는 경우 점용접부 열영향부에 응력이 집중되어 모재가 파단되기 이전에 용접부 파단이 발생한다. 유한요소해석을 이용하여 점용접부를 가지는 시편의 파단하중을 정확하게 계산하기 위해서는 열영향부의 물성치를 고려해 주어야 한다. 이러한 필요에 의하여 점용접 열영향부 물성치를 획득하기 위한 연구가 이루어져 왔지만, 다양한 변형률 속도에서의 응력-변형률 선도에 관한 연구가 미흡한 실정이다.
본 논문에서는 다양한 변형률 속도에서 모재에 인접한 열영향부의 동적 물성치를 획득하는 방법에 대하여 제안하였다. 자동차 주요 부재로 사용되는 SPRC340R의 열영향부 물성치를 획득하기 위하여 열영향부의 경도와 미세조직이 유사한 열영향부 모사 시편을 제작하였다. 열영향부 모사 시편을 제작하기 위하여 열재현 시험기 (MTCS, Material Thermal Cycle Simulator)를 이용하였다. 열영향부 모사 시편을 인장 시편 형태로 제작하여 변형률 속도 0.001 /sec 에서 100 /sec 구간에서 동적 인장 시험을 수행하였다. 열영향부 모사 시편의 동적 인장 시험결과의 유효성을 확인하기 위하여 용접부를 가지는 인장전단시편의 열영향부를 고려한 정적 및 동적 해석에 적용하였다. 열영향부 모사 시편의 동적 물성치를 열영향부에 적용한 경우 유한요소해석에서 계산한 파단하중과 시험결과 간의 오차가 감소하는 것을 확인하였다. 이로부터 점용부를 가지는 시편의 유한요소해석에서 열영향부 모사 시편의 동적 물성치가 유효함을 확인하였다."
