Self-Piercing Riveting을 이용한 이종소재 접합 검증에 관한 연구

Abstract

이산화탄소의 규제와 자동차의 연비향상에 대응하기 위해 자동차 차체의 경량화를 위한 많은 연구들이 자동차 선진 국가를 중심으로 지속적으로 수행되고 있다. 특히 친환경 자동차의 경우 연비 및 환경 규제뿐만 아니라 주행성능 향상 및 성능 안전장치를 장착되는 부품의 기능수가 증가함에 따라 자동차의 무게 또한 증가되고 있다. 자동차의 중량 감소를 위해 여러 가지 방법의 경량화 기술이 적용되고 있는 추세이며, 자동차 차체중량의 30% 정도를 차지하고 있는 차체 및 섀시를 경량화하기 위하여 현재 고장력강판, 알루미늄, CFRP(Carbon fiber reinforced plastics), 마그네슘등이 고급대형차 위주로 적용되어 있으며, 최근에는 중형, 소형 차종에 이르기까지 적용될 정도로 일반화되게 사용되는 소재이다. 자동차 차체의 중량을 혁신적으로 감소하기 위해 차체 경량화 연구가 계속 요구되는 추세이다. 또한 기존 차체소재인 일반 강판(Mild Steel)은 (초)고장력강판(Ultra High Strength Steel, UHSS)로 대체하여 차량 충돌 시 승객 안전 확보를 위해 차체 외, 내재 및 충돌부에 사용되는 고강도에 대한 요구 또한 증가되고 있는 추세이다. 자동차 외측 판재의 경우 인장강도 300MPa급 강판이 대부분 적용되고 있으며, 앞으로는 600MPa 수준 또는 1GPa급(1,000MPa)이상의 초고장력강판, 즉 핫스탬핑(Hot stamping)강의 적용이 점차 확대 적용될 것으로 예상된다. 자동차 유럽 선진 국가에서는 이종 소재 접합 기술 Self-Piercing Riveting(SPR)이 지속적으로 연구하여 경량화 기술을 통해 기초연구부터 차량단위 시험을 통해 양산에 이르기까지 접합 전문업체와 장기적으로 개발하고 있으나, 국내에서는 아직까지 연구가 시작 단계이므로 Self-Piercing Riveting(SPR)을 이용한 이종소재 접합 데이터 확보가 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 자동차 차체 경량화에 대비하여 Self-Piercing Riveting(SPR) 기계적 접합 방식을 활용하여 이종 소재의 접합 검증을 한다. 첫 번째로, 상, 중간, 하판 소재 두께 조합별 리벳 및 다이의 사양을 선정하여 접합 유무를 확인 검증하였고, 두 번째로는 접합 조건 결과를 통해 Self-Piercing Riveting(SPR)접합 강도 평가를 비교 수행하여 각 조합별 접합부 기계적 성질을 확인 할 수 있었다. 여러 접합 조합별 접합성 검증 데이터를 통한 유사 강종 조합 및 접합 위치별 강도 상이함을 확인 할 수 있었으며, 강종 위치에 따라 접합 인지 영향성을 사전에 인지 및 신뢰할 수 있는 데이터 확보를 통해 향후 여러 겹 수의 Self-Piercing Riveting이 필요한 접합부의 설계 조건에 반영 할 수 있도록 연구하였다.