KR20170103030A

KR20170103030A - 복합 재료의 용접 공정 및 그로부터 제조된 제품

Info

Publication number: KR20170103030A
Application number: KR1020177024347A
Authority: KR
Inventors: 시몬 미즈라히
Original assignee: 프로덕티브 리서치 엘엘씨
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2017-09-12
Also published as: CN102844141B; EP2519376B1; JP5911019B2; CN102844141A; CA2822748C; US9239068B2; EP2519376A1; US20160222999A1; CA2822748A1; JP2018108735A; US20140286699A1; JP2013515613A; EP2519376A4; KR101774911B1; JP2016165896A; US20110188927A1; WO2011082128A1; US8796580B2; WO2011082128A8; KR20120125982A

Abstract

본 발명은 복합 재료의 용접 공정 및 그 방법에 의해 제조된 용접된 구조물에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 기재와 복합 재료를 접촉시키는 단계를 포함하는 방법에 있어서, 복합재료는 한 쌍의 서로 떨어진 강철 시트와 그 시트 사이의 심재 층을 포함하고; 심재 층의 부피는 전체 복합 재료 부피의 25 부피 % 이상이고; 심재 층은 심재층의 두께로 연장된 하나 이상의 섬유 덩어리에 배열된 다수의 강철 섬유를 포함하여 강철 시트와 전기적으로 통하고; 강철 섬유는 약 1 x 10^-5 ㎟ 내지 약 2.5 x 10^-2 ㎟ 의, 섬유 길이에 직교하는 단면적을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

복합 재료의 용접 공정 및 그로부터 제조된 제품{PROCESSES FOR WELDING COMPOSITE MATERIALS AND ARTICLES THEREFROM}

본 발명은 복합 재료를 금속 재료, 복합 재료, 또는 둘 다에 용접하기 위한 용접 공정, 및 용접된 복합 재료를 포함하는 제품에 관한 것으로, 특히 복합재료가 중합체 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 및 제품에 관한 것이다.

자동차 및 운송 수단의의 무게를 줄이기 위한 다양한 시도가 있어왔다. 그 결과 새로운 경량 소재, 예를 들어 금속 층 및 중합체 층을 포함하는 복합재료에 대한 연구가 지속적으로 행해져 왔다. 바람직하게는 그러한 재료는 감소된 중량, 비중에 비해 향상된 강도, 감소된 원가 등의 하나 이상의 장점을 갖는다.

많은 적용에서, 그러한 복합 재료는 용접가능한(즉, 전기 저항 용접을 사용하여 용접될 수 있는)것이 바람직하다. 일반적으로 절연 중합체 층을 포함하는 샌드위치 복합 재료는 용접이 어려워서, 그러한 적용에 적합하지 않다. 복합 재료의 용접성능을 향상시키기 위한 시도는 전도성 충진제를 분말 형태로 중합체 층에 부가하여 중합체 층의 전기 전도성을 향상시키는 것이다. 중합체의 낮은 전기 전도성을 보완하기 위해, 비교적 높은 레벨의 전도성 분말이 필요하다. 전도성 분말을 포함하는 복합 재료는 불행하게도 일반적으로 나쁜 기계적 성질 그리고 일반적으로 낮은 연신성을 나타낸다.

또, 그러한 재료는 일반적으로 가공 (예를 들어, 가공, 용접, 스탬핑, 연신 등)을 위한 특별한 장치를 필요로 한다. 또한, 일반적으로 높은 용접 전류 범위, 다양한 범위의 기재 또는 둘 다(바람직하게는, 몇 또는 모든 용접 파라미터에서)에서 용접될 수 있는, 향상된 용접성능을 갖는 재료가 바람직하다.

상기 단점을 하나 이상 또는 모두 극복할 수 있는 재료가 지속적으로 필요하다. 예를 들어, 경량의, 비중에 비해 향상된 강도, 감소된 원가, 향상된 용접성능, 우수한 기계적 성질, 우수한 연신성, 일반적인 장치로 가공가능성 또는 이들의 조합된 성질을 갖는 복합 재료가 지속적으로 필요하다.

예를 들어 두꺼운 단면을 갖는 복합 재료와 같은 구조물을 용접하기 위해서는, 밀접 배치 용접 등이 필요하고, 복합 재료의 용접이 더 어려울 수 있다. 이와 같이, 두꺼운 단면을 갖는 복합 재료의 새로운 용접 공정이 지속적으로 필요하다.

놀랍게도, 일반적으로 낮은 전기 전도성의 중합체를 복합 재료에 포함하는데도 불구하고, 본 발명은 기재와 복합 재료를 접촉시키는 단계를 포함하는 공정에 있어서, 복합재료는 한쌍의 서로 떨어진 강철 시트와 그 시트 사이의 심재 층을 포함하고; 심재 층의 부피는 전체 복합 재료 부피의 25 부피 % 이상이고; 심재 층은 심재층의 두께로 연장된 하나 이상의 섬유 덩어리에 배열된 다수의 금속 섬유(예를 들어, 강철 섬유)를 포함하여 강철 시트와 전기적으로 통하고; 금속 섬유는 약 1 x 10^-5 ㎟ 내지 약 2.5 x 10^-2 ㎟의, 섬유 길이에 직교하는 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 공정을 사용하여 용접 버튼 사이즈, 용접을 위한 큰 가공창 등의 우수한 결과를 나타낸다.

따라서, 본 발명은 샌드위치 복합 재료를 특별한 방법으로 구성하여 샌드위치 복합 재료가 일반적인 강철을 대체하는 재료로 예를 들어 차체에 사용될 수 있는 용접 공정을 포함한다. 그 방법은 복합물 재료의 선택에 따라 예상되는 기술과 장치의 변형 없이 이루어진다.

본 발명에서, 복합 재료를 기재에 용접하는 것은 다수의 용접 단계를 포함하는 신규의 용접 공정에 의해 얻어진다. 다른 경우에 적용하는 것도 물론 가능하지만, 그러한 용접 공정은 특히 용접 복합 재료가 일반적으로 두께가 두꺼운 경우(예를 들어, 약 1 .5 mm 이상), 분로가 형성된 용접을 하는 경우(예를 들어, 용접이 이미 형성된 용접과 약 150 mm 이하의 거리로 떨어져 인접하여 형성된 경우)에 유용하다.

도 1은 본 발명의 복합 재료의 단면을 도시한 도면이다.
도 2a는 심재 층에 사용된 금속섬유를 도시한 현미경 사진이다.
도 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h, 2i, 및 2는 하나 이상의 수직면을 갖는 섬유의 단면을 도시한 도면(섬유의 길이를 가로지르는 방향)이다.
도 3 금속 섬유 및 중합체를 포함하는 심재 층을 나타낸 현미경 사진이다.
도 4 두 금속 층, 금속 섬유, 및 중합체를 포함하는 경량 복합물을 나타내는 현미경 사진이다.
도 5는 용접 전류 범위 약 2.0 kA 이상을 갖는 아연도금 금속에 용접된 경량의 복합 재료에 대한, 용접 버튼 크기(mm 단위)와 용접 전류(kA 단위)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 용접 전류 범위 약 2.0 kA 이상을 갖는 도금되지 않은 심가공 강판에 용접된 경량의 복합 재료에 대한, 용접 버튼 크기( mm 단위)와 용접 전류(kA 단위)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 용접 전류 범위 약 1.5 kA 이상(예를 들어, 약 1.7 kA)을 갖는 아연도금 금속에 용접된 경량의 복합 재료에 대한, 용접 버튼 크기(mm 단위)와 용접 전류(kA 단위)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8 용접 전류 범위 약 1.5 kA 이상(예를 들어, 약 1.7 kA)을 갖는 용융 아연도금 금속에 용접된 경량의 복합 재료에 대한, 용접 버튼 크기(mm 단위)와 용접 전류(kA 단위)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9a 및 9b는 다른 시간에서 용접 공정 중의 용접 스택의 단면의 일부를 나타낸 것이다.
도 10은 저항 용접 장치를 나타낸 도면이다.

금속 층 및 중합체 층(예를 들어, 열가소성 중합체를 포함하는 중합체 층)을 포함하는 복합재료를 용접하는 데는, 중합체 층 및 금속 층과 용접되는 기재의 전기적 성질의 차이로 인해 여러 가지 어려움(예를 들어, 낮은 용접 강도, 용접 중의 금속 방출, 용접 중의 소음, 용접 스파크, 등)이 있다. 이러한 복합 재료 용접의 어려움은 i) 한 쌍의 서로 떨어진 강철 시트와 그 시트 사이의 심재 층을 포함하고, 상기 심재 층의 부피는 전체 복합 재료 부피의 25 부피 % 이상이고, 상기 심재 층은 심재층의 두께로 연장된 하나 이상의 섬유 덩어리에 배열된 다수의 강철 섬유를 포함하여 강철 시트와 전기적으로 통하고, 상기 강철 섬유는 약 1 x 10^-5 ㎟ 내지 약 2.5 x 10^-2 ㎟ 의, 섬유 길이에 직교하는 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 재료를 재료로 사용하는 것과, ii) 첫 번째 또는 초기 가공 조건을 사용하는 첫 번째 용접 단계와 첫 번째 가공 조건과 다른 두 번째 가공 조건을 사용하는 두 번째 용접 단계를 포함하는 다 단계 용접 공정을 사용하는 것에 의해 일부 또는 전부 해결된다.

놀랍게도, 한 쌍의 서로 떨어진 강철 시트와 그 시트 사이의 심재 층을 포함하고, 상기 심재 층의 부피는 전체 복합 재료 부피의 25 부피 % 이상이고, 상기 심재 층은 심재층의 두께로 연장된 하나 이상의 섬유 덩어리에 배열된 다수의 강철 섬유를 포함하여 강철 시트와 전기적으로 통하고, 상기 강철 섬유는 약 1 x 10^-5 ㎟ 내지 약 2.5 x 10^-2 ㎟ 의, 섬유 길이에 직교하는 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 재료는 향상된 용접성능을 나타내 낮은 카본 함량을 갖는 강판에 일반적인 용접 조건에서 용접된다. 향상된 용접성능은 일반적으로 높은 용접 전류 범위 (즉, 방출이 일어나는 용접 전류의 상한과 용접 버튼 크기가 너무 작은 용접 전류의 하한의 차이)로 나타난다. 본 발명의 복합 재료는 일반적으로 높은 벌크 저항, 일반적으로 높은 정전 접촉 저항(즉, SCR) (예를 들어, 같은 면 거칠기, 및 같은 표면 처리를 갖는 동일한 금속의 단일 강판의 SCR 이상)을 나타낸다. 높은 벌크 저항 및/또는 높은 SCR은 예상치 않은 높은 용접 전류 범위를 나타내게 한다. SCR을 증가시켜, 표면 특성을 변화시키는 것(예를 들어, 표면 거칠기 증가)은, 용접 전류 범위에 제한적으로 영향을 주는 것으로 여겨진다. 왜냐하면, SCR 증가를 일으키는 그러한 표면 특성은 용접 공정 중에 일찍 제거되기 때문이다. 반면, 본 발명의 복합 재료의 높은 SCR은 복합 재료의 벌크 특성과 연관되어 있고, 이는 심재 층의 금속 섬유와 금속 시트의 접촉 및 심재 층의 다른 금속 섬유 사이의 접촉을 포함한다. 이는 본 발명의 벌크 특성에 의해 야기된 높은 SCR이 덜 일시적(예를 들어, 표면 특성에 의해 야기된 것에 비해)이어서 예상치 않은 높은 용접 전류 범위를 나타내는 것으로 여겨진다. 또, 일반적으로 SCR의 완만한 증가는 가장 큰 용접 전류 범위를 나타내는 것으로 여겨진다. SCR이 너무 높으면, 용접공정 중에 심재층으로 전류를 통과시키지 못하게 된다. 그러므로, 차체 용접에 사용되는 일반적인 용접기로 복합재료를 용접할 수 있을 정도로는 SCR이 충분히 낮아야 한다.

복합 재료 및 기재를 포함하는 용접 스택의 용접은 둘 이상의 전극을 포함하는 저항 용접 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 용접 스택에 전류를 공급하고 전력을 공급하기 위해 전극을 사용할 수 있다.

첫 번째 용접 단계 및 두 번째 용접 단계를 포함하는 다단계 용접 공정이 복합 재료, 예를 들어 본 발명의 복합 재료에 유용하다. 다단계 용접 공정은 특히 두께가 두꺼운 경우(예를 들어, 약 1.5 mm 이상, 약 2.0 mm 이상, 또는 약 2.5 mm 이상), 분로가 형성된 용접을 하는 경우(예를 들어, 용접이 이미 형성된 용접과 약 약 200 mm 이하, 약 150 mm 이하, 약 100 mm 이하, 또는 약 50 mm 이하의 거리로 떨어져 인접하여 형성된 경우)에 유용하다. 첫 번째 용접 단계 동안, 공정은 중합체 (예를 들어, 용접될 영역의 중합체)의 적어도 일부를 유리 전이온도 이상의 액체 상태로 일차 또는 이차 상 전이를 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 중합체가 유리전이온도 이상의 액체 상태일 때, 중합체의 적어도 일부는 용접될 영역으로부터 제거되거나(예를 들어, 용접 전극에 적용되는 압축력에 의해), 남은 복합 재료(예를 들어, 남은 중합체 층)의 전기적 성질이 바뀌거나 할 수 있다. 또, 두 번째 용접 단계 동안, 공정은 금속 층의 적어도 일부의 금속이 녹아 복합 재료의 금속 층이 두 번째 기재 (예를 들어, 두 번째 복합 재료의 금속층, 또는 단일 금속 재료)에 용융되도록 재료를 가공하는 공정을 포함한다.

본 발명에서, 첫 번째 용접 단계의 초기 가공 조건 및 두 번째 용접 단계의 두 번째 가공 조건은 용접되는 재료의 성질(예를 들어, 재료의 조성, 재료의 두께, 재료 상의 임의의 코팅 또는 이들의 조합), 또는 하나 이상의 시험 용접에 의해 미리 정할 수 있다. 본 발명의 다른 예에서, 첫 번째 용접 단계의 초기 가공 조건은 상기한 바와 같이 미리 정해질 수 있고, 두 번째 용접 단계의 가공 조건은 하나 이상의 하기 단계를 포함하는 공정에 의해 정해질 수 있다: 하나 이상의 미리 선택된 조건을 관찰하는 단계; 미리 선택된 조건을 미리 정해진 희망 값과 비교하는 단계; 또는 두 번째 가공 조건(예를 들어, 첫 번째 가공 조건과 달라지는)을 정보, 예를 들어 비교단계로부터의 정보에 기해 자동으로 정하는 단계. 본 발명의 또 다른 예에서, 첫 번째 가공 조건은 측정 또는 관찰하는 단계에 의해 정해질 수 있다. 이와 같이, 용접 공정은 하나 이상의 미리 선택된 조건을 측정 또는 관찰하는 단계; 미리 선택된 조건을 미리 정해진 희망 값과 비교하는 단계; 및 정보, 예를 들어 비교단계로부터의 정보에 기해 첫 번째 가공 조건을 정하는(예를 들어, 자동으로 정하는) 단계; 및 두 번째 가공 조건을 정하는(예를 들어, 자동으로 정하는) 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 용접 방법은 미리 정해진 하나 이상의 조건(예를 들어, 용접 압력, 용접 전류, 용접 전압 등), 및 미리 정해지지 않은 하나 이상의 조건(예를 들어, 용접 시간, 또는 용접 사이클 수)을 포함하는 초기 가공 조건을 가질 수 있다. 이와 같이, 방법은 하나 이상의 미리 선택된 조건을 관찰하는 단계, 미리 선택된 조건에 대한 정보를 비교하는 단계, 및 비교단계로부터의 정보에 기해 용접 시간과 용접 사이클 수를 자동으로 정하는 단계를 포함한다.

방법은 하나 이상의 미리 선택된 조건을 관찰하는 단계, 미리 선택된 조건에 대한 정보를 미리 정해진 희망 값과 비교하는 단계 또는 양자 모두는 첫 번째 용접 단계 전, 첫 번째 용접 단계 동안, 첫 번째 용접 단계 후, 또는 이들의 조합에서 일어날 수 있다.

도 1에 도시된 일례의 복합 재료는 샌드위치 구조 12를 가지고 첫 번째 금속 층 14, 두 번째 금속 층 14' 및, 첫 번째 금속 층과 두 번째 금속 층 사이에 끼인 중합체 층 16 (예를 들어, 중합체 심재 층)을 포함한다. 도 1에서, 중합체 층 16 은 하나 이상의 중합체 (예를 들어, 열가소성 중합체)를 포함하는 중합체 상 18 및 하나 이상의 충진제를 포함하는 충진제 상 20을 포함한다. 중합체 층 16 및 첫 번째 금속 층 14는 공동의 표면 22를 가질 수 있다. 도 1에 도시된 충진제는 섬유이나, 다른 섬유 외의 다른 충진제도 사용될 수 있다(예를 들어, 미립자 등). 도 1에 도시된 바와 같이, 충진제(예를 들어, 섬유)의 일부 또는 전부는 길이 및 방향을 가지고 중합체 층의 일 면으로부터 중합체 층의 반대 면으로 연장되어 중합체 층의 양면에 있는 샌드위치 금속과 접촉한다. 섬유는 얼기설기 얽혀서 얽힌 덩어리 전체가 전체 중합체 층을 따라 연장될 수 있다. 그러나, 다른 충진제 (예를 들어, 섬유)의 길이 및 방향도 본 발명의 범위 내에 있다는 것은 명백하다. 예를 들어, 중합체 층의 두 대향되는 면 사이에 연장되는 충진제 (예를 들어, 섬유) 분획은 50% 이하, 30% 이하, 20% 이하, 10% 이하, 5% 이하, 1 % 이하일 수 있다 .

본 발명의 공정에 의해 수행되는 용접은 하나 이상의 복합 재료를 포함한다. 용접되는 재료를 용접 스택. 용접 스택은 용접된 복합 재료 그 자체, 첫 번째 복합 재료와 같거나 다른 두 번째 복합 재료에 용접된 첫 번째 복합 재료, 또는 첫 번째 복합 재료 및 중합체 층을 가진 복합 재료가 아닌 기재(예를 들어 금속 또는 금속 합금)을 포함할 수 있다. 용접 스택은 복합 재료, 금속 재료, 또는 이들의 조합으로 이루어진 하나 이상의 부가적인 기재를 포함할 수 있다. 용접 스택은 i) 두 복합 재료; ii) 복합 재료 및 금속 재료; iii) 복합 재료 및 둘 이상의 금속 재료; 또는 iv) 둘 이상의 복합 재료 및 하나 이상의 금속 재료로 구성되거나 이들을 포함할 수 있다. 용접 스택이 둘 이상의 금속 재료를 포함한다면, 두 금속 재료는 용접 스택의 외부 면에 오거나(즉, 용접되는 영역에서 복합 재료가 두 금속 재료 사이에 놓이게 된다), 또는 복합 재료가 용접 스택의 상부 또는 하부 면에 놓일 수도 있다.

함께 용접되는 복합 재료 및 기재는 각각 독립적으로 약 0.1 mm 이상, 바람직하게는 약 0.2 mm 이상, 보다 바람직하게는 약 0.4 mm 이상, 가장 바람직하게는 약 0.6 mm 이상 (예를 들어, 0.7 mm 이상)의 두께를 갖는다. 함께 용접되는 복합 재료 및 기재는 각각 독립적으로 약 20 mm 이하, 바람직하게는 약 10 mm 이하, 보다 바람직하게는 약 5 mm 이하, 더욱 바람직하게는 약 2.1 mm 이하, 더욱 바람직하게는 약 1.8 mm 이하, 가장 바람직하게는 약 1.3 mm 이하의 두께를 갖는다. 본 발명의 범위 내에서 사용되는 복합 재료 및 기재는 그 이상 또는 그 이하의 두께를 가질 수도 있다.

복합 재료를 포함하는 용접 스택의 전체 두께(예를 들어, 복합 재료 및 기재를 결합한 두께)는 약 0.8 mm 이상, 바람직하게는 약 1 .0 mm 이상, 및 보다 바람직하게는 약 1 .2 mm 이상일 수 있다. 복합 재료를 포함하는 용접 스택의 전체 두께(예를 들어, 복합 재료 및 기재를 결합한 두께)는 약 30 mm 이하, 바람직하게는 약 15 mm 이하, 보다 바람직하게는 약 8 mm 이하, 더욱 바람직하게는 약 4 mm 이하, 가장 바람직하게는 약 3 mm 이하일 수 있다. 본 발명의 범위 내에서 사용되는 용접 스택은 그 이상 또는 그 이하의 두께를 가질 수도 있다. 본 발명에 따라, 전체 스택 두께가 두꺼울 경우, 예를 들어 약 2.0 mm 이상, 약 2.4 mm 이상, 약 2.8 mm 이상, 또는 약 3.2 mm 이상인 경우, 특별한 용접 공정, 예를 들어 다 단계 용접 공정을 사용할 수 있다.

복합 재료

일반적으로, 복합 재료는, 충진제 상(phase)이 중합체 매트릭스에 분포된, 충진된 중합체 재료를 포함한다. 일반적으로, 복합 재료는 둘 이상의 층을 포함하고, 그 중 하나는 상기 충진된 중합체 재료이다. 특히, 이 재료는 샌드위치 구조를 포함하는 복합물로서, 충진된 중합체 층 (예를 들어, 중합체 심재 층)이 둘 이상의 다른 층 사이에 끼워지게 된다. 복합 재료는 충진된 중합체 층이 첫 번째 금속 층에 부착되어 충진된 중합체 층의 다른 표면이 노출된 적층체일 수도 있다. 두개의 중합체 층 사이에 끼워진 금속 층도 포함된다.

본 발명의 용접 공정에 사용된 복합 재료의 예는 충진된 중합체 재료(예를 들어, 충진된 중합체 층) 및 국제 특허출원 번호 PCT/US09/53676에 기재된 복합 재료가 있다.

접촉면 저항

본 발명의 복합 재료는 예를 들어, 일반적인 용접 장치를 사용하는 용접전류를 통과할 수 있도록 바람직하게는 충분히 낮은 정전 접촉 저항(즉, SCR)을 가진다. 본 발명의 복합 재료는 또한, 용접을 위한 가공 창이 향상되거나 용접에 필요한 전류가 감소하도록 바람직하게는 충분히 높은 SCR을 갖는다. 특히, 복합 재료는 바람직하게는 복합재료의 금속 시트와 동일한 금속으로 만들어진 동일한 두께의 단일 금속 시트의 SCR보다 큰 SCR을 갖는다.

접촉면 저항의 시험방법

SCR은 단일 재료 또는 둘 이상의 재료로 이루어진 스택에 대해 측정된다. SCR은 의 측정 방법은 "The Effect of Electric Resistance on Nugget Formation During Spot Welding", J.G. Kaiser, G.J. Dunn, and T.W. Eagar, Welding Research Supplement, June, 1982, 167-s 내지 174-s페이지, 에 게시되어 있다. 높은 전기 전도성을 갖는 단일 재료에 대해, 접촉 저항은 표면 특성, 예를 들어 표면 거칠기, 표면 층(예를 들어, 표면 상의 산화 층 또는 오일 층), 등에 의해 조절된다. 상기의 표면 특성 외에, 복합 재료의 SCR은 중합체 층 (즉, 복합 재료의 심재 층)의 벌크 저항에 의해 영향을 받는다.

재료 또는 두 재료 스택의 SCR은 재료 또는 두 재료 스택을 대면 직경 약 4.8 mm의 두 class I - RWNA 전극 사이에 놓고 측정한다. 특별한 언급이 없는 한, SCR은 전극에 의해 적용된 약 2220 Nt (약 500 lb)의 힘을 사용하여 측정한다. SCR 측정 동안, 전극에 부하가 걸리는 시간으로부터 약 45 초 동안 저항을 측정한한다. SCR은 저항이 안정된 다음, 5초 동안 재료 또는 두 재료 스택의 평균 저항에 의해 결정된다. 안정한 SCR은 초당 2% 이하, 1 % 이하, 0.5% 이하의 변화로 결정한다. 약 1.2 mm 이상 두께를 갖는 재료의 SCR 측정에는 고압이 사용될 수 있다. 재료의 SCR은 25 mm x 25 mm 시료를 사용하여 측정한다.

복합 재료의 SCR 비는 복합 재료의 SCR을, 복합재료의 금속 시트와 동일한 재료로 만들어지고 복합재료와 동일한 두께, 동일한 표면 특성(예를 들어, 표면 거칠기, 표면 처리 등)를 갖는 단일 재료의 SCR로 나눈 것이다. 복합 재료의 SCR 비는 약 1 이상, 바람직하게는 약 1.2 이상, 보다 바람직하게는 약 1.5 이상, 더욱 바람직하게는 약 2 이상, 더욱 바람직하게는 약 3 이상, 더욱 바람직하게는 약 4 이상, 더욱 바람직하게는 약 5 이상, 가장 바람직하게는 약 10 이상이다. 복합 재료의 SCR 비는 약 1000 이하, 바람직하게는 약 300 이하, 보다 바람직하게는 약 100 이하, 더욱 바람직하게는 약 75 이하, 더욱 바람직하게는 약 40 이하, 가장 바람직하게는 약 30 이하이다. 1 이상의 SCR 비는 튼튼한 용접 가공 창(예를 들어, 높은 용접 전류 범위, 예를 들어 약 1 kA 이상, 약 1.5 kA 이상, 약 2 kA 이상, 또는 약 2.5 kA 이상 용접 전류 범위로 특정되는 용접 가공 창)을 얻는데 유용한 것으로 여겨진다.

복합 재료의 SCR이 너무 높으면, 복합물이 전류를 통과시키는데 어려움을 겪어서 쉽게 용접되지 않는다. 복합 재료의 SCR은 바람직하게는 약 0.0020 Ω 이하, 보다 바람직하게는 약 0.0017 Ω 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.0015 Ω 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.0012 Ω 이하, 가장 바람직하게는 약 0.0008 Ω 이하이다.

용접되는 기재(예를 들어, 냉연 강판, 아연도금 강판, 합금화 용융아연도금강판, 또는 이들의 조합)의 SCR에 대한 복합 재료의 SCR 비율은 바람직하게는 약 1 이상, 보다 바람직하게는 약 1.2 이상, 더욱 바람직하게는 약 1.5 이상, 더욱 바람직하게는 약 2 이상, 더욱 바람직하게는 약 3 이상, 더욱 바람직하게는 약 4 이상, 더욱 바람직하게는 약 5 이상 가장 바람직하게는 약 10 이상이다. 용접되는 기재의 SCR에 대한 복합 재료의 SCR 비율은 바람직하게는 약 1000 이하, 보다 바람직하게는 약 300 이하, 더욱 바람직하게는 약 100 이하, 더욱 바람직하게는 약 75 이하, 가장 바람직하게는 약 40 이하이다.

충진된 중합체 재료

상기한 바와 같이, 충진된 중합체 재료는 중합체 및 충진제를 포함한다. 충진된 중합체 재료는 바람직하게는 비교적 저밀도이다(바람직하게는 금속 재료의 밀도보다 적어도 10% 적다). 충진된 중합체 재료는 바람직하게는 비교적 낮은 전기 저항성을 갖는 중합체, 충진제, 또는 양쪽 모두를 포함하여 중합체 재료의 전기 저항성은 비교적 낮다. 예를 들어, 충진된 중합체 재료는 비교적 높은 전기 저항성 의 중합체와 비교적 낮은 전기 저항성의 충진제를 포함하여, 충진된 중합체 재료로 결합시켰을 때, 혼합물은 중합체의 전기저항성보다 비교적 낮은 전기 저항성을 갖는다. 복합 재료 또는 충진된 중합체 재료의 전기 저항성 (두께 방향을 통과하는)은 약 100,000 Ω·cm 이하일 수 있다. 바람직하게는, 복합 재료의 전기 저항성 충분히 낮아서 복합 재료와 동일한 두께를 갖는 두 개의 강판을 용접하는 것과 동일한 용접 스케쥴을 사용하여 기재에 용접할 수 있다. 예를 들어, 충진된 중합체 재료, 또는 복합 재료의 전기 저항성은 두께 방향을 통해 바람직하게는 약 100 Ω·cm 이하, 약 10 Ω·cm 이하, 약 1 Ω·cm 이하, 약 0.15 Ω·cm 이하, 약 0.1 Ω·cm 이하, 또는 약 0.075 Ω·cm 이하이다.

충진된 중합체 재료의 농도는, 복합 재료 전체 부피를 기준으로, 약 20 부피% 이상, 바람직하게는 약 25 부피% 이상, 보다 바람직하게는 약 30 부피% 이상, 더욱 바람직하게는 약 40 부피% 이상, 가장 바람직하게는 약 50 부피% 이상이다. 충진된 중합체 재료의 농도는, 복합 재료 전체 부피를 기준으로, 약 95 부피% 이하, 보다 바람직하게는 약 90 부피% 이하, 더욱 바람직하게는 약 85% 이하, 가장 바람직하게는 약 75 부피% 이하일 수 있다. 충진된 중합체 재료 및 금속 층은 각각 일반적으로 균일한 두께를 가지므로, 충진된 중합체 재료의 부피%와 충진된 중합체 재료의 두께%는 동일하다.

충진된 중합체 재료는 두 금속 층(예를 들어, 샌드위치 구조에서 두 금속 면) 사이의 공간을 전부 또는 일부 채울 수 있다. 예를 들어, 충진된 중합체 재료의 농도는 두 금속 층(예를 들어 두 금속 면) 사이의 부피의 약 30 부피% 이상, 바람직하게는 약 50 부피% 이상, 보다 바람직하게는 약 70 부피% 이상, 더욱 바람직하게는 약 90 부피% 이상, 가장 바람직하게는 약 95 부피% (약 100 부피%가 아니라면) 이상이다.

중합체

복합 재료의 중합체 재료는 열가소성 중합체, 탄성 중합체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 바람직한 중합체는 하나 이상의 열가소성 중합체를 포함한다. 중합체는 단일중합체, 공중합체 (예를 들어, 블럭 공중합체, 랜덤 공중합체, 그래프트공중합체, 번갈기 공중합체, 등), 또는 이들의 조합을 포함한다. 하나 이상의 열경화성 중합체를 중합체 재료에 사용할 수도 있다.

사용되는 열가소성 중합체는 바람직하게는 약 25℃ 이상의 하나 이상의 고체 내지 액체 상 전이(예를 들어, 일차 상전이, 예를 들어 융점, 2차 상전이, 예를 들어 유리전이온도, 또는 둘 다)온도를 가지므로, 실온 조건에서 열가소성 중합체는 고체이거나 액체이거나 비교적 높은 점도의 액체이고, 가열시 액체이거나 비교적 낮은 점도의 액체이다. 예를 들어, 열가소성 중합체는 약 40℃ 이상, 약 60℃ 이상, 약 80℃ 이상, 또는 약 100℃ 이상의 융점 또는 유리전이온도를 가질 수 있다. 융점(예를 들어, 피크 융점), 유리전이온도, 또는 둘 다 ASTM D3418-08에 의해 측정할 수 있다.

제한없이, 중합체로는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴, 아크릴산, 또는 아크릴래이트를 포함하는 중합체, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 이오노머, 상기 중합체를 하나 이상 포함하는 공중합체, 및 상기 중합체 또는 공중합체를 하나 이상 포함하는 블렌드를 사용할 수 있다. 충진된 중합체 재료에 사용되는 다른 중합체의 예로는 중합체 국제특허공개번호 WO/2010/021899의 단락 0052 내지 0063에 기재된 것 및 미국 가출원번호 61/387, 174의 단락 0060 내지 0086에 기재된 것이 있다.

특히 바람직한 중합체는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 공중합체 (바람직하게는 약 70 중량%이상의 에틸렌을 포함), 폴리프로필렌, 폴리프로필렌 공중합체, 폴리아미드, 및 폴리아미드 공중합체류이다. 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 공중합체의 예로는 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 및 폴리에틸렌 소성 중합체가 있다. 폴리프로필렌의 예로는 폴리프로필렌 단일중합체 (예를 들어, 이소탁틱 폴리프로필렌 단일중합체), 임팩트 폴리프로필렌 (예를 들어, 폴리프로필렌은 이소탁틱 폴리프로필렌 및 고무 상을 포함한다), 및 랜덤 폴리프로필렌 공중합체가 있다.

이오노머와 혼합되는 폴리올레핀의 예로는 단일중합체 및 약 2 내지 약 10 탄소 원자를 갖는 알파 올레핀을 약 50 중량% 이상 포함하는 공중합체가 있다. 이오노머와 혼합되는 바람직한 폴리올레핀은 약 50 중량% 이상의 에틸렌, 프로필렌, 부탄, 또는 헥산을 포함하는 것들이다. 이오노머와 혼합되는 보다 바람직한 폴리올레핀은 약 50 중량% 이상의 에틸렌 또는 프로필렌을 포함하는 것들이다. 폴리올레핀 중의 알파 올레핀의 농도(예를 들어, 에틸렌 또는 프로필렌의 농도)는 전체 폴리올레핀의 중량을 기준으로 바람직하게는 약 60 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 70 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 80 중량% 이상, 가장 바람직하게는 약 90 중량% 이상이다. 바람직한 폴리올레핀은 하나 이상의 알파 올레핀으로 구성된 폴리올레핀을 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 알파 올레핀의 농도는 전체 폴리올레핀의 중량을 기준으로 약 90 중량% 이상, 약 95 중량% 이상, 약 98 중량% 이상, 약 99 중량% 이상, 또는 약 99.9 중량% 이상이다. 이오노머와 혼합되는 폴리올레핀 ㅇ은 고밀도 폴리에틸렌(예를 들어, 밀도 약 0.945 내지 약 0.990 /cm³), 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌(예를 들어, 밀도 약 0.915 to 약 0.930 g/cm³의 공중합체), 중밀도 폴리에틸렌(예를 들어, 밀도 약 0.930 내지 약 0.945 g/cm³의 공중합체), 극저밀도 폴리에틸렌(예를 들어, 밀도 약 0.900 내지 약 0.915 g/cm³의 공중합체), 폴리에틸렌 소성 중합체(예를 들어, 약 0.860 내지 약 0.900 g/cm³, 바람직하게는 약 0.870 내지 약 0.895 g/cm³의 밀도를 갖는 공중합체), 이소탁틱 폴리프로필렌 단일중합체, 약 5 중량% 이상의 결정성을 갖는 이소탁틱 폴리프로필렌 공중합체, 임팩트 폴리프로필렌, 하나 이상의 이소탁틱 폴리프로필렌을 포함하는 폴리프로필렌 블럭 공중합체, 이들의 혼합물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이오노머와 혼합하기에 적합한 다른 폴리올레핀의 예로는, i) 약 60 중량% 이상의 알파 올레핀; 및 ii) 비닐 아세테이트, 메틸 아크릴래이트, 부틸 아크릴래이트, 아크릴산, 메틸 메타크릴래이트, 메타크릴산, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 단량체를 포함하는 공중합체가 있다. 이오노머 및 폴리올레핀의 혼합물은 충분한 양의 이오노머를 포함하여 중합체가 금속 층, 금속 섬유, 또는 둘 다에 부착된다. 이오노머 대 폴리올레핀의 중량비는 약 1:99 이상, 약 3:97 이상, 약 5:95 이상, 약 10:90 이상, 또는 약 20:80 이상이다. 이오노머 대 폴리올레핀의 중량비는 약 99:1 이하, 약 90:10 이하, 약 70:30 이하, 약 50:50 이하, 또는 약 40:60 이하일 수 있다.

특히 바람직한 충진된 중합체 재료는 하나 이상의 폴리아미드 공중합체, 하나 이상의 열가소성 폴리우레탄, 하나 이상의 열가소성 폴리에테르-에스테르 공중합체, 하나 이상의 이오노머, 또는 이들의 조합을 포함한다. 폴리아미드 공중합체는 상기의 어떤 폴리아미드 공중합체라도 좋다. 바람직한 폴리아미드 공중합체는 폴리아미드-폴리아미드 공중합체, 폴리에스테르아미드 공중합체, 폴리에테르에스테르아미드, 폴리카보네이트-에스테르아미드 공중합체, 또는 이들의 조합이다. 열가소성 중합체는 랜덤 공중합체 또는 블럭 공중합체일 수 있다. 열가소성 중합체는 열가소성 탄성체일 수 있다. 예를 들어, 충진된 중합체 재료는 폴리에스테르 아미드 열가소성 탄성체, 폴리에테르에스테르아미드 열가소성 탄성체, 폴리카보네이트-에스테르아미드 열가소성 탄성체, 폴리에테르-에스테르 열가소성 탄성체, 아미드 블럭 공중합체 열가소성 탄성체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 충진된 중합체 재료는 임의로 공중합체가 아닌 하나 이상의 중합체를 포함할 수 있다. 예를 들어 충진된 중합체 재료는 하나 이상의 폴리아미드 단일중합체를 포함할 수 있다. 특히 바람직한 폴리아미드는 폴리아미드 6 및 폴리아미드 6,6를 포함하는 단일중합체이다. 사용되는 경우, 하나 이상의 폴리아미드 단일중합체의 농도는 바람직하게는 비교적 낮다(예를 들어, 하나 이상 공중합체의 농도에 비해서). 사용되는 경우, 하나 이상의 폴리아미드 단일중합체의 농도는 충진된 중합체 재료의 중합체 전체 중량을 기준으로 바람직하게는 약 50 중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 40 중량 이하, 더욱 바람직하게는 약 30 중량 이하, 가장 바람직하게는 약 25 중량 이하이다.

특히 바람직한 폴리아미드 공중합체는 약 30 중량% 내지 약 70 중량% (예를 들어, 약 50 중량%)의 폴리아미드 6 및 약 30 중량% 내지 약 70 중량% (예를 들어, 약 50 중량%)의 폴리아미드 6,9을 포함하는 폴리아미드 공중합체이다. 그러한 폴리아미드 공중합체는 하나 이상의 하기 특징을 나타낸다: ISO 527-2에 의해 특정된 탄성율 약 100 MPa 내지 약 600 MPa (예를 들어, 약 300 MPa), ISO 11357에 의해 측정된 융점 약 100 ℃ 내지 약 165 ℃ (예를 들어, 약 130℃), ISO 527-3에 의해 측정된 파단신율 약 400% 내지 약 2000% (예를 들어, 약 900 %).

열가소성 중합체는 바람직하게는 비교적 긴 사슬의 중합체, 예를 들어 수평균 분자량 약 20,000 이상, 바람직하게는 약 60,000 이상, 가장 바람직하게는 약 140,000 이상이다. 중합체는 가소화되거나 되지않거나, 탄성체로 변성되거나, 또는 탄성체를 포함하지 않을 수 있다. 반-결정성 중합체는 약 10 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 20 중량%이상, 보다 바람직하게는 약 35 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 45 중량%이상, 가장 바람직하게는 약 55 중량% 이상의 결정화도를 갖는다. 반-결정성 중합체는 약 90 중량% 이하, 바람직하게는 약 85 중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 80 중량% 이하, 가장 바람직하게는 약 68 중량% 이하의 결정화도를 갖는다. 열가소성 중합체의 결정성은 시차주사열량계를 사용하여 용융열을 측정하고, 예를 들어 ASTM D3418에 기재된 공지기술의 특정 중합체의 용율열과 비교하여 측정된다.

충진된 중합체 재료의 중합체는 예를 들어 말레인산 무수물과 같은 극성 분자와 그래프트된, 약 10 중량% 이하의 그래프트된 중합체 (예를 들어, 그래프트된 폴리올레핀, 예를 들어 이소탁틱 폴리프로필렌 단일중합체 또는 공중합체, 또는 폴리에틸렌 단일중합체 또는 공중합체)를 포함할 수 있다. 그래프트된 화합물의 농도는 그래프트된 중합체 전체의 중량을 기준으로 약 0.01 중량% 이상이다. 특히 바람직한 그래프트된 중합체는 약 0.1 중량% 내지 약 3 중량% 말레인산 무수물을 포함한다.

충진제

충진된 중합체 재료는 하나 이상의 충진제, 바람직하게는 하나 이상의 전도성 충진제를 포함한다. 어떤 양의 충진제도 충진된 중합체 재료에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 충진제의 농도는 충분히 높아서, 충진된 중합체 재료, 복합 재료, 또는 둘 다가 비교적 낮은 전기 저항성 (예를 들어, 중합체의 전기 저항성에 비해)을 갖는 것이다. 충진제의 농도는 충진된 중합체의 전체 부피를 기준으로 약 3 부피% 이상, 바람직하게는 약 5 부피% 이상, 보다 바람직하게는 약 8 부피% 이상, 더욱 바람직하게는 약 10 부피% 이상, 가장 바람직하게는 약 12 부피% 이상이다. 낮은 충진제 농도는 바람직한데, 그것은 충진된 중합체 재료의 밀도가 비교적 낮아 지기 때문이다(예를 들어, 충진제, 금속 시트, 또는 둘 다의 밀도에 비해). 충진제의 농도는 충진된 중합체 전체 부피를 기준으로 약 50 부피% 이하, 바람직하게는 약 35 부피% 이하, 보다 바람직하게는 약 30 부피% 이하, 더욱 바람직하게는 약 25 부피% 이하, 더욱 바람직하게는 약 23 부피% 이하, 가장 바람직하게는 약 21 부피% 이하이다.

충진제는 어떤 모양도 가질 수 있다. 예를 들어, 충진제는 일반적으로 구 모양, 일반적으로 섬유 모양(예를 들어 한 치수가 다른 두 치수보다 5배 이상 큰 모양), 또는 일반적으로 평면 모양(예를 들어 두 치수가 가장 작은 치수보다 5 배 이상 큰 모양)일 수 있다. 여기에 사용된 충진제 섬유는 일반적으로 섬유 모양의 충진제를 의미하는데 반해, 충진제 제품은 다른 충진제 모양을 의미한다(예를 들어 일반적으로 평면 모양 및 일반적으로 구 모양).

충진된 중합체 재료에 사용되는 충진제는 예를 들어, 국제 특허 출원 제 PCT/US09/53676 호의 단락 ( 0064 내지 0081, 및 단락 0087, 그리고 단락 0055에 기재된 충진제를 포함한다. 적합한 충진제의 예로는, 금속 섬유, 금속 제품, 카본 블랙, 흑연, 인화철, 및 이들의 조합이 있다. 바람직하게는 충진제는 전도성 (예를 들어, 약 10^-4 Ω·cm 이하의 저항을 갖는) 제품, 섬유를 실질적으로(예를 들어, 충진제 전체 부피를 기준으로 80 부피% 이상, 90 부피% 이상, 또는 95 부피% 이상 ) 포함한다. 보다 바람직하게는, 충진제는 금속 제품, 금속 섬유, 또는 이들의 조합이다. 가장 바람직하게는, 충진제는 금속 섬유로 구성된다.

금속 섬유는 충분히 낮은 융점을 가져서 용접 (예를 들어 전기 저항 스폿 용접)단계 중에, 용접 전극 (즉, 용접 팁)사이의 금속 섬유의 적어도 일부는 금속 층이 녹기 전에 녹는다. 충진된 중합체 재료의 전기 저항성은 금속 층의 전기 저항보다 높아(예를 들어, 약 2 이상, 약 10 이상, 또는 약 100 이상) , 금속 섬유가 금속 층이 녹기 전에 녹는다. 용접 공정은 금속 층이 녹기 시작하기 전에 금속 섬유가 녹도록 충분한 냉각 단계를 포함할 수 있다. 이와 같이, 금속 섬유는 첫 번째 금속 층, 두 번째 금속 층, 또는 둘 다의 금속(예를 들어, 강철)보다 낮거나, 동일하거나 더 높은 융점을 갖는 금속(예를 들어, 강철)을 포함하거나 그 금속으로 구성될 수 있다.

본 발명의 일례에서, 금속 섬유는 바람직하게는 하나 이상의 일반적으로 평평한 면, 예를 들어 일반적으로 섬유의 길이 방향으로 평평한 면을 갖는다. 평평한 면은 섬유 길이의 일부 또는 전체로 연장될 수 있다. 섬유를 가로지르는 방향(즉, 섬유 길이에 수직인 방향)으로 금속 섬유의 단면은, 하나 이상의 일반적으로 수직면을 갖는다. 예를 들어, 가로 방향의 금속 섬유의 단면은 넷 이상의 일반적으로 수직면, 둘 이상의 평행 면, 또는 둘 다를 가질 수 있다. 금속 섬유는 일반적으로 사각형, 일반적으로 평행사변형, 일반적으로 넷 이상의 면을 갖는 다각형, 또는 일반적으로 정사각형이다. 다른 예에서는, 단 하나의 평평한 면을 갖는, 예를 들어 반원형의 단면을 가질 수 있다. 가로 방향에서 금속 섬유의 단면은 두께 (예를 들어, 가장 얇은 치수) 및 폭 (즉 두께에 수직인 방향)에 의해 특정될 수 있다. 섬유의 두께에 대한 폭의 비율은 약 1 이상, 약 2 이상, 약 3 이상, 또는 약 4 이상이다. 섬유의 두께에 대한 폭의 비율은 바람직하게는 약 60 이하이고, 보다 바람직하게는 약 30 이하 (예를 들어, 약 20 이하, 또는 약 15 이하)이다. 예상치 못하게, 길이 방향으로 하나 이상의 일반적으로 평평한 면(예를 들어, 가로 방향으로 사각형의 단면)을 갖는 금속 섬유를 포함하는 복합 재료 및 충진된 중합체 재료는 일반적으로 원통 모양을 갖는 동일한 금속의 동일한 부피의 금속 섬유로 만들어진 재료에 비해 더 높은 전기 전도성을 갖는다. 예를 들어, 일반적으로 평평한 면을 갖는 금속 섬유를 포함하는 충진된 중합체 재료의 전기 전도성은 일반적으로 원통 모양을 갖는 금속 섬유로 만들어진 충진된 중합체 재료의 전기 전도성의 약 1.1 배 이상, 약 1.5 배 이상, 또는 약 2.0 배 이상이다. 따라서, 그러한 섬유를 사용하는 경우 감소된 밀도에서 향상된 용접 성능을 얻을 수 있다.

금속 섬유의 중량평균 길이는 바람직하게는 약 200㎛ 이상, 보다 바람직하게는 약 500㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 약 800㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 약 1.2 mm 이상, 가장 바람직하게는 약 1.8 mm 이상이다. 금속 섬유는 약 10 mm 이상의 중량평균 길이를 가질 수도 있고, 또는 일반적으로 연속적일 수도 있다. 스폿 용접에 적용하기 위해, 금속 섬유는 바람직하게는 일반적으로 스폿 용접에 사용되느 용접 전극의 직경보다 적은 중량평균 길이를 가져서 금속 섬유가 용접 공정 중에 용접 구역으로부터 쉽게 흘러가도록 한다. 예를 들어, 금속 섬유는 약 20 mm 이하, 약 10 mm 이하, 약 7 mm 이하, 약 5 mm 이하, 약 4 mm 이하, 또는 약 3 mm 이하의 중량평균 길이를 가진다. 섬유의 종횡비는 섬유의 길이를 (4A_T/Π)^1/2로 나눠서 추정할 수 있고, 여기서 A_T는 가로 방향에서 섬유의 단면적이다. 섬유의 종횡비는 약 5 이상, 약 10 이상, 약 20 이상, 또는 약 50 이상이다. 섬유의 종횡비는 약 10,000 이하, 약 1,000 이하, 또는 약 200 이하일 수 있다. 10,000 이상의 종횡비를 갖는 금속 섬유가 사용될 수도 있다.

금속 층 사이에 중합체 층이 사용되는 경우, 금속 섬유는 바람직하게는 섬유 덩어리로 존재한다. 금속 섬유 덩어리는 서로 연결되어 있을 수 있다. 금속 섬유 덩어리는 얼기설기 얽혀 있을 수 있다. 섬유 덩어리는 기계적 인터로크를 형성할 수 있다(즉, 둘 이상의 섬유가 기계적으로 인터로크될 수 있다). 금속 섬유 덩어리는 바람직하게는 중합체 층의 두께를 가로질러 섬유 덩어리(예를 들어, 금속 섬유 망)가 두 금속 층을 전기적으로 연결한다. 금속 섬유를 사용하는 시트 사이를 전류가 흐르고 섬유에 흐르는 전류로부터의 저항열로 중합체 층을 가열하는 용접 공정에 섬유 덩어리가 사용될 수 있다. 공정은 유도 가열, 전도성 가열, 또는 둘 다를 사용할 수 있다. 단일 금속 섬유는 중합체 층의 두께를 가로지를 수 있다. 바람직하게는 적어도 일부의 금속 섬유는 개별적으로 중합체 층의 두께를 가로지르지 않는다. 금속 섬유가 중합체 층의 두께를 가로지른다면, 두께를 가로지르는 섬유 분획은 바람직하게는 약 0.4 이하, 보다 바람직하게는 약 0.20 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.10 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.04 이하, 가장 바람직하게는 약 0.01 이하이다.

섬유 덩어리 중의 섬유는 바람직하게는 불규칙한 배열로 배열된다. 예를 들어, 나란히 배열되는 인접 금속 섬유의 최대 갯수는 약 100 이하, 바람직하게는 약 50 이하, 보다 바람직하게는 약 20 이하, 더욱 바람직하게는 약 10 이하, 가장 바람직하게는 약 5 이하이다. 보다 바람직하게는 섬유 덩어리는 일반적으로 불규칙하게 배열된다. 규칙적인 배열, 예를 들어 편조선 배열 (예를 들어, 둘, 셋, 이상의 섬유를 포함하는), 꼬은 섬유 배열, 직조 또는 메쉬 배열도 사용될 수 있다.

바람직하게는, 금속 섬유가 금속 섬유 길이의 많은 부분을 금속 층과 접촉한다. 예를 들어, 금속 층과 접촉하지 않는 분획을 가질 수도 있다. 섬유 길이의 적어도 절반 이상을 금속층과 접촉하는 금속 섬유의 분획은 바람직하게는 약 0.3 이하, 보다 바람직하게는 약 0.2 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.1 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.04 이하, 가장 바람직하게는 약 0.01 이하이다.

금속 섬유 섬유의 세로축에 가로지르는 면에서 일반적으로 사각형의 단면을 가질 수 있다(즉, 섬유는 일반적으로 리본 같은 모양을 가질 수 있다). 그러한 섬유는 중량 평균 길이, 중량 평균 폭, 및 중량 평균 두께에 의해 특정될 수 있고, 두께에 대한 폭의 비는 약 1 이상(예를 들어, 약 2 이상, 약 3 이상, 또는 약 4 이상), 폭에 대한 길이의 비는 약 5 이상(예를 들어, 약 7 이상, 약 10 이상, 또는 약 20 이상)이다. 그러한 리본 모양 섬유가 사용되는 경우 바람직하게는 두께(예를 들어, 평균 중량 두께)가 약 1 ㎛ 이상, 보다 바람직하게는 약 3 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 약 6 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 약 10 ㎛ 이상, 가장 바람직하게는 약 20 ㎛ 이상. 리본 모양 섬유의 두께(예를 들어, 중량 평균 두께)는 바람직하게는 약 100 ㎛ 이하, 바람직하게는 약 80 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 약 70 ㎛ 이하, 가장 바람직하게는 약 60 ㎛ 이하이다. 리본 모양 섬유의 폭(예를 들어, 중량 평균 폭)은 바람직하게는 약 10 ㎛ 이상, 보다 바람직하게는 약 20 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 약 30 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 약 40 ㎛ 이상, 가장 바람직하게는 약 60 pm 이상이다. 리본 모양 섬유의 폭(예를 들어, 중량 평균 폭)은 바람직하게는 약 400 ㎛ 이하, 바람직하게는 약 200 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 약 160 ㎛ 이하, 가장 바람직하게는 약 140 ㎛ 이하이다. 리본 모양 섬유는 바람직하게는 금속 섬유, 보다 바람직하게는 강철 섬유를 포함한다. 예를 들어, 리본 모양 섬유는 카본 스틸 섬유, 스테인레스 스틸 섬유, 고강도 강철 섬유, 등을 포함할 수 있다. 놀랍게도, 그러한 리본 모양 섬유는 일반적으로 더 작은 단면적을 가진 원통형 섬유에 비해 복합 재료의 전도성을 향상시키는데 더욱 효과적이다. 따라서, 리본 모양 섬유는 감소된 밀도, 향상된 용접성능을 갖는 복합 재료에 사용될 수 있다. 예를 들어 섬유는 금속 호일(예를 들어, 대략 섬유의 두께를 갖는)을 좁은 리본(예를 들어, 절단 사이의 공간이 섬유의 폭인)으로 잘라 제조된 섬유이다. 금속 섬유는 하나 이상의 금속 층 및/또는 코팅(예를 들어, 양쪽 큰 표면에 코팅)을 갖는 단일 금속 호일, 또는 금속 호일을 포함한다. 금속 섬유는 금속 또는 아연도금 보호 피막을 포함할 수 있다. 다른 방법에 의해 제조된 리본 모양 섬유도 사용될 수 있다는 것은 명백한 사실이다.

길이 축에 대해 가로지르는 면의 금속 섬유의 단면적은 바람직하게는 약 1 x 10^-6 ㎟ 이상, 보다 바람직하게는 약 1 x 10^-5 ㎟ 이상, 더욱 바람직하게는 약 8 x 10^-5 ㎟ 이상, 더욱 바람직하게는 약 1 x 10^-4 ㎟ 이상, 가장 바람직하게는 약 4 x 10^-4 ㎟ 이상. 길이 축에 대해 가로지르는 면의 금속 섬유의 단면적 바람직하게는 약 2.5 x 10^-2 ㎟ 이하, 보다 바람직하게는 약 1 x 10^-2 ㎟ 이하, 더욱 바람직하게는 약 2.5 x 10^-3 ㎟ 이하, 가장 바람직하게는 약 1 x 10^-3 ㎟ 이하. 예를 들어, 길이 축에 가로 단면적이 약 8 x 10^-5 ㎟인 강철 섬유를 사용하는 복합재료는 더 낮은 단면적을 갖는 섬유를 갖는 재료에 비해 향상된 용접 가공 창을 갖는다. 단면적이 약 8 x 10^-5 ㎟ 보다 큰 섬유를 포함하는 복합 재료는 더 얇은 섬유를 갖는 복합재료에 비해 높은 연신성 및 성형성을 갖는다.

금속 섬유는 섬유의 길이를 가로지르는 또는 섬유의 복을 가로지르는 일정한 두께를 가질 수 있다. 섬유의 평평한 표면은 매끄럽거나 (즉, 일반적으로 직물의 감촉이 아닌), 직물의 감촉을 가질 수 있다. 예를 들어 리본-같은 섬유는 매끄러운 두 주요 표면, 직물 느낌이 나는 두 주요 표면, 또는 한 표면은 직물 느낌이 나고 한 표면은 매끄러울 수 있다.

섬유(예를 들어, 금속 섬유)에 대한 중합체의 부피 비는 바람직하게는 약 2.2:1 이상, 보다 바람직하게는 약 2.5:1 이상, 가장 바람직하게는 3:1 이상이다. 섬유(예를 들어, 금속 섬유)에 대한 중합체의 부피 비는 바람직하게는 약 99:1 이하, 보다 바람직하게는 약 33:1 이하, 더욱 바람직하게는 약 19:1 이하, 가장 바람직하게는 약 9:1 이하(예를 들어, 약 7:1 이하)이다.

도 2A에서, 금속 섬유 20'은 하나, 둘 이상이 일반적으로 직선인 단면(예를 들어, 일반적으로 사각형의 단면)을 가질 수 있다. 금속 섬유의 길이는 일반적으로 곧은 영역, 일반적으로 아치형의 영역, 또는 둘 다를 가질 수 있다. 금속 섬유는 충분히 길거나, 충분한 곡률을 가지거나(예를 들어, 섬유의 길이를 따라), 충분한 양으로 존재하거나 또는 이들의 조합으로, 얼기설기 얽힌 섬유 덩어리를 형성한다.

하나 이상의 직선 면을 가지고 금속 섬유에 사용되는 단면(섬유 길이에 가로지르는)은 도 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H, 2I, 및 2J에 도시되어 있다.

도 3은 금속 섬유 20" 및 중합체 18'을 포함하는 심재 층 16'의 현미경 사진을 도시한 것이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 섬유는 충분히 겹쳐져서 전류가 심재 층을 통해 전달될 수 있다. 예를 들어, 심재 층의 전기 전도성은 복합 재료가 전기 저항 용접에 의해 용접되기에 충분하다.

도 4는 섬유의 길이에 가로 방향에서 일반적으로 사각형의 단면을 갖는 금속 섬유 20'을 포함하는 복합 재료를 도시한 것이다. 심재 층은 금속 섬유 20'및 중합체 18'을 포함하고 금속 층 14" 사이에 끼워진다.

금속 섬유는 바람직하게는 복합 재료가 일반적으로 큰 용접 가공 창(예를 들어, 용접 전류 범위 약 1 kA 이상)을 가지도록 선택된다. 예를 들어, 금속 섬유의 농도, 금속 섬유의 크기, 금속 섬유 사이의 접촉 양, 금속 섬유의 모양, 금속 섬유와 금속 층 사이의 접촉 양, 또는 이들의 조합은 복합 재료가 일반적으로 큰 용접 가공 창, 일반적으로 높은 전기 전도성, 일반적으로 높은 SCR, 또는 이들의 조합을 갖도록 선택된다. 일반적으로 큰 용접을 위한 가공 창(즉, 용접 가공 창)은 예를 들어 높은 용접 전류 범위(고정된 용접 시간에서 측정한), 높은 용접 시간 범위 (고정된 전류에서 측정한), 또는 둘 다에 의해 특징 지워진다.

금속 층

상기한 바와 같이, 복합 재료는 하나, 둘 이상의 금속 층 (예를 들어, 금속 시트)를 포함한다. 예를 들어, 복합 재료는 중합체 층을 끼우는 두 금속 층 (예를 들어, 두 대면 층)을 포함할 수 있다. 금속 층은 바람직하게는 용접가능한 (예를 들어, 전기 저항 용접 공정으로 용접될 수 있는) 금속 또는 금속 합금이다. 예를 들어, 금속 층은 상기한 금속 재료를 포함하거나 그 금속 재료로 구성될 수 있다. 복합 재료는 비교적 용접이 용이한 첫 번째 금속 층과 비교적 용접이 어려운 두 번째 금속 층을 포함할 수도 있다(예를 들어, 두 번째 금속 층은 용접이 가능하지 않거나, 첫 번째 금속 층의 용접에 비해 더 긴 용접 시간, 더 높은 용접 전류, 더 높은 용접 압력, 또는 이들의 조합이 필요할 수도 있다). 예를 들어, 복합 재료는 피복(예를 들어 외관, 내구성, 또는 표면의 접착 성능을 향상시키는 피복)된 표면을 갖는 하나 이상 금속 층을 포함할 수도 있다.

복합 재료에 사용되는 금속 층의 예로는 국제 특허출원 제 PCT/US09/53676 호(2009년 8월 13일 출원), 특히 0082 내지 0084 단락에 게시된 금속 층 및 금속 재료가 있다 .

금속 층의 전체 두께(예를 들어 두 강철 시트의 전체 두께)는 충분히 얇아서 복합 재료는 일반적으로 낮은 밀도(예를 들어, 강철 시트의 밀도에 비해 약 5% 이상, 약 10% 이상, 또는 약 15% 이상 감소된 밀도)를 갖는다. 예를 들어 금속 층의 두께 분획, 부피분획, 또는 둘 다는 복합 재료 전체의 두께를 기준으로 약 75% 이하, 약 70% 이하, 약 65% 이하, 약 60% 이하, 또는 약 55% 이하이다. 예를 들어 금속 층의 두께 분획, 부피분획, 또는 둘 다는 복합 재료 전체의 두께를 기준으로 약 5% 이상이다. 금속 층의 전체 두께는 약 0.1 mm 이상, 약 0.2 mm 이상, 또는 약 0.3 mm 이상이다. 금속 층의 전체 두께는 약 1.5 mm 이하, 약 1.2 mm 이하, 약 1.0 mm 이하, 약 0.8 mm 이하, 또는 약 0.6 mm 이하이다.

금속 재료

상기한 바와 같이, 용접 스택의 기재는 하나 이상의 금속 재료를 포함할 수 있다. 사용되는 금속 재료는 금속, 금속 합금, 금속/금속 복합물 등을 포함할 수 있다. 일반적으로 금속 재료는 약 5 중량% 이하(예를 들어, 약 1 중량% 이하)의 중합체 재료를 포함하고 보다 일반적으로는 실질적으로 완전히 중합체 재료를 포함하지 않는다. 금속 재료 바람직하게는 저항 용접할 수 있는 재료이다. 복합 재료의 금속 층에 사용될 수 있는 모든 금속을 금속 재료 (예를 들어, 두 번째 또는 추가 작업편의 금속 재료)로 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 재료는 (예를 들어 용접되는 영역의) 금속 층 전체 중량을 기준으로 약 50 중량% 철 원자와 50 중량% 알루미늄 원자를 포함하는 금속 또는 금속 합금을 사용할 수 있다.

사용되는 경우, 금속 재료는 용접되는 복합재료의 금속 층과 같거나 다를 수 있다.

용접 전류 범위를 위한 시험 방법

용접 가공 창의 측정은 전류 범위(즉, 용접 전류 범위)이다. 시험 재료에 대한 용접 전류 범위는 시험 재료의 시트 및 시험 재료의 시트와 동일한 두께를 갖는 대조군의 강철 시트(예를 들어 아연도금 강판)으로 구성된 스택을 용접하여 측정할 수 있다. 용접은 두 전극을 사용하여 수행된다. 시험 재료에 대한 전극은 면 직경, d를 갖는다. 대조군의 강철 시트에 대한 전극은 d와 동일하거나 더 크다. 용접 시간 및 용접 압력은 고정되고, 예를 들어 재료에 대한 표준 용접 스케쥴로부터 미리 정할 수 있다. 용접 버튼 크기는 두 시트를 분리하는 것으로 측정하고 용접 버튼의평균 직경으로 정해진다. 0.95 d 이상의 용접 버튼을 생성하는 전류를 선택하는 것으로 측정을 시작한다. 그러면 용접 전류는 용접 버튼의 직경이 d보다 작아질 때까지 급격히 감소하게 된다. 용접 전류의 하한은 수용가능한 용접 (예를 들어, 최소 0.95 d의 용접 버튼 크기를 갖는 용접)을 생성하는 가장 낮은 전류이다. 용접 전류는 금속 방출, 전극에 시트의 부착, 시끄러운 용접 소음, 또는 이들의 조합 등에 의해 특징 지워지는 수용 불가능한 용접이 얻어질 때까지 다시 증가한다. 수용가능한 용접을 생성하는 가장 높은 전류는 용접 전류의 상한이다. 용접 전류 범위는 용접 전류의 상한과 하한 사이이다. 예를 들어, 두께 약 0.8 mm의 복합 재료 및 두께 약 0.8 mm의 아연 도금 강판을 사용하여 용접 전류 범위 측정을 수행할 수 있다. 복합 재료 상의 전극은 약 3.8 mm의 직경을 가지고 아연 도금 강판 상의 전극은 두께 약 4.8 mm를 갖는다. 약 2713 Nt (예를 들어, 610 파운드)의 압축력이 적용될 수 있다. 용접 전류 범위 측정을 위한 용접 조건은 약 1 ,000 Hz 파장을 갖는 중간 파장 DC 용접 전류, 약 50 밀리초의 활승 시간, 약 200 밀리초의 용접시간을 포함한다. 재료는 바람직하게는 폭 약 25 mm이고, 두께는 25 mm 또는 75 mm이다.

복합 재료와 동일한 두께의 강철에 용접될 때, 복합 재료의 용접 전류 범위lc 는, 바람직하게는 복합 재료와 동일한 두께의 두 강철 시트에 대한 전류 범위 lm 보다 크다. lm에 대한 lc의 비는 바람직하게는 약 1.1 이상, 보다 바람직하게는 약 1.2 이상, 더욱 바람직하게는 약 1.3 이상, 더욱 바람직하게는 약 1.4 이상, 가장 바람직하게는 약 1.5 이상이다. 복합 재료의 전류 범위, lc는, 바람직하게는 약 1 .5 kA 이상, 보다 바람직하게는 약 1.7 kA 이상, 더욱 바람직하게는 약 1.9. kA 이상, 더욱 바람직하게는 약 2.1 kA 이상, 더욱 바람직하게는 약 2.3 kA 이상, 가장 바람직하게는 약 2.5 kA 이상이다. 도 5는 놀라울 정도로 높은 용접 전류 범위를 갖는 복합 재료에 대한 용접 전류 범위를 도시한 것이다.

복합 재료를 하나 이상의 단일 금속 재료(예를 들어, 강철 시트와 같은 강철 재료)에 스폿 용접할 때, 공정은 복합 재료를 접촉하는 첫 번째 전극과 단일 금속을 접촉하는 두 번째 전극을 사용할 수 있다. 첫 번째 전극 및 두 번째 전극은 같거나 다를 수 있다. 놀랍게도, 복합 재료에서 금속의 부피가 단일 금속 재료에서 금속의 부피보다 30% 이상 적은데도 불구하고 본 발명의 복합 재료는 같은 직경을 갖는 첫 번째 전극 및 두 번째 전극을 사용할 수 있다. 특히 어려운 용접을 위해, 첫 번째 전극 및 두 번째 전극은 다른 것이 바람직하다. 예를 들어, 첫 번째 전극 의 직경이 두 번째 전극의 직경보다 작을 때, 복합 재료의 두 금속 층은 단일 금속 재료에 보다 쉽게 용접될 수 있다. 더 작은 직경의 전극을 복합 재료에 접촉시키는 것이 보다 균형 있는 열 분포를 가져오고, 보다 효과적으로 중합체를 용접 구역에서 제거하는 것으로 여겨진다. 가장 바람직하게는, 첫 번째 전극이 두 번째 전극보다 충분히 작은 직경을 가져서 첫 번째 금속 층 및 두 번째 금속 층 모두가 스폿 용접 공정 중에 용접되는 것이다. 첫 번째 전극의 직경에 대한 두 번째 전극의 직경의 비는 바람직하게는 약 1.02 이상, 보다 바람직하게는 약 1.06 이상, 더욱 바람직하게는 약 1.12 이상, 가장 바람직하게는 약 1.2 이상이다. 첫 번째 전극의 직경에 대한 두 번째 전극의 직경의 비는 바람직하게는 약 5 이하, 보다 바람직하게는 약 3 이하, 가장 바람직하게는 약 2 이하이다.

본 발명의 복합 재료는 바람직하게는 하나 이상의 단일 금속 재료에 용접될 수 있다. 예를 들어, 금속 섬유의 모양, 크기, 농도, 및 형태는 복합 재료가 피복되지 않은 강판, 용융 아연도금 강판, 아연도금 강판, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 강판에 용접(예를 들어, 스폿 용접)될 수 있도록 선택된다. 특히 바람직한 본 발명의 예에서, 복합 재료는 용접 시간, 전극 압력, 용접 시간, 또는 용접 전극 크기를 바꿀 필요 없이, 둘 이상의 다른 단일 철강 재료(예를 들어, 둘 이상의 피복되지 않은 강판, 용융 아연도금 강판, 또는 아연도금 강판), 또는 다른 두께를 갖는 둘 이상의 단일 철강 재료(예를 들어, 한 재료는 복합 재료와 거의 동일한 두께를 가지고 두 번째 재료는 복합 재료 두께의 약 1.5배 이상의 두께를 갖는 재료)에 대해 일반적으로 높은 용접 전류 범위 (예를 들어, 상기한 바와 같은) 를 갖는다. 마찬가지로, 복합 재료는 용접 조건을 바꿀 필요 없이 다양한 범위의 두께를 갖는 놀라울 정도로 다양한 재료에 용접될 수 있다. 용접 조건을 약간 바꿀 필요가 있더라도, 다른 재료에 비해 작은 변화에 큰 용접 전류 범위가 허용된다.

*예를 들어, 도 6, 7 및 8은 피복되지 않은 강판, 아연도금 강판, 및 용융 아연도금 강판에 각각 용접된 본 발명의 복합 재료에 대해 측정된 용접 전류 범위를 나타낸 것이다. 도 6, 7, 및 8은 용접 전류의 함수로서 용접 버튼 크기를 보여주는 그래프이다. 수용 가능한 또는 우수한 용접은 i) 용접 버튼 크기가 용접 전극 직경의 약 95% 이상, ii) 금속 방출이 없는, 또는 둘 다인 용접이다. 예를 들어, 약 3.8 mm의 전극 직경을 복합 재료를 접촉하는데 사용하는 경우, 우수한 용접은 약 3.6 mm 이상의 용접 버튼 크기를 가질 수 있다. 도. 7, 8, 및 9는 약 1.5 이상 (예를 들어, 약 1.7 이상)의 용접 전류 범위를 갖는 복합 재료를 나타낸 것이다. 도 6은 복합 재료를 첫 번째 강판(예를 들어, 피복되지 않은 강판)에 용접할 때 6.4 kA 내지 9.2 kA의 용접 전류로 우수한 용접이 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다. 도 7은 복합 재료를 다른 강판(예를 들어, 아연도금 강판)에 용접할 때 약 7.75 kA 내지 약 9.45 kA의 용접 전류로 우수한 용접이 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다. 도 8은 복합 재료를 또 다른 강판(예를 들어, 용융 아연도금 강판)에 용접할 때 약 7.35 kA 내지 약 9.35 kA의 용접 전류로 우수한 용접이 얻어질 수 있다는 것을 나타낸다. 먼저, 모든 세 재료는 일반적으로 높은 용접 전류 범위를 가진다. 두 번째로, 우수한 용접을 이루는 전류의 중복(즉, 중복되는 용접 전류 범위)은 일반적으로 높다. 예를 들어, 이들 세 가지 재료로 우수한 용접을 얻는 전류 범위는 약 7.8 kA 내지 약 9.2 kA이고, 중복 용접 전류 범위는 약 1.4 kA 이상이다.

용접 공정

복합 재료를 결합시키는 데 사용되는 방법은 예를 들어 저항 용접 (예를 들어, 스폿 용접, 시임 용접, 불꽃 용접, 돌기 용접, 또는 업셋 용접), 에너지 비임 용접 (예를 들어, 레이저 비임, 전자 비임, 또는 레이저 하이브리드 용접), 가스 용접 (예를 들어, 옥시아세틸렌과 같은 가스를 사용하는, 산소연료 용접), 아크 용접 (예를 들어, 가스 금속 아크 용접, 금속 불활성 가스 용접, 또는 차폐 금속 아크 용접)과 같은 일반적인 용접 기술의 변형을 포함할 수 있다. 바람직한 결합 기술은 저항 스폿 용접 및 레이저 용접과 같은 고속 용접 기술을 포함하는 것이다. 도 9A 및 9B는 용접 전극 42, 42' 사이에서 용접되는 기재 30의 스택을 도시한 단면도이다. 도 9A는 도 9B에 도시된 단면보다 이른 용접 시간에서 단면을 도시한 것이다. 도 9A에서, 용접 공정은 압력을 두 용접 전극 42, 42' 사이에 가하여, 복합 재료 12 및 두 번째 기재 40이 압축되도록 하는 단계를 포함할 수 있다. 용접 전극 42, 42'의 압력은 두 번째 기재와의 접촉 영역 46 및 복합 재료와의 접촉 영역 46'를 형성하게 한다. 복합 재료 12는 접촉 영역 46'이 용접 전극 및 세 번째 기재에 의해 정해지도록 두 번째 기재 40 및 세 번째 기재 (도시하지 않음) 사이에 끼워질 수 있다. 접촉 영역 46, 46' 사이에 놓여져 용접되는 재료의 부피 48은 용접되는 구역(즉, 의도된 용접 구역) 44를 정의한다. 실제 용접 구역의 부피는 의도된 용접 구역 44보다 크거나 작을 수 있고, 재료(예를 들어, 중합체, 충진제, 금속 재료, 또는 이들의 조합)가 의도된 용접 구역으로부터 압축되면(예를 들어, 용접 전극에 의해 적용된 힘에 의해) 용접 구역의 높이는 감소한다. 도 9A에 도시한 바와 같이, 기재는 변형될 수 있고(예를 들어, 가소성을 가지고 변성된다), 특히 접촉 영역 46, 46' 근처에서 그러하다. 도 9B에서, 용접 공정 중에, 기재의 온도 (예를 들어, 의도된 용접 구역 또는 그 근처에서)는 중합체의 일부 또는 전부가 상 전이가 진행될 수 있다(예를 들어, 반 결정성 중합체의 1차 고체에서 액상으로의 상 전이(즉, 용융), 또는 유리상 중합체의 2차 연화 전이). 용융 또는 연화 시에, 중합체는 용접 전극의 압력하에서 흐를 수 있다. 마찬가지로, 중합체 재료의 일부 또는 전부(예를 들어, 열가소성 중합체의 일부 또는 전부, 충진제의 일부 또는 전부, 또는 둘 다)는 의도된 용접 구역 44로부터 영역 48로 밀려날 수 있다. 재료가 의도된 용접 구역 44로부터 밀려날 때, 용접 전극 42, 42' 사이의 거리는 감소하게 된다. 따라서, 용접 전극 사이의 거리 변화는 중합체가 상 전이를 한다는 지표가 될 수 있다. 용접 공정은 용접 전극을 냉각시키는 하나 이상의 수단을 포함할 수 있다 (예를 들어, 냉매와 같은 액체를 전극으로 유입시키는 것).

용접 공정은 용접되는 기재의 스택에 전류를 공급할 수 있는 저항 용접 장치를 포함할 수 있다. 도 10에서, 용접 장치는 둘 이상의 용접 전극 42, 42', 용접 전극에 압력을 부가하는 수단 60(예를 들어, 기재 30의 스택이 용접 전극 사이에 압축되도록), 하나 이상의 용접 전극을 통해 열 전달 액체를 순환시키는 펌핑 장치 62(예를 들어, 용접 전극으로부터 열을 제거하기 위한), 전원 64 (예를 들어, 용접 전극 사이에 전원을 공급하여 용접 전극 사이의 기재를 통해 전류가 흐르도록 하기 위한), 용접 전극에로의 전원, 용접 전극을 통하는 전류, 용접 시간, 용접 전극의 냉각, 용접 전극에 의해 기재에 부가되는 압력, 또는 이들의 조합을 조절하기 위한 하나 이상의 콘트롤러 66 (예를 들어 용접 콘트롤러)를 포함한다. 용접 공정은 부가적으로 하나 이상의 미리 정해진 조건을 측정하거나 관찰하기 위한 모니터링 장치를 포함할 수 있다. 모니터링 장치는 콘트롤러의 일부 또는 콘트롤러와 별개일 수 있다. 모니터링 장치는 하나 이상의, 용접 전극의 움직임을 관찰하는 위치 센서 68 (예를 들어, 용접 전극 사이의 거리 변화가 관찰되도록)를 포함할 수 있다. 용접될 기재의 스택은 수동으로, 또는 자동으로 (예를 들어, 로보트, 컨베이어 라인 등을 사용하여) 용접장치에 공급되거나, 용접 전극을 포함하는 용접 장치의 부가 용접될 기재의 스택으로 움직일 수도 있다(예를 들어, 용접 장치가 움직일 수 있는데, 예를 들어 용접 장치 일부가 로보트에 팔에 부착어 있을 수 있다), 또는 이들의 조합일 수도 있다.

용접기는 하나 이상의 용접 전극을 통해 액체를 흐르게 하거나 순환시키는 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 용접기는 물, 냉매 또는 하나 이상의 용접 전극을 통해 흐르거나 순환하는 다른 유체를 포함할 수 있다. 유체(예를 들어, 용접 전극으로 흐르는)는 상대적으로 차서(예를 들어, 용접 공정 중에 가열되는 용접 스택에 비해) 첫 번째 용접 단계, 두 번째 용접 단계, 또는 둘 다에서 용접 전극으로부터 열을 제거한다. 유체가 열을 충분히 제거하여 용접 전극이 용접 스택 중의 재료에 들러붙지 않도록 한다. 유체의 유속, 유체의 온도, 또는 둘 다는 하나 이상의 콘트롤러에 의해 조절된다. 본 발명의 바람직한 예에서, 유체의 온도는 중합체의 전이 온도 이하이다. 예를 들어, 유체의 온도는 중합체의 융점 이하, 중합체의 유리 전이온도 이하, 또는 둘 다이다. 유체의 온도는 약 200℃ 이하, 바람직하게는 약 130℃ 이하, 보다 바람직하게는 약 60℃ 이하, 더욱 바람직하게는 약 30℃ 이하, 가장 바람직하게는 약 20℃ 이하이다.

일반적으로, 용접 공정은 둘 이상의 기재가 사로 용접되도록(즉, 재료의 스택이 서로 용접되도록) 용접 장치에 위치하게 하는(예를 들어,재료의 스택을 장치로 이동시키거나, 장치를 재료로 이동시키거나 또는 둘 다) 단계를 포함하고, 하나 이상의 기재는 첫 번째 금속 층 및 중합체 및 하나 이상의 전도성 충진제를 갖는 중합체 층을 포함하는 첫 번째 복합 재료이다. 다단계 용접 공정은 첫 번째 가공 조건하의 첫 번째 용접 단계에서 기재를 서로 적어도 일부 용접하여 중합체의 적어도 일부가 하나 이상의 상 전이를 진행하도록 하는 단계를 포함할 수 있다. 다단계 용접 공정은 첫 번째 가공 조건을 하나 이상의 상 전이를 따르는 다른 가공 조건으로 교환하는 단계(예를 들어, 자동 교환); 및 첫 번째 복합 재료의 적어도 일부를 포함하는 용접 이음이 형성되도록 다른 가공 조건을 사용하는 두 번째 용접 단계에서 재료를 용접하는 단계를 포함한다. 첫 번째 가공 조건을 자동으로 교환하는 단계는 개루프 제어, 폐루프 제어 또는 둘 다를 사용할 수 있다.

바람직하게는 첫 번째 용접 단계의 가공 조건, 두 번째 용접 단계의 가공 조건, 또는 둘 다는 미리 선택된 조건일 수 있다. 그러나 첫 번째 용접 단계의 가공 조건, 두 번째 용접 단계의 가공 조건, 또는 둘 다는 하나 이상의 미리 선택된 조건을 관찰 또는 측정하고 미리 선택된 조건에 대한 정보를 미리 정해진 바람직한 값과 비교하여 결정된다. 예를 들어, 공정은 첫 번째 용접 단계 전에, 하나 이상의 미리 선택된 조건들 (예를 들어, 중합체의 적어도 일부가 상전이를 일으키는 용접 시간 또는 용접 에너지를 나타내는 조건)을 관찰 또는 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 관찰 또는 측정되는 미리 선택된 조건의 예로는 첫 번째 복합 재료의 전기적 성질, 중합체 층의 전기적 성질, 함께 용접되는 둘 이상의 기재를 포함하는 용접 스택의 전기적 성질, 용접 스택의 두께, 용접 전극의 직경, 또는 이들의 조합이다.

용접 공정의 결과 용접 구역에서 복합 재료의 중합체 층의 두께는 용접 구역 에서 떨어진 구역에서 중합체 층의 두께(예를 들어, 용접 공정 전의 중합체 층의 두께)에 비해 감소한다(예를 들어, 약 30% 이상, 바람직하게는 약 70% 이상). 용접 공정의 결과 용접 구역에서 중합체 농도 (또는 중합체 부피)는 감소하고 실질적으로 없어질 수도 있다. 예를 들어 용접 구역에서 중합체의 농도 또는 부피는 약 50% 이상, 바람직하게는 약 70% 이상, 보다 바람직하게는 약 95% 이상 감소된다.

첫 용접 단계

용접 공정은 일반적으로 중합체 (예를 들어, 의도된 용접 구역)를 일부 또는 완전히 용융 또는 연화시키는 첫 번째 용접 단계를 포함할 수 있다. 첫 번째 용접 단계는 첫 번째 가공 조건을 사용한다. 첫 번째 가공 조건은 의도된 용접 구역에 충분히 열을 제공하여 중합체의 상 전이를 일으키도록 선택된다. 첫 번째 가공 조건은 용접 시간 (예를 들어, 용접 사이클 수), 용접 압력, 용접 전류, 용접 전압, 용접 전원, 용접 에너지, 또는 이들의 조합을 포함한다.

첫 번째 용접 단계 동안, 전류가 용접 스택을 통해 흐르므로, 열이 용접 스택의 전기 저항에 의해 발생한다. 복합 재료의 중합체 층은 일반적으로 용접 스택의 나머지 부분보다 많은 전기 저항을 가진다. 그와 같이, 용접 스택에 의해 생성된 대부분의 열은 용접 스택에 존재하는 중합체 층 또는 층들에 의해 발생한다. 순간 열 발생율은 식 2에 의해 추정된다:

dH/dt = P = I(t)² RPL (식 2)

상기 식에서 I(t)는 순간 전류이고, RPL은 중합체 층의 저항이다. 전류는 주기성을 가질 수 있거나(예를 들어, 교류에서), 용접 사이클 사이에서 달라질 수 있거나, 둘 다일 수도 있다. 중합체 층의 저항은 시간에 따라 달라진다. 예를 들어 중합체 재료의 전기 저항은 바뀔 수 있고 (예를 들어, 중합체 층의 온도가 상승하면서), 의도된 용접 구역에서 중합체 층의 두께가 바뀔 수 있고, 의도된 용접 구역에서 중합체 층의 농도가 바뀔 수 있고, 의도된 용접 구역에서 충진제의 농도가 바뀔 수 있거나, 또는 이들의 조합일 수 있다.

첫 번째 용접 단계 동안 제공되는 에너지는 용접 시간 of the 첫 번째 용접 사이클의 용접시간에 식 2를 적분하여 추정할 수 있다. 이 에너지의 일부는 중합체 층을 가열하거나, 중합체 층을 녹이거나 연화시키는데 사용된다. 열의 일부는 소멸된다(예를 들어, 열전도에 의해). 중합체 층의 열 전도성은 비교적 낮아 (예를 들어, 금속 층의 열전도성보다 낮다) 열 손실도 비교적 낮다. 바람직하게는, 첫 번째 가공 조건은 중합체를 상 전이 온도로 충분히 가열하여 적어도 일부(예를 들어, 전부)의 중합체 (예를 들어, 의도된 용접 구역에서)가 녹거나 연화되도록 한다(예를 들어, 열 손실 가능성을 고려하더라도). 바람직하게는, 첫 번째 가공 조건은 의도된 용접 구역에서 복합 재료의 금속 층의 일부 또는 전부를 녹이기에 충분한 열을 공급하지 않는 것이다.

첫 번째 복합 재료의 중합체 층의 중합체는 상 전이 온도(예를 들어, 첫 번째 피크 융점 또는 첫 번째 유리전이온도)에 의해 특정되고, 첫 번째 복합 재료의 금속 층은 두 번째 피크 융점에 의해 특정된다. 바람직하게는 첫 번째 전이 온도는 두 번째 피크 융점 이하이다. 첫 번째 전이 온도는 약 350℃ 이하, 바람직하게는 약 300℃ 이하, 보다 바람직하게는 약 250℃ 이하이다. 두 번째 전이 온도는 약 375℃ 이상, 바람직하게는 약 400℃ 이상, 보다 바람직하게는 약 450℃ 이상이다.

첫 번째 용접 단계의 용접시간은 1 사이클(즉, 1/60초) 이상, 바람직하게는 2 사이클(즉, 2/60 초), 3 사이클(즉, 3/60 초) 이상, 더욱 바람직하게는 4 사이클(즉, 4/60 초)이상, 가장 바람직하게는 약 5 사이클(즉, 5/60 초) 이상이다. 첫 번째 용접 단계의 용접시간은 약 30 사이클 이하, 바람직하게는 약 25 용접 사이클 이하, 약 20 용접 사이클 이하, 가장 바람직하게는 약 15 용접 사이클 이하이다. 중합체를 녹이거나 연화시키는데 필요하다면 더 긴 용접시간이 사용될 수도 있다.

첫 번째 단계를 위한 용접 전류는 약 20 kA 이하, 바람직하게는 약 10 kA 이하, 보다 바람직하게는 약 3 kA 이하, 더욱 바람직하게는 약 1 kA 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.5 kA 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.2 kA 이하, 가장 바람직하게는 약 0.1 kA 이하이다.

첫 번째 용접 단계를 위한 용접 전류는 첫 번째 용접 단계 중에 달라질 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 용접 단계는 상향하는 용접 전류를 사용하여, 초기 전류 (0 이상)에서 시작하여 전류를 증가시킬 수 있다(예를 들어, 최종 전류에 도달할 때까지). 전류의 증가는 증분식이거나(예를 들어, 계단식 증가), 연속적이거나, 둘 다일 수 있다.

용접 전극과 용접 스택 사이의 접촉면적(Ac)에 대한 용접 전류 비 (즉, I/Ac)는 비교적 낮다. 예를 들어, I/Ac는 약 50 kA/㎠ 이하, 바람직하게는 약 10 kA/㎠ 이하, 보다 바람직하게는 약 2 kA/㎠ 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.5 kA/㎠ 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.1 kA/㎠ 이하, 가장 바람직하게는 약 0.02 kA/㎠ 이하이다.

첫 번째 용접 단계의 전압은 바람직하게는 중합체의 적어도 일부를 용융시키거나 연화시키기에 충분한 것이다. 첫 번째 용접 단계의 전압은 약 0.1 볼트이상이고 바람직하게는 약 1 볼트 이상이다. 첫 번째 용접 단계 동안의 출력 밀도는 바람직하게는 중합체의 적어도 일부를 용융시키거나 연화시키기에 충분한 것으로, 예를 들어, 의도된 용접 구역 (예를 들어, 전극 쌍 사이)에서 열 발생율은 바람직하게는 적어도 약 1 W/㎠ 이상, 보다 바람직하게는 약 5 W/㎠ 이상, 더욱 바람직하게는 약 15 W/㎠ 이상, 가장 바람직하게는 약 30 W/㎠ 이상이다.

용접 공정은 중합체의 적어도 일부가 상 전이를 진행하는 것을 나타내는 하나 이상의 미리 선택된 조건을 위해 첫 번째 용접단계를 관찰하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 용접 공정은 예를 들어, 용접 전극 압력; 용접 전류; 용접 시간; 전압; 에너지; 전원; 첫 번째 복합 재료의 전기적 성질; 함께 용접되는 둘 이상의 기재를 포함하는 용접 스택의 전기적 성질; 기재 위치의 변화, 복합 재료의 층, 용접 전극, 또는 이들의 조합; 용접 전극의 온도, 재료, 열전달 유체, 또는 이들의 조합; 또는 이들의 조합과 같은 조건을 관찰할 수 있다

용접 전극은 첫 번째 복합 재료를 포함하는 용접 스택에 압축력 또는 압력을 부가할 수 있다. 첫 번째 용접 단계, 두 번째 용접 단계, 부가의 임의의 용접 단계, 또는 이들의 조합에 사용되는 압축력 및/또는 압력은 용접 스택에서 첫 번째 복합 재료와 다른 재료의 접촉을 일으키기에 충분하도록 제공된다. 용접 압축력 및/또는 압력은 충분히 낮아서 복합 재료의 금속 층이 찢어지거나 금이 가지는 않는다. 용접 압력은 약 100 Nt 이상, 바람직하게는 약 300 Nt 이상, 보다 바람직하게는 약 1000 Nt 이상이다. 용접 압력은 약 100,000 Nt 이하, 바람직하게는 약 30,000 Nt 이하, 보다 바람직하게는 약 10,000 Nt 이하이다. 용접 전극이 용접 스택에 가하는 압축력 및/또는 압력은 용접 전극 사이 구역에서 용접 스택의 전기 저항을 감소시켜, 많은 양의 용접 전류 (예를 들어, 약 5% 이상, 약 10% 이상, 약 15% 이상, 20% 이상, 약 25% 이상, 약 30% 이상, 또는 약 35% 이상)가 용접 전극 사이의 용접 스택 부분을 통과한다.

두 번째 용접 단계

두 번째 용접 단계는 바람직하게는 첫 번째 용접 단계에서 사용된 첫 번째 가공 조건과 다른 가공 조건을 사용한다

두 번째 용접 단계는 복합 재료의 일부 또는 모든 금속 층을 녹이거나, 용접 스택에서 어떤 금속 재료를 녹이거나, 또는 둘 다를 녹이는데 사용된다.

상기한 바와 같이, 공정은 첫 번째 공정 조건을 두 번째 공정 조건 (예를 들어 두 번째 용접 단계에서 사용되는 조건)으로 바꾸는 단계를 포함한다. 첫 번째 공정 조건을 바꾸는 단계는 전류의 변화 (예를 들어, 전류의 증가), 전원의 변화, 전압의 변화(예를 들어, 전압의 감소), 에너지의 변화, 용접 압력의 변화, 용접 시간의 변화, 또는 이들의 조합을 포함한다.

두 번째 용접 단계는 복합 재료의 금속층을 일부 바람직하게는 전부 녹이는 가공 조건(예를 들어 용접 시간, 용접 압력, 용접 열, 용접 전류, 또는 이들의 조합)을 사용한다. 기재에서 금속 재료를 결합시키기 위한 용접 조건이 두 번째 용접 단계에서 사용될 수 있다. 그러한 용접 조건은 일반적으로 기재의 두께, 용접되는 금속 또는 금속 합금, 기재 상의 코팅, 필요한 마감 등급(예를 들어, A 등급 표면), 등에 의해 달라진다. 공지의 용접 조건을 100%까지 증가시킬 수도 있고, 60%까지 감소시킬 수도 있다.

두 번째 용접 단계에서 사용되는 용접 전류는 약 0.5 kA 이상, 바람직하게는 약 3 kA 이상, 보다 바람직하게는 약 4 kA 이상, 가장 바람직하게는 약 5 kA 이상이다. 두 번째 용접 단계의 I/Ac 비율은 약 5 kA/㎠ 이상, 바람직하게는 약 10 kA/㎠ 이상, 보다 바람직하게는 약 20 kA/㎠ 이상, 더욱 바람직하게는 약 30 kA/㎠ 이상, 더욱 바람직하게는 약 45 kA/㎠ 이상, 가장 바람직하게는 약 60 kA/㎠ 이상이다.

두 번째 용접 단계의 용접 시간은 적어도 1 사이클 (즉, 1/60 두 번째), 바람직하게는 적어도 2 사이클 (즉, 2/60 초), 보다 바람직하게는 적어도 3 사이클 (즉, 3/60 초), 더욱 바람직하게는 적어도 4 사이클 (즉, 4/60 초), 가장 바람직하게는 적어도 약 5 사이클 (즉, 5/60 초)이다. 두 번째 용접 단계의 용접 시간은 약 30 사이클 이하, 바람직하게는 25 용접 사이클 이하, 보다 바람직하게는 약 20 용접 사이클 이하, 가장 바람직하게는 약 15 용접 사이클 이하이다. 필요하다면(예를 들어, 금속 재료, 금속 층, 또는 둘 다를 녹이는데) 더 긴 용접 시간을 사용할 수도 있다..

바람직하게는 두 번째 용접 단계는 전류를 용접 스택을 통해 전달하는 단계이다. 이와 같이, 두 번째 용접 단계 바람직하게는 정지 사이클 (즉, 전류를 공급하지 않고 압력을 부가하는 것)을 전혀 포함하지 않는다. 두 번째 용접 단계의 용접 시간은 첫 번째 용접 단계의 용접 시간보다 길거나, 같거나 짧을 수도 있다.

개루프 및 폐루프 제어 조작

용접 공정은 개루프 제어 조작, 폐루프 제어 조작, 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 예를 들어, 용접 공정은 하나 이상의 미리 선택된 조건들(예를 들어 적어도 일부의 중합체가 상 전이를 하는 조건)을 위해 하나 이상의 용접 단계 (예를 들어, 첫 번째 용접 단계)를 관찰하는 단계, 미리 선택된 조건에 대한 정보를 미리 정해진 바람직한 값과 비교하는 단계; 비교 단계에서 얻어진 정보를 기초로 첫 번째 가공 조건을 다른 가공 조건으로 자동으로 교환하는 단계; 비교 단계에서 얻어진 정보를 기초로 첫 번째 용접 단계의 용접 시간을 바꾸는 단계, 또는 이들의 조합을 포함하는 개루프 제어 조작을 포함할 수 있다.

사용될 수 있는 개루프 및 폐루프 제어 조작의 예는 미국 가출원 번호: 61/290,384 (2010년 12월 28일 출원)의 단락 0065 내지 0075에 게시되어 있다.

개루프 및 폐루프 제어 조작을 포함하지 않는 공정도 사용될 수 있다. 그러한 공정은 특히 단락되지 않는 용접에 적합하다. 공정은 미리 선택된 조건의 하나 이상 초기 값을 측정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 공정은 전류, 전압, 또는 저항의 초기 값을 측정하는 단계를 포함한다. 하나 이상의 초기 값은 바람직하게는 첫 번째 용접 단계의 시작 전에 얻어진다. 공정은 하나 이상의 초기 값을 기초로 첫 번째 용접 단계를 위한 하나 이상의 용접 조건을 선택하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 초기 값은 첫 번째 용접 단계의 용접 시간 (예를 들어, 용접 사이클 수), 첫 번째 용접 단계의 전압, 첫 번째 용접 단계의 전원, 첫 번째 용접 단계의 전류, 또는 이들의 조합을 정하는데 사용될 수 있다

용접 공정은 복합 재료 및 두 번째 기재를 포함하는 용접된 구조물 또는 용접 이음(예를 들어 두 복합 재료를 포함하는 용접 이음), 또는 복합 재료 및 둘 이상의 부가의 기재를 포함하는 용접된 구조물 또는 용접 이음을 제조하는데 사용된다. 놀랍게도, 복합 재료의 첫 번째 금속 층 및 두 번째 금속 층 및 기재를 포함하하고, 충진된 중합체 재료의 열가소성 중합체는 일부 또는 전부가 제거된 용접부를 포함하는 미세구조가 얻어졌다. 이와 같이, 용접 이음은 복합 재료의 첫 번째 금속 층 및 두 번째 금속 층을 포함할 수 있다. 도 11은 용접 이음의 미세구조의 예이다.

기타

다단계 용접에서, 용접 공정은 첫 번째 용접 단계 전에 하나 이상의 부가 용접 단계, 첫 번째 및 두 번째 용접 단계 사이에 하나 이상의 부가 용접 단계, 두 번째 용접 단계 이후에 하나 이상의 부가 용접 단계, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 부가 용접 단계가 사용되는 경우, 적어도 3 용접 사이클 (즉, 적어도 3/60 초) 또는 3 용접 사이클 이하일 수 있다. 예를 들어 적어도 3 용접 사이클이 첫 번째 용접 단계 및 두 번째 용접 단계 사이에 쓰일 수 있다. 바람직하게는, 3 용접 사이클 이하가 첫 번째 용접 단계 및 두 번째 용접 단계 사이에 쓰이는 것이다. 하나 이상의 부가 용접 단계는 첫 번째 용접 단계 및 두 번째 용접 단계 사이의 전이 용접 단계를 포함할 수 있다.

전이 용접 단계가 사용되는 경우, 개루프 또는 폐루프 제어를 포함할 수 있다. 전이 용접 단계 동안, (예를 들어, 콘트롤러를 사용하여) 전류, 전압, 전원, 전극의 압력, 또는 이들의 조합을 한번 이상 올리거나 내릴 수 있다. 전이 용접 단계 동안, 전류, 전압, 전원, 전극의 압력, 또는 이들의 조합은 (예를 들어, 콘트롤러를 사용하여 계단식으로 바꿀 수 있다. 전이 용접 단계 동안, 전류, 전압, 전원, , 전극의 압력, 또는 이들의 조합은 (예를 들어, 콘트롤러를 사용하여) 하나 이상의 미리 선택된 전이 단계 조건들을 위해 측정된 값에 상응하도록 바꿀 수 있다. 전이 용접 단계 동안, 콘트롤러는 전류, 전압, 전원, 전극의 압력, 또는 이들의 조합을 일정한 또는 미리 정해진 값을 유지하는데 사용된다. 전이 용접 단계는 적어도 일부의 중합체를 그 융점 및/또는 유리전이온도 이상으로 가열하는 단계에서 중합체가 일반적으로 용접 전극 사이의 구역으로부터 제거되는 단계로 전이하는 데 사용된다. 전이 용접 단계 동안, 용접 전극 사이의 복합 재료의 전기 저항은 크게 변한다. 예를 들어, 전이 용접 단계의 하나, 둘, 또는 모든 용접 사이클에서 용접 전극 사이의 복합 재료의 전기 저항은 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 90% 감소한다. 전이 용접 단계에서 저항이 감소하므로, 용접 콘트롤러 또는 다른 기기를 사용하여 하나 이상의 미리 선택된 전이 단계 조건을 미리 선택된 값과 비교한다. 콘트롤러가 하나 이상의 남은 용접 사이클을 위한 조건을 자동으로 바꾸거나, 다른 용접 단계로 자동으로 전환시키거나, 둘 다이다.

용접 스택의 하나 이상의 재료는 용접 전, 용접 중, 또는 용접 후에 성형된다. 예를 들어, 용접 스택은 성형된 복합 재료를 포함할 수 있다. 이와 같이, 복합 재료는 성형가능하다. 예를 들어, 본 발명에 사용되는 복합 재료는 적당한 성형 방법으로 가공될 수 있고, 그러한 방법은 재료를 가소성 있게 변형하는 것으로 스탬핑, 롤 성형, 구부리기, 단조, 구멍 뚫기, 연신, 감기, 기타 다른 금속 가공, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 바람직한 성형 방법은 복합 재료의 스탬핑을 포함한다. 스탬핑 공정은 실온 또는 그 근처 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 스탬핑 중에 복합 재료의 온도는 약 65℃ 이하, 바람직하게는 약 45℃ 이하, 보다 바람직하게는 약 38℃ 이하이다. 약 65℃ 이상의 가공 조건에서도 복합 재료를 성형할 수 있다. 성형 방법은 복합 재료를 다양한 연신 비로 연신하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일례에서, 복합 재료는 파쇄나 주름이나 좌굴 없이 비교적 높은 연신비로 연신된다. 예를 들어, 연신 단계에서 적어도 일부의 복합물이 1.2 이상의 연신비로 연신된다. 바람직하게는, 복합 재료는 최대 연신비 약 1.5 이상, 바람직하게는 약 1.7 이상, 보다 바람직하게는 약 2.1 이상, 가장 바람직하게는 약 2.5 이상으로 연신될 수 있다. 연신비의 균열 한계는 M. Weiss, M. E. Dingle, B. F. Rolfe, and P. D. Hodgson, "The Influence of Temperature on the Forming Behavior of Metal/Polymer Laminates in Sheet Metal Forming", Journal of Engineering Materials and Technology, October 2007, Volume 129, Issue 4, pp. 534-535에 기재된 연신 시험에 의해 측정된다. 성형 방법은 다이(예를 들어,복합 재료의 금속 제품 또는 섬유보다 큰 무어 경도를 갖는 다이)에 압력을 가해 복합 재료를 접촉시키는 방법을 포함할 수 있다.

특히 바람직한 스탬핑 또는 연신 방법은 분당, 약 1 스트로크 이상, 보다 바람직하게는 약 5 스트로크 이상, 더욱 바람직하게는 약 25 스트로크 이상, 가장 바람직하게는 약 60 스트로크 이상 조작하는 것이다. 스탬핑 공정은 블랭크 주변을 홀딩하는 블랭크 홀딩력을 포함한다(즉, 복합 재료의 주변이 스탬프된다). 바람직하게는, 블랭크 홀딩력은 약 0.03 kg/㎟ 이상, 보다 바람직하게는 약 0.10 kg/㎟ 이상, 가장 바람직하게는 약 0.18 kg/㎟ 이상이다. 스탬핑 공정은 하나, 둘 이상의 연신 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 스탬핑 공정의 첫 번째 연신의 최대 연신(두께 감소의 최대%로 측정할 때)은 약 60% 이하, 보다 바람직하게는 약 50% 이하, 가장 바람직하게는 약 45% 이하이다. 재료의 연신 외에, 스탬핑 공정은 하나 이상의 천공, 불필요한 부분의 절단, 플랜징, 또는 이들의 조합을, 각각 또는 결합하여(예를 들어, 연신단계를 갖는) 포함할 수 있다.

실시예

실시예 1

실시예 1에서 복합 재료는 약 15 부피%의 스테인레스 스틸 섬유 및 약 85 부피%의 폴리아미드 공중합체를 함유하는 중합체 층을 포함한다. 섬유는 일반적으로 원통형이며 약 9 x 10^-6 ㎟의 단면적을 갖는다. 폴리아미드 공중합체의 융점은 약 130℃이다. 폴리아미드 공중합체는 순수한 수지로 가소제나 약 300℃ 이하의 비점을 갖는 첨가제를 포함하지 않는다. 중합체 층의 두께는 약 0.4 mm로 두 금속 층 사이에 끼워진다. 금속 층은 저탄소강으로 제조되고 각각 두께 약 0.2 mm이다. 첫 번째 금속 층은 PPG Industries, Pittsburgh, PA, USA에서 구입한 내부식성 피복인 BONAZINC으로 코팅되고 두 번째 금속 층은 피복이 없다. 복합물을 제조하기 전에 금속 층 표면을 세정하고 건조시킨다.

실시예 2

실시예 2는 두께 약 0.6 mm의 냉간 압연강 시트에 실시예 1의 복합 재료를 용접하여 제조하였다. 복합 재료의 피복되지 않은 금속 층이 냉간 압연강과 접촉하도록 용접되는 두 기재를 배열한다. 용접 조건은 용접 압력이 약 4 MPa, 용접 전극 직경은 약 6 mm, 용접 전류는 약 5 kA이고 용접 시간은 약 5 사이클이다. 저항이 너무 높아서 재료가 서로 용접되지 않는다.

실시예 3

실시예 3은 두 단계 용접 공정을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 제조하였다. 첫 번째 용접 단계의 용접 압력은 약 10 MPa, 용접 전극 직경은 약 6 mm, 용접 전류는 약 0.5 kA 이하이다. 개루프 또는 폐루프 제어 조작을 사용하여, 첫 번째 용접 단계 동안, 용접 전극의 변이를 관찰하고 미리 정해진 목표 값 약 0.2 mm(즉, 용접 전극 사이의 분리가 용접 조작 시작시에 분리와 비교하여 0.2 mm까지 감소)와 비교한다. 첫 번째 가공 조건을 사용하여 약 8 용접 사이클 후, 목표 값을 초과하였다. 가공 조건은 두 번째 용접 공정 조건으로 자동으로 바뀌어, 용접 전류는 약 5 kA로 올라가고, 용접 압력은 약 4 MPa로 감소하고, 용접 시간은 약 4 사이클로 셋팅된다. 우수한 용접이 얻어진다.

실시예 4

실시예 4는 둘 다 0.8 mm 두께의 냉간 압연강인 두 기재에 용접하여 제조된다. 이 실시예에서는 복합 재료가 사용되지 않는다. 실시예 2의 용접 가공 조건이 사용된다. 우수한 용접이 얻어진다.

실시예 5

일반적으로 원통형이고, 길이 약 1 내지 약 10 mm, 길이에서 가로방향으로의 단면적 약 8 x 10^-4㎟의 저탄소강 섬유 약 15 부피%, 및 약 50 중량% 폴리아미드 6 및 약 50 중량% 폴리아미드 6,9의 공중합체(ISO 527-2에 의해 측정된 탄성 계수 약 300 MPa, ISO 11357에 의해 측정된 융점 약 130℃, ISO 527-3에 의해 측정된 파단 신율 약 900 %로 특정되는 공중합체 ) 약 85 부피%를 혼합하여 충진된 열가소성 재료를 제조한다. 충진된 열가소성 재료는 약 190℃ 내지 약 250℃에서 혼합된다. 충진된 열가소성 재료는 각각의 두께가 약 0.2 mm인 저탄소강의 두 시트 사이에 놓는다. 재료를 약 200℃ 내지 약 230℃의 온도에서 약 1 내지 약 22 MPa의 압력으로 누른다. 복합 재료는 약 0.4 mm 두께의 충진된 열가소성 재료 코어를 갖는다. 복합 재료를 연신율 약 3 이상의 고속 스탬핑 조작으로 스탬핑 하였는데, 균열이나 다른 표면 이상은 발견되지 않았다. 스탬핑 후, 복합 재료 표면은 동일한 전체 두께를 가지고 동일 조건에서 스탬핑한 단일 저탄소강 재료에 비해 비교적 매끄럽다. 복합 재료는 두께가 약 0.8 mm이다. 복합 재료는 두께 약 0.8의 냉간 압연강으로 스택된다. 스택은 직경 약 13 mm인 한 쌍의 용접 전극 사이의 스폿 용접기에 놓여진다. 약 2.2 kNt의 압력을 용접 전극에 부가한다. 복합 재료는 냉간 압연강에 용접되지 않는다.

실시예 6

실시예 5와 동일한 재료, 조성, 및 방법을 사용하되, 섬유를 길이에서 가로방향으로의 단면이 일반적으로 사각형의 단면을 갖는 저탄소강 섬유로 대체하였다. 섬유 평균 길이는 약 2.3 mm이다. 섬유의 평균 단면적은 약 0.0045 ㎟이다. 섬유의 두께에 대한 폭의 비는 약 2 내지 8이다. 복합 재료를 연신율 약 3 이상의 고속 스탬핑 조작으로 스탬핑하였는데, 균열이나 다른 표면 이상은 발견되지 않았다. 스탬핑 후, 복합 재료 표면은 동일한 전체 두께를 가지고 동일 조건에서 스탬핑한 단일 저탄소강 재료에 비해 비교적 매끄럽다. 복합 재료는 두께가 약 0.8 mm이다. 복합 재료는 두께 약 0.8의 냉간 압연강으로 스택된다. 스택은 직경 약 13 mm인 한 쌍의 용접 전극 사이의 스폿 용접기에 놓여진다. 약 2.2 kNt의 압력을 용접 전극에 부가한다. 두께 방향으로 복합 재료의 저항을 2.2 kNt 압력하에서 측정한다. 측정된 실시예 6의 복합 재료의 전기 저항은 약 0.1 Ω·㎝ 이하이다. 약 0.8 mm의 두께를 갖는 두 냉간 압연강 시트에 대한 일반적인 용접 스케쥴을 사용하여 용접할 때, 복합 재료는 냉간 압연강에 용접되어, 용접 전극의 직경보다 큰 직경의 용접 버튼을 생성한다. 추가의 가열, 추가의 용접 사이클, 추가의 전류가 필요없이 우수한 용접이 얻어진다.

실시예 7

실시예 7은 실시예 6과 동일하되, 충진된 중합체 재료의 금속 섬유 농도만 약 20 부피%로 올리고 중합체의 농도를 약 80 부피%로 감소시켰다. 복합 재료를 두께 약 0.8 mm의 아연도금 강판 시트에 용접한다. 면 직경 약 3.8 mm의 전극을 복합 재료를 갖는 용접 스택 쪽에 사용하고 면 직경 약 4.8 mm의 전극을 아연도금 강판을 갖는 족에 사용한다. 약 610 lbs의 힘을 전극에 의해 용접 스택에 가한다. 재료를 약 1 ,000 헤르쯔의 주파수를 갖는 중간 주파수의 DC 용접을 사용하여 용접한다. 각 용접은 폭 약 25 mm, 길이 약 75 mm의 시료에 대해 행해진다. 용접 시간은 약 200 밀리초로 일정하다. 용접에 사용되는 용접 전류 범위는 약 8.8 kA 내지 13 kA이다. 용접 완료 후 복합물 시트의 용접 버튼 크기를 측정한다. 각 용접 시료 46의 용접 버튼 크기 및 용접 전류는 도 5에 그래프 30으로 나타내었다. 영역 44에 낮은 용접 전류가 주어진 경우, 용접 버튼 크기는 용접 단계 동안 복합 재료 쪽에 사용된 전극 직경의 95% 이하이다. 구역 40에 중간 용접 전류가 사용된 경우, 버튼 크기는 전극 36의 직경의 95% 이상이다. 구역 42의 높은 용접 전류에서는, 용접 중에 금속 방출이 있거나 소음이 심해서 용접이 불가능하였다. 수용 가능한 용접을 얻기 위한 최소 용접 전류 34는 실시예 7에서 약 10 kA이다. 수용 가능한 용접을 얻기 위한 최대 용접 전류 32는 약 13 kA이다. 최대 용접 전류 32와 최소 용접 전류 34의 차이는 전류 범위 38이다. 따라서, 측정된 용접 전류 범위는 실시예 7에서 약 3.0 kA이다.

실시예 8

각각의 두께가 약 0.8 mm인 두 개의 아연도금 강판 단일 시트로 이루어진 용접 스택에 대해 용접 전류 범위를 측정하였고 약 1.3 kA 이하로 측정되었다. 용접 전류 범위는 실시예 7의 방법으로 측정하였다. 놀랍게도, 실시예 7의 복합 재료는 더 넓은 용접 전류 범위(예를 들어, 실시예 8에 비해)를 가지므로 아연도금 강판보다 더 용접하기 쉽다 (즉, 더 넓은 용접 가공 창을 갖는다).

실시예 9

실시예 9는 실시예 7과 동일한 조성, 충진된 열가소성 중합체, 및 구조를 갖는 복합 재료이다. 실시예 7과 동일한 조건을 사용하여 용접 전류 범위를 측정하되, 용접 전극 상의 부하는 약 2.76 kN, 활승 시간은 약 50 ms, 용접 시간은 약 300 ms, 및 초기 용접 전류는 약 8-9 kA를 사용한다. 실시예 9의 복합 재료 및 두께 약 1.2 mm의 피복되지않은 심가공강(즉, DDQ)으로 구성된 용접 스톡에 대해 용접 전류 범위를 먼저 측정한다. 도 6에 나타낸 바와 같이 다른 용접 전류에서 용접 버튼 크기를 측정한다. 우수한 용접은 i) 직경 약 3.6 mm 이상의 용접 버튼 크기 및 ii) 용접 전류 약 6.4 kA 내지 약 9.2 kA에서 금속 방출이 없는 것으로 특징지워진다. 1.2 mm 두께의 피복되지 않은 DDQ에 실시예 9를 용접할 때 측정된 용접 전류 범위는 약 2.8 kA이다.

다음으로, 복합 재료 및 0.8 mm 두께의 아연도금 강판으로 구성된 용접 스택을 준비하여 피복되지 않은 DDQ 강과 동일한 조건을 사용하여 용접한다. 놀랍게도, 활승 시간, 용접 시간, 초기 용접 전류, 또는 용접 전극 상의 부하의 변화없이 없이 우수한 용접이 얻어진다. 도 7에 나타낸 바와 같이 다른 용접 전류에서 용접 버튼 크기를 측정한다. 우수한 용접은 i) 직경 약 3.6 mm 이상의 용접 버튼 크기 및 ii) 용접 전류 약 7.75 kA 내지 약 9.45 kA에서 금속 방출이 없는 것으로 특징지워진다. 0.8 mm 두께의 아연도금 강판에 실시예 9를 용접할 때 측정된 용접 전류 범위는 약 1.7 kA이다.

실시예 9의 복합 재료를 1.5 mm 두께의 융용 아연도금 강판(즉, HDG)에 용접한다. 복합 재료 및 1.5 mm 두께의 HDG로 이루어진 용접 스택을 준비하여 피복되지 않은 DDQ 강과 동일한 조건을 사용하여 용접한다. 놀랍게도, 활승 시간, 용접 시간, 초기 용접 전류, 또는 용접 전극 상의 부하의 변화없이 없이 우수한 용접이 얻어진다. 도 8에 나타낸 바와 같이 다른 용접 전류에서 용접 버튼 크기를 측정한다. 우수한 용접은 i) 직경 약 3.6 mm 이상의 용접 버튼 크기 및 ii) 용접 전류 약 7.35 kA 내지 약 9.35 kA에서 금속 방출이 없는 것으로 특징지워진다. 1.5 mm 두께의 HDG에 실시예 9를 용접할 때 측정된 용접 전류 범위는 약 2.0 kA이다.

놀랍게도, 복합 재료를 다른 종류의 강판(예를 들어, DDQ, HDG, 또는 아연도금 강판)에 용접하는 데 동일한 용접 조건을 사용할 수 있다. 또한, 용접 조건의 변화 없이 약 87%까지 변하는 다양한 두께(즉, 0.8 mm 내지 0.8 mm x 187% = 1.5 mm)의 강판을 용접할 수 있다는 것은 놀라운 일이다. 또한, 다른 강판 형태와 다른 두께를 갖는 강판에 대해, 복합 재료를 용접하는 것이 일반적으로 큰 용접 전류 범위에 의해 특징 지워진다는 것도 놀라운 일이다.

실시예 10

실시예 10은 실시예 9와 동일한 복합 재료이되, 심재 층의 두께는 약 1 mm 늘이고 각 금속 시트의 두께는 약 0.5 mm 늘였다. 복합 재료를 두께 약 2 mm의 냉간 압연강 시트에 용접한다. 재료를 용접하는데 다단계 용접 공정이 필요하다. 다단계 용접 공정은 중합체를 녹이기 위한 첫 번째 용접 전류를 갖는 첫 번째 용접 단계와, 기재를 복합 재료에 용접하기 위해 첫 번째 용접 전류보다 높은 두 번째 용접 전류를 갖는 두 번째 용접 단계를 포함한다 .

실시예 11A

실시예 9의 복합 재료를 냉간 압연강에 용접한다. 첫 번째 용접으로부터 약 50 mm 거리에 두 번째 용접을 만든다. 첫 번째 및 두 번째 용접 모두 단일 단계 용접을 사용하여 만들었다. 두 번째 용접은 첫 번째 용접으로부터 아크를 가지고 표면 상태가 불량이다.

실시예 11B

실시예 9의 복합 재료를 냉간 압연강에 용접한다. 첫 번째 용접으로부터 약 50 mm 거리에 두 번째 용접을 만든다. 다단계 용접 공정을 사용하여 재료를 단락시켜 용접한다. 다단계 용접 공정은 다단계 용접 공정은 중합체를 녹이기 위한 첫 번째 용접 전류를 갖는 첫 번째 용접 단계와, 기재를 복합 재료에 용접하기 위해 첫 번째 용접 전류보다 높은 두 번째 용접 전류를 갖는 두 번째 용접 단계를 포함한다.

상기 실시예에 대해, 실시예의 10%. 20%, 또는 30% 변형이 있는 경우 비슷한 결과가 기대된다.

다른 언급이 없는 한, 그 속에서 제외된 멤버나, 그 그룹에서 제외된 멤버를 포함할 수 있다.

다른 언급이 없는 한, 본 발명에 기재된 숫자는 최소값과 최대값 사이의 모든 값을 포함하며 최대값과 최소값 사이의 간격은 적어도 2단위이다. 예를 들어, 성분의 양, 성질, 다양한 공정 조건, 예를 들어, 온도, 압력, 시간 등을 언급하는 경우, 예를 들어, 1 내지 90, 바람직하게는 20 내지 80, 보다 바람직하게는 30 내지 70은 그 사이의 중간 값을 모두 포함하는 것이다(예를 들어, 15 내지 85, 22 내지 68, 43 내지 51, 30 내지 32 등). 마찬가지로, 각각의 중간 값도 본 발명의 범위 내에 드는 것이다. 1 이하의 값에 대해, 한 단위는 0.0001, 0.001, 0.01 또는 0.1 등이 고려될 수 있다. 이들은 단지 예에 불과하고 최대치와 최소치 사이의 모든 수치 값이 고려되어야 한다. 본 발명에서 양을 표현할 때 "중량부"는 중량%로 전환하여 표현이 가능한 것이다. 즉 "x" 중량부를 해당하는 예를 들어 생성되는 ㅂ블렌드 조성물에서 "x" 중량 %로 전환하여 표현할 수 있다.

다른 언급이 없는 한, 모든 범위는 끝 자리와 끝 자리 사이의 모든 수를 포함한다. "약" 또는 "대략"은 범위와 관련되어 범위의 양 끝자리에 적용된다. 따라서 "약 20 내지 30"은 "약 20 내지 약 30", 적어도 특정 단부를 포함하는 "약 20 내지 약 30"을 의미하는 것이다.

특허출원 및 공보를 포함하는 여기에 게시된 모든 제품과 문헌은 참고문헌으로 본 발명에 명세서에 삽입된다. "필수적으로 구성되는"은 원소, 구성요소, 성분, 단계 등을 포함하는 조합에 사용되는 용어로, 다른 하는 원소, 구성요소, 성분, 단계 등은 조합의 중요하고 근본적인 특성에 영향을 주지 않는다는 것을 의미한다. "포함하는" 또는 "함유하는" 원소, 구성요소, 성분, 단계 등으로 필수적으로 구성되는 원소, 구성요소, 성분, 단계의 조합에 사용되는 용어이다. 복수의 원소, 구성요소, 성분, 단계들이 하나의 원소, 구성요소, 성분, 단계에 의해 제공될 수 있다. 또는 하나의 원소, 구성요소, 성분, 단계가 복수의 원소, 구성요소, 성분, 단계로 나눠질 수도 있다. "일" 또는 "하나"는 원소, 구성요소, 성분, 단계 등이 의도된 부가의 원소, 구성요소, 성분, 단계 등을 포함하지 않는다는 것을 의미한다. 본 발명의 모든 원소 또는 금속은 CRC Press, Inc., 1989에서 발간된 주기율표에 게시된 것이다. 이 주기율표에 반영된 그룹 또는 그룹들은 IUPAC 시스템을 사용하여 그룹을 나눌 수 있다.

"중합체" 및 "중합"은 보통명칭이며 특정의 "단일-" 및 공중합체" 그리고 "단일- 및 공중합"을 각각 포함한다.

본 발명의 명세서는 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 이에 제한하는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 ㅂ발명의 명세서 게시된 실시예 이외에 다양한 실시예와 응용이 가능하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 본 발명의 명세서에 의해 정해지는 걱은 아니며, 본 발명의 특허청구 범위와 그에 균등하는 범위에 해당한다 할 것이다. 특허출원 및 공보를 포함하는 여기에 게시된 모든 제품과 문헌은 참고문헌으로 모든 목적에 사용될 수 있다. 하기 특허청구범위에 누락된 사항이 그러한 부분을 권리에서 의도적으로 배제하거나 포기하는 것은 아니며, 본 발명에서 게시된 부분으로 인정받지 못해서도 안될 것이다.

12: 샌드위치 구조
14: 첫 번째 금속 층
14': 두 번째 금속 층
16: 중합체 층
18: 중합체 상
20: 충진제 상

Claims

기재 재료와 복합 재료를 접촉시키는 단계를 포함하는 용접 공정에 있어서,
복합재료는 한쌍의 서로 떨어진 강철 시트와 그 시트 사이의 심재 층을 포함하고;
심재 층의 부피는 전체 복합 재료 부피의 25 부피 % 이상이고;
심재 층은 심재층의 두께로 연장된 하나 이상의 섬유 덩어리에 배열된 다수의 강철 섬유를 포함하여 강철 시트와 전기적으로 통하고;
강철 섬유는 섬유 길이에 직교하는 사각형의 단면을 가지고, 1 x 10^-5 ㎟ 내지 2.5 x 10^-2 ㎟ 의 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 용접 공정.
제 1항에 있어서, 상기 공정은 2.5 kA 내지 25 kA의 용접 전류를 기재 및 복합 재료에 적용하여 기재와 복합 재료를 용접시켜, 1 ㎟ 이상의 용접 버튼 을 얻는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 금속 섬유의 농도는 복합 재료의 심재 층의 전체 부피를 기준으로 10 부피% 내지 30 부피%인 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 복합 재료는 복합 재료를 0.8 mm 두께의 냉간 압연강에 용접하기 위한 가공창을 가지고, 가공창은 용접 전류 범위 1.2 내지 3.5 kA로 특정되는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 기재의 정동작 저항에 대한 복합 재료의 정동작 저항의 비율이 2 내지 30인 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 심재 층은 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴을 포함하는 중합체, 아크릴산을 포함하는 중합체, 아크릴래이트를 포함하는 중합체, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 이오노머, 및 상기 중합체 하나 이상을 포함하는 공중합체로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 중합체를 포함하는 중합체 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 금속 섬유는 일반적으로 사각형의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 복합 재료의 두께는 0.4 내지 4 mm인 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 공정은 첫 번째 용접 단계 동안 용접 전류를 기재 및 복합 재료에 부가하는 단계 및 두 번째 용접 단계 동안 다른 용접 전류를 기재 및 복합 재료에 부가하는 단계를 포함하는 다단계 용접 공정을 사용하여, 복합 재료와 기재 사이에 용접이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 공정.
제 9 항에 있어서, 복합 재료는 1 mm 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 공정.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 다단계 용접 공정에 의해 형성된 용접은 복합 재료와 기재 사이에 이미 형성된 다른 용접으로부터 200 mm 이하로 떨어져 위치하는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서, 복합 재료는 스탬프된 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서, 복합 재료의 두께 방향을 통하는 정동작 저항은 복합 재료의 금속 시트와 동일한 금속으로 만들어지고 복합 재료와 동일한 두께를 갖는 단일 재료의 정동작 저항의 2 배 이상 큰 것을 특징으로 하는 공정.
제 13 항에 있어서, 저항 스폿 용접 동안 금속 방출이 일어나지 않도록 용접 전류는 충분히 낮고 용접 시간은 충분히 짧은 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서, 복합 재료의 금속 시트 쌍의 합해진 두께는 0.6 mm 이하이고 복합 재료 전체 두께의 75% 이하인 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 있어서, 공정은 용접 스택의 한 표면을 접촉하는 첫 번째 전극 및 용접 스택의 다른 표면을 접촉하는 두 번째 전극을 포함하는 한 쌍의 전극을 사용하여 기재를 포함하는 용접 스택을 저항 스폿 용접하는 단계를 포함하고; 저항 스폿 용접 단계는 첫 번째 전극의 표면의 50% 이상의 용접 버튼 크기를 갖도록 첫 번째 및 두 번째 전극 사이에 충분한 시간 동안 충분한 전류를 통과시키는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 있어서, i) 심재 층의 부피는 복합 재료 전체 부피의 25 부피% 이상;이고 ii) 복합 재료를 복합재료와 동일한 두께의 냉간 압연강 기재에 용접하기 위한 용접 전류 범위는 단일 강철 시트를 냉간 압연강 기재에 용접하기 위한 용접 전류 범위보다 크도록 심재 층의 금속 섬유의 농도는 충분히 낮고, 단일 강철 시트의 두께는 복합재료의 두 강철 시트의 전체 두께와 거의 동일한 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서, 심재 층은 10 부피% 내지 약 30 부피% 금속 섬유를 포함하고, 금속 섬유는 섬유 길이에 가로방향으로 일반적으로 사각형의 단면을 가지고, 그 단면적은 8 x 10^-5 ㎟ 이상이어서, 각각 면 직경 3.8 mm를 갖는 두 전극 사이에서 약 2200 kN의 부하를 걸어 약 25 mm 및 길이 25 mm의 시료를 사용하여 측정할 때 복합 재료의 정동작 저항은 1.5 밀리옴 이하가 되는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1 항 내지 제 18 항 중의 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 용접 이음.
i) 복합 재료; ii) 강철 기재; 및 iii) a) 2㎟ 이상 크기의 용접 버튼; b) 1 kN 이상의 인장 강도; 또는 c) 금속 방출이 없는 용접으로 특정되는, 용접 이음을 포함하는, 제 1 항 내지 제 18 항 중의 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 용접된 제품