X-선 투과검사를 이용한 저항 점용접부 품질평가기법 · 이종대․이소정․방정환․윤길상․김목순․김준기 540 Journal of Welding and Joining,

X-선 투과검사를 이용한 항 용 부 품질평가기법

이종 ․이소정․방정환․윤길상․김목순․김 기

大韓熔接․接合學誌第32卷 6號別冊

2014. 12

This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Journal of Welding and Joining, Vol.32 No.6(2014) pp1-7

http://dx.doi.org/10.5781/JWJ.2014.32.6.1

1

X-선 투과검사를 이용한 저항 점용접부 품질평가기법

이종 *,**․이소정*․방정환*․윤길상*,***․김목순**․김 기*,***,†

*한국생산기술연구원 용 합연구실용화그룹/마이크로조이닝센터**인하 학교 신소재공학과

***과학기술연합 학원 학교 자패키징공학 공

Weld Quality Evaluation Method for the Resistance Spot Weldsusing X-ray Transmission Inspection

Jong-Dae Lee*,**, So-Jeong Lee*, Jung-Hwan Bang*, Gil-Sang Yoon*,***, Mok-Soon Kim** and Jun-Ki Kim*,***,†

*Advanced Welding & Joining R&BD Group, KITECH, Incheon 406-130, Korea**School of Materials Science and Engineering, Inha University, Incheon 402-751, Korea

***Electronic Packaging Engineering, University of Science & Technology, Incheon 406-130, Korea

†Corresponding author : [email protected](Received October 21, 2014 ; Revised November 24, 2014 ; Accepted December 4, 2014)

Abstract For the resistance spot welds of CR1180 and GA1180 TRIP steels, the weld quality evaluation method using the digitalized X-ray transmission imaging apparatus was investigated in comparison with the cross- sectional examination method. In the case of the resistance spot welding of CR1180, three circular regions, such as WZ(white zone), GZ(grey zone) and DZ(dark zone), appeared on X-ray image and they correspondedto the diameters of indentation mark, nugget and corona bond, respectively. The variation of X-ray transmission thickness due to the thickness variation of the weld seemed to be mainly responsible for the formation of those contrasts. The X-ray image contrast formed from the variation of transmission thickness at the outer border line of DZ could also enable the inspections of the notch shape, nonuniformity of the welding pressureand spatter from its sharpness, concentricity and the normal straight line, respectively. The X-ray image of the resistance spot weld of galvannealed GA1180 TRIP steel was very similar to that of CR1180 TRIP steel except the crown shaped outer border line of DZ which was considered to be due to the melting behavior of zinc having the boiling temperature even lower than the melting temperature of steel.

Key Words : Ultra high strength steel(UHSS), Resistance spot welding, X-ray transmission inspection, Welding nugget, Weld inspection, Weld quality

ISSN 1225-6153

Online ISSN 2287-8955

1. 서 론

항 용 은 두 재를 겹친 상태에서 양단에 극

을 시켜 압력을 가하고 류를 흘림으로써 발생되

는 항열을 이용하여 겹쳐진 면을 용융시키는 용 방

법이다1). 다른 용 방법과 비교하여 항 용 은 작

업이 용이하고 용 속도가 빨라 박 에 하여 높은 생

산성을 가지므로 자동차, 가 기용품과 같은 산

업분야에서 리 사용되고 있다2).

항 용 의 주요 공정변수로는 가압력, 용 류,

용 시간 등이 있다. 공정조건의 최 화는 이들 공정변

수에 따른 용 부 품질을 도표화한 용 로 곡선(weld

lobe diagram)으로써 단되는데, 이러한 항 용

부의 품질평가 방법으로는 단강도와 용 부 단면분석

이 일반 이다3-5).

특집논문


538 Journal of Welding and Joining, Vol. 32, No. 6, 2014

2

30

15

Unit : mm

30

15

1.2

100

Fig. 1 Dimension of test specimen

Fig. 2 X-ray inspection equipment

단면분석에 있어서는 깃(nugget) 직경이 일반 인

평가지표로 사용되고 있다. KS ISO 14327 규격에 의

하면 건 한 항 용 부를 해서는 재두께 t에

하여 의 깃직경이 요구된다. 항 용 부의

깃은 재 내부에 형성되므로 외 상으로는 측정할

수가 없어 용 부를 단하여 단면을 찰하는 방법이

일반 으로 사용되고 있다. 그러나 이러한 방법은 시료

비과정이 번거롭고 단 치에 따라 실제 깃직경과

오차가 발생할 가능성이 있으므로 비 괴 인 검사방법

을 통한 깃 직경 측정이 바람직하다6).

항 용 부의 깃직경을 측정하는 데에 사용될

수 있는 비 괴 검사방법으로는 음 와 X-선이 표

이다. 음 검사방법 에서 깃의 형상을 이미지화

시킬 수 있는 방법으로는 음 미경(SAM, Scanning

Acoustic Microscopy)을 사용하는 방법이 있다7). 이

러한 SAM은 용 시편을 음 달 매질인 물속에

담가서 측정해야 하는 단 이 있다.

X-선 검사방법의 경우8) 과거에는 감 필름을 이용

하는 아날로그 방식이 사용되어 이미지 획득시간이 길

고 많은 비용이 소모되었으나 최근 자패키지의 솔더

조인트(solder joint) 검사를 해 보 되고 있는, 디

지털 이미지센서를 이용하는 X-선 검사 장비를 활용하

면 보다 신속하고 간편하게 항 용 부의 품질을

단할 수 있을 것으로 기 된다.

본 연구에서는 디지털 X-선 장비를 사용하여 획득한

항 용 부의 X-선 투과이미지와 기존의 용 부

단에 의한 단면분석 방법으로 찰한 결과를 비교분석

하여 X-선 투과이미지를 이용한 항 용 부 깃크

기 측정방법의 활용가능성을 조사하고자 하 다.

2. 실험 방법

본 연구에 사용된 강 소재는 인장강도가 1.2 GPa

이고 두께가 1.2mm인 변태유기소성(TRIP, Trans-

formation Induced Plasticity)강으로 POSCO사로

부터 제공받았다. 소재의 표면처리에 따른 효과를 조사

하기 해 비도 CR1180 TRIP강과 합 화 아연도

된 GA1180 TRIP강 두 종류의 강 을 사용하 다.

용 시험편은 KS B 0854 규격과 KS C ISO 14270

규격을 참고하여 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 제작하 다.

용 시험편의 표면 불순물을 제거하기 해 아세

톤에 침지하여 15분간 음 세척을 한 후, 60℃에서

10분 동안 건조하 다. 항 용 은 Bosch사의 인버

터 DC 원 용 기와 선단직경 6 mm, 크롬동(Cr-Cu)

재질의 돔(dome)형상 극을 사용하 다. 용 조건은

깃크기의 변화를 주기 해 가압력을 300 kgf, 통

시간을 18 cycle로 고정한 상태에서 용 류를 4, 6,

8 kA로 변화시켜 용 을 수행하 다.

용 조건별 항 용 부에 하여 X-선 투과검사

와 단면분석 용 면 찰을 수행하 다. X-선 검사

는 Fig. 2에 나타낸 Fein Focus사의 FXS-160.40 장비

를 사용하여 가속 압 100 kV, 류 0.4 mA의 조건

으로 용 시편에 수직으로 조사되도록 수행하 다. 단

면분석은 항 용 부를 수직 단한 후 단면을 폴

리싱 에칭하여 찰하 다. 용 면 찰은 용 부에

박리응력을 가하여 시편을 분리시킨 후 용 부 주 의

표면상태를 찰하 다.

3. 결과 고찰

3.1 CR1180 TRIP강 항 용 부

CR1180 TRIP강의 용 류에 따른 항 용 부

의 X-선 투과이미지를 Fig. 3에 나타내었다. 6 kA와

8 kA 용 부의 X-선 투과이미지를 보면 명암에 따라

가장자리에서부터 dark zone(DZ), grey zone(GZ),


大韓熔接․接合學誌第32卷第6號, 2014年 12月 539

3

4kA 6kA 8kA

3.1

7m

m

4.8

5m

m

3mm

5.1

2m

m

3.4

5m

m

6.1

2m

m

3mm

6.0

2m

m

3.5

2m

m

7.0

4m

m

3mm

Fig. 3 X-ray images of the various resistance spot welds of CR1180 TRIP steel

4kA 6kA 8kA

5.30mm

1.2mm

4.80mm3.24mm

3.19mm 1.2mm3.38mm

5.16mm

6.12mm

6.64mm

1.2mm3.42mm

6.28mm

7.08mm

7.70mm

Fig. 4 Optical micrographs of the various resistance spot welds of CR1180 TRIP steel

white zone(WZ)으로 구분되어 나타나는 것을 볼 수

있다. 이 에서 DZ의 경계선은 비교 뚜렷한 반면에

GZ과 WZ은 경계선이 다소 명확하지 않았지만 이미지

분석(image analysis) 로그램을 이용하여 각각의 직

경을 측정할 수 있었다. 용 류 6 kA에서의 각 역의

직경은 DZ 6.12 mm, GZ 5.12 mm, WZ 3.45 mm

으며, 용 류 8 kA에서는 DZ 7.04 mm, GZ

6.02 mm, WZ 3.52 mm로 측정되었다.

용 류 4 kA의 X-선 투과이미지에서는 DZ과 WZ

의 두 역만이 나타났으며, GZ은 찰되지 않았다.

각 역의 직경은 DZ 4.85 mm, WZ 3.17 mm 다.

용 류 4, 6, 8 kA의 X-선 투과이미지를 비교해보

면 용 류가 증가함에 따라 DZ과 GZ의 경계가 선명

해지면서 직경이 증가하는 것을 알 수 있다.

CR1180 TRIP강의 용 류에 따른 단면분석 결과

를 Fig. 4에 나타내었다. 4, 6, 8 kA의 항 용 부

단면은 깃, 열 향부, 모재로 구분되는 형 인 미

세조직을 나타내었으며, 이로부터 용 시 극의 가압

으로 인해 형성되는 압흔의 직경, 실제 용융부인 깃

의 직경, 용융부의 열과 극의 가압으로 인해 합되

어진 코로나본드의 직경, 용 시 발생되는 열에 의해

미세조직이 변한 열 향부의 직경을 측정할 수 있었다.

용 류 4 kA 단면분석에서 찰되는 각 부 의 직

경은 압흔 3.19 mm, 깃 3.24 mm, 깃과 코로나

본드를 포함한 합부 4.80 mm, 열 향부 5.30 mm

로 측정되었다. 용 류 6 kA에서는 압흔 3.38 mm,

깃 5.16 mm, 깃과 코로나본드를 포함한 합부

6.12 mm, 열 향부 6.64 mm 으며, 용 류 8 kA

에서는 압흔 3.42 mm, 깃 6.28 mm, 깃과 코로

나본드를 포함한 합부 7.08 mm, 열 향부 7.70 mm

로 측정되었다.

용 류에 따라 X-선 투과이미지로부터 측정된 원

들의 직경과 단면분석으로부터 측정된 미세조직별 직경

을 비교하여 Fig. 5에 나타내었다. 용 류가 4, 6,



4

8

7

6

5

4

3

2

1

0

4 6 8

Weld current(kA)

White zone(X-ray)

Grey zone(X-ray)Dark zone(X-ray)Indentation(cross section)Nugget(cross section)Nugget+Corona bond(cross section)HAZ(cross section)

Dia

mete

r(m

m)

Fig. 5 Comparison of the diameters of X-ray circles

and weld microstructures for CR1180 TRIP

steel

2.7

2.4

2.1

1.8

1.50 2 4 6 8 10

Position in weld(mm)

DZ

GZ

WZ

Tra

nsm

itte

d t

hin

kness

(mm

)

Fig. 6 The variation of X-ray transmitted thickness

for the 4kA weld of CR1180 TRIP steel

HAZ

Nugget width

Corona bondwidth

Dark zone

Grey zone

White zone

Indentationwidth

Fig. 7 Schematic of the relationship between

X-ray image and weld microstructure for

CR1180 TRIP steel

8 kA로 증가함에 따른 WZ의 직경은 단면분석 결과

항 용 부의 압흔 직경과 일치하며, DZ의 직경

은 코로나본드까지의 직경과 일치하고, GZ의 직경은

깃 직경과 일치하는 것을 볼 수 있다.

X-선 투과이미지에서 명암은 원자번호에 따른 X-선

흡수도의 차이와 투과두께에 따라 결정되는 것으로 알

려져 있다9). 동종 재질의 항 용 부는 합 조성의

변화는 없지만 용 시 극의 가압력으로 인해 모재가

변형되는 경우에는 용 부 치에 따라 X-선 투과두께

가 변화될 수 있다. 이러한 효과를 조사하기 해 8 kA

의 경우에 하여 용 부 치에 따른 X-선 투과두께

의 변화를 단면 미세조직 사진으로부터 측정하여 Fig.

6에 나타내었다. 용 부 앙에서는 압흔에 의해 두께

가 감소된 것을 볼 수 있으며, 용 부 가장자리에서는

모재의 퇴 으로 인해 두께가 증가된 것을 볼 수 있다.

따라서 Fig. 5에서 압흔의 직경과 WZ의 직경이 일치

하는 것은 압흔 부 의 두께가 상 으로 얇아졌기 때

문이며, 코로나본드의 직경과 DZ의 직경이 일치하는 것

은 코로나본드 부 의 두께가 상 으로 두꺼워진 결

과이고, 깃의 직경과 GZ의 직경이 일치하는 것은 압

흔부과 퇴 부 사이에서 X-선 투과두께가 천이되는 거

동에 의한 것임을 알 수 있다.

CR1180 TRIP강에 하여 X-선 투과이미지와 단면

분석 미세조직과의 계를 도식화하여 Fig. 7에 나타내

었다. DZ과 WZ의 경우 용 부에서 압흔부와 퇴 부가

클수록 뚜렷하게 찰되는 반면에, GZ은 경계선이 비

교 명확하지 않으며, 재질과 용 조건에 따른 깃의

형성거동에 따라 찰되는 양상이 달라질 수도 있을 것

으로 생각된다.

X-선 투과이미지를 통해 용 부 직경 이외에 추가

인 정보를 얻을 수 있는데, 먼 DZ 외경의 경우 Fig.

3의 4 kA에서는 경계선이 희미한 반면에 6 kA에서는

선명한 것을 볼 수 있다. 이는 Fig. 4의 항 용 부

단면사진에서 보면, 4 kA의 경우 날카로운 노치선단

(sharp notch tip) 형상으로 X-선 투과두께의 변화가

완만한 반면에, 6kA의 경우 뭉툭한 노치선단(squared

notch tip) 형상으로 인해 X-선 투과두께의 변화가

격한 결과로 단된다. 따라서 동일 재질인 경우 X-선

투과이미지에서 DZ 외경의 선명도 비교를 통해 용 부

노치선단의 형상도 측이 가능할 것으로 생각된다.

한 Fig. 3에서 용 류 8 kA의 경우에는 4 kA

와 6 kA에서는 찰되지 않았던, WZ와 GZ의 동심도

가 치우쳐진 형상을 볼 수 있는데, 이는 항 용

시 용 극의 상태, 모재의 형상 표면상태 등으로

인해 가압력이 불균일한 상태임을 나타내는 것으로



5

Fig. 8 Photo of the inner surface of welded lap

joint for 8kA CR1180 TRIP steel

4kA 6kA 8kA

3.2

7m

m

4.8

0m

m

3mm 3mm

5.2

1m

m

3.4

8m

m

6.0

6m

m

3mm

6.0

0m

m

3.5

0m

m

6.8

6m

m

Fig. 9 X-ray images of the various resistance spot welds of GA1180 TRIP steel

4kA 6kA 8kA

1.2mm

5.05mm

4.59mm

3.14mm

3.25mm1.2mm

6.73mm

6.05mm

5.16mm

3.42mm 1.2mm

7.40mm

6.76mm

5.56mm

3.56mm

Fig. 10 Optical micrographs of the various resistance spot welds of GA1180 TRIP steel

단할 수 있다.

Fig. 3의 8 kA X-선 투과이미지의 하단에서는 DZ

외부에 어두운 명암의 방사하는 직선이 찰되었는데,

이는 Fig. 8에 나타낸 시험편 박리 후 용 면 사진에서

찰된 스패터(spatter) 흔 과 일치하는 것을 알 수

있다. 이러한 상은 용 면에 잔류하는 스패터로 인해

X-선 투과두께가 증가한 결과로 단되며, 따라서 X-

선 투과이미지를 통해 스패터의 발생 유무 단이 가능

한 것으로 생각된다.

3.2 GA1180 TRIP강 항 용 부

합 화 아연도 된 GA1180 TRIP강의 용 류에

따른 용 부의 X-선 투과이미지를 Fig. 9에 나타내었

다. CR1180 TRIP강의 경우와 마찬가지로 DZ, GZ,

WZ 이미지가 찰되었으며, 용 류가 4, 6, 8 kA

로 증가함에 따라 DZ WZ의 직경이 증가하고 경계

가 선명해지는 것을 볼 수 있다.

GA1180 TRIP강의 용 류에 따른 단면분석 결과를

Fig. 10에 나타내었다. 항 용 부 단면은 CR1180

TRIP강의 경우와 동일하게 깃, 열 향부, 모재로 구

분되는 형 인 용 부 미세조직임을 알 수 있다.

CR1180 TRIP강과 동일한 방법으로 X-선 투과이미

지로부터 측정된 원들의 직경과 단면분석으로부터 측정



6

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Dia

mete

r(m

m)

4 6 8

Weld current(kA)

White zone(X-ray)

Grey zone(X-ray)Dark zone(X-ray)Indentation(cross section)Nugget(cross section)Nugget+Corona bond(cross section)HAZ(cross section)

Fig. 11 Comparison of the diameters of X-ray circles

and weld microstructures for GA1180 TRIP

steel

(a) (b)

Fig. 12 Photos of the inner surface of welded lap

joints for GA1180 TRIP steel : (a) 4kA and

(b) 8kA

된 미세조직별 직경을 비교하여 Fig. 11에 나타내었다.

용 류 4, 6, 8 kA에 하여 WZ의 직경은 항

용 부의 압흔직경과 일치하고, DZ의 직경은 코로나본

드까지의 직경과 일치하며, GZ의 직경은 깃직경과 일

치하는 것을 알 수 있다. 이는 Fig. 7에 나타낸 CR1180

TRIP강에 한 X-선 투과이미지와 용 부 미세조직과

의 계가 GA1180 TRIP강에서도 동일하게 용됨을

의미한다.

한편 Fig. 9에 나타낸 GA1180 TRIP강의 X-선 투

과이미지에서 DZ의 가장자리를 자세히 보면 크라운 형

상을 찰할 수 있는데, 이는 시험편 박리 후 용 면

사진인 Fig. 12 (a)에서 알 수 있는 바와 같이 속의

끓는 이 강의 녹는 보다도 낮은 아연의 항 용

시 용융거동에 기인하는 것으로 생각된다. Fig. 9의 8

kA X-선 투과이미지 상단에서 찰되는 두꺼운 방사

직선은 Fig. 12 (b)에 나타낸 용 면 찰 결과 스패

터의 흔 임을 알 수 있었다.

4. 결 론

비도 CR1180 TRIP강과 합 화 아연도 된 GA1180

TRIP강에 하여 항 용 부의 X-선투과이미지와

단면 미세조직의 비교를 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.

1) CR1180 TRIP강의 항 용 부에 있어서 X-

선 투과이미지는 WZ(white zone), GZ(grey zone),

DZ(dark zone)의 세 역으로 나타났으며 이들은 각

각 압흔직경, 깃직경, 코로나본드 직경과 일치하 는

데 이는 용 부의 두께변화에 따른 X-선 투과경로의

변화에 기인한 것으로 단된다.

2) CR1180 TRIP강 항 용 부의 DZ 외부 경

계선에서 투과두께 변화로 인해 형성되는 X-선 이미지

명암의 선명도, 동심도, 방사 직선 등을 통해 각각 노

치선단의 형상, 가압력의 불균일성, 스패터 발생 등의

검사가 가능한 것으로 단된다.

3) 합 화 아연도 된 GA1180 TRIP강 항 용

부의 X-선 투과이미지는 DZ 외부 경계선이 크라운

형상을 보이는 것을 제외하고는 CR1180 TRIP강의

경우와 매우 유사한 것으로 나타났는데, 이러한 크라운

형상은 속의 끓는 이 강의 녹는 보다도 낮은 아연

의 항 용 시 용융거동에 기인하는 것으로 생각된다..

후 기

본 연구는 산업통상자원부 산업핵심기술개발사업(과

제번호 KM140086)과 한국생산기술연구원의 연구지원

(과제번호 JA140023)에 의해 수행되었으며, 이에 감

사드립니다.

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9. Sang-Ki Park, Yean-Shic Ahn and Doo-Song Gil :

∙이종

∙1983년생

∙인하 학교

∙용 공정, 속재료

∙e-mail : [email protected]

∙이소정

∙1985년생

∙한국생산기술연구원

∙ 합소재, 착제


∙방정환

∙1975년생


∙SMT공정, 무연솔더


The Study on Radiation Source Optimization for

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363-367 (in Korean)

∙윤길상

∙1971년생


∙사출 형, 복합재료성형, CAD/CAM


∙김목순

∙1957년생

∙인하 학교

∙ 속재료


∙김 기

∙1971년생


∙용 재료, 합소재, 착제


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