KR100237153B1 - 용접품질 평가 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 심(seam)용접을 할 경우 용접된 상태의 용접부 품질을 판정하는 방법에 관한 것으로 피용접물의 전기저항에 의한 발열을 이용하여 용접을 행하는 심 용접의 판폭방향 단위길이당 용접품질의 상태를 진단하는 용접품질 판정방법에 있어서 용접전압 E, 용접전류 I, 전극 가압력 P, 용접속도 S, 랩량 L을 계측, 이를 토대로 단위 랩량, 단위 판폭 길이당 입열량 dQ/dx를 계산하고, 용접해야 할 피용접물의 재질과 두께에 따른 상기 계측 및 계산치들에 대한 기준설정치와 허용범위를 각각 설정해 두고 상기 계측 및 계산치들과 기준 및 허용범위를 비교하여 그 허용범위를 벗어난 경우 용접상태 이상이라고 용접품질을 판정하는 것이다.

Description

용접품질 평가 방법
본 발명은 심(seam)용접을 할 경우 용접된 상태의 용접부 품질을 판정하는 방법에 관한 것으로, 특히 용접기 변압회로로 부터의 교류 혹은 직류전압을 전극 휠(wheel)을 거쳐 피용접물에 대전류를 공급하여 용접부의 저항발열에 의해서 용접을 행하고 그때 용접상태를 진단하는 용접품질 평가방법에 관한 것이다.
용접품질을 평가하는 종래의 기술로서는 전극 사이의 전압을 검출하여 이 검출치로서 용접상태의 진단을 행한다든지(일본국 특허공개 평1-27392), 용접직후 용접부 표면온도 T나, 변압기 1차전압 E, 1차전류 I, 전극가압력 P, 용접속도 S, 랩(lap)량 L 및 입열량 W를 각각 계측하여 용접해야 할 판 두께 및 재질에 대한 기준치에 입각하여 소정의 허용범위를 각각 설정, 상기 측정치중 어떤 하나의 측정치가 상기 허용범위를 넘어서면 용접상태가 이상하다고 판정하는 방법들이 있었다.
제6도는 용접품질을 평가하는 종래의 실시예를 나타낸 것으로서, 도면부호 1은 선행 스트립과 후행 스트립을 심(seam) 용접시 움직이지 않도록 하는 클램프이고, 2A, 2B는 스트립과 스트립을 상하로부터 고정, 가압하기 위한 심(seam) 용접용 전극휠(wheel)이며, 이 전극 휠(2A), (2B)에 의해 부여되는 가압력을 측정하기 위한 압력센서(3)가 설치되어 있다. 4는 심(seam) 용접기에 있어서 전극휠(2A), (2B)이 이동하여 용접할 때의 용접속도센서이고, 5는 심 용접기 전원으로서 1차 전력을 용접에 필요한 전력으로 변환하기 위한 변압기이다. 또한 6은 용접기 1차측의 전극간 용접전압이고, 7은 1차측 용접전류이다. 8은 용접판정에 필요한 데이터 신호처리장치이고, 9는 상기 신호처리장치(8)에 입력된 데이터를 용접품질 평가 알고리듬 (algorithm)에 의해 용접이상 유무판정을 행하는 용접품질 판정장치이며, 10은 상기 신호처리장치(8)에 입력된 데이터의 추적표시 및 용접품질 판정장치(9)에서 용접이상이라고 판정한 결과를 CRT, 프린터(printer), 레코드(record) 등을 통하여 작업자에게 전달하기 위한 용접품질 판정결과 표시장치이다. 그리고 11은 소재 내부의 전압 강하를 측정하기 위한 장치이고, 12A, 12B는 용접부 표면온도를 계측하기 위한 온도센서이다.
그러나 상기한 종래의 용접품질 평가장치에 의한 용접품질 판정방법은 단순한 전극간 전압이 허용범위를 벗어났다고 해서 용접상태가 이상하다고 판정을 내린다는 것은 실제 용접부 용융현상을 정확하게 해석하지 않아 용접품질의 판정이 정확하지 못하다고 하는 문제점이 있었다.
한편 적외선 온도계 등을 이용한 용접부 온도검출에 의한 용접품질 평가방법은 용접진행 중 플래시(flash)등이 발생하는 경우 용접부위의 정확한 온도검출이 어렵고, 계절에 따른 용접부 용융현상의 판정이 문제로 되어 용접품질 평가에 어려움이 있었다.
또한 용접부의 입열량 계산에 적용되는 변수들인 변압기 1차측 전압 및 전류는 변압기를 통한 손실을 전혀 보상하지 못할 뿐만 아니라 용접부위의 기계적 불균형(misalignment)등이 발생하였을 경우에도 전혀 이를 인식하지 못하는 문제가 있었으며, 용접의 용융현상이 용접재료의 판폭을 따라서 매 순간순간의 용접전류와 동 저항치의 거동에 따라 결정되는 것인데도 이를 종래의 용접품질 평가방법에서는 고려하지 않고 총입열량에 대한 개괄적 정보에 의해 판정하는 것이어서 용접품질의 평가가 정확할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 용접품질 평가방법이 갖는 각종 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 용접전압과 용접전류, 전극 가압력, 및 용접속도, 랩량을 계측하여 이들을 토대로 용접부에 발생하는 단위 랩량, 단위길이당 입열량을 계산하고, 계측된 값들을 피용접물의 재질과 두께에 따른 기준치와 소정의 허용범위에 대하여 비교판정함으로써 심 용접시 피용접물의 단위길이당 용융현상을 예측할 수 있고 또한 용접부 강도의 판정 즉, 용접품질을 정확하게 판정할 수 있는 용접품질 평가방법을 제공함에 그 목적이 있다.
제1도는 본 발명을 실시하는데 사용된 용접장치의 구성도.
제2도는 용접속도와 용접전류에 따른 용접가능범위의 예시도.
제3도는 심 용접시 발생하는 동저항치를 나타낸 상태도.
제4(a)∼제4(f)도는 본 발명에 있어서 용접전압 E, 용접전류 I, 전극가압력 P, 용접속도 S, 랩량 L 및 단위 랩량, 단위 판폭길이당 입열량의 계측 및 계산 결과를 나타낸 그래프.
제5도는 제4도에서 구한 각종 데이터에 입각하여 용접품질의 양, 부를 판정 본 발명 용접품질 평가방법을 나타낸 순서도.
제6도는 종래의 방법으로 용접품질을 평가하는 용접장치의 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 클램프 2A, 2B : 상, 하 전극휠(wheel)
3 : 가압력 센서 4 : 용접속도 센서
5 : 변압기 6 : 전극간 용접전압
7 : 용접전류 8 : 데이타 신호처리 장치
9 : 용접품질 판정장치 10 : 용접품질 판정결과표시장치
11 : 모재사이의 전압강하 신호처리기
12A, 12B : 용접부 온도센서
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 용접품질 평가방법은 피용접물의 전기저항에 의한 발열을 이용하여 용접을 행하는 심(seam)용접에서 용접전압 E, 용접전류 I, 전극 가압력 P, 용접속도 S, 랩량 L을 의 허용범위를 설정하고, 실제로 용접 전압 E, 용접전류 I, 전극 가압력 P, 용접속도 S, 랩량 L을 계측하여 계측값이 허용범위를 벗어나는지의 여부로 판폭방향 단위길이당 용접품질의 상태를 진단하는 용접품질 평가방법에 있어서, 소정의 랩량에 대한 스트립과 스트립사이의 접촉저항(R3)과 실제로 계측한 용접전류 I1, 용접속도 S1로 단위 랩량, 단위길이당 입열량(Q1)s을 Q1=dQ/dx=0.24 I1 2R3/S1로서 계산하여 단위길이당 입열량(Q1)이 설정한 허용범위에 들아가는지를 판정하고, 실제로 계측한 용접전류 I1, 용접속도 S1, 용접전압 E1, 전극 가압력 P1,랩량 L1이 각각 허용범위에 들어가는 지를 순차 판정하여 어느 하나라도 허용범위를 벗어나는 경우 용접상태 이상이라고 용접품질을 판정하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명 용접품질 평가방법을 실시예로서, 상세하게 설명한다.
제1도는 본 발명을 실시하는데 적용된 용접장치의 구성도로서 상기 도면에 있어서 도면부호 1∼5는 종래 기술의 실시예와 동일한 것이고, 6은 용접 전극휠 사이의 전압, 7은 용접전류의 거동신호이다. 또한 8∼10은 종래 기술과 비슷한 기능을 수행하지만 용접품질평가 방법은 상기에서 설명한 것으로서 종래의 방법과는 차이가 있고 그 정확성에도 차이가 있다.
제2도는 일반적인 냉간압연장재의 심 용접시 용접속도와 용접전류에 따른 용접허용범위를 나타낸 것으로서 제2도로부터 알 수 있듯이 어떤 용접전류의 설정값에 대해서 단순한 허용범위의 벗어남만 가지고 용접이상이라고 판정하는 것은 판정 자체에 문제가 있을 수 있다. 따라서 도면에서 대변되듯이 용접속도와 용접전류를 총괄하는 품질판정계수가 필요로 되고 본 발명에서는 이를 위하여 용접방향(스트립 판폭방향)에 대해서 단위 랩량, 단위길이당 입열량(또는 입열계수)을 새로운 용접품질계수로 제안하였다.
여기에서 제3도에 도시한 용접시 발생하는 각종 동저항치를 바탕으로 하여 다음과 같은 수식을 도입하였다.
이고,
이다. 그런데 제3도로부터 알 수 있듯이 용접시 발생하는 동저항 계수 중 R2와 R4는 R3에 비해서 무시할 수 있을 정도로 적은 값이며, 이는 종래부터 각종 문헌에 공지되어 있다(R2, 4≤0.1 R3).
한편 전극 휠과 피용접물 사이의 접촉저항 R1과 R5는 재료의 재질적인 영향보다는 기계적 변수에 의해 지배적인 영향을 받으므로
의 함수가 되고 이 값은 본 발명의 기준치 설정에 이미 포함되는 값이다. 따라서 우리는 이러한 변수들의 해석을 통하여 소정의 랩량에 대하여 스트립과 스트립 사이의 접촉저항 R3를 도출할 수 있고 이에 따라서 통전개시 시점으로부터 통전종료 점까지 스트립 폭방향의 단위길이당 입열량을 다음과 같이 산출, 적용하였다.
상기 단위 랩량, 단위길이당 입열량 dQ/dx는 종래 발명에 비해 용접속도의 영향을 고려하여 용접시 단위길이를 용융하는데 필요한 에너지의 의미를 갖고 이 에너지가 소정의 허용범위보다 과대하면 플래시등이 발생하거나 과입열의 현상을 유발하게 되고 너무 적으면 용접이 되지 않게 된다.
제4도는 용접개시 시점을 통전시작점으로 설정하고 용접종료 시점을 통전종료점으로 설정하여 본 발명을 실제로 실시하여 측정한 결과를 나타낸 것으로서, 판전폭에 걸쳐(a)는 용접전압 E의 거동을, (b)는 용접전류 I의 거동을, (c)는 전극 가압력 P의 거동을, (d)는 용접속도 S의 거동을, (e)는 랩량의 변화거동을 나타낸 것이고, (f)는 단위 랩량, 단위 판폭길이당 입열량 dQ/dx의 거동을 계산하여 각각 나타낸 것이다.
또한 제5도는 본 발명의 용접품질 판정기준 및 방법을 나타낸 것으로서, 먼저 실제로 계측한 용접전류를 I1, 용접속도를 S1, 용접전압을 E1, 전극 가압력을 P1, 랩량을 L1이라 하고, 용접전류의 기준설정치를 I0, 용접속도의 기준설정치를 S0, 용접전압의 기준설정치를 E0, 전극 가압력의 기준설정치를 P0, 랩량의 기준설정치를 L0이라고 하여 허용범위를 -ΔI0〈Q1-Q0〈ΔI0, -ΔS0〈S1-S0〈ΔS0, -ΔE0〈E1-E0〈E0,-ΔP0〈P1-P0〈ΔP0, -ΔL0〈L1-L0〈ΔL0로 설정한다. 이어서 피용접물의 재질과 두께에 따른 단위 랩량, 단위길이당 입열량(Q1)을 Q1=dQ/dx=0.24 I1 2R3 / S1로 계산하고, 기준설정치를 Q0라 하여 허용범위 -ΔQ0〈Q1-Q0〈ΔQ0를 설정한다.
다음으로 T1단계에서 단위 랩량, 단위길이당 입열량 Q1이 설정한 허용범위를 벗어나는지의 여부를 판정하는데 판정결과 허용범위를 벗어나는 경우는 용접이상으로 판정하고, 허용범위내 이면 다음 단계인 T2단계로 진행하여 실제로 계측한 용접 전류 I1이 허용범위를 벗어나는지의 여부를 판정한다. 판정결과 허용범위를 벗어나는 경우 용접이상으로 판정하고, 허용범위를 벗어나지 않는 경우 다음단계(T3)에서 용접속도 판정을 수행한다.
T3단계에서 실제로 계측한 용접속도 S1이 허용범위를 벗어나는지의 여부를 판정하여 판정결과 허용범위를 벗어나는 경우는 용접이상으로 판정하고, 허용범위내이면 다음 단계인 T4단계로 진행하여 실제로 계측한 용접전압 E1이 허용범위를 벗어나는지의 여부를 판정한다. 판정결과 허용범위를 벗어나는 경우는 용접이상으로 판정하고, 허용범위를 벗어나지 않으면 다음단계(T5)에서 전극 가압력 판정을 수행한다.
T5단계에서 실제로 전극 가압력 P1이 허용범위를 벗어나는지의 여부를 판정하여 판정결과 허용범위를 벗어나는 경우는 용접이상으로 판정하고, 허용범위내이면 다음 단계인 T6단계로 진행하고 실제로 계측한 랩량 L1이 허용범위를 벗어나는지의 여부를 판정한다. 판정결과 허용범위를 벗어나는 경우는 용접이상으로 판정하고, 허용범위를 벗어나지 않으면 최종적으로 용접상태의 판정을 정상으로 판정한다.
상기한 바와 같이 본 발명은 피용접물의 재질과 두께(이종 재료의 용접 및 두께가 다른 스트립과 스트립의 용접)에 따라서 여러 가지 센서를 통하여 입력되는 각종 용접공정변수에 의한 단위입열량 계산식을 유도하므로써 일정비율의 용융현상을 유도하기 이한 기준을 수립할 수 있고, 특히 설정기준 중 용접속도가 저속인 경우 충분한 허용범위를 둘 수 있도록 하면서 고속의 경우에도 단위길이당 입열계수의 선형화를 통하여 용접품질에 대한 보다 정확한 판정을 내리므로써 용접이상 발생시 작업자가 재용접 등의 동작을 신속히 판단할 수 있으며 이러한 정량적인 판정기준에 의해서 용접 판파단 등을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 피용접물의 전기저항에 의한 발열을 이용하여 용접을 행하는 심(seam) 용접에서 용접전압 E, 용접전류 I, 전극 가압력 P, 용접속도 S, 랩량 L을 의 허용범위를 설정하고, 실제로 용접전압 E, 용접전류 I, 전극 가압력 P, 용접속도 S, 랩량 L을 계측하여 계측값이 허용범위를 벗어나는지의 여부로 판폭방향 단위길이당 용접품질의 상태를 진단하는 용접품질 평가방법에 있어서, 소정의 랩량에 대한 스트립과 스트립사이의 접촉저항(R3)과 실제로 계측한 용접전류 I1, 용접속도 S1로 단위 랩량, 단위길이당 입열량(Q1)을 Q1=dQ/dx=0.24 I1 2R3/S1로서 계산하여 단위길이당 입열량(Q1)이 설정한 허용범위에 들어가는지를 판정하고, 실제로 계측한 용접전류 I1, 용접속도 S1, 용접전압 E1, 적극 가압력 P1, 랩량 L1이 각각 허용범위에 들어가는 지를 순차 판정하여 어느 하나라도 허용범위를 벗어나는 경우 용접상태 이상이라고 용접품질을 판정하는 것을 특징으로 하는 용접품질 평가방법.
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