KR100524604B1

KR100524604B1 - 강판 두께 및 강종에 따른 후레쉬 버트 웰더의 업세트압력 제어방법

Info

Publication number: KR100524604B1
Application number: KR10-2001-0072390A
Authority: KR
Inventors: 박태식; 소남호; 지용희
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2005-11-02
Also published as: KR20030041557A

Abstract

본 발명은 강판 스트립을 연속적으로 통판 처리하는 설비에 있어서 선행코일 스트립의 후단부와 후행코일 스트립의 선단부 사이를 후레쉬 버트 용접법으로 용접하기 위한 후레쉬 버트 웰더의 업세트 압력 제어방법에 관한 것으로, 특히 용접대상 강판의 강종과 두께에 따라 적정 업세트 압력값을 자동으로 산출부여하여 용접이 이루어지도록 제어함으로써 용접품질의 향상 및 생산성 향상을 도모할 수 있는 제어방법에 관한 것이다.

본 발명은 후레쉬 버트 웰더에 의한 강판 스트립간의 용접시 필요한 업세트 압력을 연산하기 위하여 강판 두께 및 강종에 대한 데이터를 수신받아 강종에 따른 데이터 테이블을 설정하는 단계와, 대표판 선두 두께를 선정하는 단계와, 여기에 강종별, 두께에 대한 적정 업세트 압력을 회귀분석하여 적정 업세트 압력을 산출하는 단계와, 산출된 업세트 압력값을 토대로 밸브스탠드(30), 포텐시오미터(31), 증폭기(32-1)에서 압력을 제어하는 단계와, 압력제어부를 통해서 제어되는 적정 압력값을 디지털값으로 디스플레이하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 두께 및 강종에 따른 후레쉬 버트 웰더의 업세트 압력 제어방법을 제공한다.

Description

강판 두께 및 강종에 따른 후레쉬 버트 웰더의 업세트 압력 제어방법{METHOD FOR AUTOMATIC CONTROL OF UP-SET PRESSURE IN WELDING PROCESS BY FLASH BUTT WELDER}

본 발명은 후레쉬 버트 웰더의 업세트 압력 제어방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 후레쉬 버팅 용접기 용접대상 판재의 두께 및 강종에 따라 적정 업세트 압력을 산출 제어하여 용접이 이루어지도록 함으로써 용접품질 및 생산성 향상을 도모할 수 있는 후레쉬 버트 웰더의 업세트 압력 제어방법에 관한 것이다.

도1은 일반적으로 업세트(UP-SET) 압력을 적용한 후레쉬 버트 용접의 개념을 도시한 도면으로서, 강판 스트립과 스트립 사이를 연속운전이 가능하도록 용접하는 후레쉬 버트 웰더(flash butt welder)는 선행 코일 스트립(8)의 후단부와 후행 코일 스트립(9)의 선단부를 이들사이에 전기적 시퀀스에 의한 불꽃을 발생하고 후에 선행측과 후행측의 코일 스트립을, 고정대(4-1)의 업세트 실린더(11)를 이동대(4-2)의 쳐킹부(12)에 결합시켜 일정한 압력에 의해서 당겨주면서 버팅시켜 용접하고, 라인을 정지하지 않고 연속압연을 하기 위하여 용접부위의 거치름 정도를 드라이브측에 대기하고 있던 트리머(16)를 이용하여 연속운전시 트러블이 발생되지 않도록 평탄하고 깨끗하게 트리밍하여 용접완료하도록 되어 있다.

도3은 종래의 강판 두께에 따른 업세트 압력의 제어개념을 나타내는 압력 제어 시스템의 구성을 보여 주는데, 용접하려는 용접기의 구성 부분인 고정대측 선행 코일 스트립(8)과 이동대측 후행 코일 스트립(9)의 두께가 바뀌면 운전실 운전자가 다음 표 1의 예와 같은 임의로 설정된 업세트 압력 값을 현장의 로칼 운전자에게 통신 매체등을 이용하여 알려서 압력조절을 요구하도록 되어 있으며 이에 따라 현장 운전실의 운전자가 회전식 업-다운 방식의 포텐시오미터(31)를 조작하면서 라인운전과 용접운전을 병행하도록 되어 있다.

스트립두께(t)	포텐시오미터 설정치	증폭기 입력 전압(v)	증폭기 출력 전류(A)	업세트압력(kgf/㎠)
1.5∼2.0	000	0.0.31	0.28	25∼30
2.0∼2.5	200	1.95	0.36	30∼45
2.5∼3.0	400	3.83	0.44	45∼55
3.0∼4.0	600	5.71	0.50	55∼65
4.0∼4.6	800	7.63	0.57	80∼95
4.5∼5.5	999	9.58	0.65	90∼105

따라서, 강판의 두께에 따른 매 코일 용접시마다 두께에 대한 임의적인 설정치에 의한 각 운전자의 경험치를 업,다운 방식의 회전식의 포텐시오미터로 조정하고 라인운전을 병행하므로서 용접시 업세트 압력을 상황에 맞게 조정하지 않고 용접하는가 하면, 운전자의 수동 조작으로 신속하고 정밀한 제어가 어려울 뿐만 아니라 강판의 두께 및 강종에 상응하여 적정 업세트 압력으로 용접하지 못하는 일이 빈번하여 용접선 부분의 업세트 압력이 적정 압력값보다 크고 작게 부여됨으로써 버팅 용접 완료후 트리밍시 판 찢어짐 발생 또는 트리밍 불량 등의 발생으로 재용접 해야 하는 일이 많고, 나아가서는 용접품질 하락, 운전자의 업무부하가중, 압연시 판 파단으로 인한 조업중단 및 생산성 저하 등의 문제점이 발생하였다.

또한, 종래의 이러한 수동식 업세트 압력제어는 강판의 두께에 따른 제어에 국한되어 있어 두께에 비해서 용접품질을 더 크게 좌우하는 강종에 따른 제어가 고려되지 않았기 때문에 강종변화에 대응하기 어려웠다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 연구된 것으로서, 압연설비에서 연속 통판되는 강판 스트립과 강판 스트립사이를 버트 웰딩 용접할 때 두께 및 강종에 따라 적정 데이터를 산출하여 용접적정 업세트 압력을 자동으로 부여하여 용접되도록 제어함으로써 용접품질 및 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 용접 대상 강판 두께 및 강종에 따른 업세트 압력제어는,

후행코일 스트립 준비시 사용되는 코일카, 선행코일 스트립과 후행코일 스트립을 풀어주는 페이 오프 릴, 선행코일 스트립과 후행코일 스트립간의 용접성을 양호하게 하기 위한 후행코일 선단부 및 선행코일 후단부를 커팅하는 디바이딩 쉐어 및 용접기를 포함하는 후레쉬 버트 웰더의 업세트 압력 제어방법으로서, 상기 선행코일 스트립과 후행코일 스트립간의 경계면 용접시 두 스트립간의 용접부가 압력을 가지고 부딛쳐 버팅 용접될 때, 두께 및 강종에 따라서 적정 업세트 압력을 수식에 의해서 계산하여 자동 부여하는 동시에 그 압력값이 운전실에 있는 디지털 압력값 디스플레이에 표시되도록 하고, 신소재 샘플 시험생산 용접시나 전산에러등으로 비정상 용접시 등에 대응하여 수동제어 및 자동제어를 선택운전할 수 있게 하는 제어방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도1의 (a),(b)는 본 발명에 따른 후레쉬 버트 웰더의 적정 업세트 압력제어에 관련한 용접기 구성을 포함한 공정의 전체적인 개요를 보여 준다.

상기 도1의 (a)에 도시한 설비는 선행코일과 후행코일을 풀어주는 페이 오프릴(1), 핀치롤 및 레벨러롤(2), 선행코일 스트립과 후행코일 스트립간에 양호한 용접이 이루어지도록 후행코일의 선단부와 선행코일의 후단부를 적정폭으로 커팅하는 디바이딩 쉐어(3), 고정대(4-1), 이동대(4-2) 등으로 구성된 버트 웰딩 용접설비이다.

도1의 (b)는 용접기 운전판넬에서의 업세트 압력제어 운전 선택 스위치(5) 선택후 용접대상 스트립이 준비된 상태에서 예열과정(10a), 후레싱과정(10b), 업세트과정(10c)을 거쳐서 용접완성까지의 진행과정을 보여 준다.

다음, 도2는 본 발명의 용접기의 업세트 압력 자동제어에 관련된 설비로서 선행코일 스트립(8)과 후행코일 스트립(9)이 준비된 상태에서 로타리 쉐어(6,6a)(7,7a)커팅에서부터 커팅완료 부호 15로 표시된 상태후 고정대(4-1)의 업세트 실린더(11)와 이동대(4-2)의 처킹부(12)간의 결합관계를 도시한 것이다.

한편, 도3,4는 본 발명의 개선전, 후 업세트 압력 제어 시스템의 회로도이다.

도5는 용접소재의 따라 소재의 화학 성분에 의한 강종분류표로서 일반강, 극저강, 고장력강, 고탄소강으로 분류된다.

도3,4,5,6에 도시한 바와 같이 본 발명과 관련된 설비는 운전실(50), 전기실(60), 용접기(70)의 구성을 가지고, 용접기 관련 데이터(data), 즉 용접 소재 두께 및 강종 등에 대한 데이터를 입력하여 강종별 데이터 테이블(data table)을 선정제공하고 또 판 두께에 대한 데이터 제공 및 연산을 총괄 관리 처리하는 피엘시(PLC)(25)를 포함하는 데이터 연산부와; 상기 데이터 연산부에서 데이터를 수신하여 고정대(4-1) 상부에 설치되어 있는 압력제어 밸브스탠드(30), 포텐시오미터(31), 증폭기(23-1)등으로 적정 압력을 제어하는 압력제어부; 상기 압력제어부를 통해 제어되는 적정 압력치를 디지털값으로 디스플레이하는 디지털 모니터(35), 압력계(24), 운전판넬(50)상의 선택 스위치(5)등을 포함한다.

본 발명이 적용된 설비를 이용한 용접중 스트립의 두께와 강종에 따른 업세트 압력의 제어를 보면, 상기 밸브스탠드(30)는 용접기 업세트 압력제어부에 설치되어 있고 비례 전자변 릴리프밸브(33)에 출력 압력계(24) 및 압력변환 센서(34)가 연결된 구조로 구성되어 있고, 상기 비례 전자변 릴리프밸브(33)는 전기실의 기존 증폭기(32)와 자동제어시 필요한 후 증폭기(32-1)가 연결구성되는데 상기 증폭기(32)의 타단은 운전실의 운전판넬(50)의 전압 가변형 포텐시오미터(31)에 연결되고, 증폭기(32-1)는 압력 변환 센서에 연결되며, 상기 압력 변환 센서의 타단은 운전실의 수치확인 모니터에 연결되어 용접기 운전시 적정 업세트 압력을 제어하도록 되어 있따.

이하, 본 발명의 자동 업세트 압력제어 및 이를 이용한 용접기 운전방법을 설명하면 다음과 가다.

먼저, 용접전 운전실의 판넬에서 선택스위치(5)로 웰딩(Welding)시 업세트 압력제어 운전을 선택한다.

다음, 운전실 모니터에서 두께, 강종, 스트립폭 등에 대한 데이터를 받아서 확인하고 전기실(60)의 피엘시에 데이터를 입력한 후 전기실 피엘시에서는 데이터를 읽어서 용접기 사양에 맞는 두께이상 유무를 확인하고 용접 데이터 테이블을 결정한다.

상기 데이터 테이블 결정과 함께 부대설비를 이용한 스트립 용접을 준비한다.

선행코일 스트립이 페이 오프 릴로부터 완전히 풀려 나온 상태에서 결함부 제거 및 양호한 용접성을 위해 스트립을 절단하는 디바이딩 쉐어에서 절단처리된 후, 동 스트립의 후단부는 통판되어 용접기 고정대(4-1)의 로타리 쉐어에서 절단처리된다.

다음, 후행코일 스트립을 준비하기 위하여 도시되지 않은 코일카(Coil Car)에서 대기하고 있던 코일이 통판되어 용접기 이동대(4-2)의 로타리 쉐어(Rotary Shear)에서 절단처리되어 용접준비가 완료된다(도1∼2 참조).

그 후 준비된 선, 후행코일 스트립에 전류를 가하여 용접을 시작한다.

다음, 어느 정도 전류를 가한 상태에서 예열과정(10a), 후레싱과정(10b)을 겆쳐서 업세트과정(10c)에 이른다.

상기 본 발명의 업세트과정의 적정 압력 계산 및 제어 동작의 흐름은 도6과 같다.

도1의 용접기 데이터 모니터(40)로부터 자동 수신 모드를 설정하고 운전판넬(50)의 업세트 압력제어 선택 스위치(5)를 선택한다. 도6을 참조하면, 데이터 테이블 넘버 선정(단계80) 및 대표판 두께 선정(단계90)을 계산하는 연산장치로 먼저, 두께에 대한 데이터를 피엘시에서 자동으로 수신하여 스트립 이상유무를 확인하고 선, 후행코일 스트립의 두께 비교를 한다.

다음, 강종별 데이터 테이블을 X,Y축을 선정하여 연산에 의해서 데이터 테이블 번지를 정한다.

dt = X + (y-1) ×4 ------------------(1)

상기 식(1)에서 x : 강종별 종(세로) 방향, y : 강종별 횡(가로) 방향, 4 : 강종갯수이다.

다음, 선, 후행 대표판 두께 선두 넘버선정 연산을 한다.

(Table No -1) ×100 + 1 -------------(2)

상기 식(2)에서 Table No : 1항에서 연산된 약정식, 100 : 테이블 상의 미세조정 항목수이다.

상기 연산에 의한 데이터 테이블 및 선, 후행 대표판 두께 선두 넘버를 정한 다음 강종별 두께에 대한 수식을 이용하여 적정 업세트 압력 값을 산출하게 된다.

y = 1.1935x² + 13.96x - 4.4748 R² = 0.996 ---- 일반강 테이블 수식

y = 2.1694x² + 6.6759x - 3.3105 R² = 0.9913 ---- 극저강 테이블 수식

y = 0.2175x² + 21.243 - 12.26 R² = 0.9973 ---- 고장력강 테이블 수식

y = -0.7585x² + 28.527x - 20.045 R² = 0.9962 ---- 고탄소강 테이블 수식

상기 식에서 y : 업세트 압력, x : 두께, R : 회귀식의 결정계수이다.

상기 식에 의한 두께 및 강종에 따른 실시예를 설명한다.

용접할 스트립 소재 두께 2.0t 를 기준으로 한 강종별 관계식을 이용하여 계산한다.

일반강 y=(1.1935 ×4)+(13.96 ×2)-4.4748=28.22(kg/㎠) --- 용접상태 양호

극저강 y=(2.1694 ×4)+(6.6759 ×2)+3.3105=25.3398(kg/㎠) --- 용접상태 양호

고장력강 y=(0.2175 ×4)+(21.243 ×2)-12.26=31.096(kg/㎠) --- 용접상태 양호

고탄소강 y=(-0.7585 ×4)+(28.527 ×2)-20.045=33.975(kg/㎠) --- 용접상태 양호

상기 식에 의한 데이터 테이블내에 두께 및 강종에 따른 업세트 압력값을 산출하고 적정 압력값이 용접시 부여 자동으로 제어되어진다.

도7은 업세트 압력의 두께 및 강종에 따른 특성 그래프를 보여준다.

제어된 업세트 압력값이 밸브측으로 전송되고, 디지털/아날로그 변환 및 출력되며, 초기출력시 4∼20 mA로써 압력제어하기에 출력이 약하면 밸브의 열고 닫힘이 원활하게 동작되게 하기 위한 강한 전류를 공급한다. 현장 업세트 압력 검출값이 운전자가 확인할 수 있도록 디지털 값으로 변환, 모니터(35)에 출력되어진다.

상술한 바와 같이 본 발명은 후레쉬 버트 웰딩 용접기의 업세트 압력 값을 용접대상 강판의 두께 및 강종에 따라 적정 압력값을 연산장치로 회귀분석하여 인식하고 이 값을 기초로 용접시 강판의 두께별, 강종별로 최적의 업세트 압력 값을 자동부여할 수 있게 제어함으로써 용접품질의 향상 및 생산성 향상을 가져올 수 있는 효과가 있다.

도1의 (a),(b)는 본 발명이 적용된 용접설비의 구성 및 공정의 개요도,

도2는 본 발명이 적용된 용접설비의 요부를 발췌도시한 사시도,

도3은 종래의 업세트 압력 제어 회로도,

도4는 본 발명의 업세트 압력 제어 회로도,

도5는 화학성분에 따른 강종 분류표,

도6은 본 발명의 두께 및 강종에 따른 제어 단계 및 종래의 제어 단계를 비교도시한 플로우 챠트,

도7은 업세트 압력의 두께 및 강종에 따른 특성 그래프.

* 도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 페이 오프 릴 2 : 핀치 롤 및 레벨러 롤

3 : 디바이딩 쉐어 4-1 : 고정대

4-2 : 이동대 5 : 선택 스위치

6,6a,7,7a : 로타리 쉐어 8 : 선행코일 스트립

9 : 후행코일 스트립 11 : 업세트 실린더

12 : 처킹부 20 : 종래의 밸브스탠드

30 : 본 발명의 밸브스탠드 31 : 포텐시오미터

32,32-1 : 증폭기 35 : 모니터

110 : 용접 데이터 테이블 200 : 업세트 압력 계산수식

Claims

후레쉬 버트 웰더에 의한 강판 스트립간의 용접시 필요한 업세트 압력을 연산하기 위하여 강판 두께 및 강종에 대한 데이터를 수신받아 강종에 따른 데이터 테이블을 설정하는 단계와, 대표판 선두 두께를 선정하는 단계와, 여기에 강종별, 두께에 대한 적정 업세트 압력을 회귀분석하여 적정 업세트 압력을 산출하는 단계와, 산출된 업세트 압력값을 토대로 밸브스탠드(30), 포텐시오미터(31), 증폭기(32-1)에서 압력을 제어하는 단계와, 압력제어부를 통해서 제어되는 적정 압력값을 디지털값으로 디스플레이하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 두께 및 강종에 따른 후레쉬 버트 웰더의 업세트 압력 제어방법.