KR100722132B1 - 아연도금강판의 스폿용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단상 AC 저항용접에서 가장 큰 문제점인 날림(Spatter)발생을 예측하는 방법이다. 날림 예측 방법에 관한 많은 연구는 동저항을 이용하여 진행되어 왔고, 기존의 동저항은 인덕턴스 성분이 최소가 되는 피크 전류와 그에 상응하는 피크전압을 이용한 피크 동저항을 이용하여 하나의 반 싸이클(half cycle) 당 한 점의 동저항 값을 연결한 마이크로 패턴(micro pattern)에 의해 용접부를 평가하였다. 그러나 기존의 피크 동저항은 날림발생 후 날림 판단은 가능하였지만 동저항을 이용한 날림 발생 예측은 어려웠다. 본 발명은 전류 순시치와 그에 대응하는 전압의 순시치를 옴의 법칙에 대입하여 순시동저항을 계산하며 반 싸이클 내에서의 순시동저항 패턴을 구하고, 이에 의해 날림이 발생하기 전에 날림을 예측할 수 있는 방법에 관한 것이다.

피크전류, 피크전압, 피크동작기, 날림, 냉접

Description

아연도금강판의 스폿용접 방법{METHOD FOR ZINC PLATED STEEL}

도 1은 저항 용접시의 회로도로써 (a)는, 인턱턴스가 없고 순수 저항만 존재할 때의 회로도와 I-V 위상차에 관한 도면이고, (b)는 인턱턴스 성분만 있을 때 회로도와 I-V 위상차에 관한 도면이며, (c)는 저항과 인덕턴스가 둘 다 존재할 때의 회로도와 I-V 위상차에 관한 도면이다.

도 2는 I-V 위상차에 관한 모식도,

도 3은 전압센서 거리의 다양한 위치 모식도,

도 4는 전압센서 위치에 따른 I-V 위상차를 도시한 도면,

도 5는 기존의 피크동저항과 순시동저항의 개념을 도시한 도면,

도 6은 종래의 피크동저항에 관한 연구를 개시한 도면,

도 7은 피크동저항과 순시동저항의 차이점을 나타낸 도면, 및

도 8의 (a)는 냉접, 정상, 날림 조건에서의 순시동저항을 분류한 도면이고, (b)는 순시동저항의 6가지 패턴을 도시한 도면.

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본 발명은 AC 저항용접에서 가장 큰 문제점인 날림 발생을 예측하는 방법에 관한 것이다.

단상 AC 저항 용접은 자동차 분야에서 많이 사용하고 있다. 자동차에 주로 사용되고 있는 강판은 일반 냉연강판에 비해 내식성과 내구성이 우수한 도금강판을 사용하고 있고, 차츰 사용이 증가 하고 있다. 그러나 단상 AC 용접기로 도금강판을 저항용접 시 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

(1) 도금강판 저항용접 시 적정용접전류범위가 좁고 고전류에서 용접함으로 날림 발생율이 더 높다.

(2) 도금강판 저항용접 시 날림 발생으로 인한 전극오염으로 전극수명 단축과 생산성 저하된다.

(3) 날림 발생으로 도금강판표면의 손실이 크다.

날림 제어에 관한 많은 연구는 동저항과 발열량을 이용하여 진행되어오고 있다. 그 중 가장 많은 연구는 동저항을 이용하는 것이다. 보통 피크 동저항을 이용해 평가를 하고 있는데, 피크동저항은 도 5에 나타냈듯이 인덕턴스 성분이 최소가 되는 피크전류와 그에 상응하는 피크전압을 옴의 법칙에 의해 계산한 값으로 하나의 반 싸이클(half cycle) 당 한 점의 동저항 값으로 나타나고 이를 연결한 마이크로 패턴을 이용하여 평가한다. 그러나, 피크 동저항은 날림발생 후 날림 판단은 가능하였지만 동저항을 이용한 날림 발생 예측은 어려웠다.

발열량은 인덕턴스 성분이 최소가 되는 피크전류와 그에 상응하는 피크전압의 곱에 의해 계산한 값으로 하나의 반 싸이클 당 한 점의 발열량 값으로 평가한다. 그러나, 발열량은 도금강판 용접 시 전극오염에 의한 날림 발생을 예측하기 어렵다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 본 발명의 목적은 용접시 날림 현상을 미연에 방지하여 고품질 제품 성형 및 도금 강판의 오염을 미연에 방지하도록 구성되는 아연 도금 강판의 스폿용접 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전극에 인가되는 전류 순시치와 전압의 순치시를 오옴의 법칙을 이용하여 동적 변화값을 구하고 이를 바탕으로 날림 현상을 미연에 예측할 수 있도록 구성되는 아연 도금 강판의 스폿용접 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 아연 도금 강판의 스폿 용접 방법에 있어서, 전극에 인가되는 전류 순시치와 그에 대응하는 전압의 순시치를 이용하고 오옴의 법칙에 근거하여 순시동저항을 계산하여 반 싸이클내에서 순시동저항 패턴을 구하여 날림 현상을 예측함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 전류 순시치와 그에 대응하는 전압의 순시치를 이용한 순시동저항을 계산하여 반 싸이클(half cycle) 내에서의 순시동저항 패턴을 구하고, 이에 의해 날림을 예측할 수 있는 방법에 관한 것이다.

전류 순시치와 그에 대응하는 전압의 순시치를 이용한 동저항 값을 구하는 것으로 임피던스 성분이 저항만으로 구성되는 것이 바람직하다. 임피던스 성분에 인덕턴스의 영향을 받았는가의 유무는 I-V 위상차를 이용해 평가되고 있다.

도 1은 회로에 대한 I-V 위상차를 나타내었다. (a)는 V_R의 성분만 있는 경우이고 전류와 전압은 동상이고 순수 저항 회로라고 한다. (b)는 V_L의 성분만 있는 경우로 인가전압보다 90도만큼 위상이 뒤지게 되고 순수 유도성 회로라고 한다. (c)는 전기저항변화에 영향을 주는 성분 V_R과 V_L이 모두 존재하고 이중 V_R은 순수한 저항 성분만 고려한 전압이고, V_L은 I-V 위상차에 영향을 미치는 인덕턴스 성분이다. 순수저항만을 구하기 위해서는 V_L성분이 없는 V_R 전압을 구하는 것이 바람직하다. V_R을 구하기 위해서는 I-V 위상차가 거의 제로(zero)에 가깝게 나타나야 된다.

도 2는 I-V 위상차에 관한 모식도를 나타낸 것이다. I-V 위상차는 전압이 흐르고 전류가 흐를 때까지의 시간이다. 인덕턴스의 성분이 크게 되면 전류의 위상차도 커지게 된다. 따라서, 변압기 1차측과 2차측에서 전압센서의 위치에 따라 위상차가 얼마나 변하는지를 알아보았다.

도 3은 변압기 1차측과 2차측 전압센서 위치에 따른 거리를 나타낸 모식도이다. 변압기 1차측에서 변압기 입력 단자에서 측정하였고, 변압기 2차측에서는 전극 선단부터 변압기 출력단까지 거리를 변화시켜 측정하였다.

도 4는 실험에 의해 나타난 전압센서 위치에 따른 I-V 위상차를 나타내었다. 본 연구에서는 변압기 2차측에서 측정한 어떤 경우도 0.1ms 미만의 값으로 전류, 전압에 의해 계산한 순수 저항 성분만으로 간주할 수 있으나 실험에서는 전압센서간의 최소거리 20mm에 의해 저항을 측정하여 리엑턴스 성분의 영향을 최소화 시켰다. 그러므로 전압/전류는 저항성분만이라고 할 수 있다.

도 5는 기존의 피크동저항과 순시동저항의 개념에 관한 것이다. 피크동저항은 하기 <수학식 1>에서 보듯이 인덕턴스 성분이 최소가 되는 피크전류와 그에 상응하는 피크전압을 이용한 피크 동저항을 이용하여 하나의 반 싸이클 당 한 점의 동저항 값을 나타내지만 순시동저항은 전류 순시치와 그에 대응하는 전압의 순시치를 옴의 법칙을 이용하여 계산한 값, 하기 <수학식 2>로 반 싸이클 동안 동적으로 변하는 값이다.

도 6는 기존의 동저항 평가에 관한 것이다. (a)는 Y.J.Cho가 연구한 것으로 변압기 1차측 피크동저항을 이용하여 마이크로 패턴(micro pattern)으로 나타내어 용접 품질을 평가하는 파라메타를 나타낸 것이다. (b)는 Gedeon 등이 변압기 2차측에서 동저항을 측정한 것이다. 반 싸이클 내에서의 동저항 패턴 즉, 마이크로 패턴을 나타내었지만 정량적으로 검토 분석하여 너깃 생성, 성장, 스플래쉬(splash) 발생 예측과 연결시키지 않고 dI/dt=0인 피크전류에 상응하는 피크전압을 옴의 법칙에 의해 계산된 하나의 동저항을 연결한 패턴, 즉, 마이크로 패턴에 의해 나타냈지만 여기도 패턴을 정량적으로 검토 분석하지 않았다. (c)는 Thornton 등이 연구한 것으로 Gedeon과 같이 첫 2 싸이클은 마이크로 패턴에 대해 나타냈지만 발열현상과 날림과 연결지어 분석하지 않았다. (d)는 H. S. Jang의 연구한 것으로 반 싸이클 동안 동저항 한 점을 연결한 마이크로 패턴으로 냉접과 날림을 평가하였다.

도 7은 피크동저항과 순시동저항의 날림 발생 평가 시점을 나타낸 것이다. 기존의 피크 동저항은 날림발생 후 날림 판단은 가능하였지만 동저항을 이용한 날림 발생 예측은 어려웠지만 순시동저항의 패턴에 의해 날림 발생 및 날림 예측까지도 가능하게 되었다.

도 8의 (a)는 순시동저항을 이용하여 냉접, 정상, 날림이 발생할 경우 순시동저항 패턴을 분류한 것이고, (b)는 6가지 패턴을 나타낸 것으로 각 패턴의 의미는 다음과 같다.

- Pattern A : 첫 반 싸이클 또는 접촉저항 감소가 현저한 구간의 IDR

- Pattern B : 너깃생성 전 발열구간 IDR

- Pattern C : 너깃생성 및 성장 구간 IDR

- Pattern D : 날림 징후를 나타내는 IDR

- Pattern E : 날림 발생하는 순간의 IDR

- Pattern F : 날림발생 후 IDR

본 발명은 AC 저항용접에서 가장 큰 문제점인 날림 발생을 예측하는 방법으로 순시동저항을 이용하는 것에 관한 것이다.

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있는 것이다.

경제적 기대효과으로는, 날림 방지 방법을 적용한 용접기 타이머(timer)의 개발로 인하여 날림이 감소하고 그로 인한 작업환경개선과 용접품질이 향상되어 생산성이 증가할 것으로 기대되며, 전극사용 수명이 길어짐에 따라 전극교체주기가 길어져 전극 소모비용이 절감될 것으로 기대된고, 날림발생으로 인한 아연도금강판 표면 손상 감소로 후처리 비용이 절감되고 자동차 내식성이 증가될 것으로 기대된다.

또한, 기술적 기대효과로는, 순시동저항을 적용한 적응 제어 알고리즘 개발로 새로운 타이머의 핵심 기술 확립과, 순시동저항을 모니터링 시스템에 적용하여 한 단계 업그레이드 된 품질평가 기술 확립을 이룰수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 아연 도금 강판의 스폿 용접 방법에 있어서,

   전극에 인가되는 전류 순시치와 그에 대응하는 전압의 순시치를 이용하고 오옴의 법칙에 근거하여 순시동저항을 계산하여 반 싸이클(half cycle) 내에서 순시동저항 패턴을 구함으로써 용접 날림 현상을 예측함을 특징으로 하는 아연도금강판의 스폿 용접 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 순시동저항 패턴으로부터 예측되는 용접 날림 현상을 방지하기 위하여 다음 싸이클부터 상기 전극에 인가되는 용접 전류를 제어함을 특징으로 하는 아연 도금 강판의 스폿 용접 방법.
3. 삭제

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