KR100905601B1 - 용접온도 측정 장치 및 방법 - Google Patents

용접온도 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

용접시 피 용접부재의 용접부 온도 및 온도변화를 보다 정확하게 측정할 수 있는 용접온도 측정 장치 및 방법이 개시된다.
상기한 용접온도 측정 장치는 피 용접소재를 압박하면서 용접토록 제공된 용접봉, 및 상기 피 용접소재의 내부에 제공되되 상기 피 용접소재의 용접부 온도를 측정토록 제공되는 용접온도 측정수단을 포함하며, 상기 용접온도 측정수단은 상기 피 용접소재에 형성되되 상기 용접부까지 가공되는 가공홈에 장착되는 열전대로 구성될 수 있다.
이러한 용접온도 측정 장치 및 방법에 의하면, 용접온도 측정수단을 피 용접부재의 가공홈을 통해 피 용접부재의 용접부에 배치시킴으로써 용접시 피 용접부재의 용접부 온도 및 온도변화를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 보다 정확하게 측정된 용접부 온도 및 온도변화를 이용하여 용접후 열처리공정에서의 적정 냉각시간을 설정할 수 있어 용접부에서 발생하는 취성 파괴형태를 개선할 수 있다.
스폿용접, 용접부, 온도, 가공홈

Description

용접온도 측정 장치 및 방법{apparatus for measuring molding-temperature and method thereof}
본 발명은 용접온도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스폿용접(spot molding)시 발생되는 열영향부의 온도와 그 온도변화를 측정하기 위한 용접온도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 스폿용접부의 온도측정을 위하여 온도 측정용 열전대와 온도변화를 기록하는 전용 레코더를 이용한다.
도 1에서 보여지는 바와 같이 스폿용접시 온도분포는 접촉저항이 가장 큰 모재와 모재 사이에 형성된 너깃(nugget)의 중심 부근에서 가장 높게 되나, 이 부근은 스폿용접시 전극의 가압과 함께 모재의 용융이 수반된다.
따라서, 온도측정을 위하여 열전대를 이용할 경우 열전대의 측정점에 심각한 손상이 발생될 우려가 있어 실제 온도측정이 아주 곤란하다. 결국 너깃과 가장 근접한 열영향부의 온도를 측정할 수 밖에 없다.
즉, 종래에는 스폿용접부의 온도를 측정하기 위해 실험자는 먼저 판재를 가공하고, 가공된 판재의 중심부에 열전대의 측정점이 배치되도록 접착제 등으로 열 전대의 측정점을 고정시킨다.
이후, 실험자는 열전대의 측정점이 전극의 선단면에 최대한 접촉되지 않도록 가공된 판재를 모재의 상면에 배치시킨다. 판재를 모재의 상면에 배치시킨 다음 실험자는 스폿용접을 실시하여 스폿용접시의 온도를 측정한다.
한편, 현재 자동차의 연비절감차원의 경량화와 자동차의 안전향상을 위하여 주로 자동차의 차체에 적용되는 강재는 고급고강도강(AHSS, Advanced High Strength Steel)이며, 일반적으로 고급고강도강은 스폿용접을 이용한 접합방식을 통해 안전한 내구성을 가진 충돌부재로 만들어져 사용된다.
그런데, 고급고강도강은 연강에 비해 탄소당량이 높기 때문에 고급고강도강에는 용접부의 급냉으로 인하여 경도가 대단히 높은 마르텐사이트 조직과 같은 취성영역이 발생한다. 또한 고급고강도강은 너깃 주위의 노치(notch) 민감성에 대한 영향이 크다.
즉, 고급고강도강은 노치 민감성이 크기 때문에 스폿용접을 할 경우 계면 파단이나 부분 플러그 파단이 발생해 모재 플러그 파단을 얻기가 쉽지 않다. 그런데 적정 전류범위로 스폿용접을 할 경우 일반적으로 모재 플러그 파단이 발생되는 것이 바람직하다. 따라서, 계면 파단이나 부분 플러그 파단의 발생을 감소시키는 것이 필요하다.
이러한 파단모드는 확산영역을 증가시켜 노치 민감성에 의한 영향을 상당부분 줄이는 방법에 의해 개선될 수 있다. 여기서 확산영역이란 마르텐사이트 조직과 같은 취성이 높은 상과 노치 선단과의 떨어진 거리를 의미한다. 즉, 확산영역이 증 가하면 노치 부근에서 응력집중 정도가 감소하여 계면 파단 또는 부분 플러그 파단의 위험을 줄일 수 있다.
현재로서는 용접후 열처리 공정을 적용함으로써 가장 효과적으로 고급고강도강의 취성 파괴형태를 개선할 수 있다. 다시 말해 용접변수 중의 냉각시간을 적절히 유지하여 마르텐사이트조직의 경도를 낮추는 템퍼링(tempering) 효과를 통해 취성 파괴형태를 개선할 수 있다.
결국, 고급고강도강을 스폿용접하는 경우 용접후 열처리를 위한 최적용접조건을 설정하기 위하여 스폿용접부의 최고도달온도와 보다 정확한 온도변화를 측정하는 것이 필요하다.
그러나, 상기한 종래의 온도 측정방법에 의하면, 열전대의 측정점이 전극 중심으로부터 너무 멀리 떨어져 있고, 측정점의 고정방법도 불편하며, 또한 모재의 표면 위에 열전대의 측정점이 위치하여 열영향부로 추정되는 위치에서의 정밀한 온도계측이 어렵다.
또한, 정밀한 온도계측이 어려워 용접후 열처리를 위한 용접조건, 예를 들어 적정 냉각시간을 설정하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 용접시 피 용접부재의 용접부 온도 및 온도변화를 보다 정확하게 측정할 수 있는 용접온도 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 용접온도 측정 장치는 피 용접소재를 압박하면서 용접토록 제공된 용접봉, 및 상기 피 용접소재의 내부에 제공되되 상기 피 용접소재의 용접부 온도를 측정토록 제공되는 용접온도 측정수단을 포함하며, 상기 용접온도 측정수단은 상기 피 용접소재에 형성되되 상기 용접부까지 가공되는 가공홈에 장착되는 열전대로 구성될 수 있다.
삭제
상기 열전대는 피 용접소재 용접시의 온도변화를 디스플레이하는 디스플레이 기기와 전기적으로 연계되어 용접시의 최고온도 측정을 가능토록 구성될 수 있다.
상기 피 용접소재는 판상으로 형성되고 상기 용접봉은 상기 피 용접소재 상,하측에서 기계적으로 승강 가능하게 설치되는 상,하부 용접봉으로 구성될 수 있다.
상기 피 용접소재에는 상기 용접봉의 팁부에 대응되는 용접봉 안착부가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 용접온도 측정 방법은 피 용접부재에 미리 정해진 용접부까지 가공홈을 형성하고 용접온도 측정수단을 장착한 후 피 용접부재를 용접온도 측정장치에 제공하는 단계와, 상기 용접부에 용접봉을 압착하면서 상기 피 용접부재를 용접하는 단계 및 상기 용접온도 측정수단을 통하여 용접온도를 측정하는 단계 를 포함한다.
상기 용접온도 측정수단은 용접온도를 연속적으로 디스플레이하는 디스플레이 기기와 연결되는 열전대일 수 있다.
본 발명에 따르면, 용접온도 측정수단을 피 용접부재의 가공홈을 통해 피 용접부재의 용접부에 배치시킴으로써 용접시 피 용접부재의 용접부 온도 및 온도변화를 보다 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 보다 정확하게 측정된 용접부 온도 및 온도변화를 이용하여 용접후 열처리공정에서의 적정 냉각시간을 설정할 수 있어 용접부에서 발생되는 취성 파괴형태를 개선할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도면은 참조하여 본 발명에 따른 용접온도 측정 장치 및 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 용접온도 측정 장치를 나타내는 구성도이고, 도 3은 도 2의 'A'부를 나타내는 확대도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 용접온도 측정장치(100)는 용접봉(120), 용접온도 측정수단(140) 및 디스플레이 기기(160)를 포함한다.
용접봉(120)은 상부 용접봉(122)과 하부 용접봉(124)를 구비하는데, 상부 용접봉(122)과 하부 용접봉(124)은 피 용접소재(110)를 가압하면서 피 용접소재(110)에 전류를 통전하여 피 용접소재(110)를 용접한다. 이를 위해 상부 용접봉(122)과 하부 용접봉(124)의 끝단에는 팁부(126)가 형성된다.
또한, 상부 용접봉(122)과, 하부 용접봉(124)은 승강 가능하도록 도시되지 않은 구동수단에 연결된다. 즉 피 용접소재(110)를 용접하는 경우에는 상부 용접봉(122)은 하강하고 하부 용접봉(124)는 상승하여 피 용접소재(110)를 가압한다.
그리고, 피 용접소재(110)에 전류를 통전하기 위하여 상부 용접봉(122)과 하부 용접봉(124)은 전기적으로 연결된다. 따라서, 상부 용접봉(122)과 하부 용접봉(124)이 피 용접소재(110)에 접촉되면 피 용접소재(110)에 전류가 통전된다. 이에 의하여 피 용접소재(110)가 용접된다.
용접이 종료되면 상기한 바와 반대로 용접봉(120)은 승강되어 피 용접소재(110)으로부터 이격된다.
한편, 피 용접소재(110)는 한쌍의 판 형상으로 형성된다. 피 용접소재(110)는 제1 피용접소재(110a)와 제2 피용접소재(100b)를 구비한다. 제1 피용접소재(110a)와 제2 피용접소재(100b)는 서로 포개어져 제1 피용접소재(110a)는 상부에 배치되어 상부 용접봉(122)에 접촉되고 제2 피용접소재(110b)는 하부에 배치되어 하부 용접봉(124)에 접촉된다.
또한, 제2 피용접소재(110b)에는 용접온도 측정수단(140)이 장착되는 가공홈(114)이 형성된다. 가공홈(114)은 제2 피용접소재(110b)의 일단으로부터 용접봉(120)에 의해 용접되는 용접부(112)까지 형성된다. 다시 말해, 가공홈(114)은 도 3에 도시된 바와 같이 용접에 의해 발생되는 너겟(N,nugget)에 인접하도록 형성된다.
도면에는 가공홈(114)이 제2 피용접소재(110b)에 형성된 경우를 도시하였으나, 가공홈(114)은 제1 피용접소재(110a)에 형성될 수 있고, 또는 제1 피용접소재(110a)와 제2 피용접소재(110b) 모두에 형성될 수 있다.
한편, 피 용접소재(110)에는 용접봉(120)의 팁부(126)에 대응되는 용접봉 안착부(116)가 형성될 수 있다.
용접온도 측정수단(140)은 피 용접소재(110)의 내부에 제공되며, 용접부(112)의 온도를 측정하는 역할을 한다. 즉, 피 용접소재(110)에 형성된 가공홈(114)에 장착되어 용접시 용접부(112)의 온도를 측정한다.
또한, 용접온도 측정수단(140)은 열전대로 구성될 수 있다. 용접온도 측정수단(140)이 열전대일 경우 열전대의 측정점은 용접부(112)에 장착되는데, 다시 말해 열절대의 측정점은 용접에 의해 발생되는 너겟(N)에 인접하도록 고정 장착된다. 열전대는 접착제 등과 같은 접착수단에 의하여 피 용접소재(110)에 장착될 수 있다.
한편, 용접온도 측정수단(140)은 디스플레이 기기(160)에 연결된다. 즉 용접시 용접온도 측정수단(140)에 의하여 측정된 온도는 디스플레이 기기(160)를 통하여 디스플레이된다. 이를 통해 실험자는 용접 중 용접부(112)의 온도변화를 관찰할 수 있다.
또한 디스플레이 기기(160)는 측정된 온도를 기록 또는 저정할 수 있는 레코더를 구비할 수 있다. 측정된 온도를 기록 또는 저장하는 레코더는 공지기술에 해당하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기에서는 용접온도 측정수단(140)이 열전대인 경우에 대하여 설명하였지 만, 이에 한정되지 않고 가공홈(114)에 장착되어 용접부(112)의 온도를 측정할 수 있는 어떠한 구성도 채용 가능할 것이다.
상기한 바와 같은 용접온도 측정장치를 통하여 실험자는 용접시 피 용접부재의 용접부 온도 및 온도변화를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 즉, 용접온도 측정수단을 피 용접부재의 가공홈에 장착시켜 용접온도 측정수단, 예를 들어 열전대의 측정점이 용접부에 배치되도록 함으로써 보다 정확하게 용접 중 용접부(112)의 온도변화를 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 용접온도 측정방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 실험자는 실험자는 용접온도 측정장치(100)를 통해 시편을 용접한다. 이후 실험자는 용접된 시편의 박리실험을 통해 너겟(N)의 발생위치와 용접부의 온도분포를 예측한다.
이후 실험자는 피 용접소재(110)의 제2 피용접소재(110b)에 가공홈(114)을 형성한다(S100). 가공홈(114)은 일측이 예측된 너겟(N)의 발생위치에 인접하도록 제2 피용접소재(110b)의 상면에 형성된다. 즉 가공홈(114)은 제2 피용접소재(110b)의 일단으로부터 용접부(112)까지 제2 피용접소재(110b)의 길이방향으로 형성된다.
가공홈(114)을 형성한 후, 실험자는 용접온도 측정수단(140)을 가공홈(114)에 장착한다(S120). 이때 실험자는 접착제 등과 같은 접착수단으로 용접온도 측정수단(140), 예를 들어 열전대가 너겟(N) 발생위치에 인접하도록 고정 장착한다.
이후 실험자는 제1 피용접소재(110a)와 제2 피용접소재(110b)를 서로 포개어 용접온도 측정장치(100)에 제공한다(S140). 즉 용접온도 측정수단(140)은 피 용접 소재(110)의 내부에 배치되어 용접온도 측정장치(100)에 제공된다.
피 용접소재(110)가 용접온도 측정장치(100)에 제공되면, 피 용접부재(110)는 용접봉(120)을 통해 용접된다(S160). 다시 말해 실험자는 상부 용접봉(122)을 하강시키고 하부 용접봉(124)를 상승시켜 용접봉(120)으로 피 용접부재(110)를 가압하고, 소정시간 동안 피 용접부재(110)을 가압한 후 전류를 통전하여 피 용접부재(110)를 용접한다.
피 용접부재(110)가 용접되는 동안 용접온도 측정수단(140)은 용접부(112)의 온도를 측정한다(S180). 이때 용접온도 측정수단(140)에 연결된 디스플레이 기기(160)에는 용접온도 측정수단(140)에 의하여 측정된 온도가 디스플레이 된다.
실험자는 이를 통해 용접 중 피 용접소재(110)의 용접부(112) 온도 및 온도변화를 관찰할 수 있다.
결국, 용접온도 측정수단(140)을 피 용접소재(110)의 내부에 형성되는 가공홈(114)에 장착시켜 용접온도 측정수단(140)의 측정점이 용접부(112)에 배치되도록 함으로써 용접 중 피 용접소재(110)의 용접부 온도 및 온도변화를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
이를 통해 용접후 열처리 공정에서의 적정 냉각시간을 설정할 수 있게 되어 용접으로 인하여 발생되는 취성 파괴형태를 개선할 수 있다.
도 1은 스폿용접에서의 접촉저항과 온도분포의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 용접온도 측정 장치를 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 2의 'A'부를 나타내는 확대도이다.
도 4는 본 발명에 따른 용접온도 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 용접온도 측정 장치
110 : 피 용접소재
120 : 용접봉
140 : 용접온도 측정수단
160 : 디스플레이 기기

Claims (7)

  1. 피 용접소재(110)를 압박하면서 용접토록 제공된 용접봉(120); 및
    상기 피 용접소재(110)의 내부에 제공되되 상기 피 용접소재(110)의 용접부(112) 온도를 측정토록 제공되는 용접온도 측정수단(140);을 포함하며,
    상기 용접온도 측정수단(140)은,
    상기 피 용접소재(110)에 형성되되 상기 용접부(112)까지 가공되는 가공홈(114)에 장착되는 열전대로 구성되는 것을 특징으로 하는 용접온도 측정장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 열전대는 피 용접소재(110) 용접시의 온도변화를 디스플레이하는 디스플레이 기기(160)와 전기적으로 연계되어 용접시의 최고온도 측정을 가능토록 구성된 용접온도 측정장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 피 용접소재(110)는 판상으로 형성되고,
    상기 용접봉(120)은 상기 피 용접소재(110) 상,하측에서 기계적으로 승강 가능하게 설치되는 상,하부 용접봉(122,124)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 용접온도 측정장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 피 용접소재(110)에는
    상기 용접봉(120)의 팁부(126)에 대응되는 용접봉 안착부(116)가 형성되는 것을 특징으로 하는 용접온도 측정장치.
  6. 피 용접부재에 미리 정해진 용접부까지 가공홈을 형성하고 용접온도 측정수단을 장착한 후 피 용접부재를 용접온도 측정장치에 제공하는 단계;
    상기 용접부에 용접봉을 압착하면서 상기 피 용접부재를 용접하는 단계; 및
    상기 용접온도 측정수단을 통하여 용접온도를 측정하는 단계;
    를 포함하는 용접온도 측정방법
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 용접온도 측정수단은 용접온도를 연속적으로 디스플레이하는 디스플레이 기기와 연결되는 열전대인 것을 특징으로 하는 용접온도 측정방법
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