KR101316261B1

KR101316261B1 - 심 용접 방법 그리고 용접부를 가지는 강판

Info

Publication number: KR101316261B1
Application number: KR1020120037565A
Authority: KR
Inventors: 윤상만; 최두열; 이태영
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2013-10-10

Abstract

본 발명은 심 용접 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 심 용접 장치는, 형성하고자 하는 너깃(nugget)의 직경을 설정하고, 상기 설정된 직경을 기반으로 통전 패턴을 설정하는 용접 제어기와, 상기 설정된 통전 패턴에 따라 통전하여 상기 설정된 직경의 너깃을 형성하는 용접기를 포함하며, 여기서, 상기 통전 패턴은 통전시간과 휴지시간을 포함하며, 상기 휴지시간은 용접기가 상기 직경의 50~80%의 길이를 이동하는 시간으로 설정된다.

Description

심 용접 방법 그리고 용접부를 가지는 강판{SEAM WELDING METHOD AND STEEL SHEET WITH WELDING PART}

본 발명은 고저항 소재의 고속 심 용접 방법 그리고 용접부를 가지는 강판에 관한 것이다.

심 용접(seam welding)은, 용접하고자 하는 두 개의 피용접재의 용접부위를 중첩한 후, 상/하부 회전전극 사이에 피용접재를 삽입하고, 상/하부 회전전극을 통해 피용접재에 압력을 가하고 전류를 통전함으로써 용접하며, 캐리지(carriage)를 움직여 상/하부 회전전극을 중첩선을 따라 회전시켜, 중첩선을 따라 연속적으로 용접을 반복하는 기법이다. 이때, 용접을 통해 두 개의 피용접재 사이에 너깃(nugget)이 형성된다.

심 용접 기법은, 용접 입열량 과잉을 방지하기 위해 통전에 대한 휴지시간을 설정한다. 일반적으로 회전전극의 회전속도가 증가하면, 용접 입열량 부족에 의해 너깃 간 미연결부분이 발생하게 되고, 충분한 입열량 확보를 위해 용접 전류를 상승시키게 되면, 수지가 부착된 강판과 같은 고저항 소재의 경우, 약간의 전류 상승으로도 입열량 과잉으로 인해 날림이 발생하거나 용접부 결함이 발생하게 되며, 이에 따라 고속 용접이 불가능한 문제점이 있다.

당해 기술분야에서는, 고저항 소재의 고속 심 용접 방법 그리고 용접부를 가지는 강판이 요구되고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 태양은 심 용접 방법을 제공한다. 상기 심 용접 방법은, 형성하고자 하는 너깃의 직경을 설정하는 과정과, 상기 설정된 너깃의 직경을 기반으로 통전 패턴을 설정하는 과정과, 상기 설정된 통전 패턴에 따라 통전하여 상기 설정된 직경의 너깃을 형성하는 과정을 포함하며, 여기서, 상기 통전 패턴은 통전시간과 휴지시간을 포함하며, 상기 휴지시간은 용접기가 상기 직경의 50~80%의 길이를 이동하는 시간으로 설정된다.

여기서, 상기 너깃의 직경(D)은,

(t:소재두께)의 범위 내의 값(mm)으로 설정된다.

또한, 연속적으로 형성된 너깃들의 중심 간 거리는 상기 직경의 50~80%의 길이를 구성하고, 상기 중심 간 거리 중 상기 연속적으로 형성된 너깃들이 겹쳐지는 부분은, 상기 직경의 20~50%의 길이를 구성한다.

또한, 상기 휴지시간은, 하기 <수학식>과 같이 설정되며, 여기서, 상기 너깃겹침비율은, 연속적으로 형성된 너깃들의 중심 간 거리 중 상기 연속적으로 형성된 너깃들이 겹쳐지는 부분의 길이가 상기 직경에서 차지하는 비율을 의미한다.

휴지시간(ms) = 너깃 직경 × (100-너깃겸침비율) / 용접 속도

또한, 상기 통전시간은 상기 직경의 너깃이 형성되는데 소요되는 시간으로 설정된다.

또한, 상기 통전시간과 휴지시간은 1:1의 비율을 구성할 수 있다.

본 발명의 제2 태양은 용접부를 가지는 강판을 제공한다. 상기 용접부를 가지는 강판은, 너깃의 직경(D)이,

(t:소재두께)의 범위 내의 값(mm)으로 설정된다.

여기서, 상기 강판은 300~1400 mg/m2의 범위 내의 단면 수지 도포량을 가진다.

덧붙여 상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시 형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.

고저항 소재의 고속 심 용접 장치의 심 용접 방법 그리고 용접부를 가지는 강판이 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 심 용접 장치의 구성을 도시한 블럭도,
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 심 용접 장치의 심 용접 방법을 도시한 흐름도,
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 심 용접 장치의 심 용접 방법에 따라 연속적으로 형성된 너깃들을 도시한 예시도, 및
도 4는 본 발명에서 고려하는 용접 전류의 통전 패턴에 따른 심용접 특성을 평가한 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

이하, 본 발명은 심 용접 방법 그리고 용접부를 가지는 강판에 관한 것으로서, 특히, 너깃(nugget)을 형성함에 있어서, 너깃의 직경을 설정하고 이를 기반으로 용접 전류의 통전 패턴을 최적화함으로써, 수지 부착 소재와 같은 고저항 소재에 대해 고속에서도 심 용접이 가능한 심 용접 장치의 심 용접 방법 그리고 용접부를 가지는 강판에 대해 설명한다. 본원 발명은 강판 단면의 수지 도포량이 300~1400 mg/m²의 범위 내의 값을 가지는 강판에 적용 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 심 용접 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.

도시된 바와 같이, 상기 심 용접 장치는, 용접 제어기(100), 용접 변압기(110), 용접기(120)를 포함한다.

상기 도 1을 참조하면, 상기용접 제어기(100)는, 형성하고자 하는 너깃의 직경을 설정한다. 여기서, 상기 너깃의 직경(D)은,

(t:소재두께)의 범위 내의 값(mm)으로 설정된다.

또한, 상기 용접 제어기(100)는, 상기 설정된 너깃 직경을 기반으로 통전 패턴을 설정하고, 전원으로부터 인가되는 전류를 상기 설정된 통전 패턴에 따라 용접 변압기(110)로 출력한다. 여기서, 상기 통전 패턴은 통전시간과 휴지시간을 포함한다. 상기 용접 제어기(100)는 연속적으로 형성된 너깃들의 중심 간 거리가 상기 너깃 직경의 50~80%의 길이를 구성하고, 상기 중심 간 거리 중 상기 연속적으로 형성된 너깃들이 겹쳐지는 부분이, 상기 너깃 직경의 20~50%의 길이를 구성하도록 통전 패턴을 설정한다. 이를 위해, 상기 용접 제어기(100)는 상기 너깃 직경의 너깃이 형성되는데 소요되는 시간으로 통전시간을 설정하고, 상기 너깃 직경의 50~80%의 길이를 이동하는 시간으로 휴지시간을 설정한다.

상기 용접 변압기(110)는, 상기 용접 제어기(100)로부터 입력되는 전류를 소정 레벨의 저전압으로 감압하여 용접기(120)로 제공한다.

상기 용접기(120)는, 상기 용접 변압기(110)로 입력되는 전류를 기반으로 피용접재(124-1, 124-2)에 대하여 용접을 수행한다. 즉, 상기 설정된 통전 패턴에 따라 통전하여 상기 설정된 너깃 직경의 너깃을 형성한다. 즉, 상기 용접기(120)는 용접하고자 하는 두 개의 피용접재(124-1, 124-2)의 용접부위를 중첩한 후, 상/하부 회전전극(122-1, 122-2) 사이에 피용접재(124-1, 124-2)를 삽입하고, 상/하부 회전전극(122-1, 122-2)을 통해 피용접재(124-1, 124-2)에 압력을 가하고 상기 설정된 통전 패턴에 따라 전류를 통전함으로써 용접을 수행하며, 상기 용접을 통해 두 개의 피용접재(124-1, 124-2) 사이에 상기 설정된 너깃 직경의 너깃을 형성한다. 상기 용접기(120)는 캐리지(carriage)를 움직여 상/하부 회전전극(122-1, 122-2)을 중첩선을 따라 회전시켜, 중첩선을 따라 연속적으로 용접을 반복하게 된다. 즉, 상기 용접기(120)는, 통전시간 동안 너깃 직경의 너깃을 형성하고, 휴지시간 동안 너깃들의 중심 간 거리만큼 이동한 후, 다시 통전시간 동안 너깃 직경의 너깃을 형성하는 과정을 반복한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 심 용접 장치의 심 용접 방법을 도시한 흐름도이다.

상기 도 2를 참조하면, 심 용접 장치는 201단계에서 용접부에 형성하고자 하는 너깃(nugget)의 직경을 설정한다. 여기서, 상기 너깃의 직경(D)은,

(t:소재두께)의 범위 내의 값(mm)으로 설정된다. 수지 부착 소재와 같은 고저항 소재의 경우, 상기 범위보다 작은 값의 너깃 직경 값이 설정될 경우, 너깃 간 미연결부분이 발생하게 되며, 상기 범위보다 큰 값의 너깃 직경 값이 설정될 경우, 과도하게 전류가 흘러 저항이 녹게 되어 너깃 형성이 어려워지며 용접 품질 저하가 발생하게 된다.

이후, 상기 심 용접 장치는 203단계에서 상기 설정된 너깃 직경을 기반으로 통전 패턴을 설정한다. 여기서, 상기 통전 패턴은 통전시간과 휴지시간을 포함한다. 상기 심 용접 장치는 연속적으로 형성된 너깃들의 중심 간 거리가 상기 너깃 직경의 50~80%의 길이를 구성하고, 상기 중심 간 거리 중 상기 연속적으로 형성된 너깃들이 겹쳐지는 부분이, 상기 너깃 직경의 20~50%의 길이를 구성하도록 통전 패턴을 설정한다. 이를 위해, 상기 심 용접 장치는 상기 너깃 직경의 너깃이 형성되는데 소요되는 시간으로 통전시간을 설정하고, 상기 너깃 직경의 50~80%의 길이를 이동하는 시간으로 휴지시간을 설정한다.

여기서, 상기 휴지시간은 하기 <수학식 1>과 같이 설정할 수 있다.

여기서, 상기 너깃겹침비율은, 연속적으로 형성된 너깃들의 중심 간 거리 중 상기 연속적으로 형성된 너깃들이 겹쳐지는 부분의 길이가 상기 너깃 직경에서 차지하는 비율을 의미한다. 예를 들어, 본원 발명에 따른 통전 패턴을 적용하여 통전시간과 휴지시간을 대략 1:1의 비율로 설정할 수 있다.

이후, 상기 심 용접 장치는 205단계에서 상기 설정된 통전 패턴에 따라 통전하여 상기 설정된 너깃 직경의 너깃을 형성한다. 즉, 상기 심 용접 장치는 용접하고자 하는 두 개의 피용접재의 용접부위를 중첩한 후, 상/하부 회전전극 사이에 피용접재를 삽입하고, 상/하부 회전전극을 통해 피용접재에 압력을 가하고 상기 설정된 통전 패턴에 따라 전류를 통전함으로써 용접을 수행하며, 상기 용접을 통해 두 개의 피용접재 사이에 상기 설정된 너깃 직경의 너깃을 형성한다. 도시하지는 않았지만, 상기 심 용접 장치는 캐리지(carriage)를 움직여 상/하부 회전전극을 중첩선을 따라 회전시켜, 중첩선을 따라 연속적으로 용접을 반복하게 된다.

이를 통해 연속적으로 형성된 너깃들 사이에 미연결부분이 발생하지 않게 된다. 즉, 도 3과 같이, 용접 입열량 과잉/부족 없이 일정한 크기의 너깃이 규칙적으로 연결될 수 있다.

이후, 상기 심 용접 장치는 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.

도 4는 본 발명에서 고려하는 용접 전류의 통전 패턴에 따른 심용접 특성을 평가한 그래프이다.

여기서, 용접 전류의 통전 패턴은 하기 <표 1>과 같이 설정하기로 한다.

통전 패턴 번호	통전시간(ms)	휴지시간(ms)
1	20	10
2	20	20
3	50	10
4	50	20
5	80	10
6	80	20

상기 도 4를 참조하면, 통전 패턴 번호 3, 4, 5, 6의 경우, 통전시간이 길어 입열량 과잉으로 인해 용접 전류 범위의 도출이 곤란하였으며, 통전 패턴 번호 1의 경우, 휴지시간이 짧아 입열량 과잉으로 인해 용접 전류의 범위가 협소하였으며, 통전 패턴 번호 2의 경우, 적절한 입열량으로 인해 적정 범위의 용접 전류가 도출되었다. 이를 통해, 종래 기술에 따라 통전 시간을 기준값 이상 길게 설정하고 휴지시간이 상대적으로 짧게 설정할 경우, 입열량 과잉으로 인해 용접이 불가능하나, 본원 발명에 따른 통전 패턴을 적용하여 통전시간과 휴지시간을 대략 1:1의 비율로 설정할 경우, 용접 시 적정 전류 범위 확보가 가능하여 용접이 원활하게 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명은 용접을 통해 너깃을 형성함에 있어서, 너깃의 직경을 설정하고 이를 기반으로 용접 전류의 통전 패턴을 최적화함으로써, 수지 부착 소재와 같은 고저항 소재를 심용접함에 있어서, 종래 기술과 같이 용접 입열량 과잉 및 너깃 간 미연결부분 발생으로 인해 고속 심 용접이 불가능하였던 문제를 해결하고, 생산성 속도를 2배 이상 높이면서 심 용접을 할 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 용접 제어기
110: 용접 변압기
120: 용접기
122-1, 122-2: 상/하부 회전전극
124-1, 124-2: 피용접재

Claims

형성하고자 하는 너깃(nugget)의 직경을 설정하는 과정과,
상기 설정된 너깃의 직경을 기반으로 통전 패턴을 설정하는 과정과,
상기 설정된 통전 패턴에 따라 통전하여 상기 설정된 직경의 너깃을 형성하는 과정을 포함하며,
여기서, 상기 통전 패턴은 통전시간과 휴지시간을 포함하며, 상기 휴지시간은 용접기가 상기 직경의 50~80%의 길이를 이동하는 시간으로 설정되는 것을 특징으로 하는 심 용접 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 너깃의 직경(D)은,
(t:소재두께)의 범위 내의 값(mm)으로 설정되는 것을 특징으로 하는 심 용접 방법.
제 1 항에 있어서,
연속적으로 형성된 너깃들의 중심 간 거리는 상기 직경의 50~80%의 길이를 구성하고, 상기 중심 간 거리 중 상기 연속적으로 형성된 너깃들이 겹쳐지는 부분은, 상기 직경의 20~50%의 길이를 구성하는 것을 특징으로 하는 심 용접 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 휴지시간은 하기 <수학식>과 같이 설정되는 것을 특징으로 하는 심 용접 방법.

여기서, 상기 너깃겹침비율은, 연속적으로 형성된 너깃들의 중심 간 거리 중 상기 연속적으로 형성된 너깃들이 겹쳐지는 부분의 길이가 상기 직경에서 차지하는 비율을 의미함.
제 1 항에 있어서,
상기 통전시간은 상기 직경의 너깃이 형성되는데 소요되는 시간으로 설정되는 것을 특징으로 하는 심 용접 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 통전시간과 휴지시간은 1:1의 비율을 구성하는 것을 특징으로 하는 심 용접 방법.
너깃의 직경(D)이,
(t:소재두께)의 범위 내의 값(mm)으로 설정되는 것을 특징으로 하는 용접부를 가지는 강판.
제 7 항에 있어서,
상기 강판은 300~1400 mg/m2의 범위 내의 단면 수지 도포량을 가지는 것을 특징으로 하는 용접부를 가지는 강판.
제 7 항에 있어서,
연속적으로 형성된 너깃들의 중심 간 거리는 상기 직경의 50~80%의 길이를 구성하고, 상기 중심 간 거리 중 상기 연속적으로 형성된 너깃들이 겹쳐지는 부분은, 상기 직경의 20~50%의 길이를 구성하는 것을 특징으로 하는 용접부를 가지는 강판.