KR102353152B1 - 용접 시스템 - Google Patents

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KR102353152B1
KR102353152B1 KR1020200152732A KR20200152732A KR102353152B1 KR 102353152 B1 KR102353152 B1 KR 102353152B1 KR 1020200152732 A KR1020200152732 A KR 1020200152732A KR 20200152732 A KR20200152732 A KR 20200152732A KR 102353152 B1 KR102353152 B1 KR 102353152B1
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김영민
황인성
천현필
김동윤
김광국
황준형
강상훈
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 용접 시스템에 관한 것으로서, 용접 진행방향의 전방에 형성되어 아크 와이어를 공급하는 제 1 용접 토치; 및 상기 제 1 용접 토치의 토치열로 용융되는 필러 와이어가 공급되도록, 상기 제 1 용접 토치 일측에 제 1 간격을 두고 용접 진행방향의 후방에 형성되는 필러 와이어 공급부; 및 용접 대상부의 그루브 각도에 따라 상기 제 1 용접 토치 및 상기 필러 와이어 공급부의 용접 변수를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

용접 시스템{Welding system}
본 발명은 용접 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 금속 등 여러 소재의 용융 접합시 사용되는 용접 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 소모성 전극을 사용하는 GMA(Gas Metal Arc) 용접은 용가재로서 작용하는 소모전극 와이어를 일정한 속도로 용융지에 송급하면서 전류를 통하여 와이어와 용접 대상부 사이에서 아크가 발생되도록 하는 용접법이다.
용접부를 강도를 높이기 위하여 용접 구간을 복수회 이동하며 용접을 진행하고, 용착량을 증가시켜 용접부의 강도를 높이게 된다. 이러한 복수회의 용접을 이용하여 용접을 수행하는 용접은 용착량을 증가시키며, 두 개 이상의 와이어의 용착을 이용하여 생산량을 증가시킬 수 있는 효과적인 방법을 사용할 수 있다.
이때, 용접 모재의 겹치는 방법에 따라 맞대기 이음, 덮개판 이음, 겹치기 이음, 플레어 이음, T이음, 모서리 이음, 가장자리 이음, 십자 이음 등의 다양한 방법으로 용접을 진행하게 된다.
이러한 용접 모재의 형상에 따라 용접 영역이 필요하며, 각각의 용접 모재가 겹쳐지는 각도에 따라 그루브 각도가 형성되고, 각각의 그루브 각도에 따라 요구되는 접합 강도가 다르고, 필요한 용착량이 다르다.
따라서, 그루브 각도에 따라 용접 토치에 대한 전류값, 전압값, 용접 속도 및 와이어 송급 속도 등의 요구되는 수치가 달라지며, 이러한 수치에 따라 용접의 형상 및 접합 강도가 달라질 수 있어, 용접 모재가 겹쳐지는 그루브 각도에 따른 전류값, 전압값, 용접 속도 및 와이어 송급 속도 등의 제어가 반드시 필요하다.
종래의 용접은 용접 모재가 겹쳐지는 각도에 따라 전류값, 전압값, 용접 속도 및 와이어 송급 속도 등의 용접 변수를 고려하지 않고 용접을 진행하거나, 그루브 각도에 따른 두 개의 용접 모재 사이에서 달라지는 용착량에 따라 용접 속도를 제어하기 위하여 정량화된 제어방법을 찾기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 기술 사상은, 다량의 스패터 발생의 방지하고 안정적인 용적이행으로 용접될 수 있도록 용접 모재가 겹쳐지는 그루브 각도에 따라 전류값, 전압값 및 와이어 송급 속도 등의 용접 변수를 제어할 수 있으며, 특히, 용접 속도를 제어할 수 있는 용접 시스템을 제공함에 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 용접 시스템은, 용접 진행방향의 전방에 형성되어 아크 와이어를 공급하는 제 1 용접 토치; 및 상기 제 1 용접 토치의 토치열로 용융되는 필러 와이어가 공급되도록, 상기 제 1 용접 토치 일측에 제 1 간격을 두고 용접 진행방향의 후방에 형성되는 필러 와이어 공급부; 및 용접 대상부의 그루브 각도에 따라 상기 제 1 용접 토치 및 상기 필러 와이어 공급부의 용접 변수를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 용접 변수는, 용접 대상부의 그루브 각도, 상기 아크 와이어 송급 속도, 상기 필러 와이어 송급 속도, 와이어간 거리 및 용접 상수 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는,
Figure 112020122370078-pat00001
에 의하여 그루브 각도, 아크 와이어 송급 속도, 와이어간 거리 및 필러 와이어 송급 속도를 표준값으로 산출하는 표준값 산출부; 및 상기 그루브 각도, 상기 아크 와이어 송급 속도, 상기 와이어간 거리, 상기 필러 와이어 송급 속도 및 상기 용접 대상부의 상기 그루브 각도에 따라
Figure 112020122370078-pat00002
에 의해 P가 0 초과 0.5 미만인 임의의 수일 경우 산출되는 용접 속도 표준값을 통하여 상기 용접 속도를 산출하는 용접 속도 산출부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 용접 토치는 상기 용접 대상부의 수직선을 기준으로 20도 미만이고, 상기 필러 와이어 공급부는 상기 용접 대상부의 수직선을 기준으로 5도 미만이며, 상기 제 1 용접 토치에 형성되는 제 1 와이어의 말단과 상기 필러 와이어 공급부에 형성되는 상기 필러 와이어의 말단과의 거리는 2mm 내지 4mm일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 용접 토치는, 상기 제 1 와이어가 상기 제 1 용접 토치 말단에서 상기 용접 대상부까지 20mm 이내로 돌출되도록 형성되고, 상기 필러 와이어 공급부는, 상기 필러 와이어가 상기 필러 와이어 공급부 말단에서 상기 용접 대상부까지 35mm 이내로 돌출되도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 용접 시스템에 의하면, 용접 모재가 겹쳐지는 그루브 각도에 따라 전류값, 전압값, 용접 속도 및 와이어 송급 속도 등의 용접 변수를 제어할 수 있고 용접 속도를 제어하여, 날림 및 스패터 등의 용접불량을 최소화함으로서 아크용접의 뛰어난 품질 제어 기술을 구현하고, 안정적인 용적이행으로 용접될 수 있는 효과를 가진다. 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 용접 대상부의 예시를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 11은 본 발명의 용접 대상부의 용접 변수에 따른 용접 가능영역을 나타내는 실험예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
용접시 하나의 용접 대상부와 이와는 다른 용접 대상부의 적어도 일부를 서로 겹치도록 배치한다. 여기서, 용접 대상부와 다른 용접 대상부가 서로 겹치는 영역은 용접 조건에 따라 상기 영역이 넓어지거나 좁아질 수 있다. 용접 대상부와 다른 용접 대상부가 용접이 가능한 범위내에서 서로 겹치지 않고 이격되어 배치할 수도 있으며, 서로 접하게 배치될 수도 있다. 서롭 접하게 배치되는 경우 소정의 각도를 가지는 그루부가 형성될 수 있다.
또 다른 예로서 하나의 모재 내에 소정의 각도를 가지는 그루브가 형성되고, 상기 그루부 형성 영역이 용접되는 영역일 수 있다.
본 발명자는 용접 영역이 되는 그루부의 각도가 다른 경우, 동일한 용접 조건으로 용접할 경우에는 그루부 내의 용착량 차이에 의해 용접 특성의 편차가 심하게 나타나는 문제를 인지하고, 이를 해결하기 위해서는 그루브 각도에 대응하여 전류값, 전압값 및 와이어 송급 속도 등의 용접 변수를 제어하여야 함을 알게 되었다. 이에 다수의 실험과성을 거쳐 이러한 용접 변수들을 효율적으로 제어할 수 있는 관계식을 도출하였으며, 이를 바탕으로 임의의 그루부 각도를 가지는 용접 영역에서의 용접을 성공적으로 수행할 수 있게 하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 시스템을 나타내는 도면이고, 도 2는 용접 대상부의 예시를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 토치는 크게 제 1 용접 토치(10), 필러 와이어 공급부(20) 및 제어부(30)를 포함할 수 있다.
제 1 용접 토치(10)는, 용접 진행방향의 전방에 형성되어 아크 와이어를 공급하는 것으로, 용접전원을 공급하여 라이너를 통해 와이어가 송급되는 용접 토치 몸체, 상기 용접 토치 몸체와 결합되는 가스 노즐, 상기 가스 노즐 내부에 가스분출구가 형성되어 보호 가스를 분사하는 가스 분출부, 상기 가스 분출부에 결합되는 용접 와이어, 상기 용접 와이어의 위치를 조절해주는 조절부 등으로 형성될 수 있다.
제 1 용접 토치(10)는 AC 또는 DC MAG용 토치일 수 있으며, 펄스형으로 제어될 수 있다.
제 1 용접 토치(10)는 용접 대상부(1)의 수직선을 기준으로 제 1 각도를 가질 수 있으며, 상기 제 1 각도는 용접이 수행되는 용접 대상부(1) 면에 수직한 방향(즉, 법선방향)과 용접 토치(또는, 와이어)와 이루는 각도이다.
상기 제 1 각도는 15° 내지 25°의 범위를 가질 수 있다. 상기 소정의 각도는 용접하는 각도(이하, 용접각)로 이해될 수 있다. 상기 용접각이 낮을수록 용융풀에서 증기의 배출이 용이하기 때문에, 상기 용접각에 따라 증기에 의해 스패터가 발생할 확률이 상대적으로 증가하여 용접불량이 발생할 수 있으며, 용접 자체가 원활하게 진행되기 어렵다.
제 1 용접 토치(10)는 상기 제 1 와이어가 제 1 용접 토치(10) 말단에서 용접 대상부(1)까지 돌출된 거리인 와이어 돌출 거리(d10)가 20mm 이내로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 와이어가 용접 대상부(1)와 통전되어 아크를 방생시키고 용적이행을 할 수 있도록, 상기 제 1 와이어의 돌출 거리(d10)는 10mm 보다 돌출되어 아크가 발생될 수 있는 거리를 확보하고, 20mm 이내로 돌출되어 상기 보호가스의 영향 내에서 용접을 진행할 수 있다.
필러 와이어 공급부(20)는 상기 제 1 용접 토치(10) 일측에 제 1 간격을 두고 용접 진행방향의 후방에 형성되는 것으로, 라이너를 통해 와이어가 송급되는 공급부 몸체, 상기 공급부 몸체와 결합되는 필러 와이어, 상기 필러 와이어의 위치를 조절해주는 조절부 등으로 형성될 수 있다.
필러 와이어 공급부(20)는 제 1 용접 토치(10)의 일측에 제 1 간격을 두고 형성되어, 제 1 용접 토치(10)의 토치열로 용융되어 추가적인 전류나 열의 공급이 없이도 대용착 용접이 가능할 수 있다.
상기 필러 와이어의 각도는 용접 대상부(1)의 수직선을 기준으로 5° 미만의 범위를 가질 수 있다.
필러 와이어 공급부(20)는 상기 필러 와이어가 필러 와이어 공급부(20) 말단에서 용접 대상부(1)까지 돌출된 거리인 필러 돌출 거리(d20)가 35mm 이내로 돌출되도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 필러 와이어가 상기 아크 와이어에서 발생되는 아크열에 의하여 용융될 수 있도록, 상기 필러 와이어의 돌출 거리(d10)는 20mm 내지 35mm 이내로 돌출되어 용접을 진행할 수 있다.
제 1 용접 토치(10)는 제 1 와이어가 공급되어 용접 대상부(1)에 용접 가능하도록 상기 제 1 와이어가 토출되고, 필러 와이어 공급부(20)는 상기 필러 와이어가 공급되어, 용접 대상부(1)에서 상기 제 1 와이어 및 상기 필러 와이어가 소정 간격으로 용접 가능하도록 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 제 1 와이어의 말단과 상기 필러 와이어의 말단과의 와이어간 거리(d)는 2mm 내지 4mm 로 형성될 수 있다.
만약, 와이어간 거리(d)가 2㎜보다 작으면 필러 와이어 공급부(20)에서 공급되는 상기 필러 와이어가 제 1 용접 토치(10)에 접하여 불안정적으로 용융될 수 있으며, 반면에, 와이어간 거리(d)가 4㎜보다 커지면, 상기 필러 와이어가 제 1 용접 토치(10)에 접하지 못하여 용융되지 않을 수 있다.
이때, 용접 진행 방향은 X축이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 용접 토치(10) 및 필러 와이어 공급부(20)는 제어부(30)에 연결되어 형성될 수 있으며, 제어부(30)는 제 1 용접 토치(10) 및 필러 와이어 공급부(20)의 용접 변수에 따라 용접 속도를 제어할 수 있다.
상기 용접 변수는 용접 대상부(1)의 그루브 각도(Ga), 상기 아크 와이어 송급 속도, 상기 필러 와이어 송급 속도, 와이어간 거리(d), 용접 속도 및 용접 상수 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
예컨대, 제어부(30)는 전원부를 통하여 제 1 용접 토치(10) 및 필러 와이어 공급부(20)를 제어할 수 있고, 제 1 용접 토치(10)에 인가되는 전류값, 펄스값, 용접 속도 및 와이어 송급 속도를 제어할 수 있으며, 필러 와이어 공급부(20)의 와이어 송급 속도를 제어할 수 있다.
제어부(30)는 용접 대상부(1)가 겹쳐지는 각도에 따라 전류값, 전압값, 용접 속도 및 와이어 송급 속도 등을 제어할 수 있다. 즉, 용접 대상부(1)의 그루브 각도(Ga)에 따라 용접 속도를 제어할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 그루브 각도(Ga)는, 용접 대상부(1-1, 1-2) 사이에 형성되는 각도로서, 두 개의 용접 모재를 서로 맞대어 용접하는 맞대기 이음, 두 개의 용접 모재를 서로 겹쳐 용접하는 겹치기 이음, T 이음, 덮개판 이음, 플레어 이음, 모서리 이음, 가장자리 이음, 십자 이음 등 다양한 이음 방법으로 용접 대상부(1-1, 1-2)가 형성될 수 있고, 두 개의 용접 모재 사이의 각도가 형성될 수 있다.
상술한 상기 용접 변수에 따라 용접 조건을 재설정하여 용접을 진행할 수 있으며, 구체적으로 그루브 각도(Ga)에 따라 상기 아크 와이어 송급 속도, 상기 필러 와이어 송급 속도, 와이어간 거리(d), 용접 속도 및 용접 상수 등의 용접 변수를 변경하여 용접할 수 있다.
즉, 제어부(30)는 그루브 각도(Ga)에 따른 두 개의 용접 모재 사이에서 달라지는 용착량을 제어하기 위하여, 상기 아크 와이어 송급 속도, 상기 필러 와이어 송급 속도, 와이어간 거리(d) 등의 용접 변수에 따라 용접 속도를 산출할 수 있다.
더욱 구체적으로, 제어부(30)는 그루브 각도, 아크 와이어 송급 속도, 와이어간 거리, 필러 와이어 송급 속도 및 용접 속도를 표준값으로 산출하는 표준값 산출부 및 상기 그루브 각도, 상기 아크 와이어 송급 속도, 상기 와이어간 거리, 상기 필러 와이어 송급 속도 및 상기 용접 대상부의 상기 그루브 각도에 따라 상기 용접 속도를 산출하는 용접 속도 산출부를 포함할 수 있다.
상기 표준값 산출부는, 상기 그루브 각도, 상기 아크 와이어 송급 속도, 상기 와이어간 거리, 상기 필러 와이어 송급 속도 및 상기 용접 속도에 대한 가중치를 동일하게 하기 위하여 각각의 변수들을 표준화하도록 제어할 수 있다.
상기 용접 속도 산출부는 상기 표준값 산출부에서 산출된 동일한 가중치를 갖는 각각의 변수들을 후술될 [수식 2]를 통하여 상기 용접 속도를 산출 할 수 있다.
도 3 내지 도 11은 본 발명의 용접 대상부(1)의 용접 변수에 따른 용접 가능영역을 나타내는 실험예이다.
도 3 내지 도 11에서는 그루브 각도(Ga)를 60°, 90°, 120°으로 변화함에 따라 아크 와이어 송급 속도는 10, 13, 15m/min, 와이어간 거리는 3, 5, 7mm, 필러 와이어 송급 속도는 1, 2, 3, 4 m/min, 용접 속도는 30, 60, 100, 150 cm/min로 변화시켜 측정하여 용접이 가능한 구간과 불가능한 구간을 확인하였다.
도 3은 그루브 각도(Ga)는 60°이고 와이어간 거리가 3mm일 경우에, 아크 와이어 송급 속도를 10, 13, 15m/min, 필러 와이어 송급 속도를 1, 2, 3, 4 m/min, 용접 속도를 30, 60, 100, 150 cm/min로 하여 측정하였다.
도 3에 도시된 바와 같이, 아크 와이어 송급 속도가 10 m/min일 경우, 필러 와이어 송급 속도가 1 m/min이고, 용접 속도가 30, 60, 100 cm/min일 때 용접이 가능하였고, 또한, 필러 와이어 송급 속도가 2 m/min이고, 용접 속도가 30 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
아크 와이어 송급 속도가 13 m/min일 경우는, 필러 와이어 송급 속도가 1, 2 m/min이고, 용접 속도가 30, 60 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
아크 와이어 송급 속도가 15 m/min일 경우는, 필러 와이어 송급 속도가 1, 2 , 3 m/min이고, 용접 속도가 30 cm/min일 때 용접이 가능하였고, 나머지는 용접이 불가능 하였다.
도 4는 그루브 각도(Ga)는 60°이고 와이어간 거리가 5mm일 경우에, 아크 와이어 송급 속도를 10, 13, 15m/min, 필러 와이어 송급 속도를 1, 2, 3, 4 m/min, 용접 속도를 30, 60, 100, 150 cm/min로 하여 측정하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, 아크 와이어 송급 속도가 10 m/min일 경우, 필러 와이어 송급 속도가 1, 2, 3 m/min이고, 용접 속도가 30, 60, 100 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
아크 와이어 송급 속도가 13 m/min일 경우는, 필러 와이어 송급 속도가 1 m/min이고, 용접 속도가 30, 60 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
아크 와이어 송급 속도가 15 m/min일 경우는, 필러 와이어 송급 속도가 1 m/min이고, 용접 속도가 30 cm/min일 때 용접이 가능하였고, 또한, 필러 와이어 송급 속도가 2 m/min이고, 용접 속도가 30, 60 cm/min일 때 용접이 가능하였고, 나머지는 용접이 불가능 하였다.
도 5는 그루브 각도(Ga)는 60°이고 와이어간 거리가 7mm일 경우에, 아크 와이어 송급 속도를 10, 13, 15m/min, 필러 와이어 송급 속도를 1, 2, 3, 4 m/min, 용접 속도를 30, 60, 100, 150 cm/min로 하여 측정하였다.
도 5에 도시된 바와 같이, 아크 와이어 송급 속도가 13, 15 m/min일 경우에, 필러 와이어 송급 속도가 1 m/min이고, 용접 속도가 30, 60 cm/min일 때 용접이 가능하고, 아크 와이어 송급 속도가 10 m/min일 경우에는 용접이 불가능 하였다.
도 6은 그루브 각도(Ga)는 90°이고 와이어간 거리가 3mm일 경우에, 아크 와이어 송급 속도를 10, 13, 15m/min, 필러 와이어 송급 속도를 1, 2, 3, 4 m/min, 용접 속도를 30, 60, 100, 150 cm/min로 하여 측정하였다.
도 6에 도시된 바와 같이, 아크 와이어 송급 속도가 10 m/min일 경우, 필러 와이어 송급 속도가 1, 2, 3 m/min이고, 용접 속도가 30, 60, 100 cm/min일 때 용접이 가능하였고, 필러 와이어 송급 속도가 2 m/min이고, 용접 속도가 30, 60 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
아크 와이어 송급 속도가 13 m/min일 경우는, 필러 와이어 송급 속도가 1, 2 m/min이고, 용접 속도가 30, 60, 100 cm/min일 때 용접이 가능하였고, 필러 와이어 송급 속도가 3 m/min이고, 용접 속도가 30 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
아크 와이어 송급 속도가 15 m/min일 경우는, 필러 와이어 송급 속도가 1, 2 , 3 m/min이고, 용접 속도가 30, 60 cm/min일 때 용접이 가능하였고, 필러 와이어 송급 속도가 4 m/min이고, 용접 속도가 30 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
도 7은 그루브 각도(Ga)는 90°이고 와이어간 거리가 5mm일 경우에, 아크 와이어 송급 속도를 10, 13, 15m/min, 필러 와이어 송급 속도를 1, 2, 3, 4 m/min, 용접 속도를 30, 60, 100, 150 cm/min로 하여 측정하였다.
도 7에 도시된 바와 같이, 아크 와이어 송급 속도가 10, 13 m/min일 경우, 필러 와이어 송급 속도가 1, 2 m/min이고, 용접 속도가 30, 60, 100 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
아크 와이어 송급 속도가 15 m/min일 경우는, 필러 와이어 송급 속도가 1, 2 , 3 m/min이고, 용접 속도가 30, 60 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
도 8은 그루브 각도(Ga)는 90°이고 와이어간 거리가 7mm일 경우에, 아크 와이어 송급 속도를 10, 13, 15m/min, 필러 와이어 송급 속도를 1, 2, 3, 4 m/min, 용접 속도를 30, 60, 100, 150 cm/min로 하여 측정하였다.
도 8에 도시된 바와 같이, 아크 와이어 송급 속도가 10, 13 m/min일 경우, 필러 와이어 송급 속도가 1 m/min이고, 용접 속도가 30, 60 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
아크 와이어 송급 속도가 15 m/min일 경우는, 필러 와이어 송급 속도가 1, 2 , 3 m/min이고, 용접 속도가 30, 60 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
도 9는 그루브 각도(Ga)는 120°이고 와이어간 거리가 3mm일 경우에, 아크 와이어 송급 속도를 10, 13, 15m/min, 필러 와이어 송급 속도를 1, 2, 3, 4 m/min, 용접 속도를 30, 60, 100, 150 cm/min로 하여 측정하였다.
도 9에 도시된 바와 같이, 아크 와이어 송급 속도가 10 m/min일 경우, 필러 와이어 송급 속도가 1 m/min이고, 용접 속도가 30 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
아크 와이어 송급 속도가 13 m/min일 경우는, 필러 와이어 송급 속도가 1, 2 , 3 m/min이고, 용접 속도가 30 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
아크 와이어 송급 속도가 15 m/min일 경우는, 필러 와이어 송급 속도가 1, 2 , 3, 4 m/min이고, 용접 속도가 30 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
도 10은 그루브 각도(Ga)는 120°이고 와이어간 거리가 5mm일 경우에, 아크 와이어 송급 속도를 10, 13, 15m/min, 필러 와이어 송급 속도를 1, 2, 3, 4 m/min, 용접 속도를 30, 60, 100, 150 cm/min로 하여 측정하였다.
도 10에 도시된 바와 같이, 아크 와이어 송급 속도가 10, 13 m/min일 경우, 필러 와이어 송급 속도가 1 m/min이고, 용접 속도가 30 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
아크 와이어 송급 속도가 15 m/min일 경우는, 필러 와이어 송급 속도가 1, 2 m/min이고, 용접 속도가 30 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
도 11은 그루브 각도(Ga)는 120°이고 와이어간 거리가 7mm일 경우에, 아크 와이어 송급 속도를 10, 13, 15m/min, 필러 와이어 송급 속도를 1, 2, 3, 4 m/min, 용접 속도를 30, 60, 100, 150 cm/min로 하여 측정한 결과,
도 11에 도시된 바와 같이, 아크 와이어 송급 속도가 13 m/min일 경우, 필러 와이어 송급 속도가 1 m/min이고, 용접 속도가 30 cm/min일 때 용접이 가능하였다.
아크 와이어 송급 속도가 15 m/min일 경우는, 필러 와이어 송급 속도가 1 m/min이고, 용접 속도가 30, 60 cm/min일 때 용접이 가능하였고, 아크 와이어 송급 속도가 10 m/min일 경우는 불가능 하였다.
도 3 내지 도 11에 나타난 바와 같이, 용접 대상부(1)의 그루브 각도(Ga)에 따라 상기 아크 와이어 송급 속도, 상기 필러 와이어 송급 속도, 와이어간 거리(d) 및 용접 속도에 따라 용접 가능한 구간이 존재한다.
이에 따라, 본 발명에서는 그루브 각도(Ga), 상기 아크 와이어 송급 속도, 상기 필러 와이어 송급 속도, 와이어간 거리(d) 및 용접 속도의 관계를 로지스틱 회귀법을 사용하여 [수식 1] 및 [수식 2]를 산출하였다.
상기 로지스틱 회귀법은 사건 A가 발생하지 않을 확률 대비 일어날 확률의 비율을 뜻하는 개념으로서, P(A)/(1-P(A))와 같이 나타낼 수 있으며, 변수들의 범위와 관계식의 범위를 맞추기 위하여 log를 취하여 [수식 1] 및 [수식 2]가 산출 될 수 있다. 상기 로지스틱 회귀법은 공지된 알고리즘으로서 이하 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 용접 시스템은, 제어부에서 하기의 [수식 1]에 따라 그루브 각도(Ga, x1), 아크 와이어 송급 속도(x2), 와이어간 거리(x3) 및 필러 와이어 송급 속도(x4)를 표준값으로 산출할 수 있다.
[수식 1]
Figure 112020122370078-pat00003
단, xnr은 그루브 각도(x1), 아크 와이어 송급 속도(x2), 와이어간 거리(x3) 및 필러 와이어 송급 속도(x4)의 각각의 표준값(xnr)이고, 그루브 각도의 표준값(x1r)은 최소값이 60, 최대값이 120이고, 아크 와이어 송급 속도의 표준값(x2r)은 최소값이 10, 최대값이 15이고, 와이어간 거리의 표준값(xnr)은 최소값이 3, 최대값이 7이고, 필러 와이어 송급 속도의 표준값(x4r)은 최소값이 1, 최대값이 4이고, 용접 속도의 표준값(x5r)은 최소값이 30, 최대값이 150이다.
각각의 최소값 및 최대값이 [수식 1]에 적용되어 그루브 각도의 표준값(x1r), 아크 와이어 송급 속도의 표준값(x2r), 와이어간 거리의 표준값(x3r) 및 필러 와이어 송급 속도의 표준값(x4r)을 산출할 수 있다.
[수식 1]에서 산출된 각각의 표준값(xnr)을 [수식 2]에 적용하여 상기 용접 변수를 제어할 수 있다.
[수식 2]
Figure 112020122370078-pat00004
(xnr: 표준값, x1r: 그루브 각도의 표준값, x2r: 아크 와이어 송급 속도의 표준값, xnr: 와이어간 거리의 표준값, x4r: 필러 와이어 송급 속도의 표준값, x5r: 용접 속도의 표준값)
[수식 2]에 의하여 P가 0 초과 0.5 미만일 경우에 용접이 가능하고, P가 0.5 이상일 경우에 용접이 불가능하다. 이에 따라, 상기 용접 변수에 따라 본 발명의 제어부에서는 [수식 1]에 의해 P가 0 초과 0.5 미만일 경우 용접 가능한 상기 용접 속도를 산출할 수 있다.
즉, [수식 1]에서 산출된 각각의 표준값(xnr)과 P가 0 초과 0.5 미만인 임의의 수를 [수식 2]에 적용하여 용접 속도의 표준값을 산출할 수 있다. 제어부에서는 [수식 1]에 상기 용접 속도의 표준값을 역산하여 실제 용접 속도로 산출될 수 있다.
이때, 상술한 바와 같이, 상기 아크 와이어 송급 속도는 10 내지 15 m/min, 상기 와이어간 거리는 3 내지 7 mm, 상기 필러 와이어 송급 속도는 1 내지 4 m/min, 상기 용접 속도는 30 내지 150 m/min에서 상기 그루브 각도에 따라 산출될 수 있다.
용접 대상부(1)의 그루브 각도(Ga, x1)에 따라, P가 0 초과 0.5 미만일 경우에 상기 아크 와이어 송급 속도, 상기 필러 와이어 송급 속도, 와이어간 거리(d) 및 용접 속도를 역산하여 산출할 수 있다.
본원발명은 용접 모재가 겹쳐지는 그루브 각도(Ga)에 따라 아크 와이어 송급 속도, 필러 와이어 송급 속도, 와이어간 거리 등의 용접 변수를 제어하여 용접 가능한 용접 속도를 산출하고, 안정적인 용적이행으로 용접을 진행할 수 있는 효과를 가진다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 용접 대상부
10: 제 1 용접 토치
20: 필러 와이어 공급부
30: 제어부

Claims (5)

  1. 용접 진행방향의 전방에 형성되어 아크 와이어를 공급하는 제 1 용접 토치; 및
    상기 제 1 용접 토치의 토치열로 용융되는 필러 와이어가 공급되도록, 상기 제 1 용접 토치 일측에 제 1 간격을 두고 용접 진행방향의 후방에 형성되는 필러 와이어 공급부; 및
    용접 대상부의 그루브 각도에 따라 상기 제 1 용접 토치 및 상기 필러 와이어 공급부의 용접 변수를 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    [수식 1]에 의하여 그루브 각도, 아크 와이어 송급 속도, 와이어간 거리 및 필러 와이어 송급 속도를 표준값으로 산출하는 표준값 산출부; 및
    상기 그루브 각도, 상기 아크 와이어 송급 속도, 상기 와이어간 거리, 상기 필러 와이어 송급 속도 및 상기 용접 대상부의 상기 그루브 각도에 따라 하기 [수식 2]에 의해 P가 0 초과 0.5 미만인 임의의 수일 경우 산출되는 용접 속도 표준값을 통하여 상기 용접 속도를 산출하는 용접 속도 산출부;
    를 포함하는, 용접 시스템.
    [수식 1]
    Figure 112021115632724-pat00018

    (단, xnr: 표준값, 10≤ x2:아크 와이어 송급 속도 ≤15, 3≤ x3:와이어간 거리 ≤7, 1≤ x4:필러 와이어 송급 속도 ≤4, 30≤ x5:필러 와이어 송급 속도 ≤150)
    [수식 2]
    Figure 112021115632724-pat00019

    (xnr: 표준값, x1r: 그루브 각도의 표준값, x2r: 아크 와이어 송급 속도의 표준값, xnr: 와이어간 거리의 표준값, x4r: 필러 와이어 송급 속도의 표준값, x5r: 용접 속도의 표준값)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 변수는,
    상기 아크 와이어 송급 속도, 상기 필러 와이어 송급 속도, 와이어간 거리, 용접 속도 및 용접 상수 중 적어도 하나 이상을 포함하는, 용접 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 용접 토치는 상기 용접 대상부의 수직선을 기준으로 20도 미만이고, 상기 필러 와이어 공급부는 상기 용접 대상부의 수직선을 기준으로 5도 미만이며,
    상기 제 1 용접 토치에 형성되는 제 1 와이어의 말단과 상기 필러 와이어 공급부에 형성되는 상기 필러 와이어의 말단과의 거리는 2mm 내지 4mm 인, 용접 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 용접 토치는,
    상기 제 1 와이어가 상기 제 1 용접 토치 말단에서 상기 용접 대상부까지 20mm 이내로 돌출되도록 형성되고,
    상기 필러 와이어 공급부는,
    상기 필러 와이어가 상기 필러 와이어 공급부 말단에서 상기 용접 대상부까지 35mm 이내로 돌출되도록 형성되는, 용접 시스템.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130132590A (ko) * 2011-02-28 2013-12-04 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 가스 실드 아크 용접 방법 및 용접 장치
KR101470736B1 (ko) * 2013-05-15 2014-12-08 김희영 용접영역의 빗면 각도를 이용한 강관 자동용접장치

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