KR102378250B1 - Apparatus and method for controlling speed of loading through gap sensing in case root pass back bead welding - Google Patents

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Abstract

루트패스 백비드 용접 시 갭 센싱을 통한 송급속도 조절 장치가 개시되어 있다.
이 개시된 송급속도 조절 장치는 전극을 포함하는 용접 토치, 모재와 전극에 전원을 공급하는 용접기와; 용접 토치에 용가재를 공급하는 송급장치와; 용접 진행방향을 기준으로 용접 토치의 전방에 위치하는 갭(gap) 센서와; 갭 센서에서 센싱한 갭과 입력된 수식에 따라 용착 단면적 및 송급 속도를 계산하는 연산장치를 포함하며, 갭 센서, 연산장치 및 송급장치를 연동 제어하는 것을 특징으로 한다.A supply speed control device through gap sensing during root pass back bead welding is disclosed.
The disclosed supply speed control apparatus includes a welding torch including an electrode, a welding machine for supplying power to the base material and the electrode; a supply device for supplying filler metal to the welding torch; a gap sensor positioned in front of the welding torch with respect to the welding progress direction; It includes an arithmetic device that calculates the welding cross-sectional area and the supply speed according to the gap sensed by the gap sensor and the input formula, and it is characterized in that it interlocks the gap sensor, the arithmetic device and the supply device.

Description

루트패스 백비드 용접 시 갭 센싱을 통한 송급속도 조절 장치 및 방법 {Apparatus and method for controlling speed of loading through gap sensing in case root pass back bead welding}Apparatus and method for controlling speed of loading through gap sensing in case root pass back bead welding}

본 발명은 용접기의 송급속도 조절 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 슈터 TIG를 이용한 맞대기 용접의 루트패스 백비드 용접시 일정하지 않은 갭 (gap)에서 갭을 센싱함에 따라 송급속도를 변경시켜줌으로써 동일한 비드 높이를 얻을 수 있는 갭 센싱을 통한 송급속도 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling the supply speed of a welding machine, and more particularly, by changing the supply speed by sensing the gap in an irregular gap during root pass back bead welding of butt welding using a shooter TIG. It relates to an apparatus and method for controlling the feed rate through gap sensing capable of obtaining the same bead height.

일반적으로 루트패스(root pass) 백비드(back bead) 용접에서 갭이 일정하지 않은 경우 문제가 발생한다. 즉, 갭이 상대적으로 좁은 영역에서는 백비드 형성이 어렵고, 갭이 상대적으로 넓은 영역에서는 용락이 발생할 뿐만 아니라 비드높이가 일정하지 않은 문제점들이 발생한다. 그러므로 이 경우 용접사들이 수동으로 용접을 실시하고 있는 실정이다.In general, a problem occurs when the gap is not constant in root pass back bead welding. That is, it is difficult to form a back bead in a region where the gap is relatively narrow, and in a region where the gap is relatively wide, melt-out occurs and the bead height is not constant. Therefore, in this case, the welders are performing welding manually.

일본특허공보 특허 제4640908호(2011. 03. 02.)Japanese Patent Publication No. 4640908 (2011.03.02.) 일본특허공보 특허 제4109911호(2008. 07. 02.)Japanese Patent Publication No. 4109911 (2008. 07. 02.)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 창안된 것으로서, Super TIG를 이용한 루트패스 백비드 용접시 갭을 센싱하여 그에 맞는 송급속도를 자동적으로 조절해주는 송급속도 조절 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised in view of the above-described problems, and the purpose of the present invention is to provide a supply speed control device and method that sense a gap during root pass back bead welding using Super TIG and automatically adjust the supply speed accordingly. there is.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 루트패스 백비드 용접 시 갭 센싱을 통한 송급속도 조절 장치에 있어서, 전극을 포함하는 용접 토치, 모재와 상기 전극에 전원을 공급하는 용접기와; 상기 용접 토치에 용가재를 공급하는 송급장치와; 용접 진행방향을 기준으로 상기 용접 토치의 전방에 위치하는 갭(gap) 센서와; 상기 갭 센서에서 센싱한 갭과 입력된 수식에 따라 용착 단면적 및 송급 속도를 계산하는 연산장치를 포함하며, 상기 갭 센서, 상기 연산장치 및 상기 송급장치를 연동 제어하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for controlling a supply speed through gap sensing during root pass back bead welding, comprising: a welding torch including an electrode, a welding machine for supplying power to a base material and the electrode; a supply device for supplying the filler metal to the welding torch; a gap sensor positioned in front of the welding torch with respect to the welding progress direction; It includes an arithmetic unit for calculating the welding cross-sectional area and the supply speed according to the gap sensed by the gap sensor and the input equation, and it is characterized in that it interlocks the gap sensor, the arithmetic unit, and the supply unit.

상기 갭 센서는 상기 용접 진행방향을 기준으로 상기 용접 토치 전반의 10cm 이하 거리에 위치할 수 있다. 상기 갭을 독취하는 주기는 0.1초 단위로 조절 가능하다.The gap sensor may be located at a distance of 10 cm or less across the entire welding torch based on the welding progress direction. The period of reading the gap can be adjusted in units of 0.1 second.

상기 연산장치는, 하기의 수학식 1에 따라 용착 단면적을 계산할 수 있다.The calculator may calculate the weld cross-sectional area according to Equation 1 below.

<수학식 1><Equation 1>

Y = x2 * {x1 + x2 * tan(θ)} + 0.675 * (x1 + 2)* x3 Y = x 2 * {x 1 + x 2 * tan(θ)} + 0.675 * (x 1 + 2)* x 3

여기서, x1은 갭(mm), x2는 비드 높이, x3는 백비드 높이, θ는 그루브 각도이고, Y는 용착 면적(deposition area) (mm2) 이다.Here, x 1 is the gap (mm), x 2 is the bead height, x 3 is the back bead height, θ is the groove angle, and Y is the deposition area (mm 2 ).

또한 상기 연산장치는, 하기의 수학식 2에 따라 송급속도를 계산할 수 있다.In addition, the arithmetic unit may calculate the supply speed according to Equation 2 below.

<수학식 2><Equation 2>

Z = Y * S / AZ = Y * S / A

여기서, Z는 Feed rate (cpm)이고, Y는 Deposition area (mm2)이고, S는 Welding rate (cpm)이며, A는 Filler metal area (mm2)이다.Here, Z is the feed rate (cpm), Y is the deposition area (mm 2 ), S is the welding rate (cpm), and A is the filler metal area (mm 2 ).

상기 송급장치를 통하여 공급되는 용가재는, C형 용가재일 수 있다.The filler metal supplied through the supply device may be a C-type filler metal.

또한 상기 갭 센서와 상기 연산장치와 상기 송급장치를 서로 연동시켜, 일정하지 않은 갭에 적응 제어할 수 있다.In addition, by interlocking the gap sensor, the arithmetic device, and the supply device with each other, it is possible to adaptively control the non-uniform gap.

본 발명에 따른 송급속도 조절 장치 및 방법은 Super TIG를 이용한 루트패스 백비드 자동용접 시, 토치의 앞부분에 갭 센서를 구비하여, 실시간으로 갭을 센싱하고, 그에 맞는 용착단면적 및 송급속도를 도출함으로써 백비드가 형성되지 않는 현상 및 용락 등을 방지할 수 있다. 또한 gap에 따라 송급속도를 조절해 줌으로써 동일한 비드 높이와 백비드 높이를 가지는 높은 품질의 비드를 얻을 수 있으며, 또한 수동용접에 의존 할 필요가 없으므로, 인건비 절감의 효과가 있다.The supply speed control apparatus and method according to the present invention is provided with a gap sensor in the front of the torch during automatic root pass back bead welding using Super TIG, sensing the gap in real time, and deriving the welding cross-sectional area and supply speed suitable for it. It is possible to prevent a phenomenon in which back beads are not formed and melt-out. In addition, by adjusting the feeding speed according to the gap, high-quality beads with the same bead height and back bead height can be obtained, and there is no need to rely on manual welding, so there is an effect of reducing labor costs.

도 1은 갭 변경 실험 조건을 보인 루트 갭의 개략도이다.
도 2는 용접 조건을 나타낸 표로서, 갭은 변수로서 1, 2, 2.6, 3, 3.5 [mm]로 설정한 예를 나타낸 것이다.
도 3 내지 도 5는 실험 결과에 따른 Front bead와 back bead 형상을 보인 도면으로, 도 3은 갭이 1mm와 2mm 인 경우이고, 도 4는 2.6mm와 3mm인 경우이고, 도 5는 3.5mm인 경우를 나타낸 것이다.
도 6은 C-Filler 형상에 따른 백비드 형성 가능 영역을 나타낸 것이다.
도 7은 갭 변동에 따른 동일한 비드 높이 도출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 갭 센싱에 따른 Feed rate 도출 알고리즘을 보인 도면이다.1 is a schematic diagram of a root gap showing a gap-changing experimental condition.
2 is a table showing welding conditions, and shows an example in which the gap is set to 1, 2, 2.6, 3, 3.5 [mm] as a variable.
3 to 5 are views showing the shape of the front bead and the back bead according to the experimental results, FIG. 3 is a case where the gap is 1mm and 2mm, FIG. 4 is a case of 2.6mm and 3mm, and FIG. 5 is a case of 3.5mm case is indicated.
6 is a view showing a back bead formation possible area according to the shape of the C-Filler.
7 is a view for explaining a method of deriving the same bead height according to a gap change.
8 is a diagram illustrating a feed rate derivation algorithm according to gap sensing.

이하 첨부한 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 Super TIG를 이용한 루트패스 백비드 용접시 갭을 센싱하여 그에 맞는 송급속도를 자동적으로 조절해주는 송급속도 조절 장치 및 방법에 관한 것으로, 최적인 송급속도를 설정하기 위하여, 갭 변경 실험을 수행하였다.The present invention relates to a supply speed control device and method for automatically adjusting a supply speed suitable for sensing a gap during root pass back bead welding using a Super TIG. In order to set an optimal supply speed, a gap change experiment is performed did.

도 1은 갭 변경 실험 조건을 보인 루트 갭의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 루트 갭(root gap)은 높이(두께) 12.7mm, bevel 각도 30.0°로 하였다.1 is a schematic diagram of a root gap showing a gap-changing experimental condition. Referring to FIG. 1 , the root gap was 12.7 mm in height (thickness), and the bevel angle was 30.0°.

또한 용접 조건으로서, 도 2에 나타낸 바와 같이 베이스 금속으로 STS304, Filler metal로 STS316L C-Filler 'Cap' type를 채택하였다. 아울러 갭을 제외한 값 즉, Progressive Torch Angle, Welding speed, Feed rate, Deposition area 등은 고정값을 사용하였다. 갭은 1, 2, 2.6, 3, 3.5 [mm]로 가변하면서 실험하였다.In addition, as the welding conditions, as shown in FIG. 2, STS304 as the base metal and STS316L C-Filler 'Cap' type were adopted as the filler metal. In addition, fixed values were used for values excluding gaps, ie, progressive torque angle, welding speed, feed rate, and deposition area. The gap was tested while varying 1, 2, 2.6, 3, 3.5 [mm].

도 3 내지 도 5는 실험 결과에 따른 Front bead와 back bead 형상을 보인 도면으로, 도 3은 갭이 1mm와 2mm 인 경우이고, 도 4는 2.6mm와 3mm인 경우이고, 도 5는 3.5mm인 경우를 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, 1mm 갭 조건에서 백비드가 형성되지 않음을 알 수 있다. 반면 도 5에 도시된 바와 같이 3.5mm 갭 조건에서는 용락이 발생하였다.3 to 5 are views showing the shape of the front bead and the back bead according to the experimental results. FIG. 3 is a case where the gap is 1 mm and 2 mm, FIG. 4 is a case of 2.6 mm and 3 mm, and FIG. 5 is a case of 3.5 mm. case is indicated. Referring to FIG. 3 , it can be seen that back beads are not formed in the 1 mm gap condition. On the other hand, as shown in FIG. 5, melting occurred in the 3.5 mm gap condition.

도 6은 C-Filler 형상에 따른 백비드 형성 가능 영역을 나타낸 것이다. 도 6을 참조하면, Center single bridge는 갭이 1.0 내지 2.6mm가 백비드 형성 가능 영역이고, Side twin bridge는 2.0 내지 3.0mm가 백비드 형성 가능 영역 임을 알 수 있다.6 shows a back bead formation possible area according to the shape of the C-Filler. Referring to FIG. 6 , it can be seen that in the center single bridge, a gap of 1.0 to 2.6 mm is a back bead formation region, and in the side twin bridge, a back bead formation region is 2.0 to 3.0 mm.

도 7은 갭 변동에 따른 동일한 비드 높이 도출 방법을 설명하기 위한 도면이다. 만약 비드 높이를 3mm로 일정하게 형성하기 위해서는 갭에 따라 용착단면적(송급속도)가 바뀌어야 한다. 즉, 전류와 용접속도가 동일한 경우는 갭 센싱후 이를 기초로 수치 해석 후 송급속도를 조절함으로써 동일한 비드 높이를 형성할 수 있다. 7 is a view for explaining a method of deriving the same bead height according to a gap change. If the bead height is to be uniformly formed as 3mm, the welding cross-sectional area (feeding speed) must be changed according to the gap. That is, when the current and the welding speed are the same, the same bead height can be formed by adjusting the supply speed after the gap sensing and numerical analysis based on this.

본 발명의 실시예에 따른 송급속도 조절 장치는, 루트패스 백비드 용접 시 갭 센싱을 통하여 수행하는 것으로, 용접기와, 송급장치와, 갭 센서 및 연산장치를 포함한다. The supply speed control device according to an embodiment of the present invention is performed through gap sensing during root pass back bead welding, and includes a welding machine, a supply device, a gap sensor, and an arithmetic device.

용접기는 전극을 포함하는 용접 토치를 포함하며, 모재와 상기 전극에 전원을 공급한다. 상기 송급장치는 용접 토치에 용가재를 공급하는 것으로, 상기 연산장치의 연산 결과를 기초로 그 속도가 조절 될 수 있다. The welding machine includes a welding torch including an electrode, and supplies power to a base material and the electrode. The supply device is to supply the filler metal to the welding torch, the speed may be adjusted based on the calculation result of the calculation device.

상기 갭 센서는 용접 진행방향을 기준으로 상기 용접 토치의 전방에 위치하며, 용접위치의 갭을 센싱한다. 이 갭 센서는 상기 용접 진행방향을 기준으로 상기 용접 토치 전반의 10cm 이하 거리에 위치할 수 있다. 상기 갭을 독취하는 주기는 0.1초 단위로 조절 가능하다.The gap sensor is positioned in front of the welding torch with respect to the welding progress direction, and senses a gap at a welding position. The gap sensor may be located at a distance of 10 cm or less across the welding torch based on the welding progress direction. The period of reading the gap can be adjusted in units of 0.1 second.

연산장치는 갭 센서에서 센싱한 갭과 입력된 수식에 따라 용착 단면적 및 송급 속도를 계산하는 연산장치를 포함한다. 여기서, 상기 갭 센서, 상기 연산장치 및 상기 송급장치는 연동 제어된다.The calculator includes a calculator that calculates the welding cross-sectional area and the feeding speed according to the gap sensed by the gap sensor and the input equation. Here, the gap sensor, the arithmetic unit and the supply unit are interlocked and controlled.

상기 연산장치는, 수학식 1에 따라 용착 단면적을 계산할 수 있다.The calculator may calculate the weld cross-sectional area according to Equation (1).

Figure 112021097843109-pat00001
Figure 112021097843109-pat00001

여기서, x1은 갭(mm), x2는 비드 높이, x3는 백비드 높이, θ는 그루브 각도이고, Y는 용착 단면적(deposition area) (mm2) 이다. 또한 상기 연산장치는, 하기의 수학식 2에 따라 송급속도를 계산할 수 있다.Here, x 1 is the gap (mm), x 2 is the bead height, x 3 is the back bead height, θ is the groove angle, and Y is the deposition area (mm 2 ). In addition, the arithmetic unit may calculate the supply speed according to Equation 2 below.

Figure 112021097843109-pat00002
Figure 112021097843109-pat00002

여기서, Z는 송급속도(Feed rate) (cpm)이고, S는 용접율(Welding rate) (cpm)이며, A는 필러 금속 영역(Filler metal area) (mm2)이다.Here, Z is a feed rate (cpm), S is a welding rate (cpm), A is a filler metal area (Filler metal area) (mm 2 ).

상기 송급장치를 통하여 공급되는 용가재는, C형 용가재일 수 있다. 또한 상기 갭 센서와 상기 연산장치와 상기 송급장치를 서로 연동시켜, 일정하지 않은 갭에 적응 제어할 수 있다.The filler metal supplied through the supply device may be a C-type filler metal. In addition, by interlocking the gap sensor, the arithmetic device, and the supply device with each other, it is possible to adaptively control the non-uniform gap.

도 8은 갭 센싱에 따른 송급속도(Feed rate) 도출 알고리즘을 보인 도면이다. 8 is a view showing a feed rate derivation algorithm according to gap sensing.

우선 용접 조건을 입력한다. 즉, 전류, 진행각, 갭 센싱 거리, 용접속도, 주파수, 백비드 높이 x3, 실드가스, 비드높이 x2, 갭 센싱 주기값을 입력한다. 이어서, 갭 센싱 완료 거리에 도달하였는지 여부를 판단하고, 도달한 경우는 알고리즘을 종료한다.First, enter the welding conditions. That is, current, travel angle, gap sensing distance, welding speed, frequency, back bead height x 3 , shield gas, bead height x 2 , and gap sensing period values are input. Next, it is determined whether a gap sensing completion distance has been reached, and if it is reached, the algorithm is terminated.

도달하지 않은 경우, 갭을 센싱하고 그 결과값을 연산장치[소프트웨어 (S/W)]에 전달한다. 이 때 연산장치는 상기한 수학식 1을 기초로 갭에 따른 용착단면적을 계산하고, 상기한 수학식 2를 기초로 용착단면적에 따른 송급속도를 도출한다. 이어서 도출된 송급속도를 송급장치로 전달 및 입력한다. 이와 같은 과정은 갭 센싱 완료거리에 도달할 때까지 반복 수행되면서 용접이 수행된다. If not reached, the gap is sensed and the result is transmitted to the computing device [software (S/W)]. At this time, the calculator calculates the welding cross-sectional area according to the gap based on Equation 1 above, and derives the feeding speed according to the welding cross-sectional area based on Equation 2 above. Then, the derived supply speed is transmitted and input to the supply device. Welding is performed while repeating this process until the gap sensing complete distance is reached.

상기한 바와 같이 구성함으로써, 본 발명에 따른 송급속도 조절 장치 및 방법은 실시간으로 갭을 센싱하고, 그에 맞는 용착단면적 및 송급속도를 도출함으로써 백비드가 형성되지 않는 현상 및 용락 등을 방지할 수 있다. 또한 갭(gap)에 따라 송급속도를 조절해 줌으로써 동일한 비드 높이와 백비드 높이를 가지는 높은 품질의 비드를 얻을 수 있으며, 또한 수동용접에 의존 할 필요가 없으므로, 인건비 절감의 효과가 있다.By configuring as described above, the supply speed control apparatus and method according to the present invention sense the gap in real time, and derive the welding cross-sectional area and supply speed suitable therefor, thereby preventing the phenomenon in which the back bead is not formed, melting, etc. can be prevented. . In addition, by adjusting the supply speed according to the gap, high-quality beads having the same bead height and back bead height can be obtained, and there is no need to rely on manual welding, so there is an effect of reducing labor costs.

Claims (7)

루트패스 백비드 용접 시 갭 센싱을 통한 송급속도 조절 장치에 있어서,
전극을 포함하는 용접 토치, 모재와 상기 전극에 전원을 공급하는 용접기와;
상기 용접 토치에 C형 용가재를 공급하는 송급장치와;
용접 진행방향을 기준으로 상기 용접 토치의 전방에 위치하는 갭(gap) 센서와;
상기 갭 센서에서 센싱한 갭과 입력된 하기의 수학식 1에 따라 용착 단면적 을 계산하고, 하기의 수학식 2에 따라 송급 속도를 계산하는 연산장치를 포함하여,
상기 갭 센서, 상기 연산장치 및 상기 송급장치를 서로 연동시켜, 일정하지 않은 갭에 적응 제어하는 것을 특징으로 하는 송급속도 조절 장치.
<수학식 1>
Y = x2 * {x1 + x2 * tan(θ)} + 0.675 * (x1 + 2)* x3
여기서, x1은 갭(mm), x2는 비드 높이, x3는 백비드 높이, θ는 그루브 각도이고, Y는 용착 단면적(deposition area) (mm2) 이다.
<수학식 2>
Z = Y * S / A
여기서, Z는 송급 속도(Feed rate) (cpm)이고, S는 용접율(Welding rate) (cpm)이며, A는 필러 금속 면적(Filler metal area) (mm2)이다.In the supply speed control device through gap sensing during root pass back bead welding,
A welding torch including an electrode, a welding machine for supplying power to the base material and the electrode;
a supply device for supplying the C-type filler metal to the welding torch;
a gap sensor positioned in front of the welding torch with respect to the welding progress direction;
Comprising an arithmetic device for calculating the welding cross-section according to the gap sensed by the gap sensor and the input Equation 1 below, and calculating the supply speed according to Equation 2 below,
The gap sensor, the arithmetic unit and the supply device are interlocked with each other to adaptively control the gap that is not constant.
<Equation 1>
Y = x 2 * {x 1 + x 2 * tan(θ)} + 0.675 * (x 1 + 2)* x 3
Here, x 1 is the gap (mm), x 2 is the bead height, x 3 is the back bead height, θ is the groove angle, and Y is the deposition area (mm 2 ).
<Equation 2>
Z = Y * S / A
where Z is the feed rate (cpm), S is the welding rate (cpm), and A is the filler metal area (mm 2 ). 제1항에 있어서,
상기 갭 센서는 상기 용접 진행방향을 기준으로 상기 용접 토치 전반의 10cm 이하 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 송급속도 조절 장치.According to claim 1,
The gap sensor is a supply speed control device, characterized in that located at a distance of 10 cm or less across the welding torch based on the welding progress direction. 제2항에 있어서,
상기 갭을 독취하는 주기는 0.1초 단위로 조절 가능한 것을 특징으로 하는 송급속도 조절 장치.3. The method of claim 2,
The supply speed control device, characterized in that the period of reading the gap is adjustable in units of 0.1 seconds. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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