KR102627135B1 - Welding equipment for welding nickel steel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외부에서 인가되는 전원에 의해 모재와의 간극으로 아크를 발생시켜, 발생된 아크로 모재의 용접부위를 용접하는 용접헤드부; 상기 용접헤드부에 구비되고, 모재의 자화 정도를 감지하는 자기센싱부; 및 상기 자기센싱부와 전기적으로 연결되고, 상기 자기센싱부에서 감지한 모재의 자화 정도를 시각적으로 나타내는 출력부;를 포함하여, 자화된 모재(니켈강)의 외부 자기장을 감지하는 자기센싱부를 용접부위와 근접하는 용접헤드의 끝단에 구비시켜, 상기 모재에서 발생하는 자기장에 의해 발생하는 상기 자기센싱부의 거대 자기임피던스 효과로, 모재의 자화 정도를 모니터링하여 용접부위의 아크 쏠림을 방지할 수 있는 니켈강 용접용 용접장치를 제공한다.The present invention includes a welding head unit that generates an arc in the gap between the base material and the base material by an externally applied power source, and welds the welded portion of the base material with the generated arc; A magnetic sensing unit provided at the welding head and detecting the degree of magnetization of the base material; And an output unit electrically connected to the magnetic sensing unit and visually indicating the degree of magnetization of the base material detected by the magnetic sensing unit; a magnetic sensing unit that detects the external magnetic field of the magnetized base material (nickel steel) is connected to the welding area and the magnetic sensing unit. For nickel steel welding, which is provided at the end of an adjacent welding head and can prevent arc focus in the welding area by monitoring the degree of magnetization of the base material through the large magnetic impedance effect of the magnetic sensing unit generated by the magnetic field generated from the base material. Welding equipment is provided.
Description
본 발명은 니켈강 용접용 용접장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자화된 모재(니켈강)의 외부 자기장을 감지하는 자기센싱부를 용접부위와 근접하는 용접헤드의 끝단에 구비하여, 상기 모재에서 발생하는 자기장에 의해 발생하는 상기 자기센싱부의 거대 자기임피던스 효과로, 모재의 자화 정도를 모니터링하여 용접부위의 아크 쏠림을 방지할 수 있는 니켈강 용접용 용접장치에 관한 것이다.The present invention relates to a welding device for welding nickel steel. More specifically, the present invention relates to a welding device for welding nickel steel, and more specifically, a magnetic sensing unit that detects the external magnetic field of a magnetized base material (nickel steel) is provided at the end of a welding head close to the welding area, and the magnetic field generated from the base material is provided. The present invention relates to a welding device for welding nickel steel that can monitor the degree of magnetization of the base material and prevent arc focus at the welding area due to the large magnetic impedance effect of the magnetic sensing unit generated by the magnetic sensing unit.
일반적으로 용접(鎔接)은 금속 재료를 접합시키는 것으로서, 아크 용접, 가스 용접, 저항 용접, 특수 용접 등으로 구분되고, 아크 용접은 방전을 시켜 전극 사이에 발생하는 아크열을 이용하며, 가스 용접은 산소와 아세틸렌의 혼합 가스를 이용하고, 저항 용접은 전압을 가해 발생하는 저항열을 이용한다.In general, welding refers to joining metal materials and is divided into arc welding, gas welding, resistance welding, and special welding. Arc welding uses arc heat generated between electrodes through electric discharge, and gas welding uses a mixed gas of oxygen and acetylene, and resistance welding uses resistance heat generated by applying voltage.
또한, 재료 자체를 녹여 붙이는 융접과 녹는점이 낮은 다른 재료를 녹여 합금 형태로 붙이는 솔더링, 브레이징 같은 납땜, 압력을 가해 붙이는 압접 등으로 구분한다.In addition, it is divided into fusion welding, which involves melting and attaching the material itself, soldering, which involves melting other materials with a low melting point and attaching them in the form of an alloy, soldering such as brazing, and pressure welding, which involves applying pressure.
특수용접은 CO2용접(이산화탄소 아크용접: Flux Cored Arc Welding:FCAW)과, TIG용접(가스텅스텐 아크용접: Gas Tungsten Arc Welding:GTAW)이 있는데, CO2용접은 주로 구조물의 대량 용접시 사용하는 것으로서, 탄산가스가용융금속을 보호하는 역할을 하고, 자동용접으로 용제를 사용하지 않으며, 용접강도가 우수하고, 용접비용이 저렴하며, 용접기에서 와이어가 자동으로 송출되고, 솔드와이어와 플럭스코어드와이어 두 종류가 있다.Special welding includes CO2 welding (Flux Cored Arc Welding: FCAW) and TIG welding (Gas Tungsten Arc Welding: GTAW). CO2 welding is mainly used for mass welding of structures. Carbon dioxide plays a role in protecting the molten metal, automatic welding does not use solvents, has excellent welding strength, low welding costs, the wire is automatically sent out from the welder, and there are two types of solder wire and flux cored wire. There are different types.
TIG용접은 주로 배관용접이나 반도체 등의 고정밀 용접을 자동으로 수행하는데 사용되는 것으로서, Ar, He 등과 같은 불활성가스를 실드가스로 사용하면서 비소모성 전극인 텅스텐 전극봉과 모재 사이에서 발생시킨 아크열로 모재와 용가재를 용융시켜 접합하는 용접법으로서, 기계적 성질, 기밀성과 내열성이 우수하고, 연강, 스테인레스강, 알루미늄, 구리, 합금 등을 용접한다.TIG welding is mainly used to automatically perform high-precision welding of pipe welding or semiconductors. It uses inert gases such as Ar and He as shield gases and heats the base material with the arc heat generated between the tungsten electrode, which is a non-consumable electrode, and the base material. It is a welding method that joins by melting and filler metal. It has excellent mechanical properties, airtightness, and heat resistance, and can weld mild steel, stainless steel, aluminum, copper, and alloys.
LNG 저장탱크 소재로써 주로 사용되는 9% 니켈강을 사용한 TIG(Tungsten Inert Gas welding) 용접방식을 사용할 시, 9% 니켈강은 내부의 미세조직으로 잔류 오스테나이트를 다수 포함하고 있어서 이 조직들이 기계가공이나 기계적 마찰, 충격 등 외력에, 잔류 오스테나이트가 마르텐사이트 변태를 하고 자성을 띄게 된다.When using the TIG (Tungsten Inert Gas welding) welding method using 9% nickel steel, which is mainly used as a material for LNG storage tanks, 9% nickel steel contains a large amount of residual austenite as an internal microstructure, so this structure is difficult to process or mechanically process. Due to external forces such as friction and impact, the retained austenite transforms into martensite and becomes magnetic.
9% 니켈강이 낮은 열팽창성과 열확산성을 가지며 내식성이 우수하기 때문에 LNG 연료 탱크의 소재로 각광받고 있으나, 높은 니켈 함유량으로 인해 자성에 매우 민감하고 이로 인해 특유의 자화현상이 발생하고 용접 시 아크의 직진성을 방해하여 기공, 균열과 같은 용접 결함을 야기하여, 용접 중에 불완전용융, 용참금속의 재질이 변하거나 기공, 슬래그섞임 등의 결함이 문제가 되어왔다. 9% nickel steel is in the spotlight as a material for LNG fuel tanks because it has low thermal expansion and thermal diffusivity and excellent corrosion resistance. However, due to the high nickel content, it is very sensitive to magnetism, which causes a unique magnetization phenomenon and causes the arc to go straight during welding. This causes welding defects such as pores and cracks, and defects such as incomplete melting, changes in the material of the welded metal, porosity, and slag mixing during welding have become problems.
종래기술로는 공개특허 제10-2011-0111928호(2011.10.12)를 참조할 수 있다.For prior art, refer to Patent Publication No. 10-2011-0111928 (October 12, 2011).
본 발명은 자화된 모재(니켈강)의 외부 자기장을 감지하는 자기센싱부를 용접부위와 근접하는 용접헤드의 끝단에 구비하여, 상기 모재에서 발생하는 자기장에 의해 발생하는 상기 자기센싱부의 거대 자기임피던스 효과로, 모재의 자화 정도를 모니터링하여 용접부위의 아크 쏠림을 방지할 수 있는 니켈강 용접용 용접장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention provides a magnetic sensing unit that detects the external magnetic field of a magnetized base material (nickel steel) at the end of a welding head close to the welding area, and due to the large magnetic impedance effect of the magnetic sensing unit generated by the magnetic field generated in the base material, The purpose is to provide a welding device for nickel steel welding that can prevent arc focus at the welding area by monitoring the degree of magnetization of the base material.
본 발명에 따른 니켈강 용접용 용접장치는 외부에서 인가되는 전원에 의해 모재와의 간극으로 아크를 발생시켜, 발생된 아크로 모재의 용접부위를 용접하는 용접헤드부; 상기 용접헤드부에 구비되고, 모재의 자화 정도를 감지하는 자기센싱부; 및 상기 자기센싱부와 전기적으로 연결되고, 상기 자기센싱부에서 감지한 모재의 자화 정도를 시각적으로 나타내는 출력부;를 포함하고, 상기 자기센싱부는 상기 용접헤드부의 끝단에 배치되어, 상기 모재의 자화 정도를 감지하는 자기센서를 포함하며, 상기 자기센서는 연자성체로 이루어진 스트립 형태의 코어와; 상기 코어의 외측에 감겨, 상기 코어의 임피던스를 감지하는 비결정성 코일;을 포함하여, 모재에 발생하는 자기장에 의해 상기 코어에 발생하는 거대 자기임피던스 효과로, 상기 모재의 자화 정도를 감지하되, 상기 코어에 자화된 외부금속이 근접하면 아래의 [수학식 4]와 같은 임피던스 변화량이 상기 비결정성 코일을 통해 외부금속 감지신호로 출력된다.
[수학식 4]
(여기서, 는 거대자기임피던스 효과의 크기이고, Z(H)는 외부 자기장 H가 인가될 때의 임피던스이며, 는 자기장 가 인가될 때의 임피던스이고, 는 시료방향으로 자기장을 인가하여 임피던스가 포화될 때의 자기장의 세기이다.)The welding device for welding nickel steel according to the present invention includes a welding head that generates an arc in the gap with the base material by an externally applied power source, and welds the welded portion of the base material with the generated arc; A magnetic sensing unit provided at the welding head and detecting the degree of magnetization of the base material; And an output unit electrically connected to the magnetic sensing unit and visually indicating the degree of magnetization of the base material detected by the magnetic sensing unit, wherein the magnetic sensing unit is disposed at an end of the welding head unit to magnetize the base metal. It includes a magnetic sensor that detects the degree, wherein the magnetic sensor includes a strip-shaped core made of a soft magnetic material; An amorphous coil wound around the outside of the core and detecting the impedance of the core; detecting the degree of magnetization of the base material by a giant magnetic impedance effect generated in the core by a magnetic field generated in the base material, When a magnetized external metal approaches the core, an impedance change as shown in [Equation 4] below is output as an external metal detection signal through the amorphous coil.
[Equation 4]
(here, is the magnitude of the giant magnetic impedance effect, Z(H) is the impedance when an external magnetic field H is applied, is the magnetic field is the impedance when applied, is the magnetic field strength when the impedance is saturated by applying a magnetic field in the direction of the sample.)
이때 본 발명에 따른 상기 자기센싱부는 상기 용접헤드부를 외면을 감싸 절연하는 절연패드와, 상기 자기센서를 상기 용접헤드부 중 해당 위치상에 위치하도록 고정하는 고정부재를 포함하는At this time, the magnetic sensing unit according to the present invention includes an insulating pad that surrounds and insulates the outer surface of the welding head unit, and a fixing member that fixes the magnetic sensor to be located at the corresponding position among the welding head unit.
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그리고 본 발명에 따른 상기 절연패드는 고무 재질로 이루어진 것이 바람직하다.And the insulating pad according to the present invention is preferably made of a rubber material.
또한, 본 발명에 따른 상기 고정부재는 상기 자기센서에 일측단이 연결되고, 상기 용접헤드부의 길이방향을 따라 간격을 유지하는 간격유지프레임과, 상기 간격유지프레임의 타측단과 연결되고, 상기 용접헤드부의 둘레를 감싸면서 체결되는 고정프레임을 포함한다.In addition, the fixing member according to the present invention has one end connected to the magnetic sensor, a gap maintenance frame that maintains a gap along the longitudinal direction of the welding head part, and the other end of the gap maintenance frame, and the welding head. It includes a fixed frame that is fastened while surrounding the circumference of the unit.
더불어 본 발명에 따른 상기 용접헤드부의 전극봉체는 텅스텐 재질로 이루어진 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the electrode body of the welding head portion according to the present invention is made of tungsten material.
본 발명에 따른 니켈강 용접용 용접장치에 의해 나타나는 효과는 다음과 같다.The effects exhibited by the welding device for welding nickel steel according to the present invention are as follows.
자화된 모재(니켈강)의 외부 자기장을 감지하는 자기센싱부를 용접부위와 근접하는 용접헤드의 끝단에 구비하여, 상기 모재에서 발생하는 자기장에 의해 발생하는 상기 자기센싱부의 거대 자기임피던스 효과로, 모재의 자화 정도를 모니터링하여 용접부위의 아크 쏠림을 방지할 수 있다. A magnetic sensing unit that detects the external magnetic field of the magnetized base material (nickel steel) is provided at the end of the welding head close to the welding area, and the magnetization of the base metal is achieved by the large magnetic impedance effect of the magnetic sensing unit generated by the magnetic field generated in the base material. By monitoring the degree, arc tilt at the welding area can be prevented.
또한, 자기장의 변화만을 감지하므로 피검사체의 흡습 정도나 포장재의 존재에 영향을 받지 않고, 자화된 모재를 감지하여 용접 중의 아크의 자화 정도를 모니터링 할 수 있다.In addition, since it only detects changes in the magnetic field, it is not affected by the degree of moisture absorption of the inspected object or the presence of packaging materials, and can monitor the degree of magnetization of the arc during welding by detecting the magnetized base material.
절연패드 및 고정부재를 이용하여 용접헤드와의 탈부착이 용이하고, 고정부재가 용접헤드와의 지름 차이가 크지 않아서 좁은 용접부의 용접 시에도 사용 가능하다. It is easy to attach and detach from the welding head using an insulating pad and a fixing member, and the fixing member does not have a large difference in diameter from the welding head, so it can be used even when welding narrow weld areas.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 니켈강 용접용 용접장치의 실시 상태를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기센서 및 출력부(웨이브디스플레이)의 실시 상태를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기센싱부를 보인 예시도이다.Figure 1 is an exemplary diagram showing an implementation of a welding device for welding nickel steel according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exemplary diagram showing the implementation state of a magnetic sensor and an output unit (wave display) according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an exemplary diagram showing a magnetic sensing unit according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor should appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. Based on the principle of definability, it must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent the entire technical idea of the present invention, so at the time of filing this application, they can be replaced by equivalent equivalents. It should be understood that variations may exist.
본 발명의 니켈강 용접용 용접장치는 TIG(Tungsten Inert Gas welding) 용접방식을 사용하는 것으로, NG 저장탱크 소재로써 주로 사용되는 9% 니켈강을 용접할 시, 9% 니켈강은 내부의 미세조직으로 잔류 오스테나이트를 다수 포함하고 있어서 이 조직들이 기계가공이나 기계적 마찰, 충격 등 외력에, 잔류 오스테나이트가 마르텐사이트 변태를 하고 자성을 띄게 된다. The welding device for nickel steel welding of the present invention uses the TIG (Tungsten Inert Gas welding) welding method. When welding 9% nickel steel, which is mainly used as a NG storage tank material, the 9% nickel steel has residual osteosteum due to its internal microstructure. Because it contains a large number of nites, these structures undergo external forces such as machining, mechanical friction, and impact, and the retained austenite undergoes martensite transformation and becomes magnetic.
이로 인해 특유의 자화현상이 발생하고 용접 시 아크의 직진성을 방해하여 기공, 균열과 같은 용접 결함을 야기한다.This causes a unique magnetization phenomenon and interferes with the straightness of the arc during welding, causing welding defects such as pores and cracks.
본 발명은 자화된 모재(니켈강)의 외부 자기장을 감지하는 자기센싱부를 용접부위와 근접하는 용접헤드의 끝단에 구비하여, 상기 모재에서 발생하는 자기장에 의해 발생하는 상기 자기센싱부의 거대 자기임피던스 효과로, 모재의 자화 정도를 모니터링하여 용접부위의 아크 쏠림을 방지할 수 있는 니켈강 용접용 용접장치에 관한 것으로, 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.The present invention provides a magnetic sensing unit that detects the external magnetic field of a magnetized base material (nickel steel) at the end of a welding head close to the welding area, and due to the large magnetic impedance effect of the magnetic sensing unit generated by the magnetic field generated in the base material, This relates to a welding device for nickel steel welding that can prevent arc focus at the welding area by monitoring the degree of magnetization of the base material. When examined with reference to the drawings, the present invention is as follows.
도 1 내지 도 3을 참조한 본 발명의 일 실시 예에 따른 니켈강 용접용 용접장치는 용접헤드부(100), 자기센싱부(200), 출력부(300)를 포함하는데, 먼저 상기 용접헤드부(100)는 통상의 용접헤드와 같이 전체적인 형상이 원주형을 이루고, 내부에는 직경이 작고 길이가 긴 원형 단면 형태의 전극봉체(101)를 구비한다.The welding device for welding nickel steel according to an embodiment of the present invention with reference to FIGS. 1 to 3 includes a
상기 전극봉체(101)는 모재(10) 측을 향하는 전극봉체(101)의 선단부에 원뿔 형태로 첨단부가 형성되어 아크의 집중성 및 저항성을 높이고, 상기 전극봉체(101)와 모재(10)가 각각의 전기적 전극이 되어 외부에서 인가되는 전원에 의해 상기 전극봉체(101)와 모재(10)의 사이에 아크가 발생하게 된다.The
상기 전극봉체(101)는 텅스텐 재질로 이루어져, 용접시 아크에 의한 고열로 첨단부의 끝부분이 쉽게 녹거나 변형되지 않도록 하고, 아크 내의 가스가 보다 원활하게 아크 외부로 배출될 수 있도록 하여 기포 발생에 의한 용접 불량을 해소하는데 그 특징이 있다.The
그리고 상기 용접헤드부(100)에는 자기센싱부(200)를 구비하는데, 상기 자기센싱부(200)는 모재(10) 중 용접부위의 자화 정도를 감지한다.And the
이때 상기 모재(10)는 9% 니켈강으로, 내부의 미세조직으로 잔류 오스테나이트를 다수 포함하고 있어서 이 조직들이 기계가공이나 기계적 마찰, 충격 등 외력에, 잔류 오스테나이트가 마르텐사이트 변태를 하고 자성을 띄게 된다. At this time, the
이렇게 발생한 자성으로 자화가 이루어진 9% 니켈강이 만들어낸 외부 직류 자기장이 연자성체로 만들어진 자기센싱부(200)에 영향을 주어 모재(10) 중 용접부위의 자화 정도를 감지할 수 있다. The external direct current magnetic field generated by the 9% nickel steel magnetized by the magnetism generated in this way affects the
여기서 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기센싱부(200)를 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.Here, a more detailed look at the
상기 자기센싱부(200)는 상기 용접헤드부(100)의 전극 끝단에 배치되어, 상기 모재(10)의 자화 정도를 감지하는 자기센서(210)와, 상기 용접헤드부(100)를 외면을 감싸 절연하는 절연패드(220)와, 상기 자기센서(210)를 상기 용접헤드부(100) 중 해당 위치상에 위치하도록 고정하는 고정부재(230)를 포함한다.The
이때 상기 자기센서(210)는 연자성체로 이루어진 스트립 형태의 코어(211)와, 상기 코어(211)의 외측에 감기어, 상기 코어(211)의 임피던스를 감지하는 비결정성 코일(212)를 포함한다.At this time, the
여기서 거대 자기임피던스 효과를 감지하기 위한 센서 재료로는 투자율이 높은 재료가 사용되며 외부 직류자기장에 의하여 투자율이 쉽게 변화될 수 있는 연자성체 재료가 사용되는 것이 바람직한데, 특히 도전율이 크며 두께가 얇은 비정질 합금 재료가 자기결정 이방성, 결정구조결함으로 인하여 우수한 연자석 성질을 가진다. Here, as a sensor material for detecting the giant magnetic impedance effect, a material with high magnetic permeability is used, and it is desirable to use a soft magnetic material whose permeability can be easily changed by an external direct current magnetic field. In particular, amorphous materials with high conductivity and thin thickness are used. The alloy material has excellent soft magnetic properties due to magnetocrystalline anisotropy and crystal structure defects.
비정질합금은 연자성 성질을 가지면서 기계적인 강도도 일반 금속과 같이 유지되는 특성을 가지고 있다. Amorphous alloys have soft magnetic properties and maintain mechanical strength like ordinary metals.
나노결정합금 재료도 거대자기임피던스 센서 재료로 높은 감도를 나타내는데, 이는 비정질금속결정성은 연자석 성질을 약화시키지만, 일부 10μm 이하의 나노결정성은 연자석 성질을 향상시키기 때문이다. Nanocrystal alloy materials also show high sensitivity as a giant magnetic impedance sensor material. This is because amorphous metal crystallinity weakens soft magnet properties, but some nanocrystals of 10 μm or less improve soft magnet properties.
이러한 연자성체 재료는 Fe-Si-B 합금계열에 Cu와 Nb를 소량 첨가하거나 일부 Fe 성분을 Co 또는 Ni과 치환하여 제조할 수 있다. These soft magnetic materials can be manufactured by adding a small amount of Cu and Nb to the Fe-Si-B alloy series or by replacing some Fe components with Co or Ni.
따라서 본 발명에서는 상기 코어(10)의 재질을 (FeCo)SiB 연자성체 재료를 사용한다.Therefore, in the present invention, (FeCo)SiB soft magnetic material is used as the material of the
그리고 거대 자기임피던스 효과는 얇고 가는 형태의 연자성체에 직류 전류가 흐를 경우에는 연자성체 단면에 균일한 전류밀도를 형성하지만, 교류 전류가 흐를 경우에는 도체의 표면에만 전류가 흘러 불균일한 전류밀도가 형성되고 이로 인해 연자성체의 임피던스가 변화된다.And the giant magnetic impedance effect is that when a direct current flows through a thin and slender soft magnetic material, a uniform current density is formed across the cross section of the soft magnetic material, but when an alternating current flows, the current flows only on the surface of the conductor, forming an uneven current density. This changes the impedance of the soft magnetic material.
연자성체에 교류 전류가 흐를 때 외부 직류 자기장이 인가되면 외부 자기장의 변화하는 크기에 따라 임피던스가 변화하는 것을 이용하는 것을 자기임피던스 효과라 한다. When an external direct current magnetic field is applied when an alternating current flows through a soft magnetic material, the impedance changes according to the changing size of the external magnetic field, which is called the magnetic impedance effect.
이때 도체에 인가되는 주파수가 높을수록 표피효과가 커지므로 높은 주파수에서 자기임피던스 효과가 커지며, 자기임피던스 효과의 크기는 임피던스 Z의 변화량의 크기인 
거대자기임피던스 효과란 연자성체의 축방향의 직류 자기장에 따라 연자성체의 전기적인 임피던스가 더욱 크게 변화하는 현상이다.The giant magnetic impedance effect is a phenomenon in which the electrical impedance of a soft magnetic material changes more significantly depending on the direct current magnetic field in the axial direction of the soft magnetic material.
이러한 연자성 도체가 고주파 교류 전류로 구동될 때 외부의 미약한 자기장에 대하여 연자성체의 임피던스가 크게 변화하는 것은 직류 자기장에 의한 횡방향의 투자율이 변화하는 것과 표피효과에 의하여 전류가 흐르는 단면이 변화되는 것에 기인한다. When such a soft magnetic conductor is driven with a high-frequency alternating current, the impedance of the soft magnetic material changes significantly in response to a weak external magnetic field. This is due to a change in the lateral permeability due to the direct current magnetic field and a change in the cross section through which the current flows due to the skin effect. It is due to becoming.
연자성체가 실린더 형태일 경우의 전기적 임피던스 Z는 아래 [수학식 1]과 같이, 직육면체 리본형태일 형태일 경우는 아래 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.When the soft magnetic material is in the form of a cylinder, the electrical impedance Z can be expressed as [Equation 1] below, and when the soft magnetic material is in the form of a rectangular ribbon, it can be expressed as [Equation 2] below.
여기서, R은 직류저항이고, X는 리액턴스 
표피효과에 의한 전류투과깊이 δ는 아래의 [수학식 3]으로 나타낸다.The current penetration depth δ due to the skin effect is expressed as [Equation 3] below.
여기서, δ는 전기전도도이고, f는 인가되는 교류 주파수이며, 
즉, 주파수나 투자율이 커지면 전류투과깊이인 δ가 작아져 표피에만 전류가 흘러 임피던스가 커지게 된다. In other words, as the frequency or permeability increases, the current penetration depth, δ, decreases and the current flows only to the skin, increasing the impedance.
연자성체에서는 표피효과로 인한 전류투과깊이 δ는 비선형으로 변화하므로 실험적으로 산출하며, 이렇게 측정된 임피던스를 사용하여 거대자기임피던스 효과를 평가하는 
여기서, Z(H)는 외부 자기장 H가 인가될 때의 임피던스를, 
따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기센서는 자화된 금속이 센서에 근접하면 [수학식 3]과 같이 표피효과에 의해 전류의 침투깊이가 달라지고, 이는 [수학식 2]에 나타낸 것과 같이 센서의 임피던스를 변화시킨다. Therefore, in the magnetic sensor according to an embodiment of the present invention, when a magnetized metal approaches the sensor, the penetration depth of the current changes due to the skin effect as shown in [Equation 3], which changes the sensor as shown in [Equation 2]. Changes the impedance of
즉 자화된 외부금속이 근접하면 [수학식 4]와 같은 임피던스 변화량이 외부금속 감지신호로 출력된다.That is, when a magnetized external metal approaches, an impedance change equivalent to [Equation 4] is output as an external metal detection signal.
따라서 상기 자기센싱부(200)는 상기 모재(10)에 발생하는 자기장에 반응하여 상기 코어(211)에 발생하는 거대 자기임피던스 효과를 코일(212)에서 감지하여, 상기 모재(10)의 자화 정도를 감지할 수 있다.Therefore, the
그리고 상기 용접헤드부(100)를 외면을 감싸 절연하는 상기 절연패드(220)는 전기적 저항이 높은 고무 재질로 이루어진 것이 바람직하다.In addition, the
상기 고정부재(230)는 간격유지프레임(231)와 고정프레임(232)를 포함하는데, 상기 간격유지프레임(231)은 상기 용접헤드부(100)의 길이방향을 따라 길이를 갖는 로드 형태로, 상기 자기센서(210)에 일측단이 연결되고, 상기 용접헤드부(100)의 길이방향을 따라 간격을 유지한다.The fixing
이때 상기 간격유지프레임(231)의 타측단은 상기 용접헤드부(100)의 둘레를 향해 90°각도로 절곡 형성되면서, 상기 용접헤드부(100)의 둘레에 지지되어, 상기 자기센서(210)가 상기 용접헤드부(100)와 일정한 거리로 이격되도록 한다. At this time, the other end of the
상기 고정프레임(232)은 일측이 절단된 링 형태로, 상기 간격유지프레임(231)의 타측과 연결되고, 상기 용접헤드부(100)의 둘레에서 절단된 단부가 서로 체결된다.The fixing
이때 상기 고정프레임(232)의 절단된 단부를 체결하는 체결수단으로는 볼트와 너트를 사용하나 이에 한정하지 않는다. At this time, bolts and nuts are used as fastening means for fastening the cut ends of the fixed
따라서 상기 고정프레임(232)의 절단된 단부가 체결됨에 따라 상기 간격유지프레임(231)의 타측단이 상기 용접헤드부(100)의 둘레에 지지된 상태가 유지되어, 상기 자기센서(210)는 상기한 고정부재(230)에 의해 상기 용접헤드부(100) 중 해당 위치상에 고정된다.Therefore, as the cut end of the fixing
그리고 상기 출력부(300)는 상기 자기센싱부(200)와 전기적으로 연결되고, 상기 자기센싱부(200)에서 감지한 모재(10)의 자화 정도를 시각적으로 나타낸다.And the
이때 상기 출력부(300)는 상기 모재(10)의 자화 정도를 파형으로 나타내는 웨이브디스플레이로 구비하여, 사용자가 쉽게 상기 모재(10)의 자화 정도를 판별할 수 있도록 한다.At this time, the
그러므로 자화된 모재(니켈강)의 외부 자기장을 감지하는 자기센싱부를 용접부위와 근접하는 용접헤드의 끝단에 구비하여, 상기 모재에서 발생하는 자기장에 의해 발생하는 상기 자기센싱부의 거대 자기임피던스 효과로, 모재의 자화 정도를 모니터링하여 용접부위의 아크 쏠림을 방지할 수 있다.Therefore, a magnetic sensing unit that detects the external magnetic field of the magnetized base material (nickel steel) is provided at the end of the welding head close to the welding area, and the large magnetic impedance effect of the magnetic sensing unit generated by the magnetic field generated in the base material causes the base material to be By monitoring the degree of magnetization, you can prevent arc tilt at the welding area.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.
10: 모재
100: 용접헤드부
101: 전극봉체
200: 자기센싱부
210: 자기센서
211: 코어
212: 코일
220: 절연패드
230: 고정부재
231: 간격유지프레임
232: 고정프레임
300: 출력부(웨이브디스플레이)10: Base material
100: Welding head part
101: electrode body
200: Magnetic sensing unit
210: Magnetic sensor
211: core
212: coil
220: insulation pad
230: Fixing member
231: Spacing maintenance frame
232: Fixed frame
300: Output unit (wave display)
Claims (7)
상기 용접헤드부에 구비되고, 모재의 자화 정도를 감지하는 자기센싱부; 및
상기 자기센싱부와 전기적으로 연결되고, 상기 자기센싱부에서 감지한 모재의 자화 정도를 시각적으로 나타내는 출력부;를 포함하고,
상기 자기센싱부는 상기 용접헤드부의 끝단에 배치되어, 상기 모재의 자화 정도를 감지하는 자기센서를 포함하며,
상기 자기센서는
연자성체로 이루어진 스트립 형태의 코어와;
상기 코어의 외측에 감겨, 상기 코어의 임피던스를 감지하는 비결정성 코일;을 포함하여,
모재에 발생하는 자기장에 의해 상기 코어에 발생하는 거대 자기임피던스 효과로, 상기 모재의 자화 정도를 감지하되,
상기 코어에 자화된 외부금속이 근접하면 아래의 [수학식 4]와 같은 임피던스 변화량이 상기 비결정성 코일을 통해 외부금속 감지신호로 출력되는 니켈강 용접용 용접장치.
[수학식 4]
(여기서, 는 거대자기임피던스 효과의 크기이고, Z(H)는 외부 자기장 H가 인가될 때의 임피던스이며, 는 자기장 가 인가될 때의 임피던스이고, 는 시료방향으로 자기장을 인가하여 임피던스가 포화될 때의 자기장의 세기이다.)
A welding head unit that generates an arc in the gap with the base material by an externally applied power source, and welds the welded portion of the base material with the generated arc;
A magnetic sensing unit provided at the welding head and detecting the degree of magnetization of the base material; and
An output unit electrically connected to the magnetic sensing unit and visually indicating the degree of magnetization of the base material detected by the magnetic sensing unit,
The magnetic sensing unit is disposed at an end of the welding head unit and includes a magnetic sensor that detects the degree of magnetization of the base material,
The magnetic sensor is
A strip-shaped core made of a soft magnetic material;
Including an amorphous coil wound around the outside of the core and detecting the impedance of the core.
The degree of magnetization of the base material is detected by the giant magnetic impedance effect generated in the core by the magnetic field generated in the base material,
A welding device for nickel steel welding in which, when a magnetized external metal approaches the core, an impedance change as shown in [Equation 4] below is output as an external metal detection signal through the amorphous coil.
[Equation 4]
(here, is the magnitude of the giant magnetic impedance effect, Z(H) is the impedance when an external magnetic field H is applied, is the magnetic field is the impedance when applied, is the magnetic field strength when the impedance is saturated by applying a magnetic field in the direction of the sample.)
상기 자기센싱부는
상기 용접헤드부를 외면을 감싸 절연하는 절연패드와;
상기 자기센서를 상기 용접헤드부 중 해당 위치상에 위치하도록 고정하는 고정부재를 포함하는 니켈강 용접용 용접장치.
In claim 1,
The magnetic sensing unit
an insulating pad that surrounds and insulates the outer surface of the welding head;
A welding device for welding nickel steel including a fixing member that fixes the magnetic sensor to be located at a corresponding position among the welding head parts.
상기 절연패드는
고무 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 니켈강 용접용 용접장치.
In claim 2,
The insulation pad is
A welding device for welding nickel steel, characterized in that it is made of a rubber material.
상기 고정부재는
상기 자기센서에 일측단이 연결되고, 상기 용접헤드부의 길이방향을 따라 간격을 유지하는 간격유지프레임과;
상기 간격유지프레임의 타측단과 연결되고, 상기 용접헤드부의 둘레를 감싸면서 체결되는 고정프레임;을 포함하는 니켈강 용접용 용접장치.
In claim 2,
The fixing member is
a gap maintenance frame connected at one end to the magnetic sensor and maintaining a gap along the longitudinal direction of the welding head;
A welding device for welding nickel steel, comprising: a fixed frame connected to the other end of the gap maintenance frame and fastened while surrounding the circumference of the welding head portion.
상기 용접헤드부의 전극봉체는
텅스텐 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 니켈강 용접용 용접장치.In claim 1,
The electrode body of the welding head part is
A welding device for welding nickel steel, characterized in that it is made of tungsten material.
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| KR1020220051424A KR102627135B1 (en) | 2022-04-26 | 2022-04-26 | Welding equipment for welding nickel steel |
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|---|---|---|---|---|
| JPH0732146A (en) * | 1993-07-15 | 1995-02-03 | Toyota Motor Corp | Method and device for detecting arc blow in arc welding |
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| Date | Code | Title | Description |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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