KR19980702501A - 단극 펄스 용접량 제어 및 확인 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단극 펄스 용접 공정중 파라메터를 측정하여 용접-품질을 제어하고 확인하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 제조된 용접의 용접-품질과 관련된 공정중 하나 이상의 파라메터를 측정함을 포함하여, 단극 펄스 용접시 용접-품질 관리 시스템에서 실시간 용접-품질 관리를 위한 방법(102)을 기술하였다. 또한, 이 방법은, 후공정 용접-품질 확인 파라메터로서 사용될 수 있는 공정중 하나 이상의 파라메터를 확인하고 (106) 단극 펄스 용접 공정후, 후공정 용접-품질 확인 파라메터를 사용하여 (108) 용접-품질을 확인하는 것을 포함하여, 단극 펄스 용접시 후공정 용접-품질을 확인하기 위해 기술하였다.

Description

단극 펄스 용접량 제어 및 확인 방법

단극 펄스 용접(HPW, homopolar pulse welding)은 단조 온도로 두 성분 사이의 접촉면을 급속한 저항열로 단극 발생기(HPG, homopolar generator)에 의해 생긴 고전류, 저전압 펄스를 이용한다. 이때 접촉면에 단접을 수행하기 위해 부품에 힘을 가하는데, 펄스 개시로부터 용접을 완결시키는데 단지 수 초만이 요구된다. 이 속도 때문에, HPW는 여러 길이의 파이프가 단부 대 단부로 함께 결합되는 파이프라인 구조로 관심을 끄는 분야이다. 이는 특히 J-레이(lay) 기술을 포함하는 심수해저 파이프라인 구조 기술에 적용하기에 큰 잠재성을 같는다. 이는 적합한 기계적 특성이 용접 부위에서 신뢰성이 있고 빠르게 달성해야만하는 용접 파이프라인에서는 필수적이다. 공정중 어떠한 파라메터가 과거에 스폿 용접과 같은 전기저항 용접 공정에서 용접-품질을 관리하고 확인하는데 사용되어 왔지만, 지금까지 이들이 단극펄스 용접에서 성공적으로 시도되지 못했었다.

본 원은 1995년 2월 24일에 출원된 동시 계류중인 미합중국 특허원 제08/393,988호의 일부 연속 출원이다. 상기 참조된 개시의 전문은 특히 포기(disclaimer)없이 본 원에서 참조로 인용하였다.

본 발명은 일반적으로 용접 및 용접 장치 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 단극 펄스 용접 작업에서 용접 품질의 공정 제어 및 평가 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명을 나타내는 공정 단계(102, 104, 106 및 108)를 포함하는 공정(100)의 흐름도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 공정 단계(202, 204 및 206)를 포함하는 공정(200)의 흐름도.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 공정 단계(302, 304, 306 및 308)를 포함하는 공정 300의 흐름도.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 공정 단계(402, 404 및 406)를 포함하는 공정(400)의 흐름도.

도 5는 6회의 상이한 용접 시험, 시험 번호(4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6 및 4.8)에 대한 변위 특성을 비교하는 다이어드램.

도 6은 추정 작업편 전압을 측정하기 위해 사용되는 전압 탐사침의 물리적 위치를 포함한 작업편 셋업을 도시하는 도면.

도 7은 연속 파이프 시험 SP6.5에 대한 전류와 작업편 전압의 도면.

도 8은 연속 파이프 SP6.5에 대해 접촉면 전력 및 저항 곡선의 도면.

도 9는 연속 파이프 SP6.5에 대한 접촉면 저항 대 전압 곡선의 도면.

도 10은 연속 파이프 시험 SP6.5에 대한 온도 및 변위 곡선의 도면.

도 11은 일정한 로드 시험(NSF 4.2)에 대한 시험 전류 및 작업편 전압의 도면.

도 12는 일정한 로드 시험에 대한 온도 및 변위 곡선을 도시하는 도면.

도 13은 업셋 용접 시험(NSF 4.3 내지 4.8)에 대한 각종 전류의 비교를 도시하는 도면.

도 14는 업셋 용접 시험(NSF 4.3 내지 4.8)에 대한 변위의 비교를 도시하는 도면.

도 15는 업셋 용접 시험(NSF 4.3 내지 4.8)에 대한 작업편 로드의 비교를 도시하는 도면.

도 16은 변화되는 입력 파라메터로서 방전 속도의 증가에 따른 일련의 5개 업셋 용접(시험 4.3 내지 4.8)에 대한 인장 시험 데이터를 도시하는 도면.

도 17은 변화되는 입력 파라메터로서 방전 속도의 증가에 따른 일련의 5개 업셋 용접(시험 4.3 내지 4.8)에 대한 방출 속도 및 인장 강도를 도시하는 도면.

도 18은 변화되는 입력 파라메터로서 방출 속도의 증가에 따른 업셋 시험 용접부(4.3 내지 4.8)에 대한 피크 전류와 인장 강도를 도시하는 도면.

도 19는 변화되는 입력 파라메터로서 방출 속도의 증가에 따른 업셋 용접 시험부(4.3 내지 4.8)에 대한 접촉면 전력 및 인장 강도를 도시하는 도면.

도 20은 변화되는 입력 파라메터로서 방출 속도 증가에 따른 일련의 5개 용접 시험부(시험 4.3 내지 4.8)에 대한 벌크 전력 및 인장 강도를 도시하는 도면.

도 21은 변화 입력 파라메터로서 방출 속도의 증가에 따른 일련의 5개 용접 시험부(시험 4.3 내지 4.8)에 대한 접촉면 및 벌크 전력과 인장 강도를 도시하는 도면.

도 22A 내지 도 22D는 변화되는 입력 파라메터로서 방출 속도의 증가에 따른 일련의 5개 업셋 용접부(시험 4.3 내지 4.8)에 대한 접촉면 에너지 및 인장 강도, 벌크 에너지 및 인장 강도, 접촉면 에너지 및 벌크 에너지와 인장 강도 및, 접촉면 에너지와 벌크 에너지의 합과 인장 강도를 도시하는 도면.

도 23은 변화되는 입력 파라메터로서 방출 속도의 증가에 따른 일련의 5개 업셋 용접부(시험 4.3 내지 4.8)에 대한 백-오프 변위 및 인장 강도를 도시하는 도면.

도 24는 변화되는 입력 파라메터로서 방출 속도의 증가에 따른 일련의 5개 용접 시험부(시험 4.3 내지 4.8)에 대한 최종 변위 및 인장 강도를 도시하는 도면.

도 25A 내지 도 25D는 일련의 4개 업셋 용접부에 대한 벌크 에너지 및 인장 강도, 접촉면 에너지 및 벌크 에너지와 인장 강도, 인장 강도 및 백-오프 변위 및, 인장 강도 및 최종 변위를 도시하는 도면.

도 26은 NSF 4.21의 일정한 로드 전압 기울기 시험으로부터 원전압 출력을 도시하는 도면.

도 27은 SP 10.1의 연속 파이프 시험에 대한 유도된 에너지 기울기를 도시하는 도면.

도 28은 NSF 4.21의 일정한 로드 시험에 대해 유도된 에너지 기울기를 도시하는 도면.

본 발명은 용접 품질을 모니터링하고 관리할 수 있으며, 이러한 품질을 후-용접 품질 확인에 의해 확인될 수 있다는 것을 설명한다. 광범위한 양태의 본 발명은, 단극 펄스 용접에서 용접-품질을 공정중 파라메터를 이용하여 제어하고 변화시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공한다. 더욱 구체적으로, 본 발명은, 단극 펄스용접 공정에서 자동 제어기가 소량 세트(set)의 측정 파라메터를 조사하고, 이들 측정 파라메타를 기준으로 하여 용접-품질을 확실하도록 조정하고, 경우에 따라, 최종 용접의 품질을 확인하는 것을 가능하게 한다.

단극 펄스 용접의 제조된 용접-품질과 상호 관련하는 공정중 파라메터를 결정하기 위해, 단극 발생기-기재 용접 시스템은, 이의 성능을 간단한 수학적 모형으로 예측할 수 있도록 초기에 특성화 시킬 수 있다. 이러한 특성화는, 존재하는 재료 및 기하 구조 뿐만 아니라 신규한 재료 및 기하 구조에 대한 용접-품질과 상호 관련하는 용접 파라메터를 신속히 확인하기 위한 방법론을 허용한다. 시스템의 이러한 특정화 후, 의존성의 용접-품질의 척도를 정량화하기 위해 제어된 용접 시험 도중 다양한 파라메터를 측정하고 평가할 수 있다. 공정중 이들의 용접-품질의 척도는 단극 용접 시스템에 대해 실시간 품질 보증 시스템의 기준을 설정할 수 있다. 또한, 이들 파라메터는 공정을 완료시킨 후 용접-품질을 확인하기 위해 사용할 수 있다.

본 발명자들은 단극 용접 시스템이 용접-품질의 공정중 모니터링과, 후-공정 용접-품질의 후공정 확인에 사용됨을 밝혀냈다. 본 발명은 단극 용접 시스템의 특성화, 용접 품질을 나타내는 파라메터의 확인 및 이들 파라메터를 다음 두 개의 명확한 그룹, 즉 (1) 실시간 용접-품질 관리 그룹 및 (2) 용접-품질 확인 그룹의 분리를 허용한다.

실시간 용접-품질 관리 그룹의 목적은 피드백 제어를 위한 용접 공정 도중 측정된 파라메터를 사용하여 고품질 용접이 제조되는 것을 확실하게 하는데 있다. 이러한 제어 그룹을 위한 본 발명에서 확인되는 한가지 측정가능한 파라메터는 백-오프 변위이다. 백-오프 변위는 전류 펄스에 기인하는 접촉면의 초기 가열중 작업편에 의해 받는 열팽창이다. 이것은 또한 용접 접촉면에 대한 에너지의 측정이다. 용접 접촉면은 단극 용접 시스템을 사용하여 함께 용접되는 두 작업편 사이의 접촉면이다.

백-오프 변위의 중요한 부분은 작업편에 대해 일정하거나 제어된 로드(load)를 유지시킴으로써 열팽창을 발생시키는 서보-밸브(servo-valve) 제어 유압 시스템이다. 제어된 로드에 의해, 이는 , 두 파이프 단부 사이의 접촉을 유지하는 축방향 힘이 로드 셀에 의해 적극적으로 측정되고 유압 서보-밸브, 피드백 루프(feedback loop)에 의해 시간내에 예정된 곡선을 따라 이루어지는 것을 의미한다. 유압 시스템은 용접되는 작업편 사이의 용접 접촉면에 축방향 로드를 제공한다. 이것은 백-오프 변위량과 단극 펄스 용접에 의해 제조된 용접의 인장강도 사이의 직접적인 상호관계가 존재한다는 것이 다양한 연구에 의해 확인되고 있다. 강력한 용접을 발생시키는 백-오프 변위값은 실제 작업편 용접에 앞서 샘플 작업편의 제어시험에서 경험적으로 측정할 수 있다. 다음에, 용접 공정중 백-오프 변위를 모니터링하고, 백-오프 변위를 다시 제어 시스템으로 공급하고, 작업편 및 용접 접촉면에 대한 에너지를 제어하면서, 최종 용접 품질을 실시간내에 제어할 수 있다. 작업편 및 용접 접촉면에 대한 에너지는, 용접공정 도중 작업편에 대한 전류를 제어하고/하거나 용접공정 도중 작업편의 저항을 제어함을 포함하는 각종 방법으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 작업편에 대한 전류는 단극 발생기의 전압을 조정하여 제어할 수 있고, 작업편의 저항은 용접 접촉면에서 작업편에 대한 축방향 로드를 조정(예를 들어: 축방향 로드를 증가시킴은 용접 접촉면에서 저항을 감소시킴)하여 제어할 수 있다. 추가의 예로서, 하나의 잠재적인 적용으로서, 입력 제어 파라메터로서 단극 발생기에 대한 계자 전류, 그리고 피드백 제어 파라메터로서 백-오프 변위를 사용하여, 용접-품질이 실시간내에 제어되고 확실하게 할 수 있다. 또한, 이 이외에 작업편에 대한 축방향 로드가 입력 제어 파라메터로서 사용될 수 있다.

실시간의 용접-품질 제어 그룹과는 별도로, 용접-품질 확인 그룹의 목적은 용접 공정 도중 측정된 파라메터를 사용하여 고품질 용접이 달성된 것을 확인한다. 이러한 그룹으로 확인된 측정가능한 두 파라메터는 작업편에의 벌크 에너지 및 작업편의 단조 변위이다. 벌크 에너지는 작업편내에 침착된 전기 에너지이며, 이는 작업편을 통한 전류와 작업편을 가로지르는 전압강하 모두를 측정한 다움, 전력(전류×전압)을 총합하여 결정된다. 임계 상호관계는 단극 펄스용접에 의해 제조된 용접의 벌크 에너지와 인장 강도 사이에서 경험적으로 밝혀졌다. 이것은 작업편내의 벌크에너지가 소정량의 임계(및 적합한 단조 변위가 발생)에 도달하는 경우, 강한 용접이 확실하다는 것을 나타낸다. 단조 변위는 또한 임계값 상호관계 파라메터이며 단극 펄스 용접 공정 도중 적용되는 단조 로드에 기인하여 작업편의 변위를 나타낸다. 백-오프 변위를 사용함으로써, 벌크 에너지 및 단조 변위 모두에 대한 강한 용접과 상호 관련하는 값은 실제 작업편 용접 전에 제어 연구에 의해 측정할 수 있다.

단조중 변위 곡선의 기울기는 용접 품질을 나타내는 것으로 결정되어 왔다. 일반적으로, 이는 단조중 이동량이 높게 되는 것이 바람직하다. 높은 이동량 또는 변위 곡선에서의 단계 기울기는 용접 부위의 충분한 열 또는 에너지 침착을 나타낸다. 용접 부위에서의 불충분한 가열은 감소된 이동량과 최종 단조 간격을 초래할 것이다. 용접 부위 재료가 가열로부터 충분히 연화되어 단조 변위중 파이프 이동을 눈에 띄게 수행하지 않을 때에 변위량(또는 변위 곡선의 기울기)은 충분한 것으로 알려져 있다.

그러므로, 세 개의 측정가능한 다음 파라메터를 특히 우수한 용접-품질 척도로서 확인되었다 : (1) 접촉면 부근에서 작업편의 벌크 재료에 침착된 전기적 에너지; (2) 접촉면에서 급격한 온도상승에 기인한 작업편의 열팽창(즉, 백-오프 변위) 및 (3) 작업편의 단조에 기인한 변위, 벌크 에너지 침착 및 단조 변위는 후-공정 비파괴적인 용접 품질을 평가하기에 적합한 것으로 밝혀졌다. 백-오프 변위는 업셋 전에 변위를 완전히 평가할 수 있기 때문에 용접-품질의 실제-시간 품질 관리에 매우 적합하다는 것이 밝혀졌다.

어떠한 양태에 있어서, 상이한 용접시험에 대한 백-오프 변위를 비교할 수 있다. 백-오프 변위는 단조시간 전에 각 시험-라인에 대해 최저점 0에 대한 변위를 측정하여 결정한다. 각각의 이러한 시험에 대한 단조 변위는 단조 시간 동안 및 그후에 각 시험-라인에 대해 최저점 0에 대한 변위를 측정하여 결정한다.

그러므로, 본 발명은 단극 펄스 용접을 위한 용접-품질 관리 시스템에서 사용되는 공정중 용접-품질을 제어하는 방법 및 후-공정중 용접-품질을 확인하는 방법을 제공한다. 본 발명은 상이한 작업편 재료 및 기하 구조에 대한 파라메터는 각 분리된 작업편의 재료 및 결합 구조에 대해 경험적으로 측정할 수 있다. 일반화된 바람직한 파라메터 크기를 적용할 수 없지만, 일반적인 크기의 결핍은 피이드백 제어를 도입시킨 다른 용접 공정에는 전형적이다.

일반적인 양태에서, 시스템은 단극 발생기, 용접 접촉면을 통한 전류를 제공하기 위해 용접되어 전기적인 접촉물이 되는 작업편을 유지하기 위한 유압 단조 프레스 및 단극 용접 공정 도중 용접-품질을 관리하기 위한 공정중 측정된 파라메터를 사용하기 위한 제어 시스템을 포함한다. 이 시스템은 또한 단극 용접 공정후 용접-품질을 확인하기 위해 공정중 측정된 파라메터 값을 사용하기 확인 변화 시스템을 포함할 수 있다.

또 다른 일반적인 양태에서, 본 발명은 단극 용접 시스템을 특성화시키고, 제어된 용접 시험을 수행하여 제조되는 용접의 품질과 상호 관련하는 공정중 하나 이상의 파라메터를 결정하는 것을 포함하며, 단극 용접을 위한 용접-품질 관리 시스템에서 실시간 용접-품질을 관리하기 위한 방법을 제공한다. 이 시험은 실제-시간 용접-품질 관리 파라메터로서 사용될 수 있는 공정중 하나 이상의 파라메터를 확인한다. 단극 펄스 용접 공정중 용접-품질을 관리하기 위해 각 이러한 실시간 용접-품질 관리는 공정중 측정된 파라메터로서 사용될 수 있다. 이것은 용접-품질을 보장하게 하기 위해 공정중 파라메터의 조합을 사용하는 것이 바람직할 수 있는 것으로 인식될 것이다.

보다 상세한 양태에서, 본 발명은, 단극 펄스 용접 공정 도중 백-오프 변위를 측정함에 따라 소요의 용접-품질과 상호 관련하는 소요 수준의 백-오프 변위를 측정하는 것을 포함하는, 단극 펄스 용접에 대해 실제-시간 용접-품질을 제어하기 위한 시스템을 제공한다. 백-오프 변위가 실질적으로 소요 수준의 백-오프 변위와 동일하거나 상응하도록 하기 위해 이 측정된 백-오프 변위를 제어 시스템에 공급하여 용접되는 작업편에 대한 에너지를 제어한다. 이 소요 수준의 백-오프 변위가, 경우에 따라, 수준의 범위일 수 있는 것으로 이해된다.

여전히 추가의 양태에 있어서, 본 발명은, 단극 펄스 용접시 후-공정 용접-품질을 확인하는 시스템을 제공한다. 본 발명은 최종 용접의 용접-품질과 관련하는 공정중 하나 이상의 파라메터를 측정하기 위해 단극 용접시스템을 특성화 시키고 제어된 용접 시험을 수행하는 것을 포함한다. 이때, 공정중 각 이러한 파라메터는 후-공정 용접-품질 확인 파라메터로서 사용될 수 있다. 또한, 용접 공정에 의해 제조된 용접-품질을 확인하기 위해 하나 이상의 이러한 후-공정 용접 품질 확인 파라메터를 전형적으로 공정중 측정된 파라메터로서 사용한다.

보다 상세한 양태에서, 본 발명은, 소요 수준의 벌크 에너지 침착 및 소요되는 단조 변위가 소요되는 용접-품질과 상호 관련하여 결정되는, 단극 펄스 용접에 대해 후-공정 용접-품질을 변화시키는 방법을 제공한다. 용접 도중 벌크 에너지 침착과 단조 변위를 측정한다. 이어서, 측정된 벌크 에너지 침착과 측정된 단조 변위를 소요 수준의 벌크 에너지 침착과 소요되는 단조 변위와 단순히 비교하여 용접-품질을 확인할 수 있다.

다음 도면은 본 명세서의 일부를 형성하며, 본 발명의 어떠한 양태를 추가로 설명하는 것을 포함한다. 본 발명은 본 발명에서 나타낸 특정 실시예의 상세한 설명과 결합하여 하나 이상의 이들 도면을 참조로 하여 보다 더 이해할 수 있다.

본 발명은 단극 용접 공정 뿐만 아니라 단극 용접의 품질을 비파괴적으로 시험하기 위한 기준을 특성화시키는데 사용되는 파라메터에 관한 것이다. 특성화 시험은 기준라인 공정 파라메터를 개선시키는 3단계 접근법을 포함한다. 이러한 3단계 접근법은 연속 파이프에 대한 시험, 일정한 로드에 파이프 대 파이프 접촉면을 사용한 시험 및 업셋 용접 시험을 포함한다.

일반적인 관점에서, 본 발명은 용접 품질을 비파괴적으로 평가하는데 사용되며, 또한 실제-시간 품질 보증 방법으로서 사용될 수 있는 데이터를 얻는 단극 용접 공정을 특성화 시킨다. 용접 역학이 주로 용접 접촉면에서 발생하기 때문에, 어떠한 파라메터는 이러한 역학을 분리시키는 것과 관련된다. 본 발명 도중에, 중요한 파라메터는 두 방법으로, 즉 (가) 접촉면을 완전하게 제거하여 단일연속 파이프를 사용하여 시험을 수행하고, (나) 두개 파이프 및 전형적인 용접과 똑 같은 접촉면을 사용하지만, 업셋 로드를 전달하고 전류 펄스의 지속시간에 걸쳐 일정한 로드를 유지시킴으로써 나누어진다. 이때, 이러한 두 시험 결과를 각 시험에서 단지 하나의 입력 파라메터만이 변하는 일련의 용접 시험과 비교한다(참조 : 표 1). 이러한 방법에서, 접촉면의 역학적 응답을 분리하고 시험하여, 우수한 용접이 달성되었는지 정량적인 척도를 나타낸다.

[표 1]

도 1에 따라, 공정(100)의 흐름도는 단극 용접 시스템(102)를 특정화시키고, 제어된 용접 시험을 수행하여 품질 파라메터(104)를 측정하고, 실시간 용접 품질 파라메터(106)을 확인하며, 단극 펄스 용접 공정(108) 도중 이러한 실시간 용접 품질 파라메터를 사용하여 용접 품질을 관리하는 공정 단계를 포함한다.

도 2는 소요되는 용접 품질(202)과 관련되는 백-오프 변위의 소요 수준을 결정하고, 단극 펄스 용접 공정(204) 도중 백-오프 변위를 측정하며, 측정된 백-오프 변위를 제어 시스템에 공급하여 작업편(206)에 대한 에너지를 제어하는 공정 단계를 포함하여 공정(200)의 흐름도이다.

도 3은 용접 시스템(302)를 특성화시키고, 제어된 용접 시험을 수행하여 용접 품질 파라메터(304)를 측정하고, 후-공정 용접 품질 확인 파라메터(306)를 확인하고, 단극 용접 공정(308) 후, 후-공정 용접 품질 확인 파라메터를 사용하여 용접-품질을 확인하는 공정 단계를 포함하는 공정(300)의 흐름도이다.

도 4는 소요 수준의 벌크 에너지 침착 및 변위(402)를 측정하고 단극 펄스 용접 공정(404) 후 벌크 에너지 침착 및 단조 변위를 측정하며, 측정값을 소요 수준값(406)과 비교하여 용접 품질을 확인하는 공정 단계를 포함하는 공정(400)의 흐름도이다.

도 5는 용접전에 파이프가 단부 대 단부로 놓여 있는 6회의 상이한 용접시험, 즉 시험, 즉, 시험 번호 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 및 4.8에서 전형적인 단조 용접 순서를 궤적하는 변위 대 시간곡선을 나타낸다.

나타낸 백-오프 변위는 단조 시간전에 각 시험-라인에 대한 최저점의 0에 관하여 변위를 측정함으로써 결정된다. 각각의 이러한 시험에 대한 단조 변위는 단조 시간후 각 시험-라인에 대한 최고점의 0에 관하여 변위를 측정함으로써 결정한다. 아마도 열의 변화에 기인하여 용접부에서의 약간의 변화가 보이고, 금속의 연화를 나타낸다. 또한 시험(4.2)가 단조없이 수행한 단극 펄스 용접을 나타냄을 주목하여야 한다.

실시예를 논의하기 전에, 실시예에서 사용되는 장치의개략도인 도 6A에 주목한다. 장치는 임의의 작업편 저항을 측정하기 위해 사용된 전압 탐사침의 물리적인 위치를 나타낸다. 또한 접촉면의 어느 한 측에 위치한 2개의 써모커플(thermocuples) 중 각 하나의 레그(leg)에 의해 접촉면 저항을 측정하는 셋업(setup)을 나타낸다.

시험을 수행하는데 있어서, 두 파이프의 외측 표면에 클램프된 구리 전극층에 의해 파이프의 접촉면으로 전류가 전달된다. 전류는 파이프내로 전극 핑거(finger)를 통하고, 접촉면을 가로질러, 그리고 회로를 완결하기 위해 기타 파이프 및 전극을 통해 축방향으로 흐른다. 양적인 장치는 업셋 로드를 적용하는 동안 파이프의 변위를 제한한다. 업셋 로드가 적용되는 경우, 파이프는 전형적으로 용접 접촉면에서 가소성으로 변형시키기에 충분한 고온이다. 양적인 정지는 변형을 제한하고 파이프의 내경 및 외경으로부터 돌출하는 업셋 범위를 최소화하는 작용한다.

두 개의 파이프를 함께 대항접촉시키는 로드를 조절하는 것은 유압 실린더 및 서보 밸브 피드백 루프(servo-valve feedback loop)이다. 파이프에 대한 축방향 힘을 측정하기 위해 로드 셀의 출력을 사용하므로, 제어기는, 서보-밸브를 사용하여 일정하게 조절함으로써 초기 로드를 유지시키고 업셋 시간에 소정량의 업셋 로드를 전달한다.

다음 실시예는 본 발명의 바람직한 양태를 설명하기 위한 것이다. 실시예에 기술된 본 발명의 실행에서 잘 작용하는 것으로 밝혀졌으므로, 바람직한 실시예를 구성하는 것으로 여겨질 수 있다. 당해 분야의 전문가는, 본 명세서의 관점에서 설명하는 특정 양태에서 많은 변경이 이루어질 수 있으며, 여전히 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어남 없이 같거나 유사한 결과를 얻을 수 있음을 인지할 것이다.

[연속 파이프 시험 실시예]

이의 시험은 파이프 용접 전극들 사이에 단일 연속 파이프를 설치하여 방전회로로부터 용접 접촉면을 제거한다. 이 시험의 목적은, 접촉면이 회로내로 향하는 경우 연속 시험과 비교되는 공정 곡선의 기준선 세트(SET)를 제공하는 것이다. 또한 이러한 시험은 전체 시스템의 상태-변화가능한 모델을 개선시키기 위한 기준선으로서 사용된 일괄된 전기 요소에 대한 값을 유도하는데 사용된다.

방출 속도에 대한 값(저장된 초기 에너지)은 연속적인 일정 로드와 업셋 용접 시험이 수행되는 범위에 가깝도록 선택된다. 연속 파이프 시험에 대한 이러한 방출 속도는 업셋 용접 시험에서 사용된 최종 값보다 적을 수 있다. 200rpm에서 1406.6kJ의 초기 에너지 저장값, 자기장 대 시간의 일정한 테슬라(Tesla) 0.66, 전극 거리 0.5in(12.7mm), 초기 로드 13.5kip를 사용하여, 연속 파이프 시험을 위한 출력 파라메터는 Sch. 160의 X52 중간 탄소강 파이프를 사용하여 도 1 내지 도 10에 나타낸다.

도 7은 방전 회로 및 유도된 작업편 전압에서 측정한 펄스를 나타낸다. 전압 측정 탐사침의 위치는 도 6에 나타낸 것과 동일하다. 접촉면 전압 곡선은 접촉면 전압 탐사침에 의해 측정한 전압이며 접촉면이 존재하는 연속 시험을 위한 기준선으로서 역할을 한다.

도 8은 접촉면 전압 및 총 회로 전류를 사용하는 유도된 접촉면 전력 및 저항 곡선을 나타낸다. 저항 곡선은 벌크 온도가 상승할 때 약간 증가함을 나타내며, 그때 저항열로부터 에너지 입력이 전도성 열 전달기를 통한 열 손실에 의해 평행될 때 접근선 값에 도달한다.

유도된 저항 곡선의 값에 대해 조사함으로써, 공지된 결합 구조와 재료 특성 데이터로부터 근사한 저항이 산정될 수 있다. 접촉면 전압 탐사침들 사이의 저항은 다음 식 1에 의해 계산할 수 있다.

[수식 1]

여기서 :

R=접촉면 전압 탐사침으로부터 유도된 저항(Ω)

Pe=실온에서 강철의 전기 저항율=0.167Ω-m

1=V_경계면탐사침 사이의 거리=12mm=0.012m

A=파이프의 단면적=4.21 in²=2716mm²

식 1의 저항값과 도 8의 접근값을 비교하면, 보다 높은 파이프 온도에 기인하는 증가된 저항율이 측정가능한 차이를 형성하는 것을 볼 수 있다. 그러나, 저항율에 대한 실온 가정은 우수한 근사값을 증명한다.

측정된 접촉면 전압을 도 9의 유도된 접촉면 저항에 대해 플로팅한다. 이 곡선은, 단극 가열의 펄스 특성이 산정된 정상상태의 저항 대 전압 곡선 차이를 비교하는 것을 나타낸다.

도 10은, 도 6에 나타낸 바와 같은 12mm 떨어져 위치한 두 써모커플에 의해 측정한 것으로서 온도 곡선을 나타낸다. 이러한 시험에서 나타난 전형적인 써모커플 데이터에서, 두 써모커플의 상승 시간에서의 차이가 반드시 재료 온도 차이를 표시하지는 않는다. 오히려, 이 차이는 작업편에 반복가능한 써모커플이 부착될 수 있는 상이한 특성에 기인될 수 있다.

또한, 도 10에 나타낸 것은 전류 펄스 도중 작업편의 변위이다. 작업편이 충분하게 가열된다면, 주목되는 네가티브 변위가 파이프의 벌크재료의 열팽창에 기인하여 플로트로 나타낼 수 있다. 유압 시스템이 일정한 로드를 유지하기 때문에 이것은 작업편이 열적으로 팽창하는 경우 평판 후방으로의 이동을 허용한다. 열팽창은 백-오프 변위(Dbo)로서 정의되며 열팽창이 벌크 재료의 온도에 정비례하기 때문에 직업편내에 침착된 총에너지의 척도로 여겨질 수 있다. 근사한 백-오프 변위가 온도 및 열팽창 계수로부터 계산될 수 있다.

[수식 2]

Δ1=α1ΔT=(12.0E-6) (1) (268)=0.0032 in(0.0813mm).

여기서 :

Δ1=열팽창에 기인한 거리의 변화(in)

α=실온에서 강철의 열팽창 계수=12.0/⁰C

1=실온 길이=2(0.5 in.)=1.0 in(25.4mm).

ΔT=파이프 온도의 근사한 변화=268⁰C

표준 데이타의 대조표를 표 2에 나타냈다. 일괄된(lumped) 요소 에너지로부터 볼 수 있는 것으로서, 발생기에 초기 저장된 에너지 11%만이 실질적으로 작업편에 침착된다. 이러한 침착 백분율은, 접촉면이 (이후 표 8에 나타낸 바와 같이) 회로내로 유도될 때 대략적으로 17%로 증가한다. 본 발명에서 사용된 것으로서, 용어 일괄된이란 각 요소내에, 전자-기계적인 회로에 분포된 저항 및 인덕턴스 모두를 조합하는 수학상의 편의를 의미한다.

[표 2]

연속 파이프 시험에 대한 표준 데이터 대조표(SP6.5)

총괄된 요소 평가 - 연속 파이프 시험

연속 파이프 시험을 또한 회로의 각종 총괄된 요소의 값을 특성화시키는 수단으로서 역할을 한다. 이것은, 근사한 총괄 요소의 RLC 폐쇄형 계산에 의해 예측되는 피크 전압값과 방전 회로에서 각각 총괄된 요소에 대해 측정된 피크 전압값을 비교함으로 수행한다. 폐쇄-형 계산에서 각각 저항 및 인덕턴스를 반복적으로 강화하여, 임피던스에 대한 근사값을 개선시킨다. 이러한 분석 형태의 제한은 폐쇄-형 해결에 사용된 일괄된 요소 값은 일정한 것으로 가정한다는 것이다. 작업편 저항은 중요하게는 전류 펄스 도중 중요하게 변하고 단극 발생기 인덕턴스는, 로터내로 전류가 방사됨에 따라 변할 수 있음을 나타내기 때문에[필스버리(Pillsbury), 1976], 이러한 방법으로 측정된 일괄된 요소 값만이 근사한 것으로 여겨질 수 있다. 그러나, 총괄된 요소 모델이 방전 회로를 시험하기에 쉬운 방법인 것으로 증명되었다.

가이드라인으로서 표 2에 나타낸 피크 및 시간 대 피크값을 사용하여, 이들을 측정함으로써 동일한 결과를 얻는 폐쇄-형 해결로 RLC 회로 값을 개선시킨다. 처음에, 총 저항 인덕턴스는, 시험 SP 6.5(연속 파이프)에서 측정한 바와 같이 동일한 피크 전류(278kA) 및 시간 대 피크(112ms)를 생성하는 것을 측정한다. 이때 총 저항 및 인덕턴스는 분리되며 회로에서의 각종 총괄된 요소와 결합한다. 다음에 각 일괄된 요소에 대해 예상되는 전압은 저항 및 유도성 용어 둘다를 포함하는 요소 전압에 대한 완전한 식으로부터 계산한다(식 3). 각 특유의 저항 및 인덕턴스를 경험적으로 변화시킨 다음 상응하는 측정 피크 값에 대한 최종 전압 출력을 비교하여, 각 총괄된 요소에 대한 근사 임피던스 값을 결정한다. 표 3은 저항 및 인덕턴스에 대해 유도된 총 값을 각각 총괄된 값으로의 분리를 나타낸다. 식 3의 (피크 전류에서) 측정된 전압 대 측정된 전류 비를 사용하여 계산한 저항값을 또한 RLC 유도값과 비교하여 표 3에 나타내었다. 표 4는 표 3의 각각 요소값을 사용하여 계산한 값들과 측정된 전압곡선을 비교한다.

[표 3]

[표 4]

[수식 3]

여기서 :

V_e= 총 총괄된 요소 전압 강하(V)

V_r= 총괄된 요소에서의 저항성 전압 강하(V)

V_i= 총괄된 요소에서의 유도성 전압 강하(V)

R_e= 총괄된 요소 저항(μΩ)

I = 회로 전류(A)

L_e= 총괄된 요소 인덕턴스(H)

[일정한 로드 시험 실시예]

일정한 로드 시험은 접촉면 에너지를 분리 및 시험에서의 다음 단계이다.

전형적인 용접 시험과 정확히 같은 파이프 용접 전극에 삽입된 두 파이프를 사용하여, 파이프에 대한 초기 로드를 전류 펄스 동안에 걸쳐 일정하게 유지시킨다. 이러한 방법에서, 접촉면 전압 및 저항은 강한 용접을 제조하는데 요구되는 업셋 없이 시험할 수 있다. 일정한 로드 시험을 위한 입력 파라메터를 표 5에 나타낸다.

[표 5]

일정한 로드 시험을 위한 입력 파라메터(시험 NSF 4.2)

na=적용되지 않음

연속 파이프 시험에서의 가열은 강한 용접을 제조하는 것으로 예견되는 것보다 적은 것으로 관찰되기 때문에 방전 속도에 대한 값은 연속 파이프 시험에 걸쳐 증가한다. 이들 결과는 적합한 용접 파라메터를 확인하기 위한 공정을 나타낸다. 연속 시험에서와 마찬가지로, 추가의 일정한 로드 시험은, 시험을 측정한 후 최종 업셋 용접 파라메터로 수행한다.

연속 파이프와 비교하여(도 7), 일정한 로드 시험에서의 접촉면의 부가에 기인하여 접촉면 전압상의 증가가 도 11에 나타난다. 접촉면의 존재는 또한 벌크 전압에서의 주목할만한 효과를 발생한다. 벌크 전압의 피크값에 도달한 직후, 벌크 전압은 파이프의 벌크 온도가 증가함에 따라 저항이 증가하기 때문에 접촉면 및 전극 전압보다 더욱 천천히 감소한다. 접촉면 또는 전극 전압 측정에서 필수적으로 벌크 가열이 없기 때문에, 이들 두 곡선은 밀접하게 전류 펄스를 따른다. 적합하게는 0.7에서 접촉면 및 벌크 전압 곡선에서의 약간의 굴곡부는 일반적으로 전류 분포에서 몇몇 비균질성을 표시하고 작업편에서의 연속 가열 패턴의 척도이다.

연속 파이프 및 일정 로드 시험에 대한 데이터 대조표를 표 6에 나타냈다. 일정 로드 시험(NSF 4.2)에서 보다 높은 방전속도를 사용함에도 불구하고, 피크 전류는 연속 파이프 시험에서 발생된 것보다 더 낮은 것으로 보여진다. 이것은, 접촉면이 최종 전류를 감소시키기 위한 총 회로 저항에서 충분한 증가를 도입하기 때문이다. 이러한 증가는 피크 전류에서 접촉 저항을 비교하여 알 수 있다. 단극 발생기의 고유(또는 내부)저항인 내부 HPG 저항은 또한 전류 출력을 더욱 감소시키는 그러한 증가를 나타내는 것으로 보여진다. 이러한 HPG 저항의 변화는 시험을 통하여 알 수 있고 발생기에서 브러시(brush)의 접촉력 상의 변동하기 쉬운 것으로 생각된다. 파이프들 사이의 접촉면 존재는 또한 벌크 및 접촉면 모두에 침착된 에너지를 비교하여 알 수 있다. 두 시험에 대해 침착된 벌크 에너지가 저장된 초기 에너지 9%로 유지되는 동안, 접촉면 에너지는 연속 파이프 시험에서 2%로부터 일정한 로드 시험에서 7%까지 증가한다. 도 12에서 나타낸 바와 같이, 백-오프 변위는 또한 접촉면의 가열에 기인하여 보다 더 크다.

[표 6]

연속 파이프(SP6.5) 및 일정한 로드(NSF 4.2) 시험을 비교하는 표준 데이터 대조표.

[업셋 용접 시험 실시]

이러한 일련의 시험 목적은 발생기의 방전 속도를 증가시켜 접촉면에 침착된 에너지를 증가시키면서 일정한 공정 제어 파라메터 모두를 유지시키는 것이다. 이것은 접촉면에서 충분하지 않은 열(방전 속도, 또는 너무 낮은 저장 에너지)을 사용하여 시작하고 충분한 가열(방전 속도, 또는 필요한 것보다 높은 저장 에너지)보다 약간 많이 사용하여 종결시키는 일련의 용접부를 제조한다. 충분한 열이 발생하던지 및 결합이 용접라인에 또는 외부에서 실패하든지 간의 결정은 용접 조인트의 인장 강도를 기준으로 한다. 인장 강도만이 명백한 척도의 우수한 용접은 아니지만, 이 목적은 용접 시험을 비교하는 표준의 양적인 방법을 사용하는데 있다. 표 7은 일련의 업셋 용접 시험에 대한 입력 파라메터를 나타낸다.

[표 7]

업셋 용접 시험을 위한 입력 파라메터(NSF 4.3-4.8)

na =적용되지 않음

용접 부위가 대략 1100⁰C에 도달하여야 하다는 가정을 기준으로 하여 업셋 로드가 선택된다. 표준 단조 실시(참조 : Metal handbook, 제9판., Vol. 14)는 1100⁰C에서 20ksi가 되는 최적 단조 압력이다(이것은 용접 면적 4.21 in²(2716mm²)에 대하여 84.2kip에 상응한다). 업셋 시간은 이전의 일정한 로드 시험의 온도 측정 및 비데오로부터 측정된 용접 범위를 피크 온도에서 발생되도록 의도된다. 시험을 시작하기 위해 이러한 일련의 시험동안 데이터에서의 경향의 조사를 시작하기 위하여 데이터 대조표를 우선 나타냈다(표 8).

[표 8]

5회의 업셋 시험을 비교하는 표준 데이터 대조표(NSF 4.3 내지 4.8)

도 13은 5개의 업셋 용접 시험에 대한 전류 프로파일의 비교를 도시한다. 각각은 점진적으로 보다 높은 피크를 나타내는 것으로 여겨지며, 시험 4.8은 나머지보다 실질적으로 보다 더 높은 피크를 나타낸다. 펄스의 길이는 로터에 저장된 초기 에너지와 관계가 없는 것으로 여겨진다.

도 14는 백-오프 및 업셋 변위를 각 시험에 대해 확인할 수 있는 변위 곡선을 도시한다. 또한, 시험 4.6 및 4.8 둘다는 업셋 이전의 더 큰 백-오프 변위와 업셋 로드가 전달된 후의 양적인 정지에 대해 급속한 증가를 도시한다. 백-오프 변위가 작업편에서 증가된 온도의 직접적인 표시이기 때문에, 시험 4.5 및 4.8은 보다 높은 온도를 도시하므로, 보다 높은 에너지 침작을 도시한다. 이것은, 단조 로드가 작업편의 벌크 강도보다 더 높을 때만이 단조 변형이 급속하게 발생하기 때문에 업셋 변위에 의해 확인된다. 시험 4.3, 4.4 및 4.5의 업셋 변위는, 충분한 변형이 특별한 에너지 침착하에 발생하지 않음을 도시한다. 시험 4.3, 4.4 및 4.5에 대한 업셋 변위 곡선의 보다 면밀한 시험은, 작업편이 급속하게 변형되기 시작하지만, 작은 변형 후 냉각된 재료와 조우하게 됨을 나타낸다. 냉각 재료와 조우하는 경우, 변형량은 상당히 감소된다.

도 14에 추가로 중요한 점은 시험 4.3에서의 백-오프 변위의 결핍이다. 전기적 측정치(표 8)는 시험 4.3이 시험 4.5만큼 작업편에 침착된 많은 에너지를 갖지만, 업셋 이전에 어떠한 열팽창도 나타내주지 않았음을 보여준다. 이것은 비균일 전류(및 열) 분포의 특성이며, 여기서, 에너지는 균일하게 파이프의 원주 주위에서 보다는 접촉면에서 보다 적은 국부적 위치에 침착된다. 백-오프 변위를 달성하기 위해, 열팽창에 기인하는 접촉면에서 로드의 증가는 로드 셀에 의해 측정된 로드를 증가시켜야만 한다. 이것은, 유압 실린더 변위상에서 서보-밸브가 셋트점 로드를 유지시키기 위해 백-오프 하도록 했다. 그러므로, 공간 압력에서의 증가 및 유효한 로드의 증가로서 그 자체를 명시하는 접촉면에서의 열팽창은 열팽창하는 총면적에 정비례한다. 파이프의 총 단면적 보다 적은 부분이 열적으로 팽창하는 경우 (비균일 전류 분포의 경우에 발생하는 것으로서) 백-오프 변위의 감소가 감지된다.

이것은 용접 품질의 확인 표시기에서 중요한 발전을 초래한다. 백-오프 변위가 전류 펄스 도중 측정되고 에너지 침착량 및 비균일성에 대해서 매우 신뢰성이 있는 척도이기 때문에, 백-오프 변위는 실시간 공정 제어 파라메터로서 사용될 수 있다. 게다가, 업셋 변위는 용접의 후-공정 평가를 위해 조건부로 사용할 수 있다. 서보-밸브 유압 시스템은 변형량을 인위적으로 제한하지 않는 한, 업셋 로드를 적용시킨 후 접촉면 및 접촉면 주위에서 가열 정도의 분명한 척도가 변위로부터 발견될 수 있다.

변위 곡선과 밀접하게 상응하는 도 15는 도 5개의 시험에 대한 작업편상의 로드를 도시한다. 로드에서의 작은 증가는 전류 펄스를 (시간=0에서) 초기화시킨 후 즉시 볼 수 있으며, 서보-제어 시스템에 대한 응답 시간의 표시를 제공한다. 그러나, 초기 증가 후, 업셋 로드가 전달될 때까지 로드는 확실하게 유지된다. 업셋 도중 로드가 증가함에 따라, 시험부 4.6 및 4.8은 뚜렷하게 다른 시험으로부터 상이한 응답을 나타낸다. 업셋 로드가 달성되기 전의 시험 4.6 및 4.8의 곡선에서의 심한 굴곡부는 연질 재료가 조우되고, 급속한 변형이 발생하며, 유압 실린더가 예정된 업셋 로드를 전달시킬 수 없다는 것을 나타낸다. 그러나, 양적인 정지가 달성된 후 업셋 로드가 달성된다. 시험 4.3, 4.4 및 4.5는, 작업편 재료의 벌크 강도가 충분히 감소되지 않기 때문에 업셋 로드 곡선에서 심한 굴곡부가 나타나지 않으며 유압 실린더가 즉시 업셋 로드를 전달할 수 있음을 보여준다. 비록 변위 보다 량이 적지만 작업편 로드 곡선의 형태는 또한 용접 성능의 몇몇 척도를 제공한다.

용접 품질의 공정중 평가

파괴적인 평가에 대한 상호 관계

5개의 업셋 용접(NSF 4.3 내지 4.8)를, 이들의 상대 품질을 정량화하는 수단으로서 인장 강도에 대해 모두 시험한다. 일련의 5개의 마지막 2개의 용접은 모 금속만큼 강한 것으로 증명되며 용접 라인 외부측에 금이 생겼다. [표 8, (Haase, 1993)] 비파괴적인 평가의 목적은 처음 3개 시험(NSF 4.3, 4.4 및 4.5)로부터 마지막 2회시험(NSF 4.6 및 4.8)를 구별하는 측정가능한 세트의 파라메터를 결정하기 위한 것이다. 2개의 강한 용접은 시간의 함수로서 변위와 작업편 로드에 의해 나타나듯이 상이한 작용을 보이고 있음을 정성적으로 이미 나타내어 왔다. (각각, 도 14 및 도 15) 다음 정보는 동일한 특정적인 특성을 발견하는 더 많은 양적인 수단을 실험하기 위해 표준 대조표(표 8)에 요약된 데이터를 이용한다.

도 16은 일련의 5개 업셋 용접(시험 4.3 내지 4.8)에 대한 인장 시험 데이터를 도시한다. 수평 축은 시험 순서에서 변경되는 것을 허용하는 단일 입력 파라메터, 방전 속도(또는 로터에 저장된 초리 에너지)를 기준으로하여 오름순으로 배열된다. 시편이 파괴되는 인장 강도를 나타내는 수직 축은, 축상의 최저값이 시험 순서에서 최저값에 상응하도록 조절된다. 유사하게는, 가장 높은 축 값이 가장 높은 시험 값이다. 다음 플로트(plots)에서, 인장 강도와 비교되는 파라메터를 오른쪽 측 축에 유사한 방법으로 플로팅하며, 이의 크기는 특히 파라메터의 시험 값에 상응한다. 이러한 방법에서, 각각 파라메터를 평가되는 파라메터에 대해 용접 강도의 상대 반응성을 확인하기 위해 인장 강도와 직접적으로 비교할 수 있다. 또한, 측정된 값의 백분율 차이는 취약한 용접부와 강한 용접부간의 구분을 경계짓는 시험 4.5와 4.6 사이에서 나타난다. 이것은 임계값 비교를 제공하기 위해 수행하며, 여기서, 문제의 파라메터는 강한 용접을 표시하는 임계값을 얻어야만 한다. 임계 및 직접 비교 모두를 사용하면, 인장 강도와 공정 중 측정된 데이터 사이의 상호 관계의 타당성에 대한 결론이 이루어진다.

도 17은 인장 강도와 방전 속도 사이의 비교를 도시한다. 일반적으로, 증가하는 저장 에너지가 증가하는 용접 강도에 상응하는 예상된 결과가 나타난다. 그러나, 취약한 용접부 및 강한 용접부(각 시험 4.5 및 4.6)에서의 차이에 대해 상호 관련되는 방전 속도에서의 작은 차이는 단극 용저에서 발생기 속도의 정밀한 제어의 중요성을 표시한다.

도 18은 방전 회로에서 인장 강도 대 피크 전류를 도시한다. 피크 전류는 방전 속도에 정비례 하기 때문에, 도 17에 나타낸 바와 같이, 인장 강도와 피크 전류 사이에 유사한 대응이 발생한다. 또한, 방전 속도를 가지기 때문에, 시험 4.5 및 4.6 사이의 피크 전류에서의 비교적 작은 증가는 인장 강도에서 주목할 만한 차이를 발생시킨다. 다시 이것은 방전 속도(및, 자계 전류)의 정밀한 제어의 중요성을 나타낸다. 도 18은 강한 용접 생성을 위해 대략의 가이드(guide)로서 피크 전류가 사용될 수 있음을 도시한다. 이러한 특정 공정 조건하에, 용접 단면적 4.21in²(2716mm²)에 대해 ~70kA/in²(0.1KA/mm²) 이하에 상응하는) 적어도~ 300kA가 되어야 한다.

도 19는 회로 전류 및 접촉면 전압으로부터 유도된 바와 같은 인장 강도 대 접촉면 전력을 도시한다. 이미 언급한 바와 같이, 도 19는, 시험부 4.8을 다른 시험부와 비교한 접촉면이 어떻게 과전력 되었는지를 도시한다. 방전 속도와 접촉면 전류의 경우와 같이 인장 강도와 접촉면 전력간에는 상호 관계가 거의 없는 것으로 나타나지만, 임계값은 강한 용접에 대해 허용가능한 윈도우(window)의 가장 낮은 경계(edge)를 표시하는 것이 존재하는 것으로 여겨진다. 강한 용접이 이러한 특별한 재료 및 용접 기하 구조에서 발생하는 경우, 피크 접촉면 전력은 적어도 약 240kW이어야 한다.

벌크 전력(도 20)은 인장 강도에 대해 더욱 강한 임계값 상호관계를 도시한다. 시험부 4.5 및 4.6 사이에서 증가하는 백분율에 의해 증명되는 바와 같이, 벌크 전력 곡선의 응답에서는 더 많은 반응성이 존재한다.

인장 강도와 함께로 동일한 플로트에 접촉면 및 벌크 전력 둘다를 넣어 흥미있는 결과를 얻는다(도 21). 처음 시험(4.4)는 벌크보다 더 큰 접촉면 전력을 나타내며, 매우 취약한 용접을 초래한다. 다음 2개의 시험(4.3 및 4.5)는, 접촉면 및 벌크 전력이 비교적 균형되고 강한 용접부를 발생시키지만, 여전히 취약한 용접부를 발생시키는 것을 보여준다. 마지막 2개의 시험(4.6 및 4.8)는, 벌크 전력이 접촉면 전력보다 점진적으로 보다 크게되고 강한 용접부를 발생시키는 것을 보여 준다. 이것은 주어진 전류 펄스 조건하에서 접촉면 전력이 전력에서 어떠한 추가의 증가가 파이프 벌크 재료 내에서 오직 침착되어야만 하는 침투 제한에 도달하는 것처럼 보이는 것을 나타낸다. 이러한 접촉면의 침투 제한은 가능하게는 호음(Holm)이 다전압 제한으로서 기술한 것과 관련될 수 있다. 이때, 접촉면과 벌크 전력 사이의 균형은 가능하게는 용접 강도의 초기 표시를 초래할 수 있다.

접촉면과 벌크 전력을 조정하여, 각각의 침착된 에너지를 도 22A, 도 22B, 도 22C 및 도 22D에 나타냈다. 도 22A는 접촉면 에너지 대 인장 강도를 비교하며 곡선들 사이의 몇몇 유사성을 도시하지만, 여전히 인장 강도에서의 변화에 대한 접촉면 에너지의 적합치 못한 응답을 보여준다. 도 22B에서 벌크 에너지 곡선은 인장강도, 심지어 침착 제한에 도달하는 지점, 동시에 이의 재료 제한에 도달하는 인장강도에도 매우 우수한 응답을 나타낸다. 또한, 벌크 에너지는 초기 강한 경계 상호관계를 나타내며, 여기서, 시험 4.6에서 백분율의 증가는 인장 강도에 대한 것보다 더 크다.

도 21과 유사한 도 22C는 각각 접촉면 및 벌크 에너지를 도시하였지만 인장 강도로서 동일한 플로트 상에 도시하였다. 전력으로서 동일한 계획에 따라 수행하면, 접촉면 에너지는 시험 4.4에서 벌크 에너지보다 더 크며 취약한 용접을 초래한다. 이때, 시험부 4.3 및 4.5에서의 접촉면 및 벌크 값은 다시 비교적 동일하며 동일한 경향을 따른다. 그러나, 에너지의 균형은 시험 4.6 및 4.8에서 상당히 차이가 있다. 벌크 에너지는 시험 4.5 및 4.6 사이에서 극적으로 증가하는 한편, 접촉면 에너지는 비교적 일정하게 유지한다. 다시, 접촉면과 벌크 전력 사이에 균형을 가지기 때문에, 접촉면은 어떠한 부가 에너지가 파이프 재료의 벌크내로 침착되어야 하는 침투 제한에 도달하는 것처럼 보인다. 이것이 작업편 가열 효율에서 상당한 증가를 초래하는 것을 주목하면, 방전 속도에서 매우 작은 (2%)증가(또는 저장 에너지에서의 4% 증가)가 벌크 가열에서 큰 (33%)증가를 발생시킨다.

시험 4.5 및 4.5 사이에서의 차이와는 반대로, 시험 4.6 및 4.8의 비교에서 벌크 에너지가 안정을 유지할 때 접촉면 에너지가 증가하는 것을 나타낸다. 시험 4.8에서 보다 높고 격렬한 피크 접촉면 전압은 접촉면 에너지에서 큰 증가로서 직접적으로 볼 수 있는 것으로 나타난다. 또한, 접촉면 및 벌크 전력을 가지기 때문에, 에너지 사이의 균형은 용접 강도의 양호한 표시를 발생한다.

도 22D는 쉽게 측정된 접촉면 및 벌크 에너지의 조합을 도시한다. 다시, 벌크 및 접촉면 에너지의 조합이 보다 쉽게 측정되도록 하지만, 용접 에너지는 2개를 분리함으로써 양호하게 관찰된다.

도 14에서 보다 초기에 나타낸 바와 같이, 변위 곡선은 용접의 인강 강도에 대한 정성적 상호관계를 발생시킨다. 도 23 및 24는 열팽창에 기인한 백-오프 변위와 단조 변형에 기인한 최종 변위를 분리하여 이러한 상호관계를 정량화한다. 도 23은 백-오프 변위가 인장 강도에 대한 가장 강한 임계값의 상호관계를 발생시킴을 나타내 주고 있다. 시험 4.6과 4.8 사이의 백분율 변화가 인장 강도를 사용하여 밝혀낸 것의 3배보다 더 많기 때문에, 백-오프 변위가 용접 강도의 강한 임계 척도로 여겨질 수 있다. 그러나, 백-오프 변위가 인장 강도에 대한 강한 직접적 상호관계를 발생시키지 않음을 주목한다. 백-오프 변위는 직관적으로 작업편에 침착된 에너지의 직접적인 척도이어야 하지만, 도 22D의 시험은 이것이 2개의 낮은 에너지 시험부에 대한 경우가 되지 않음을 나타낸다. 직접적인 상호관계의 부족에 대한 예상되는 2가지의 원인, 즉 비-균일 전류 분포와 용접 부위로부터 축방향 열적 기울기기 있다. 시험 4.3에서 백-오프 변위의 부족은 비-균일 전류(및 가열) 분포의 특징이 된다. 그러나, 도 22D에서 나타낸 바와 같이, 시험 4.3은 상당히 적은 백-오프 변위를 사용하는 시험 4.5와 유사한 에너지 침작을 갖는다. 그러므로, 백-오프 변위는, 에너지 침착 및 전류 균일성 모두를 고려한 더 많은 전체적인 척도로서 인식될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 단조 도중 변위 곡선의 기울기는 용접 품질을 표시한다. 단조 변위 도중 눈에 띄게 파이프의 이동을 수행하지 못하는 정도로 용접 부위 재료를 가열로부터 충분히 연화시키는 경우 변조 곡선의 기울기는 충분하다. 시험 4.6 및 4.8에서 볼 수 있는 바와 같이 유압 서보-밸브 회로는 단조 변위(시험 4.6에서 대략 0.3in/초(7.62mm/초)에서 측정된다) 도중 파이프의 이동에 대한 유익한 제한이다.

시험들 사이의 축방향 열 기울기에서 변화량의 존재는 인장 강도에 대해 직접적인 상호관계를 발생시키지 못하는 백-오프 변위의 또 다른 원인이 된다. 도 22C에서 나타낸 바와 같이, 접촉면과 벌크 에너지간의 균형은 작업편에 전달된 총에너지(즉, 로터에 저장된 초기 에너지)에 의존한다. 또한, 접촉면과 벌크 에너지 사이의 균형은 백-오프 변위에서 차이를 발생하며, 이의 필요성은 모든 에너지 침착에 기인한 총 변위로 요약된다. 접촉면 에너지 침착이 더욱더 집중되기 때문에 이것은 더 많은 열과 더 많은 열 팽창을 초래한다. 다르게는, 벌크 에너지 침착이 더 많이 분포되어, 보다 적은 열팽창을 초래한다. 그러므로, 에너지 침착의 균형은 또한 인장 강도에 대한 직접적인 상호관계로서 백-오프 변위에 영향을 미친다. 그러나, 임계 척도로서 백-오프 범위의 타당성에 대해서는 의심할 여지가 없다.

최종 변위(도 24)는 전체 업셋 시험 일련을 통한 인장 강도와 매우 강한 직접적인 상호 관계를 발생시킨다. 또한, 벌크 에너지의 경우에서와 같이, 최종 변위는 동시에 인장 강도로서 제한에 도달한다. 백-오프 및 최종 변위 값을 합하여 공정중 우수한 용접 모니터링 진단을 수행한다.

요약에서, 이러한 비교에서 측정되고 나타낸 파라메터가 두 개의 카테고리, 즉 임계 상호관계 및 직접적 상호관계 파라메터로 나누어진다는 결론을 낼 수 있다. 임계 상호관계는 강한 용접이 생기도록 하기 위해 이들의 값이 몇몇 최소의 제한을 가져야만 하지만 일련의 전체 업셋 용접 시험을 통한 인장 강도로서 동일한 경향을 반드시 따르지는 않는 파라메터이다. 직접적 상호관계는 일련의 전체 시험을 통한 인장 강도의 값을 밀접하게 따르는 파라메터이다. 파라메터의 분리를 표 9에 나타낸다.

[표 9]

5개의 업셋 용접 시험(NSF 4.3 내지 4.8)의 인장 강도에 대한 임계 상호관계 또는 직접적인 상호관계로 각각 나눈, 공정중 용접 품질 평가 파라메터의 비교.

*=이것은 시험부 4.5 및 4.6 사이의 측정 값에서 백분율 차이를 나타낸다. 용접 인장강도는 시험 4.5 및 4.6 사이에서 25% 증가를 나타내며, 임계 척도가 적어도 2개의 시험 사이에서의 증가 만큼 나타나지 않는 한, 파라메터는 강한 임계 척도로 간주될 수 없다.

[공정중 평가 기준의 범위]

이러한 구분의 목적은 이전의 구분에서 측정된 용접 강도 척도를 새로운 세트(set)의 업셋 용접 시험부의 인장강도와 비교하기 위한 것이다. 이것은 단극 용접의 공정중 평가에 대한 확인을 위해 요구되는 데이터 기준의 시작을 제공한다. 이러한 구분에서 인장강도와 비교되는 4개의 파라메터는 벌크 에너지, 벌크 및 접촉면 에너지의 상대 값, 백-오프 변위 및 최종 변위이다. 도 25A, 도 25B, 도 25C 및 도 25D는 출력 파라메터의 정량적 비교를 나타낸다. 좌, 우측 눈금은 보다 낮고 보다 높은 경계가 각각 일련의 최저와 최고 값임을 나타낸다.

용접 인장강도에 대한 용접 공정 파라메터의 이전의 비교는 벌크 에너지, 및 백-오프와 최종 변위를 사용하여 강한 임계 상호관계가 이루어질 수 있음을 나타내었다. 또한, 강한 직접적 상호관계가 최종 변위, 및 접촉면과 벌크 에너지를 사용하여 이루어질 수 있었다. 또한, 접촉면과 벌크 에너지 사이의 균형이 용접 강도에 대한 강한 상호작용을 발생시킬 뿐만 아니라 백-오프 변위의 직접적 상호관계에 영향을 미침을 주목한다. 접촉면 및 벌크 에너지의 균형을 추가로 조사하고 에너지 침착의 위치를 더욱 밀접하게 정량화시키기 위해, 연속 파이프(시험 SP 10.1) 셋트업(setup) 및 일정한 로드(시험 NSF 4.21) 셋업을 사용하여 전압 기울기 시험을 수행한다. 전압 기울기 시험은 리본 케이블(ribbon cable)을 접촉면에 걸친 전극 사이의 파이프 표면에 스폿(spot) 용접에 의한 접착으로 이루어진다. 축방향 전압 탐사침 배열은 벌크 및 접촉면 일관된 요소를 여러개의 보다 작은 총괄된 요소로 분리하는 효과를 갖는다. 요소의 각각 전압 강하에 의해 보다 작은 총괄된 요소를 특성화시킴으로써, 작업편내에의 에너지 침착에 대한 보다 상세한 시험이 이루어질 수 있다. 전압 탐사침 사이의 각각 구별된 간격에서 침착된 에너지를 산정하기 위해, 전압 측정치를 표 10에 나타낸 것으로서 구분하였다. 측정된 전류를 사용하여 전압 강하의 1/2만을 사용하여(단일 파이프내에 침착된 에너지를 산정하기 위함), 축방향 에너지 기울기를 연속 파이프 시험 및 일정한 로드 시험(도 26 및 도 27) 모두에 대해 측정한다. 에너지 기울기에는 개별 에너지 뿐만 아니라 벌크 전압 탐사침과 접촉면의 외부에 장치한 가장 먼 전압 기울기 탐사침(시험 10.1에 대해 V₃, 및 시험 4.21에 대해 V₄) 사이에 침착된 에너지가 도시된다. 또한, 접촉면 에너지와 벌크 에너지의 합(표준 전압 탐사침에 의해 측정) 및 전압 기울기 측정치를 사용하여 산정한 에너지의 합을 비교하는 에너지 균형을 도면에 도시하였다. 이들 에너지가 두 시험의 경우에서 균형을 이루기 때문에 전압 기울기 측정치가 유효한 것임을 나타낸다.

[표 10]

원전압 기울기 측정치와 이로부터 산정된 에너지의 구분.

에너지는 각각 전압 탐사침 사이의 증가에서 하나의 파이프에 침착된 에너지가 되도록 산정한다.

[용접 파라메터의 결정]

적당한 용접 파라메터의 결정은 3단계, 즉 연속 파이프 시험, 일정한 로드 시험 및 업셋 용접 시험으로 구분할 수 있다.

연속 파이프 시험은 단극 용접 시스템을 특성화시키는 다음 3가지 목적을 제공한다 :

1. 방전 속도와 계자 전류 사이의 입력 파라메터 분석을 이해한다.

2. 시스템내의 에너지 분포를 정량화한다.

3. 모델 개선을 위한 전기적 일관된 요소 값을 결정한다.

방전 회로의 작업편 로드로서 연속 파이프(접촉면 아님)를 사용하여, 전류 펄스 길이에 대한 계자 전류와 방전 속도, 작업편에서의 피크 전류 및 전류에 대한 피크 시간을 변화시킴에 따른 효과가 결정된다. 일반적으로, 계자 전류의 증가는 전력 출력을 증가시켜(발생기로부터 에너지를 보다 빠르게 제거시킴) 보다 높은 전류와 보다 짧은 펄스 길이를 발생시킨다. 방전 속도를 증가시키면 발생기에 보다 많은 에너지를 저장함으로써 보다 높은 전류와 보다 긴 펄스 길이를 발생시킨다. 본 명세서에서 기술된 용접 프로그램을 위해, 계자 전류를 모든 시험에 걸쳐 경험적으로 측정된 일정한 값에서 유지시킨다. 접촉면에서 균일한 전류 분포를 보장하기 위해서 상당히 느린 전류 펄스(피크에 대해 약 100ms 및 총 펄스 길이에 대해 약 3s)를 생성하도록 계자 전류 값(300A)이 발견되었다. 전류 피크에 대해 경험적으로, 강한 용접을 제조하기 위해 이러한 프로그램에서의 강철 용접부는 최소한 70kA/in²(0.1KA/mm²)이 소요된다.

시스템에서 에너지분포를 정량화하고 균형화하는 것은 데이터 습득 시스템의 정확도를 결정하기 위한 유용한 도구이다. 연속 파이프 시험중 에너지 균형에서 에러가 발견된다면, 이것은 접촉면이 방전 회로내로 도입되기 전에 데이터 습득 및 정확도를 강화시키는 것을 보다 용이하게 한다. 본 원에서 기술한 용접 프로그램에 대해서, 에너지 균형에서 설명되어 있지 않은 에너지가 로터에 원래 저장된 에너지의 10% 이하일 때 측정치는 정확한 것으로 생각된다.

방전 회로에서 총괄된 요소 값을 측정하기 위해, 각 일관된 요소 저항 및 인덕턴스는 각 회로 임피던스를 가로질러 측정한 RLC 직렬 회로 및 전압에 대해 폐쇄형 해결책을 사용하여 정량화시킬 수 있다. 입력 조건을 변화시키는 시스템 성능을 정확하게 예상하도록 이들 값은 상태-변화 모델을 개선시키기 위한 기준을 형성한다. 일정한 로드 시험은 다음 세가지 목적을 위해 사용된다 :

1. 입력 파라메터의 강화

2. 작업편 냉각율의 결정

3. 업셋 시간의 결정

입력 파라메터를 강화시키는 것은 전형적으로 각 새로운 작업편 재료 및 기하 구조에 대해 반복적인 공정이다; 그러나, 몇몇 가이드라인은 이러한 조사에서 확인되었다. 전압 기울기 시험과 함께 열팽창으로부터 백-오프 변위를 사용하여 충분한 에너지가 접촉면에 참착되든지를 측정한다. 본 원에서 나타낸 용접부에서 사용된, 특수한 재료, 기하 구조, 표면 가공 및 초기 로드에 대해, 최소의 백-오프 변위는 13mils인 것으로 밝혀졌다. 그러나, 이러한 백-오프 변위는 또한 전극 거리에 상당히 좌우되는 것을 주목하는 것이 중요하다. 보다 큰 전극 거리를 사용하면, 벌크 재료가 보다 많이 가열되고 백-오프 변위에 대해 측정된 값이 변한다. 그러므로, 강한 용접부에 소요되는 백-오프 변위는 또한 각 새로운 용접 기하 구조를 위해 특성화되어야만 한다. 접촉면에서 충분한 에너지 침착을 확인하기 위해 전압 기울기를 사용할 수 있다. 이러한 조사에서, 강한 용접의 접촉면이 0.025in(0.635mm) 이내에서, X-52 강철 파이프에 대한 에너지 밀도는 535kJ/in³(0.032/mm³)인 것으로 밝혀 졌다. 적당한 전류 밀도가 방전 회로에서 생기는 경우, 작업편의 초기 로드를 변화시켜 접촉면에서의 에너지 집중을 제어할 수 있다. 보다 초기의 시험에서 이러한 값이 접촉면에서 스피팅(sptting)을 피하는 동안 충분한 에너지 집중을 발생시키는 것을 나타내기 때문에 일정한 값 13.5kip에서 유지된다.

본원에서 정의한 것으로서, 품질 용접은 적어도 모금속 만큼 높은 인장강도를 나타내며 인장시험에서의 용접 라인의 외측에서 파괴되는 것이다. 공업적으로 허용되는 충격 인성을 갖는 용접을 사용한 강인한 결합을 제조하기 위한 입력 파라메터의 강화가 본 발명의 특징인 것으로 인지된다.

[표 11]

일반화된 시험 방법의 요약

J_w=작업편의 전류 밀도(kA/in²)

D_bo= 작업편의 백-오프 변위(mils)

E_w= 접촉면 0.025 in 이내의 에너지 밀도(kJ/in³)

본 원에서 실시예로서 상기 언급한 업셋 용접 시험은, 용접 공정 도중 용접 인장강도와 측정된 다수의 입력 파라메터를 관련시켜 사용할 수 있다. 몇몇 파라메터가 인장강도와 상호관계가 있는 것으로 나타나지만, 접촉면에서 열팽창에 기인한 백-오프 변위, 작업편의 단조에 기인한 최종 변위 및 접촉면 부근 파이프의 벌크 재료내에 침착된 전기적 에너지는 강한 용접이 이루어지든 간에 강한 척도를 발생시킨다.

용접이 이루어진 후 최종 변위 및 벌크 에너지 침착 모두가 평가되기 때문에, 이들은 용접 강도의 후-공정 비파괴적 평가(NDE)에 가장 적합하다. 그러나, 백-오프 변위가 업셋 전에 측정되기 때문에, 이것은 용접 강도의 실시간 제어에 훨씬 적합하다. 용접 품질에 대한 요구조건이 강화되므로(예를 들어, 인성, 업셋 립 모양 등), 공정중 NDE 기준이 또한 강화되어야 한다.

본 발명의 설명 범위에서 지나친 시험 없이 본 원에서 설명되고 청구한 방법 모두가 이루어지고 수행될 수 있다. 이러한 본 발명의 방법이 바람직한 양태로 기술되었지만, 본 발명의 개념, 취지 및 범위로부터 이탈함 없이, 본원에서 기술한 방법 및 방법의 단계 또는 일련의 단계에 적용시킬 수 있는 것으로 당해 분야의 전문가에게는 명백할 것이다. 당해 분야의 전문가에게 명백한 치환 및 변경은 첨부한 특허청구의 범위에 의해 정의한 바와 같이 본 발명의 취지, 범위 및 개념내가 되도록 간주된다.

내용 없음.

Claims (13)

1. 단극 펄스 용접을 위한 용접 품질 제어 시스템에서 실시간 용접-품질을 제어하기 위한 방법에 있어서,

   단극 용접 시스템을 특성화하는 단계와;

   용접의 양호한 용접-품질과 상호 관련하는 적어도 하나의 공정중 파라메터를 결정하기 위해 제어된 용접 시험을 수행하는 단계와;

   실시간 용접-품질 제어 파라메터로서 사용될 수 있는 하나 이상의 공정 파라메터 중 적어도 하나를 확인하는 단계 및;

   단극 펄스 용접 공정중 용접 품질을 제어하기 위해 공정중 측정된 파라메터로서 하나 이상의 실시간 용접-품질 파라메터를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 용접-품질 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 공정중 용접 품질 파라메터는 방전 속도, 피크 전류, 접촉면 전력, 벌크 전력, 접촉면 전력/벌크 전력 상대 값, 접촉면 전력+벌크 전력, 접촉면 에너지, 벌크 에너지, 접촉면 에너지/벌크 에너지 상대 값, 접촉면 에너지+벌크 에너지, 백-오프 변위 및 최종 변위를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 용접-품질 제어방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 공정중 파라메터는 백-오프 변위인 것을 특징으로 하는 실시간 용접-품질 제어방법.
4. 단극 펄스 용접을 위한 용접 품질 제어 시스템에서 실시간 용접-품질을 제어하기 위한 방법에 있어서,

   소요 용접-품질과 상호 관련하는 소요 수준의 백-오프 변위를 결정하는 단계와;

   단극 펄스 용접 공정중 백-오프 변위를 측정하는 단계 및;

   백-오프 변위가 소요 수준의 백-오프 변위와 실질적으로 동일하도록 용접되는 작업편에 대한 에너지를 제어하기 위해 측정된 백-오프 변위를 제어 시스템에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 용접-품질 제어방법.
5. 단극 펄스 용접을 위한 후-공정 용접 품질을 확인하는 방법에 있어서,

   단극 용접 시스템을 특성화시키는 단계와;

   용접의 최종 용접-품질과 상호 관련하는 하나 이상의 공정중 파라메터를 결정하기 위해 제어 용접 시험을 수행하는 단계와;

   후-공정 용접-품질 확인 파라메터로서 사용할 수 있는 하나 이상의 공정 파라메터중 적어도 하나를 확인하는 단계 및;

   단극 펄스 용접 공정후 용접 품질을 확인하기 위해 공정중 측정된 파라메터로서 상기 하나 이상의 후-공정 용접-품질 확인 파라메터를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 후-공정 용접-품질 확인방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 공정중 용접 품질 파라메터는 방출 속도, 피크 전류, 접촉면 전력, 벌크 전력, 접촉면 전력/벌크 전력 상대 값, 접촉면 전력+벌크 전력, 접촉면 에너지, 벌크 에너지, 접촉면 에너지/벌크 에너지 상대 값, 접촉면 에너지+벌크 에너지, 백-오프 변위 및 최종 변위를 포함하는 것을 특징으로 하는 후-공정 용접-품질 확인방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 후-공정 용접 품질 파라메터는 벌크 에너지, 단조 변위 및 변위곡선의 기울기인 것을 특징으로 하는 후-공정 용접-품질 확인방법.
8. 단극 펄스 용접을 위한 후-공정 용접-품질을 확인하는 방법에 있어서,

   수요 용접-품질과 상호 관련하는 소요 수준의 벌크 에너지 침착 및 소요 수준의 최종 단조 변위를 결정하는 단계와;

   단조 펄스 용접 공정후 벌크 에너지 침착 및 최종 단조 변위를 측정하는 단계 및;

   측정된 벌크 에너지 침착 및 측정된 최종 단조 에너지 변위를 소요 수준의 벌크 에너지 침착 및 소요 수준의 최종 단조 변위와 비교하여 용접-품질을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 후-공정 용접-품질 확인방법.
9. 두 길이의 도관 단부 대 단부의 길이를 용접하기 위해 제공된 단극 펄스 용접 시스템에서 실시간 용접-품질을 제어하기 위한 방법에 있어서,

   단극 용접 시스템을 특성화하는 단계와;

   특성화된 용접 시스템의 제어 용접 시험을 수행하여 만족할 만한 용접의 용접-품질과 관련하는 공정중 하나 이상의 파라메터를 측정하는 단계와;

   2개의 파이프 길이를 단극 펄스 용접 동안 공정중 하나 이상의 파라메터를 모니터링하는 단계 및;

   측정된 파라메터 값에서 충분한 시간 동안 유지시켜 양호한 용접-품질을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 용접-품질 제어방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 공정중 용접 품질 파라메터는 방출 속도, 피크 전류, 접촉면 전력, 벌크 전력, 접촉면 전력/벌크 전력 상대 값, 접촉면 전력+벌크 전력, 접촉면 에너지, 벌크 에너지, 접촉면 에너지/벌크 에너지 상대 값, 접촉면 에너지+벌크 에너지, 백-오프 변위, 최종 변위를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 용접-품질 제어방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 공정중 파라메터는 백-오프 변위인 것을 특징으로 하는 실시간 용접-품질 제어방법.
12. 두 길이의 도관 단부 대 단부를 용접하기 위한 방법에 있어서,

    용접 접촉면을 접합시키기 위해 두길이의 말단을 접촉시키는 단계와;

    도관에 단극 펄스 용접 에너지를 전달하는 단계와;

    전달중 접촉면에서 백-오프 변위의 양을 모니터링하는 단계 및;

    상기 접촉면에서 용접을 수행하기에 충분한 백-오프 변위를 얻기 위해 백-오프 변위의 모니터된 량에 대응하여 도관에 전달된 용접 에너지량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접방법.
13. 제10항에 있어서, 단조 로드는 충분한 변위가 발생될 때 로드를 도관에 제공되는 것을 특징으로 하는 용접방법.