KR20030000495A - Weld quality assessment method of arc welding - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for evaluating quality of arc welding by using welding signal elements, that is, welding voltage, current and arc light intensity, and differential values for time of signals thereof is provided. CONSTITUTION: The method for evaluating quality of arc welding comprises the steps of calculating differential values for time of the welding signal elements by selecting one of welding signal elements such as welding voltage, welding current and arc light intensity, and distributing the calculated differential values on a two-dimensional graph as a point form; dividing the two dimensional graph into detailed sections according to welding characteristics, and tracking moving path in which points pass through the divided detailed sections, distribution of points existing in each of the detailed sections, and measured waveform of frequencies; and obtaining welding quality indices by applying weight of normal or abnormal waveform to the measured waveform in the path tracking step, and comparing the obtained welding quality indices with a set value to judge that welding quality is abnormal if the quality indices are the same or less than the set value.

Description

아크용접의 품질평가 방법{Weld quality assessment method of arc welding}Quality assessment method of arc welding

본 발명은 아크용접의 제품 품질을 측정하기 위한 방법으로서, 특히 아크용접시 신호요소의 시간에 대한 변화율을 구하고, 이를 2차원 그래프상에 점형태로 분포시키고, 2차원 그래프 영역을 용접상태를 세부적으로 알 수 있는 세부구역으로 나누고, 점이 세부구역을 통과하는 경로와 각 구역에 존재하는 점들의 분포를 이용하여 비정상파형을 파악하고, 각 비정상 파형에 대하여 가중치를 부여하여 용접품질을 평가할 수 있도록 한 아크용접의 용접품질 평가방법에 관한 것이다.The present invention is a method for measuring the product quality of arc welding, in particular, the rate of change over time of the signal element during arc welding, it is distributed in the form of points on a two-dimensional graph, and the two-dimensional graph region in detail the welding state Divided into subdivisions that can be identified by using the method, and the abnormal waveform is identified by using the path through which the point passes through the subdivision zone and the distribution of the points in each zone, and the welding quality can be evaluated by weighting each abnormal waveform. The present invention relates to a welding quality evaluation method for arc welding.

아크용접은 전기 아크에서 발생하는 고열을 이용하여 재료를 용융시켜 접합하는 공정으로서 자동차, 조선, 건설산업에 널리 사용되고 있다. 아크용접 품질의 실시간 평가는 용접불량을 감지하여 생산성을 향상시킬 수 있으므로 매우 중요하다.Arc welding is a process of melting and joining materials by using high heat generated from an electric arc, and is widely used in the automobile, shipbuilding, and construction industries. Real-time evaluation of arc welding quality is very important because it can detect welding defects and improve productivity.

용접전압과 전류는 용접상태에 따라 변화하기 때문에 용접품질에 대한 정보를 포함하고 있다. 그러므로 아크용접의 품질을 측정하기 위하여 용접전압이나 전류 파형을 이용하여 용접품질과 아크의 안정성을 평가하는 방법이 제안될 수 있다.Since welding voltage and current change according to welding state, it contains information on welding quality. Therefore, in order to measure the quality of arc welding, a method of evaluating welding quality and arc stability using welding voltage or current waveform can be proposed.

또한, 용접전압과 전류는 고가의 센서를 사용하지 않고 측정할 수 있으며, 토치 부근에 센서를 설치할 필요가 없기 때문에 용접작업에 방해를 받지 않는 장점이 있다. 용접전압과 전류와 함께 아크 빛도 용접품질과 아크 안정성에 대한 정보를 포함하고 있는 것으로 알려져 있다.In addition, the welding voltage and current can be measured without using an expensive sensor, there is an advantage that does not interfere with the welding operation because there is no need to install the sensor near the torch. In addition to welding voltage and current, arc light is known to contain information about welding quality and arc stability.

종래는 대부분 통계적 방법을 이용하여 용접 전류와 전압신호를 처리하였으며, 일정 시간 동안 측정한 신호의 평균값, 표준편차, 주파수를 계산하거나 지수를 사용하여 아크 안정성과 용접품질을 평가하였다. 또한 용접신호와 신호를 처리한 값을 그래프상에 나타내고 정상상태에서 구한 그래프상의 분포를 기준으로 비교하여 유사한 정도를 계산함으로서 용접품질을 평가하는 방법도 제안되었다. 그러나 이와 같은 방법들은 일정 시간동안 수집한 용접신호 전체에 대해 평가하기 때문에 용접신호의 세부적인 특성을 고려하지 못하고 오류가 발생하기 쉬운 단점이 있다.Conventionally, the welding current and voltage signals are processed using statistical methods, and the average stability, standard deviation, and frequency of the signals measured for a certain time are calculated, or the index is used to evaluate the arc stability and welding quality. In addition, a method of evaluating welding quality by calculating the degree of similarity by comparing the welding signal and the signal processed value on the graph and comparing the distribution on the graph obtained in the steady state is also proposed. However, these methods do not consider the detailed characteristics of the welding signal because it evaluates the entire welding signal collected for a certain time, there is a disadvantage that the error is easy to occur.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로, 용접신호요소, 즉 용접전압, 전류 및 아크 빛의 세기와 이들 신호의 시간에 대한 미분값을 이용하여 용접품질을 평가하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for evaluating welding quality by using welding signal elements, that is, welding voltage, current and arc light intensity, and differential values of these signals. There is a purpose.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,Specific means of the present invention for achieving the above object,

용접전압, 용접전류, 아크 빛의 세기 등의 용접신호요소중 어느 하나를 택일하여 그 용접신호요소의 시간에 대한 변화율을 계산하고, 그 계산된 변화율을 2차원 그래프에 점형태로 분포시키는 단계와;Selecting any one of the welding signal elements such as welding voltage, welding current, and arc light intensity, calculating a rate of change of the welding signal element over time, and distributing the calculated rate of change in the form of dots on a two-dimensional graph; ;

상기 2차원 그래프상에 분포된 점들이 용접특성에 따라 분할된 세부구역을 이동하는 경로나 세부구역에 존재하는 점의 분포 또는 주파수 등의 측정 파형을 추적하는 단계와;Tracking measurement waveforms such as a path through which the points distributed on the two-dimensional graph are divided according to welding characteristics, or a distribution or frequency of points in the subregions;

상기 경로추적 단계에서의 측정파형에 대한 정상 또는 비정상적인 파형의 가중치를 부여하여 용접품질 지수를 구하고, 이 품질지수값을 설정값과 비교/판단하는 단계;를 포함하여 품질지수값이 설정치 이하이면 용접품질에 이상이 있는 것으로 평가할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.Obtaining a welding quality index by giving a weight of the normal or abnormal waveform to the measurement waveform in the path tracking step, and comparing / determining the quality index value with the set value; including the welding if the quality index value is less than the set value It is characterized by making it possible to evaluate that there is an abnormality in quality.

도 1은 일정 시간 동안 발생한 아크용접의 전압파형 그래프.1 is a voltage waveform graph of arc welding occurred for a certain time.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 용접전압과 전압 미분값의 2차원 그래프.Figure 2 is a two-dimensional graph of the welding voltage and voltage differential value according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 용접품질 평가 결과를 나타낸 그래프.3 is a graph showing the welding quality evaluation results according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;

본 발명은 용접전압(V)나 용접전류(A) 또는 아크 빛의 세기가 나타내는 용접신호의 요소들중 어느 하나를 이용하여 용접품질을 평가한다.The present invention evaluates the welding quality by using any one of the elements of the welding signal represented by the welding voltage (V), the welding current (A), or the arc light intensity.

즉, 용접신호요소를 시간(t)에 대한 미분값을 구하는 것으로 시작된다.In other words, the welding signal element begins by obtaining a derivative value with respect to time t.

용접전압(V)은 용접기 출력단에서 측정하고, 용접전류(A)는 홀(Hall) 센서 또는 션트(shunt)를 이용하여 측정한다.The welding voltage V is measured at the output of the welding machine, and the welding current A is measured by using a Hall sensor or a shunt.

또한 아크 빛의 세기를 측정하기 위하여 감광센서(photo sensor)를 사용할 수 있다.In addition, a photo sensor may be used to measure the intensity of the arc light.

측정된 용접신호는 디지털값으로 변환하여 컴퓨터에 저장한다. 도 1은 가스 메탈 아크용접(gas metal arc welding)에서 0.5초 동안 발생한 단락이행 모드(short-circuit mode)의 용접전압 파형을 나타낸다.The measured welding signal is converted into a digital value and stored in a computer. FIG. 1 shows a welding voltage waveform of a short-circuit mode occurring for 0.5 seconds in gas metal arc welding.

용접조건에 따라 전압 파형과 단락 주파수가 변화하지만, 정상적인 단락 이행모드에서 1초에 통상 50-100회의 단락이 발생한다.The voltage waveform and the short-circuit frequency change depending on the welding conditions, but normally 50-100 short-circuits occur in one second in the normal short-circuit transition mode.

상기 컴퓨터에 입력된 용접신호에 대한 디지털값은 다시 시간에 대한 미분값으로 연산처리된다. 일례로, 용접신호요소 중의 하나인 전압(V)에 대한 시간의 미분값(dV/dt)을 2차원 평면에 나타내면 도 2와 같다.The digital value for the weld signal input to the computer is again computed as a derivative over time. For example, a derivative value dV / dt of time with respect to the voltage V, which is one of the welding signal elements, is shown in FIG. 2.

도 2에서 계산된 용접전압의 시간 변화율이 2차원 그래프에 점형태로 분포되어 있음을 알 수 있다. 그래프의 점은 매 샘플링 주기(sampling frequency)마다 측정된 용접전압(V)과 그 미분값(dV/dt)을 나타낸다.It can be seen that the time change rate of the welding voltage calculated in FIG. 2 is distributed in the form of dots in the two-dimensional graph. The dot on the graph shows the welding voltage (V) and its derivative value (dV / dt) measured at every sampling frequency.

그래프의 영역은 단락 이행의 용접전압과 미분값의 특성에 따라 6개의 세부구역으로 분할하였다. 이때 나타나는 각 세부구역의 특징은 다음과 같다.The area of the graph was divided into six subdivisions according to the characteristics of the welding voltage and derivative values of the short-circuit transition. The characteristics of each subdivision that appear at this time are as follows.

제1구역(1)은 아크가 발생하여 유지되는 영역이고, 제 2구역(2)은 아크 길이가 짧아져서 용접봉이 용융풀에 접근하는 영역이고, 제3구역(3)은 용접봉과 용융풀이 접촉하여 단락이 발생하는 영역이고, 제 4구역(4)은 단락이 끝나고 아크가 발생하는 영역을 나타낸다.The first zone (1) is the area where the arc is generated and maintained, and the second zone (2) is the area where the electrode approaches the molten pool due to the short arc length, and the third zone (3) is the molten pool contact with the welding rod. Thus, the short circuit occurs and the fourth zone 4 represents the region where the short circuit ends and the arc occurs.

그리고 제5구역(5)은 비정상적으로 용접전압이 높은 구역이고, 제6구역(6)은 비정상적으로 용접전압이 낮은 구역을 나타낸다.The fifth zone 5 is an abnormally high welding voltage area, and the sixth zone 6 is an abnormally low welding voltage area.

각 단락 이행의 주기마다 측정된 용접전압(V)과 전압의 미분값(dV/dt)을 나타내는 점은 세부구역을 통과한다.The points representing the weld voltage (V) and the derivative (dV / dt) of the voltage measured at each short transition period pass through the subdivision.

따라서 정상적인 단락이행은 제1,2,3,4구역을 순차적으로 통과하며, 제1구역과 제3구역에 많은 점이 존재하고 제2구역과 제4구역에서는 상대적으로 적은 개수의 점이 존재한다.Therefore, the normal short circuit passes through the first, second, third and fourth zones sequentially, and there are many points in the first zone and the third zone, and there are relatively few points in the second zone and the fourth zone.

비정상적인 용접 상태에서는 각 구역을 통과하는 순서와 각 구역에 존재하는 점의 개수가 변화하며, 이 경우에 아크의 안정성이 저하되고 스패터(spatter)발생이 증가하여 용접품질이 낮아진다.In an abnormal welding state, the order of passing through each zone and the number of points present in each zone are changed. In this case, the arc stability is deteriorated and spatter generation is increased to reduce welding quality.

예를 들어, 순간 단락의 경우에는 제1,2,4구역을 통과하거나 제3구역을 통과하더라도 개수가 매우 작게 나타낸다.For example, in the case of an instantaneous short circuit, the number is very small even though passing through the first, second, and fourth zones or through the third zone.

또한 아크가 비정상적으로 재발생되는 경우에는 제3구역에 존재하는 점의 개수가 크게 증가한다. 또한 비정상적인 용접상태에서의 신호의 경로는 제5구역 또는 제6구역을 통과한다.In addition, if the arc is abnormally regenerated, the number of points in the third zone is greatly increased. In addition, the path of the signal in the abnormal welding state passes through the fifth zone or the sixth zone.

이와 같이 비정상적인 용접상태의 용접신호는 각 구역을 통과하는 경로와 각 구역에 존재하는 점의 분포에서 정상상태의 용접신호와 비교하여 차이가 발생한다.As described above, the welding signal in the abnormal welding state is different from the welding signal in the normal state in the distribution of the path passing through each zone and the points present in each zone.

본 발명에서는 이같이 (1)용접신호의 경로와, (2)각 구역에 존재하는 점의 분포 및 (3)주파수 등을 이용하여 아크의 안정성과 용접품질을 평가할 수 있다.In the present invention, the stability of the arc and the welding quality can be evaluated using (1) the path of the welding signal, (2) the distribution of points in each zone, and (3) the frequency.

용접품질을 평가하는 하나의 방식으로 아래의 수학식과 같이 초기의 용접품질 지수를 100으로 하였다. 일정시간 동안 측정한 파형에서 비정상적인 파형을 신호의 경로와 각 구역에 존재하는 점의 분포 및 단락주파수 등을 이용하여 파악하고, 이와 같은 비정상적인 파형에 대하여 가중치를 부여하여 초기값인 100에서 빼는 방법이다.As one method of evaluating the welding quality, the initial welding quality index was 100 as shown in the following equation. Abnormal waveform is measured from the waveform measured for a certain time by using signal path and distribution of points in each zone and short-circuit frequency, and the weight of the abnormal waveform is subtracted from the initial value of 100. .

위의 수학식에서 Q는 용접품질지수, Wi는 비정상 파형에 대한 가중치, N은 비정상적인 파형의 개수를 나타낸다.In the above equation, Q is a welding quality index, W i is a weight for an abnormal waveform, N is the number of abnormal waveforms.

여기서 가중치는 정상 파형인 경우에는 '0'이므로 이상적인 정상파형인 경우에는 용접품질지수는 100이다. 정상 파형이라도 구역별 점의 분포가 최적의 개수에 벗어나면 가중치를 부가할 수 있다.In this case, the weight is '0' for the normal waveform, so the welding quality index is 100 for the ideal steady waveform. Even in the normal waveform, weights can be added when the distribution of points in each zone is out of the optimal number.

그 외에 비정상적인 순간단락 파형일 때, 아크가 재발생될 때, 단락이행 주파수가 너무 많거나 적을 때에도 가중치를 증가시킬 수 있다.In addition, in the case of an abnormal short-circuit waveform, when the arc is regenerated, the weight may be increased even when the shorting frequency is too high or too low.

도 3은 0.5초마다 용접품질을 평가한 그래프로서 용접품질지수(Q)가 일정한 값 이하로 내려가면 용접품질에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.3 is a graph evaluating the welding quality every 0.5 seconds, it can be determined that the welding quality is abnormal when the welding quality index (Q) falls below a certain value.

이같이 본 발명은 시간에 따라 변화하는 용접신호의 크기와 미분값을 이용하여 신호의 경로를 추적하고 신호의 특성을 파악하여 가중치를 부가하기 때문에 용접품질을 정확하게 평가할 수 있다.As described above, the present invention tracks the signal path using the magnitude and differential value of the welding signal that changes over time, and adds weights by identifying the characteristics of the signal, thereby accurately assessing the welding quality.

또한, 그래프의 영역을 신호의 특징에 따른 세부구역으로 분류하였기 때문에 노이즈 등에 의한 영향을 최소화할 수 있으며, 실시간으로 용접작업 중에 용접품질을 평가할 수 있다.In addition, since the area of the graph is classified into subdivisions according to the characteristics of the signal, the influence due to noise can be minimized, and the welding quality can be evaluated during the welding operation in real time.

상기 실시예는 가스 메탈 아크 용접에서 발생하는 단락이행 모드의 용접전압에 본 발명을 적용한 일례로서, 본 발명은 입상용적, 스프레이 모드에 적용이 가능하고, 가스텅스텐 아크(gas tungsten arc)용접과 서브머지드 아크(submerged arc)용접을 포함한 일반적인 아크용접의 품질 평가에 적용이 가능함은 물론이다.The above embodiment is an example in which the present invention is applied to the welding voltage in the short-circuit mode generated in gas metal arc welding, and the present invention is applicable to the granular volume and the spray mode, and the gas tungsten arc welding and sub It is, of course, applicable to the quality evaluation of general arc welding, including submerged arc welding.

용접전압(V)과 미분값(dV/dt) 이외에도 용접전류와 아크 빛의 세기도 미분값을 이용하면 본 발명의 목적과 효과를 얻을 수 있다.In addition to the welding voltage V and the derivative value dV / dt, the welding current and the intensity of the arc light also use the derivative value to obtain the object and effect of the present invention.

또한 본 발명은 더 나아가 도 2에서 나타난 그래프의 세부 구역에 해당하는 신호값과 미분값의 문턱치를 용접 신호에 적용하여 용접품질을 평가할 수 있다.In addition, the present invention can further evaluate the welding quality by applying the threshold value of the signal value and the derivative value corresponding to the detailed region of the graph shown in FIG. 2 to the welding signal.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 아크 용접의 품질평가 방법에 따르면, 용접 품질을 실시간으로 평가하여 용접불량을 줄일 수 있다.As described above, according to the quality evaluation method of arc welding according to the present invention, welding quality may be evaluated in real time to reduce welding defects.

또한 본 발명에 따르면, 고가의 센서를 사용하지 않고 용접신호요소를 측정할 수 있으며, 토치 부근에 센서를 설치할 필요가 없기 때문에 용접 작업에 방해를 받지 않으면서 실시간에 용접품질과 아크 안정성에 대한 정보를 제공받을 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to measure the welding signal element without using an expensive sensor, and since it is not necessary to install a sensor near the torch, information on welding quality and arc stability in real time without being interrupted by welding work. Can be provided.

Claims (4)

아크용접의 용접품질을 평가하기 위한 방법으로서,As a method for evaluating the welding quality of arc welding, 용접전압, 용접전류, 아크 빛의 세기 등의 용접신호요소중 어느 하나를 택일하여 그 용접신호요소의 시간에 대한 미분값을 계산하고, 그 계산된 미분값을 2차원그래프에 점형태로 분포시키는 단계와;Select one of the welding signal elements such as welding voltage, welding current, and arc light intensity to calculate the derivative value of the welding signal element over time, and distribute the calculated derivatives in the form of dots on a two-dimensional graph. Steps; 상기 2차원그래프를 용접특성에 따라 세부구역으로 분할하고, 점이 분할된 세부구역을 통과하는 이동 경로와 각 세부구역에 존재하는 점의 분포 및 주파수 등의 측정 파형을 추적하는 단계와;Dividing the two-dimensional graph into subdivisions according to welding characteristics, and tracking measurement waveforms such as a moving path passing through the subdivided subdivisions and a distribution and frequency of points in each subdivision; 상기 경로추적 단계에서의 측정파형에 대한 정상 또는 비정상적인 파형의 가중치를 부여하여 용접품질 지수를 구하고, 이 품질지수값을 설정값과 비교/판단하는 단계;를 포함하여 품질지수값이 설정치 이하이면 용접품질에 이상이 있는 것으로 평가할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 아크용접의 품질평가방법.Obtaining a welding quality index by giving weights of normal or abnormal waveforms to the measured waveforms in the path tracking step, and comparing / determining the quality index value with a set value; Quality evaluation method of arc welding characterized in that it can be evaluated that the quality is abnormal. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가중치는 아래의 식을 사용하여 용접품질을 평가하는 것을 특징으로 하는 아크용접의 품질평가방법.The weight is the quality evaluation method of arc welding, characterized in that to evaluate the welding quality using the following equation. 식expression 위의 식에서 Q는 용접품질지수, W1는 비정상 파형에 대한 가중치, N은 비정상적인 파형의 개수를 나타낸다.In the above equation, Q is the welding quality index, W 1 is the weight for the abnormal waveform, N is the number of abnormal waveforms. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 정상파형이라도 점의 분포가 최적의 개수에서 벗어나면 가중치를 더 부가하는 것을 특징으로 하는 아크용접의 품질평가방법.The quality evaluation method of arc welding characterized in that the weight is further added if the distribution of points is out of the optimum number even in the normal waveform. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 비정상적인 순간단락 파형이거나 아크가 재발생되는 경우 또는 단락이행 주파수가 너무 많거나 적어지면 가중치를 더 증가시키는 것을 특징으로 하는 아크용접의 품질평가방법.The quality evaluation method of the arc welding, characterized in that the weight is further increased if the abnormal short-circuit waveform or the arc is re-occurring or if the shorting frequency is too much or less.
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