KR20090068767A - 아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접 전원장치 내의 전압센서, 전류센서, 제어기를 이용하여 용접상태를 모니터링 함으로써, 전압 및 전류의 변화 원인을 손쉽게 파악할 수 있고, 추가적인 진단장치가 필요치 아니하여 제품의 생산비용을 획기적으로 절감할 수 있는 아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은, 제어기, 전압센서, 전류센서를 포함하여 구성되는 아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법에 있어서,

(a) 상기 제어기를 이용하여 전압 및 전류 인가값을 설정하는 단계;

(b) 아크 용접 수행을 위해 설정된 상기 전압 및 전류 인가값에 따라 용접 전원을 인가하는 단계;

(c) 상기 전압센서 및 전류센서를 이용하여 아크전압 및 용접전류를 측정하는 단계; 및

(d) 상기 전압, 전류 인가값과 상기 제어기를 통해 수집되는 아크전압 및 용접전류의 측정값을 비교하여 측정값 변화의 원인을 파악하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법을 제공한다.

아크 용접, 모니터링, 품질, 아크전압, 용접전류

Description

아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법 {Method For Welding Monitoring Using Arc Welding Power Source Device}

본 발명은 아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법에 대한 것이다.

일반적으로, 아크용접(Arc Welding)은 모재와 금속와이어 사이의 아크에 의해서 발생하는 아크열로 금속와이어를 녹여 모재와 모재를 접합하는 금속결합방법이다.

상기 과정에서 금속와이어는 외부송급장치에 의해서 연속적으로 공급되고, 이때 금속와이어를 공급하는 와이어 송급속도에 동기되어 아크전류를 적절히 제어함으로써, 금속와이어와 모재 사이에는 일정한 길이의 아크를 가지게 되고, 이를 통해 최적의 용접을 수행하게 된다.

즉, 아크의 길이가 일정하게 되도록 제어하여야 하여, 이는 와이어의 송급 속도와 아크 전류량의 관계에 의해 결정된다. 그러나, 용접 중에는 여러 가지 원인에 의해 아크의 길이가 일정하지 않고 짧아지는 경우가 발생하게 된다.

즉, 송급와이어가 모재와 직접 맞닫고 떨어지는 단락 현상이 일어나는 경우, 용접불량인 스패터가 대량으로 발생되어, 이는 발화 및 용접의 2차공정 등을 거쳐야 하는 등 추가적인 시간적·경제적 손실이 발생한다.

상기와 같은 용접 불량 및 용접 품질을 검사하는 데 있어서, 종래의 아크 용접 시스템의 경우 용접이 끝난 후 비파괴 검사(초음파 이용 등)를 이용하여 용접상태를 확인하거나, 용접 피조물을 직접 잘라서 확인하는 육안 검사 방법을 이용하였다. 그러나 상기와 같은 방법은 용접 수행중에 실시간으로 용접상태를 판단할 수 없다는 문제점이 있다.

이러한 점을 개선하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 용접 수행 중에 용접상태를 판별하기 위한 용접 모니터링 시스템(200)이 제안되었다.

상기 용접 모니터링 시스템(200)은 아크 용접 전원장치(100)와는 별도로 외부에 장착하여 전압 및 전류를 모니터링 하는 시스템으로서, 제어기(202), 전압센서(206), 전류센서(208)을 포함하여 구성된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 용접 모니터링 시스템(200)에서는 용접 품질의 모니터링을 위해 용접 전원장치의 외부에서 전압 및 전류를 측정하므로 내부의 복잡한 제어 알고리즘에 의해 제어성을 파악할 수 없으며, 용접성을 향상하기 위한 제어에 의한 전압, 전류의 변화인지, 용접 불량에 의한 전압, 전류의 변화인지를 분석하기가 불가능하다는 문제점이 있다.

또한 상기와 같은 500만원을 호가하는 추가적인 용접 모니터링 시스템(200)을 구비함으로 인해 발생하는 추가적인 비용의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 발명한 것으로서, 용접 전원장치 내의 전압센서, 전류센서, 제어기를 이용하여 용접상태를 모니터링 함으로써, 전압, 전류의 변화 원인을 손쉽게 파악하고, 추가적인 진단장치가 필요치 아니하여 제품의 생산비용을 획기적으로 절감할 수 있는 아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 제어기, 전압센서, 전류센서를 포함하여 구성되는 아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법에 있어서,

(a) 상기 제어기를 이용하여 전압 및 전류 인가값을 설정하는 단계;

(b) 아크 용접 수행을 위해 설정된 상기 전압 및 전류 인가값에 따라 용접 전원을 인가하는 단계;

(c) 상기 전압센서 및 전류센서를 이용하여 아크전압 및 용접전류를 측정하는 단계; 및

(d) 상기 전압, 전류 인가값과 상기 제어기를 통해 수집되는 아크전압 및 용접전류의 측정값을 비교하여 측정값 변화의 원인을 파악하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법.

특히, 상기 (d) 단계는,

상기 전압, 전류 인가값과 상기 측정값의 차이가 소정의 기준값 미만인 경우에 측정값의 변화 원인을 내부의 제어 변화에 의한 것으로 파악하고, 소정의 기준값 이상인 경우에는 측정값의 변화 원인을 외부 환경 변화에 의한 것으로 파악하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 외부 환경 변화는 가스의 변화, 재료의 상태변화, 용융풀의 변화 중 어느 하나인 것을 특징으로 하다.

상기와 같은 본 발명 아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법에 의하면,

첫째, 별도의 추가적인 장비 및 센서의 구비 없이 기존의 아크 용접 전원장치 내의 전압센서, 전류센서, 제어기를 활용함으로써 생산비용을 획기적으로 절감할 수 있고,

둘째, 고속의 프로세서를 별도로 추가하지 않고 실시간 데이터를 확보하고 변수를 기록할 수 있으며,

셋째, 외부의 장비에서 전압 및 전류를 측정하는 것이 아니라 내부에서 측정함으로써 전압 및 전류의 변화 원인을 보다 쉽게 파악하여(즉, 내부 제어에 의한 전압, 전류의 변화인지, 용접 불량에 의한 전압, 전류 변화인지를 파악하여) 제어할 수 있으므로, 고품질의 용접을 달성할 수 있으므로, 상당한 상업적·경제적 효 과가 기대된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 용접 모니터링 시스템에 대하여 설명한다.

본 발명에서는 별도의 제어기, 전압센서, 전류센서를 구비하지 않고 아크 용접 전원장치(100) 내의 제어기(102), 전압센서(106), 전류센서(108)를 이용하여 용접 모니터링 시스템(400)을 구축함으로써 아크 용접을 수행(300)한다.

이와 같이 본 발명에서는 별도의 제어기, 전압센서, 전류센서를 구비하지 않고 용접 전원장치(100) 내의 기기를 사용함으로써 생산비용을 획기적으로 절감할 수 있다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 용접 모니터링 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 제어기(102)에 의해 용접을 위한 전압 및 전류 인가값이 설정된다(S502).

그리고, 아크 용접 수행을 위해 상기 제어기에 의해 설정된 전압 및 전류 인가값이 기타 전력 변환 장치(104)를 통해 아크 용접 부위(300)에 인가된다(S504).

이후 아크 용접 수행에 의해 발생하는 아크전압 및 용접전류를 전압센서(106) 및 전류센서(108)를 통해 지속적으로 측정한다(S506).

이때, 아크전압 및 용접전류의 측정값이 변화하는 경우(S508)에는 전압 및 전류 인가값과 상기 측정값을 비교하여(S510) 변화의 원인을 파악한다.

예컨대, 상기 전압, 전류 인가값과 상기 측정값(용접 동안 전압센서 및 전류센서에 의해 측정되는 아크전압 및 용접전류 실측값임)의 차이가 소정의 기준값 미만인 경우에 이는 제어에 의한 측정값 변화로 파악한다(S512).

반대로, 상기 전압, 전류 인가값과 상기 측정값의 차이가 소정의 기준값 이상인 경우에는 외부 환경 변화에 의한 측정값 변화로 파악한다(S514).

여기서, 외부 환경 변화는 가스의 변화, 재료의 상태 변화, 용융풀의 변화 중 어느 하나가 될 수 있다.

이처럼, 용접 전원장치 내의 제어기, 전압센서, 전류센서를 이용하여 용접 모니터링 시스템을 구축함으로써, 단순히 전압 및 전류의 변화를 측정하는 수준에서 벗어나 그 측정값의 변화 원인을 용이하게 파악할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 용접 모니터링 시스템 소프트웨어의 메인화면을 나타낸 것으로, 일 예의 소프트웨어에서 그 메인화면 구성과 각 부분에 대한 설명은 아 래와 같다.

① : 전류-전압 리사쥬 그래프

② : 전류 아날로그 게이지

③ : 전압 아날로그 게이지

④ : 순간 단락 횟수

⑤ : 장기 단락 횟수

⑥ : 전류-시간 순시값 그래프

⑦ : 전압-시간 순시값 그래프

⑧ : 커넥트(Connect) 표시 램프

⑨ : 데이터 수신(Data Receive) 표시 램프

⑩ : 커넥트 버튼

⑪ : 커넥트 해제 버튼

⑫ : 로드(Load) 버튼

⑬ : 저장 버튼

⑭ : 옵션 버튼

⑮ : 종료 버튼

도 5와 도 6은 본 발명에서 용접 전원장치 내부의 전압센서 및 전류센서를 통한 용접 데이터 수집 과정을 나타낸 순서도로서, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 5는 용접 전원 파형 제어의 주 알고리즘을, 도 6은 주 알고리즘 내부의 타이머 인터럽트(Timer Int.) 보조 알고리즘을 나타내며, C는 용접 순시 전류를 나타낸다.

초기화 이후 타이머 인터럽트와 A/D 컨버터 작동이 시작된 상태에서 용접 순시 전류(C)가 설정된 전류값(예, 11A)를 넘게 되면서 용접이 시작되고, 용접이 개시된 상태에서 용접 동안에 제어기(용접 전원장치) 및 A/D 컨버터를 통해 전압센서 및 전류센서의 검출신호(아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환된 신호)가 용접 모니터링 시스템의 컴퓨터에 입력된다.

여기서, 용접 모니터링 시스템의 컴퓨터는 용접 전원장치의 제어기에 연결되고 도 4의 소프트웨어가 탑재된 컴퓨터가 될 수 있으며, 용접 전원장치 내 전압센서 및 전류센서의 출력신호, 즉 전압 및 전류 측정신호는 제어기 및 A/D 컨버터(컴퓨터 내에 장착될 수 있음)를 통해 용접 모니터링 시스템의 컴퓨터로 입력되어 저장된다.

즉, A/D 컨버터를 통해 용접 데이터, 즉 용접 전원장치 내 전압센서 및 전류센서에 의해 실시간 측정되는 전압값 및 전류값이 용접 모니터링 시스템의 컴퓨터에 입력되면, 상기 컴퓨터에서는 순시 상태 전송 시점마다 주기적으로 획득된 용접 데이터(전류 및 전압 데이터)가 저장되고 표시된다.

이때, 모니터링 시스템의 컴퓨터에서는 각 순시 상태 전송 시점마다 해당 주기 시간 동안의 단락 판별 및 시간별 횟수를 계산하고 평균 전압/전류를 계산하여, 누적 단락 횟수 및 측정된 평균 전압/전류를 저장하고, 또한 도 4의 소프트웨어 상에 표시하게 된다.

이후 용접 작업 시간이 설정된 시간(예, 30초)에 도달하면 용접 순시 전류(C)가 설정된 전류값(예, 3A) 미만이 되면서 용접이 종료된다.

본 발명에서 상기와 같이 측정되는 전압/전류값을 설정된 인가값과 비교하여 전술한 바와 같이 변화 원인을 파악하게 된다.

한편, 도 7은 본 발명에 따른 용접 모니터링 시스템 소프트웨어의 작동 화면이다.

이에 나타낸 바와 같이, 용접 중의 용접전류는 순시적으로 다양하게 변화한다. 그러나, 용접전류의 변화는 상기에서 언급한 바와 같이 크게 두 가지의 원인에 의해 발생하는데, 첫째는 용접 전원의 제어기 성능 혹은 제어 목적에 따라 제어기 측에서 변화를 요구하여 변화가 발생하는 경우이고, 두 번째는 용접 전원의 외부 환경(가스, 재료의 상태, 용융풀의 변화 등)에 따라서 용접전류의 변화가 발생하는 경우이다.

도 7에서 실선의 원(602)은 전류 인가값과 측정값의 차이가 기준값 미만인 경우로서 제어기의 변화에 의한 전류 특성, 즉 제어에 의한 측정값 변화 상태를 나타내고, 점선의 원(604)은 전류 인가값과 측정값의 차이가 기준값 이상인 경우로서 외부 환경 변화에 의한 측정값 변화 상태 및 전류 특성을 나타낸다.

도 8은 본 발명에 따른 용접 모니터링 시스템을 이용하여 아크 용접된 샘플의 사진을 나타낸다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술 분야 에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 종래 기술에 따른 용접 모니터링 시스템을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 용접 모니터링 시스템을 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 용접 진단 방법을 나타낸 순서도,

도 4는 본 발명에 따른 용접 모니터링 시스템 소프트웨어의 화면을 나타낸 도면,

도 5와 도 6은 본 발명에서 용접 전원장치 내부의 전압센서 및 전류센서를 통한 용접 데이터 수집 과정을 나타낸 순서도,

도 7은 본 발명에 따른 아크 용접 제어 소프트웨어의 실행 모습을 나타낸 도면,

도 8은 본 발명에 따른 제어에 의해 아크 용접이 수행된 샘플의 사진을 나타낸다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

100 : 용접 전원장치 200 : 종래의 용접 모니터링 시스템

206 : 전압센서 208 : 전류센서

300 : 아크 용접 수행부 400 : 본 발명에 따른 모니터링 시스템

Claims (3)

1. 제어기, 전압센서, 전류센서를 포함하여 구성되는 아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법에 있어서,

   (a) 상기 제어기를 이용하여 전압 및 전류 인가값을 설정하는 단계;

   (b) 아크 용접 수행을 위해 설정된 상기 전압 및 전류 인가값에 따라 용접 전원을 인가하는 단계;

   (c) 상기 전압센서 및 전류센서를 이용하여 아크전압 및 용접전류를 측정하는 단계; 및

   (d) 상기 전압, 전류 인가값과 상기 제어기를 통해 수집되는 아크전압 및 용접전류의 측정값을 비교하여 측정값 변화의 원인을 파악하는 단계;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 (d) 단계는,

   상기 전압, 전류 인가값과 상기 측정값의 차이가 소정의 기준값 미만인 경우에 측정값의 변화 원인을 내부의 제어 변화에 의한 것으로 파악하고, 소정의 기준값 이상인 경우에는 측정값의 변화 원인을 외부 환경 변화에 의한 것으로 파악하는 것을 특징으로 하는 아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 외부 환경 변화는 가스의 변화, 재료의 상태 변화, 용융풀의 변화 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 아크 용접 전원장치를 이용한 용접 진단 방법.

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