KR20110054131A - 맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 맞대기 자동 용접에 있어서 플럭스 코어드 아크 용접을 이용한 용접 시 자주 발생하는 내부 결함(슬래그 혼입, 용융부족, 융합 불량) 및 표면 결함(언더필, 언더컷, 가공) 없이 3차원으로 용용풀을 유동하면서 대용착 용접이 가능하도록 구현된 맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 갭의 변화에 관계없이 원 레이어 원 패스(One-Layer-One-Pass) 용접이 가능하고, 대용착 위빙 용접의 경우 그루브 단면 방향 외 용접선 방향으로도 용융풀을 유동하며 용접하므로 대용착 용접 시 내부 및 표면 결함이 없는 고품질 용접부를 구현할 수 있는 대용착 3차원 위빙 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법에 있어서, 사다리꼴 위빙 패턴과 삼각형 위빙 패턴을 상하로 조합하여 구성된 3차원 위빙 패턴을 형성하는 단계; 상기 사다리꼴 위빙 패턴과 상기 삼각형 위빙 패턴을 결정하는 다수개의 주 절점을 형성하는 단계; 상기 다수 개의 주절점 간 이동에 있어서 각 이동 경로 내부를 세분화하여 상기 경로 사이에 위치한 다수개의 보조절점을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
맞대기 용접, 대용착, 위빙, 절점, 갭

Description

맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법{High Deposition Three Dimension Weaving Method for Butt Weld}
본 발명은 맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법에 관한 것으로, 맞대기 자동 용접에 있어서 플럭스 코어드 아크 용접을 이용한 용접 시 자주 발생하는 내부 결함(슬래그 혼입, 용융부족, 융합 불량) 및 표면 결함(언더필, 언더컷, 가공) 없이 3차원으로 용용풀을 유동하면서 대용착 용접이 가능하도록 구현된 맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법에 관한 것이다.
단순 2차원(직선 및 원호) 용접의 경우 그루브 면(Y,Z) 방향에서만 용융풀을 유동하며 용접하므로 대용착 용접시 빈번히 발생하는 내부(슬래그, 혼입, 용융부족, 융합불량) 및 표면 결함(언더필, 언더컷, 기공)에 대한 대처가 어려워 반드시 다층 용접 작업을 수행한다.
갭이 증가할수록 용접 패스수가 증가하고(원 레이어 멀티 패스 용접), 갭 변화시 용접 타점/주행속도/위빙폭/위빙속도 등의 매개변수를 개별로 조합하며 작업을 수행해야 하므로 작업자의 기량에 따라 용접부 품질에 차이가 발생한다. 용접 패스수 증가로 생산성이 저하하고, 작업공수가 증가하며, 대용착 용접 작업시 용착 량 증가로 인한 용접 결함이 빈번히 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 배경하에서 안출된 것으로서, 갭의 변화에 관계없이 원 레이어 원 패스 용접이 가능하고, 대용착 위빙 용접의 경우 그루브 단면 방향 외 용접선 방향으로도 용융풀을 유동하며 용접하므로 대용착 용접 시 내부 및 표면 결함이 없는 고품질 용접부를 구현할 수 있는 대용착 3차원 위빙 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법에 있어서, 사다리꼴 위빙 패턴과 삼각형 위빙 패턴을 상하로 조합하여 구성된 3차원 위빙 패턴을 형성하는 단계; 상기 사다리꼴 위빙 패턴과 상기 삼각형 위빙 패턴을 결정하는 다수개의 주 절점을 형성하는 단계; 상기 다수 개의 주절점 간 이동에 있어서 각 이동 경로 내부를 세분화하여 상기 경로 사이에 위치한 다수개의 보조절점을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 갭 변화에 관계없이 용접 패스수 일정 즉, 원 레이어 원 패스용접이 가능하고, 갭 변화시 위빙 패턴 스케일 버튼 조작만으로 작업 수행이 가능하므로 저기량의 작업자도 고 품질의 용접 구현이 가능하며, 최소 용접 패스수로 생산성 향상 및 작업공수 감소 및 대용착 작업시 용접 결함 없는 고품질 용접 구현이 가능한 효과를 얻을 수 있다.
이하 도면을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예를 구체적으로 설명한다.
도 1과 도 2는 종래 위빙 방법에 의한 위빙 패턴과 본 발명의 위빙 방법에 의한 위빙 패턴을 각각 도시하는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 종래의 방법은 단순 2차원 위빙으로서, 직선 위빙(Y 방향) 또는 원호 방향(Y,Z방향)으로 단순 좌우 토치 운봉을 하고, 절점은 검은 점으로 도시한 두 개이고, 보조절점은 없으며, 이동 선속도는 S1 하나이고, 이동 멈춤시간은 2개(Dwell 1-2)이다.
이에 대해 본원발명의 방법은 3차원 위빙으로서, 상부 사다리꼴(X,Y,Z방향)과 하부 삼각형 패턴(X,Y) 방향의 조합으로 3차원 토치 운봉을 수행한다. 주 절점은 검은 점으로 도시한 6개이며, 보조 절점은 노란점으로 도시한 4개이다. 이송 선속도는 S1~S10의 1O개이며, 단위는 mm/sec이다. 이동 멈춤시간은 Dwell 1-4의 4개이며, 단위는 sec이다.
도 3a 및 도 3b는 위빙 스케일 파라미터와 갭 대응 위빙 스케일 변경을 각각 나타내는 도면이다.
3차원 위빙 시 갭 변화에 대응한 주 절점 변경이 가능하도록 위빙 스케일 파라미터(L1~L6)를 데이터 베이스화하여 위빙 스케일 변경시 통합 자동 변경되도록 구성하여 갭 변화에 대응 가능한 3차원 대용착 위빙을 구현하였다.
갭(mm) 위빙스케일 L1 L2 L3 L4 L5 L6
4 15 9 5 3.8 0.7 4 1
6 17 11 5 6.2 2.2 6 3
8 19 13 5 8.7 3.8 8 5
10 21 15 5 11.3 5.3 10 7
(표 1)
위 표 1과 도 3a, 3b에서 볼 수 있는 바와 같이, 갭(Gap) 및 위빙 스케일(WG)의 증가에 따라 위빙 파라미터 L1, L3, L4, L5, 및 L6가 증가하고, 위빙 파라미터 L2는 불변임을 알 수 있다.
도 4는 갭 변화에 대응하여 주 절점 위치를 데이터베이스화한 위빙 스케일 변경을 도시한 도면이다.
도면에 도시한 바와 같이, 위빙 스케일 볼륨(10)을 사용하여 갭 변화에 대응하여 위빙 스케일의 길이를 변화시켜 주 절점 위치를 데이터베이스화하였다. 즉, 도 4에서 위빙 스케일이 WG15→WG21로 변하고, WG19→WG25로 변함에 따라 그에 맞게 주 절점의 위치도 변하게 된다. 위빙 스케일의 증가에 따라 도 4의 아래 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 캡(cap) 패스 표면 비드와 필(fill) 패스 표면 비드의 폭도 증가하는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 방법에 의한 원 레이어 원 패스 용접을 도시하는 도면이다.
본 발명의 3차원 대용착 위빙을 적용하면, 원 레이어 멀티패스용접이 아니라 원 레이어 원 패스 용접, 즉 원 레이어에 원 패스만을 수행하는 용접을 이룰 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, (a)는 4mm 갭의 경우의 원 레이어 원 패스 용접을 도시하는 도면이고, (b)는 6mm 갭의 경우의 원 레이어 원 패스 용접을 도시하는 도면이고, (c)는 8mm 갭의 경우의 원 레이어 원 패스 용접을 도시하는 도면이고, (d)는 10mm 갭의 경우의 원 레이어 원 패스 용접을 도시하는 도면이다. 전술한 바와 같이 원 레이어 원 패스 용접이 가능하므로 도 5의 아래 도면에 도시한 바와 같이, 고 품질의 용접을 구현할 수 있다.
도 6은 주절점의 역할을 설명하기 위한 도면이다.
또한, 갭 및 그루브폭(WG)을 가진 아래 보기 맞대기 이음부의 대용착 용접을 위해 고온의 아크가 3차원으로 움직이며 직접 개선면 내부에 접촉할 수 있는 위빙 형상을 갖도록 한다.
주 절점의 위치에 따라서 용융풀의 높이 제어가 가능하며, 루트부와 자동 용접 경계면의 결함을 방지할 수 있다. 도면에 도시한 바와 같이, L1, L5는 갭 및 그루브폭(WG) 변화에 대응하며, L2, L5는 대용착 시 용융풀의 높이를 제어하며, L4 및 L6는 루트부와 자동용접 경계면 결함을 방지하는 역할을 한다.
또한, 도 7에 노란점으로 도시한 보조 절점은 대용착 용접을 하기 위하여 주절점 연결로 구성된 운봉 길이보다 더 세분화되고, 세분화된 구간별 상이한 이동 선속도로 용접하기 위해서 필요하다.
도 8은 본 발명의 방법에 있어서 다양한 이동 선속도를 설명하기 위한 도면으로서, 절점 사이의 다양한 이동 선속도로 용접 표면 덧살부 높이 제어와 오른쪽 및 왼쪽의 용착량 증가, 내부 결함방지 등이 가능하다.
도면에 도시한 바와 같이, S1, S2 및 S3는 표면 덧살 높이 제어에 필요하고, S4, S5는 오른쪽 대용착 용접에 필요하고, S6, S7 및 S8 루트 수동용접과 자동용접 경계면 결함방지에 필요하다. 또한, S9, S10은 왼쪽 대용착 용접에 필요하다. S6의 선속도는 갭에 따라 가변한다.
도 9는 본 발명의 방법에 있어서 절점간 이동멈춤시간을 설명하기 위한 도면으로서, 절점간 이동멈춤시간을 조절하면 표면 덧살부 용착량 제어 및 내부 결함 방지가 가능하다.
Dwell 1 및 Dwell 2는 표면 덧살부 용착량 제어에 사용되며, Dwell 3 및 Dwell 4는 루트 수동용접과 자동 용접 경계면 결합 방지에 사용된다.
본 발명에 의하면, 갭 변화에 관계없이 용접 패스수 일정 즉, 원 레이어 원 패스 용접이 가능하고, 갭 변화시 위빙 패턴 스케일 버튼 조작만으로 작업 수행이 가능하므로 저기량의 작업자도 고 품질의 용접 구현이 가능하며, 최소 용접 패스수로 생산성 향상 및 작업공수 감소 및 대용착 작업시 용접 결함 없는 고품질 용접 구현이 가능한 효과를 얻을 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조로 하여 기술하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이하의 부속 청구범위의 사상 및 영역을 일탈하지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 여러 가지로 수정 및 변형실시될 수 있으며, 이와 같은 수정 및 변형은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1과 도 2는 종래 위빙 방법에 의한 위빙 패턴과 본 발명의 위빙 방법에 의한 위빙 패턴을 각각 도시하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 위빙 스케일 파라미터와 갭 대응 위빙 스케일 변경을 각각 나타내는 도면이다.
도 4는 갭 변화에 대응하여 주 절점 위치를 데이터베이스화한 위빙 스케일 변경을 도시한 도면이다.
도 5는 원 레이어 원 패스 용접을 도시하는 도면이다.
도 6은 주절점의 역할을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 보조 절점의 역할을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 방법에 있어서 다양한 이동 선속도를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 방법에 있어서 절점간 이동멈춤시간을 설명하기 위한 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
10: 위빙 스케일 볼륨

Claims (7)

  1. 맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법에 있어서,
    사다리꼴 위빙 패턴과 삼각형 위빙 패턴을 상하로 조합하여 구성된 3차원 위빙 패턴을 형성하는 단계;
    상기 사다리꼴 위빙 패턴과 상기 삼각형 위빙 패턴을 결정하는 다수개의 주 절점을 형성하는 단계;
    상기 다수 개의 주절점 간 이동에 있어서 각 이동 경로 내부를 세분화하여 상기 경로 사이에 위치한 다수개의 보조절점을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주절점과 상기 보조 절점 사이에는 절점 사이마다 다르게 이동 선속도가 형성되는 것을 특징으로 하는 맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    3차원 위빙 시 갭 변화에 대응한 주 절점 변경이 가능하도록 위빙 스케일 파라미터를 데이터 베이스화하여 위빙 스케일 변경 시 통합 자동 변경되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주 절점은 고온의 아크가 3차원으로 움직이며 직접 개선면 내부에 접촉할 수 있는 위빙 형상을 가지도록 한 것을 특징으로 하는 맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주절점 중 일부에는 소정의 이동멈춤 시간을 두는 것을 특징으로 하는 맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    주 절점의 위치에 따라서 용융풀의 높이 제어가 가능하며, 루트부와 자동 용접 경계면의 결함을 방지하는 것을 특징으로 하는 맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주절점과 보조절점 사이의 다양한 이동 선속도로 용접 표면 덧살부 높이 제어와 오른쪽 및 왼쪽의 용착량 증가, 내부 결함방지가 가능한 것을 특징으로 하는 맞대기 용접의 대용착 3차원 위빙 방법.
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