KR20150144138A - 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 링 프로젝션 용접(Ring Projection Welding)의 용접품질 평가에 관한 것으로서, 특히 다양한 평가용 파라미터를 이용하여 링 프로젝션 용접의 용접품질을 비파괴적으로 정확하게 평가할 수 있도록 하는 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법에 관한 것이다.
본 발명의 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법은, 기 설정된 시간별로 구분된 다수의 구간으로 링 프로젝션 용접을 수행하는 용접단계; 상기 링 프로젝션 용접시 상기 각 구간별로 전압, 전류, 압력, 저항, 발열량 및 용접시간을 포함한 다수의 용접정보를 검출하는 검출단계; 상기 검출된 다수의 용접정보가 기설정된 각각의 기준범위를 만족하는지를 판단하는 판단단계; 상기 다수의 용접정보가 상기 각각의 기준범위를 만족하면 상기 다수의 구간 중 첫 번째 구간에서의 순시동저항(IDR)의 기울기를 계산하는 제1계산단계; 상기 순시동저항(IDR)의 기울기를 기 설정된 제1기준치와 비교하는 제1비교단계; 상기 다수의 구간에서 발생하는 발열량을 합산하여 총 발열량을 계산하는 제2계산단계; 상기 계산된 총 발열량을 기설정된 제2기준치와 비교하는 제2비교단계; 및 상기 제1 및 제2 비교단계에서, 상기 첫 번째 구간에서의 순시동저항(IDR)의 기울기가 상기 제1기준치보다 크고, 상기 다수의 구간별 총 발열량이 상기 제2기준치보다 크면 용접품질이 양호한 것으로 평가하는 평가단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법{METHOD FOR EVALUATING WELDING QUALITY OF RING PROJECTION WELDING}

본 발명은 링 프로젝션 용접(Ring Projection Welding)의 용접품질 평가에 관한 것으로서, 특히 다양한 평가용 파라미터를 이용하여 링 프로젝션 용접의 용접품질을 비파괴적으로 정확하게 평가할 수 있도록 하는 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법에 관한 것이다.

프로젝션 용접은 저항용접의 일종으로 금속재료의 접합부에 만들어진 돌기를 접촉시켜 압력을 가하고 여기에 전류를 통하여 저항열의 발생을 비교적 작은 특정 부분에 한정시켜 접합하는 용접이다.

특히, 자동차부품의 제조 및 조립 공정에서 원뿔이나 원기둥과 같이 그 둘레가 원형인 링(ring) 형상의 금속을 모재에 저항용접하는 링 프로젝션 용접이 널리 이용되고 있다.

이러한 링 프로젝션 용접은 용접하고자 하는 링 형상의 금속과 모재가 맞닿은 상태에서 그 맞닿은 부분에 대응하는 돌기를 접촉한 후 전극으로의 가압 및 통전을 이용한 저항열에 의해 돌기를 녹여 금속을 모재에 접합하게 된다.

이처럼, 링 프로젝션 용접은 모재에 규격화된 링 형상의 금속을 용접하는 방식이므로 용접부 외관에 흠집이 없고 매끈한 외관을 가지고 전극의 수명이 길어져 생산성 향상에 효과가 있고 열용량의 차이가 많이 나는 이종 금속의 접합도 가능하다. 또한, 한번에 다수의 용접이 가능하고 하나의 제품에 다수의 작은 용접부를 가질 수 있으므로 우수한 용접 강도를 가진다는 장점이 있다.

하지만, 종래의 링 프로젝션 용접에서는 모재와 링 형상의 금속을 물리적인 힘을 가해 분리한 후, 그 분리된 용접부의 상태를 눈으로 확인하여 용접품질을 평가하였다. 이는 파괴적인 방법으로서 작업자의 물리적인 힘을 필요로 하고 작업자의 눈으로 직접 용접상태를 확인하기 때문에 정확한 용접품질 평가가 어렵고 전수검사가 아닌 샘플링을 통해 검사하기 때문에 대량불량을 사전에 예방하기 어렵다는 문제점이 있다.

이를 방지하기 위하여 종래에 프로젝션 용접 시 전류, 전압, 압력 등의 파라미터를 측정하여 용접품질을 평가하는 방법이 제시되었다. 하지만, 이 경우 단순히 이들 파라미터만으로 용접기 출력의 안정성을 정확히 판단하기는 어렵고, 특히 용접기 자체가 아니라 이물질, 돌기부 높이 등의 외부요인에 품질변화는 상기의 파라미터만으로는 판단하기 어려우므로 용접품질의 정확한 평가가 어려웠다는 문제점이 있다.

이에, 해당 기술분야에서는 링 프로젝션 용접에서의 용접품질을 실시간으로 정확하게 검출할 수 있는 기술의 개발이 적극 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 링 프로젝션 용접시 용접기 자체만 아니라 외부요인에 의한 용접품질을 정확하게 평가할 수 있는 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 다양한 평가용 파라미터의 분석을 통해 링 프로젝션 용접의 용접품질을 비파괴적으로 정확하게 평가할 수 있도록 하는 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 링 프로젝션 용접 중에 실시간으로 전수검사를 통해 용접품질을 평가할 수 있도록 하는 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법은, 기 설정된 시간별로 구분된 다수의 구간으로 링 프로젝션 용접을 수행하는 용접단계; 상기 링 프로젝션 용접시 상기 각 구간별로 전압, 전류, 압력, 저항, 발열량 및 용접시간을 포함한 다수의 용접정보를 검출하는 검출단계; 상기 검출된 다수의 용접정보가 기설정된 각각의 기준범위를 만족하는지를 판단하는 판단단계; 상기 다수의 용접정보가 상기 각각의 기준범위를 만족하면 상기 다수의 구간 중 첫 번째 구간에서의 순시동저항(IDR)의 기울기를 계산하는 제1계산단계; 상기 순시동저항(IDR)의 기울기를 기 설정된 제1기준치와 비교하는 제1비교단계; 상기 다수의 구간에서 발생하는 발열량을 합산하여 총 발열량을 계산하는 제2계산단계; 상기 계산된 총 발열량을 기설정된 제2기준치와 비교하는 제2비교단계; 및 상기 제1 및 제2 비교단계에서, 상기 첫 번째 구간에서의 순시동저항(IDR)의 기울기가 상기 제1기준치보다 크고, 상기 다수의 구간별 총 발열량이 상기 제2기준치보다 크면 용접품질이 양호한 것으로 평가하는 평가단계; 를 포함한다.

본 발명에서 상기 제1계산단계는, 상기 첫 번째 구간에서 기 설정된 샘플링주기에 따라 측정된 n개의 전류 순시치와, 상기 n개의 전류 순시치와 동일시각에 대응하는 n개의 전압 순시치를 이용하여 순시동저항(IDR)을 계산하고, 상기 기 설정된 샘플링주기로 측정된 상기 첫 번째 구간의 순시동저항(IDR)의 기울기를 계산한다.

본 발명에서 상기 제1계산단계는, 상기 링 프로젝션 용접시 상기 각 구간별로 전류 및 전압이 안정화(stable)되는 시점부터 상기 샘플링주기에 따라 상기 n개의 전류 순시치 및 전압 순시치를 측정한다.

본 발명에서 상기 제2계산단계는, 상기 각 구간별로 전류 및 전압이 안정화(stable)된 영역에서 발생하는 발열량의 최댓값과 마지막 값의 차이를 계산하고, 상기 계산된 각 구간별 최댓값과 마지막 값의 차이를 모두 합산한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법에서는 다음과 같은 효과를 갖는다.

먼저, 본 발명에 의하면 링 프로젝션 용접시 용접품질을 비파괴적으로 평가할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 링 프로젝션 용접시 샘플링 검사가 아닌 전수검사를 통해 모든 용접부에 대한 품질 평가가 수행될 수 있다.

나아가, 본 발명에 의하면 링 프로젝션 용접시 외부요인에 의한 용접품질을 정확하게 평가할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법을 구현하기 위한 용접장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법을 보이는 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 기 설정된 시간별로 구분된 다수의 구간을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전류, 전압 및 순시동저항(IDR)의 실시간 측정실험 그래프에 대한 예시도.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법을 구현하기 위한 용접장치의 구성도이다.

도 1에 도시된 용접장치의 일례를 참조하면, 본 발명에 따른 용접장치는 링 프로젝션 용접기(110)에 부착되어 용접시 전압(V), 전류(I), 발열량(Joule)을 각각 검출하는 전압센서(101), 전류센서(102) 및 발열량센서(103)가 구비된다. 상기 발열량은 용접시 모재 사이의 저항 발열에 의해 주어지는 열량을 말하며, 전류, 전압 계측 값에 의해 단위시간당 발열량으로 표시할 수도 있다.

상기 발열량의 측정을 위해 본원발명에서는 물체의 온도를 검지하는 온도센서 중 하나가 사용되는 상기 발열량센서(103)를 사용한다. 다만, 설계조건에 따라 상기 발열량은 발열 속도의 개념으로 전압x전류로 계산될 수도 있다.

전압 발명의 링 프로젝션 용접기의 전원은 DC 전원을 이용함이 바람직하다. 이는 출력이 안정적이고 용접성이 우수하다는 장점들로 인하여 실제로 현장에서 많이 사용되고 있다. 이들 센서들(101,102,103)은 각각 공지의 센서모듈을 이용할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이들 센서(101,102,103)에서 측정된 전압, 전류 및 발열량의 측정값은 컴퓨터장치(120)로 입력된다. 이러한 컴퓨터장치(120)는 그 내부에 용접품질 평가를 위한 전용프로그램이 설치되어 있으며, 그 전용프로그램으로 상기 입력된 전압, 전류 및 발열량 측정값을 이용하여 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가에 필요한 다수의 파라미터를 계산한 후 이를 이용하여 용접품질을 평가하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법을 보이는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 상기한 바와 같이 DC 전원을 이용하는 링 프로젝션 용접기(110)에서의 링 프로젝션 용접시 전압센서(101), 전류센서(102) 및 발열량센서(103)를 이용하여 각각 전압, 전류 및 발열량을 측정한다(S10). 이어, 용접시간을 계산한다(S11). 여기서, 용접시간은 통전시간으로 계산될 수 있으며, 상기 링 프로젝션 용접시 기 설정된 시간에 따라 그 각각이 다수의 구간으로 구별되어 진다. 상기 용접시간은 링 프로젝션 용접기에 대해 미리 설정된 값이고, 컴퓨터장치(130)에 의해서 관리된다. 이러한 전압, 전류, 발열량 및 용접시간은 용접시 전체 과정에서 검출 및 계산된 값이다.

계속해서, 상기와 같이 계산된 링 프로젝션 용접시의 전압, 전류, 발열량 및 용접시간을 포함한 다수의 용접정보가 기설정된 각각의 기준범위를 만족하는지를 판단한다(S12). 이러한 각각의 기준범위는 링 프로젝션 용접이 제대로 수행되고 있는지를 판단하기 위한 판단범위이다. 따라서, 각각의 용접정보가 각 해당 기준범위에 들어가는 경우는 용접이 제대로 이루어지고 있다고 판단하고, 반대로 해당 기준범위를 벗어나는 경우는 용접 불량이 발생하는 것으로 판단하는 것이다.

각 용접정보가 각각의 해당 기준범위를 만족하면 용접시 다수의 구간 중 첫 번째 구간에서의 순시동저항(IDR:Instantaneous Dynamic Resistance)을 계산한다(S13). 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 상기 링 프로젝션 용접시 기 설정된 시간별로 구분된 다수의 용접구간이 존재한다. 특히, 본 발명의 일실시 예에 따른 링 프로젝션 용접은 용접의 이음매 강도와 접합력 높이기 위해 3단 용접을 실시한다. 상기 3단 용접시 용접시간은 3개의 구간으로 각각 구분하여 설정되며, 각 구간의 용접은 일정한 간격을 가지고 연속적으로 이루어진다. 상기 3개의 구간 중 마지막 구간은 용접부위의 템퍼링(tempering) 처리를 위한 구간으로 설정될 수도 있다. 상기 본원발명에서의 3단 용접은 일례이며, 설계조건에 따라 1, 2단 용접 또는 펄스 용접이 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 기 설정된 시간별로 구분된 다수의 구간을 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하여 설명하면, 상기 다수의 구간 중 첫 번째 구간(A)과 두 번째 구간(B) 및 세 번째 구간(C)에서의 전류 및 전압이 안정화(stable)되는 영역(x, y, z)은 수 msec로 설정된다. 상기 안정화(stable)되는 영역(x, y, z)은 그 각각이 동일 또는 서로 다른 수치로 설정될 수 있다.

상기 안정화 영역(x, y, z)은 용접시 전압을 인가하여 전류가 통전될 때, 정상적인 파형이 일정하게 출력되는 구간을 의미한다. 또한, 상기 각 구간(A, B, C)이 구분되어 지도록 기 설정된 임의의 시간간격을 두고 상기와 같이 다단 통전을 하게 된다.

상기 순시동저항(IDR)은 상기 다수의 구간 중 첫 번째 구간(A)에서의 안정화 영역(x)에서 기설정된 샘플링주기에 따라 측정된 전류의 순시치(Instantaneous value)와 그 전류의 순시치와 동일시각에 나타나는 전압의 순시치를 이용하여 계산된다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전류, 전압 및 순시동저항(IDR)의 실시간 측정실험 그래프에 대한 예시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 순시동저항(IDR)을 계산하기 위하여, 전원이 공급되는 동안 기설정된 n개의 샘플링주기별로 전류의 순시치 및 전압의 순시치를 각각 측정한다. 도 4의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 이러한 전류의 순시치 및 전압의 순시치는 실제 측정시 미세한 파형으로 측정되며, 이는 순간적인 데이터로서 서로 동일한 측정시각에 동일한 n개의 개수로 측정된다. 따라서, 순시동저항(IDR)은 상기 실체 측정된 전류의 순시치와, 그 전류의 순시치와 동일시각에 측정된 전압의 순시치를 이용하여 옴의 법칙에 의해 계산한 저항의 순시치로서 링 프로젝션 용접시 동적으로 변하는 저항값을 의미한다.

또한, 상기 순시동저항(IDR)은 상기 첫 번째 구간(A)의 안정화 영역(x)의 시작시점부터 상기 안정화 영역(x)의 임의의 시점까지의 전류의 순시치 및 전압의 순시치를 이용하여 계산되며, 상기 실제 값에 근사한 수치를 반영하기 위해 본원발명의 바람직한 실시 예에서 100개 내외의 샘플링주기별로 샘플링을 실시한다. 다만, 상기 각각의 샘플링주기의 간격은 임의 또는 일정한 시간간격으로 설정되어 질 수 있다.

다시, 도 2를 참조하여, 상기와 같이 계산된 첫 번째 구간(A)의 실시간 순시동저항(IDR)의 기울기를 계산하고(S109), 그 순시동저항의 기울기와 기설정된 제1기준치를 비교한다(S14). 즉, 첫 번째 구간(A)의 용접시간 동안 순시동저항(IDR)의 기울기를 계산하여 제1기준치와 비교하는 것이다. 이때, 제1기준치는 링 프로젝션 용접의 용접품질 판단시 순시동저항(IDR)의 기울기와 관련하여 용접품질의 양불을 판단하는 기준 값이다.

계속해서, 도 2에서와 같이, 순시동저항(IDR) 기울기가 제1기준치보다 큰 경우 상기 다수의 구간별 총 발열량을 계산한다(S16). 즉, 상기 각 구간별로 전류 및 전압이 안정화된 영역(x, y, z)에서 발생하는 발열량 중 최댓값과 마지막 값의 차이를 계산하고, 상기 계산된 각 구간(A, B, C)별 최댓값과 마지막 값의 차이를 모두 합산한다.

상기 최댓값은 상기 각 구간(A, B, C)의 안정화된 영역(x, y, z)에서 용접시 발생하는 발열량이 최고치에 이르렀을 때의 값이고, 상기 마지막 값은 상기 안정화된 구간(x, y, z)이 끝나는 시점의 발열량 값을 의미한다. 본 발명의 실시 예에서는 최댓값과 마지막 값의 차이를 계산하여 이를 합산하나, 최솟값 또는 평균값을 이용할 수도 있다.

이어서, 상기 계산된 총 발열량과 기설정된 제2기준치를 비교한다(S17). 여기서, 제2기준치는 링 프로젝션 용접의 용접품질 판단시, 상기 총 발열량과 관련하여 용접품질의 양불을 판단하는 기준 값이다.

일반적으로 용접의 품질에 있어서 발열량은 중요한 요소 중 하나이다. 따라서, 상기 발열량이 작으면 냉각속도가 빠르게 되어 경화가 현저한 뿐 아니라 용착이 제대로 되지 않을 수 있기 때문에 적정한 발열량이 필요하다.

따라서, 만약 총 발열량이 제2기준치보다 큰 것으로 판단되면 용접품질이 양호한 것으로 평가하고(S18), 상기 총 발열량이 작으면 용접품질이 불량한 것으로 평가한다(S19).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 DC 전원을 이용한 링 프로젝션 용접시 1차적으로 전압, 전류, 발열량 및 용접시간을 포함한 용접정보가 기설정된 각각의 해당 기준범위를 만족하는지를 판단하고, 이들 각각의 기준범위를 만족하면, 2차적으로 다수의 구간 중 첫 번째 구간의 순시동저항(IDR)의 기울기를 제1기준치와 비교하고, 상기 용접시간내 전 3구간에서 발생하는 발열량이 합산된 총 발열량을 기설정된 제2기준치와 비교하여, 링 프로젝션 용접의 용접품질을 판단하도록 한다.

이러한 1차, 2차의 판단을 통해 링 프로젝션 용접 과정에서 실시간으로 비파괴적으로 용접품질을 판단할 수 있고 정확한 용접품질 판정이 이루어질 수 있게 된다.

상기한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

110 : 링 프로젝션 용접기 101 : 전압센서
102 : 전류센서 103 : 발열량센서
120 : 컴퓨터 장치

Claims (4)

1. 기 설정된 시간별로 구분된 다수의 구간으로 링 프로젝션 용접을 수행하는 용접단계;
   상기 링 프로젝션 용접시 상기 각 구간별로 전압, 전류, 압력, 저항, 발열량 및 용접시간을 포함한 다수의 용접정보를 검출하는 검출단계;
   상기 검출된 다수의 용접정보가 기설정된 각각의 기준범위를 만족하는지를 판단하는 판단단계;
   상기 다수의 용접정보가 상기 각각의 기준범위를 만족하면 상기 다수의 구간 중 첫 번째 구간에서의 순시동저항(IDR)의 기울기를 계산하는 제1계산단계;
   상기 순시동저항(IDR)의 기울기를 기 설정된 제1기준치와 비교하는 제1비교단계;
   상기 다수의 구간에서 발생하는 발열량을 합산하여 총 발열량을 계산하는 제2계산단계;
   상기 계산된 총 발열량을 기설정된 제2기준치와 비교하는 제2비교단계; 및
   상기 제1 및 제2 비교단계에서, 상기 첫 번째 구간에서의 순시동저항(IDR)의 기울기가 상기 제1기준치보다 크고, 상기 다수의 구간별 총 발열량이 상기 제2기준치보다 크면 용접품질이 양호한 것으로 평가하는 평가단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1계산단계는,
   상기 첫 번째 구간에서 기 설정된 샘플링주기에 따라 측정된 n개의 전류 순시치와, 상기 n개의 전류 순시치와 동일시각에 대응하는 n개의 전압 순시치를 이용하여 순시동저항(IDR)을 계산하고, 상기 기 설정된 샘플링주기로 측정된 상기 첫 번째 구간의 순시동저항(IDR)의 기울기를 계산하는 것을 특징으로 하는 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제1계산단계는,
   상기 링 프로젝션 용접시 상기 각 구간별로 전류 및 전압이 안정화(stable)되는 시점부터 상기 샘플링주기에 따라 상기 n개의 전류 순시치 및 전압 순시치를 측정하는 것을 특징으로 하는 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제2계산단계는,
   상기 각 구간별로 전류 및 전압이 안정화(stable)된 영역에서 발생하는 발열량의 최댓값과 마지막 값의 차이를 계산하고, 상기 계산된 각 구간별 최댓값과 마지막 값의 차이를 모두 합산하는 것을 특징으로 하는 링 프로젝션 용접의 용접품질 평가방법.

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