KR20180001352A

KR20180001352A - 용접 품질 평가 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20180001352A
Application number: KR1020160080377A
Authority: KR
Inventors: 유지영
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2018-01-04

Abstract

본 발명은 용접 품질 평가 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 용접 품질 평가 방법은, 제어부가 스폿용접 시 스폿 용접부에서 소모하는 용접 전압과 용접 전류를 신호 계측부로부터 입력받는 단계; 제어부가 용접 전압과 용접 전류를 기반으로 날림 발생여부를 판단하는 단계; 및 제어부가 용접 전압과 용접 전류에 기초하여 입열량과 평균전력을 산출하고, 산출된 입열량과 평균전력이 저장부에 저장된 입열량 범위와 평균전력 범위에 각각 포함되는지 비교하여 용접 품질을 평가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

용접 품질 평가 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR ASSESSING WELDING QUALITY AND METHOD THEREOF}

본 발명은 용접 품질 평가 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스폿용접을 할 때 용접부에 인가되는 입열량과 날림 발생 유무를 통해 비파괴적으로 용접 품질을 예측하는 용접 품질 평가 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 스폿용접(spot welding)은 금속판을 포개어 놓고 전극 끝을 금속판 아래 위에 대고 비교적 작은 부분에 전류 및 가압력을 집중시켜 국부적으로 가열하는 동시에 전극의 압력을 가하여 행하는 저항 용접이다. 특히 스폿용접은 기계적인 장치와 전기적인 장치가 결합되어 용접에 필요한 전류(welding current), 용접 가압력(welding force), 용접 시간(welding time)을 조절하여 금속을 접합하는 공정이다.

저항 스폿용접에서는 균일한 용접부의 품질을 확보하기 위해서 다양한 판재(sheet) 조합의 용접부에 대해 T/C(Timer Controller)에 설정되어 있는 최적 용접조건(optimal welding condition)으로 각 타점에 대한 용접 공정을 수행한다.

이때, 최적 용접조건은 로브 곡선(lobe curve)이라고 하는 용접 전류와 용접 시간, 용접 가압력에 대한 허용 영역을 가지는 범위 내에서 선정되기 때문에 최적의 값을 어느 정도 벗어나는 경우가 발생하더라도 로브 곡선의 범위 내에 있다면 양호한 용접 품질(sound weld quality)을 얻을 수 있게 된다.

관련 선행기술로는 한국공개특허 제2012-0032119호(2012.04.05, 지능형 용접 제어장치 및 제어방법)가 있다.

본 발명은 스폿용접을 할 때 용접부에 인가되는 입열량과 날림 발생 유무를 통해 비파괴적으로 용접 품질을 예측하는 용접 품질 평가 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 용접 품질 평가 장치는, 적어도 2장의 금속판을 용접하기 위한 스폿 용접부; 스폿 용접부로 금속판 용접 시 소모되는 용접 전압과 용접 전류를 측정하는 신호 계측부; 용접 품질을 평가하기 위한 입열량 범위와 평균전력 범위를 저장하는 저장부; 및 신호 계측부에서 측정한 용접 전압과 용접 전류를 기반으로 날림 발생여부를 판단하고, 용접 전압과 용접 전류로부터 입열량과 평균전력을 산출하여 저장부에 저장된 입열량 범위와 평균전력 범위에 각각 포함되는지 비교하여 용접 품질을 평가하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제어부는, 용접 전압이 설정 전압값 이상으로 변동할 때 날림이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제어부는, 용접 전압과 용접 전류로부터 동저항을 산출하고, 동저항이 설정 동저항값 이상 변동할 때 날림이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 입열량은 용접 전력의 시간 적분값이고, 평균전력은 입열량을 용접 시간으로 나눈값인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 용접 품질 평가 방법은, 제어부가 스폿용접 시 스폿 용접부에서 소모되는 용접 전압과 용접 전류를 신호 계측부로부터 입력받는 단계; 제어부가 용접 전압과 용접 전류를 기반으로 날림 발생여부를 판단하는 단계; 및 제어부가 용접 전압과 용접 전류에 기초하여 입열량과 평균전력을 산출하고, 산출된 입열량과 평균전력이 저장부에 저장된 입열량 범위와 평균전력 범위에 각각 포함되는지 비교하여 용접 품질을 평가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 날림 발생여부를 판단하는 단계는, 제어부가 용접 전압이 설정 전압값 이상으로 변동할 때 날림이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 날림 발생여부를 판단하는 단계는, 제어부가 용접 전압과 용접 전류로부터 동저항을 산출하고, 산출된 동저항이 설정 동저항값 이상 변동할 때 날림이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 용접 품질 평가 장치 및 그 방법은 스폿용접을 할 때 용접부에 인가되는 입열량과 날림 발생 유무를 통해 비파괴적으로 용접 품질을 예측할 수 있어 다양한 용접 방식이나 가압력에 영향을 받지 않고 간단하게 실시간으로 용접 품질을 평가할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 품질 평가 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스폿용접 시 날림이 발생된 상태를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스폿용접 시 적정 용접구간을 나타낸 예시 테이블이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스폿용접 시 입열량에 따른 인장강도를 나타낸 실험결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 품질 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 용접 품질 평가 장치 및 그 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 품질 평가 장치를 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스폿용접 시 날림이 발생된 상태를 나타낸 그래프이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스폿용접 시 적정 용접구간을 나타낸 예시 테이블이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스폿용접 시 입열량에 따른 인장강도를 나타낸 실험결과이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 품질 평가 장치는 스폿 용접부(20), 신호 계측부(30), 저장부(50) 및 제어부(40)를 포함한다.

스폿 용접부(20)는 적어도 2장의 피용접물(10)인 금속판을 용접하기 위한 용접 기기로써, 패널(미도시)이 겹친 좁은 부분에 전류를 집중시켜 압력을 가하여 용접한다. 이와 같은 스폿 용접부(20)는 콘덴서식, 로커 암식 등 여러 종류가 있으나 본 실시예에서는 특별히 종류를 한정하지 않는다.

신호 계측부(30)는 스폿 용접부(20)로 피용접물(10)의 용접 시 소모되는 용접 전압과 용접 전류를 시간의 추이에 따라 측정하여 제어부(40)에 제공한다.

저장부(50)는 용접 품질을 평가하기 위한 입열량 범위와 평균전력 범위를 저장한다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 적정 용접구간으로 입열량 범위를 1330~2375 J의 입열량 범위와 6049~7465 W의 평균전력 범위를 저장할 수 있다.

이를 위해 정전류 용접모드에서 용접 전류를 3.0A ~ 6.0A로 변경하고 용접 시간을 150ms ~ 350ms로 변경하면서 반복적인 실험을 수행하여 적정 용접구간을 설정할 수 있다. 이때 용접모드는 정전류 모드 이외 다른 용접모드를 통해서도 설정할 수 있을 뿐만 아니라 종래의 데이터를 활용해서 설정할 수도 있다.

제어부(40)는 신호 계측부(20)에서 측정한 용접 전압과 용접 전류를 기반으로 날림 발생여부를 판단한다.

이때 제어부(40)는 도 2의 (가)에 도시된 바와 같이 용접 전압이 설정 전압값 이상 급격하게 떨어질 때 날림이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 제어부(40)는 (나)에 도시된 바와 같이 용접 전압과 용접 전류로부터 동저항을 산출하여 동저항이 설정 동저항값 이상 떨어질 때 날림이 발생한 것으로 판단할 수 있으며, 용접 전력이 설정 전력값 이상 급격하게 떨어질 때도 날림이 발생한 것으로 판단할 수도 있다.

여기서 설정 전압값을 0.2V/10ms로 설정할 수 있고, 설정 전력값을 1kW/10ms로 설정하며, 설정 동저항값을 30μΩ/10ms로 설정할 수 있다. 이는 용접 조건에 따라 임의로 설정할 수 있는 값이다.

또한, 제어부(40)는 용접 전압과 용접 전류로부터 입열량과 평균전력을 산출하여 저장부(50)에 저장된 입열량 범위와 평균전력 범위에 각각 포함되는지 비교하여 용접 품질을 평가한다.

이때 입열량은 수학식 1과 같이 용접 전력을 시간으로 적분하여 산출할 수 있고, 평균전력은 수학식 2와 같이 입열량을 용접 시간으로 나누어 산출할 수 있다.

여기서, Q는 입열량, I는 용접 전류, V는 용접 전압, R은 저항, t는 용접 시간, P는 용접 전력이다.

여기서, 평균전력 P_ave는 평균전력, Q는 입열량, t_weld는 용접 시간이다.

따라서, 제어부(40)는 산출된 입열량과 평균전력이 저장부에 저장된 입열량 범위와 평균전력 범위에 각각 포함되는지 비교하여 모두 포함될 경우 용접 품질이 양호한 것으로 용접 품질을 평가한다.

반면 입열량과 평균전력이 입열량 범위와 평균전력 범위에 포함되지 않을 경우 용접불량으로 판단한다.

이는 도 4에 도시된 바와 같이 강종에 따라 가압력을 변경하고, 용접모드를 정전류 용접모드와 지능형 용접모드로 변경하면서 용접한 결과 입열량을 동일하게 할 경우 인장강도의 차이가 오차범위 이내로 거의 동일함을 알 수 있다.

따라서 강종 및 가압력이 변경되고, 용접모드가 변경되더라도 스폿 용접부(20)를 통해 용접 시 인가되는 입열량과 평균전력을 기반으로 용접 품질을 예측할 수 있다.

또한 제어부(40)는 날림 발생여부를 판단한 결과와, 입열량과 평균전력을 통해 평가한 용접 품질의 평가 결과에 대해 표시부(60)를 통해 출력할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 용접 품질 평가 장치에 따르면, 스폿용접을 할 때 용접부에 인가되는 입열량과 날림 발생 유무를 통해 비파괴적으로 용접 품질을 예측할 수 있어 다양한 용접 방식이나 가압력에 영향을 받지 않고 간단하게 실시간으로 용접 품질을 평가할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 품질 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 품질 평가 방법에서는 먼저, 제어부(40)가 스폿용접 시 스폿 용접부(10)에서 소모하는 용접 전압과 용접 전류를 신호 계측부(20)로부터 입력받는다(S10).

S10 단계에서 입력된 용접 전압과 용접 전류를 기반으로 제어부(40)는 날림 발생여부를 판단한다(S20).

즉, 제어부(40)는 도 2의 (가)에 도시된 바와 같이 용접 전압이 설정 전압값인 0.2V/10ms 이상 떨어질 경우 날림이 발생한 것으로 판단하고 이를 표시부(60)를 통해 용접 불량을 출력할 수 있다(S50).

또한, 제어부(40)는 (나)에 도시된 바와 같이 용접 전압과 용접 전류로부터 동저항을 산출하여 동저항이 설정 동저항값인 30μΩ/10ms 이상 떨어질 경우 날림이 발생한 것으로 판단할 수 있고, 용접 전력이 설정 전력값인 1kW/10ms 이상 떨어질 경우 날림이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

여기서 설정 전압값, 설정 동저항값 및 설정 전력값은 용접 조건에 따라 임의로 설정할 수 있는 값이다.

S20 단계에서 날림 발생여부를 판단한 후 날림이 발생하지 않은 경우, 제어부(40)는 용접 전압과 용접 전류에 기초하여 입열량과 평균전력을 산출한다(S30).

이때 입열량은 수학식 3과 같이 용접 전력을 시간으로 적분하여 산출할 수 있고, 평균전력은 수학식 4와 같이 입열량을 용접 시간으로 나누어 산출할 수 있다.

S30 단계에서 입열량과 평균전력을 산출한 후, 제어부(40)는 저장부(50)에 저장된 적정 용접구간인 입열량 범위와 평균전력 범위에 각각 포함되는지 비교하여 용접 품질을 평가한다(S40).

즉, 제어부(40)는 산출된 입열량과 평균전력이 저장부(50)에 저장된 입열량 범위와 평균전력 범위에 각각 포함되는지 비교하여 모두 포함될 경우 용접 품질이 양호한 것으로 용접 품질을 평가하여 표시부(60)에 출력한다(S60).

반면 S40 단계에서 평가한 결과 입열량과 평균전력이 입열량 범위와 평균전력 범위에 포함되지 않을 경우, 제어부(40)는 용접불량으로 판단하고 이를 표시부(60)에 출력한다(S50).

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 용접 품질 평가 방법에 따르면, 스폿용접을 할 때 용접부에 인가되는 입열량과 날림 발생 유무를 통해 비파괴적으로 용접 품질을 예측할 수 있어 다양한 용접 방식이나 가압력에 영향을 받지 않고 간단하게 실시간으로 용접 품질을 평가할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 피용접물 20 : 스폿 용접부
30 : 신호 계측부 40 : 제어부
50 : 저장부 60 : 표시부

Claims

적어도 2장의 금속판을 용접하기 위한 스폿 용접부;
상기 스폿 용접부로 상기 금속판 용접 시 소모되는 용접 전압과 용접 전류를 측정하는 신호 계측부;
용접 품질을 평가하기 위한 입열량 범위와 평균전력 범위를 저장하는 저장부; 및
상기 신호 계측부에서 측정한 상기 용접 전압과 상기 용접 전류를 기반으로 날림 발생여부를 판단하고, 상기 용접 전압과 상기 용접 전류로부터 입열량과 평균전력을 산출하여 상기 저장부에 저장된 상기 입열량 범위와 상기 평균전력 범위에 각각 포함되는지 비교하여 용접 품질을 평가하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 품질 평가 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 용접 전압이 설정 전압값 이상으로 변동할 때 날림이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 용접 품질 평가 장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 용접 전압과 상기 용접 전류로부터 동저항을 산출하고, 상기 동저항이 설정 동저항값 이상 변동할 때 날림이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 용접 품질 평가 장치.
제 1항에 있어서, 상기 입열량은 용접 전력의 시간 적분값이고, 평균전력은 상기 입열량을 용접 시간으로 나눈값인 것을 특징으로 하는 용접 품질 평가 장치.
제어부가 스폿용접 시 스폿 용접부에서 소모되는 용접 전압과 용접 전류를 신호 계측부로부터 입력받는 단계;
상기 제어부가 상기 용접 전압과 상기 용접 전류를 기반으로 날림 발생여부를 판단하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 용접 전압과 상기 용접 전류에 기초하여 입열량과 평균전력을 산출하고, 산출된 상기 입열량과 상기 평균전력이 저장부에 저장된 입열량 범위와 평균전력 범위에 각각 포함되는지 비교하여 용접 품질을 평가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 용접 품질 평가 방법.
제 5항에 있어서, 상기 날림 발생여부를 판단하는 단계는, 상기 제어부가 상기 용접 전압이 설정 전압값 이상으로 변동할 때 날림이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 용접 품질 평가 방법.
제 5항에 있어서, 상기 날림 발생여부를 판단하는 단계는, 상기 제어부가 상기 용접 전압과 상기 용접 전류로부터 동저항을 산출하고, 산출된 상기 동저항이 설정 동저항값 이상 변동할 때 날림이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 용접 품질 평가 방법.
제 5항에 있어서, 상기 입열량은 용접 전력의 시간 적분값이고, 상기 평균전력은 상기 입열량을 용접 시간으로 나눈값인 것을 특징으로 용접 품질 평가 방법.