KR20210084988A - Apparatus for Robot Welding with Curved Part Welding Function and Method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a robotic welding device capable of performing welding on a curved portion and a control method thereof, which can perform robotic welding on a right-angled curved portion or an acute-angled curved portion while maintaining a direction of forward feeding. The robotic welding device capable of performing welding on a curved portion in accordance with one embodiment of the present invention is a robotic welding device capable of performing welding on a curved portion, which performs welding on a right-angled curved portion or an acute-angled curved portion while maintaining a direction of forward feeding where a filler material is fed from the front side, wherein the robotic welding device comprises: a welding torch; a welding power supply unit for applying welding power to the welding torch; a 6-axis vertical multi-joint welding robot having a terminal where the welding torch is mounted; a 2-axis positioner for supporting a workpiece to be welded by the welding robot; and a filler material feeding device having a plurality of jobs stored therein and capable of changing conditions for welding only by changing a call number of a job.

Description

굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치 및 그 제어 방법{Apparatus for Robot Welding with Curved Part Welding Function and Method thereof}A robot welding device capable of welding a bent part and a control method thereof {Apparatus for Robot Welding with Curved Part Welding Function and Method thereof}

본 발명은 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전방송급의 방향을 유지하면서 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부 로봇 용접을 할 수 있는 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a robot welding apparatus capable of welding a bent portion and a control method thereof, and more particularly, a robot welding apparatus capable of welding a bent portion capable of performing robot welding of a right-angle bent portion or abrupt bend portion while maintaining the overall broadcast-grade direction, and the same It relates to a control method.

금속 AM에서의 적층방법은 재료 유형에 따라서 분말과 와이어로 나누어지게 된다. 분말을 재료로 사용하는 경우는 주로 레이저빔과 전자빔을 열원으로 사용하여 적층을 하게 된다. 와이어를 재료로 사용하는 경우는 레이저, 전자빔 및 용접 아크를 열원으로 하여 적층을 하게 된다. 분말을 기반으로 하는 금속 AM은 정밀도가 높으나, 용착속도가 비교적 낮고 분말이나 열원 장치비용 등 생산 비용이 비싸다는 단점이 있다. 이와 같은 특징들에 의해 소형 정밀 금속 부품의 제조가 용이하다. 와이어를 기반으로 하는 금속 AM은 정밀도가 낮으나, 낮은 생산원가와 높은 용착속도를 바탕으로 다양한 금속 제품의 제조에 이용되고 있다. The lamination method in metal AM is divided into powder and wire according to the material type. When powder is used as a material, lamination is mainly performed using a laser beam and an electron beam as heat sources. When a wire is used as a material, a laser, an electron beam, and a welding arc are used as heat sources for lamination. Metal AM based on powder has high precision, but has disadvantages in that the deposition rate is relatively low and production costs such as powder or heat source equipment are expensive. These features facilitate the manufacture of small precision metal parts. Wire-based metal AM has low precision, but is being used to manufacture various metal products based on low production cost and high welding speed.

분말을 기반으로 하는 금속 AM은 대부분 유럽을 중심으로 상당한 개발이 이루어져 대부분의 기술이 독점화 되어있고 사용되는 분말도 제한적으로 사용되고 있다. 기존의 가공방식에 비하여 분말을 기반으로 한 금속 AM은 생산원가가 높아 시제품 제작이나 제품 경량화를 위한 제품에 적용되고 있다.Metal AM based on powder has been developed significantly mainly in Europe, so most of the technology is monopolized and the powder used is also limited. Compared to the existing processing method, powder-based metal AM has a higher production cost, so it is being applied to products for prototyping or product weight reduction.

와이어를 기반으로 하는 금속 AM은 영국, 미국, 일본, 중국 등을 중심으로 성장하고 있으며 낮은 생산원가를 기반으로 Ti, Al, Ni alloy등 고가의 금속 제품을 제조하는데 유리하다. 특히 Ti alloy의 경우는 항공, 우주, 국방에 사용되는 금속으로 bulk 제품의 수입제한이 이루어져 다양한 나라에서 Ti alloy를 중대형으로 제조할 수 있는 금속 AM에 관심을 가지고 있다. Wire-based metal AM is growing mainly in the UK, US, Japan, and China, and it is advantageous for manufacturing expensive metal products such as Ti, Al, and Ni alloys based on low production cost. In particular, Ti alloy is a metal used for aviation, space, and national defense, and imports of bulk products are restricted, so there is interest in AM, a metal that can manufacture Ti alloy in medium to large size in various countries.

본 발명은 전방송급의 방향을 유지하면서 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부 로봇 용접을 할 수 있는 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a robot welding apparatus capable of welding a bent portion capable of performing robot welding of a right-angle bent portion or a sharp bend portion while maintaining the direction of the entire broadcast class, and a control method thereof.

또한, 본 발명은 금속 AM(Additive Manufacturing)에서 Super-TIG 용접을 이용하여 적층 시 존재하는 직각 굴곡부에 대한 로봇과 포지셔너의 연동 티칭 기술 및 공정개발을 하여 벽면과 비드 높이의 건전한 품질을 확보할 수 있는 슈퍼 티그 용접을 이용한 금속 적층 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention uses Super-TIG welding in metal AM (Additive Manufacturing) to secure sound quality of wall surfaces and bead heights by developing interlocking teaching technology and process development between a robot and a positioner for right-angle bent parts that exist during lamination. An object of the present invention is to provide a metal lamination apparatus and method using super tig welding.

본 발명의 일 실시예에 따른 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치는, 용가재를 전방에서 송급하는 송급 방향을 유지하면서 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부를 용접하는 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치로서, 용접토치; 상기 용접토치에 용접 전언을 인가하는 용접 전원 공급부; 끝단에 용접 토치를 장착한 6축 수직 다관절 용접로봇; 상기 용접로봇에 의하여 용접되는 용접 대상물을 지지하는 2축의 포지셔너; 및 다수의 JOB을 저장하여 용접조건 변경시 JOB 호출 번호 변경만으로 용접조건 변경이 가능하도록 하는 용가재 송급장치를 포함할 수 있다. A robot welding apparatus capable of welding a bent portion according to an embodiment of the present invention is a robot welding apparatus capable of welding a bent portion for welding a right-angled portion or a sharp bend while maintaining a supply direction for supplying a filler metal from the front, comprising: a welding torch; a welding power supply for applying a welding message to the welding torch; 6-axis vertical articulated welding robot equipped with a welding torch at the end; a two-axis positioner for supporting a welding object to be welded by the welding robot; And it may include a filler metal feeding device that stores a plurality of JOBs and enables welding conditions to be changed only by changing the JOB call number when welding conditions are changed.

본 발명의 일 실시예에 따른 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치의 제어 방법은, 용가재를 전방에서 송급하는 송급 방향을 유지하면서 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부를 용접하는 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치의 제어방법으로서, 상기 로봇용접 장치는, 용접토치; 상기 용접토치에 용접 전언을 인가하는 용접 전원 공급부; 끝단에 용접 토치를 장착한 6축 수직 다관절 용접로봇; 상기 용접로봇에 의하여 용접되는 용접 대상물을 지지하는 2축의 포지셔너; 및 다수의 JOB을 저장하여 용접조건 변경시 JOB 호출 번호 변경만으로 용접조건 변경이 가능하도록 하는 용가재 송급장치를 포함하고, 현재의 용접 구간이 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부인지 여부를 판단하는 단계; 현재의 용접 구간이 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부인 경우에 미리 저장된 직각굴곡부 JOB 또는 급격한 굴곡부 JOB을 호출하는 단계; 및 상기 직각굴곡부 JOB 또는 급격한 굴곡부 JOB에 의하여 용접이 수행되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다. A control method of a robot welding apparatus capable of welding a bent portion according to an embodiment of the present invention is a control method of a robot welding apparatus capable of welding a bent portion for welding a right-angled bend or a sharp bend while maintaining the supply direction of supplying the filler metal from the front. , The robot welding device, a welding torch; a welding power supply for applying a welding message to the welding torch; 6-axis vertical articulated welding robot equipped with a welding torch at the end; a two-axis positioner for supporting a welding object to be welded by the welding robot; and a filler metal feeding device that stores a plurality of JOBs and enables welding conditions to be changed only by changing the JOB call number when welding conditions are changed, and determining whether the current welding section is a right-angled bend or an abrupt bend; Calling a pre-stored right angle bending part JOB or abrupt bending part JOB when the current welding section is a right angle bending part or a sharp bending part; and controlling the welding to be performed by the right-angled bent portion JOB or the abruptly bent portion JOB.

본 발명의 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치 및 그 제어 방법에 따르면, 전방송급의 방향을 유지하면서 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부 로봇 용접을 할 수 있다. According to the robot welding apparatus capable of welding the bent portion of the present invention and the control method thereof, it is possible to perform robot welding of a right-angle bent portion or a sharp bend portion while maintaining the direction of the entire broadcast level.

또한, 금속 AM(Additive Manufacturing)에서 Super-TIG 용접을 이용하여 적층 시 존재하는 직각 굴곡부에 대한 로봇과 포지셔너의 연동 티칭 기술 및 공정개발을 하여 벽면과 비드 높이의 건전한 품질을 확보할 수 있다. In addition, by using Super-TIG welding in metal AM (Additive Manufacturing), it is possible to secure sound quality of wall and bead height by developing interlocking teaching technology and process between robot and positioner for right-angle bends that exist during lamination.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도면들은 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼 티그 용접을 이용한 금속 적층 장치 및 방법을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention, so the present invention is limited only to the matters described in those drawings and should not be interpreted.
The drawings are diagrams schematically showing a metal lamination apparatus and method using super tig welding according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 발명의 실시예에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 하나의 실시예에 적용되는 구성요소는 특별한 언급이 없더라도 다른 실시예에서도 적용될 수 있다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the embodiments described below do not unreasonably limit the content of the present invention described in the claims, and the entire configuration described in the embodiments of the present invention cannot be said to be essential as a solution for the present invention. Components applied to one embodiment may be applied to other embodiments even if not specifically mentioned.

본 발명의 일 실시예에 따른 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치 및 그 제어 방법은 전방송급의 방향을 유지하면서 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부 로봇 용접을 할 수 있다. A robot welding apparatus capable of welding a bent portion and a control method thereof according to an embodiment of the present invention can perform robot welding of a right-angled bent portion or an abrupt bend portion while maintaining the direction of the entire broadcast level.

본 발명의 일 실시예에 따른 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치는, 용가재를 전방에서 송급하는 송급 방향을 유지하면서 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부를 용접하는 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치로서, 용접토치; 상기 용접토치에 용접 전언을 인가하는 용접 전원 공급부; 끝단에 용접 토치를 장착한 6축 수직 다관절 용접로봇; 상기 용접로봇에 의하여 용접되는 용접 대상물을 지지하는 2축의 포지셔너; 및 다수의 JOB을 저장하여 용접조건 변경시 JOB 호출 번호 변경만으로 용접조건 변경이 가능하도록 하는 용가재 송급장치를 포함할 수 있다. A robot welding apparatus capable of welding a bent portion according to an embodiment of the present invention is a robot welding apparatus capable of welding a bent portion for welding a right-angled portion or a sharp bend while maintaining a supply direction for supplying a filler metal from the front, comprising: a welding torch; a welding power supply for applying a welding message to the welding torch; 6-axis vertical articulated welding robot equipped with a welding torch at the end; a two-axis positioner for supporting a welding object to be welded by the welding robot; And it may include a filler metal feeding device that stores a plurality of JOBs and enables welding conditions to be changed only by changing the JOB call number when welding conditions are changed.

본 발명의 일 실시예에 따른 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치의 제어 방법은, 용가재를 전방에서 송급하는 송급 방향을 유지하면서 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부를 용접하는 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치의 제어방법으로서, 상기 로봇용접 장치는, 용접토치; 상기 용접토치에 용접 전언을 인가하는 용접 전원 공급부; 끝단에 용접 토치를 장착한 6축 수직 다관절 용접로봇; 상기 용접로봇에 의하여 용접되는 용접 대상물을 지지하는 2축의 포지셔너; 및 다수의 JOB을 저장하여 용접조건 변경시 JOB 호출 번호 변경만으로 용접조건 변경이 가능하도록 하는 용가재 송급장치를 포함하고, 현재의 용접 구간이 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부인지 여부를 판단하는 단계; 현재의 용접 구간이 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부인 경우에 미리 저장된 직각굴곡부 JOB 또는 급격한 굴곡부 JOB을 호출하는 단계; 및 상기 직각굴곡부 JOB 또는 급격한 굴곡부 JOB에 의하여 용접이 수행되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다. A control method of a robot welding apparatus capable of welding a bent portion according to an embodiment of the present invention is a control method of a robot welding apparatus capable of welding a bent portion for welding a right-angled bend or a sharp bend while maintaining the supply direction of supplying the filler metal from the front. , The robot welding device, a welding torch; a welding power supply for applying a welding message to the welding torch; 6-axis vertical articulated welding robot equipped with a welding torch at the end; a two-axis positioner for supporting a welding object to be welded by the welding robot; and a filler metal feeding device that stores a plurality of JOBs and enables welding conditions to be changed only by changing the JOB call number when welding conditions are changed, and determining whether the current welding section is a right-angled bend or an abrupt bend; Calling a pre-stored right angle bending part JOB or abrupt bending part JOB when the current welding section is a right angle bending part or a sharp bending part; and controlling the welding to be performed by the right-angled bent portion JOB or the abruptly bent portion JOB.

아크 용접법은 실드가스와 아크방전에 의해 발생되는 열원(약 5,000℃)으로 용접부를 접합시키는 방법으로 소모전극식 (SMAW, GMAW, SAW, EGW)과 비소모 전극식 (GTAW, PAW)으로 구분할 수 있다. Arc welding is a method of joining welds with a heat source (about 5,000℃) generated by shield gas and arc discharge. It can be divided into consumable electrode types (SMAW, GMAW, SAW, EGW) and non-consumable electrode types (GTAW, PAW). have.

텅스텐 불활성 가스 용접은(Tungsten Inert Gas) 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW, Gas Tungsten Arc Welding)이라고도 부르며 Ar, He등과 같은 불활성가스를 실드가스로 사용하면서 비소모성 전극인 텅스텐 전극과 모재사이에서 발생시킨 아크열로 모재를 용융시켜 접합하는 용접방법을 말한다. 이 용접방법은 모든 용접자세에 적용할 수 있으며, 아크가 매우 안정되고 용접부 품질이 우수하므로 산화나 질화 등에 민감한 금속 재질의 용접 및 피복아크용접을 적용하기 곤란한 경우에 사용하지만 가스메탈 아크용접에 비하여 용접속도가 느리므로 생산성은 낮은 단점이 있다.Tungsten Inert Gas Welding is also called Gas Tungsten Arc Welding (GTAW, Gas Tungsten Arc Welding). It uses an inert gas such as Ar or He as a shielding gas and an arc generated between the non-consumable tungsten electrode and the base material. It refers to a welding method in which the base material is melted and joined by heat. This welding method can be applied to all welding positions, and since the arc is very stable and the quality of the weld is excellent, it is used when it is difficult to weld and cover arc welding of metals sensitive to oxidation or nitridation, but compared to gas metal arc welding, Since the welding speed is slow, productivity is low.

TIG용접은 비소모성의 텅스텐 전극과 모재간에 발생하는 아크열에 의해 용접부를 용접하는 방법으로서 Fig. 2.1과 같이 용접부 주위에 불활성 가스(Ar, He 등)를 보호가스로 사용하면서 용접하는 방법이다. TIG welding is a method of welding welds by arc heat generated between a non-consumable tungsten electrode and a base metal. As in 2.1, it is a method of welding while using an inert gas (Ar, He, etc.) as a protective gas around the welding part.

현재 사용되고 있는 TIG용접기 전원은 정전류 특성인 AC 또는 DC이다. 이때 AC 또는 DC 전원의 선택은 요구되는 용접 특성 및 모재금속의 재질에 따라 좌우된다. 예를 들어 어떤 금속은 AC 전원으로 용접할 경우에 보다 쉽게 용접되는 반면에, 어떤 금속들은 DC 전원으로 용접할 경우 더 좋은 결과를 얻을 수 있다. AC, DC 전원으로 용접할 때의 특성은 다음과 같다. The current TIG welding machine power supply is AC or DC with constant current characteristics. At this time, the selection of AC or DC power source depends on the required welding characteristics and the material of the base metal. For example, some metals weld more easily when welded with AC power, while some metals can achieve better results when welded with DC power. The characteristics of welding with AC and DC power are as follows.

1) 직류 봉 마이너스(DCEN, Direct Current Electrode Negative), 같은 크기의 용접봉으로도 높은 전류를 사용할 수 있기 때문에 용입이 깊고, 용접속도를 빠르게 할 수 있으며 비드폭이 좁아진다. 직류 정극성(DC Straight Polarity)이라고도 한다. 1) DCEN (Direct Current Electrode Negative), high current can be used even with a welding rod of the same size, so penetration is deep, welding speed can be increased, and the bead width is narrow. Also called DC Straight Polarity.

2) 직류 봉 플러스(DCEP, Direct Current Electrode Positive), 거의 사용하지 않지만 특수한 경우 Al, Mg 등의 박판용접에 사용한다. ① 용접봉의 발열량이 크기 때문에 용접봉 끝이 녹아내릴 염려가 있어서 같은 전류에서 DCEN의 용접봉보다 4배정도 직경이 큰 용접봉을 사용한다. ② 아르곤을 실드가스로 사용할 때 청정작용(Cleaning action)이 있다. 2) DCEP (Direct Current Electrode Positive), rarely used, but used for welding thin plates of Al, Mg, etc. in special cases. ① Due to the large amount of heat generated by the welding rod, there is a risk that the tip of the welding rod may melt, so use a welding rod with a diameter 4 times larger than that of the DCEN welding rod at the same current. ② There is a cleaning action when using argon as a shielding gas.

3) 교류(AC), ① 고주파 전원을 첨가하여 사용한다. ② 용입과 비드폭은 DCEN과 DCEP의 중간이다. ③ 청정작용은 DCEP일 때의 반 정도가 일어난다. 3) Alternating current (AC), ① Add high-frequency power to use. ② Penetration and bead width are intermediate between DCEN and DCEP. ③ The cleaning action takes place about half of that of DCEP.

장점은 다음과 같다. TIG용접은 용접 입열의 조정이 용이하기 때문에 박판 용접에 매우 좋다. 텅스텐 전극이 비소모성이므로 용가재의 첨가 없이도 아크열에 의해 모재를 녹여 용접할 수 있고 거의 모든 금속의 용접에 이용할 수 있다. 그러나 용융점이 낮은 금속 즉, 납, 주석 또는 주석의 합금 등의 용접에는 이용하지 않는다. 용접부의 기계적 성질이 우수하다. 내부식성이 우수하다. 플럭스가 불필요하여 비철금속 용접이 용이하다. 보호 가스가 투명하여 작업자가 용접상황을 잘 파악할 수 있다. 용접 스패터를 최소한으로 하여 전 자세 용접이 가능하다. 용접부 변형이 적다. The advantages are: TIG welding is very good for thin plate welding because it is easy to adjust the welding heat input. Since the tungsten electrode is non-consumable, it can be welded by melting the base metal by arc heat without adding filler metal and can be used for welding almost all metals. However, it is not used for welding low-melting-point metals, such as lead, tin, or alloys of tin. The mechanical properties of the weld are excellent. Excellent corrosion resistance. Since no flux is required, it is easy to weld non-ferrous metals. Because the protective gas is transparent, the operator can understand the welding status well. All-position welding is possible by minimizing welding spatter. There is little deformation of the weld joint.

단점은 다음과 같다. TIG용접은 일반적으로 SMAW, SAW, GMAW 등의 방법으로 쉽게 용접이 가능한 경우에 이들 용접방법과는 비용에 있어서 경쟁이 안 될 정도로 전체의 가격 상승을 가져오는 경우가 있는데 그것은 다음과 같다. 소모성 용접봉을 쓰는 용접 방법보다 용접 속도가 느리다. 용접 잘못으로 텅스텐 전극이 용접부에 녹아 들어가거나 오염될 경우 용접부가 취화되기 쉽다. 부적절한 용접 기술로 용가재의 끝 부분이 공기에 노출되면 용접금속이 오염된다. 불활성 가스와 텅스텐 전극봉은 다른 용접 방법과 비교해 볼 때 고가이다. SMAW와 같은 다른 용접 방법에 비해 용접기의 가격이 비싸다. Disadvantages include: In general, when TIG welding can be easily welded by methods such as SMAW, SAW, GMAW, etc., there are cases in which the overall price increases to the extent that it cannot compete with these welding methods in terms of cost. The welding speed is slower than the welding method using a consumable electrode. If the tungsten electrode melts or becomes contaminated with the welding part due to welding error, the welding part is easily brittle. If the tip of the filler metal is exposed to air due to improper welding technique, the weld metal will be contaminated. Inert gas and tungsten electrodes are expensive compared to other welding methods. Compared to other welding methods such as SMAW, the welding machine is expensive.

기존의 TIG용접에서는 아크를 플라즈마 기둥으로 간주하여 비표면적을 중요시하여 가늘고 둥근 와이어를 송급하였다. 그러나 새로운 plasma stream 이론에서는 아크를 플라즈마가 상부 텅스텐 전극에서 용융지 방향으로 유체(Fluid)로 간주 하였고, 플라즈마 스트림이라는 아크 물리학적 특징을 모델링 하여 이론적 체계를 확립하였다. In the conventional TIG welding, the arc was regarded as a plasma column, and a thin and round wire was supplied by considering the specific surface area as important. However, in the new plasma stream theory, the plasma was regarded as a fluid from the upper tungsten electrode to the molten pool, and the theoretical system was established by modeling the arc physics characteristic of the plasma stream.

이 이론을 바탕으로 플라즈마 스트림과 직각방향이 되도록 용가재 형상을 전극 방향으로 오목한 판상으로 고안하여 적용함으로서 생산성이 획기적으로 향상된 Super-TIG 용접 기술을 개발하였다. Fig. 2.2는 기존의 TIG 아크 개념의 아크 플라즈마 기둥을 나타내었고 Fig. 2.3은 plasma stream 이론에 의해 아크는 플라즈마가 상부 텅스텐 전극에서 용융지 방향으로 흘러가는 유체(Fluid)로 간주한 것을 나타내었다. Based on this theory, super-TIG welding technology with dramatically improved productivity was developed by designing and applying the filler metal shape as a plate concave in the electrode direction so that it is perpendicular to the plasma stream. Fig. 2.2 shows the arc plasma column of the conventional TIG arc concept, and Fig. 2.3 shows that the arc is regarded as a fluid in which plasma flows from the upper tungsten electrode to the molten pool by the plasma stream theory.

새로운 plasma stream 이론을 적용하였을 때 기존 와이어 1.2mm는 와이어표면이 볼록하여 플라즈마 스트림의 입사가 곤란하고, 플라즈마 스트림의 와이어에 대한 입사면적이 소직경으로 매우 작은 것을 알 수 있다. 그러나 새롭게 개발된 C-Filler는 상부 오목형으로 플라즈마 스트림의 입사가 유리하며 플라즈마 스트림의 입사면적도 큰 폭으로 매우 넓은 것을 알 수 있다. Fig. 2.4는 플라즈마 스트림 이론에 의해 1.2mm 와이어에 대한 플라즈마 스트림 입사면적을 나타내었고 Fig. 2.5는 플라즈마 스트림 이론에 의해 C-Filler에 대한 플라즈마 스트림 입사면적을 나타내었다. When the new plasma stream theory is applied, it can be seen that the conventional wire 1.2mm has a convex wire surface, making it difficult to enter the plasma stream, and the incident area of the plasma stream to the wire is very small with a small diameter. However, it can be seen that the newly developed C-Filler has an upper concave shape, so that the incidence of the plasma stream is advantageous, and the incident area of the plasma stream is also very wide. Fig. 2.4 shows the plasma stream incident area for a 1.2mm wire by plasma stream theory, and Fig. 2.5 shows the plasma stream incident area to the C-Filler according to the plasma stream theory.

Additive manufacturing은 CAD model을 바로 제품으로 바로 쌓아올리는 공정을 통칭하는 것으로 Rapid manufacturing 또는 3D printing이라고도 불린다. AM의 목적은 층과 층을 연속적으로 적층하여 원하는 형상 또는 원하는 형상과 비슷하게 제품을 만들어내 것이다. 각 층은 CAD 데이터로부터 형상을 받아서 열원을 통해 융합된다. 이때 사용되는 재료가 금속으로 하는 것을 metal additive manufacturing이라고 한다. Additive manufacturing refers to the process of directly stacking CAD models into products, and is also called rapid manufacturing or 3D printing. The purpose of AM is to build a product in a desired shape or similar to a desired shape by successively stacking layers and layers. Each layer receives a shape from CAD data and is fused through a heat source. When the material used is made of metal, it is called metal additive manufacturing.

서론에서 언급한 바와 같이 additive manufacturing을 첨가되는 재료의 형상에 따라 분류할 수 있는데 분말 공급방식과 와이어 송급 방식으로 나누어지게 된다. Table 2.1에서 additive manufacturing의 분류를 나타냈다. As mentioned in the introduction, additive manufacturing can be classified according to the shape of the material being added, and it is divided into a powder supply method and a wire supply method. Table 2.1 shows the classification of additive manufacturing.

Selective laser sintering은 처음으로 상용화된 powder bed 공정으로 1989년에 텍사스 대학의 Austin이 개발하여 특허권을 가지고 있으며 고출력의 레이저를 이용하여 분말을 선택적으로 가열하고 소결시켜 원하는 형상으로 제조하는 기법이다. 도포된 분말층을 선택적으로 레이저를 통하여 소결한 후 다음 분말 층을 다시 도포하여 레이저로 소결하는 것을 반복한다. 이와 같이 적층하는 방식이 레이저 소결법이다. 사용되는 분말의 가격이 비싼 편에 속한다. 현재 높은 정밀도를 장점으로 주로 시작품 제작을 하거나 의학용품 제작, 전자 부품의 제작에 사용되는 편이다. 또한 고가의 소량 다품종 생산에 유리하다. Fig. 2.6은 레이저 소결법에 의한 metal additive manufacture의 모식도를 나타내고 있다. Selective laser sintering is the first commercialized powder bed process, developed and patented by Austin of the University of Texas in 1989. It is a technique for selectively heating and sintering powder using a high-power laser to produce a desired shape. After selectively sintering the applied powder layer through a laser, the next powder layer is applied again and sintering with a laser is repeated. A method of laminating in this way is a laser sintering method. The powder used is expensive. Currently, it is mainly used for the production of prototypes, the production of medical supplies, and the production of electronic parts, taking advantage of its high precision. It is also advantageous for high-priced, small-lot, multi-variety production. Fig. 2.6 shows a schematic diagram of metal additive manufacture by laser sintering.

레이저 용융(Selective laser melting)은 레이저 소결 공정에 비해 높은 레이저 에너지 밀도를 이용하여 분말을 완전 용융시키는 공정이다. 이 때 분말의 완전 용융을 위해서는 용융된 부분의 산화 방지는 필수적이게 된다. 레이저 소결법과 마찬가지로 분말을 도포하여 선택적으로 레이저로 용융시켜 제품을 제조하는 방식이다. Fig. 2.7는 레이저 용융법의 모식도를 나타내고 있다. Laser melting (Selective laser melting) is a process of completely melting a powder using a higher laser energy density compared to a laser sintering process. At this time, in order to completely melt the powder, it is essential to prevent oxidation of the molten part. Like the laser sintering method, it is a method of manufacturing a product by applying powder and selectively melting it with a laser. Fig. 2.7 shows a schematic diagram of the laser melting method.

레이저 용착법(Laser powder deposition)에서는 분말이 공급되는 금속 기판에 용융 풀을 형성하기 위해 레이저 빔을 사용하는 프로세스이다. 레이저 소결법, 레이저 용융법과는 달리 노즐을 통해 분말의 흐름이 형성되어 분말을 공급하게 된다. Fig. 2.8에서 레이저 용착법의 모식도를 나타내고 있다. Laser powder deposition is a process that uses a laser beam to form a molten pool on a metal substrate to which powder is supplied. Unlike laser sintering and laser melting, a flow of powder is formed through a nozzle to supply powder. Fig. In 2.8, a schematic diagram of the laser welding method is shown.

전자빔 용융(Electron beam melting)은 레이저 용융법과 같이 높은 에너지 밀도를 이용하여 도포된 분말을 완전 용융시키는 공정이다. 고진공 챔버에서 용융되므로 용융금속의 산화는 걱정할 필요가 없다. 레이저 용융법과 마찬가지로 분말을 도포하여 선택적으로 레이저로 용융시켜 제품을 제조하는 방식이다. 레이저 용융법과 비교했을 때 열응력이 작은 장점을 가지고 있다. Fig 2.9는 전자빔 용융법의 모식도를 나타내고 있다. Laser-wire feed process에서 금속 첨가물을 분말이 아닌 와이어를 사용하고 이를 용융시킬 열원으로서 레이저를 사용하는 공정이다. 분말을 사용하는 공정들에 비해 용가재의 손실이 적으며 빠른 용착속도가 장점이지만 전자빔이나 용접아크를 열원으로 하는 금속 AM에 비해서는 용착속도가 낮다. Fig. 2.10에서 laser-wire feed process의 모식도를 나타내고 있다. Electron beam melting is a process of completely melting coated powder using a high energy density, such as a laser melting method. Since it is melted in a high vacuum chamber, there is no need to worry about oxidation of the molten metal. Like the laser melting method, it is a method of manufacturing a product by applying powder and selectively melting it with a laser. Compared to the laser melting method, it has the advantage of low thermal stress. Fig 2.9 shows a schematic diagram of the electron beam melting method. In the laser-wire feed process, the metal additive is not powder, but wire is used, and a laser is used as a heat source to melt it. Compared to processes using powder, the loss of filler metal is small and the fast welding speed is the advantage, but the welding speed is lower than the metal AM using electron beam or welding arc as heat source. Fig. 2.10 shows a schematic diagram of the laser-wire feed process.

Electron beam additive manufacturing은 열원으로 전자빔을 사용하고 용가재로서 와이어를 사용하는 공정이다. 전자빔은 레이저에 비해 열적구배가 작기 때문에 열응력이 작다는 장점이 있다. 보통 전자빔과는 다르고 무빙헤드를 통해 좀 더 복잡한 형상의 제품을 적층할 수 있다. 하지만 진공챔버를 이용해야하므로 장치의 가격이 매우 비싸다. Fig. 2.11에서 electron beam additive manufacturing의 대략적인 모식도가 나타나 있다. Electron beam additive manufacturing is a process that uses an electron beam as a heat source and wire as a filler metal. The electron beam has an advantage in that the thermal stress is small because the thermal gradient is smaller than that of the laser. It is different from the normal electron beam, and products with more complex shapes can be stacked through the moving head. However, since a vacuum chamber must be used, the price of the device is very high. Fig. In 2.11, a schematic diagram of electron beam additive manufacturing is shown.

Arc wire-feed process은 아크를 열원으로 하여 와이어를 용융시켜 metal additive manufacture 공정이다. MIG 또는 GMAW의 경우 상대적으로 높은 용착속도를 바탕으로 빠른 생산속도를 장점으로 하고 TIG용접, Plasma Arc Welding(PAW)의 경우는 비교적 낮은 용착속도지만 건전한 용접 품질을 장점으로 하고 있다. Fig. 2.12에서는 MIG, GMAW, GTAW 및 PAW의 모식도를 나타내고 있다. Arc wire-feed process is a metal additive manufacturing process by melting a wire using an arc as a heat source. In the case of MIG or GMAW, it has the advantage of a fast production speed based on a relatively high welding speed, and in the case of TIG welding and Plasma Arc Welding (PAW), it has a relatively low welding speed but good welding quality. Fig. In 2.12, schematic diagrams of MIG, GMAW, GTAW and PAW are shown.

이하에서 비드 시작 및 종료 연결부 솔루션 개발을 위한 실험을 설명한다. 본 실험은 STS 316L 재질의 C-Filler를 사용하여 연결부 용접 시 연결부의 비드 높이를 평가하는 평탄도 및 파라미터들을 정의하였다. 또한 이를 토대로 적절한 품질을 갖는 연결부의 공정개발을 하였고 횡단면 분석을 통해 용접 품질을 확인하였다. 비드 연결부 파라미터 정의, 평탄도는 비드 시종단 연결부의 품질을 의미하는 것으로 연결부 비드 높이에서 정상 비드 높이를 뺀 값이 된다. 예를 들어, 평탄도가 양의 값이면 연결부의 비드 높이가 정상 비드 높이보다 높은 것이다. 본 연구에서 적정 평탄도 범위는 +1 mm로 하였다. Fig. 3.1은 비드 연결부를 평가하는 파라미터인 평탄도를 정의하는 모식도를 나타낸 것이다. 비드 시작연결부에서 DBS 정의, 비드 시작연결부는 용접 크레이터로부터 용접을 시작하여 용접부를 연결하는 부분을 의미한다. DBS(Back Step Distance)는 비드 크레이터에서 용접을 시작하여 전류 up-slope 개시 위치까지의 거리로 정의하였다. Fig. 3.2는 DBS의 정의를 나타낸 모식도이며 Fig. 3.3은 DBS에 따라 전류up-slope를 나타낸 모식도이다. Experiments for developing bead start and end junction solutions are described below. This experiment defined the flatness and parameters for evaluating the bead height of the connection part when welding the connection part using a C-Filler made of STS 316L material. In addition, based on this, the process development of the connection part with appropriate quality was conducted, and the welding quality was confirmed through cross-sectional analysis. Bead connection parameter definition, flatness means the quality of the connection from the beginning to the end of the bead. For example, if the flatness is positive, the bead height of the joint is higher than the normal bead height. In this study, the appropriate flatness range was set to +1 mm. Fig. 3.1 shows a schematic diagram defining the flatness, a parameter for evaluating the bead connection. Definition of D BS from the bead start connection, the bead start connection means the part that starts welding from the weld crater and connects the weld. D BS (Back Step Distance) was defined as the distance from the start of welding at the bead crater to the starting position of the current up-slope. Fig. 3.2 is a schematic view showing the definition of D BS Fig. 3.3 is a schematic diagram showing the current up-slope according to D BS.

비드 종료연결부에서 DBO 정의, 비드 종료연결부는 용접 시작점으로 용접을 종료해가면서 용접부를 연결하는 부분을 의미한다. DBO(Bead Overlap Distance)는 비드 시작점에서 송급 정지 위치까지의 거리로 정의하였다. 이 때 전류는 down-slope를 가지며 서서히 감소한다. Fig. 3.4는 DBO의 정의를 나타낸 모식도이며 Fig. 3.5은 DBO에 따른 전류 down-slope를 나타낸 모식도이다. Definition of D BO in the bead termination connection part, the bead termination connection part means the part that connects the welding part while terminating the welding to the welding start point. D BO (Bead Overlap Distance) was defined as the distance from the starting point of the bead to the stop of feeding. At this time, the current has a down-slope and gradually decreases. Fig. 3.4 is a schematic diagram showing the definition of D BO, and Fig. 3.5 is a schematic diagram showing the current down-slope according to D BO.

TFUS(Feeding Up Slop Time) 정의, TFUS는 용가재 송급 개시 신호 후에 송급속도가 0 cpm에서부터 설정한 송급속도까지 도달하는데 걸리는 시간으로 정의하였다. 예를 들어 설정한 송급속도가 100 cpm이고 TFUS는 3초로 설정한 경우 송급 개시 신호 후에 0 cpm에서 100 cpm까지 3초에 걸쳐 송급속도가 증가한다. Fig. 3.4는 TFUS의 정의를 나타내는 모식도로 빨간박스로 표시한 부분처럼 송급속도가 증가한다. T FUS (Feeding Up Slop Time) Definition, T FUS was defined as the time it takes for the feed rate to reach the set feed speed from 0 cpm after the filler metal feed start signal. For example, if the set supply speed is 100 cpm and T FUS is set to 3 seconds, the supply speed increases over 3 seconds from 0 cpm to 100 cpm after the supply start signal. Fig. 3.4 is a schematic diagram showing the definition of T FUS , and the supply speed increases as shown in the red box.

TFDS(Feeding Down Slop Time) 정의, TFDS는 용가재 송급 정지 신호 후에 설정한 송급속도에서부터 송급속도0 cpm까지 도달하는데 걸리는 시간으로 정의하였다. 예를 들어 설정한 송급속도가 100 cpm이고 TFDS는 3초로 설정한 경우 송급 정지 신호 후에 100 cpm에서 0 cpm까지 3초에 걸쳐 송급속도가 감소한다. TFDS의 정의를 나타내는 모식도로 빨간박스로 표시한 부분처럼 송급속도가 감소한다. T FDS (Feeding Down Slop Time) Definition, T FDS was defined as the time it takes to reach 0 cpm from the set supply speed after the filler metal supply stop signal. For example, if the set feeding speed is 100 cpm and T FDS is set to 3 seconds, the feeding speed decreases from 100 cpm to 0 cpm over 3 seconds after the stop signal. As a schematic diagram showing the definition of T FDS, the supply speed decreases as shown in the red box.

비드 시작 연결부 실험 방법, Fig. 3.9는 실험 준비 모식도이다. 용접용 카메라를 사용해 연결부가 용접되는 순간을 동영상으로 촬영하였다. 또한 용접 모니터링 시스템을 이용해 용접 중 출력되는 전류, 전압 파형을 계측을 하며 실험을 진행 하였다. 용접용 카메라를 사용해 연결부가 용접되는 순간을 동영상으로 촬영하였다. Table 3.3은 실험조건을 나타낸 것이다. 용착단면적 20, 40, 60 mm2에서 TFUS를 1, 3, 5, 7초로 하여 실험을 진행하였다.Bead start connection test method, Fig. 3.9 is a schematic diagram of experimental preparation. The moment when the connection part is welded was recorded as a video using a welding camera. In addition, the experiment was conducted by measuring the current and voltage waveforms output during welding using the welding monitoring system. The moment when the connection part is welded was recorded as a video using a welding camera. Table 3.3 shows the experimental conditions. Experiments were conducted with T FUS of 1, 3, 5, and 7 seconds at weld cross-sections of 20, 40, and 60 mm 2 .

TFUS에 따른 비드 시작연결부 외관, 종단면 및 평탄도 고찰, 용착단면적 20 mm2, Table 3.4는 용착단면적 20 mm2에서 TFUS에 따른 비드 외관, 종단면 및 평탄도를 나타낸 것이다. TFUS 1, 2초일 때 적정 평탄도 범위를 만족하였고 5, 7초일 때는 비드 높이가 낮아 만족하지 못하였다. Consideration of the appearance, longitudinal section and flatness of the bead start connection according to T FUS , welding cross-sectional area of 20 mm 2 , Table 3.4 shows the bead appearance, longitudinal cross-section and flatness according to T FUS at 20 mm 2 of welding cross-section. At T FUS 1 and 2 seconds, the appropriate flatness range was satisfied, and at 5 and 7 seconds, the bead height was low and not satisfied.

용착단면적 40 mm2, Table 3.5는 용착단면적 40 mm2에서 TFUS에 따른 비드 외관, 종단면 및 평탄도를 나타낸 것이다. TFUS 1, 2초일 때 적정 평탄도 범위를 만족하였고 5, 7초일 때는 비드 높이가 낮아 만족하지 못하였다. Welded cross-sectional area of 40 mm 2 , Table 3.5 shows the bead appearance, longitudinal cross-section and flatness according to T FUS in a welded cross-sectional area of 40 mm 2 . At T FUS 1 and 2 seconds, the appropriate flatness range was satisfied, and at 5 and 7 seconds, the bead height was low and not satisfied.

용착단면적 60 mm2, Table 3.6는 용착단면적 60 mm2에서 TFUS에 따른 비드 외관, 종단면 및 평탄도를 나타낸 것이다. 본 실험의 경우 모든 범위의 TFUS에서 비드 높이가 낮아 만족하지 못하였다. Welded cross-sectional area of 60 mm 2 , Table 3.6 shows the bead appearance, longitudinal cross-section, and flatness according to T FUS in a welded cross-sectional area of 60 mm 2 . In the case of this experiment, the bead height was not satisfactory in all ranges of T FUS.

TFUS에 따른 비드 시작연결부 평탄도 비교, Fig. 3.3은 용착단면적 20, 40, 60 mm2에서 TFUS에 따른 평탄도를 비교한 그래프이다. TFUS가 1, 3초일 때 용착단면적 20, 40 mm2에서 적정 평탄도 범위를 만족하였다. 반면에 용착단면적 60 mm2에서는 모든 범위의 TFUS에서 적정 평탄도 범위를 만족하지 못하였다.Comparison of flatness of bead start connection according to T FUS, Fig. 3.3 is a graph comparing flatness according to T FUS in welding cross-sectional areas of 20, 40, and 60 mm 2 . When T FUS was 1 and 3 seconds, the appropriate flatness range was satisfied at the welding cross-sectional area of 20 and 40 mm 2 . On the other hand, in the welding cross-sectional area of 60 mm 2 , the appropriate flatness range was not satisfied in all ranges of T FUS.

평탄도 부족 고찰, Fig. 3.4는 입열량에 따른 용접부의 냉각속도를 나타내는 그래프이다. 그래프에서 알 수 있듯이 입열량이 큰 경우 용융풀의 응고가 늦어지게 된다. 그로 인해 용접 마지막 부분인 크레이터의 길이가 길어져 연결부의 길이가 길어지게 된다. 따라서 입열량이 큰 경우에는 비드 시작연결부의 DBS를 증가시켜 용접해야한다.Consideration of lack of flatness, Fig. 3.4 is a graph showing the cooling rate of the welding part according to the amount of heat input. As can be seen from the graph, when the amount of heat input is large, the solidification of the molten pool is delayed. As a result, the length of the crater, which is the last part of the welding, becomes longer, and the length of the connection part becomes longer. Therefore, if the amount of heat input is large, it is necessary to increase the D BS of the bead start connection part for welding.

비드 시작연결부에서의 시퀀스 제어, Fig. 3.4는 비드 시작연결부를 용접 시 계측한 파형으로 시퀀스 제어를 나타낸 모식도이다. 처음 용접 시작 시 용가재 송급없이 아크만 점호하여 용입을 확보한 후 연결부가 시작되면 서서히 용가재를 송급하여 용착까지 확보할 수 있다. 이와 같은 방식은 GMAW, FCAW 등과 같은 소모전극식 용접에서는 불가능하다. 반면에 GTAW와 같은 비소모전극식 용접은 전류와 용가재 송급을 독립적으로 제어할 수 있기에 가능하다. Sequence control at the bead start connection, Fig. 3.4 is a schematic diagram showing sequence control with waveforms measured when welding the bead start connection part. When welding starts for the first time, only the arc fires without feeding filler metal to secure penetration, and then, when the connection is started, it is possible to secure welding by gradually feeding the filler metal. Such a method is not possible in consumable electrode welding such as GMAW and FCAW. On the other hand, non-consumable electrode welding such as GTAW is possible because current and filler metal supply can be controlled independently.

비드 종료 연결부 실험 방법, Fig. 3.6은 실험 준비 모식도이다. 용접 모니터링 시스템을 이용해 용접 중 출력되는 전류, 전압 파형을 계측을 하며 실험을 진행 하였다. 또한 용접용 카메라를 사용해 연결부가 용접되는 순간을 동영상으로 촬영하였다. Table 3.3은 실험조건을 나타낸 것이다. 용착단면적 20, 40, 60 mm2에서 TFDS를 1, 3, 5, 7초로 하여 실험을 진행하였다. Bead termination connection test method, Fig. 3.6 is a schematic diagram of experimental preparation. The experiment was conducted by measuring the current and voltage waveforms output during welding using the welding monitoring system. In addition, using a welding camera, the moment when the joint is welded was recorded as a video. Table 3.3 shows the experimental conditions. Experiments were carried out with T FDS of 1, 3, 5, and 7 seconds at weld cross-sections of 20, 40, and 60 mm 2 .

TFDS에 따른 비드 종료연결부 외관, 종단면 및 평탄도 고찰, 용착단면적 20 mm2, Table 3.7는 용착단면적 20 mm2에서 TFDS에 따른 비드 외관, 종단면 및 평탄도를 나타낸 것이다. TFDS 3, 5, 7초일 때 적정 평탄도 범위를 만족하였고 1초일 때는 비드 높이가 낮아 만족하지 못하였다. Consideration of the appearance, longitudinal section and flatness of the bead termination connector according to T FDS , welding cross-sectional area of 20 mm 2 , Table 3.7 shows the bead appearance, longitudinal cross-section and flatness according to T FDS at 20 mm 2 of welding cross-section. At T FDS 3, 5, and 7 seconds, the appropriate flatness range was satisfied, and at 1 second, the bead height was low and not satisfied.

용착단면적 40 mm2, Table 3.8는 용착단면적 40 mm2에서 TFDS에 따른 비드 외관, 종단면 및 평탄도를 나타낸 것이다. TFDS 3, 5, 7초일 때 적정 평탄도 범위를 만족하였고 1초일 때는 비드 높이가 낮아 만족하지 못하였다. Welded cross-sectional area of 40 mm 2 , Table 3.8 shows the bead appearance, longitudinal cross-section and flatness according to T FDS in a welded cross-sectional area of 40 mm 2 . At T FDS 3, 5, and 7 seconds, the appropriate flatness range was satisfied, and at 1 second, the bead height was low and not satisfied.

용착단면적 60 mm2, Table 3.10은 용착단면적 60 mm2에서 TFDS에 따른 비드 외관, 종단면 및 평탄도를 나타낸 것이다. TFDS 3, 5, 7초일 때 적정 평탄도 범위를 만족하였고 1초일 때는 비드 높이가 낮아 만족하지 못하였다. Welded cross-sectional area of 60 mm 2 , Table 3.10 shows the bead appearance, longitudinal cross-section and flatness according to T FDS in a welded cross-sectional area of 60 mm 2 . At T FDS 3, 5, and 7 seconds, the appropriate flatness range was satisfied, and at 1 second, the bead height was low and not satisfied.

TFDS에 따른 비드 종료연결부 평탄도 비교, Fig. 3.11은 용착단면적 20, 40, 60 mm2에서 TFDS에 따른 평탄도를 비교한 그래프이다. TFDS가 3, 5, 7초일 때 용착단면적 20, 40, 60 mm2에서 적정 평탄도 범위를 만족하였다. 반면에 TFDS가 1초일 때는 모든 용착단면적에서 적정 평탄도 범위를 만족하지 못하였다. Comparison of flatness of bead termination connection according to T FDS, Fig. 3.11 is a graph comparing flatness according to T FDS at weld cross-sections of 20, 40, and 60 mm 2 . When T FDS was 3, 5, and 7 seconds, the appropriate flatness range was satisfied at the weld cross-sectional area of 20, 40, and 60 mm 2 . On the other hand, when T FDS was 1 second, the appropriate flatness range was not satisfied in all weld cross-sectional areas.

비드 종료연결부에서의 시퀀스 제어, Fig. 3.12는 비드 종료연결부를 용접 시 계측한 파형으로 시퀀스 제어를 나타낸 모식도이다. 용접 종료 시 비드 시작점에서 아크 점호와 용가재 송급을 하며 용접하여 용입과 용착을 확보하고 종료 연결부가 끝나는 부분부터 전류 down-slope를 시키고 용가재 송급없이 아크만 점호하여 용입을 확보한 후 용접을 종료한다. 이와 같은 방식은 GMAW, FCAW 등과 같은 소모전극식 용접에서는 불가능하다. 반면에 GTAW와 같은 비소모전극식 용접은 전류와 용가재 송급을 독립적으로 제어할 수 있기에 비드 연결부에서 결함방지 및 일정한 비드 높이를 확보하는 것이 가능하다. Sequence control at the bead termination connection, Fig. 3.12 is a schematic diagram showing sequence control with waveforms measured during welding of the bead termination connection. At the end of welding, arc firing and filler metal supply are performed at the start point of the bead to secure penetration and welding, and the current down-slope is made from the end of the end connection part, and only the arc is fired without filler metal supply to secure penetration, and then welding is finished. Such a method is not possible in consumable electrode welding such as GMAW and FCAW. On the other hand, non-consumable electrode welding such as GTAW can control current and filler metal supply independently, so it is possible to prevent defects and secure a constant bead height at the bead connection.

Super-TIG 용접에서 결함이 없고 비드 높이가 균일한 시종단부 비드 연결 솔루션 개발을 위하여 실험을 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1)송급 up-slope와 down-slope 기능이 추가된 송급장치를 이용하여 비드 시작연결부 실험을 한 결과, TFUS가 1, 3초일 때 용착단면적 20, 40 mm2에서 적정평탄도 범위를 만족했지만, 용착단면적 60mm2에서는 큰 입열량으로 크레이터 길이가 증가하여 만족하지 못하였다. 2)입열량이 큰 경우에는 back step distance를 증가시켜 해결할 수 있을 것으로 생각된다. 3) 비드 종료연결부 실험 결과, TFDS= 1 초일 때를 제외하고 용착단면적 20, 40, 60 mm2에서 적정평탄도 범위를 만족하였다.In order to develop a bead connection solution with no defects and uniform bead height in Super-TIG welding, the following conclusions were obtained through experiments. 1) As a result of testing the bead start connection using a feeding device with added up-slope and down-slope functions, when T FUS was 1, 3 seconds, the welding cross-sectional area of 20, 40 mm 2 satisfies the appropriate flatness range. , at a welding cross-sectional area of 60 mm 2 , the crater length increased due to a large amount of heat input, which was not satisfactory. 2) If the amount of heat input is large, it can be solved by increasing the back step distance. 3) As a result of the bead termination connection test, the appropriate flatness range was satisfied at the weld cross-sections of 20, 40, and 60 mm 2 except when T FDS = 1 second.

이하, Super-TIG 용접에 의한 금속AM에서 직각 굴곡부 공정개발을 위한 실험에 대하여 설명한다. 본 실험은 Inconel 625 재질의 C-Filler와 아크 열원을 사용하여 금속 AM을 하여 용접 비드가 수직으로 꺾이는 부분에 대한 로봇-포지셔너 제어 알고리즘 및 벽면 비드 흘러내림에 대한 고찰을 하였다. 이를 통해 금속 AM에서 개선된 품질을 갖는 직각 굴곡부 및 벽면 품질을 확인하였다. 실험 재료는 표 4.1과 4.2와 같다. Hereinafter, an experiment for developing a right-angled bend process in metal AM by super-TIG welding will be described. In this experiment, the robot-positioner control algorithm for the part where the weld bead is bent vertically by using a C-Filler made of Inconel 625 and an arc heat source, and the flow of the wall bead was considered. Through this, it was confirmed that the quality of the right angle bend and the wall with improved quality in metal AM. The test materials are shown in Tables 4.1 and 4.2.

실험방법, Fig. 4.2는 적층하려고 하는 적층물의 3D 모식도이다. 형상은 알파벳 D자로 1 layer 5 pass로 적층한다. 1 pass마다 용접을 중지하지 않기 때문에 비드 종료연결부가 존재하며 수직으로 꺾이는 수직 굴곡부가 있다. Fig. 4.3은 적층물의 단면 모식도이다. 적층물의 마지막 부분인 위층에서는 1 layer 3 pass, 1 layer 1 pass로 줄여가면서 점점 좁아지는 형상을 만든다. Table 4.3에는 적층 실험 조건을 나타내었다. Experimental method, Fig. 4.2 is a 3D schematic diagram of a laminate to be laminated. The shape is a letter D in the alphabet and stacked in 1 layer 5 pass. Since the welding is not stopped every 1 pass, there is a bead termination connection and there is a vertical bend that bends vertically. Fig. 4.3 is a cross-sectional schematic diagram of the laminate. In the upper layer, which is the last part of the stack, it is reduced to 1 layer 3 pass and 1 layer 1 pass, and the shape is gradually narrowed. Table 4.3 shows the lamination test conditions.

Fig. 4.4은 실험장비를 나타내는 사진이다. 실험은 TIG 전원을 사용하고 용가재로 C-filler를 사용하였다. 로봇과 포지셔너는 연동이 되어 둘을 함께 조작할 수 있기 때문에 금속 AM에 적합하다. Fig. 4.4 is a photograph showing the experimental equipment. For the experiment, TIG power was used and C-filler was used as filler material. The robot and the positioner are interlocked and can be operated together, making them suitable for metal AM.

Fig. 4.5는 용접 시 용접 신호 시퀀스를 나타내는 모식도이다. 실험장비를 나타내는 사진이다. 용접 신호는 첫 번째로 로봇의 펜던트에서 시작버튼을 눌러 로봇에서 송급기로 전달된다. 그런 다음 송급기는 로봇으로부터 용접 신호를 받으면 설정된 송급 조건으로 송급을 함과 동시에 설정된 용접 조건으로 용접 신호를 용접기로 전달한다. 마지막으로 용접기는 송급기로부터 용접 신호를 받아 용접을 하게 된다. Fig. 4.5 is a schematic diagram showing the welding signal sequence during welding. This is a picture of the experimental equipment. The welding signal is transmitted from the robot to the feeder by first pressing the start button on the robot's pendant. Then, when the feeder receives a welding signal from the robot, it supplies the set supply condition and simultaneously transmits the welding signal under the set welding condition to the welding machine. Finally, the welder receives the welding signal from the feeder and performs welding.

실험 결과 및 고찰는 아래와 같다. Fig. 4.6은 용접 pass 및 직각 굴곡부 알고리즘을 설명하기 위한 모식도이다. 5개의 pass 중 안쪽부터 pass 1이며 P1으로 표기하였다. Super-TIG의 C-filler는 횡단면이 C 형상으로 전방 또는 후방 송급을 하는 경우에는 높은 용착속도로 용접이 가능하다. 그러나 C-filler는 강성이 강하기 때문에 송급이 되는 쪽인 토치가 회전할 경우 송급불량이 생기는 문제점이 있다. 이를 극복하기 위해 직각 굴곡부에서는 토치가 달려있는 로봇이 회전하지 않고 포지셔너만 회전시켜 용접을 하였고 이는 용접속도가 0 cpm인 것을 의미한다. 이 때 포지셔너가 회전하는 동안 토치는 직각 굴곡부의 동일한 위치를 따라 정지하여야 하므로 전류와 송급속도를 낮추었다. 또한 직각 굴곡부의 안쪽보다 바깥쪽에서 더 많은 용착단면적을 필요로 한다. Experimental results and considerations are as follows. Fig. 4.6 is a schematic diagram to explain the welding pass and right angle bend algorithm. Among the 5 passes, it is pass 1 from the inside and is marked as P1. Super-TIG's C-filler has a C-shaped cross-section and can be welded at a high welding speed when feeding forward or backward. However, since the C-filler has a strong rigidity, there is a problem of poor feeding when the torch, which is the feeding side, rotates. To overcome this, in the right angle bend, the robot with the torch did not rotate, but only the positioner rotated and welded, which means that the welding speed is 0 cpm. At this time, while the positioner rotates, the torch has to stop along the same position of the right angle bend, so the current and supply speed are lowered. It also requires a larger weld cross-section on the outside than on the inside of the right-angled bend.

직각 굴곡부에서 공정변수 제어, Fig. 4.7은 직각 굴곡부에서 변화하는 각각의 공정변수를 나타낸 그래프이다. 직각 굴곡부에서 토치는 포지셔너의 회전을 따라 동일한 위치를 유지하여 용접속도가 0 cpm이기 때문에 전류와 송급속도를 줄여 용착단면적을 적절하게 유지하였다. 로봇과 포지셔너는 서로 연동이 되어 움직인다. 따라서 포지셔너의 회전각이 0도일 때 로봇의 좌표도 (0, 0)이 되고 포지셔너가 90도까지 회전함에 따라 로봇의 좌표도 원호를 그리며 (128, 103)까지기는 문제점이 있다. 이를 극복하기 위해 직각 굴곡부에서는 토치가 달려있는 로봇이 회전하지 않고 포지셔너만 회전시켜 용접을 하였다. 이 때 포지셔너가 회전하는 동안 토치는 직각 굴곡부의 동일한 위치를 따라 정지하여야 하므로 전류와 송급속도를 낮추었다. 또한 직각 굴곡부의 안쪽보다 바깥쪽에서 더 많은 용착단면적을 필요로 한다.Process variable control at right angle bends, Fig. 4.7 is a graph showing each process variable changing at the right angle bend. At the right angle bend, the torch maintains the same position along the rotation of the positioner, and since the welding speed is 0 cpm, the welding cross-section is properly maintained by reducing the current and supply speed. The robot and the positioner move in conjunction with each other. Therefore, when the rotation angle of the positioner is 0 degrees, the coordinates of the robot become (0, 0), and as the positioner rotates up to 90 degrees, the coordinates of the robot also draw an arc, and there is a problem that it extends up to (128, 103). To overcome this, in the right angle bend, the robot with the torch did not rotate, but only the positioner rotated and welded. At this time, while the positioner rotates, the torch has to stop along the same position of the right angle bend, so the current and supply speed are lowered. It also requires a larger weld cross-section on the outside than on the inside of the right-angled bend.

Fig. 4.8은 적층물 외관을 촬영한 사진이다. d)와 e)에서 비드 높이의 중간 부분을 기준으로 고층부의 벽면이 저층부의 벽면보다 덜 흘러내린 것을 알 수 있다. 고층부의 경우 벽면 패스의 용착속도를 1.5 kg/h로 적층하였고 저층부은 벽면 패스의 용착속도를 3 kg/h로 적층하였다. Fig. 4.8 is a photograph of the appearance of the laminate. In d) and e), it can be seen that the wall of the high-rise part flows down less than the wall of the low-rise part based on the middle part of the bead height. In the case of the high-rise part, the welding speed of the wall pass was laminated at 1.5 kg/h, and in the low-rise part, the welding speed of the wall pass was laminated at 3 kg/h.

벽면비드 흘러내림 고찰, Fig. 4.9는 적층물의 저층부와 고층부를 비교한 사진이다. a) 사진에서 저층부의 경우 벽면 패스인 P1과 P5를 내부 패스인 P2, 3, 4와 동일하게 큰 용착단면적으로 하였다. 따라서 액체금속의 양이 많아 심한 흘러내림이 발생하였다. 고층부의 경우 벽면 패스는 용착단면적을 1/2로 감소시켰고 그에 따라 흘러내림이 방지되어 양호한 벽면을 얻을 수 있었다. 금속 AM에서 벽면비드가 흘러내릴 경우 그 부분에서의 비드 높이가 낮아져 전체적으로 불균일한 적층이 될 수 있다. b)는 수직굴곡부의 벽면을 촬영한 사진이다. 수직굴곡부에서는 a) 사진의 직선부분보다 더 심하게 흘러내림이 발생하였다. 이는 포지셔너가 회전하는 동안 용접속도가 0 cpm이 되고 직선부분에 비해 큰 입열량으로 액체금속의 응고가 늦어졌기 때문인 것으로 생각된다.A study of wall bead flow, Fig. 4.9 is a photograph comparing the low-rise part and the high-rise part of the laminate. a) In the case of the lower layer in the photo, P1 and P5, which are wall passes, have the same large welding cross-sectional area as P2, 3, and 4, which are internal passes. Therefore, the amount of liquid metal was large, and severe flow occurred. In the case of the high-rise part, the wall pass reduced the welding cross-sectional area by half, and accordingly, it was possible to obtain a good wall surface by preventing dripping. If the wall bead flows down from the metal AM, the height of the bead in that part will be lowered, which may result in a non-uniform lamination as a whole. b) is a photograph of the wall of the vertical bend. In the vertical bending part, a) flow was more severe than the straight part in the photo. This is thought to be because the welding speed becomes 0 cpm while the positioner is rotating and the solidification of the liquid metal is delayed due to the large amount of heat input compared to the straight part.

벽면비드 흘러내림 모델링, Fig. 4.10은 벽면비드의 흘러내림 모델링 나타낸 모식도이다. Fg는 중력, Fa는 아크력, Fs는 액체금속의 표면장력을 의미한다. 액체금속의 표면장력이 아크력과 중력의 합보다 작을 경우 벽면비드의 흘러내림이 발생하게 된다. 이를 부등식으로 나타내면 다음과 같다. Wall bead flow model, Fig. 4.10 is a schematic diagram showing the flow-down modeling of the wall bead. F g is the gravity, F a is the arc force, and F s is the surface tension of the liquid metal. If the surface tension of the liquid metal is less than the sum of the arc force and gravity, the wall bead will flow down. This can be expressed as an inequality as follows.

Fa + Fg > Fs → 벽면비드의 흘러내림 발생F a + F g > F s → Flowing of the wall bead occurs

Fa + Fg < Fs → 벽면비드의 흘러내림 미발생F a + F g < F s → No flow of wall beads

Fig. 4.11은 벽면비드와 내부비드의 산화 정도를 비교한 사진이다. 흘러내림을 방지하기 위한 방법으로 벽면우선적층법을 사용하여 P1→ P5→ P2→ P3→ P4 순으로 적층하였다. 적층 시 벽면패스인 P1과 P5는 1차원 열전도를 하고 내부패스인 P2, P3, P4는 2차원 열전도를 하여 냉각된다. 따라서 벽면패스의 냉각속도가 내부패스보다 느려 산화가 더 많이 진행된 것으로 생각된다. Fig. 4.11 is a picture comparing the oxidation degree of the wall bead and the inner bead. As a method to prevent spillage, using the wall-first lamination method, the layers were laminated in the order of P1→P5→P2→P3→P4. During lamination, wall paths P1 and P5 conduct one-dimensional heat conduction, and internal paths P2, P3, and P4 conduct two-dimensional heat conduction and are cooled. Therefore, the cooling rate of the wall pass is slower than that of the inner pass, so it is thought that oxidation proceeded more.

Fa + Fg > Fs → 벽면비드의 흘러내림 발생F a + F g > F s → Flowing of the wall bead occurs

Fa + Fg < Fs → 벽면비드의 흘러내림 미발생F a + F g < F s → No flow of wall beads

직각 굴곡부에서의 흘러내림 고찰, Fig. 4.12의 a)는 적층물의 직각굴곡부에서 P1과 P5의 열전도를 나타낸 모식도이고 b)는 직각굴곡부의 벽면에서 흘러내림을 비교한 사진이다. 직각굴곡부는 제한된 열전도로 인한 낮은 응고속도와 높은 입열로 인해 냉각속도가 매우 느려진다. 따라서 직선부분보다 더 심한 흘러내림이 발생한 것을 알 수 있다. 또한 적층물을 안쪽 벽면패스인 P1은 바깥쪽 벽면패스인 P5보다 흘러내림이 덜 생긴 것을 알 수 있다. P1의 경우 열전도가 270도 방향으로 이루어지는데 반해 P5는 90도 방향으로 열전도가 이루어진다. 따라서 P5는 냉각속도가 더 느려지고 더 산화되어 흘러내림이 심해진 것으로 생각된다. A study of dripping at right angle bends, Fig. A) of 4.12 is a schematic diagram showing the thermal conduction of P1 and P5 in the right-angled bent part of the laminate, and b) is a photograph comparing the flow down from the wall of the right-angled bent part. At right angle bends, the cooling rate is very slow due to the low solidification rate due to limited heat conduction and high heat input. Therefore, it can be seen that a more severe run-down occurred than in the straight part. In addition, it can be seen that P1, which is an inner wall pass of the laminate, is less prone to dripping than P5, which is an outer wall pass. In the case of P1, heat conduction occurs in a 270 degree direction, whereas in P5, heat conduction occurs in a 90 degree direction. Therefore, it is considered that the cooling rate of P5 is slower and more oxidized and the runoff is severe.

Super-TIG 용접에 의한 STAM(Super-TIG Additive Manufacturing)에서 직각굴곡부 공정 개발을 위한 실험 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 자동 금속 AM을 위한 용접 신호 시퀀스와 그 유효성을 확인하였다. 2) 흘러내림을 방지하기 위해 벽면우선적층법으로 적층하였으며 벽면 쪽에서만 용착속도를 낮춰 양호한 품질을 얻을 수 있었다. 3) 직각굴곡부에서 패스 별 필요 용착단면적을 만족시키기 위한 알고리즘을 확립하였다. 4) 벽면패스인 P1과 P5에서 낮은 열전도로 인한 산화가 발생하였으며 특히, P5의 직각굴곡부에서 느린 냉각속도로 인한 흘러내림이 심하게 발생하였다. 하지만 벽면패스에서 용착단면적을 1/2 수준으로 감소시킴으로써 흘러내림을 방지할 수 있었다. As a result of the experiment for the development of the right angle bend process in STAM (Super-TIG Additive Manufacturing) by Super-TIG welding, the following conclusions were obtained. 1) The welding signal sequence for automatic metal AM and its validity were verified. 2) In order to prevent spillage, it was laminated by the wall-first lamination method, and good quality was obtained by lowering the welding speed only on the wall side. 3) An algorithm was established to satisfy the required welding cross-sectional area for each pass in the right angle bend. 4) Oxidation due to low heat conduction occurred in P1 and P5, which are wall passes, and especially, the flow down due to the slow cooling rate at the right angle bend of P5 was severe. However, by reducing the welding cross-sectional area in the wall pass to 1/2 level, it was possible to prevent dripping.

Super-TIG 용접에 의한 금속 AM에서 T형 연결부 공정 개발에 관한 연구 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 송급 up-slope와 down-slope 기능이 추가된 송급장치를 이용하여 비드 시작연결부 실험을 한 결과, TFUS가 1, 3초일 때 용착단면적 20, 40 mm2에서 적정평탄도 범위를 만족했지만, 용착단면적 60mm2에서는 큰 입열량으로 크레이터 길이가 증가하여 만족하지 못하였다. 2) 입열량이 큰 경우에는 back step distance를 증가시켜 해결할 수 있을 것으로 생각된다. 3) 비드 종료연결부 실험 결과, TFDS= 1 초일 때를 제외하고 용착단면적 20, 40, 60 mm2에서 적정평탄도 범위를 만족하였다. 4) 자동 금속 AM을 위한 용접 신호 시퀀스와 그 유효성을 확인하였다. 5) 흘러내림을 방지하기 위해 벽면우선적층법으로 적층하였으며 벽면 쪽에서만 용착속도를 낮춰 양호한 품질을 얻을 수 있었다. 6) 직각굴곡부에서 패스 별 필요 용착단면적을 만족시키기 위한 알고리즘을 확립하였다. 7) 벽면패스인 P1과 P5에서 낮은 열전도로 인한 산화가 발생하였으며 특히, P5의 직각굴곡부에서 느린 냉각속도로 인한 흘러내림이 심하게 발생하였다. 하지만 벽면패스에서 용착단면적을 1/2 수준으로 감소시킴으로써 흘러내림을 방지할 수 있었다.As a result of the study on the development of the T-connection process in metal AM by Super-TIG welding, the following conclusions were obtained. 1) As a result of testing the bead start connection using a feeding device with added up-slope and down-slope functions, when T FUS is 1, 3 seconds, the welding cross-section area of 20, 40 mm 2 satisfies the appropriate flatness range. , at a welding cross-sectional area of 60 mm 2 , the crater length increased due to a large amount of heat input, which was not satisfactory. 2) If the amount of heat input is large, it can be solved by increasing the back step distance. 3) As a result of the bead termination connection test, the appropriate flatness range was satisfied at the weld cross-sections of 20, 40, and 60 mm 2 except when T FDS = 1 second. 4) The welding signal sequence for automatic metal AM and its validity were checked. 5) In order to prevent spillage, it was laminated by the wall-first lamination method, and good quality was obtained by lowering the welding speed only on the wall side. 6) An algorithm was established to satisfy the required welding cross-sectional area for each pass in the right angle bend. 7) Oxidation due to low heat conduction occurred in P1 and P5, which are wall paths, and especially, the flow down due to the slow cooling rate at the right angle bend of P5 was severe. However, by reducing the welding cross-sectional area in the wall pass to 1/2 level, it was possible to prevent dripping.

한편, 본 발명의 일 실시예는 송급기 내 다수의 JOB을 저장하여 용접조건 변경 시 JOB 호출 번호 변경만으로 용접조건 변경이 가능하게 단순화 시킨 장치이다. 송급장치가 갖는 기능에는 송급속도 설정기능, 용접전류 설정기능, 송급속도 업슬로프 설정기능, 송급속도 다운슬로프 설정기능, 후방인칭 속도 및 길이 설정기능, 전방송급-정지 시간 설정기능, 전방송급-후방송급 시간 설정기능, 아크 켜짐 확인 후 송급 개시 기능이 있는 복수개의 용접조건을 가진 용가재 송급 장치를 제공할 수 있다. On the other hand, an embodiment of the present invention is a device in which a plurality of JOBs in the feeder are stored, and when welding conditions are changed, welding conditions can be changed only by changing the JOB call number. The functions of the feeding device include feeding speed setting function, welding current setting function, feeding speed upslope setting function, feeding speed downslope setting function, rear inching speed and length setting function, all broadcast-stop time setting function, all broadcasting grade - It is possible to provide a filler metal feeding device with a plurality of welding conditions with a post-broadcast-grade time setting function and a function to start feeding after confirming that the arc is turned on.

한편, 본 발명의 일 실시예는 플라즈마 용접 또는 티그아크용접에서 용가재를 별도로 송급하는 경우에 용가재가 일시적으로 늦게 송급되거나 멈춰지는 경우 그 상태를 감지하여 용접 전원을 정지시키고 시스템을 멈춤과 동시에 경보를 울리게 하는 용가재 미용융 감지 송급정지 장치를 제공할 수 있다. On the other hand, in an embodiment of the present invention, in the case of separately supplying the filler metal in plasma welding or teag arc welding, if the filler material is temporarily supplied late or stopped, the state is detected to stop the welding power and stop the system, and an alarm is issued at the same time. It is possible to provide a supply stop device for detecting non-melting filler metal that makes a sound.

한편, 본 발명의 일 실시예는 로봇용접 공정에서 CAM으로 작성한 NC데이터를 로봇에 복사하여 용접 준비 단계에서 위치에 따른 용접조건 변경 시 외부장치에 저장된 JOB번호를 호출하여 용접조건을 쉽게 변경할 수 있게 하는 시스템이다. 구성요소는 CAM, NC데이터, 로봇, 다수의 용접조건 JOB이 저장된 송급장치, 용접 전원을 포함하는 로봇 용접조건 데이터 입력 시스템을 제공할 수 있다. On the other hand, an embodiment of the present invention copies the NC data created by CAM in the robot welding process to the robot and calls the JOB number stored in the external device when changing the welding conditions according to the position in the welding preparation stage to easily change the welding conditions. is a system that The component may provide a robot welding condition data input system including CAM, NC data, a robot, a feeding device in which a plurality of welding condition JOBs are stored, and a welding power source.

한편, 본 발명의 일 실시예는 전방송급의 방향을 유지하면서 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부 로봇 용접을 하기 위한 장치 및 그 방법이다. 장치의 구성요소는 6축 수직 다관절 용접로봇, 부가 2축의 포지셔너, 다수의 용접조건 JOB이 저장된 용가재 송급장치, 용접토치, 용접 전원, C형 용가재 송급장치를 포함하는 굴곡부 로봇용접 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다. On the other hand, an embodiment of the present invention is an apparatus and method for performing robot welding of a right-angle bent portion or a sharp bend portion while maintaining the direction of the entire broadcast level. The components of the device include a 6-axis vertical articulated welding robot, an additional 2-axis positioner, a filler metal supply device in which a plurality of welding condition JOBs are stored, a welding torch, a welding power source, and a bending robot welding device including a C-type filler metal supply device and a method therefor can provide

한편, 본 발명의 일 실시예는 두꺼운 벽의 적층 제조에서 벽면 RESOLUTION개선을 위한 적층 방법으로, 벽면 패스는 내부 패스보다 용착단면적을 작게하여 용융금속의 흘러내림에 대한 불안정성을 감소시켜 벽면 레졸루션 개선하는 두꺼운 벽면 적층제조 방법을 제공할 수 있다. On the other hand, an embodiment of the present invention is a lamination method for improving wall resolution in thick-walled additive manufacturing, wherein the wall pass has a smaller weld cross-sectional area than the inner pass, thereby reducing instability against the flow of molten metal to improve wall resolution. A thick wall additive manufacturing method can be provided.

이상에서 본 발명의 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. Although described above with reference to the embodiments of the present invention, the present invention is not limited thereto, and various modifications and applications are possible. That is, those skilled in the art will readily understand that many modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

Claims (2)

용가재를 전방에서 송급하는 송급 방향을 유지하면서 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부를 용접하는 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치로서,
용접토치;
상기 용접토치에 용접 전언을 인가하는 용접 전원 공급부;
끝단에 용접 토치를 장착한 6축 수직 다관절 용접로봇;
상기 용접로봇에 의하여 용접되는 용접 대상물을 지지하는 2축의 포지셔너; 및
다수의 JOB을 저장하여 용접조건 변경시 JOB 호출 번호 변경만으로 용접조건 변경이 가능하도록 하는 용가재 송급장치를 구비하는 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치.
As a robot welding device capable of welding a bent part that welds a right-angled bend or a sharp bend while maintaining the supply direction of supplying the filler metal from the front,
welding torch;
a welding power supply for applying a welding message to the welding torch;
6-axis vertical articulated welding robot equipped with a welding torch at the end;
a two-axis positioner for supporting a welding object to be welded by the welding robot; and
A robot welding device capable of welding bends with a filler metal feeding device that stores a number of JOBs and allows welding conditions to be changed only by changing the JOB call number when welding conditions are changed.
용가재를 전방에서 송급하는 송급 방향을 유지하면서 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부를 용접하는 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치의 제어방법으로서,
상기 로봇용접 장치가,
용접토치;
상기 용접토치에 용접 전언을 인가하는 용접 전원 공급부;
끝단에 용접 토치를 장착한 6축 수직 다관절 용접로봇;
상기 용접로봇에 의하여 용접되는 용접 대상물을 지지하는 2축의 포지셔너; 및
다수의 JOB을 저장하여 용접조건 변경시 JOB 호출 번호 변경만으로 용접조건 변경이 가능하도록 하는 용가재 송급장치를 구비하고,
현재의 용접 구간이 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부인지 여부를 판단하는 단계;
현재의 용접 구간이 직각굴곡부 또는 급격한 굴곡부인 경우에 미리 저장된 직각굴곡부 JOB 또는 급격한 굴곡부 JOB을 호출하는 단계; 및
상기 직각굴곡부 JOB 또는 급격한 굴곡부 JOB에 의하여 용접이 수행되도록 제어하는 단계를 구비하는 굴곡부 용접이 가능한 로봇용접 장치의 제어 방법.
As a control method of a robot welding device capable of welding a bent portion that welds a right-angled bend or a sharp bend while maintaining the supply direction of supplying the filler metal from the front,
The robot welding device,
welding torch;
a welding power supply for applying a welding message to the welding torch;
6-axis vertical articulated welding robot equipped with a welding torch at the end;
a two-axis positioner for supporting a welding object to be welded by the welding robot; and
It is equipped with a filler metal supply device that stores a number of JOBs and enables welding conditions to be changed only by changing the JOB call number when welding conditions are changed,
determining whether the current welding section is a right-angled bend or a sharp bend;
Calling a pre-stored right angle bending part JOB or abrupt bending part JOB when the current welding section is a right angle bending part or a sharp bending part; and
A control method of a robot welding apparatus capable of welding a bent portion comprising the step of controlling the welding to be performed by the right-angle bent portion JOB or the abruptly bent portion JOB.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113843621A (en) * 2021-09-26 2021-12-28 苏州美达王钢铁制品有限公司 Robot automatic spot splicing and welding integrated automation device and method
KR20230108511A (en) 2022-01-11 2023-07-18 한화오션 주식회사 An apparatus and method for generating optimal instrument link parameter capable of avoiding the singularities of robot work

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3027561B2 (en) * 1997-10-28 2000-04-04 川崎重工業株式会社 Automatic hardfacing welding equipment
KR20140099021A (en) * 2013-02-01 2014-08-11 주식회사 한진중공업 3d curved welding apparatus with auto changing function for welding conditions as per slope angle
KR20190014311A (en) * 2017-08-02 2019-02-12 (주)에이엔에이치스트럭쳐 Automated TIG welding system using robot

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3027561B2 (en) * 1997-10-28 2000-04-04 川崎重工業株式会社 Automatic hardfacing welding equipment
KR20140099021A (en) * 2013-02-01 2014-08-11 주식회사 한진중공업 3d curved welding apparatus with auto changing function for welding conditions as per slope angle
KR20190014311A (en) * 2017-08-02 2019-02-12 (주)에이엔에이치스트럭쳐 Automated TIG welding system using robot

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113843621A (en) * 2021-09-26 2021-12-28 苏州美达王钢铁制品有限公司 Robot automatic spot splicing and welding integrated automation device and method
KR20230108511A (en) 2022-01-11 2023-07-18 한화오션 주식회사 An apparatus and method for generating optimal instrument link parameter capable of avoiding the singularities of robot work

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