KR20240014753A - Electrogas ARC welding apparatus and and welding method using threrof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일렉트로 가스 아크 용접 장치로서, 선단에 용접 와이어가 장착되는 용접토치; 상기 용접토치에 용접 와이어를 송급하는 와이어 송급 유닛; 상기 용접토치를 수직 맞대기 용접하고자 하는 용접 모재의 두께 방향으로 이동시키는 이동 유닛; 상기 용접토치를 상하 방향으로 이동시켜 상진 용접하도록 구동하는 구동 유닛; 상기 용접토치 내에 형성되어 적어도 3개 이상의 영역에서 상기 용접 모재의 개선면간 거리 정보를 측정할 수 있는 레이저 센서; 및 상기 용접 모재의 개선면간 거리 정보에 대응하는 용접조건을 연산하고, 상기 용접조건 및 용접되는 부위의 위치에 따라 용접 전류 및 전압 조건을 조절해서 입열량을 제어하며, 상기 용접 모재의 개선면간 거리 정보에 따라 상기 용접토치가 용접부 상에서 머무르는 시간이 비례하여 증가하도록 제어하는 제어부;를 포함하는할 수 있다.The present invention is an electro gas arc welding device, comprising: a welding torch equipped with a welding wire at the tip; a wire supply unit that supplies welding wire to the welding torch; a moving unit that moves the welding torch in the thickness direction of the welding base material to be vertically butt welded; a driving unit that moves the welding torch in an upward and downward direction and drives the welding torch to perform upward welding; a laser sensor formed within the welding torch and capable of measuring distance information between improved surfaces of the welding base material in at least three or more areas; and calculating welding conditions corresponding to information on the distance between improved surfaces of the welding base material, controlling the amount of heat input by adjusting welding current and voltage conditions according to the welding conditions and the location of the welded area, and controlling the distance between improved surfaces of the welding base material. It may include a control unit that controls the time the welding torch stays on the weld zone to increase proportionally according to the information.

Description

일렉트로 가스 아크 용접 장치 및 이를 이용한 용접방법{Electrogas ARC welding apparatus and and welding method using threrof}Electrogas ARC welding apparatus and and welding method using threrof}

본 발명은 일렉트로 가스 아크 용접 장치 및 이를 이용한 용접방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 레이저 센서를 이용하여 모재간 거리를 정확하게 측정하여 용접특성을 개선할 수 있는 일렉트로 가스 아크 용접 장치 및 이를 이용한 용접방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electro gas arc welding device and a welding method using the same. More specifically, an electro gas arc welding device that can improve welding characteristics by accurately measuring the distance between base metals using a laser sensor and a welding method using the same. It's about.

일렉트로 가스 아크 용접법(Electro Gas arc Welding; 이하, EGW)은 일반적인 용접 방법 대비 입열량이 크다. 특히, EGW는 선박 제조 공정과 같은 후판의 용접 공정에서도 단일 패스(Single-Pass) 용접만으로 생산을 완료할 수 있어 뛰어난 생산성과 경제성을 보증한다는 특징이 있다. Electro gas arc welding (EGW) has a larger heat input than general welding methods. In particular, EGW has the characteristic of ensuring excellent productivity and economic efficiency as it can complete production with only single-pass welding even in the welding process of thick plates, such as the ship manufacturing process.

EGW 용접시 비교적 두께가 얇은 약 20mm의 판재에 대해서는 고정 위치에서 발생한 아크를 활용해 용접을 진행할 수 있다. 하지만, 판재의 두께가 약 50mm 이상으로 두꺼워지는 경우, 한국등록특허 제10-1994008호에 기재된 바와 같이, 작업자는 전극의 오실레이션(Oscillation)을 통해 전면부에서 이면부까지 용접이 이뤄질 수 있도록 제어한다. During EGW welding, relatively thin plates of approximately 20 mm can be welded using the arc generated at a fixed position. However, when the thickness of the plate becomes thicker than about 50 mm, the operator controls the welding from the front to the back through oscillation of the electrode, as described in Korean Patent No. 10-1994008. do.

그러나, 용접 입열량은 전류, 전압, 속도를 조절함으로써 설정되기 때문에, 수직 상진 용접인 EGW 특성상 종래의 방법대로는 판재의 루트갭(RootGap)과 개선 각도로 인해 달라지는 전면부와 이면부의 너비 차이를 고려할 수 없다는 문제가 있다. 이런 상황에서 동일한 전류와 전압으로 용접 중 오실레이션(Oscillation)을 수행하면 실제로는 용접부의 위치에 따라 서로 다른 입열량이 가해지는 것과 같다. 또, 전면부와 이면부에서 모재로의 용접부 침투량이 달라져, 결과적으로 제품의 품질 불균형이 발생하기 때문에 해당 문제는 반드시 해결되어야 한다.However, since the welding heat input is set by adjusting the current, voltage, and speed, due to the nature of EGW, which is a vertical upward welding, the conventional method requires the difference in width between the front and back parts, which varies due to the root gap and improvement angle of the sheet material. There is a problem that cannot be considered. In this situation, if oscillation is performed during welding with the same current and voltage, different amounts of heat input are actually applied depending on the location of the weld zone. In addition, the amount of penetration of the weld zone into the base metal varies between the front and back sides, resulting in an imbalance in the quality of the product, so this problem must be resolved.

한국등록특허 제10-1994008호Korean Patent No. 10-1994008

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, EGW 용접시 용접 부위의 위치에 따라 용접조건을 조절하여 용접부의 품질이 우수한 일렉트로 가스 아크 용접 장치 및 이를 이용한 용접방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention is intended to solve various problems including the problems described above, and provides an electro gas arc welding device with excellent quality of the weld area by adjusting the welding conditions according to the position of the weld area during EGW welding, and a welding method using the same. The purpose is to However, these tasks are illustrative and do not limit the scope of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 일렉트로 가스 아크 용접 장치를 제공한다. 상기 일렉트로 가스 아크 용접 장치는 선단에 용접 와이어가 장착되는 용접토치; 상기 용접토치에 용접 와이어를 송급하는 와이어 송급 유닛; 상기 용접토치를 수직 맞대기 용접하고자 하는 용접 모재의 두께 방향으로 이동시키거나, 상기 용접토치를 상하 방향으로 이동시켜 상진 용접하도록 구동하는 구동 유닛; 상기 용접토치 내에 형성되어 적어도 3개 이상의 영역에서 상기 용접 모재의 개선면간 거리 정보를 측정할 수 있는 레이저 센서; 및 상기 용접 모재의 개선면간 거리 정보에 대응하는 용접조건을 연산하고, 상기 용접조건 및 용접되는 부위의 위치에 따라 용접 전류 및 전압 조건을 조절해서 입열량을 제어하며, 상기 용접 모재의 개선면간 거리 정보에 따라 상기 용접토치가 용접부 상에서 머무르는 시간이 비례하여 증가하도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, an electro gas arc welding device is provided. The electro gas arc welding device includes a welding torch equipped with a welding wire at the tip; a wire supply unit that supplies welding wire to the welding torch; A driving unit that moves the welding torch in the thickness direction of the welding base material to be vertically butt welded, or moves the welding torch in the vertical direction to drive upward welding; a laser sensor formed within the welding torch and capable of measuring distance information between improved surfaces of the welding base material in at least three or more areas; and calculating welding conditions corresponding to information on the distance between improved surfaces of the welding base material, controlling the amount of heat input by adjusting welding current and voltage conditions according to the welding conditions and the location of the welded area, and controlling the distance between improved surfaces of the welding base material. It may include a control unit that controls the time the welding torch stays on the weld zone to increase proportionally according to the information.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 3개 이상의 영역 중 하나는 상기 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역일 수 있다.Additionally, according to the present invention, one of the three or more regions may be a region corresponding to the center in the thickness direction of the weld base material.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 3개 이상의 영역 중 다른 하나는 상기 용접 모재의 이면부에 가장 가까운 영역일 수 있다.Additionally, according to the present invention, another one of the three or more areas may be the area closest to the back surface of the weld base material.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 3개 이상의 영역 중 또 다른 하나는 상기 용접 모재의 이면부에서 가장 먼 영역일 수 있다.Additionally, according to the present invention, another one of the three or more areas may be the area furthest from the back surface of the welding base material.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 3개 이상의 영역의 위치는 하기 수식 1에 의해 연산될 수 있다.Additionally, according to the present invention, the positions of the three or more areas can be calculated using Equation 1 below.

[수식 1][Formula 1]

P = R + D·tanθ/2P = R + D·tanθ/2

(상기 P는 상기 용접 모재간의 거리 정보이고, 상기 R은 이면부에서의 상기 용접 모재간 거리 정보이며, 상기 D는 상기 용접토치가 이면부로부터 이격된 거리에 의해 계산된 계수, 상기 θ는 상기 용접 모재의 개선각임)(P is distance information between the welding base metals, R is distance information between the welding base metals on the back surface, D is a coefficient calculated by the distance the welding torch is spaced from the back surface, and θ is the (Improvement angle of the weld base material)

또한, 본 발명에 의하면, 상기 입열량은 상기 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역에서의 입열량 대비 다른 용접 영역에서의 입열량의 비를 계산하여 제어될 수 있다.In addition, according to the present invention, the heat input amount can be controlled by calculating the ratio of the heat input amount in other welding areas to the heat input amount in the area corresponding to the center in the thickness direction of the welding base material.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 용접토치가 상기 용접부 상에서 머무르는 시간은 3초 이하(0 초과)일 수 있다.Additionally, according to the present invention, the time that the welding torch stays on the welding portion may be 3 seconds or less (exceeding 0).

또한, 본 발명에 의하면, 상기 용접토치가 상기 용접부 상에서 머무르는 시간은 0.1초 내지 2초 일 수 있다.Additionally, according to the present invention, the time the welding torch stays on the weld part may be 0.1 to 2 seconds.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역에서 상기 용접토치가 머무르는 시간은 상기 용접 모재의 이면부에서 가장 먼 영역에서 상기 용접토치가 머무르는 시간의 1/2일 수 있다.In addition, according to the present invention, the time that the welding torch stays in the area corresponding to the center in the thickness direction of the welding base material may be 1/2 of the time that the welding torch stays in the area furthest from the back surface of the welding base material. there is.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 제공한다. 상기 일렉트로 가스 아크 용접 방법은 선단에 용접 와이어가 장착되는 용접토치를 배치하는 단계; 상기 용접토치의 위치별 입력값을 적용하는 단계; 상기 용접토치의 위치별 실시간 전류, 전압 및 적어도 3개 이상의 영역에서 용접 모재의 개선면간 거리 정보를 측정하는 단계; 상기 용접토치의 위치별 단위길이당 입열량을 계산하는 단계; 및 상기 용접토치의 위치별 계산된 입열량에 따라 상기 용접토치가 용접부 상에서 머무르는 시간을 제어하면서 용접을 수행하는 단계;를 포함하고, 상기 적어도 3개 이상의 영역에서 상기 용접 모재의 개선면간 거리 정보는, 상기 용접토치 내에 형성된 레이저 센서를 이용하여 측정하며, 상기 용접토치가 용접부 상에서 머무르는 시간은 상기 용접 모재의 개선면간 거리 정보의 크기에 따라 비례하여 증가할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, an electro gas arc welding method is provided. The electro gas arc welding method includes the steps of placing a welding torch on which a welding wire is mounted at the tip; Applying input values for each position of the welding torch; Measuring real-time current, voltage, and distance information between improved surfaces of the welding base material in at least three areas for each position of the welding torch; Calculating heat input per unit length for each position of the welding torch; And performing welding while controlling the time the welding torch stays on the weld zone according to the heat input calculated for each position of the welding torch. Including, the distance information between improved surfaces of the welding base material in the at least three areas is , It is measured using a laser sensor formed in the welding torch, and the time that the welding torch stays on the weld zone may increase proportionally according to the size of the distance information between improved surfaces of the welding base material.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 용접 모재의 개선면간 거리 정보는 적어도 3개 이상의 영역에서 측정될 수 있다.Additionally, according to the present invention, information on the distance between improved surfaces of the weld base material can be measured in at least three or more areas.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 3개 이상의 영역 중 하나는 상기 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역일 수 있다.Additionally, according to the present invention, one of the three or more regions may be a region corresponding to the center in the thickness direction of the weld base material.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 3개 이상의 영역 중 다른 하나는 상기 용접 모재의 이면부에 가장 가까운 영역일 수 있다.Additionally, according to the present invention, another one of the three or more areas may be the area closest to the back surface of the weld base material.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 3개 이상의 영역 중 또 다른 하나는 상기 용접 모재의 이면부에서 가장 먼 영역일 수 있다.Additionally, according to the present invention, another one of the three or more areas may be the area furthest from the back surface of the welding base material.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 입열량은 상기 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역에서의 입열량 대비 다른 용접 영역에서의 입열량의 비를 계산하여 제어될 수 있다.In addition, according to the present invention, the heat input amount can be controlled by calculating the ratio of the heat input amount in other welding areas to the heat input amount in the area corresponding to the center in the thickness direction of the welding base material.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 용접토치가 상기 용접부 상에서 머무르는 시간은 3초 이하(0 초과)일 수 있다.Additionally, according to the present invention, the time that the welding torch stays on the welding portion may be 3 seconds or less (exceeding 0).

또한, 본 발명에 의하면, 상기 용접토치가 상기 용접부 상에서 머무르는 시간은 0.1초 내지 2초 일 수 있다.Additionally, according to the present invention, the time the welding torch stays on the weld part may be 0.1 to 2 seconds.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역에서 상기 용접토치가 머무르는 시간은 상기 용접 모재의 이면부에서 가장 먼 영역에서 상기 용접토치가 머무르는 시간의 1/2일 수 있다.In addition, according to the present invention, the time that the welding torch stays in the area corresponding to the center in the thickness direction of the welding base material may be 1/2 of the time that the welding torch stays in the area furthest from the back surface of the welding base material. there is.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, EGW 용접시 용접 부위의 위치에 따라 용접토치가 용접부 상에서 머무르는 시간을 제어함으로써, 용접부의 품질이 우수한 일렉트로 가스 아크 용접 장치를 구현할 수 있다. 또, 이를 이용해 용접성이 우수한 용접을 수행할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention made as described above, by controlling the time that the welding torch stays on the welded portion according to the position of the welded portion during EGW welding, an electro gas arc welding device with excellent quality of the welded portion can be implemented. In addition, welding with excellent weldability can be performed using this. Of course, the scope of the present invention is not limited by this effect.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 장치의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 도시하는 공정순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 조건 제어방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 조건을 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실험예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 조건에 따라 용접을 수행한 용접재의 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접이 수행되는 모습을 개략적으로 도해하는 도면이다.1 and 2 are diagrams schematically illustrating the structure of an electro gas arc welding device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a process flow chart showing an electro gas arc welding method according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram for explaining a method for controlling welding conditions according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing electro gas arc welding conditions according to an experimental example of the present invention.
Figures 6 and 7 are photographs of welding materials welded under electrogas arc welding conditions according to an experimental example of the present invention.
Figure 8 is a diagram schematically illustrating how electro gas arc welding is performed according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to the examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will now be described with reference to drawings that schematically show ideal embodiments of the present invention.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접이 수행되는 모습을 개략적으로 도해하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 용접 모재(80)의 두께 방향으로 서로 마주보도록 백킹재(60) 및 동담금(70)이 위치하며, 백킹재(60) 및 동담금(70) 사이에 용접토치(10)가 배치되어 주행방향을 따라 용접이 수행되게 된다. Figure 8 is a diagram schematically illustrating how electro gas arc welding is performed according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the backing material 60 and the copper dip 70 are positioned to face each other in the thickness direction of the weld base material 80, and the welding torch 10 is placed between the backing material 60 and the copper dip 70. ) is placed so that welding is performed along the traveling direction.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 장치의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이다.1 and 2 are diagrams schematically illustrating the structure of an electro gas arc welding device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 장치(100)는 용접토치(10), 송급 유닛(20), 구동 유닛(30), 레이저 센서(40) 및 제어부(50)를 포함한다. 또, 용접을 수행하기 위해 용접 모재(80)의 두께 방향으로 서로 마주보도록 백킹재(60) 및 동담금(70)이 위치한다. Referring to FIG. 1, the electro gas arc welding device 100 according to an embodiment of the present invention includes a welding torch 10, a feeding unit 20, a driving unit 30, a laser sensor 40, and a control unit 50. ) includes. In addition, in order to perform welding, the backing material 60 and the copper immersion plate 70 are positioned to face each other in the thickness direction of the weld base material 80.

일반적으로 일렉트로 가스 아크 용접법(이하, EGW)에는 동담금/냉각 방식/이면부 지지방식/용접재료 등 다양한 공정 조건들의 설정이 필요하다. 상기 조건들은 각 상황에 맞게 수정될 수 있으며, 용접부 상부에 위치한 전극 팁으로부터 용접 재료를 공급받아 수직 상진 용접을 수행하게 된다.In general, electro gas arc welding (hereinafter referred to as EGW) requires setting various process conditions such as copper immersion/cooling method/back support method/welding material. The above conditions can be modified to suit each situation, and vertical upward welding is performed by receiving welding material from an electrode tip located at the top of the weld zone.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 장치(100)는 선단에 용접 와이어가 장착되는 용접토치(10) 및 용접토치(10)에 용접 와이어를 송급하는 와이어 송급 유닛(20)을 포함한다. 용접토치(10)는 수직 맞대기 용접을 수행하기 위해서, 용접 모재(80)의 두께 방향으로 이동시키거나, 용접토치(10)를 상하 방향으로 이동시켜 상진 용접하도록 구동하는 구동 유닛(30)을 포함한다.Specifically, the electro gas arc welding device 100 according to an embodiment of the present invention includes a welding torch 10 on which a welding wire is mounted at the tip, and a wire feeding unit 20 that supplies the welding wire to the welding torch 10. Includes. In order to perform vertical butt welding, the welding torch 10 includes a drive unit 30 that moves the welding base material 80 in the thickness direction or moves the welding torch 10 in the vertical direction to perform upward welding. do.

또한, 일렉트로 가스 아크 용접 장치(100)는 용접토치(10) 내에 형성되어 용접 모재(80)의 개선면간 거리 정보를 측정할 수 있는 레이저 센서(40) 및 용접 모재(80)의 개선면간 거리 정보에 대응하는 용접조건을 연산하고, 상기 용접조건 및 용접되는 부위의 위치에 따라 용접 전류 및 전압 조건을 조절해서 입열량을 제어하는 제어부(50)를 포함한다. 일렉트로 가스 아크 용접 장치(100)는 작업자의 조작에 의해 용접 전류 조건, 전압 조건 및 각 장치에 전원을 공급하는 전원 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다.In addition, the electro gas arc welding device 100 is formed within the welding torch 10 and includes a laser sensor 40 capable of measuring distance information between improved surfaces of the welding base material 80 and distance information between improved surfaces of the welding base material 80. It includes a control unit 50 that calculates welding conditions corresponding to and controls the amount of heat input by adjusting welding current and voltage conditions according to the welding conditions and the location of the area to be welded. The electro gas arc welding device 100 may further include a power supply unit (not shown) that supplies welding current conditions, voltage conditions, and power to each device through operator manipulation.

용접토치(10)는 EGW에 사용되는 토치로서, 용접 와이어를 공급 및 통전하는 기능을 한다. 용접토치(10)는 구동 유닛(30)에 의해, 용접 모재(80)의 두께 방향으로 구동된다. 용접토치(10)의 내부에는 레이저 센서(40)가 구비된다. 레이저 센서(40)는 용접 모재(80)의 개선면간 거리를 정확하게 측정할 수 있다. The welding torch 10 is a torch used in EGW, and functions to supply and energize welding wire. The welding torch 10 is driven in the thickness direction of the welding base material 80 by the driving unit 30. A laser sensor 40 is provided inside the welding torch 10. The laser sensor 40 can accurately measure the distance between improved surfaces of the weld base material 80.

용점 모재(80)는 10mm 내지 100mm의 두께를 갖는 수직 철판으로 마련되고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부에서 보았을 때, 'V'자 형상으로 개선 형상을 가진다. 여기서, 레이저 센서(40)는 용접 모재(80)가 서로 이루는 개선면 사이의 거리를 측정하는데 이용된다. 용접 모재(80)의 후면(이하, 이면부)에는 백킹재(60)가 설치되고, 용접 모재(80)의 전면(이하, 전면부)에는 동담금(70)이 설치된다. 여기서, 백킹재(60)는 용접 과정에서 용융금속을 받쳐주고, 냉각하여 용접비드를 형성하는 기능을 할 수 있다. 동담금(70)은 상기 용융금속을 받쳐주고, 수냉호스(미도시)에 의한 냉각 기능과 보호가스를 공급하는 기능을 할 수 있다. 이러한 동담금(70)은 용접토치(10)와 함께 구동 유닛(30)에 의해 상하 방향으로 승강 동작할 수 있다.The melting point base material 80 is provided as a vertical iron plate with a thickness of 10 mm to 100 mm, and has a 'V' shape when viewed from the top, as shown in FIG. 2. Here, the laser sensor 40 is used to measure the distance between the improved surfaces formed by the welding base materials 80. A backing material 60 is installed on the back side (hereinafter, the back side) of the weld base material 80, and a copper immersion plate 70 is installed on the front side (hereinafter, the front side) of the weld base material 80. Here, the backing material 60 can support the molten metal during the welding process and cool it to form a weld bead. The copper immersion 70 supports the molten metal and can perform a cooling function using a water-cooled hose (not shown) and supply a protective gas. This copper immersion 70 can be moved up and down by the driving unit 30 together with the welding torch 10.

구동 유닛(30)은 용접토치(10)를 용접 모재(80)의 두께 방향(도 2에 도시된 M으로 도시된 화살표 방향)으로 위빙(weaving)시킬 수 있다. 구동 유닛(30)은 위빙 속도와 위치를 제어할 수 있도록 상용화된 모터를 사용할 수 있다. The driving unit 30 may weave the welding torch 10 in the thickness direction of the welding base material 80 (the direction of the arrow indicated by M shown in FIG. 2). The drive unit 30 may use a commercially available motor to control the weaving speed and position.

제어부(50)는 용접 시작 전 또는 용접 수행 중 용접 시작점과 종료점을 설정하고, 위빙 속도, 폭 등과 같은 설정을 통해 용접토치(10)의 위치를 제어한다. 이때, 용접토치(10)를 구동시키면서 용접 전류 및 전압 조건을 제어하며, 상기 조건을 정확하게 제어하기 위해서, 용접토치(10)에 구비된 레이저 센서(40)를 이용하여 용접 모재(80)의 개선면간 거리(P)를 각 위치에 따라 측정한다. 제어부(50)는 측정된 개선면간의 거리(P) 정보를 토대로 각 용접 위치별 입열량을 계산하여 전류 및 전압을 제어할 수 있다. 이하에서, 도 3 및 도 4를 참조하여 레이저 센서(40)를 이용하여 용접 모재의 입열량 제어 방법 및 용접시 용접토치(10)의 구동 방식에 대해 구체적으로 후술한다.The control unit 50 sets the welding start and end points before starting welding or during welding, and controls the position of the welding torch 10 through settings such as weaving speed and width. At this time, the welding current and voltage conditions are controlled while driving the welding torch 10, and in order to accurately control the conditions, the laser sensor 40 provided in the welding torch 10 is used to improve the welding base material 80. Measure the interplanar distance (P) at each location. The control unit 50 can control the current and voltage by calculating the amount of heat input for each welding position based on the measured distance (P) information between the improved surfaces. Hereinafter, with reference to FIGS. 3 and 4 , a method of controlling the amount of heat input to the welding base material using the laser sensor 40 and a method of driving the welding torch 10 during welding will be described in detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 방법을 도시하는 공정순서도이다.Figure 3 is a process flow chart showing an electro gas arc welding method according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 방법(S100)은 먼저, 용접토치(10)를 배치하는 단계(S110)를 포함한다. 용접토치(10)는 수직 맞대기 용접하고자 하는 용접 모재(80)의 용접부위에 배치된다. 이때, 용접 모재(80)의 이면부와 전면부에는 각각 백킹재(60)와 동담금(70)이 설치된 상태이다. 용접토치(10)는 와이어 송급 유닛(20)으로부터 와이어를 공급하고, 이산화탄소 등의 보호가스를 이용하여 아크를 발생시킨다.Referring to Figures 1 and 3, the electro gas arc welding method (S100) according to an embodiment of the present invention first includes a step (S110) of arranging the welding torch 10. The welding torch 10 is disposed at the welding portion of the welding base material 80 to be vertically butt welded. At this time, the backing material 60 and the copper dip 70 are installed on the back side and the front side of the weld base material 80, respectively. The welding torch 10 supplies wire from the wire feeding unit 20 and generates an arc using a protective gas such as carbon dioxide.

이후에 제어부(50)는 용접 모재(80)의 두께 방향으로 용접토치(10)를 위빙시키도록 제어하고, 용접 모재(80) 상에 용용부(82)를 형성하며 용접을 수행하게 된다. 여기서, 용접 부위의 위치에 따라 용접 전류 및 전압조건을 조절해서 용접 입열량을 제어해야 한다. 일단 EGW 용접을 수행하기 위해서, 용접토치(10)의 위치별 입력값을 기본적으로 적용하는 단계(S120)를 수행할 수 있다. 상기 입력값은 용접토치(10)가 용접 모재(80)의 이면부를 기준으로 설정된 값을 의미한다. Thereafter, the control unit 50 controls the welding torch 10 to weave in the thickness direction of the welding base material 80, forms the melting portion 82 on the welding base material 80, and performs welding. Here, the welding heat input must be controlled by adjusting the welding current and voltage conditions according to the location of the welding area. First, in order to perform EGW welding, a step (S120) of basically applying input values for each position of the welding torch 10 can be performed. The input value refers to a value set by the welding torch 10 based on the back surface of the welding base material 80.

이후에 용접토치(10)의 위치별 실시간 전류, 전압 및 적어도 3개 이상의 영역에서 용접 모재(80)의 개선면간 거리 정보를 측정하는 단계(S130)를 수행할 수 있다. 측정된 데이터를 토대로 용접토치(10)의 위치별 단위길이(면적)당 입열량 계산하는 단계(S140)를 수행할 수 있다. 이후에 용접토치(10)의 위치별 계산된 입열량에 따라 용접토치(10)가 용접부 상에서 머무르는 시간을 제어하면서 용접을 수행하는 단계(S150)가 수행된다. S130 단계 내지 S150 단계에 대해서는 하기 도 4를 참조하여 조금 더 구체적으로 후술한다.Afterwards, a step (S130) of measuring real-time current and voltage for each position of the welding torch 10 and distance information between improved surfaces of the welding base material 80 in at least three or more areas may be performed. Based on the measured data, a step (S140) of calculating the heat input per unit length (area) for each position of the welding torch 10 can be performed. Afterwards, a step (S150) of performing welding is performed while controlling the time the welding torch 10 stays on the weld zone according to the amount of heat input calculated for each position of the welding torch 10. Steps S130 to S150 will be described in more detail later with reference to FIG. 4 below.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 조건 제어방법을 설명하기 위한 모식도이다.Figure 4 is a schematic diagram for explaining a method for controlling welding conditions according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 용접 조건을 제어하기 위해서, 용접 모재(80)의 개선면간 거리 정보는 적어도 3개 이상의 영역에서 측정되어야 한다. 상기 3개 이상의 영역 중 하나는 상기 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역이어야 한다. 또, 상기 3개 이상의 영역 중 다른 하나는 용접 모재(80)의 이면부에 가장 가까운 영역과 용접 모재(80)의 이면부에서 가장 먼 영역에서의 거리 정보도 필요하다.Referring to FIG. 4, in order to control the welding conditions, information on the distance between improved surfaces of the weld base material 80 must be measured in at least three areas. One of the three or more areas must be an area corresponding to the center in the thickness direction of the weld base material. In addition, for another of the three or more areas, distance information between the area closest to the back surface of the weld base material 80 and the area furthest from the back surface of the weld base material 80 are also required.

예컨대, 용접 모재(80)의 이면부를 기준으로 이면부에서 가장 가까운 영역을 P1으로 가정했을 때, 용접 모재(80)의 중심 영역을 P2로 가정할 수 있고, 이면부에서 가장 먼 영역을 P3로 가정할 수 있다. 이때, 용접토치(10)가 P1, P2, P3를 순차적으로 이동하면서 레이저 센서(40)가 각 위치별 용접 모재(80)의 개선면간 거리를 측정할 수 있다. For example, when assuming that the area closest to the back surface of the weld base material 80 is P1, the central area of the weld base material 80 can be assumed to be P2, and the area farthest from the back surface is P3. It can be assumed. At this time, as the welding torch 10 moves sequentially through P1, P2, and P3, the laser sensor 40 can measure the distance between the improved surfaces of the welding base material 80 at each location.

기준이 되는 포인트 P1, P2, P3에서, 초기 전압, 전류, 입열량의 기준은 P2, 즉, 용접 모재(80)의 중심 영역을 기본위치로 설정한다. 이후에, 용접 토치(10)가 용접 모재(80)의 두께 방향을 따라 이동하면서 개선면간 거리 정보를 실시간으로 측정하여 이를 용접 조건에 반영한다. At the reference points P1, P2, and P3, the initial voltage, current, and heat input are set at P2, that is, the center area of the welding base material 80 as the basic position. Thereafter, the welding torch 10 moves along the thickness direction of the welding base material 80, measures the distance information between improvement surfaces in real time, and reflects this in the welding conditions.

여기서, P1 및 P3를 설정한 이유는 이론적으로 용접토치(10) 자체의 형상으로 인해, 용접 모재(80) 상의 일부에 위치할 수 있는 임계값을 의미한다. 예컨대, 도면에 설정된 P1보다 이면부와의 거리가 더 짧게 용접토치(10)를 배치하게 될 경우, 용접토치(10)가 백킹재(60)에 물리적으로 접촉되어 파손될 수 있다. 혹은 도면에 설정된 P3보다 이면부와의 거리가 더 길게 용접토치(10)를 배치하게 될 경우, 용접토치(10)가 동담금(70)에 물리적으로 접촉되어 파손될 수 있다. Here, the reason for setting P1 and P3 theoretically means a threshold value that can be located on a part of the welding base material 80 due to the shape of the welding torch 10 itself. For example, if the welding torch 10 is placed at a shorter distance from the back surface than P1 set in the drawing, the welding torch 10 may physically contact the backing material 60 and be damaged. Alternatively, if the welding torch 10 is placed so that the distance from the back surface is longer than P3 set in the drawing, the welding torch 10 may be damaged by physically contacting the copper immersion metal 70.

또한, 실제 EGW 용접시 P1 및 P3 위치가 상술한 임계값보다 더 중앙에 가까울 수 있기 때문에, EGW 용접을 수행하기 이전에 실제 P1 및 P3 위치는 용접토치(10)가 직접 측정하도록 한다. 이때, EGW 용접 시작 전 오실레이션(Oscillation)을 통해 용접 모재(80)간 거리의 최소(min)값과 최대(Max)값을 측정하여 이를 기록 및 계산에 반영하는 과정을 거칠 수 있다.In addition, since the P1 and P3 positions may be closer to the center than the above-mentioned threshold during actual EGW welding, the actual P1 and P3 positions are directly measured by the welding torch 10 before performing EGW welding. At this time, before starting EGW welding, the minimum (min) and maximum (Max) values of the distance between the welding base materials 80 can be measured through oscillation and reflected in the recording and calculation.

본 발명에서 용접 모재(80)의 두께(T)는 20mm 내지 55mm로 한정한다. 이는 싱글 타입(Single torch) 토치가 적용되는 판재의 두께 범위를 의미하며, 만약, 이보다 더 두꺼운 판재에 대해 EGW 용접이 수행된다면 텐덤 타입(Tandem type) 토치를 사용하여 용접을 수행해야 한다. 반면, 상기 범위보다 두께가 더 얇은 판재에 대해서는 용접토치(10)가 용접부 상에서 머무르는 시간이 유의미한 차이를 발생시키지 않기 때문에 개선면간 거리를 측정할 필요가 없다.In the present invention, the thickness (T) of the weld base material 80 is limited to 20 mm to 55 mm. This refers to the thickness range of the sheet to which a single torch torch is applied. If EGW welding is performed on a sheet thicker than this, welding must be performed using a tandem type torch. On the other hand, for sheets whose thickness is thinner than the above range, there is no need to measure the distance between improvement surfaces because the time that the welding torch 10 stays on the weld zone does not cause a significant difference.

도 4에 도시된 모식도를 참조하면, EGW 용접시 조건으로 주어지는 변수는 하기와 같다. Referring to the schematic diagram shown in FIG. 4, the variables given as conditions during EGW welding are as follows.

T(Thickness of plate)는 용접 모재의 두께를 의미하고, R(Root gap)은 루트갭으로서, 이면부와 용접 모재 사이의 거리를 의미하며, θ(Angle of groove)는 개선각을 의미하고, P1은 용접토치가 이면부에 가장 가깝게 있을 때 용접 모재간 거리(P minimum)로서, 예를 들어, 이면부로부터 5mm 이격된 위치일 수 있다. 용접 모재의 개선각(θ)은 10도 내지 30도의 범위내에서 조정될 수 있다. 상기 용접 모재의 개선각은 실제 산업에서 사용되는 범위로서, 작업자에 따라 임의로 변경 가능하다.T (Thickness of plate) means the thickness of the weld base material, R (Root gap) is the root gap, which means the distance between the back side and the weld base material, θ (Angle of groove) means the angle of improvement, P1 is the distance (P minimum) between welding base materials when the welding torch is closest to the back surface, and may be, for example, 5 mm away from the back surface. The improvement angle (θ) of the weld base material can be adjusted within the range of 10 degrees to 30 degrees. The improvement angle of the welding base material is a range used in actual industry and can be arbitrarily changed depending on the operator.

또한, P2는 용접토치가 중심부에 있을 때 용접 모재간 거리(P center)로서, 예를 들어, 용접 모재의 두께의 절반에 해당되는 위치일 수 있다. P3는 용접토치가 이면부에서 가장 멀 때 용접 모재간 거리(P maximum)로서, 전면부로부터 5mm 이격된 위치일 수 있다. 마지막으로, A는 개선각과 루트갭을 따라 이은 연장선으로서, 상기 A는 본 발명의 입열량 계산을 위해 수식 유도 과정에서만 사용하는 변수이다.In addition, P2 is the distance between welding base materials (P center) when the welding torch is at the center, and may be, for example, a position corresponding to half the thickness of the welding base material. P3 is the distance between welding base metals (P maximum) when the welding torch is furthest from the back side, and may be 5 mm away from the front side. Lastly, A is an extension line along the improvement angle and the root gap, and A is a variable used only in the formula derivation process to calculate heat input in the present invention.

본 발명에서, 상기 3개 이상의 영역의 위치는 하기 수식1에 의해 연산될 수 있다.In the present invention, the positions of the three or more regions can be calculated using Equation 1 below.

[수식 1] [Formula 1]

P = R + D·tanθ/2P = R + D·tanθ/2

(상기 P는 용접 모재(80)간의 거리 정보이고, 상기 R은 이면부에서의 용접 모재(80)간 거리 정보이며, 상기 D는 용접토치(10)가 이면부로부터 이격된 거리에 의해 계산된 계수, 상기 θ는 용접 모재(80)의 개선각임)(P is distance information between welding base materials 80, R is distance information between welding base materials 80 on the back surface, and D is calculated by the distance between the welding torch 10 and the back surface. coefficient, where θ is the improvement angle of the weld base material 80)

상기 수식 1은 하기와 같은 과정을 통해 도출될 수 있다.The above equation 1 can be derived through the following process.

예컨대, 본 발명에서, 상기 수식 1은 용접토치가 위치한 영역에서 아래와 같이 표현될 수 있다. 즉, 용접 모재와 모재 사이의 거리가 가장 짧은쪽 거리(P1) 연산은 아래와 같다.For example, in the present invention, Equation 1 can be expressed as follows in the area where the welding torch is located. In other words, the calculation of the distance (P 1 ) where the distance between the weld base material and the base metal is the shortest is as follows.

용접 모재의 가운데 영역에서 판재간 거리(P2) 연산은 아래와 같다.The calculation of the distance between plates (P 2 ) in the center area of the weld base material is as follows.

또한, 용접 모재와 모재 사이 거리가 가장 긴쪽 거리(P3) 연산은 아래와 같다.In addition, the calculation of the distance (P 3 ) where the distance between the weld base material and the base metal is the longest is as follows.

상술한 바와 같이, 일반적으로 정해지는 입열량은 P2 위치(용접 모재의 두께의 절반에 해당하는 영역)에서 전압(V), 전류(I), 용접 속도(v)가 계산된다. 따라서, 상기 입열량은 용접 모재(80)의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역(P2)에서의 입열량 대비 다른 용접 영역에서의 입열량의 비를 계산하여 제어될 수 있다.As described above, the generally determined amount of heat input is calculated by the voltage (V), current (I), and welding speed (v) at the P 2 position (an area corresponding to half the thickness of the welding base material). Therefore, the heat input amount can be controlled by calculating the ratio of the heat input amount in the other welding area to the heat input amount in the area (P 2 ) corresponding to the center in the thickness direction of the welding base material 80.

여기서, 입열량은 하기 식으로 표현된다.Here, the heat input amount is expressed by the following equation.

이 때, 용접 속도(v)는 고정값으로 볼 수 있다. 수직 상진 용접이므로 본 발명에서는 상수 처리하였다.At this time, the welding speed (v) can be viewed as a fixed value. Because it is vertical upward welding, in the present invention, constant processing was performed.

따라서, 입열량을 HI라고 하면, P3에서 입열량(최대값)은 아래와 같다.Therefore, if the heat input is HI, the heat input (maximum value) at P 3 is as follows.

또한, P1에서 입열량(최소값)은 아래와 같다.Additionally, the heat input (minimum value) at P 1 is as follows.

마지막으로, 입열량은 전류(I)와 전압(V)의 곱이므로, 전류와 전압을 상기 비율에 맞추어 적절하게 제어할 수 있다. Lastly, since the amount of heat input is the product of current (I) and voltage (V), the current and voltage can be appropriately controlled according to the above ratio.

상기와 같은 연산을 통해, 용접토치(10)의 위치별 계산된 입열량에 따라 전류 및 전압을 조정할 수 있다. 용접 공정에서 입열량은 전류, 전압, 속도와 관계가 있으며, 결국 용접 시간에 비례하는 값에 해당된다. 특히, EGW 용접을 수행하게 되면, 용접 개선면의 설계 특성상 전면부와 이면부의 판재간 거리가 다르게 나타난다. 이때, 개선면의 형상에 관계없이 모든 위치에서 동등한 단위 입열량을 동일하게 가져가기 위해서, 개선면간 거리 정보에 따라 용접토치(10)가 용접부 상에서 정지상태로 유지되는 시간을 제어하여 용접부의 특성을 개선할 수 있다. 즉, EGW 용접시 계산된 입열량의 총량은 유지시키기 위해서 전압 및 전류 조건은 일정하게 유지하면서 용접 모재의 개선면간 거리 정보에 따라 용접토치(10)가 용접부 상에서 머무르는 시간이 비례하도록 제어하여 용접 품질을 향상시킬 수 있다.Through the above calculation, the current and voltage can be adjusted according to the amount of heat input calculated for each position of the welding torch 10. In the welding process, the amount of heat input is related to current, voltage, and speed, and ultimately corresponds to a value proportional to the welding time. In particular, when EGW welding is performed, the distance between the plates on the front and back sides appears different due to the design characteristics of the weld improvement surface. At this time, in order to obtain the same unit heat input at all positions regardless of the shape of the improved surface, the characteristics of the welded part are adjusted by controlling the time that the welding torch 10 is maintained in a stationary state on the welded part according to the distance information between the improved surfaces. It can be improved. That is, in order to maintain the total amount of heat input calculated during EGW welding, the voltage and current conditions are kept constant and the time that the welding torch 10 stays on the weld zone is controlled to be proportional according to the distance information between the improved surfaces of the weld base material to improve welding quality. can be improved.

다시 말하면, 전류, 전압, 속도를 입력하여 총 입열량을 설정하면, 개선면을 따라 단위 길이(면적)당 입열량이 일정해지도록 상기 수식 1을 참조하여 계산되어 EGW 용접 공정이 진행된다. 이때, 해당 프로그램에 따라 전극 팁의 위치에 따라 전류와 전압을 조절함으로써 단위 길이(면적)당 입열량을 동일하게 가져가며, 이를 실시간으로 측정하고 계산할 수 있다. 만약, 단위 길이(면적)당 입열량이 입력 기준을 벗어나는 경우, 일반적으로 전류와 전압을 높이거나 낮춰 EGW 용접이 정상적인 조건으로 이행될 수 있도록 제어할 수 있으나, 전류 및 전압을 순간적으로 조정할 경우에는 특정 위치에서 용접 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 전류 및 전압의 크기는 일정하게 유지하면서 총 입열량을 맞추기 위해서 용접토치(10)가 특정 위치에서 별도의 구동없이 정지상태로 유지되면서 용접을 수행하도록 제어할 수 있다. 이후에 정해진 목표량만큼 EGW 용접을 수행한 후 용접을 최종적으로 종료할 수 있다.In other words, if the total heat input is set by inputting the current, voltage, and speed, the heat input per unit length (area) along the improved surface is calculated with reference to Equation 1 above so that the EGW welding process proceeds. At this time, by adjusting the current and voltage according to the position of the electrode tip according to the program, the amount of heat input per unit length (area) is equalized, and this can be measured and calculated in real time. If the heat input per unit length (area) exceeds the input standard, the current and voltage can generally be controlled to increase or decrease the EGW welding under normal conditions. However, if the current and voltage are adjusted momentarily, Welding defects may occur in certain locations. Therefore, in the present invention, in order to adjust the total amount of heat input while maintaining the magnitude of the current and voltage constant, the welding torch 10 can be controlled to perform welding while remaining in a stationary state without separate operation at a specific position. Afterwards, welding can be finally completed after performing EGW welding up to the set target amount.

한편, 용접토치(10)가 용접부 상에서 머무르는 시간은 3초 이하(0 초과)일 수 있다. 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역에서 용접토치(10)가 머무르는 시간은 상기 용접 모재의 이면부에서 가장 먼 영역(전면부)에서 용접토치(10)가 머무르는 시간의 1/2일 수 있다. 또, 용접토치(10)가 정지상태로 용접이 수행될 때, 오실레이션(oscillation) 효과를 주기 위해서, 정지된 영역을 중심으로 용접토치(10)를 원운동하면서 용접을 수행할 수도 있다.Meanwhile, the time that the welding torch 10 stays on the weld zone may be 3 seconds or less (exceeding 0). The time that the welding torch 10 stays in the area corresponding to the center in the thickness direction of the welding base material may be 1/2 of the time that the welding torch 10 stays in the area furthest from the back surface (front part) of the welding base material. there is. In addition, when welding is performed with the welding torch 10 in a stationary state, welding may be performed while moving the welding torch 10 in a circular motion around the stationary area to provide an oscillation effect.

EGW 용접은 일반적으로 이면부에서부터 시작해서 전면부로 용접토치(10)가 이동되면서 수행되며, 이때, 이면부에서의 개선면간 거리가 가장 짧기 때문에 용접토치(10)가 머무르는 시간이 가장 짧게 제어된다. 여기서는 용접토치(10)가 정지한다는 것보다는 시작되는 지점을 의미하기 때문에, 0보다는 커야 한다. 반면, 전면부에서 용접토치(10)가 머무르는 시간이 3초를 초과할 경우에는 용접부가 받는 입열량이 적정선을 넘어서게 되므로 과입열로 인한 용접 불량이 발생할 수 있기 때문에, 3초 이내로 제어해야 한다. 보다 바람직하게는 용접토치(10)가 용접부 상에서 머무르는 시간은 0.1초 내지 2초일 수 있다. EGW 용접 장치에서 용접토치(10)의 이동과 정지를 제어할 때 발생할 수 있는 딜레이 타임(delay time)을 고려한 값으로서, 각 EGW 용접 장치의 제어부의 스펙에 따라 상기 범위에서 가감될 수 있다.EGW welding is generally performed by moving the welding torch 10 starting from the back side to the front side. At this time, since the distance between the improved surfaces at the back side is the shortest, the stay time of the welding torch 10 is controlled to be the shortest. Here, because it refers to the point where the welding torch 10 starts rather than stops, it must be greater than 0. On the other hand, if the time that the welding torch 10 stays at the front part exceeds 3 seconds, the amount of heat input to the welding part exceeds the appropriate line, and welding defects due to excessive heat input may occur, so it must be controlled within 3 seconds. More preferably, the time the welding torch 10 stays on the weld zone may be 0.1 to 2 seconds. This is a value that takes into account the delay time that may occur when controlling the movement and stop of the welding torch 10 in the EGW welding device, and can be added or subtracted from the above range according to the specifications of the control unit of each EGW welding device.

예컨대, 용접 모재(80)의 이면부에서 가장 먼 영역에서 모재의 개선면간 거리가 가장 길기 때문에 용접토치(10)가 머무르는 시간이 3초로 제어될 수 있다. 용접 모재(80)의 이면부에서 가장 가까운 영역에서 모재의 개선면간 거리가 가장 짧기 때문에 용접토치(10)가 머무르는 시간이 0초를 초과하도록 제어될 수 있다. 이때, 용접 모재(80)의 두께 방향으로 중앙 부분은 3초의 절반인 1.5초로 용접토치(10)가 정지상태로 머무르면서 용접이 수행될 수 있다.For example, since the distance between the improved surfaces of the base material 80 is the longest in the area furthest from the back surface of the welding base material 80, the time the welding torch 10 stays can be controlled to 3 seconds. Since the distance between the improved surfaces of the base material is the shortest in the area closest to the rear surface of the welding base material 80, the stay time of the welding torch 10 can be controlled to exceed 0 seconds. At this time, welding can be performed in the central portion in the thickness direction of the welding base material 80 while the welding torch 10 remains stationary for 1.5 seconds, which is half of 3 seconds.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 EGW 용접 방법을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the EGW welding method of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and should not be construed as limiting the present invention in any way.

도 5는 본 발명의 실험예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 조건을 도시한 도면이다.Figure 5 is a diagram showing electro gas arc welding conditions according to an experimental example of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예로서, 40mm 두께의 판재에 대해 루트갭 10mm와 개선 각도 20°의 V 개선 시편을 준비하였다. 용접은 340A, 34V의 용접 조건으로 255kJ/cm 입열량의 EGW 용접을 수행하고자 하였다.Referring to Figure 5, as an example of the present invention, a V-improved specimen with a root gap of 10 mm and an improvement angle of 20° was prepared for a 40 mm thick plate. The welding was intended to be EGW welding with a heat input of 255kJ/cm under welding conditions of 340A and 34V.

이 경우, 판재의 중심부인 20mm 위치에 255kJ/cm 입열량을 가하는 것을 기준으로 계산을 수행한다. 이때, 판재의 두께와 개선 각도를 기준으로 계산하면 해당 위치에서 개선면의 너비는 약 17mm가 되며, 여기서 17mm 너비에 대해 340A, 34V, 255kJ/cm input이 정해진다. In this case, the calculation is performed based on applying a heat input of 255kJ/cm to the center of the plate, 20mm away. At this time, if calculated based on the thickness of the plate and the improvement angle, the width of the improvement surface at that location is approximately 17mm, where 340A, 34V, and 255kJ/cm input are determined for the 17mm width.

40mm 두께의 판재에 대해 실제 EGW 용접을 수행할 때, 용접토치가 고정된 상태로는 전체 영역을 용융시키기가 어려워 이면부에서부터 전면부까지 용접토치를 위빙시키면서 용접을 수행한다. 이때, 용접 전면부로부터 5mm(이하, 페이스(Face)), 이면부로부터 6mm(이하, 루트(Root)) 떨어진 위치를 기준으로 용접토치가 종방향 운동하는 것으로 가정하고 진행하였다. When performing actual EGW welding on a 40mm thick plate, it is difficult to melt the entire area with the welding torch fixed, so welding is performed while weaving the welding torch from the back side to the front side. At this time, the welding torch was assumed to move longitudinally based on a position 5 mm (hereinafter referred to as face) from the front part of the welding and 6 mm (hereinafter referred to as root) from the back surface.

이 경우, 용접토치가 전면부(face)에 위치하면 해당 너비는 22.5mm, 이면부(root)에 위치하면 해당 너비는 12mm 정도가 된다. 실제 적용되는 EGW 용접 공정은 340A, 34V 조건을 고정한 상태로 전면부 위치에서 비교적 오래 토치를 머무르게 하다가 이동시킨다. 또, 이면부 쪽에서는 잠깐만 토치가 머물렀다가 이동시키는 방식으로 경험과 감각에 근거한 용접이 이루어진다. In this case, when the welding torch is located at the front (face), the width is about 22.5 mm, and when it is located at the root (at the root), the width is about 12 mm. In the EGW welding process that is actually applied, the torch is kept in the front position for a relatively long time with the 340A, 34V conditions fixed, and then moved. Also, on the back side, welding is done based on experience and sense by having the torch stay for a short time and then move it.

입열량(H.I)은 전류, 전압에 비례하고 속도에 반비례하는 사실을 고려할 때, 그리고 EGW 용접 방식을 고려할 때, 이면부와 중심부, 전면부의 용접 입열량에 차이가 있어야만 한다. 이를 근거로 일반적으로는 EGW 용접 방식을 적용한다면 전면부 쪽에서는 전류와 전압을 비례하여 높게 설정하고, 이면부 쪽에서는 다시 전류와 전압을 비례하여 낮게 설정하는 방식으로 토치의 운동에 따른 변수를 제거하고 전기적으로 제어가 가능해진다. 하지만, 본 발명에서는 전류와 전압을 일정하게 유지한 상태에서 토치가 용접부 상에서 머무르는 시간이 개선면간의 거리 값과 비례하여 증가하도록 제어하여 용접을 수행하고, 이에 대한 충격인성을 측정하였다.Considering the fact that heat input (H.I) is proportional to current and voltage and inversely proportional to speed, and considering the EGW welding method, there must be a difference in the welding heat input at the back, center, and front. Based on this, if the EGW welding method is generally applied, the current and voltage are set proportionally high on the front side, and the current and voltage are set proportionally low on the back side to eliminate variables due to the movement of the torch. and can be controlled electrically. However, in the present invention, welding was performed by controlling the time the torch stays on the weld zone to increase in proportion to the distance between the improved surfaces while keeping the current and voltage constant, and the impact toughness was measured.

또한, 이와 비교하기 위해서, 토치가 용접부 상에서 머무르는 시간을 제어하지 않고 용접을 수행한 후 충격인성을 측정하였다. 이에 대한 결과는 아래 표 1에 정리하였다.Additionally, for comparison, impact toughness was measured after welding was performed without controlling the time the torch stayed on the weld zone. The results are summarized in Table 1 below.

샘플Sample 비교예Comparative example 실시예Example 용융부melting part 용융부+2mmMelted area +2mm 용융부melting part 용융부+2mmMelted area +2mm 충격인성[J]Impact toughness[J] 4343 4848 6262 6565

도 6 및 도 7은 본 발명의 실험예(실시예 도 6 / 비교예 도 7)에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 조건에 따라 용접을 수행한 용접재의 사진이다. Figures 6 and 7 are photographs of welding materials welded according to the electro gas arc welding conditions according to the experimental example of the present invention (Example Figure 6 / Comparative Example Figure 7).

표 1, 도 6, 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예 샘플(도 6)의 용접부 형상이 비교예 샘플(도 7)의 용접부 형상보다 더 우수한 용접 형상을 보여주는 것을 확인할 수 있었다. 또, 이에 따른 충격인성 값도 본 발명의 실시예 샘플에서 비교예 샘플 대비 35% 더 높은 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다.Referring to Table 1, FIGS. 6, and 7, it was confirmed that the weld shape of the example sample (FIG. 6) of the present invention showed a better weld shape than that of the comparative example sample (FIG. 7). In addition, it was confirmed that the impact toughness value of the example sample of the present invention was 35% higher than that of the comparative example sample.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로 가스 아크 용접 장치는 용접 전극 팁에 개선면의 너비를 측정할 수 있는 레이저 센서와 이를 통한 용접 파형을 설정하고, 이를 바탕으로 측정된 용접 모재의 개선면간 거리에 따라 용접토치가 용접부 상에서 머무르는 시간을 제어함으로써, 개선면의 형상과 관계 없이 동일한 입열량이 전장에 걸쳐 공급하여 우수한 용접 품질을 갖는 EWG 용접을 수행할 수 있다.As described above, the electro gas arc welding device according to an embodiment of the present invention sets a laser sensor capable of measuring the width of the improvement surface at the welding electrode tip and a welding waveform through this, and the welding base material measured based on this. By controlling the time that the welding torch stays on the weld zone according to the distance between the improved surfaces, the same amount of heat input is supplied over the entire length regardless of the shape of the improved surfaces, making it possible to perform EWG welding with excellent welding quality.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.

10: 용접토치
20: 송급 유닛
30: 구동 유닛
40: 레이저 센서
50: 제어부
60: 백킹재
70: 동담금
80: 모재
82: 용융부
100: 일렉트로 가스 아크 용접 장치10: Welding torch
20: Delivery unit
30: drive unit
40: Laser sensor
50: control unit
60: Backing material
70: Copper deposit
80: Base material
82: melting portion
100: Electro gas arc welding device

Claims (17)

선단에 용접 와이어가 장착되는 용접토치;
상기 용접토치에 용접 와이어를 송급하는 와이어 송급 유닛;
상기 용접토치를 수직 맞대기 용접하고자 하는 용접 모재의 두께 방향으로 이동시키거나, 상기 용접토치를 상하 방향으로 이동시켜 상진 용접하도록 구동하는 구동 유닛;
상기 용접토치 내에 형성되어 적어도 3개 이상의 영역에서 상기 용접 모재의 개선면간 거리 정보를 측정할 수 있는 레이저 센서; 및
상기 용접 모재의 개선면간 거리 정보에 대응하는 용접조건을 연산하고, 상기 용접조건 및 용접되는 부위의 위치에 따라 용접 전류 및 전압 조건을 조절해서 입열량을 제어하며, 상기 용접 모재의 개선면간 거리 정보에 따라 상기 용접토치가 용접부 상에서 머무르는 시간이 비례하여 증가하도록 제어하는 제어부;를 포함하는,
일렉트로 가스 아크 용접 장치.A welding torch equipped with a welding wire at the tip;
a wire supply unit that supplies welding wire to the welding torch;
A driving unit that moves the welding torch in the thickness direction of the welding base material to be vertically butt welded, or moves the welding torch in the vertical direction to drive upward welding;
a laser sensor formed within the welding torch and capable of measuring distance information between improved surfaces of the welding base material in at least three or more areas; and
Welding conditions corresponding to the distance information between improved surfaces of the welding base material are calculated, heat input is controlled by adjusting welding current and voltage conditions according to the welding conditions and the location of the welded area, and information on the distance between improved surfaces of the welding base material is calculated. A control unit that controls the welding torch to increase proportionally the time the welding torch stays on the weld zone,
Electro gas arc welding device. 제 1 항에 있어서,
상기 3개 이상의 영역 중 하나는 상기 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역인,
일렉트로 가스 아크 용접 장치.According to claim 1,
One of the three or more areas is an area corresponding to the center in the thickness direction of the weld base material,
Electro gas arc welding device. 제 2 항에 있어서,
상기 3개 이상의 영역 중 다른 하나는 상기 용접 모재의 이면부에 가장 가까운 영역인,
일렉트로 가스 아크 용접 장치.According to claim 2,
Another one of the three or more areas is the area closest to the back surface of the weld base material,
Electro gas arc welding device. 제 2 항에 있어서,
상기 3개 이상의 영역 중 또 다른 하나는 상기 용접 모재의 이면부에서 가장 먼 영역인,
일렉트로 가스 아크 용접 장치.According to claim 2,
Another one of the three or more areas is the area furthest from the back surface of the weld base material,
Electro gas arc welding device. 제 2 항에 있어서,
상기 3개 이상의 영역의 위치는 하기 수식 1에 의해 연산되는,
일렉트로 가스 아크 용접 장치.
[수식 1]
P = R + D·tanθ/2
(상기 P는 상기 용접 모재간의 거리 정보이고, 상기 R은 이면부에서의 상기 용접 모재간 거리 정보이며, 상기 D는 상기 용접토치가 이면부로부터 이격된 거리에 의해 계산된 계수, 상기 θ는 상기 용접 모재의 개선각임)According to claim 2,
The positions of the three or more areas are calculated by Equation 1 below,
Electro gas arc welding device.
[Formula 1]
P = R + D·tanθ/2
(P is distance information between the welding base metals, R is distance information between the welding base metals on the back surface, D is a coefficient calculated by the distance the welding torch is spaced from the back surface, and θ is the (Improvement angle of the weld base material) 제 5 항에 있어서,
상기 입열량은 상기 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역에서의 입열량 대비 다른 용접 영역에서의 입열량의 비를 계산하여 제어되는,
일렉트로 가스 아크 용접 장치.According to claim 5,
The heat input amount is controlled by calculating the ratio of the heat input amount in other welding areas to the heat input amount in the area corresponding to the center in the thickness direction of the welding base material,
Electro gas arc welding device. 제 1 항에 있어서,
상기 용접토치가 상기 용접부 상에서 머무르는 시간은 3초 이하(0 초과)인,
일렉트로 가스 아크 용접 장치.According to claim 1,
The time that the welding torch stays on the welding area is 3 seconds or less (greater than 0),
Electro gas arc welding device. 제 1 항에 있어서,
상기 용접토치가 상기 용접부 상에서 머무르는 시간은 0.1초 내지 2초인,
일렉트로 가스 아크 용접 장치.According to claim 1,
The time the welding torch stays on the welding portion is 0.1 to 2 seconds,
Electro gas arc welding device. 제 1 항에 있어서,
상기 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역에서 상기 용접토치가 머무르는 시간은 상기 용접 모재의 이면부에서 가장 먼 영역에서 상기 용접토치가 머무르는 시간의 1/2인,
일렉트로 가스 아크 용접 장치.According to claim 1,
The time that the welding torch stays in the area corresponding to the center in the thickness direction of the welding base material is 1/2 of the time that the welding torch stays in the area furthest from the back surface of the welding base material,
Electro gas arc welding device. 선단에 용접 와이어가 장착되는 용접토치를 배치하는 단계;
상기 용접토치의 위치별 입력값을 적용하는 단계;
상기 용접토치의 위치별 실시간 전류, 전압 및 적어도 3개 이상의 영역에서 용접 모재의 개선면간 거리 정보를 측정하는 단계;
상기 용접토치의 위치별 단위길이당 입열량을 계산하는 단계; 및
상기 용접토치의 위치별 계산된 입열량에 따라 상기 용접토치가 용접부 상에서 머무르는 시간을 제어하면서 용접을 수행하는 단계;를 포함하고,
상기 적어도 3개 이상의 영역에서 상기 용접 모재의 개선면간 거리 정보는,
상기 용접토치 내에 형성된 레이저 센서를 이용하여 측정하며,
상기 용접토치가 용접부 상에서 머무르는 시간은 상기 용접 모재의 개선면간 거리 정보의 크기에 따라 비례하여 증가하는,
일렉트로 가스 아크 용접 방법.Placing a welding torch equipped with a welding wire at the tip;
Applying input values for each position of the welding torch;
Measuring real-time current, voltage, and distance information between improved surfaces of the welding base material in at least three areas for each position of the welding torch;
Calculating heat input per unit length for each position of the welding torch; and
A step of performing welding while controlling the time the welding torch stays on the weld zone according to the heat input calculated for each position of the welding torch,
The distance information between the improved surfaces of the weld base material in the at least three areas is,
Measured using a laser sensor formed in the welding torch,
The time that the welding torch stays on the weld zone increases proportionally according to the size of the distance information between the improved surfaces of the welding base material,
Electro gas arc welding method. 제 10 항에 있어서,
상기 3개 이상의 영역 중 하나는 상기 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역인,
일렉트로 가스 아크 용접 방법.According to claim 10,
One of the three or more areas is an area corresponding to the center in the thickness direction of the weld base material,
Electro gas arc welding method. 제 10 항에 있어서,
상기 3개 이상의 영역 중 다른 하나는 상기 용접 모재의 이면부에 가장 가까운 영역인,
일렉트로 가스 아크 용접 방법.According to claim 10,
Another one of the three or more areas is the area closest to the back surface of the weld base material,
Electro gas arc welding method. 제 10 항에 있어서,
상기 3개 이상의 영역 중 또 다른 하나는 상기 용접 모재의 이면부에서 가장 먼 영역인,
일렉트로 가스 아크 용접 방법.According to claim 10,
Another one of the three or more areas is the area furthest from the back surface of the weld base material,
Electro gas arc welding method. 제 10 항에 있어서,
상기 입열량은 상기 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역에서의 입열량 대비 다른 용접 영역에서의 입열량의 비를 계산하여 제어되는,
일렉트로 가스 아크 용접 방법.According to claim 10,
The heat input amount is controlled by calculating the ratio of the heat input amount in other welding areas to the heat input amount in the area corresponding to the center in the thickness direction of the welding base material,
Electro gas arc welding method. 제 10 항에 있어서,
상기 용접토치가 상기 용접부 상에서 머무르는 시간은 3초 이하(0 초과)인,
일렉트로 가스 아크 용접 방법.According to claim 10,
The time that the welding torch stays on the welding area is 3 seconds or less (greater than 0),
Electro gas arc welding method. 제 10 항에 있어서,
상기 용접토치가 상기 용접부 상에서 머무르는 시간은 0.1초 내지 2초인,
일렉트로 가스 아크 용접 방법.According to claim 10,
The time the welding torch stays on the welding portion is 0.1 to 2 seconds,
Electro gas arc welding method. 제 10 항에 있어서,
상기 용접 모재의 두께 방향으로 중심부에 해당하는 영역에서 상기 용접토치가 머무르는 시간은 상기 용접 모재의 이면부에서 가장 먼 영역에서 상기 용접토치가 머무르는 시간의 1/2인,
일렉트로 가스 아크 용접 방법.According to claim 10,
The time that the welding torch stays in the area corresponding to the center in the thickness direction of the welding base material is 1/2 of the time that the welding torch stays in the area furthest from the back surface of the welding base material,
Electro gas arc welding method.
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