KR910003526B1 - 비이드 제어방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

비이드 제어방법
제 1 도는 본 발명에 일치하는 두 전극봉을 사용하는 서브 머어지드 아아크 용접에 의한 원-사이드 자동용접을 개략적으로 예시하는 개략 단면도.
제 2 도는 본 발명에 따라 용접전류를 제어하는 방법을 예시하는 블록 다이아그램.
제 3 도는 본 발명에 일치하는, 뒷댐금속 스트립과 용접편 사이의 검출전압과 용입 비이드폭 사이의 상관관계를 예시하는 그래프.
제 4 도는 본 발명의 홈너깃을 도시하는 단면도.
제 5 도는 본 발명에 따라 용접속도를 제어하는 방법을 예시하는 블록 다이아그램.
제 6 도는 본 발명에 일치하는, 루우트갭의 변화에 따른 검출전압, 용접전류 및 용접속도 사이의 관계를 예시하는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 용접편 2 : 무기물 재료
3 : 뒷댐 금속 스트립 4a, 4b : 전극봉
5 : 용접전원 6 : 전압계
7, 13 : 변환기 8, 14 : 필터
9 : 비교기 11 : 인터그레이터
12 : 검출기 15 : 연산 및 제어 유니트
16 : 구동모터 17 : 이동 캐리지
본 발명은 한쌍의 용접편의 배면에서 뒷댐 스트립이 사용되는 원-사이드 자동 용접시 비이드를 제어하기 위한 방법에 관한 것이며, 특히 비이드를 용접편의 표면과 배면에 관하여 동시에 제어하는 방법에 관한 것이다.
원-사이드 자동 용접법은 뒤집을수 없는 거대 구조물과 같은 구조물을 용접하는데 넓게 사용되고 있다. 그러나, 자동용접법에 의해 형성되는 비이드의 형태는 루우트갭의 정밀도에 크게 좌우된다. 따라서, 용접선의 전길이에 걸쳐 형성된 적당한 비이드형태를 얻기 위해서는 용접중에 변화하는 루우트갭의 변화에 대한 용접 매개변수를 자동적으로 수정하는 제어방법이 필요하다.
이러한 선행기술의 한 방법은 용입 비이드 제어방법으로서 일본국 특허출원 공개 제137676/86호에 서술되어 있으며, 다음과 같다.
(a) 금속 스트립이 부착된 무기물 재료를 뒷댐 스트립으로 사용한다.
(b) 한쌍의 용접편과 금속 스트립 사이의 전류가 검출된다.
(c) 검출된 전류를 제어함으로서 용입 비이드폭을 일정하게 조절된다.
이와같은 선행기술은 원-사이드 자동용접에서, 용입 비이드 폭은 루우트갭의 정밀도에 관계없이 일정하게 형성된다. 그러나 표면측위의 비이드에 관한한, 선행기술의 방법은 비이드 높이가 불균일하게 형성되고, 특히 루우트갭이 넓어지는 경우 불충분한 용접보강을 발생하는 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 루우트갭의 정밀도에 관계없이, 용입 비이드가 일정한 형태로 형성되고, 용접보강의 높이가 적당한 범위의 높이로 일정하게 형성되는 비이드 제어방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하여, 무기물 재료를 통하여 뒷댐 금속스트립은 한쌍의 용접편의 배면에 부착되며, 아크용접이 용접편에 그 표면측에서 수행되는 원-사이드 자동용접시, 비이드를 제어하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은, 검출된 전기신호가 정해진 기준신호와 동일하게 될 수 있도록 용접전류를 제어하기 위하여 용접편과 뒷댐 금속스트립 사이의 전기신호를 검출하는 단계와, 제어된 용접전류를 검출하고, 용접속도를 계산하기 위하여 검출된 용접전류를 다음식 :
V1=Vo·IL/ILo
(여기에서 V1은 계산된 용접속도, Vo는 용접속도의 초기값, IL은 검출 용접전류, ILo는 정해진 기준 용접전류를 각각 표시함)에 대입하여, 계산된 용접속도에 따라 용접속도를 제어하는 단계로 구성된 것을 특징으로 한다.
지금부터 첨부도면에 관하여 본 발명의 일실시예가 서술될 것이다. 제1도는 본 발명에 일치하는, 두 개의 전극봉을 사용하는 가스 시일드 아아크를 사용하는 원-사이드 자동용접을 개략적으로 예시하는 단면도이다. 도면에서, 부호(1)은 한쌍의 용접편, (2)는 뒷댐 금속스트립(3)에 의해 한쌍의 용접편(1)의 배면에 부착된 용제 등의 무기물재료, (4a) 및 (4b)는 전극봉, (5)는 용접전원, (6)은 전압계를 각각 표시한다.
[비이드 폭 제어]
제 1 도와 같이 구성된 원-사이드 자동용접시, 뒷댐 금속스트립(3)과 한쌍의 용접편(1)사이의 전류는 용접초기 단계에서 제로로 나타난다. 용접이 시작된 후 양호한 용입 비이드가 형성될 때, 전극봉 와이어(4a)에서 발생된 아아크는 한쌍의 용접편(1)에서 누설되어 용제와 세라믹 등의 무기물 재료(2)를 통하여 뒷댐 금속스트립(3)에 도달하게 되며, 용접폅(1)과 뒷댐 금속스트립(3)사이에서는 전압(V)이 발생된다. 이 전압(V)은 전압계(6)에 의해 검출되고, 검출전압(Vd)과 용입 비이드폭(WB)사이의 관계가 조사된다. 그 결과는 제3도에 도시되어 있다.
제 3 도의 그래프에서 예시된 바와 같이, 검출전압(Vd)과 용입 비이드폭(WB)은 양호한 상관관계를 나타낸다. 그러므로, 이 상관관계가 활용된다면, 정해진 용입 비이드폭을 형성하기 위한 기준전압(Vo)이 설정될 수 있다. 따라서, 용입 비이드폭의 제어는 한 용접 공정 라인에서 동시에 수행될 수 있다.
원-사이드 자동 용접시 용입 비이드를 제어하는 방법으로서 사용되는 제어 시스템의 블록 다이아그램이 제 2 도에 도시되어 있다. 이 블록 다이아그램에서, 부호(7)은 전압계(6)에 의해 검출된 뒷댐 금속스트립(3)과 한쌍의 용접편(1)사이의 전압(Vd)를 직류신호로 변환하는 변환기를 표시한다. 필터(8)는 변환기(7)에서 출력된 전압신호에서 비이드를 제어하는데 필요한 신호만 선별하여 취출하여 비교기(9)에 입력한다. 비교기(9)에 입력된 전압신호는 제 3 도에 도시한 바와같은 용입 비이드폭(WB)과 검출전압(Vd)사이의 상관관계와 일치하는 정해진 용입 비이드폭에 상응하도록 앞서 정해진 기준 전압신호(10)와 비교된다. 비교기(9)는 두 전압신호 사이의 차이신호를, 차이신의 변동을 일정하게 하는 인터그레이터(11)를 통하여 용접전원(5)에 입력한다. 용접전원(5)은 입력될 차이신호에 상응하는 용접전류를 출력한다. 이와같이, 한쌍의 용접편(1)과 뒷댐 금속스트립(3)사이의 전압신호가 항상 기준전압신호(10)의 동일하게 되도록 제어가 수행된다. 따라서, 용입 비이드폭은 상술한 바와같은 제어에 의해 일정하게 제어된다. 이 실시예에서는 한쌍의 용접편(1)과 뒷댐 금속스트립(3)사이의 전압(V)이 직접 측정된다. 그러나, 이 측정방법은 용접편과 전극봉(4a)사이의 전압(아아크 전압)과, 뒷댐 금속스트립(3)과 전극봉(4a)사이의 전압이 각기 측정되고, 이 두 전압간의 차이가 구해지며, 이 차이를 일정하게 제어하여 용입 비이드폭을 제어하는 방법으로 대체될 수 있다.
이 실시예에서는 검출전기 신호 및 기준 전기신호로서 전압이 사용된다. 그러나, 전압대신 전류가 사용될 수 있다. 제어될 용접매개 변수는 용접전류로만 제한되지 않는다. 아아크 전압, 용접전류, 와이어 신장 및 용접속도 중의 어떠한 것이라도 용입비이드를 형성하는데 효과적이며 검출신호를 제어할 수 있다면, 매개변수가 될 수 있다. 또한, 검출신호를 발생하는 발생원은 용접전원으로만 제한되지 않는다. 그 대신, 신호발생기(용접전원과는 다른 주파수, 전류 및 전압특성을 가짐)가 독립적으로 배치되어, 신호가 신호발생기에 입력되어, 다음에 그로부터의 출력이 용접전원과는 별개의 검출신호가 될 수 있다.
[용입 비이드폭과 표면측 비이드 높이의 동시제어]
상술한 용입 비이드폭 제어방법에 따라, 지금부터 용입 비이드폭과 표면측 비이드 높이를 동시에 제어하는 방법이 서술될 것이다.
제 4 도는 본 발명의 홈 너깃(nugget)을 예시하는 단면도이다. 도면에서, SL은 너깃면적, WB는 용입 비이드폭, HL은 비이드 높이를 각각 표시한다. 앞에서 서술한 용접전류를 제어하는 용입 비이드 제어방법에 의해, 용입 비이드폭은 정해진 값으로 일정하게 요지될 수 있다. 이와 동시에, 비이드 높이(HL)를 정해진 높이로 유지하기 위해서는 용접전류(IL, 이 용접전류는 용입 비이드 제어시 선행전극봉(4a, 제1도)에 흐르는 전류임)대 용접속도 V1의 비, 즉 IL/V1을 일정하게 유지하도록 용접속도를 변화시키는 것으로 충분하다. 그 이유는 다음과 같다.
IL/V1이 일정하면, 열입력은 일정하다. 그러므로, 너깃면적(SL)이 열입력에 비례하기 때문에 일정해진다. 따라서, 너깃의 형태가 장방형에 가깝고, 용접전류(WB)가 일정하므로 비이드 높이(HL)는 일정하게 된다.
한편, 기준홈에 대해 정해진 비이드 높이를 형성하기 위한 기준 용접전류(ILo)가 경험을 토대로 설정될 수 있기 때문에, 비이드 높이(HL)를 일정하게 하기 위한 용접속도(V1)는 다음식 :
V1=Vo·IL/ILo ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ식 (1)
(여기에서 Vo는 용접속도의 초기값)으로 결정될 수 있다.
예를들어, 기준 용접전류(ILo)가 1.450A 및 용접속도의 초기값(Vo)이 60cm/min.인 조건에서 용입 비이드의 제어가 수행될 때, 선행 전극봉의 용접전류(IL)가 1,200A로 되면, 용접속도(V1)는 식(1)에 따라 48.8cm/min.으로 결정된다.
제 5 도는 식(1)에 따라 용접속도를 제어하는 방법을 예시하는 블록다이아그램을 도시한다. 제 5 도에서, 부호(12)는 용접전류(IL)의 검출기를 표시하며, 검출기에 의해 검출된 신호는 변환기(13)에 의해 직류전기신호로 변환된다. 그러나, 직류전원이 용접전원으로 사용되는 경우에는 위와같은 변환기가 필요하지 않다. 변환기(13)에서 출력된 직류전기신호는 필터(14)에서 노이즈가 제거된 다음 연산 및 제어 유니트(15)에 입력된다. 연산 및 제어유니트(15)는 정해진 비이드 높이를 형성할 수 있는 용접속도(V1)를 계산하기 위하여 식(1)에 따라 직류 전기신호를 처리하는 공정을 수행한다. (V1)의 계산값에 일치하는 속도지령이 이동 캐리지(17)의 구동모터(16)에 전달되며, 실제 용접속도가 (V1)과 동일하게 되도록 제어된다. 일반적으로, 원-사이드 자동용접은 두 개 이상의 전극봉을 사용하는 복수전극봉 용접으로 수행되는 것이 보통이다. 따라서, 본 발명의 방법을 복수전극봉 용접에 적용할 때, 제어 용접전류는 선행 전극봉의 용접전류를 사용하는 것이 바람직하다.
지금까지 상술한 바와 같이, 원-사이드 자동용접시 용입 비이드를 제어하는 본 발명의 방법에 의하면, 용입 비이드폭을 일정하게 제어하도록 선행 전극봉의 용접전류가 제어될 뿐만 아니라, 제어된 용접전류에 따라 용접속도가 제어되어, 원-사이드 자동용접을 통하여 용접된 표면측위에 비이드 높이를 일정하게 유지할 수 있다.
[예]
본 발명의 방법에 일치하는 용접실험의 예가 제6도에 예시되어 있다. 이 예에서는 0 내지 5mm범위의 테이퍼형 루우트갭이 세 개의 전극봉의 서브머어지드 용접에 의해 용접되었다. 제6도의 그래프는 루우트갭의 변화에 따른 검출전압, 선행용접전류 및 용접속도 사이의 관계를 표시한다.
용접속도(V1)는 식(1)을 토대로 제어되었다. 이 경우는 용접조건은 다음과 같다.
Figure kpo00001
실험결과, 용접편의 표면측에서 균일한 비이드 높이가 얻어졌다. 상기 루으트갭 조건에서 용접속도를 일정하게 할 경우, 용접편의 표면측에 형성되는 비이드는 3mm부근에 걸쳐 불충분한 보강이 발생하기 시작한다.
그러나, 본 발명의 방법에 의하면 비이드 높이가 균일하게 형성되었다.

Claims (6)

  1. 뒷댐 금속스트립(3)이 무기물재료(2)를 통하여 한쌍의 용접편(1)의 배면에 부착되며, 아크용접이 용접편(1)에 그 표면측에서 수행되는 원-사이드 자동용접시, 비이드를 제어하기 위한 방법에 있어서, 검출된 전기신호가 정해진 기준신호와 동일하게 될 수 있도록 용접전류를 제어하기 위하여 용접편(1)과 뒷댐 금속스트립(3)사이의 전기신호를 검출하는 단계와 ; 제어된 용접전류를 검출하고, 용접속도(V1)를 계산하기 위하여 검출된 용접전류(IL)를 다음식 :
    V1=Vo·IL/ILo
    (여기에서 V1은 계산된 용접속도, Vo는 용접속도의 초기값, IL은 검출용접전류, ILo는 정해진 기준 용접전류를 각각 표시함)에 대입하여, 계산된 용접속도(V1)에 따라 용접속도를 제어하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 비이드 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 제어된 용접전류를 검출하는 단계는 복수전극봉의 아아크 용접이 수행될 경우에는 선행전극봉의 용접전류를 검출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 비이드 제어방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 전기신호는 전류신호와 전압신호 중에서 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 비이드 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 무기물 재료(2)는 용제와 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 비이드 제어방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 뒷댐 금속스트립(3)은 동판을 포함하는 것을 특징으로 하는 비이드 제어방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 전기신호는 용접전원(15)에서 발생된 전기신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 비이드 제어방법.
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