KR920008492B1 - 한쪽면 용접에 있어서의 백비이드 제어방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

한쪽면 용접에 있어서의 백비이드 제어방법

제1도는 본 발명의 한 실시예인 단 한번의 패스로 용접을 끝내기 위한 2전극을 사용한 복광용접(submerged arc welding)에 의한 한쪽면 용접법의 원리도.

제2도는 피용접모재와 뒷받침동판 사이의 검출전압과 백비이드폭과의 특성선도.

제3도는 본 발명의 실시에 사용하는 비이드 제어장치의 구성예를 나타낸 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 모재 2 : 뒷받침용재(flux)

2 : 뒷받침동판 4A, 4B: 전극

5A, 5B : 용접전원 12 : 신호발생기

본 발명의 홈(groove)상태의 변동에 상관없이 항상 양호한 백비이드(裏 bead) 형상을 얻을 수 있는 한쪽면 용접에 있어서의 백비이드 제어방법에 관한 것이다.

한쪽면 자동용접법은, 피용접재를 맞대기용접(butt welding)할 때, 피용접재를 뒤집지 않고서도 한쪽으로 부터의 용접으로 충분한 용입(weld penetration)을 할 수 있어서 능률적, 또한 경제적으로 용접을 할 수 있는 용접법이다. 따라서, 이 용접법은 예컨대 조선용재등의 대형강판의 판잇기용접에 많이 사용되고 있다.

이 한쪽면 자동용접법에서 양호한 백비이드를 형성하기 위하여서는 피용접재의 홈상태, 즉 홈형상이나 홈의 저부의 간격(rott opening)등이항상 일정할 것을 필요로 하였다.

그러나, 피용접재의 단면은 예컨대 그 절단시에 열변형이 생기므로 똑같지 않으며, 이 때문에 홈상태는 반드시 일정한 것은 아니며, 이 결과 용접한 다음의 백비이드 형상이 가지런하지 못한 결함이 생기는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 한쪽면 자동용접법에 있어서의 전술한 문제점을 해결하므로써, 홈상태가 일정하지 않더라도 백비이드의 폭을 균일하게 할 수 있는 한쪽면 용접에 있어서의 백비이드 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

이 목적을 달성하는 본 발명의 한쪽면 용접에 있어서의 백비이드 제어방법은 다음의 (a) ∼ (f)순서에 따라서 백비이드폭을 균일하게 한다.

(a) 금속판의 위에 무기재를 배치한다.

(b) 전술한 무기재를 전술한 금속판으로 피용접모재의 뒷면에 밀착시킨다.

(c) 전술한 피용접모재와 금속판에 용접용 전원과는 다른 주파수, 전류, 전압 특성을 지닌 전기신호를 발생하는 신호발생기를 접속한다.

(d) 전술한 피용접모재와 금속판 사이에 신호발생기로 부터의 전기신호를 인가하면서 한쪽면 용접을 한다.

(e) 한쪽면 용접중의 전술한 전기신호에 의한 피용접모재와 금속판 사이의 전압 및 전류의 어느 하나, 그렇지 않으면 그 양쪽을 검출하여 용접중의 아아크 발생점 및 그 주변의 전기임피이던스를 구한다.

(f) 상기 전기임피이던스가 일정하게 되도록 용접전류, 아아크전압, 용접속도, 와이어 돌출길이 등의 용접 파라미터를 제어한다.

또, 본 발명의 한쪽면 용접에 있어서의 백비이드 제어방법으로 사용할 수 있는 장치로서, 용접전원, 신호발생기, 대역필터(band pass filter), 변환기, 필터, 기준신호설정기, 비교기 및 적분기를 구비한 것이 사용되고 있다.

전술한 신호발생기는 피용접모재와 이 피용접모재의 뒷면에 무기재를 개재하여 밀착된 금속속판에 각각 접속되었으며, 피용접모재와 금속판 사이에 용접전원과 다른 주파수, 전류, 전압 특성을 지닌 전기신호를 인가한다.

전술한 신호검출기는 피용접모재와 금속판에 접속되었으며, 용접중의 전기신호에 의한 피용접모재와 금속판 사이의 전압, 전류의 어느 하나 또는 그 양쪽을 검출한다. 전술한 대역필터는 신호검출기로 검출한 검출신호중에서 소정 주파수만을 통과시킨다. 전술한 변환기는 대역필터를 통과한 교류신호를 직류신호로 변환한다. 전술한 필터는 변환기로부터 출력되는 직류신호속의 잡음을 제거한다.

전술한 기준신호설정기는 백비이드폭에 순응하여 미리 정하여진 기준신호를 설정한다. 전술한 비교기는 필터로부터 출력되는 직류신호와 상술한 기준신호설정기로부터 출력되는 기준신호를 비교하여 그 편차신호(偏差信號)를 출력한다. 전술한 적분기는 비교기로부터 출력되는 편차신호를 적분하여 용접전원에 출력한다. 전술한 용접전원은 적분기로 부터의 출력신호를 0으로 하도록 용접 파라미터를 제어하여 한쪽면 용접중의 백비이드폭을 일정하게 한다.

한가지 실시형태에 따르면, 용접전원에 50㎐ 또는 60㎐ 의 상용(商用)주파수를 사용하고, 신호발생기로서 정전류 특성(constant-current characteristic)의 200㎐의 주파수 발진기를 사용하여, 용접중의 피용접모재와 금속판 사이의 교류전압을 검출하고, 이 교류전압을 직류전압으로 변환한 다음 기준전압과 비교하여 백비이드폭을 일정하게 제어하는 방법을 제공하였다.

본 발명에 의하면, 용접중의 피용접모재와 금속판 사이에 인가하는 신호발생기로 부터의 전기신호에 의하여 얻을 수 있는 피용접모재와 금속판 사이의 신호전압 혹은 신호전류가 백비이드폭과 좋은 상관관계가 있음을 이용하고, 피용접모재와 금속판 사이의 신호전압 혹은 신호전류가 일정하게 되도록 용접 파라미터를 제어하여 백비이드폭이 일정하게 되도록 하므로, 흠상태의 변동에도 불구하고 일정한 백비이드 형상을 얻을 수 있다. 나아가서, 온라인으로 용이하게 백비이드폭을 일정하게 할 수 있으므로 대형강판의 용접작업 능률의 대폭적인 향상을 도모할 수 있다.

다음에, 본 발명의 실시예를 도면과 함께 설명한다.

제1도에서 (1)은 모재, (2)는 모재(1)의 뒷면에 뒷받침등판(3)으로 밀착시킨 무기재로 된 뒷받침용재(flux), (4A), (4B)는 전극, (5A), (5B)는 50㎐ 또는 60㎐의 주파수의 용접전원, (12)는 신호발생기이다.

이 신호발생기(12)는 용접전원(5A), (5B)과 다른 200㎐의 정전류 특성을 지닌 주파수 발진기를 사용하고 있다. (6)은 모재(1)와 뒷받침동판(3)사이의 전압을 검출하는 전압검출기이다.

도면에 나타낸 한쪽면 용접에 있어서, 용접개시시(開始時)에 백비이드를 형성할 수 없는 상태에서는 모재(1)와 뒷받침동판(3)사이의 전기적 임피이던스는 대단히 높으므로, 모재(1)와 뒷받침동판(3)사이에 신호발생기(12)로부터 전기신호를 인가하여도 신호전류는 거의 흐르지 않으며, 주파수 발진기의 무부하 전압이 신호전압으로서 검출된다.

용접개시후, 백비이드가 양호하게 형성되어 있을 때는 주파수 발진기로 부터의 신호전류가 흐른다. 이것은 백비이드가 양호하게 형성되어 있는 상태에서는 아아크 발생점 바로 밑의 모재(1)에 키이구멍(key hole)이 생겨서 아아크가 키이구멍을 통하여 뒷받침동판(3)까지 도달하였으며, 이 결과, 모재(1)와 뒷받침동판(3)사이가 전기적 도통상태로 되어 있기 때문이라고 생각할 수 있기 때문이다. 나아가서, 뒷받침용재(2)가 용접입열(容接入熱)로 가열되어서 일부 용융슬러리를 형성하여 전기저항이 저하하는 것도 하나의 원인이다.

여기에서, 모재(1)와 뒷받침동판(3)에 주파수 200㎐의 정전류 특성의 주파수 발진기를 신호발생기(12)로서 접속하여 백비이드가 형성되어 있는 상태에 있어서의 모재(1)와 뒷받침동판(3)사이의 전기적 도통상태와 백비이드폭과의 관계를 조사한 결과, 제2도에 나타낸 특성을 얻었다.

제2도는 가로축에 백비이드폭(mm)을 잡고 세로축에 전압검출기(6)로 검출한 검출전압(V)을 잡아서 나타낸 특성도이다. 더욱이, 제2도의 세로축은 검출전압(V)으로 되어 있으나, 전기적 도통상태의 전기임파이던스(Z)는 전류를 I라고 하면 Z=V /I로 나타낼 수 있다.

이 실시예에서는 신호발생기(12)로서 정전류 특성의 주파수 발진기를 사용하고 있으므로, 전류(I)는 일정하고 Z=K·V 또는 V=K'·Z(K, K'는 정수)로 되어, 결국 정전류를 인가하였을 경우, 검출전압(V)은 전기임피이던스(Z)와 정비례하므로 전기임피이던스(Z)를 나타내는 것이 된다.

제2도로부터 명백한 바와같이, 모재(1)와 뒷받침동판(3)사이의 검출전압(V)과 백비이드폭 사이에는 좋은 상관관계가 있다.

이 결과로부터 검출전압(V), 즉 전기임피이던스(Z)가 일정하게 되도록 용접 파라미터를 제어하여 주면 일정한 백비이드폭을 얻을 수 있다.

제3도는 상술한 바와 같이, 검출전압(V)이 일정하게 되도록 용접 파라미터를 제어하는 제어장치의 한 예를 나타낸 블록도이다. 제3도에 나타낸 바와같이, 전압검출기(6)로 검출된 모재(1)와 뒷받침동판(3)사이의 검출전압(V)은 주파수 발진기에서 출력된 주파수만을 통하는 대역필터(13)를 통하여 200㎐의 교류신호를 직류신호로 변화하는 변환기(7)에 입력한다. 변환기(7)로부터 출력된 전압신호는 필터(8)에 의하여 잡음이 제거되어서 비교기(9)에 입력된다. 비교기(9)에 입력된 전압신호는 제2도에서 나타낸 백비이드폭 및 모재(1)와 뒷받침동판(3)사이의 전압(V)의 상관관계로부터 소정의 백비이드폭에 따라서 미리 기준전압설정기(10)에 설정된 기준전압신호와 비교한다. 비교기(9)는 상술한 양 전압신호의 편차신호를 적분기(11)를 개재하여 용접전원(5A)에 출력한다. 용접전원(5A)에서는 입력한 편차신호가 0이 되도록 용접전류를 제어한다.

즉, 모재(1)와 뒷받침동판(3)사이의 전압신호와 기준신호(10)가항상 일치하도록 제어한다.

상술한 바와 같이, 신호발생기(12)에서 인가한 전기신호에 의한 모재(1)와 뒷받침동판(3)사이의 전압(V)이항상 일정하게 되도록 제어함에 따라, 이 전압(V)에 따른 일정한 폭의 백비이드폭으로 한쪽면 용접을 할 수 있고, 백비이드폭의 제어를 용이하게 실시할 수 있다.

이 실시예에서는 신호발생기(12)로서 정전류 특성의 200㎐의 주파수 발진기를 사용하였으나, 주파수는 용접용 전원의 주파수와 구별할 수 있다면 어떠한 주파수라도 좋으며 직류라도 상관없다. 또, 모재(1)와 뒷받침동판(3)사이의 전기임피이던스를 얻을 수 있다면 신호발생기는 정전류 특성에 구애될 필요가 없음은 더말할 것 없다.

또, 이 실시예에서는 전극(4A)의 용접전류를 제어하고 있으나, 백비이드 형성에 유효한 용접 파라미터이면 용접전류 이외에도 상관없음은 물론이다. 예를들면, 아아크전압, 용접속도, 와이어 돌출길이 등의 어느것 또는 그것들을 조합하여서도 백비이드폭을 제어할 수 있다.

또, 용접법도 복광용접외에 소모전극을 사용하는 가스시일드(gas shield)용접으로도 적용할 수 있다.

Claims (2)

1. 금속판의 위에 무기재를 배치하고, 이 무기재를 개재하여 금속판을 피용접모재에 뒷받침하여 피용접모재의 앞쪽에서부터 용접하는 한쪽면 용접에 있어서, (a) 상기 피용접모재와 금속판에 용접용 전원과는 다른 주파수, 전류, 전압 특성을 지닌 전기신호를 발생하는 신호발생기를 접속하고, (b) 상기 피용접모재와 금속판 사이에 상기 신호발생기로 부터의 전기신호를 인가하면서 한쪽면 용접을 하며, (c) 한쪽면 용접중의 전기신호에 의한 피용접모재와 금속판 사이의 전압 및 전류의 어느 한가지 또는 그 양쪽을 검출하여, 용접중의 아아크 발생점 및 그 주변의 전기임피이던스를 구하고, (d) 상기 전기임피이던스가 일정하게 되도록 용접전류, 아아크전압, 용접속도, 와이어 돌출길이 등의 용접 파라미터를 제어하였으며, 상기 (a)∼(d)의 순서에 따라 백비이드를 제어하는 것을 특징으로 하는 백비이드 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 용접전원으로는 주파수가 50㎐ 또는 60㎐의 사용주파수의 전원을 사용하고, 신호발생기로서 주파수가 200㎐의 정전류 특성을 지닌 주파수 발진기를 사용하는 것을 특징으로 하는 백비이드 제어방법.

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