KR20020009131A - 플래쉬 버트 용접기에서의 정렬불량 검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접소재에 대전류를 흘려 발생되는 전기불꽃에 의한 열로 용접을 수행하는 플래수 버트 용접에서의 용접부 품질판정장치에 관한 것이다. 즉, 본 발명에서는 용접이 완료되면 용접부가 냉각되기 이전 상태에서 용접 비드 트리머를 이용하여 용접부 트리밍을 실시하는데, 비드 트리머 후단에 적외선 라인 CCD카메라를 설치하여 용접선을 따라서 일정 간격으로 적외선 프로파일을 측정한다. 각 지점의 적외선 프로파일에서 임계값이상의 구간을 용접부 열영향부로 간주하여 용접부의 열영향부 폭을 산출하고 중심선으로부터 열영향부의 비대칭성을 산출하여 플래쉬 버트 용접부량에 가장 큰 영향을 끼치는 정렬불량을 검출한다.

본 발명에서는 플래쉬 버트 용접기가 설치된 현장에서 사용가능하고 용접 실시후에 용접품질을 판단할 수 있어 제철라인에서의 판파단 방지 및 생산성 향상을 도모할 수 있다.

Description

플래쉬 버트 용접기에서의 정렬불량 검출장치{MISALIGNMENT DETECTION APPARATUS FOR FLASH BUTT WELDER}

본 발명은 플래쉬 버트 용접기에서의 정렬불량 검출장치에 관한 것으로써,더욱 상세하게는 용접재 용접면에 대전류를 흘려 접촉면에 전기불꽃을 발생시켜 그 열로 재료를 가열하여 압접하는 플래쉬 버트 용접기에서의 용접부의 정렬불량을 검출할 수 있도록 된 플래쉬 버트 용접기에서의 정렬불량 검출장치에 관한 것이다.

일반적으로 플래쉬 버트 용접은 용접면을 가볍게 접촉시켜가면서 대전류를 흘리고, 접촉면에 전기 불꽃(flash)을 발생시켜 그 열로 재료를 가열한 후에 적절한 가압력을 적용시켜 압접하는 방법으로써 제철라인 및 파이프 제조라인등 산업계에 폭넓게 적용되는 용접 방법이며, 이는 도 1에 도시한 바와 같다.

이러한 플래쉬 버트 용접(flash butt welding)에서의 용접 결함에는 개재물 침투, 열영향부 연화, 크랙등 금속학적인 결함과 용접부 강도부족, 정렬불량, 트리밍 불량등 기계적인 결함으로 나눌 수 있다. 이중에서 금속학적인 결함의 경우에는 용접 조건 설정시에 해결될 수 있는 사항이고, 실제 조업시에 발생하는 용접 결함의 대부분은 용접 대상재의 정렬불량에 기인한 것이며 이는 인장강도에 가장 큰 영향을 미친다.

한편, 플래쉬 용접 결함을 감지하기 위해 종래의 기술(US4484057)에서는 플래쉬 버트 용접중의 공정 변수인 전압, 전류, 클램프 이송량 등을 계측하여 최적의 용접시와 비교하였다. 즉, 계측된 공정 변수가 기준치의 상/하한 범위내에 있으면 용접 품질이 적정하다고 판단한다. 그러나, 상기의 경우에는 공정변수의 거동을 측정하여 기준치와 비교하는 방식을 취하고 있기 때문에 정렬불량을 감지할 수 있는 수단을 가지고 있지 않다.

이와는 별도로 종래의 기술(US5439157)에서는 플래쉬 용접 후에 초음파를 발생시키는 EMAT(electromagnetic acoustic transducer )센서 2대를 이용하여 용접부 크랙의 유무와 용접부 건전성을 판단하고자 하였다. 그러나, 실제 라인 적용에 있어서 현장의 여러가지 작업 상황(소음, 진동, 전기 노이즈 등)으로 인하여 적용결과의 실효성이 떨어지는 실정이며 크랙 이외의 다른 종류의 결함에 대해서는 감지가 불가능한 문제가 있었다.

한편, 도 2는 정렬불량으로 인한 플래쉬 버트 용접 불량의 일예를 보인 것으로 용접 대상 소재의 단면 정렬이 어긋나 있을 경우 플래쉬 현상으로 인한 가열단계에서 불균일한 온도분포를 가지게 된다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 그 목적은 플래쉬 버트 용접을 수행하는 경우 용접면의 정렬불량으로 인한 용접품질 저하를 방지하고 그에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있도록 한 플래쉬 버트 용접에서의 정렬불량 검출장치를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 일반적인 플래쉬 버트 용접기의 용접공정을 보인 도이다.

도 2는 본 발명에 따른 플래쉬 버트 용접기에서의 정렬불량 검출장치의 구성을 보인 블록도이다.

도 3은 정렬불량으로 인한 플래쉬 버트 용접 불량을 나타낸 것이다.

도 4는 적외선 프로파일에 의한 열영향부폭 측정과정을 나타낸 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1...용접소재, 2...용접부,

10...용접비드 트리머, 20...적외선 라인 CCD 카메라,

30...데이터기억부, 40...폭 산출회로부

50...정렬불량 판단부.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 플래쉬 버트 용접에서의 정렬불량 검출장치는 플래쉬 버트 용접에서의 용접대상소재간의 용접불량여부를 검출 및 판단하는 장치에 있어서,

용접 대상 소재간의 용접에 따라 용접부의 표면을 트리밍하는 용접 비드 트리머와,

상기 용접 직후 용접부의 적외선 프로파일을 측정하는 카메라와,

상기 카메라를 통해서 얻어진 적외선 프로파일을 소정 시간별로 저장하는 데이터 기억부와,

상기 데이터 기억부에 저장된 적외선 프로파일데이터를 분석하여 용접부 열영향부 폭을 산출하는 폭 산출회로부와,

상기 산출된 용접부 열영향부폭 데이터를 바탕으로 사전 설정된 중심선에 대한 좌우 비대칭성계수를 계산하여 그 결과에 따라 정렬불량여부를 판단하는 정렬불량판단부를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하에는 본 발명에 따른 플래쉬 버트 용접에서의 정렬불량 검출장치의 양호한 실시예에 따른 구성 및 동작을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 플래쉬 버트 용접에서의 정렬불량 검출장치의 구성을보인 블록도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 플래쉬 버트 용접에서의 정렬불량 검출장치는 용접 대상 소재(1)간의 용접에 따라 용접부(2)의 표면을 트리밍(trimming)하는 용접 비드 트리머(10)와, 상기 용접 직후 용접부의 적외선 프로파일을 측정하는 적외선 라인 CCD카메라(20)와, 상기 카메라(20)를 통해서 얻어진 적외선 프로파일을 소정 시간별로 저장하는 데이터 기억부(30)와, 상기 데이터 기억부(30)에 저장된 적외선 프로파일 데이터를 분석하여 용접부 열영향부 폭을 산출하는 폭 산출회로부(40)와, 상기 산출된 용접부 열영향부폭 데이터를 바탕으로사전 설정된 중심선에 대한 좌우 비대칭성 계수를 계산하여 그 결과에 따라 정렬불량여부를 판단하는 정렬불량판단부(50)를 구비하여 이루어진다.

전술한 구성에 있어서, 상기 적외선 CCD 카메라(20)는 용접 비드 트리머의 후단에 설치되어 용접 비드 트리머에 의해 용접부 표면에 트리밍된 후 용접면을 촬영하여 적외선 프로파일 데이터를 획득한다. 이때, 용접 대상 소재에 인가된 대전류에 의해 용접부(2)에는 전기불꽃이 발생되고 그 열로 가열된 후 용접되기 때문에 적외선 CCD 카메라(20)를 통해 용접부를 측정하게 된다. 도 3은 정렬불량으로 인한 플래쉬 버트 용접 불량의 일예를 나타낸 것으로, 용접 소재의 정렬불량으로 용접면에서 단차가 발생된 상태에서 용접이 이루어지면 도시된 바와 같이 용접면의 등온선 분포가 불균일하게 형성된다.

따라서, 상기 용접 소재의 용접면을 중심선으로 하여 양쪽의 비대칭성을 적외선 카메라를 이용하여 계측함으로써 단면정렬 불량을 검출하게 된다. 한편, 도 4는 본 발명의 일예에 따른 용접부 열영향부 적외선 프로파일의 측정결과를 나타낸 것이다. 도 4(a)에 도시한 바와 같이, 플래쉬 버트 용접시 용접 소재의 정렬불량으로 인하여 단차가 발생된 상태에서 용접이 이루어지면 그 용접부위의 중심선을 기준으로 양측의 열영향부 폭이 좌우 비대칭 상태가 된다. 따라서, 상기 정렬불량 판단부(50)에서는 상기 열영향부 폭을 바탕으로 중심선에서의 좌우 비대칭계수를 산출하고, 그 결과에 따라 용접소재의 정렬불량여부를 판단한다.

이하에는 전술한 구성에 따른 플래쉬 버트 용접에서의 정렬불량 검출장치의 동작을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

한쪽의 용접소재는 고정시키고, 다른 한쪽의 용접소재는 고정된 측으로 이동시키면서 전원을 투입하고, 두 용접소재의 대향면이 서로 접촉되면 전기 불꽃이 발생되어 그 열로 용접부가 용접되게 된다. 이러한 플래쉬 버트 용접이 완료되고, 용접부가 냉각되기 이전 상태에서 비드 트리머(10)를 이용하여 용접부 트리밍을 실시하게 된다. 이때, 트리머의 후단에 설치된 적외선 CCD카메라(20)를 통해서 용접부(2)를 촬영하여 도 4에서와 같은 용접부 적외선 프로파일을 얻는다.

이때, 전 용접부(2)에 대하여 일정 간격 단위로 용접부 적외선 프로파일을 수집하여 데이터 기억부(30)에 저장한다. 폭 산출회로부(40)에서는 용접선을 따라서 저장된 각 지점에서의 적외선 프로파일로부터 용접부 열영향부 폭을 산출한다. 이는 한 지점의 적외선 프로파일에서 일정 임계값이상의 값을 가지는 구간을 판단하여 용접부 열영향부 폭으로 인식한다. 정렬불량 판단부(50)에서는 산출된 용접부 열영향부폭 데이터로부터 중심선을 기준으로 하는 좌우 비대칭성 계수를 계산하고 데이터 기억부(30)에 저장한다. 각 지점의 좌우 비대칭 계수 결과를 바탕으로 전 용접부의 용접 불량을 판단한다. 즉, 정렬이 양호한 지점의 수를 백분율로 나타내어 정렬 불량을 판정한다. 이때, 산출된 백분율값을 정렬 불량으로 판정하기 위한 기설정된 기준 백분율값 일예로 10%와 비교하고, 비교 결과 기준 백분율값이상인 경우에는 정렬 불량으로 판정하여 용접 품질 판정에 이용한다.

본 발명에 따른 플래쉬 버트 용접에서의 정렬불량 검출장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플래쉬 버트 용접에서의 정렬불량 검출장치는 플래쉬 버트 용접에서 용접부 품질판정을 위하여 용접부 트리밍시에 바이트 후단에 적외선 카메라를 설치하여 적외선 프로파일을 측정한 후에 임계값이상의 구간을 용접부 열영향부로 간주하여 중심선 좌우의 열영향부를 계산하여 정렬불량여부를 판단한다.

따라서, 본 발명에 따른 플래쉬 버트 용접에서의 정렬불량 검출장치에 의해 플래쉬 용접 품질에 가장 크게 영향을 주는 정렬불량을 검출할 수 있고, 용접품질의 판정을 정확하게 수행할 수 있으며 그에 따라 제철라인에서의 판파단 방지 및 생산성 향상을 도모할 수 있다.

Claims (3)

1. 플래쉬 버트 용접에서의 용접대상소재간의 용접불량여부를 검출 및 판단하는 장치에 있어서,

   용접 대상 소재간의 용접에 따라 용접부의 표면을 트리밍하는 용접 비드 트리머와,

   상기 용접 직후 용접부의 적외선 프로파일을 측정하는 카메라와,

   상기 카메라를 통해서 얻어진 적외선 프로파일을 소정 시간별로 저장하는 데이터 기억부와,

   상기 데이터 기억부에 저장된 적외선 프로파일데이터를 분석하여 용접부 열영향부 폭을 산출하는 폭 산출회로부와,

   상기 산출된 용접부 열영향부폭 데이터를 바탕으로 사전 설정된 중심선에 대한 좌우 비대칭성 계수를 계산하여 그 결과에 따라 정렬불량여부를 판단하는 정렬불량판단부를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 플래쉬 버트 용접에서의 정렬불량 검출장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 카메라는 상기 용접부의 온도분포에 따른 각 지점에서의 적외선 프로파일을 측정하는 적외선 라인 CCD카메라인 것을 특징으로 하는 플래쉬 버트 용접에서의 정렬불량검출장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 정렬불량판단부에서는 상기 산출된 용접부 열영향부폭 데이터를 바탕으로 사전 설정된 중심선에 대한 좌우 비대칭성 계수가 10%이상인 경우에는 정렬불량으로 판단하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 버트 용접에서의 정렬불량검출장치.