용접 능률과 품질에 영향을 미치는 여러가지 요인들 중에서 용접기의 성능은 가장 중요한 요소의 하나이다. 이러한 점에서 숙련도에 주로 의존하던 종래의 용접성 에 대한 관념이 바뀌어야 하며, 품질 표준화 작업의 일환으로 용접기 제어 성능의 향상도 절실하다고 하겠다. 용접품질의 제어성능에 직접 영향을 주는 요소가 무엇인지 를 생각해 볼때, 그것은 바로 용접부에 공급되는 에너지의 제어, 용접 물리현상의 이해와 관찰을 기초로 적절한 함수의 설정과 함께 이들의 관리가 필요함을 알게된다. system화된 용접기는 이들 용접의 물리적 현상과 그 해석 결과를 어떤 방식으로든 이용하고 제어하여야 할 것이므로, 용접기 전력제어의 중요성과 함께 제어 소자의 성능은 물론 제어 algorithm의 최적화가 필수 요소임을 실감하게 된다. 따라서, 여기 에서는 제조 공정에서 가장 중요한 용접 공정의 하나인 아크 용접(GMAW, GTAW) system 의 개요와 특성 및 향후 기술개발의 과제에 대하여 기술하고자 한다.
일본에서는 지금까지 제조공정에서의 생산성향상을 강력하게 추진해 왔으며 용접작업에 있어서도 인버터제어 용접기를 이용하여 고품질의 용접을 하여왔다. 그러나 최근 일손의 부족에 의한 노동환경의 변화로 용접기에 대한 사용자의 요구가 다양화되고 있다. 다시말해서 일손의 부족을 자동화로보트화로 대처하기 위하여 용접기의 새로운 고성능화를 요구함과 함께 종래 숙련작업자의 경험이나 기능에 의존해온 용접품질을 용접기의 새로운 기능으로 보상하도록 요구하고 있다. 최근 수년동안 용접기 제조업체에서는 이러한 요구에 대응한 제품을 개발, 퍼지제어 용접기로서 생산하고 있다. 이 글에서는 일본에 있어서 최근 화제로 되어 있는 퍼지제어 용접기의 현황을 중심으로 고성능화를 위한 새로운 용접기 제어방법에 대하여 소개하고자 한다.
인버터 DC 저항용접의 적용성 증대 : 인버터 DC 저항용접 공법이 SPOT, PROJECTON, SEAM, BUTT 등의 공정에 다양하게 적용되어 저항용접 현장에서 고효율, 친환경적 용접 환경을 만드는데 일조 하고 있다. 특히 자동차의 경량화, 충돌내성 증대, 진동 및 내구성 증대, 공간활용 극대화, 새로운 Design 개념 적용 등의 산업전반에 걸쳐 나타나는 신 Trends로 고 장력 철재의 적용 범위가 확대되고 HSS(High Strength Steel), EHSS(Extra High Strength Steel), UHSS (Ultra High strength Steel ; Hot - Formed Steel )등 다양한 철판의 SPOT 저항용접이 필요하게 되었다. 기존의 AC 단상용접의 전력 특성 상 통전 중 무 통전 시간 과 높은 PEAK 전력, 단상 대 전력 소모로 인한 전력 DROP 등의 문제로 인하여 신소재의 용접 시 매우 많은 Spatter가 발생하고, 높은 용접품질의 확보가 어려워 지므로 이를 대체하기 위한 공법으로 MFDC ( 인버터 DC 저항용접공법 )이 적용되고 있다. 인버터 DC 저항용접의 적응제어 : MFDC라는 높은 효율의 용접 전력원이 확보 됨에도 불구하고 용접현장에서는 원 자재, 도금 등의 품질 산포, 프레스 물의 가공산포, 공기압 산포, 전극 과열 및 마모 등의 요인에 의하여 저항용접 산포가 발생하고 있다. 이는 인위적인 조작이 어렵고 불규칙적이며, 어디서나 산재하고 있는 문제이다. 이를 용접전력 제어 법으로 개선하여 일정한 용접성을 확보하기 위한 노력이 적응제어 기법이다. 정 전류, 정 전력 제어는 정량 제어로 용접 물을 비롯한 용접부의 변화와는 관계없이 설정된 일정량의 전력을 공급하기만 하는데 반하여 적응제어는 적절한 용접 작업 시의 용접 물의 상태, 전극의 가압, 표면 상태 등에 따른 변화 페턴을 기억하고 이후 진행되는 용접에 대하여 정상 페턴과의 차이를 감지 이를 보상하므로 고품질의 용접성을 보장하는 제어기법이다. 따라서 다양한 용접 산포 유발 요인에 의해 용접부의 변화가 발생한다 하여도 그 변화를 감지 하고 적절한 용접전력을 공급한다면 고품질의 용접성을 확보하는데 유용한 공법이 될 수 있다. 인버터 DC 저항용접의 SPC 관리 : SPOT 용접 시 획득할 수 있는 다양한 파라메터에 대하여 모니터링 하고 이 자료를 data 화 하여 품질 관리에 응용하게 되면 양산라인에서 반복적으로 발생되는 문제점을 확인 할 수 있고 이를 통계적 방법으로 추적 개선해 나간다면 용접 불량 감소 및 생산성 향상에 도움이 되며 작업자의 공정 능력 향상 및 기업의 기술축적에도 높은 기여를 할 수 있을 것이다. 용접 적응제어와 다양한 파라메터 모니터링이 한 system에서 이루어 질 때 높은 용접성 확보와 불량률 감소, 원가절감, 생산성 향상 등의 효과가 극대화 될 것이다.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2018.06a
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pp.103.2-103.2
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2018
(주)PMPT사는 국내 뿌리산업 분야의 Zn-Ni자동차부품 도금업체로서 남동공단에 위치하고 있다. 하지만 자동차품질 향상에 기본이 되는 도금 기술자료가 부족하여 연구개발에 많은 어려움을 겪고 있다. 또한 미래자동차용 용접부품의 도금 품질향상을 위한 최신 기술정보제공이 필요한 실정이다. 이에 다년간 이론과 경험을 겸비한 도금전문가의 활용이 필요한 실정이다. '아직도 녹슨 자동차를 탈 것인가?' 지난 2003년부터 10년간 '녹슬지 않는 자동차', '녹과의 전쟁'을 목표로 자동차부픔의 품질기술지도가 실시되었다. PMPT사도 이에 동참하여 자체의 경험과 기술로써 용접부 품질을 개선하여 왔다. 하지만 경험에 의존해 왔던 PMPT사 자체의 도금기술로써는 유렵의 BMW사나 Toyota사의 Zn, Zn-Ni 합금도금에 대한 기술변화와 수출경쟁에 대처하기가 어려운 실정이다. 특히 용접부는 자동차 사고의 치명적 결함이다. 이에 도금전문가를 활용하여 해외의 선진도금 기술정보제공과 함께 미래의 자동차부품 품질향상을 위한 기술지원을 실시하였다. 세부적인 기술지원 내용으로서는 Zn, Zn-Ni합금도금제품 용접부품에 6가 Cr을 사용하지 않는 친환경 Chromate Free, Zn-Ni합금도금 용접부 내식성 향상을 위한 Ni의 최적함량과 메커니즘을 지원하였다. 필자가 도금현장에서 근무하면서 터득한 까다롭고 어려워하는 도금기술과 최신의 해외 Chromate Free표면처리 기술을 제공함으로써 수출향상과 품질기술력 향상에 이바지 하고자 하였다.
우리나라의 용접재료는 산업구조 및 그 발전 속도와 용접재료 제조업체의 기술 및 연구개발 수 준과 더불어 발전하여 왔다. 용접이 본격적으로 이용되기 시작하여 약 40년이 경과되고 용접재료 제조업체가 현대적인 제조설비를 도입하여 체계적으로 용접재료를 생산하고 개발하기 시작하여 30년이 경과되었다. 용접재료가 양 및 질에 있어서 비약적인 발전으로 이룩할 수 있는 계기가 마련된 것은 제1차 경제개발5개년 계획의 수립과 추진으로 다양한 종류의 수요창출과 높은 수 준의 품질이 요구되면서 부터다. 1970년대에 조선공업등 강구조물을 주류로 하는 양적 수요 증 가의 기반이 조성되고 화학 프랜트, 원자력 발전등의 건설이 주축이 되어 관련 주변 기술이 발 전하므로서 용접재료의 품질보증 SYSTEM확보등 기술 발전의 획기적인 전기를 맞이하게 되 었다. 용접재료용 고품질의 원재료 및 일부 부재료가 국산화되고 용접재료 제조업체의 연구소 설립과 기술 및 연구개발 인력 확보, 그리고 대학 및 관공 연구소에서의 용접재료 관련 연구의 활성화에 힘입어 용접재료 기술은 국내 자체 기술로서 정착하게 되었다. 1941년 용접봉의 FLUX를 수제로 피복한 피복아크 용접봉(일미나이트계와 고산화철계의 혼합계통) 년산 17톤을 생산하기 시작하여 현재 년 12만톤을 생산하는 장족의 발전을 하게 되었다. 특히 1985년부터 1991년까지 용접재료의 고도성장은 종례가 없었던 기간이지만 1992년부터는 수요가 진정되고 경제의 불황이 예고되면서 저성장 추세는 상당기간 지속될 전망이다.
In the welding of aluminum, it is important to provide a stable gas shield to exclude not only oxygen, but any sources of hydrogen, from the arc environment. Common sources of hydrogen are humidity in the air around the arc, moisture in the shielding gas, and residual lubricants on the surface of the welding consumable. Since molten aluminum can absorb seventy times more hydrogen than solid aluminum, as the aluminum cools, it releases hydrogen that then becomes trapped in the form of hydrogen bubbles in the solidifying metal.
마찰용접의 실제적인 생산에의 응용은 중요 부품의 용접에 그 적용이 검토 되었지만 마찰용접의 실적이 적었기 때문에 다른각종의 용접법과 용접부 특성을 비교 확인할 정도이었을 뿐 마찰용접을 본격적으로 도입하는 데에는 많은 저항이 있었다. 그러나 각종 시험을 되풀이하고 확고한 근거가 마련된 단계에서도 품질에 대한 불안 이나 일반화되어 있지 않다고 하는 관점에서도 마찰용접이 갖는 매력 때문에 도입이 시도되었다. 따라서 마찰용접품의 관리에 대해서도 비정상적일 정도로 배려를 거듭하 여 초창기에는 전체를 비파괴 시험하거나 sample 파괴시험하는 등의 상당히 번잡한 검사를 거쳤다. 그러나 마찰용접품의 불량률이 격감하였다는 것과 검사결과가 양호 하다는 등 종래의 용접법에 비해 용접부의 품질이 매우 우수하고 또 재현성이 높다는 점이 증명된 이후 흡속히 마찰용접이 각 산업분야에 도입되었다.
9%Ni강은 1944년 미국의 INCO(International Nickel Co., Ltd.)에 의해 최초 로 개발된 강도가 높고 용접성이 우수한 강제로서, 특히 극저온에서의 충격 인성이 우수하고 경제적으로도 유리하여 LNG 탱크 소재로서 사용한 실적이 많으며, 그동안 일본이 주축이 되어 강재의 품질개선 및 고능률.고품질의 용접기술 개발 등을 비롯 하여 탱크의 대형화 추세에 따른 안전성 확보를 위한 연구도 계속되고 있다. 이러한 추세에 동참하여 우리나라도 1993년 국산의 9%Ni강을 성공적으로 개발하게 되었고, 그 품질특성에 대해서도 국내외에 발표되었으나 여건이 미비하여 현재 국내에서 건설 중인 탱크의 소재로서는 공급되지 못하였다. 그러나 최근에 개발된 국산 강제는 자체 시험결과 뿐 아니라 외국 유수 연구기관의 시험결과에서도 각종 품질특성이 선진 제품 과 동등 이상으로 우수함이 입증되어, 가까운 장래 건설예정인 국내공사에는 물론 해외에서도 사용될 것으로 기대되고 있다. 따라서 본 해설은 향후 국내외의 LNG 수요 를 고려할 때 대형 저장탱크의 건설이 활발해 질 것으로 전망됨에 따라 9%Ni강의 현황 과 함께 최근 개발된 국산 강재의 용접특성에 대하여 소개하고자 한다.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.8
no.2
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pp.189-194
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2007
Recently, as consumer's claim fur car safety is increased, quality inspection method fur welding zone is strengthened. Therefore, from the methods that depend on welding zone bead shape size of seat frame in macrography or passive examination, the quality control by whole recording inspection is required. In this study, the system that is measuring automatically if worker checks welding bead fur quality inspection of seat frame is developed using LabVIEW. If the quality standard for the bead width and length of welding zone is inputted, the system measures automatically whether welding zone is bead length or bead width. Measured data is preserved by points and quality recording of welding zone is stored. The car seat きme welding zone is applied and experimented. The results gave good influence o9 the quality control of work efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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