Since new types of vehicles or structures made from thin aluminum alloy are under rapid development and some products are already on the market, welding of aluminium sheet is increasing. MIG(Metal Inert Gas), MIG-Pulse, TIG(Tungsten Inert Gas) welding are the typical Ai welding. MIG welding has the ...
Since new types of vehicles or structures made from thin aluminum alloy are under rapid development and some products are already on the market, welding of aluminium sheet is increasing. MIG(Metal Inert Gas), MIG-Pulse, TIG(Tungsten Inert Gas) welding are the typical Ai welding. MIG welding has the advantage of high speed, but it is difficult to apply to the thin plate, because of bum-through by the high heat input and spatter. MIG-Pulse welding can weld without spatter and burn-through, but when the gap exists at the welding joint, there is quite a possibility of bum-through. TIG welding is difficult to weld at a high speed. AC Pulse welding alternates between DCEP(Direct Current Electrode Positive) and DCEN(Direct Current Electrode Negative). DCEN is higher wire melting rate than DCEP, while lower temperature of droplet than DCEP. In AC Pulse welding, far fixed welding current, wire melting rate increases as the EN ratio increases. For fixed wire feed rate, welding current decreases as the EN ratio increases. Because of these features, the temperature of droplet, the depth of penetration, the width of bead decrease and the reinforcement height increases as EN ratio increases, and these are able to weld at a high speed, lower heat input. It is the purpose of this study that design of AC pulse current waveform for MIG welding of Al sheet and estimation of output characteristic.
Since new types of vehicles or structures made from thin aluminum alloy are under rapid development and some products are already on the market, welding of aluminium sheet is increasing. MIG(Metal Inert Gas), MIG-Pulse, TIG(Tungsten Inert Gas) welding are the typical Ai welding. MIG welding has the advantage of high speed, but it is difficult to apply to the thin plate, because of bum-through by the high heat input and spatter. MIG-Pulse welding can weld without spatter and burn-through, but when the gap exists at the welding joint, there is quite a possibility of bum-through. TIG welding is difficult to weld at a high speed. AC Pulse welding alternates between DCEP(Direct Current Electrode Positive) and DCEN(Direct Current Electrode Negative). DCEN is higher wire melting rate than DCEP, while lower temperature of droplet than DCEP. In AC Pulse welding, far fixed welding current, wire melting rate increases as the EN ratio increases. For fixed wire feed rate, welding current decreases as the EN ratio increases. Because of these features, the temperature of droplet, the depth of penetration, the width of bead decrease and the reinforcement height increases as EN ratio increases, and these are able to weld at a high speed, lower heat input. It is the purpose of this study that design of AC pulse current waveform for MIG welding of Al sheet and estimation of output characteristic.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 용접 중 아크 길이가 변할지라 도 펄스 주기가 항상 일정하게 될 수 있도록 하기 위하여 베이스 전류로서 아크 길이를 제어했다. 즉, 아크 길이가 길어졌을 때 베이스 시간은 동일하게 하고, 베 이스 전류를 낮게 하여 아크 길이를 원래대로 하고, 반 대로 아크 길이가 짧아졌을 때에는 베이스 전류를 높게 하여 아크 길이를 원래대로 하였다.
5와 같이 일반적인 펄스 용접에서의 용적이행은 피크 전류에서 급격히 상승한 전류로 인한 전자기적 핀 치력으로 인해 피크 전류의 끝부분에서 발생하는 1 pulse - 1 drop을 한다. 본 연구에서 적용한 AC pulse 용접도 마찬가지로 정상상태에서 단락이 없는 스프레이 이행으 로 1 pulse - 1 drop 하는 것을 목표로 한다. 따라서 와이어 송급속도가 정해졌을 때, 적절한 용적의 크기를 이행시키기 위해서는 그에 상응하는 펄스 주파수를 결 정해야 한다.
이로 인해 EN비가 증가함에 따라 용적의 온 도, 용입 깊이, 비드 폭은 감소하고, 덧살 높이는 높아 지며, 용착량 증가로 인한 고속 용접과 낮은 입열, 스 패터 없는 용접이 가능하다. 본 연구에서는 AC Pulse 용접을 위한 전류 파형을 설계하고, 설계된 파형을 토대로 개발된 용접기를 통하여 출력 특성을 검토하였다.
본 연구에서는 박판 알루미늄 용접의 품질 및 생산성 을 향상시키기 위하여 AC Pulse 전류 파형을 설계하였다. 개발된 용접기를 사용하여 획득한 파형과 비드 외관, 단면을 통하여 와이어 송급속도와 EN비에 따른 출력 특성을 분석한 결과 다음과 같은 결론를 얻었다.
가설 설정
1) 와이어 송급속도와 출력 전류와의 관계는 알루미 늄.이라는 소재의 특성에 따라 1차식으로 설계할 수 있었다.
제안 방법
AC pulse 파형은 DCEP와 DCEN을 주기적으로 반 복하는 것으로서 Eq.(2)와 같이 정의되는 EN비를 적용하여 와이어 용융속도 및 입열량을 제어하였다. Fig.
본 연구에서는 박판 알루미늄 용접의 품질 및 생산성 을 향상시키기 위하여 AC Pulse 전류 파형을 설계하였다. 개발된 용접기를 사용하여 획득한 파형과 비드 외관, 단면을 통하여 와이어 송급속도와 EN비에 따른 출력 특성을 분석한 결과 다음과 같은 결론를 얻었다.
AC Pulse 전류는 0점을 통과하기 때문에 이 때, 매우 높은 고전압으로서 아크를 유지하게 된다. 또한, 0점을 통과한 후 아크가 불안정해지기 쉽기 때문에 본 연구에서는 0점 통과 후 바로 피크 전류로 상승하는 형태의 전류 파형을 설계하었다.
실드가스 100%Ar, A5356 SL2)와이어를 사용하여 120cm/min의 속도로 비드 용접과 겹치기 용접을 하였고, 비드 용접에서는 평균전 류를 50 ~ 150A까지 20A씩, EN비는 5 40%까 X 5%씩 증가시켰다. 또한, 겹치기 용접의 경우는 이 음부의 설정 갭을 0, 0.5, 1, 1.5mm로 하여 평균전류 63A, EN비 0, 20%로 하였다.
2, 3 5mm)을 사용하였다. 실드가스 100%Ar, A5356 SL2)와이어를 사용하여 120cm/min의 속도로 비드 용접과 겹치기 용접을 하였고, 비드 용접에서는 평균전 류를 50 ~ 150A까지 20A씩, EN비는 5 40%까 X 5%씩 증가시켰다. 또한, 겹치기 용접의 경우는 이 음부의 설정 갭을 0, 0.
용접 중 출력 전류와 전압, 송급속도는 전류, 전압, 송급속도송급전압의 4채널을 계측할 수 있는 아크 모 니터링 시스템 (WAM4000N) 을 사용하여 샘플링 주파수 10000Hz로 계측하였으며, 계측된 파형은 별도로 제작된 프로그램을 통하여 분석하였다.
전술한 바와 같이 와이어 송급속도와 그에 따른 펄스 주파수, 평균전류에 따른 EN 전류(Ien)를 결정하고, 이를 토대로 하여 EN비 20%일 때의 AC 펄스 파형을 설계하였다. Fig.
따라서 본 연구에서는 용접 중 아크 길이가 변할지라 도 펄스 주기가 항상 일정하게 될 수 있도록 하기 위하여 베이스 전류로서 아크 길이를 제어했다. 즉, 아크 길이가 길어졌을 때 베이스 시간은 동일하게 하고, 베 이스 전류를 낮게 하여 아크 길이를 원래대로 하고, 반 대로 아크 길이가 짧아졌을 때에는 베이스 전류를 높게 하여 아크 길이를 원래대로 하였다. Fig.
대상 데이터
설계된 AC Pulse 파형을 적용한 용접기를 사용하여 피형의 출력특성을 평가하기 위한 실험에서는 알루미늄 핀VA1 5052, 길이 : 300mm, 폭 : 50mm, 두께 : 1.2, 3 5mm)을 사용하였다. 실드가스 100%Ar, A5356 SL2)와이어를 사용하여 120cm/min의 속도로 비드 용접과 겹치기 용접을 하였고, 비드 용접에서는 평균전 류를 50 ~ 150A까지 20A씩, EN비는 5 40%까 X 5%씩 증가시켰다.
성능/효과
3은 Ushio 등이 연구한 EN비에 따른 와이어 용융속도를 나타낸 것이다.(1) EN비가 증가할수록 일정한 용접 전류에서는 와이어 용융속도가 높아지고, 일정한 와이어를 용융시키기 위해 필요한 용접 전류는 감소 히는 것을 알 수 있다. Fig.
12는 EN비 20%로 용접했을 때의 각 평균전 류에 따른 비드 외관과 평균전류 110A에서의 용접전 류, 전압파형을 나타낸 것이다. 120cm/ min의 고속으 로 용접했음에도 단락이 없는 매우 양호한 용접 비드를 나타내고 있는 것을 비드 외관과 출력 파형을 통해 확인할 수 있었다.
2) 용적에 대한 펄스 주파수의 관계를 통하여 적절한 용적 크기를 결정함에 따라 펄스 주파수를 결정할 수 있었다.
3) 기존의 아크길이 제어방식인 Tb제어 보다 더 유 리한 Ib제어방식을 확립할 수 있었다.
4) 기준이 되는 EN비 20%에서 와이어 송급속도를 변경하면서 용접한 결과 전체적으로 단락이 거의 없고 비드 외관 또한 우수한 용접결과를 얻을 수 있었다.
5) 동일 전류에서 EN비를 변경하면서 용접한 결과 EN비의 증가에 따른 용접 전류, 및 입열량의 감소로 인해 용입깊이, 비드 폭은 감소하고, 덧살높이는 증가 하였다.
6) 박판에서 주로 적용되는 겹치기 용접에 있어서, 루트 갭이 존재하는 경우는 EN비 20%에서는 용락이 없는 우수한 용접부를 얻을 수 있었다.
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