용접예열은 본 용접 전에 금속이 융착되는 모재면을 일정한 온도로 가열하는 것을 의미한다. 냉각속도 조절에 따른 재료 경화 정도 감소, 불순물 편석억제, 열적 변형방지, 그리고 수분제거 등 인접 영향부의 균열을 방지할 수 있다. 이러한 이유에서 고품질의 용접을 위하여 반드시 필요한 작업이다. 유도가열은 전자기유도 현상을 응용하여 전기에너지를 열에너지로 변환시키는 효율적인 가열방식이다. 기체 및 액체를 이용한 연소발열과 비교하여 신속한 가열뿐만 아니라 청결하고, 안정적이며, 경제적이다. 단순한 구조로 주파수와 코일의 형태를 변형하여 가열체의 형상, 깊이, 재질에 관계없이 가열할 수 있다. 본 논문에서는 유도가열 기법을 이용하여 저주파 용접예열 시스템을 구현하였으며, 3종의 자동차 변속기 부품을 대상으로 권선코일 내에서 각 변속기 높이에 따라 권선코일 저항, 인덕턴스 및 자동차 변속기 부품의 온도변화를 관찰한 결과 전류의 변화는 저주파 가열에 있어 매우 중요한 요인으로 작용함을 확인하였다.
용접예열은 본 용접 전에 금속이 융착되는 모재면을 일정한 온도로 가열하는 것을 의미한다. 냉각속도 조절에 따른 재료 경화 정도 감소, 불순물 편석억제, 열적 변형방지, 그리고 수분제거 등 인접 영향부의 균열을 방지할 수 있다. 이러한 이유에서 고품질의 용접을 위하여 반드시 필요한 작업이다. 유도가열은 전자기유도 현상을 응용하여 전기에너지를 열에너지로 변환시키는 효율적인 가열방식이다. 기체 및 액체를 이용한 연소발열과 비교하여 신속한 가열뿐만 아니라 청결하고, 안정적이며, 경제적이다. 단순한 구조로 주파수와 코일의 형태를 변형하여 가열체의 형상, 깊이, 재질에 관계없이 가열할 수 있다. 본 논문에서는 유도가열 기법을 이용하여 저주파 용접예열 시스템을 구현하였으며, 3종의 자동차 변속기 부품을 대상으로 권선코일 내에서 각 변속기 높이에 따라 권선코일 저항, 인덕턴스 및 자동차 변속기 부품의 온도변화를 관찰한 결과 전류의 변화는 저주파 가열에 있어 매우 중요한 요인으로 작용함을 확인하였다.
Welding preheating means that the surface of the base material to which the metal is welded before the main welding is heated to a constant temperature. It prevents the cracks of the adjacent influences such as reduction of material hardening degree by controlling the cooling rate, suppression of se...
Welding preheating means that the surface of the base material to which the metal is welded before the main welding is heated to a constant temperature. It prevents the cracks of the adjacent influences such as reduction of material hardening degree by controlling the cooling rate, suppression of segregation of impurities, prevention of thermal deformation, and moisture removal. For this reason, it is a necessary operation for high quality welding. Induction heating is an efficient heating method that converts electric energy into heat energy by applying electromagnetic induction phenomenon. Compared with combustion heat generated by gas and liquid, it is clean, stable, and economical as well as rapid heating. It can be heated regardless of the shape, depth and material of the heating body by modifying the shape of the frequency and the coil with a simple structure. In this paper, we implemented a low frequency welding preheating system using induction heating technique and observed the temperature changes of coil resistance, inductance and automotive transmission parts according to the height of each transmission in winding coil for three kinds of automotive transmission parts. We confirmed that the change of current is a very important factor in the low frequency heating.
Welding preheating means that the surface of the base material to which the metal is welded before the main welding is heated to a constant temperature. It prevents the cracks of the adjacent influences such as reduction of material hardening degree by controlling the cooling rate, suppression of segregation of impurities, prevention of thermal deformation, and moisture removal. For this reason, it is a necessary operation for high quality welding. Induction heating is an efficient heating method that converts electric energy into heat energy by applying electromagnetic induction phenomenon. Compared with combustion heat generated by gas and liquid, it is clean, stable, and economical as well as rapid heating. It can be heated regardless of the shape, depth and material of the heating body by modifying the shape of the frequency and the coil with a simple structure. In this paper, we implemented a low frequency welding preheating system using induction heating technique and observed the temperature changes of coil resistance, inductance and automotive transmission parts according to the height of each transmission in winding coil for three kinds of automotive transmission parts. We confirmed that the change of current is a very important factor in the low frequency heating.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
제안 방법
실험은 각 워크를 투입하기 전과 후의 높이에 따른 권선코일의 저항과 인덕턴스를 측정하고 각 실험에 따라 220V/60Hz의 전원을 30~60초간 투입 후 투입 전과 후를 비교하였다. 현재 투입되고 있는 전압 및 전류는 Fig.
저주파대역에서 유도가열 기법을 이용한 가변주파수 공진형 용접예열 시스템을 제안하여 3종의 자동차 변속기 부품을 이용하여 권선코일 내부에서 각 부품이 위치하여 있는 높이에 따라 코일의 저항, 인덕턴스의 변화에 따라 전원 투입 후 피가열체의 온도 변화를 관찰하였다. 저주파 가변주파수 공진형 인버터를 이용한 금속재질의 변속기 부품의 유도가열에 있어 기존의 기체 및 액체에 의한 연소발열과 비교하여 청결성, 안정성이 높아 작업환경을 크게 변화시킬 수 있으며 워밍업 등을 위한 소비전력을 줄일 수 있으며 출력 및 온도제어가 용이하며 상자성체를 이용한 저렴하고 단순한 형태의 가열방식으로 기대가 된다.
대상 데이터
Rectifier 에서 정류된 직류전원은 MOSFET로 구성된 Full-bridge 회로에서 교류전원으로 변환된다. MOSFET는 TI사의 TMS320 계열의 DSP를 이용하여 스위칭 구동하였으며, 코일 전류 회생으로 효율이 좋은 Bipolar-PWM 방식으로 제어하였다.
코어를 구성하는 전기강판은 포스코 주식회사의 방향성 전기강판 PH-Core(30PH105)를 사용했다. PG-Core 보다 압연방향으로 배향성을 더욱 강화되었으며 저철손과 고자속밀도의 특성을 가진다.
성능/효과
결과적으로 각 높이에 따른 실험결과 제작된 환경에 서는 워크의 높이가 높아짐에 따라 코일부의 저항이 낮아지고 전류는 더 많이 인가되어 결과적으로는 동일 한 시간에서는 코일의 저항이 낮아 더 많이 전류가 투입되었을 때 가장 높은 온도를 보였다.
본 논문에서 제안한 저주파 가변주파수 공진형 유도가열기를 이용하여 자동차 변속기 부품 3종을 이용하여 권선코일 내에서 부품의 높이에 따라 코일의 저항 및 인덕턴스의 변화와 전원입력 후 피가열체의 온도변화를 관찰한 결과 전류의 변화는 저주파 가열에 있어 매우 중요한 요인으로 작용함을 확인하였다.
본 연구에서는 저역대의 가변주파수 공진형 용접예 열시스템을 제안하고 220V/60Hz 상용 주파수를 입력하여 자동차 변속기 부품의 형태에 3종의 자동차 변속기 부품을 대상으로 권선코일 내에서 각 변속기 높이에 따라 권선코일 저항, 인덕턴스 및 자동차 변속기 부품의 온도변화를 관찰한 결과 전류의 변화는 저주파 가열에 있어 매우 중요한 요인으로 작용함을 확인하였다.
특히 유도가열 방식은 기존의 기체 및 액체에 의한 연소발열과 비교하여 청결성, 안정성이 높아 작업환경을 크게 변화시킬 수 있었다. 가열효율이 또한 높아 경제적이고 신속한 가열을 가능해 워밍업 등에 소요되는 소비전력을 줄일 수 있다.
후속연구
또한 주파수 대역을 조절함에 따라 간단한 구성으로 고주파에 비해 쉽게 심부까지 열을 전달할 수 있으며 가열을 통하여 용접 전에 표면의 오염 물질의 빠른 제거 등의 우수한 장점을 이용하여 널리 활용 수 있다고 유추되어진다. 다만 과전류에 대한 제한 장치 및 안전장치가 고려되어야 하며 코일의 정확한 내부 저항을 LCR-METER로 측정하여 소모 전력을 확인해 볼 필요 및 코일 유도된 관성 전류를 안정적으로 Free-Wheeling 할 방안을 검토할 필요가 있다고 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
용접예열이란 무엇인가?
용접예열은 본 용접 전에 금속이 융착되는 모재면을 일정한 온도로 가열하는 것을 의미한다. 냉각속도 조절에 따른 재료 경화 정도 감소, 불순물 편석억제, 열적 변형방지, 그리고 수분제거 등 인접 영향부의 균열을 방지할 수 있다.
유도가열은 어느 분야에서 많이 이용되는가?
금속 가열에 이용되는 일반적인 방법은 유도가열이며 고정 또는 주파수를 가변하여 스위칭 하는 방식으로 많은 산업현장에서 사용되고 있다. 또한 반도체 소자를 활용한 병렬공진회로 방식은 직렬공진회로 방식에 비해 가열코일에 흐르는 전류가 인버터 전류용량의 Q배에 해당하는 전류를 보내므로 급속 가열을 용이 게 하는 장점과 설비전원의 전류용량이 작아도 되는 장점을 가지고 있으며 전류원 인버터 사용으로 전원장 치에서의 고장 전류 발생 시 보호 동작이 용이한 장점을 가지고 있으므로 열악한 작업환경에서 강한 내구성의 강점을 가지고 있다[5].
용접예열은 고품질의 용접 작업에서 왜 반드시 필요한 작업인가?
용접예열은 본 용접 전에 금속이 융착되는 모재면을 일정한 온도로 가열하는 것을 의미한다. 냉각속도 조절에 따른 재료 경화 정도 감소, 불순물 편석억제, 열적 변형방지, 그리고 수분제거 등 인접 영향부의 균열을 방지할 수 있다. 이러한 이유에서 고품질의 용접을 위하여 반드시 필요한 작업이다.
참고문헌 (6)
D. C. Yoon, K. B. Lee, Y. D. Choy, S. T. Beak, B. M. Han, Y. C. Soh Characteristic Analysis of Thyristor PWM Rectifier for low-frequency Induction Heating System," in Proceedings of Power Electronics Annual Conference, The Korean Institute of Power Electronics, vol. 2001, no. 7, pp. 681-684, 2001.
D. C. Shin, S. H. Kim "A Study on the Induction Heating for Aluminum Sheet Using High-Frequency Resonant Inverter," Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, vol. 18, no. 3, pp. 90-94, May 2004.
W. S. Shin, H. C. Park, "Inverter for Induction Heating using Simultaneous Dual-Frequency Method," The Transactions of The Korean Institute of Power Electronics, vol. 16, no. 6, pp. 554-560, Dec. 2011.
I. J. Yoon, "A study on the thermal resistance characteristics of carbon fiber for the development of heater for preheating of welding joint" Graduate school of industry University of Ulsan, 2017.
D. M. Divan and G. L. skibinski, "Zero Switching Loss Inverters for High Power Applications," IEEE IAS, Rec., vol. 25, no. 4, pp. 634-643, 1989.
B. G. Sung, "Design of a high frequency high efficiency series-resonant inverter for induction heating" Graduate school, Pusan National University, 1999.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.