[논문]박판알루미늄 고속용접용 펄스MIG 용접특성

김태진; 변영복; 조기연; 조상명; 김철우

박판알루미늄 고속용접용 펄스MIG 용접특성
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김태진 (한국전기연구원) , 변영복 (한국전기연구원) , 조기연 (한국전기연구원) , 조상명 (부경대) , 김철우 (부산대)

Joining thin aluminum alloy is difficult using most wilding techniques. Many of problems associated burn-through by the high heat input Common welding techniques are TIG, MIG, and MIG-PULSE welding. The VP-GMAW provides more control of the heat balance in the voiding arc by taking advantage of the different arc characteristics obtained with each of the two polarities. In this paper, we proposed new VP_GMA Welding method by control DSP 320C32, and the characteristic and experiment result-voltage, current, welding bead. penentraion by this method are presented

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문제 정의

본 연구에서는 출력측의 DCEN(Direct Current Electrode Negative) 극성 가변비를 0~60%로 조절하여 용입의 깊이를 제어함으로써 1〜2mm의 박판 용접시에도 용락의 발생을 최소화 하고, 모재의조립 공차를 최대한으로 허용이 가능하며, 용접기의 출력 파형 제어시에 순시펄스전류와 동기되어 정 확한 용적 이행을 하는 1사이클 1드롭 방식 의 펄스 MIG 용접 알고리즘을 구현함으로써 균일한 용적이행으로 저스패터의 실현과 고속용접이 가능하도록 하는 기술을 소개하고자 한다.

제안 방법

용접 이음은 비드 온 플레이트 와 겹치기 이음을 하였고, 비드 온 플레이트 용접의 설정전류는 50 ~ 150A까지 20A씩, EN 극성비는 5 40%까지 5%씩 증가시켰다. 또한, 겹치기 이음 용접의 경우는 이음부의 설정 갭 0, 0.5, 1, 1.5mm, 설정전류 60A, EN 극성비 0, 20%로 하였다.
본 연구에서는 박판 알루미늄 용접에 적용하기 위하여 극성비의 변화에 따라 와이어 용융속도와 입열량의 제어가 가능하도록 DCEP와 DCEN을 주기적으로 반복하는 AC pulse MIG 용접 파형을 설계하여 출력특성을 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
2)와이어를 사용하여 120cm/min의 속도로 용접하였다. 용접 이음은 비드 온 플레이트 와 겹치기 이음을 하였고, 비드 온 플레이트 용접의 설정전류는 50 ~ 150A까지 20A씩, EN 극성비는 5 40%까지 5%씩 증가시켰다. 또한, 겹치기 이음 용접의 경우는 이음부의 설정 갭 0, 0.
3상 220V 60Hz의 입 력전압을 다이 오드 정류기를 통하여 300V 의 평활된 직류전압으로 변환하고 이를 20kHz 스위칭 풀브리지 DC/DC 컨버터를 거쳐 고주파 변압기로 절연된 2차측으로 에너지를 전달한다. 이때 에너지 전달효율을 최대로 높이기 위하여 변압기 제작시 변압기 1차측과 2차측을 교번으로감아 코일 쇄교수를 높였다. 또, 2차측의 변압기 출력을 센터 탭 방식으로 출력하여 다이오드와 정류한 뒤에 저주파 인버터(60Hz〜200Hz)으로 구성되어있다.

대상 데이터

설계된 AC pulse 파형을 적용한 개발 용접기를 사용하여 파형의 출력특성을 평가하기 위한 실험에서는 알루미늄 판(A1 5052, 길이 : 300mm, 폭 : 50mm, 두께 : 1.2mm, 3mm, 5mm) 위에 실드가스 100%Ar으로 A5356($ 1.2)와이어를 사용하여 120cm/min의 속도로 용접하였다. 용접 이음은 비드 온 플레이트 와 겹치기 이음을 하였고, 비드 온 플레이트 용접의 설정전류는 50 ~ 150A까지 20A씩, EN 극성비는 5 40%까지 5%씩 증가시켰다.

성능/효과

1) 박판 알루미늄의 고속 용접 시에도 용락이 없는 양호한 비드 외관을 얻을 수 있었다.
2) 동일 설정 전류에서 극성비가 증가함에 따라 와이어 용융속도는 증가하고 입열량은 작아지는 현상을 비드단면을 통하여 확인하였다.
3) 박판의 겹치기 용접에서 갭이 존재할 시에는 EN 극성비를 증가하면 용락이 없는 양호한 용접부를 얻을수 있었다.
2mm 두께의 모재에 의한 겹치기 이음 용접을 한 경우의 단면 마크로 사진이다. 설정 갭 0mm의 경우에는 극성비 0, 20% 양쪽 다 용락이 발생하지 않았지만, 설정 갭 0.5, 1, 1, 5mm에서는 극성비 0%의 경우는 즉, DCEP인 경우는 용락이 발생하였고, EN 극성비 20%에서는 용락이 없는 양호한 용접부가 얻어졌음을 알 수 있다. 그림 12은 제작된 용접시작품의 사진이다.

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