[논문]Plasma펄스용접에서 펄스 파형이 용접 현상에 미치는 영향의 검토

Plasma펄스용접에서 펄스 파형이 용접 현상에 미치는 영향의 검토
A study on the effects of pulse waveform on welding phenomena in plasma pulse welding 원문보기

김진욱 (부경대학교 대학원 소재프로세스공학과) , 윤승종 (부경대학교 대학원 소재프로세스공학과) , 윤훈성 (STX조선주식회사) , 박금기 (STX조선주식회사) , 정문섭 (STX조선주식회사) , 조상명 (부경대학교 신소재공학부 소재프로세스공학)

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펄스 용접에서 용접속도, 펄스 주파수 및 용접 파형은 용접 품질에 지대한 영향을 미친다. 이에 본 연구에서는 펄스 주파수가 비드의균일성과 용입의 균일성에 미치는 영향을 알아보고, 전류파형의 형상을 다양하게 변화시켜 용접비드에 미치는 영향을 검토하였다.

용입의 균일성을 관찰하기 위하여 비드폭의 중심을 종방향으로 절단한 후, 비드 길이 10mm에서 0.5mm간격으로 용입을 측정하여 변동계수를 알아보았다.
용접 주파수에 따른 비드의 영향을 관찰하기 위하여, 비드길이 10mm에서 0.5mm간격으로 비드폭을 측정하여 비드폭의 변동계수를 구하였다. 변동계수는 아래의 식을 이용하였다.
용접전류는 IkA급 흘센서를 사용하고, 용접전압은 100V 센서를 사용하여, 아크 모니터링 시스템 (WAM 3000N)으로 계측하였다.
펄스 주파수 6Hz와 Ip 110A, Ib 10A에서, Sup (lb 에서 Ip 로의 전류 증가 기울기과 Sdown(Ip 에서 Ib로의 전류감소 기울기)을 1.2, 2.4, 100A/ms로변화하여 각각 삼각파, 사다리파, 사각파로 파형 제어를 하여 비드폭 및 용입의 균일성을 비교하였다.

본 연구에서 사용된 시험편은 STS304이고, SBI의 PMI-500 플라즈마 용접기로 길이 100mm X 폭 30mm X 두께 1.2mm를 Fig. 1과 같이 겹치기 이음 필릿 용접을 하였다.

1) 입열량을 일정하게 두고 펄스 주파수를 증가시키면, 비드폭의 평균값과 그 변동계수는 감소하는 경향을 보였고, 펄스 주파수가 증가하면, 리플 피치가 감소하여 비드폭의 균일성은 좋아졌고, 용접속도 40cpm일 때 5Hz이상이면 비드폭의균일성이 좋다고 판단된다.
2) 펄스 주파수가 증가하면 용입의 변동 계수가 감소하는 경향을 보였고, 5Hz 이상으로 증가 하면용 입의 균일성은 현저히 좋아졌다.
3) Sup과 Sdown°1 증가하면 비드폭이 증가하고, 비드폭의 균일성 및 용입의 균일성이 좋아졌다.
5는 펄스 주파수에 따른 비드폭의 균일성을 보기 위해 비드폭의 변동계수와 리플 피치를 나타낸 것이다. 펄스 주파수가 증가함에 따라 리플 피치와 비드폭의 변동계수가 감소했고, 리플 피치가 2이하가 되면 비드폭의 변동계수도 현저히 감소하였다. 즉, 리플 피치가 작아지면 비드의균일성이 좋아진다고 판단된다.

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