FCAW에서의 아크 길이 추정 방법 개발에 관한 연구

Abstract

FCAW(Flux Cored Arc Welding)는 SMAW나 GMAW에 비해 우수한 작업성과 생산성으로 인해 조선을 비롯한 강구조물의 수동 및 자동 용접에서 널리 사용되고 있다. 정전압(Constant voltage) 제어 방식의 FCAW에서의 아크 길이는 용접 전압에 비례한다.1) 따라서 설정 전압은 용접 시 아크 길이를 나타내는 정성적 지표로 인식되어왔다. 대부분의 FCAW 용접기는 전압 미세 조절 볼륨을 이용하여 원하는 전압을 설정하게 되어 있으며, 용접기 사용자에 따라 그 설정 전압 값을 각자의 작업 방식에 맞추어 지극히 정성적이고 개인 경험적 감각에 의한 방법으로 조절되고 있다. 설정 전압을 적정 전압보다 크게 하여 과도하게 긴 아크 길이로 용접을 할 경우 입열량 과대에 의해 용접 변형량이 증가 할 수 있으며, 그 반대의 경우에는 짧은 아크 길이로 인해 스패터 발생량이 증가할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 용접기 설정 전압으로 아크 길이를 간접적으로 짐작하는 것이 아니라, 인라인에서 용접 파형을 이용하여 아크 길이를 추정 · 표시함으로써 현장 작업자 및 오퍼레이터로 하여금 직접적으로 아크 길이를 알 수 있게 하여 적절한 아크 길이를 유지, 관리하게 하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 회로 전압 강하(Vsc)를 제외한 순수 아크 전압 강하(Varc)를 이용한 FCAW에서의 아크 길이 추정 방법 개발에 관한 연구를 하였다. 싸이리스터 제어 방식의 용접기를 사용한 FCAW에서의 회로 전압 강하(Vsc)를 계산 하였고, 아크 피크 전압(Vap)과 Vsc 값의 차로 얻어 진 순수 아크 전압(Varc)과 실측 아크 길이(Larc)와의 관계를 회귀 식으로 나타내어 아크 길이를 추정 할 수 있는 기본 알고리즘을 제안하였다.

The flux cored arc welding (FCAW) process is one of the most frequently employed and important welding process due to high productivity and excellent workability. The process is performed either as an automated process or as a semi-automatic process. In FCAW process, welding voltage has been considered as a qualitative indication of arc length. But it is necessary to let welding operators know, maintain and manage the arc length directly by estimating and displaying it. In this study, to develop arc length estimation technique, we measured a welding circuit resistance(Rsc) and then we calculated welding circuit voltage drop(Vsc). Also, we measured arc peak voltage(Vap). By subtracting Vsc from Varc, we can easily calculate net arc voltage drop(Varc). Consequently, we suggested arc length estimating equation and basic algorithm by regressive analyzing the relationship between net arc voltage drop(Varc) and real arc length(Larc) measured by high speed camera. So, we can estimate arc length by just monitoring welding current and voltage.