용접품질 향상을 위한 저항 스폿 용접용 인버터의 동저항 특성을 이용한 새로운 제어기법
- Alternative Title
- A Novel Control Method of Resistance Spot Welding Inverter using Dynamic Resistance Characteristics for Welding Quality Improvement
- Abstract
- A Novel Control Method of Resistance Spot Welding Inverter using Dynamic Resistance Characteristics for Welding Quality Improvement
Sung-Kwan Kang
Department of Electrical Engineering, The Graduate School,
Pukyong National University
This paper proposes new control methods to improve welding quality for a resistance spot welding inverter using dynamic resistance characteristics.
The welding quality is determined by the nugget size, and the size is controlled by welding current, welding time, and force between the upper and lower electrodes. In order to get good welding quality the current, time, and force should be set at proper value according to the steel sheets to be welded. However the resistance between two electrodes changes frequently owing to abrasion of electrodes, thickness variation of sheets, etc. It is very difficult to obtain good welding quality constantly if the resistance changes.
The most common control method to maintain good welding quality against the resistance change is constant current control. However, the conventional control method has a problem that it can not obtain constant nugget size in case of the resistance change because of the variation of caloric value with constant current.
It is very important to monitor to welding status in real time to obtain good quality. Therefore, new control methods considering the dynamic resistance characteristics -the resistance between two electrodes changes during the welding process- are proposed.
The first proposed method is constant power and constant current mixed mode control. The basic operation of the method is that the supplied power is constant for the front part of the welding process and the current is constant for the rear part of the process. The method provides constant caloric value at the beginning of the period, even though the initial resistance is high. which minimizes the badness of the welding quality.
The second proposed method is constant voltage and constant current mixed mode control. The basic operation is similar to that of the first proposed method except the front part control method. The constant power control of the first method is replaced with constant voltage control.
The thickness of the steel sheet used in experiment is 0.5mm. It is found that welding current, welding time, and force for a good welding quality for the sheet is 3750[A], 100[msec], and 75[kg], respectively. In order to increase and decrease the resistance between two electrodes the force is set at 60[kg] and 95[kg], respectively, in experiment. Experiments are carried out with the conventional control method, and the proposed methods. The experimental results show that the nugget size variation versus resistance change of the conventional method is 24%. By the way, the variation of the proposed methods is 3.2% and 3.9%. It is concluded that the welding quality of the proposed control methods is improved over 6 times to that of the conventional constant control method.
- Issued Date
- 2016
- Awarded Date
- 2016. 2
- Type
- Dissertation
- Publisher
- 부경대학교 대학원
- Alternative Author(s)
- Sung-Kwan Kang
- Affiliation
- 부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 전기공학과
- Advisor
- 노의철
- Table Of Contents
- 1. 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.2 저항 스폿 용접의 기본 원리 4
1.2.1 저항 스폿 용접의 저항특성 4
1.2.2 저항 스폿 용접의 용접절차 6
1.3 논문의 구성 8
2. 저항 스폿 용접 시스템의 구성 9
2.1 저항 스폿 용접용 인버터 전원장치 10
2.1.1 저항 스폿 용접 시스템의 전원장치 종류 10
2.1.2 저항 스폿 용접용 인버터 전원장치의 구성 및 동작원리 12
2.2 저항 스폿 용접용 가압장치 23
2.3 저항 스폿 용접용 제어 및 계측장치 25
2.3.1 ADC(Analog to Digital Converter) 26
2.3.2 Back-up 메모리 26
2.3.3 Ethernet 통신 26
2.3.4 TIM1을 이용한 Phase-shift PWM 27
2.4 저항 스폿 용접용 제어 및 계측 프로그램 30
3. 제안한 제어기법 33
3.1 정전력과 정전류 혼합모드 제어기법 35
3.2 정전압과 정전류 혼합모드 제어기법 35
4. 실험 결과 및 고찰 36
4.1 기존의 정전류 제어방식 실험결과 40
4.1.1 가압력 75[kg]에서 실험한 첫 번째 너깃 사진과 용접파형 40
4.1.2 가압력 75[kg]에서 실험한 두 번째 너깃 사진과 용접파형 41
4.1.3 가압력 75[kg]에서 실험한 세 번째 너깃 사진과 용접파형 42
4.1.4 가압력 95[kg]에서 실험한 첫 번째 너깃 사진과 용접파형 43
4.1.5 가압력 95[kg]에서 실험한 두 번째 너깃 사진과 용접파형 44
4.1.6 가압력 95[kg]에서 실험한 세 번째 너깃 사진과 용접파형 45
4.1.7 가압력 60[kg]에서 실험한 첫 번째 너깃 사진과 용접파형 46
4.1.8 가압력 60[kg]에서 실험한 두 번째 너깃 사진과 용접파형 47
4.1.9 가압력 60[kg]에서 실험한 세 번째 너깃 사진과 용접파형 48
4.2 제안한 정전력과 정전류 혼합모드 제어방식 실험결과 49
4.2.1 가압력 75[kg]에서 실험한 첫 번째 너깃 사진과 용접파형 49
4.2.2 가압력 75[kg]에서 실험한 두 번째 너깃 사진과 용접파형 50
4.2.3 가압력 75[kg]에서 실험한 세 번째 너깃 사진과 용접파형 51
4.2.4 가압력 95[kg]에서 실험한 첫 번째 너깃 사진과 용접파형 52
4.2.5 가압력 95[kg]에서 실험한 두 번째 너깃 사진과 용접파형 53
4.2.6 가압력 95[kg]에서 실험한 세 번째 너깃 사진과 용접파형 54
4.2.7 가압력 60[kg]에서 실험한 첫 번째 너깃 사진과 용접파형 55
4.2.8 가압력 60[kg]에서 실험한 두 번째 너깃 사진과 용접파형 56
4.2.9 가압력 60[kg]에서 실험한 세 번째 너깃 사진과 용접파형 57
4.3 제안한 정전압과 정전류 혼합모드 제어방식 실험결과 58
4.3.1 가압력 75[kg]에서 실험한 첫 번째 너깃 사진과 용접파형 58
4.3.2 가압력 75[kg]에서 실험한 두 번째 너깃 사진과 용접파형 59
4.3.3 가압력 75[kg]에서 실험한 세 번째 너깃 사진과 용접파형 60
4.3.4 가압력 95[kg]에서 실험한 첫 번째 너깃 사진과 용접파형 61
4.3.5 가압력 95[kg]에서 실험한 두 번째 너깃 사진과 용접파형 62
4.3.6 가압력 95[kg]에서 실험한 세 번째 너깃 사진과 용접파형 63
4.3.7 가압력 60[kg]에서 실험한 첫 번째 너깃 사진과 용접파형 64
4.3.8 가압력 60[kg]에서 실험한 두 번째 너깃 사진과 용접파형 65
4.3.9 가압력 60[kg]에서 실험한 세 번째 너깃 사진과 용접파형 66
4.4 각 제어기법별 너깃 크기의 변화 67
4.4.1 정전류 제어인 경우 너깃 크기 67
4.4.2 제안한 정전력과 정전류 혼합모드 제어기법인 경우 너깃 크기 68
4.4.3 제안한 정전압과 정전류 혼합모드 제어기법인 경우 너깃 크기 69
5. 결 론 70
참고문헌 73
감사의 글 79
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