용접기 관련 자료

인버터 장점
인버터 용접기의 원리
저항용접이란
퓨징이란
콘덴서 용접기
프로젝션 용접
금속간의 저항점 용접성
용접성 증대

인버터 장점

열효율이 좋아 용접시간이 짧다.

저항용접은 용접할 모재에 발생되는 접촉저항에 대전류를 흘려 발생되는 열로써 용접하는 형태이다.
용접전류는 단순히 전류의 크기가 중요한 것이 아니라 용접부의 전류 밀도가 높은 것이 중요하다.
인버터식의 저항용접과 일반적인 단상교류식을 비교해보면 단상교류식은 1/2 cycle마다 전류치가 0이 되고, 입상제어에 의한 휴지시간이 있어 단속적으로 전류가 흐르게 된다.
인버터식에 있어서는 전류가 연속적으로 흘러 효율이 좋고, 짧은 시간에 용접이 되어 nuget 주변에 열 영향이 적어 깨끗한 용접결과를 얻을 수 있다.

Splash가 없는 안정된 용접품질의 약속 - 용접면이 깨끗하다.

Splash는 용접 모재의 일부의 온도가 용융점에서 허용되는 온도를 초과할 때에 발생된다.
단상교류식은 단속적으로 용접온도를 상승시키기 때문에 nuget 형성온도보다 높은 온도가 발생된다.
Condenser식은 초기저항이 높은 모재의 용접의 경우에 nuget 형성 온도를 일정시간 유지시키는 전류와 통전시간의 조정이 되지 않아 splash 한계온도를 초과한다. 교류식이나 콘덴서식은 splash 제어의 조건 폭이 대단히 좁다.
Miyachi의 inverter식은 연속적으로 온도를 상승시키고 금속의 재질이나 형상에 맞추어 통전시간과 전류의 상승시간을 조정할 수 있기 때문에 splash가 없는 안정된 용접품질이 유지된다.

제어 스피드가 대단히 빠르다. - 용접의 안정

Inverter 용접기의 switching 주파수는 600~4000㎐로 높기 때문에 단상교류식과 비교하면 12~80배의 feed-back 제어를 행하여 전류정도가 현격히 향상된다.

인버터 용접기의 원리

인버터 용접기 간략도

용접기의 원리

전원을 삼상 정류하여 DC를 얻고, 제어부에서 Control하여 용접 Trans에 고주파 전력을 공급한다. 2차 용접 전류의 출력은 다이오드를 통해 DC로 변환 후 피용접 체에 흘리게 된다.
제어 방식 : 주로 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 많이 사용한다.
제어 주파수 : 4㎑ ~ 1㎑ 범위에서 사용한다.
특징 : 용접 전류 및 용접 시간의 조정이 가능하다. 용접 시간의 최소 단위는 1㎳이며, 주파수가 높기 때문에 교류식에 비해 소형으로 용접 Trans의 제작이 가능하다.

용접 Trans 1차 파형	용접 Trans 2차 파형

저항용접이란

저항용접의 원리

용접할 모재에 발생되는 접촉저항에 대전류를 흘려, 발생되는 열로써 용접하는 형태

용접에 영향을 주는 변수

전류 : 대용량의 전류를 단시간에 흐르게 할 수 있는 정밀 제어장치 필요
가압력 : 접촉저항(R)을 변화시켜 용접 직경(Nugget)을 형성하는 요인이다. 예로, 실린더 가압이나 사람이 직접 가압하는 수동방식이 있다.
통전시간 : 전류가 흐르는 시간

위와 같이 세 가지 변수가 주 요인이고, 기타 전극의 형상이나 피용접물의 재질ㆍ판두께 등이 용접에 영향을 줄 수 있다.

저항용접의 특징

용접 온도가 아크 온도보다 저온이기 때문에 열변형도가 적다.
작업속도가 빠르다.
자동화가 용이하다.
깨끗한 용접결과를 얻을 수 있다.
단시간에 효율적으로 용접을 하므로 저비용으로 대량생산을 할 수 있다.
접합부위가 외부에서 보이지 않으므로 외관으로 용접상태를 판정해야 한다.

퓨징이란

Fusing이란: 흔히 말하는 용접이라기보다는 Hot pressing의 일종으로 국부적인 강한열에 의한 hook 압착으로 피막 리드선을 탈피하여 전기적 통전을 가능하게 하는 것이다.

Fusing의 종류

Hook type : 단자를 U자형으로 구부려 피막 리드선을 탈피하면서 압접한다.
Slit type : 정류자(Commutator)등의 홈에 피막 리드선을 밀어넣어 탈피하면서 압접한다.

Hook type		Slit type
직접통전 (Direct weld)	간접통전 (Indirect weld)	직접통전 (Direct weld)	간접통전 (Indirect weld)

콘덴서 용접기

용접기 간략도

용접기 원리

충전 SCR이 On 상태가 되면 "C"는 서서히 충전되어 용접 가능한 상태가 된다. 피용접물을 전극과 전극 사이에 넣어서 가압하여 일정 가압력에 도달했을 때 충전 SCR이 Off 되고, 방전 SCR이 On 되면, 콘덴서 "C"에 축적된 에너지가 한순간에 용접 Trans를 통해 방전된다.
방전 시간 : 방전 시간을 제어할 수는 없고 단지 1차 Tap 전환을 하여 가능하다.
용량 : 1/2CV2 x 10-6WS {콘덴서(C)를 전압(V)까지 충전시 축적된 에너지}
방전 전류 파형 : 콘덴서의 용량(C), 용접 Trans의 유도 계수(L) 및 코일 저항(R)에 의해 결정

인버터 용접기와 콘덴서 용접기의 특성 비교

	인버터 용접기	콘덴서 용접기
용접 전류 조정 방법	실제 용접 전류 조정이 가능	충전 전압으로 조정
통전 시간	1ms 단위로 조정가능	Tap 전환 가능 범위가 좁다 한번 고정되면 조정 불가능
전류 Checker	주로 내장형 실제 전류 Display	외부 부착형 Option
품질관리	불량, 양품 판정 가능	미흡
용접성	용접시 불꽃 발생이 적고, 안정된 용접 가능	불꽃이 많이 발생
전류 파형	DC에 가깝다	펄스형
용접용도	동동 접합 및 이종 접합도 가능	열전도율이 좋은 금속 용접 주로 이종 접합 용접에 이용
전원	3Φ 220V/380V	단상 220V / 380V
역율	양호	양호
Trans 부피	小	大
Control 부	Digital부 Display	콘덴서 충방전 제어부
제어 Index	아주 빠르다 (ms 단위)	콘덴서의 충방전 시간에 제약 (8초 정도)
사용 예	정밀 용접부, TV 전자관, 자동차	전지 용접, 안테나 등

예전에 인버터가 생산되기 전에 먼저 개발되어진 것이 콘덴서 용접기이지만, 현재는 인버터가 콘덴서의 성능을 다 만족하고 있으며, 또한 보다 새로운 기능이 많아졌다.

프로젝션 용접

프로젝션 용접의 원리: 점용접의 한 가지 형태로 피용접체의 일부에 돌기를 만들어 전류를 흘리고, 가압해서 용접하는 방법이다.

특징

두꺼운 판과 얇은 판의 조합, 성질이 다른 금속의 조합에 있어서도 히트-바란스(熱平衡)되게 하기가 용이하다.
프로젝션의 크기로서 전류의 통로를 제한할 수 있기 때문에 전류밀도를 높일 수 있어 작은 전류로서도 용접이 가능하다.
점용접에서는 어려운 작은 용접점을 얻을 수 있다.
동시에 다점의 용접이 가능하므로 좋은 능률을 얻을 수 있다.
전극면적이 넓기 때문에 기계적 강도 및 열전도와 열방산이 좋아 전극 수명이 길어진다.
상·하 전극을 평탄한 것을 사용하기 때문에 압흔(壓痕)이 거의 없다.
전류와 가압력의 집중이 좋기 때문에 용접 피치를 작게하고,구조상 좋은 위치에 용접점을 배치할 수 있다.
판금가공품(板金加工品)만 아니라 단조품, 관, 선재 등 응용범위가 넓다.

이상과 같은 장점을 가지고 있지만 점용접에 비해서 용접기의 용량, 성능에 있어서는 대형이고 더구나 고정밀의 것이 필요하기 때문에 설비비가 비싸다. 그리고 용접부에도 꽤 높은 정도의 프로젝션을 필요로 하는 등의 결점이 있다.

금속간의 저항점 용접성

모재의 종류 및 상태

모재의 종류	연강	도금 연강	스테인 리스강	니켈 합금	알루미늄 합금	마그네슘 합금	티탄	구리	황동	인청동
연강	A	C	C	C	D	D	x	D	D	D
도금 연강		C	D	D	x	x	x	D	D	D
스테인리스강			A	B	x	x	x	D	D	D
니켈 합금				A	x	x	x	D	D	D
알루미늄 합금					B	B	x	C¹	C¹	C¹
마그네슘 합금						A	x	C¹	D¹	D¹
티탄							A	x	x	x
구리								D	C	D
황동									C	A
인청동										B

A : 우수, B : 양호, C : 가능, C' : 특수 장치로 가능, D : 불량

금속의 물성치

	기호	고유저항 (μΩ-om)	열전단율 (cal/om.sec.℃)	밀도 (g/㎤)	비열 (cal/g℃)	융점 (℃)
은	Ag	1.63	1.0	10.49	0.056	960
동	Cu	1.72	0.94	8.96	0.092	1083
알루미늄	Al	2.81	0.53	2.7	0.215	660
마그네슘	Mg	4.6	0.38	1.74	0.25	650
몰리드덴	Mo	5.14	0.35	10.2	0.061	2625
아연	Zn	5.75	0.27	7.13	0.092	419
니켈	Ni	7.25	0.22	8.90	0.105	1455
철	Fe	10	0.18	7.87	0.11	1539
주석	Sn	11.5	0.16	7.23	0.054	232
납	Pb	22	0.083	11.34	0.031	327

나게트 경

판두께(mm)	A~AF급		B~BF급		C~CF급
판두께(mm)	최소치	평균치	최소치	평균치	최소치	평균치
0.4	2.7	3.2	2.4	2.8	1.9	2.2
0.5	3.0	3.5	2.7	3.2	2.1	2.5
0.6	3.3	3.9	3.0	3.5	2.3	2.7
0.7	3.6	4.2	3.2	3.8	2.5	2.9
0.8	3.8	4.5	3.4	4.0	2.7	3.1
0.9	4.0	4.7	3.6	4.3	2.8	3.3
1.0	4.3	5.0	3.8	4.5	3.0	3.5
1.2	4.7	5.5	4.2	4.9	3.3	3.8
1.4	5.0	5.9	4.5	5.3	3.5	4.1
1.5	5.2	6.1	4.7	5.5	3.6	4.3
1.6	5.4	6.3	4.8	5.7	3.8	4.4
1.8	5.7	6.7	5.1	6.0	4.0	4.7
2.0	6.0	7.1	5.4	6.4	4.2	5.0
2.3	6.4	7.6	5.8	6.8	4.5	5.3
2.5	6.7	7.9	6.0	7.1	4.7	5.5
2.6	6.9	8.1	6.2	7.3	4.8	5.6
2.8	7.1	8.4	6.4	7.5	5.0	5.9
3.0	7.4	8.7	6.6	7.8	5.2	6.1
3.2	7.6	8.9	6.8	8.0	5.3	6.3
3.6	8.1	9.5	7.3	8.5	5.6	6.6
3.8	8.3	9.7	7.5	8.8	5.8	6.8
4.0	8.5	10.0	7.7	9.0	6.0	7.0
4.5	9.0	10.6	8.1	9.5	6.3	7.4
5.0	9.5	11.2	8.6	10.1	6.7	7.8

통전 방식

통전 시간의 제어와 가압력의 제어를 병행하게 되면 더 좋은 용접 결과를 얻을 수 있다.

점용접에서는 목적에 따라 위와 같이 여러 종류의 용접 조건을 사용하게 된다.

a는 싱글 펄스(Single Pulse) 통전으로 가장 일반적인 통전 형식이다.
b의 반복 통전은 통전과 휴지를 반복하는 것으로서 두꺼운 판의 용접이나, 여러 장의 판을 겹쳐서 용접하는 것 등에 이용된다.
c의 슬로프 콘트롤(Slope Control) 통전은 전류치를 조금씩 변화시켜서 통전하는 식으로 통전 개시 후에 전류를 조금씩 증가시키는 것을 ‘파두 제어’라 말하고, 통전 종료 전에 전류를 조금씩 감소시키는 것은 ‘파미 제어’라 말한다. 파두 제어는 피 용접재의 표면 상태가 좋지 않은 경우에 갑자기 큰 전류를 흘리면 표면 비산이나 내부 비산이 발생하기 때문에 이것을 방지하는 목적으로 사용된다. 파미 제어는 급냉에 따른 갈라짐 등의 내부 결함이 발생할 경우에 이것을 방지하기 위하여 이용된다.
d의 소둔(Damper) 통전은 용접 전류를 흘려서 접합한 후 용접부를 냉각하여 다시 통전하는 용접부의 소둔을 하는 것이다. 이와 같은 방식은 고탄소강이나 저합금강 등의 경화성 강을 용접하는 경우에 이용되고, 소둔 처리에 의해 경도를 내려서 인성을 회복하기 위하여 이용된다.

가압 방식

a는 가장 일반적으로 이용되고 있는 定가압 방식이다.
b는 피 용접물에 충격적인 힘을 가할 필요가 없는 경우에 이용되는 가압 방식으로 전극을 강하시키는 방법은 공기실린더의 상·하 기통(汽筒) 내의 압력을 대기압으로 해서 피스톤이나 전극을 자중(自重)으로 하강시켜 전극이 피 용접재에 접촉하여 소정의 압력을 가한다('자중강하'라고 한다).
c는 듀랄류민과 높은 힘을 요하는 AL 합금의 용접에 이용되는 가압 방식으로서 나게트가 응고할 때, 갈라짐이나 기공(Blow Hole) 등 내부결함의 발생을 방지하기 위하여 용접 전류가 흐른 직후에 용접 압력의 2배 정도의 단조 가압력을 가하는 것이다.
d는 板과 판을 잘 접촉하게 하고, 접촉저항이 작고 균일하게 하기 위하여 초기 가압력을 용접 가압력보다 크게 하는 가압 방식이다. AL 합금에 이 방식을 이용하는 경우는 용접 전류 종료 후에 c의 단조 가압력을 가하는 것이 보통이다.
c 및 d의 가압 방식은 2단 가압 방식 또는 가변 가압 방식이라 한다.