열화상 이미지를 이용한 아크 용접 품질 추정에 관한 연구

Abstract

The thermal image of weld pool and its adjacent area contains many useful information related to the weld quality. Occurrence of weld defects such as porosity, slag inclusion, or crack or during welding causes the change of thermal distribution since they have a different thermal conductivity from the weld metal. The different root gap cause the change of bead shape and it makes the different thermal distribution also. This research aims to estimate the weld quality such as bead shape and occurrence of weld defects from the thermal image of weld area through the analysis of the thermal image. For this object the continuous thermal images of flux cored arc welding were obtained by use of a high speed infrared camera. The 3 kinds of specimen group were used for welding experiments. The first group consist of I-groove specimens with different root gap to get the different bead shape. The specimens of the second group and the third group were partly filled with slag pieces or partly coated with grease to generat the pore or slag inclusion. To effectively analyze the thermal image the specific evaluation parameters, Wt and At were introduced. Wt value indicates the width over the specific thermal intensity and At indicates the area which means the summation of the thermal intensity over the specific value. The analysis result showed Wt has the linear relationship to bead width and At to bead height. At value on the places where weld defects occurred increased meaningfully comparing to one of the adjacent area. The analysis result showed the weld quality can be estimated by the Wt and At value extracted from the thermal image during welding.|용접부 및 그 주변의 열화상 이미지는 용접 품질에 연관된 많은 유용한 정보들을 담고 있다. 기공이나 슬래그 혼입, 크랙 등과 같은 용접 결함은 용접금속과 열전도율의 차이로 인해 해당 부위의 열 분포를 변화시킨다. 또한 루트 갭이 달라질 경우 비드 형상이 달라지며 이로 인해 용접부의 열 분포가 달라진다. 본 연구는 비드형상 및 용접결함발생과 같은 용접품질을 용접부의 열화상 분석을 추정하고자 하는 데에 있다. 이 목적을 위해 초고속 열화상 카메라를 이용해 플럭스 코어드 아크용접에 대한 열화상 이미지를 획득하였다. 용접실험에 사용된 시편은 총 3종류로, 첫번째 그룹은 비드형상의 변화을 주기 위해 서로 다른 루트갭을 갖는 I-groove 시편이며 2번째와 3번째 그룹의 시편은 각각 기공과 슬래그 혼입을 발생시키기 위해 부분적으로 이음부에 슬래그 조각을 투입하거나 그리스를 도포하였다. 실험을 통해 얻어진 열화상을 효과적으로 분석하기 위해 2개의 평가변수 Wt와 At를 도입하였다. Wt는 열화상의 열강도분포도에서 특정 열강도값에서의 폭을 의미하고 At는 특정 열강도값 이상의 면적을 의미한다. 분석결과 Wt는 비드 폭과 At는 비드높이와 직선적인 관계가 있음이 나타났다. 또한 결함이 발생된 지점에서의 At값은 주변의 열강도값에 비해 높은 값을 보이는 결과를 나타내었다. 이 분석결과는 용접 중 열화상에서 추출되는 2개의 평가변수 Wt와 At에의해 용접품질이 추정될 수 있음을 보여주었다. At에 의해 용접품질이 추정될 수 있음을 보여주었다.