JP6523402B2 - アーク溶接時のバーンバック処理制御装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、アーク溶接時のバーンバック処理制御装置及び方法に係り、より詳細には、アーク溶接時の溶接ワイヤに対するバーンバック処理のうち、溶接ワイヤに印加される電流を制御して、容積のサイズを変形するアーク溶接バーンバック処理制御装置及び方法に関する。

二酸化炭素ガスまたはアルゴンと二酸化炭素との混合ガスを利用したアーク溶接の溶接シーケンスのうち、アークを発生させる初期シーケンスは非常に重要である。その理由は、アーク発生に失敗すれば、溶接部位にクラックが発生して、後加工が必要であるためである。したがって、アーク発生失敗に対する変数を減らすために多くの生産現場で溶接終了後、溶接再開始に、溶接ワイヤの端面をカッティングして溶接を始める。しかし、これは、作業生産性の低下をもたらした。

現在のワイヤバーンバック処理制御は、電子式制御及び機械式制御として具現されている。以下、図５ないし図７を参照して従来技術について説明する。

図５ないし図７を参照すれば、従来のアーク溶接プロセスでは、本溶接区間（４００）後、バーンバック処理制御区間（４１０）で定電圧で電圧を制御した。

図６の電子式制御は、バーンバックシーケンス時間の間に定電圧を溶接ワイヤに印加する方式で制御する。この場合、溶接ワイヤが一定速度で供給されながら、ある程度の熱が供給されて、ノズルのコンタクトチップと溶接ワイヤが溶けてくっつくことを防ぐ。しかし、電子式制御の場合には、溶接終了後、溶接ワイヤの端部が図６に示したように溶接ワイヤの先端容積のサイズがワイヤの直径よりも大きくなるという短所があった。

一方、図７のように、溶接終了時に、バーンバック処理制御が溶接ワイヤ送給モータの逆回転を利用した機械式制御としても具現される。ここで、送給モータの逆回転を利用した機械式制御は、ノズルのコンタクトチップと溶接ワイヤが溶けてくっつく現象も防ぐことができるだけではなく、ワイヤの先端容積のサイズがワイヤ断面積よりも小さいように制御することも可能である。しかし、機械式制御の場合、相当な重量のワイヤロールが逆回転するように機械的に制御することができる部品を利用しなければならないために、溶接装備システムの価格が非常に高価であり、ロボット自動化溶接のみに使用が限定されているという問題点があった。

本発明は、前述した要求に応じるために案出されたものであって、アーク溶接のうち、バーンバック処理制御区間で溶接ワイヤに複数のパルス電流を印加して溶接ワイヤ先端の容積サイズを調節して、今後の利用時に、初期アーク発生を有利にするところにその目的がある。

本発明の実施形態によるアーク溶接バーンバック処理制御装置は、二酸化炭素ガスまたはアルゴンと二酸化炭素との混合ガスを利用したアーク溶接のうち、バーンバック処理を制御する装置において、溶接ワイヤを供給するワイヤ送給装置と、制御部を含み、溶接電源を供給する本体と、前記溶接電源を供給されて、前記溶接ワイヤに電流を印加する溶接ノズルと、を含み、前記溶接ワイヤと母材との間の電位差によって発生するアークによって、前記溶接ワイヤの先端が溶融されながら溶接が行われ、前記制御部は、本溶接区間及びバーンバック処理制御区間を含むアーク溶接処理で、バーンバック処理制御区間のうち、前記溶接ワイヤに複数のパルス電流を印加するように構成することができる。

この場合、前記制御部は、前記バーンバック処理制御区間のうちの前記複数のパルス電流を定電流になるように制御することができる。

また、前記制御部は、前記溶接ワイヤカッティング過程を省略できるように、前記複数のパルス電流によって、前記先端の容積が前記溶接ワイヤ直径よりも小さいか、同じに制御するように構成することができる。

また、前記制御部は、前記複数のパルスのうち、１個のパルス（Ｐｕｌｓｅ）当りに溶融された溶接ワイヤが１回ドロップ（Ｄｒｏｐ）できるように波形を制御するように構成することができる。

一方、本発明の実施形態によるアーク溶接バーンバック処理制御方法は、二酸化炭素ガスまたはアルゴンと二酸化炭素との混合ガスを利用したアーク溶接において、溶接電源及び溶接ワイヤを供給する段階と、前記溶接電源を供給されて溶接ワイヤに電流を印加する段階と、前記溶接ワイヤと母材との間の電位差によって発生するアークによって、前記溶接ワイヤの先端が溶融されながら溶接が行われる段階と、前記溶接が行われる段階後、前記溶接ワイヤに前記溶接ワイヤと母材との間の電位差とは異なる電圧を有する複数のパルスを印加する段階と、を含みうる。

この場合、前記複数のパルスを印加する段階は、前記複数のパルスが定電流を有するように印加されうる。

また、前記複数のパルスを印加する段階は、前記先端の容積が前記溶接ワイヤ直径よりも小さいか、同じに制御することができる。

また、前記制御段階は、前記複数のパルスのうち、１個のパルス当りに溶融された溶接ワイヤが１回ドロップできるように波形を制御することができる。

前述したようになされた本発明によるアーク溶接バーンバック処理制御方法は、アーク溶接のうち、バーンバック処理制御区間で複数のパルス電流を印加して溶接ワイヤ先端の容積のサイズを変形して、後続の溶接においてアークの発生を有利にする。これにより、アーク溶接処理初期のアーク発生失敗によるエラーを減らしうる。特に、従来の電子式制御は、初期アークを発生させるために、ワイヤカッティング過程を行わねばならない煩わしさがあったが、本発明は、ワイヤカッティング過程を省略することができる。

それだけではなく、機械式制御も、溶接装置を逆回転させて容積のサイズを調節することができるが、高価のシステムコストが要求され、機械を逆回転せずに、容積のサイズを変換することができて、コスト負担を減らしうる。もちろん、このような効果によって、本発明の範囲が限定されるものではない。

本発明の一実施形態によるアーク溶接装置の構成である。 本発明に係るアーク溶接制御プロセスを示す図面である。 本発明によるバーンバック処理制御後、溶接ワイヤ先端の容積を示す図面である。 従来技術によるバーンバック処理を行った溶接ワイヤの先端と本発明によるバーンバック処理を行った溶接ワイヤの先端とを比較するための図面である。 従来技術によるアーク溶接制御プロセスを示す図面である。 従来技術によるアーク溶接制御プロセスを示す図面である。 従来技術によるアーク溶接制御プロセスを示す図面である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳しく説明すれば、次の通りである。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態として具現可能なものであって、以下の実施形態は、本発明の開示を完全にし、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。また、説明の便宜上、図面では、構成要素が、その大きさが誇張または縮小されうる。

しかし、以下の実施形態は、当業者に本発明が十分に理解されるように提供されるものであって、さまざまな他の形態に変形され、本発明の範囲が、次に記述される実施形態に限定されるものではない。

以下、図１ないし図３を参照して、本発明によるバーンバック処理制御プロセスを詳しく説明する。図１は、本発明によるアーク溶接バーンバック装置の構成である。図２は、本発明によるアーク溶接の制御プロセスを示す図面である。図３は、本発明によるバーンバック処理制御後、溶接ワイヤ先端の容積を示す図面である。

図１を参照すれば、本発明の一実施形態によるアーク溶接バーンバック処理制御装置は、本体１００、ワイヤ送給装置１２０、溶接ノズル１３０を含む。

この際、本体１００は、制御部１１０及び電源供給部１１５を含みうる。電源供給部１１５は、溶接電源を溶接ワイヤ１４０及び母材１５０に供給することができる。本実施形態では、電源供給部１１５が本体１００に含まれる構成を図示したが、電源供給部１１５は、本体１００と別途構成で電源を供給しても、または本体１００の外部で本体１００を通じて溶接ワイヤ１４０及び母材１５０に電源を供給しても良い。

制御部１１０は、電源供給部１１５の電源供給を制御し、初期ガス供給区間（３２０）、無負荷電圧供給区間（３３０）、本溶接区間（３００）及びバーンバック処理区間（３１０）を含むアーク溶接プロセスを制御する。

以下、図２を参照して、本発明による溶接プロセスを説明する。初期ガス供給区間（３２０）には、二酸化炭素ガスまたはアルゴンと二酸化炭素との混合ガスが母材１５０と溶接ワイヤ１４０との間に遮蔽ガスとして供給され、この区間では、溶接ワイヤに電圧が印加されない。

初期ガス供給後には、無負荷電圧供給区間（３３０）が繋がる。無負荷電圧供給区間（３３０）では、アーク発生のために高電圧が溶接ワイヤ１４０と母材１５０との間に印加される。無負荷電圧供給区間（３３０）のうち、溶接ワイヤ１４０が送給されながら、溶接ワイヤ１４０と母材１５０との距離が次第に近接する。そして、一定距離以下に近接する場合に、アーク発生が始まる。

前述したように、アーク発生のためには、溶接ワイヤ１４０の先端の容積が小さいほど有利であり、従来技術では、容積をワイヤ端面よりも小さくするために、溶接前、溶接ワイヤ１４０の先端を手作業で切断するか、機械的に送給モータを逆回転させて先端の容積を減らした。

しかし、本発明では、定電流パルスを通じてバーンバック処理制御を行うことによって、別途の手作業や高価の装備なしにも溶接ワイヤ１４０の先端の容積を減らしうる。これについては、詳しく後述する。

本溶接区間（３００）では、定電圧または定電流が溶接ワイヤ１４０と母材１５０との間に印加され、溶接ワイヤ１４０がアークによって発生する熱に溶融されながら母材１５０に溶着される。

本溶接区間（３００）終了後には、バーンバック処理区間（３１０）が始まる。本発明によるバーンバック処理区間（３１０）は、溶接ワイヤ１４０に定電流を有する複数のパルスが印加される。

この場合、バーンバック処理区間（３１０）に印加されるパルスの数は、溶接ワイヤ１４０の材料によって決定されるが、望ましくは、２回〜１０回のパルスを印加することができる。このような本発明による定電流パルスの印加を通じて溶接ワイヤ先端の容積２１０のサイズを調節することができる。

図３を参照すれば、バーンバック処理区間（３１０）で、溶接ワイヤ１４０が一定の速度で送給されながら、複数の定電流パルス印加時に、アークが発生しながら、溶接ワイヤ１４０の先端が溶融されて母材１５０に溶着する。

この場合、望ましくは、制御部１１０は、複数のパルス電流のうち、１個のパルスが印加される間に溶融された溶接ワイヤ１４０が１回ドロップできるように、本溶接区間（３００）よりも十分に高電圧部分の電圧を高めて、電圧の波形を制御することができる。すなわち、本溶接区間（３００）に印加される電圧は、バーンバック処理区間（３１０）で印加されるパルス電圧の高電圧部分と異なる電圧が印加されうる。

したがって、制御部１１０は、バーンバック処理区間（３１０）で複数のパルスを印加して、溶接ワイヤ１４０先端の容積２１０が溶接ワイヤ１４０直径よりも小さいか、同じに制御し、溶接ワイヤ１４０カッティング過程を省略することが可能であり、高価の溶接システムを使用せずとも、溶接ワイヤ１４０先端の容積２１０を調節することができる。

また、図１を説明すれば、ワイヤ送給装置１２０は、溶接ワイヤ１４０を一定の速度及び／または一定の時間ごとに送給することができる。例えば、ワイヤ送給装置１２０は、溶接ワイヤ１４０がアーク溶接されて減少する度にワイヤを供給することができる。また、ワイヤ送給装置１２０は、本体１００から電源を供給されて溶接ノズル１３０に伝送しうる。

溶接ノズル１３０は、ワイヤ送給装置１２０から溶接電源を供給されて溶接ワイヤ１４０に電流を印加することができる。例えば、溶接電源を供給された溶接ワイヤ１４０は、母材１５０との電位差によって発生するアークによって溶接ワイヤ１４０の先端が溶融されながら、本溶接区間（３００）で溶接を行うことができる。

一方、本発明は、ロボット自動化溶接だけではなく、一般手動溶接にも適用可能であり、送給モータの逆回転を利用する容積制御特性を電子式制御に変えて送給モータを逆回転するコストを大きく節減することができる。また、アークが発生するのに有利になるように、溶接ワイヤ１４０先端の容積２１０を低コストで制御することができる。

図４は、一般電子式（定電圧方式）バーンバック処理で制御された溶接ワイヤ１４０先端、機械式バーンバック処理で制御された溶接ワイヤ先端及び本発明が適用された溶接ワイヤ１４０先端に対する写真である。

図４を参照すれば、一般バーンバック処理制御は、溶接後、溶接ワイヤ１４０端の容積２１０が溶接ワイヤ１４０直径よりも大きいが、本発明は、溶接ワイヤ１４０端の容積２１０が溶接ワイヤ１４０直径よりも小さいか、少なくとも同じに制御して、アークをより容易に発生させることができる。

また、本発明による溶接ワイヤ１４０の先端の容積２１０は、高価のシステムを活用した機械式バーンバック処理制御を通じた溶接ワイヤ１４０の先端の容積と対等のレベルである。

したがって、本発明を通じてコスト高になるという機械式制御を電子式制御に変えてコストを減少し、溶接ワイヤ先端の容積のサイズを溶接ワイヤよりも小さいか、少なくとも同じに制御して、アーク溶接プロセス初期にアークを発生させるのに有利に制御が可能である。

本発明は、図面に示された実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。

本発明は、アーク溶接時のバーンバック処理制御装置及び方法関連の技術分野に適用可能である。

１００：本体
１１０：制御部
１２０：ワイヤ送給装置
１３０：溶接ノズル

Claims (8)

1. 二酸化炭素ガスまたはアルゴンと二酸化炭素との混合ガスを利用したアーク溶接のうち、バーンバック処理を制御する装置において、
   溶接ワイヤを供給するワイヤ送給装置と、
   制御部を含み、溶接電源を供給する本体と、
   前記溶接電源が供給されて、前記溶接ワイヤに電流を印加する溶接ノズルと、を含み、
   前記溶接ワイヤと母材との間の電位差によって発生するアークによって、前記溶接ワイヤの先端が溶融されながら本溶接が行われ、
   前記制御部は、前記本溶接区間及び前記バーンバック処理区間を含むアーク溶接処理で、前記バーンバック処理区間のうち、前記溶接ワイヤに複数のパルス電流を印加するように構成され、
   前記制御部は、前記バーンバック処理区間のうち、前記溶接ワイヤが一定の速度で送給されながら、前記溶接ワイヤに前記複数のパルス電流を印加するようにパルス電圧を印加し、前記パルス電圧の高電圧部分の電圧が前記本溶接区間における溶接電圧より高い、
   アーク溶接バーンバック処理制御装置。
2. 前記制御部は、前記バーンバック処理区間のうちの前記複数のパルス電流を定電流になるように制御する請求項１に記載のアーク溶接バーンバック処理制御装置。
3. 前記制御部は、溶接ワイヤカッティング過程を省略できるように、前記複数のパルス電流によって、前記先端の容積が前記溶接ワイヤの直径よりも小さいか、同じに制御するように構成される請求項２に記載のアーク溶接バーンバック処理制御装置。
4. 前記制御部は、前記複数のパルス電流のうち、１個のパルス電流当りに溶融された溶接ワイヤが１回ドロップできるように前記パルス電圧の波形を制御するように構成される請求項１に記載のアーク溶接バーンバック処理制御装置。
5. 二酸化炭素ガスまたはアルゴンと二酸化炭素との混合ガスを利用したアーク溶接において、
   溶接電源及び溶接ワイヤを供給する段階と、
   前記溶接電源が供給されて溶接ワイヤに電流を印加する段階と、
   前記溶接ワイヤと母材との間の電位差によって発生するアークによって、前記溶接ワイヤの先端が溶融されながら本溶接が行われる段階と、
   前記本溶接が行われる段階後、前記溶接ワイヤに複数のパルス電流を印加するバーンバック処理段階と、を含み、
   前記バーンバック処理段階で、前記溶接ワイヤが一定の速度で送給されながら、前記溶接ワイヤに前記複数のパルス電流を印加するようにパルス電圧を印加し、前記パルス電圧の高電圧部分の電圧が前記本溶接が行われる段階の溶接電圧より高い、
   アーク溶接バーンバック処理制御方法。
6. 前記複数のパルス電流を印加するバーンバック処理段階は、前記複数のパルス電流が定電流を有するように印加される請求項５に記載のアーク溶接バーンバック処理制御方法。
7. 前記複数のパルス電流を印加するバーンバック処理段階は、前記先端の容積が前記溶接ワイヤの直径よりも小さいか、同じに制御する請求項６に記載のアーク溶接バーンバック処理制御方法。
8. 前記複数のパルス電流を印加するバーンバック処理段階は、前記複数のパルス電流のうち、１個のパルス電流当りに溶融された溶接ワイヤが１回ドロップできるように前記パルス電圧の波形を制御する請求項５に記載のアーク溶接バーンバック処理制御方法。