KR0130493B1 - 티그(tig) 아아크 용접기 - Google Patents

Abstract

단락된 텅스텐전극(28)을 모재료(29)로부터 떼어내는 용이한 작업에 의해 아아크 발생후의 정상의 출력전류의 대소에 의하지 않고, 잡음을 발생시키는 일이 없이 확실히 또한 안정적으로 아아크개시 될 수 있게 한 것으로서 용접부하(27)의 텅스텐전극(28)을 모재료(29)에 단락시켜서 부하급전을 개시하는 아아크 개시시의 출력전류 설정용의 개시전류 설정신호를 출력시키는 개시전류 설정기(32)와 아아크 개시후의 정상의 출력전류 설정용의 정상전류 설정신호를 출력시키는 정상전류설정기(33)과 아아크 개시시에 개시전류 설정신호를 출력전류 설정신호로서 출력시키고, 아아크 개시에 의해 전극(28)이 모재료(29)로부터 떨어진 직후의 소정기간 양설정 신호중의 전류출력이 크게되는 한쪽을 출력전류 설정 신호로서 출력시키고, 소정기간의 경과후에 정상전류 설정신호를 출력전류 설정신호로서 출력시키는 설정신호 출력전환수단을 구비한 티그 아아크 용접기이다.

Description

티그(TIG)아아크 용접기

제1도는 본 발명의 티그 아아크 용접기의 일실시예의 결선도.

제2도(a)∼(d)는 정상의 출력전류가 소전류인때의 제1도의 동작 설명용의 동작도.

제3도(a)∼(d)는 정상의 출력전류가 대전류인때의 제1도의 동작 설명용의 동작도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

26 : 저주파 구동장치 27 : 용접부하

28 : 텅스텐 전극 29 : 모재료

30 : 전류검출기 31 : 전압검출기

32 : 개시전류설정기 33 : 정상전류 설정기

34 : OR회로 37,38 : 계전기 접점

본 발명은 정전류 출력에 궤환제어되는 티그(Tungsten inert gas : TIG) 아아크 용접기에 관한 것이다.

종래의 티그 아아크 용접기에 있어서는 고융점재료의 텅스텐 전극을 사용하여, 용접기로부터 전극, 모재료의 용접부하에 정전류로 궤환(이하, 피드백이라고도 한다)제어된 직류 또는 교류의 용접출력을 공급하여 모재료를 용융시켜서 용접하였다.

그런데, 아아크 개시시에 텅스텐전극을 모재료에 접촉시켜서 대용량의 정전류로 기동시키면 텅스텐 전극이 모재료에 용융되어 용접불량을 일으킨다.

또, 아아크 개시시의 기동전류가 적으면 텅스텐 전극과 모재료의 사이에 아아크가 발생하지 않아 아아크 개시불량이 발생한다.

그리고, 종래에는 아아크 개시시, 전극과 모재료간에 공극을 형성하여, 이 공극에 고주파(2∼3MHz), 고전압(2000∼3000V)를 인가해서 아아크를 발생시키고, 이 아아크 발생후에 정상전류의 정전류 용접으로 이행하여 상기한 용접불량 아아크 개시불량을 방지하고 있었다.

그러나, 종래와 같이 전극과 모재료간에 공극을 형성하여 아아크 개시한 경우, 차광보호구를 벗기고 개시위치(공극위치)를 확인한 후, 다시 차광보호구를 장착하고 아아크 개시를 하지 않으면 안되어 작업성이 나쁘며, 더구나 개시위치를 어긋남이 없이 정확히 설정하는 것이 용이하지 않아 작업에 숙련을 요하는 문제점도 있다.

또한, 고주파, 고전압을 인가해서 아아크 개시하기 때문에 고주파, 고전압의 잡음이 발생하여 이 잡음이 인근의 전기기기나 제어기기에 악영향을 주고, 특히 디지탈화되어 동작전압이 낮은 것은 용이하게 오동작하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점에 감안하여 이루어진 것으로 용이한 작업에 의해 용접불량, 잡음의 발생을 방지하며 확실하게 또한 안정적으로 아아크 개시할 수 있는 티그 아아크 용접기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 티그 아아크 용접기의 경우, 용접부하에 공급하는 출력전류의 검출신호와 출력전류 설정신호와의 오차신호에 의해 출력제어용의 제어소자를 제어해서 상기한 출력전류를 궤환제어하는 티그 아아크 용접기에 있어서, 상기한 용접부하의 텅스텐전극을 모재료에 단락해서 부하급전을 개시하는 아아크 개시시의 출력전류 설정용의 개시전류 설정신호를 출력하는 개시전류설정기와, 아아크 개시후의 정상의 출력전류설정용의 정상전류 설정신호를 출력하는 정상전류설정기와, 상기한 출력전류 설정신호를 아아크 개시시는 상기한 개시전류 설정신호에, 아아크 개시에 의해 상기한 텅스텐전극이 상기한 모재료로부터 떨어진 직후의 소정기간은 상기한 양 설정신호중의 상기한 출력전류가 큰 한쪽에, 상기한 소정기간의 경과후는 상기한 정상전류 설정신호로 전환하는 설정신호 출력전환수단을 구비하고 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명이 티그 아아크 용접기의 경우, 아아크 개시시에는 최초에 출력전류 설정신호가 개시전류 설정기의 개시전류 설정신호로 유지되어, 정상의 출력전류의 대소에 의하지 않고 단락된 텅스텐 전극과 모재료의 아아크 발생에 적당한 크기의 출력전류가 공급된다.

다음에 예를 들면 텅스텐 전극이 끌어올려져서 이 전극과 모재료가 떨어져서 아아크가 발생하면, 이 아아크의 발생을 확실히 하기 위해 출력전류 설정신호가 양 설정신호의 어느것인가 출력전류치의 큰 쪽이 된다.

즉, 정상의 출력전류가 작아 개시전류 설정신호가 정상전류 설정신호보다 대전류 출력의 설정신호가 되는 때에는 출력전류 설정신호가 계속해서 개시전류 설정신호로 유지된다.

또, 정상의 출력전류가 커 정상전류 설정신호가 개시전류 설정신호보다 대전류 출력의 설정신호가 되는때에는 출력전류 설정신호가 정상전류 설정신호로 전환된다.

그리고, 소정의 시간이 경과해서 아아크가 안정화되면, 출력전류 설정신호가 정상전류 설정신호가 되고, 이 설정신호에 기초하여 설정된 출력전류의 용접출력이 텅스텐전극과 모재료의 용접부하에 공급되어 아아크가 지속해서 양호한 티그 아아크 용접이 행해진다.

[실시예]

다음으로 제1도 내지 제3도를 참조해서 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

제1도에 있어서 1a, 1b는 용접기의 전원입력단자, 2는 다이오드(3)(4)(5)(6)의 브리지구성의 입력정류기, 7은 평활콘덴서, 8은 IGBT, 트랜지스터, MOSFET 등의 2개의 스위칭소자(9)(10) 및 콘덴서(11)(12)로 된 하프 브리지(half bridge)구성의 고주파 인버터(inverter)로서 고주파 구동장치(13)의 제어에 의해 콘덴서(7)의 직류출력을 1KHz 이상의 소정주파수의 고주파 교류로 변환시킨다.

14는 고주파 인버터(8)의 고주파 교류를 용접에 필요한 전압으로 변환시키는 변압기, 15는 변압기(14)의 2차측 출력을 정류시키는 다이오드(16)(17)(18)(19)의 브리지 구성의 출력정류기, 20은 평활용 리액터, 21은 IGBT, 트랜지스터, MOSFET 등의 4개의 스위칭소자(22)(23)(24)(25)의 풀 브리지(Full bridge)인버터 구성의 저주파발생장치로서 저주파 구동장치(26)의 PWM(펄스폭 변조)제어에 의해 정상시에는 리액터(20)의 직류출력을 100Hz 정도의 저주파의 용접출력으로 변환시켜서 출력시킨다.

27은 용접부하로서, 저주파발생장치(21)의 한쌍의 출력단자(a)(b)에 접속된 텅스텐전극(28), 모재료(29)로 이루어진다.

30은 출력단자(b)와 모재료(29)의 사이에 설치된 전류검출기, 31은 전극(28)과 모재료(29)간의 아아크 전압을 검출하는 전압검출기이다.

32는 개시전류 설정신호를 출력시키는 개시전류설정기, 33은 정상전류 설정신호를 출력시키는 정상전류설정기, 34는 설정신호 선택용의 OR회로로서 설정기(32)(33)에 양극이 접속되는 OR게이트용의 다이오드(35)(36)을 갖는다.

37, 38은 일단이 다이오드(35)(36)의 음극에 접속된 계전기 접점으로, 상폐(常閉)의 계전기접점(37)은 구동장치(26)에 의해 개폐제어되고, 상개(常開)의 계전기접점(38)은 전압검출기(31)에 의해 개폐제어된다.

39는 계전기접점(37)(38)의 타단의 접속점으로부터 출력되는 OR회로(34)의 출력전류 설정신호와 전류검출기(30)의 전류검출신호와의 오차를 연산하는 오차증폭기로, 출력신호를 정전류 피드백(궤환)제어의 신호로서 구동장치(26)에 공급한다.

또한, 구동장치(26), 전압검출기(31), OR회로(34) 및 계전기접점(37)(38)은 설정신호 출력전환수단을 형성한다.

그리고, 전원입력단자(1a)(1b)의 교류전원이 입력정류기(2), 콘덴서(7)에 의해 정류 평활되어서 직류로 변환되고, 이 직류가 고주파인버터(8)에 공급되어 고주파구동장치(13)에 의한 스위칭소자(9)(10)의 구동제어에 의해 고주파 교류로 변환된다.

또한, 이 고주파교류가 변압기(14)를 거쳐서 출력정류기(15)에 공급되고, 이 정류기(15)와 리액터(20)의 정류/평활에 의해 고주파 교류가 재차 직류로 변환된다.

그리고, 이 직류가 저주파발생장치(21)에 전원으로서 공급되어, 저주파 구동장치(26)에 의한 스위칭소자(22)∼(25)의 구동제어에 의해 저주파발생장치(21)은 아아크 개시시에는 음극성의 직류출력 상태가 되고, 아아크 발생후에는 교류출력 상태로 이행한다.

또한, 저주파발생장치(21)의 출력이 용접부하(27)에 공급되고, 이 공급에 기초하여 용접부하(27)에 흐르는 전류는 전류검출기(30)에 의해 검출되며, 전극(28)을 음으로 하는 전극(28), 모재료(29)간의 아아크 전압은 전압검출기(31)에 의해 검출된다.

그리고, 전류검출기(30)의 전류검출신호와 OR회로(34)의 출력전류 설정신호가 오차증폭기(39)에 공급되고, 이 증폭기(39)의 출력신호에 의해 저주파 구동장치(26)이 저주파발생장치(21)의 출력을 출력전류 설정신호에 기초한 정전류로 피드백 제어한다.

또, 아아크 전압의 발생에 전압검출기(31)은 전압검출신호를 제어 전환하는 지령신호로서 저주파 구동장치(26)에 공급함과 동시에 내장된 계전기코일을 통전시켜서 계전기 접점(38)을 폐색시킨다.

또한, 저주파 구동장치(26)은 도시를 생각한 아아크 개시스위치의 조작에 기초한 기동지령신호의 공급에 의해 기동되어서 아아크 개시제어를 실행하고, 전압검출신호가 공급되면 이 공급으로부터 소정시간 예를 들면 저주파발생장치(21)의 저주파 출력의 반주기가 경과한 때에 정상출력제어로 이행함과 동시에 내장된 계전기 코일을 통전시켜서 계전기접점(37)을 개방시킨다.

그리고, 계전기접점(37)(38)의 개폐의 조합에 의해 아아크 개시시(기동시)에는 설정기(32)의 개시전류 설정신호가 출력전류 설정신호를 형성하고, 아아크 발생직후의 소정기간은 설정기(32)(33)의 양 설정신호중 출력전류가 크게 되는 한쪽이 출력전류 설정신호를 형성하고, 상기한 소정기간의 경과 후에는 설정기(33)의 정상전류 설정신호가 출력전류 설정신호를 형성한다.

그런데 개시전류 설정신호는 출력전류를 아아크개시에 필요한 적당한 크기의 개시전류(단락전류)로 설정하는 직류의 전압신호이며, 정상전류 설정신호는 출력전류를 아아크 발생후의 정상전류로 설정하는 직류의 전압신호이다.

그리고, 모재료(29) 등의 용접조건에 기초하여 정상시의 출력전류는 개시전류보다 소전류로 설정되는 경우 및 개시전류 이상의 대전류로 설정되는 경우가 있다.

다음으로 정상의 출력전류가 소전류로 설정된 경우에 대해 제2도의 (a)∼(d)를 참조해서 설명한다.

또한, 제2도의 (a)는 기동지령 신호를 나타내고, 동 도면의 (b)는 모재료(29)가 정전위가 되는 때를 정으로 하는 전극(28)과 모재료(29)간의 전압(출력전압)을 나타내고, 동 도면의 (c)는 모재료(29)로부터 전극(28)의 방향을 정으로 하는 용접부하(27)의 전류(출력전류)를 나타내고, 동 도면의 (d)는 전극(28)과 모재료(29)의 상태를 나타낸다.

그리고, 제2도의 (a)에 나타내는바와 같이 t1의 아아크개시시에 기동지령 신호가 출력되면, 저주파 구동장치(26)의 아아크 개시제어에 의해 스위칭소자(22)(25)가 「ON」으로 스위칭소자(23)(24)가 「OFF」가 되어 저주파발생장치(21)이 출력단자(a)를 정(+), 출력단자(b)를 부(-)로 하는 직류출력 상태가 된다.

이 때 계전기접점(37)이 폐색유지되고 계전기접점(38)이 개방되어 출력전류설정신호는 설정기(32)의 개시전류 설정신호가 된다.

또, 전극(28)과 모재료(29)는 제2도의 (d)에 나타내는 바와같이 단락전의 개방상태에 있다.

그리고, 전극(28)과 모재료(29)간에 아아크가 발생하지 않고 있기 때문에 출력전압은 제2도의 (b)에 나타내는 바와같이 커다란무부하 전압이 되고, 출력전류는 동 도면의 (c)에 나타내는 바와 같이 「0」이 된다.

다음에 제2도의 (d)에 나타내는 바와같이 t2에 전극(28)과 모재료(29)가 접촉해서 단락되고 아아크 개시시가 되면, 동 도면의 (b)에 나타내는바와 같이 출력전압은 소실해서 출력전류가 흐르기 시작하고, 오차 증폭기(39)의 출력신호에 기초한 피드백제어에 의해 출력전류는 동 도면의 (c)에 나타내는 바와같이 개시전류설정신호에 기초한 정전류치의 단락전류가 된다.

그리고, 이 단락전류의 유통에 의해 전극(28)과 모재료(29)가 예비적으로 가열된다.

다음에 t3에 전극(28)이 모재료(29)로부터 끌어올려지기 시작하면, 제2도의 (d)에 나타내는 바와같이 즉시 전극(28)과 모재료(29)간에 아아크(40)이 발생하고, 제2도의 (b)에 나타내는 바와같이 출력전압이 아아크 전압이 된다.

이 아아크전압의 검출에 기초해서 전압검출기(31)이 계전기접점(38)을 폐색시키고, 이 폐색에 의해 계전기접전(37)(38)의 동시 폐색상태가 되지만 개시전류 설정신호가 정상전류 설정신호보다 고전압의 신호이기 때문에 OR회로(34)는 출력전류 설정신호를 계속해서 개시전류 설정신호로 유지한다.

그리고, 이 개시전류 설정신호에 기초한 정전류제어에 의해 출력전류는 아아크 발생직후의 소정기간(반 주기의 기간) 전극(28)이 모재료(29)에 용융되지 않을 정도의 적당한 개시전류로 유지되어 아아크가 안정화한다.

더욱이 상기한 소정기간이 경과해서 t4에 도달하면 구동장치(26)은 저상출력제어로 이행함과 동시에 계전기접점(37)을 개방하고, 이후 이 상태가 계속된다.

그 때문에 t4 이후에는 스위치소자(22)(25)와 스위칭소자(23)(24)가 주기적으로 교대로 「ON」이 되어 출력전류가 저주파의 교류전류가 됨과 동시에 그 크기가 정상전류 설정신호에 기초한 정상전류로 정전류 제어되어 교류의 정전류 티그 아아크 용접이 행해진다.

그리고, t2의 아아크개시시에 출력전류가 적당한 개시전류가 되어 출력전류의 부족이 없이 아아크(40)이 확실히 발생되고, 또 아아크 발생 직후로부터 소정기간은 개시전류로 유지되기 때문에 아아크가 확실하고 안정적으로 발생해서 아아크 개시가 확실히 행해진다.

다음으로 정상의 출력전류가 대전류로 설정된 경우에 대해 제3도의 (a)∼(d)를 참조해서 설명한다.

또한, 제3도의 (a)∼(d)는 제2도의 (a)∼(d)에 대응하고, (a)는 기동지령신호를 나타내며, (b)는 출력전압을 나타내고, (c)는 출력전류를 나타내며, (d)는 전극(28)과 모재료(29)의 상태를 나타낸다.

그리고, 제2도의 t1에 상당하는 t1'에 기동지령신호가 출력되고, t2에 상당하는 t2'에 전극(28)과 모재료(29)가 접촉해서 단락하며, t3에 상당하는 t3'에 전극(28)이 모재료(29)로부터 끌어올려져서 아아크(40)이 발생하면 t3'에 계전기접점(38)이 폐색되어서 계전기접점(37)(38)의 동시 폐색상태가 된다.

이 때, 개시전류 설정신호보다 정상전류 설정신호가 고전압의 신호이기 때문에 OR회로(34)는 출력전류 설정신호를 정상전류 설정신호로 전환시킨다.

이 전환에 의해 출력전류가 개시전류보다 크게 되어 충분한 전류급전에 의해 아아크가 안정화한다.

또, 제2도의 t4에 상당하는 t4'가 되면 구동장치(26)이 정상출력제어로 이행하고, 이후는 출력전류가 정상전류 설정신호에 기초해서 정전류 제어된 저주파의 교류전류가 된다.

그리고, 전극(28)과 모재료(29)가 단락되면 t2'의 아아크개시시에 출력전류가 적당한 개시전류로 유지되어 과대전류에 의한 전극(28)의 모재료(29)에의 용융을 방지하는 아아크(40)이 발생하고, 더구나 아아크 발생후는 즉시 큰 정상전류로 전환되어서 아아크가 안정화하기 때문에 이 경우에도 아아크가 확실하고, 또한 안정적으로 발생해서 아아크 개시가 확실히 행해진다.

따라서 종래와 같이 전극(28)과 모재료(29)간에 공극을 형성해서 고주파/ 고전압을 인가시키는일 없이 전극(28)과 모재료(29)를 접촉시켜서 단락시킨 상태로부터 전극(28)을 끌어올려서 단락을 개방시키는 간단한 작업에 의해 정상의 출력전류의 대소에 의하지 않고, 고주파 잡음을 발생시키는 일이 없이 접촉불양, 아아크 개시불량을 방지해서 확실하고, 또한 안정적으로 아아크개시가 행해진다.

또한, 아아크 개시시의 개시전류를 전극(28)을 정(+), 모재료(29)를 부(-)로 하는 방향의 전류로 하고 있는 것은 전극(28)을 가열해서 아아크개시를 한층 용이하게 하기 위한 것이다.

그리고, 상기한 실시예에서는 저주파발생장치(21)을 설치해서 정상의 출력전류를 저주파의 교류전류로 하여 교류의 티그 아아크 용접을 행하는 경우에 적용했으나, 정상의 출력전류도 직류전류로 해서 직류의 티그 아아크 용접을 행하는 경우에도 적용할 수가 있다.

또한, 제2도의 t4, 제3도의 t4'이후에 저주파발생장치(21)의 스위칭소자(22)(25) 또는 스위칭소자(23)(24)만을 「ON」제어하고, 제1도의 구성에 의해 직류의 티그 아아크 용접을 행하는 것도 가능하다.

그리고, 용도에 따라 저주파발생장치(21)의 정상출력제어를 변경시키고, 제1도의 용접기를 교류의 티그 아아크 용접과 직류의 티그 아아크 용접으로 전환해서 사용하게 하는 것도 가능하다.

또한, 아아크 발생 직후의 소정기간은 적당히 설정하면 되고, 예를 들면 정상의 출력전류의 2∼3주기 정도로 설정해서 아아크개시를 더욱 확실히 하도록 해도 된다.

그리고, 각 부의 구성은 실시예에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 저주파발생장치(21)의 대신에 사이리스터 등의 위상제어로 출력전류가 변화하는 교류 또는 직류의 출력장치를 설치해도 된다.

본 발명은 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있기 때문에 다음에 기재하는 효과를 나타낸다.

아아크 개시시 최초에 출력전류 설정신호가 개시전류설정기(32)의 개시전류 설정신호로 유지되고, 정상의 출력전류의 대소에 의하지 않고, 용접부하(27)의 단락된 텅스텐전극(28)과 모재료(29)에 아아크 발생에 적당한 크기의 출력전류가 공급되고, 이 상태에서 전극(28)과 모재료(29)가 떨어져 아아크가 발생하면 이 아아크의 발생을 확실히 하기 위해 설정신호출력 전환수단에 의해 출력전류 설정신호가 개시전류 설정신호와 정상전류 설정신호와의 어느쪽인가 출력전류가 크게 되는 한쪽이 된다.

이 때 정상의 출력전류가 소전류이면 출력전류 설정신호가 계속해서 개시전류 설정신호로 유지되고, 정상의 출력전류가 대전류이면 출력전류 설정신호가 정상전류 설정신호로 전환되어 아아크 지속에 충분한 출력전류가 용접부하(27)에 공급된다.

그리고, 아아크 발생 직후로부터 소정기간 경과해서 아아크가 안정되면, 출력전류 설정신호가 정상전류 설정신호가 되고, 이후 이 정전류에 궤환(피드백) 제어된 정상의 출력전류가 용접부하(27)에 급전되어서 티그 아아크 용접이 행해진다.

그 때문에 아아크 발생후의 정상의 출력전류의 대소에 의하지 않고, 아아크 개시시에는 적당한 개시전류에 의해 아아크가 확실히 발생하고, 이 발생으로부터 소정기간은 출력전류가 개시전류 또는 정상의 출력전류의 어느것인가 큰 한쪽으로 되어서 발생된 아아크가 안정적으로 지속되며, 전극(28)의 모재료(29)에의 용융 및 아아크개시 불량을 방지하고, 단락된 전극(28)을 모재료(29)로부터 떼어내는 용이한 작업에 의해 용접불량 등을 일으키는 일이 없고 또한 고주파의 잡음을 발생시키는 일도 없이 확실하고 안저적으로 아아크개시를 할 수가 있다.

Claims (1)

1. 용접부하(27)에 공급하는 출력전류의 검출신호와 출력전류 설정신호와의 오차신호에 의해 출력제어용의 제어소자(22)(23)(24)(25)를 제어해서 상기한 출력전류를 궤환 제어하는 티그 아아크 용접기에 있어서, 상기한 용접부하(27)의 텅스텐전극(28)을 모재료(29)에 단락해서 부하급전을 개시하는 아아크 개시시의 출력전류 설정용의 개시전류 설정신호를 출력하는 개시전류설정기(32)와, 아아크 개시후의 정상의 출력전류설정용의 정상전류 설정신호를 출력하는 정상전류설정기(33)과, 상기한 출력전류 설정신호를 아아크 개시시는 상기한 개시전류 설정신호에, 아아크 개시에 의해 상기한 텅스텐전극(28)이 상기한 모재료(29)로부터 떨어진 직후의 소정기간은 상기한 양 설정신호중의 상기한 출력전류가 큰 한쪽에, 상기한 소정기간의 경과후는 상기한 정상전류 설정신호로 전환하는 설정신호 출력전환수단을 구비한 것을 특징으로 하는 티그 아아크 용접기.