KR0135224B1 - 아아크 용접 와이어의 동작 특성을 판정하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

용접 와이어의 용접 특성을 용접공이 알 수 있도록 표시하는 파라미터로서 전기 아아크 용접 와이어의 전압에 민감한 상기 파라미터를 설정하는 본 발명의 장치는 상기 와이어를 가공물쪽으로 공급하는 수단과, 상기 용접 와이어와 가공물 사이에서 용접 아아크를 생성하여 전압에 민감한 아아크 용접 절차에 의해 상기 가공물상에 상기 용접 와이어를 용해 및 피복시킬 수 있도록 상기 용접 와이어와 가공물사이에 전압을 인가하는 수단과, 스프레이 용접과 구형용접 사이의 전송 영역을 통해 상기 용접 절차가 전환될 수 있도록 상기 인가전압을 차츰 변화시키는 수단과; 상기 인가 전압이 변화될 때 상기 와이어와 가공물간의 실제 전압을 검출하는 수단과, 상기 실제 전압 감소가 소정의 임계 전압보다 낮을 때마다 이때를 감지하는 수단과, 감지된 횟수를 평균하는 수단과, 감지된 횟수의 평균값이 소정의 수와 동일할 때의 인가 전압값을 검출하는 수단과, 상기 용접 절차를 표시하는 값이 상기 전송 영역내에 있게 하도록 상기 소정수를 선택하는 수단을 구비한다.

Description

아아크 용접 와이어의 동작 특성을 판정하는 방법 및 장치

제1도는 본 발명의 양호한 실시예를 실행하기 위한 장치의 개략적인 블록도.

제2a도 내지 제2c도는 본 발명에 따른 용접을 예시할 목적으로 아아크 양단에 걸리는 전압을 점진적으로 감소시켰을 때 발생하는 아아크의 모양을 도시하는 도면.

제3도는 본 발명을 실시하는 동안 아아크 양단의 전압 특성을 나타내는 전압 그래프.

제4a도는 본 발명의 양호한 실시예의 일 특징을 예시한 블록도.

제4b도는 제4도에 도시된 블록도의 동작 특성을 예시한 그래프.

제5도는 본 발명의 양호한 실시예의 실행 단계 및 수단의 블록도.

제6도는 제4도 및 제5도에 예시된 블록도와 관련하여 본 발명의 양호한 실시예 또다른 예를 예시하는 블록도.

제7a도는 제4-6도에 개략적으로 예시된 바와 같이 본 발명의 양호한 실시예를 사용하는, 본 발명에 따라 작성된 값들을 예시한 그래프.

제7b도는 본 발명의 양호한 실시예의 변형예를 예시한 제7도의 일부와 유사한 부분 그래프.

제8도는 본 발명의 양호한 실시예를 또 다르게 이용할 경우를, 제7도의 그래프와 유사하게 도시한 그래프.

＊도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10:검사장치 10a,10b:패널

12:정전압 전원20:용접 와이어

22:릴30:접촉 슬라이브

32:가공물34:와이어의 단부

40:전압 감소 라인42:제어 단자

60:전압 감지 장치

본 발명은 용접 와이어(filler wire)를 이용하여 전기 아아크 용접을 하는 분야에 관한 것으로 특히, 스풀(spool), 릴, 코일 또는 드럼 형태로 시판되고 있는 아아크 용접 와이어의 동작 특성을 측정 또는 판정하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명은 특히 스풀 또는 릴 상에 제공되는 형태이면서, 자동 또는 반자동 아아크 용접을 위해 사용되는 용접 와이어에 적용될 수 있다. 실질적으로, 본 발명은 로봇 용접 및 자동 용접을 위해 대형 스풀 또는 릴에 제공된 용접 와이어를 사용하는 곳에 주로 적용되며, 본 명세서에서는 특히 대량 생산에 사용되는 특정한 유형의 용접 와이어에 대해 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 보다 넓게 응용될 수 있으며, 용접 와이어의 품질 및 예상되는 용접 와이어의 동작 특성을 예측 및/또는 판정하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명은 용접 와이어에 대해 가상적인 또는 간접적인 검사 절차를 이용한다.

대량 생산을 위해 반복 용접을 실시하는 로봇 용접 장비를 이용할 경우, 제조 설비에서는, 대형 코일 또는 릴의 형태로 통상 탄소 함유량이 낮은 용접 와이어가 제공되어야 한다. 이러한 릴은 미리 선정된 와이어 공급 속도, 인가 전압 레벨 및 그 밖의 공정에 관련한 변수에 따라 설정되어 있는 용접기에 적재된다. 용접 와이어 릴의 교환은 릴의 단부를 용접기에 적재시킴으로써 이루어진다. 어떤 경우에 있어서는, 제1릴에 감긴 와이어의 끝 부분은 제2릴에 감긴 와이어의 시작 부분과 겹쳐 이어진다. 이러한 방식으로, 대량 생산을 위한 반복 용접 작업은, 생산비를 줄이기 위해 연속적으로 그리고 경제적으로 행해진다. 이렇게 생산성이 높은 아아크 용접 방법은 일관성 있는 용접 와이어를 필요로 하며, 용접 공정시에 스패터(spatter)를 생성하지 않거나 아주 적은 양의 스패터만을 생성하는 용접 와이어를 필요로 한다. 이러한 용접 와이어의 일관성과 스패터가 낮아야 한다는 요구 조건들은 용접 와이어를 사용하는 유형의 대량 생산에 있어서 일반적인 조건들이다. 만일 용접 와이어가 일관성이 없을 경우, 용접기의 작업 속도 및 전기적 특성은 후속하는 와이어 릴의 조건에 부합되도록 재조정할 필요가 있게 된다. 결과적으로, 만일 용접 와이어의 일관성이, 그것이 감겨 있는 릴마다 또는 시간이 경과할수록 변할 경우, 더 이상 상업용으로서의 유용 가치가 없게 된다. 따라서, 제각기 다른 릴에 감겨 있는 와이어의 일관성은 반드시 동일하여야 하며, 그리고 스패터의 발생없이 용접할 수 있어야 한다. 결국, 대량 생산에 있어 용접 와이어를 사용하기에 앞서, 용접 와이어의 일관성 검사가 반드시 이루어져야 한다.

본 발명에 따르면, 아아크 용접시에 주어진 릴의 용접 와이어의 기능이 어떻게 수행되는지를 예측하는 방법 및 장치가 제공된다. 본 발명의 적용시에, 릴 상에 제공되는 유형의 용접 와이어가 사용된다. 와이어의 용접 특성과 상호 관련이 있으며 스패터 전압(spatter voltage) 이라고도 칭하는 전압이 결정되는데, 이 스패터 전압은 자동 또는 반자동 아아크 용접에 사용되는 용접 와이어의 전기적 특성을 예측할 수 있게 해준다. 본 발명에 의해 결정된 특정 스패터 전압을 갖는 용접 와이어는 아아크 용접에서 일관성을 갖게 될 것이다. 따라서, 제조업자는 용접 와이어로부터 검출 및 결정된 스패터 전압을 이용하여, 와이어의 일관성을 측정할 수 있게 된다. 용접 와이어가 본 발명에 의해 결정된 특정 스패터 전압을 가질 경우, 이 용접 와이어는 선행하는 릴 상에 감긴 용접 와이어와 동일한 특성을 가지게 될 것이다. 결과적으로, 본 발명은 용접 와이어에 있어 전압에 민감한 변수를 결정하기 위해 사용되는데, 만일 이 변수가 선행하는 용접 와이어의 변수와 동일할 경우, 검사된 용접 와이어는 일관성을 갖는 것으로 간주될 것이다. 또한, 본 발명은, 스패터 량을 최소화시키기 위해 주어진 용접 와이어에 인가되는 최적의 전압을 결정하는 데에도 적용될 수 있다. 따라서, 스패터 전압에 대한 소정의 허용 한계치 범위에 속하도록 와이어를 제조할 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 전기 아아크 용접 와이어의 전압에 민감한 변수 즉, 스패터 전압을 결정하는 방법이 제공되는데, 상기 변수는 용접공으로 하여금 용접 와이어의 용접 특성을 알 수 있도록 해준다. 이 방법은 용접 와이어를 가공물 쪽으로 공급하는 단계와, 전압에 민감한 아아크 용접 절차에 따라 용접 와이어와 가공물 사이에서 용접 아아크를 생성하여 가공물 상에 용접 와이어를 용융 및 융착시킬 수 있도록 용접 와이어와 가공물 사이에 전압을 인가하는 단계와, 스프레이 용접(spray welding)과 그로뷸러 용접(globular welding) 사이의 이행(移行) 영역(transfer region)을 통해 전압 절차가 전환될 수 있도록 인가 전압을 점차적으로 변화시키는 단계와, 인가 전압이 변화될 때 와이어와 가공물간의 실제 전압을 검출하는 단계와, 실제 전압이 선정된 임계 전압 미만으로 감소할 때를 매번 감지하는 단계와, 감지된 횟수를 평균내는 단계와, 감지된 횟수의 평균치가 선정된 횟수와 동일할 때의 인가 전압치를 검출하는 단계와, 그리고 용접 절차를 표시하는 값이 스프레이 용접과 그로뷸러 용접 사이의 이행 영역내에 있게 하는 상기 선정된 횟수를 선택하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또다른 태양에 따르면, 전기 아아크 용접 와이어의 전압에 민감한 변수 즉, 스패터 전압을 결정하는 장치가 제공되는데, 이 변수는 용접공으로 하여금 용접 와이어의 용접 특성을 알 수 있도록 표시해준다. 상기 장치는 본 발명의 상술한 방법의 각각의 단계들을 달성하는데 필요한 수단들을 포함한다.

용접 와이어가 릴에 적재된 다음 용접기에 설치될 경우, 조작자는 가장 바람직하다고 판단되는 용접 특성을 얻을 수 있도록 전압을 조절한다. 이러한 용접 특성을 얻는데 있어서, 용접공은 용접 작업에 인가되는 전압을 조절할 때, 아아크에 불꽃이 일어나게하여 용접 동작을 관찰한다. 또한, 숙력된 전문가인 용접공은 아아크의 소리를 경청한다. 아아크의 모양 및 소리가 최적화되었을 때, 용접공은 용접기를 세팅시키고 용접 절차를 시작한다. 이러한 과정은 로봇 장치에 의해 이용될 때와 같이 자동 및 반자동 용접 절차를 세팅하기 위해 사용된다. 본 발명을 실시함으로써, 용접공 또는 용접 기사는 릴을 교체할 때마다 용접기를 조절할 필요가 없게 된다. 새로운 릴이 용접기에 적재되고, 용접 절차는 이전의 세팅에 따라 연속된다. 따라서, 용접기는 소망하는 동작 특성에서 작동되도록 지속 유지되고, 각각의 릴도이와 마찬가지로 작동하게 된다.

본 발명은 용접 와이어의 아주 유용한 특성을 표시하는, 주어진 용접 와이어의 전압을 결정 해준다. 이렇게 결정된 전압(즉, 본 명세서에서 스패터 전압이라고 칭함)은 용접 와이어를 사용하는 각 용접공으로 하여금 용접 절차를 조절할 때, 용접 특성을 판별할 수 있도록 해준다. 본 발명에 의해 결정된 전압은 각 용접공에 의해 사용되는 전압, 또는 실제 와이어를 이용한 용접 절차에 사용되는 전압과는 다르다. 본 발명은 전압에 민감한 변수를 결정해주는데, 이 변수는 용접 와이어의 후속 동작을 표시하는 전압이며, 개별적인 세팅을 위해 용접공에 직접 제공되는 전압은 아니다. 그러나, 본 발명에 의해 결정된 전압은 다음 사용자를 위한 어떤 값을 가질 수 있지만, 그것은 동작 특성을 전달하고자 하는 것이 아니라 단지 하나의 릴로부터 공급되는 와이어가 선행하는 릴의 와이어와 동일한지를 판정하기 위한 것이다. 두 번째 장점은, 특정 릴에 대해 낮은 스패터를 초래하는 전압이 하나의 릴과 다른 릴 사이에서 동일한 전압 세팅 값으로 지속 유지된다는 것이다. 결과적으로, 용접공이 낮은 스패터를 위한 전압 세팅을 결정하여 그 특성을 알아낼 경우, 동일한 스패터 전압을 갖는 와이어는 조작자에 의해 조절될 전압에서라도 동일한 스패터 특성을 갖게 된다.

요약하면, 본 발명의 제1목적은, 전기 아아크 용접 와이어의 전압에 민감한 변수를 결정하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것인데, 상기 변수는 하나의 릴과 다른 릴 간의 일관성을 갖는지의 여부를 확인하기 위해 용접공으로 하여금 용접 와이어의 용접 특성을 알 수 있도록 표시해준다.

본 발명의 제2목적은, 용접 와이어의 제조업자로 하여금 주어진 용접 전압 세팅 값에서 사용되어, 일관성 있는 용접 특성을 나타낼 수 있는 용접 와이어를 생산할 수 있게 하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제3목적은, 후속하는 용접 와이어가 사용될 때마다, 사용자가 용접 장비를 계속해서 재조절하는 수고를 덜어주기 위해 제조업자로 하여금 일관성있는 용접 와이어를 생산할 수 있도록 해주는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

이제 도면과 관련하여 설명하기로 한다. 여기서 도면은 단지 본 발명의 양호한 실시예를 예시하고자 한 것이지 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 제1도에는 본 발명의 방법 및 장치를 실시하기 위한 검사 장치(10)가 도시되어 있다. 이 검사 장치는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 계산을 수행하는 아날로그 방식의 컴퓨터이다. 패널(10a)에 디스플레이 되는 플로팅(plotting) 개념과, 그리고 패널 (10b)에 디지탈식으로 디스플레이 되는 스패터 전압에 대한 판독을 포함하는 아날로그 방식의 실행을 위해서는 상당한 시간 및 숙련된 시각적 관찰이 요구된다. 컴퓨터로 구성된 본 발명의 감지 장치를 사용할 경우에는, 동일한 과정이 대략 1분 이내로 완료된다. 이를 위해, 본 발명의 컴퓨터 수행 방식은 제1도에 개략적으로 예시되어 있다. 정전압 전원(12)은 접촉 슬리이브(30)를 통과하는 릴(22)로부터 공급되는 용접 와이어(20)와 상호 작용하여, 가공물(32)과 와이어 단부(34) 사이에서 와이어를 용융시켜 이 용융된 와이어를 가공물(32)에 융착시키기 위한 아아크 용접를 생성한다. 본 발명에 따르면, 가공물과 용접 와이어간의 아아크 양단 전압은 아아크의 길이를 줄이기 위해 일정한 단계별로 감소된다. 이러한 전압의 단계별 감소는 정전압 전원(12)의 제어 단자(42)에 전압 정보를 출력하는 전압 감소 라인(40)에 의해 이루어진다. 라인(40)상의 전압 신호는 전원의 라인 또는 리드선(50,52) 양단의 출력 전압을 결정하는데, 이 출력 전압(VT)은 용접 와이어와 가공물 사이의 아아크 양단에 인가되는 전압이다. 실제 아아크 전압(Va)을 결정하기 위해, 검사 장치(10)의 입력으로 직송될 출력(62)을 수신하는 전압계 또는 전압 감지 장치(60)가 제공된다.

본 발명에 따라서, 용접 와이어(20)는 라인 또는 리드선(50,52) 양단에 인가되는 비교적 높은 전압에 의해 용접 와이어와 가공물 사이에 아아크가 생성될 때까지 접촉 슬리이브(30)를 통해 가공물(32)쪽으로 공급된다. 상기 전압은 실질적으로 대략 35볼트 D.C.이다. 아아크가 생성된 후, 검사 장치(10)는 아아크 용접의 길이를 줄이기 위해 상기 전압이 20-30볼트 D.C.로 감소될 때까지 비교적 적은 감소분으로 상기 전압을 감소시킨다. 이러한 아아크 길이의 감소는 동일한 전압의 강하 또는 단계별 감소에 따라 발생하는데, 이 동일한 단계별 감소는 1분 간의 테스트 사이클 중에 50번 가량 일어난다. 사실상 각 증분 또는 전압의 단계별 감소분은 0.24볼트 D.C.이다. 이와 같이, 전압은 높은 전압에서 비교적 낮은 전압으로 점차적으로 감소된다. 높은 전압 레벨에서는, 제2a도에 도시된 바와 같이 스프레이 이행 모드(mode)로 동작하게 되는데, 이 때 아아크는 와이어 단부(34)와 가공물(32) 사이의 높은 전압(V₁)에 의해 아아크(100)가 생성된다. 이러한 용접 절차는 스프레이에 의해 거의 순수한 플라즈마 또는 아아크(100)를 통해 금속이 가공물로 이행되도록 해준다. 제2b도에 도시된 바와 같이, 전압(V₁)이 전압(V₂)까지 점차 감소될 경우, 와이어 단부(34)와 가공물(32) 사이에서 그로뷸러 용융 금속 방울(102)이 형성된다. 아아크 또는 플라즈마(100a)는 용접 와이어의 단부 둘레를 순환하고, 그로뷸러 용융 금속 방울(102)은 실제 전압(Va)에 의해 생성된다. 실제 전압(Va)은 전압 감지 장치(60)에 의해 감지되어 라인(62)을 통해 검사 장치(10)로 전달된다. 전압이 계속해서 감소될 경우, 제2c도에 도시된 바와 같이 와이어 단부(34)와 가공물(32)간의 간극이 단락 금속(104)에 의해 채워지게 되어 회로가 단락될 때까지 아아크는 감소된다. 그 다음, 금속은 단락 회로 프로세스에 의해 이행된다. 정전압 전원(12)으로부터 인가된 전압이 점차로 감소됨에 따라, 용접 절차는 제2A-2c도에 도시된 것처럼 변한다. 용접 와이어와 가공물 간의 전압(Va)의 감소로 인해 초래되는 이러한 변화에는 뚜렷한 가청 소음이 수반된다. 제2a도에서, 순수한 플라즈마가 존재할 경우, 용접 절차에서 흄(hum) 또는 히싱(hissing)가 발생한다. 전압이 감소됨에 따라, 용접 절차는 금속이 그로뷸러 용융 금속 방울(102)로서 이행되는 그로뷸러 이행 모드(globular transfer mode)로 전환된다. 그 다음, 감소된 전압은 단락 금속(104)을 생성시키고, 용접 와이어로 하여금 제2c도에 개략적으로 도시된 바와 같이 가공물로 상태 변화를 일으키게 해준다. 제2b도에 도시된 그로뷸러 이행 과정에서는 비교적 높은 소음이 발생된다. 사실상, 이 때 실질적언 스패터(spatter)가 일어난다. 단락 회로 동작 모드시에, 단락 금속(104)의 네킹(necking:단면 수축)에 의해 초래되는 강한 폭발이 존재하게 된다. 스프레이 이행에서 단락 회로 이행으로의 여러 가지 이행 모드에서는 용접공에 의해 인식될 수 있을 정도의 뚜렷한 소음이 수반된다. 본 발명에 따르면, 정확한 전압은 제2a도에 도시된 스프레이 이행 모드와 제2b도에 도시된 그로뷸러 이행 모드 사이에서 결정된다. 스프레이 이행과 그로뷸러 이행 사이의 영역에서 이러한 정확한 전압을 선택하는 이유는 전압이 점차적으로 감소됨에 따라 용접공에 의해 자동 용접 절차의 전압이 설정될 때, 이러한 영역이 용접공에게 인식될 수 있는 가장 뚜렷한 영역이기 때문이다. 이러한 영역을 검출 가능한 전압 범위로서 식별하는 것이 본 발명의 일부이다. 이 영역에서 특정 전압을 선택하는 것은 본 발명의 또다른 태양이다. 이렇게 선택된 전압을 스패터 전압이라 칭한다.

사실상 가공물과 용접 와이어간의 실제 전압(Va)은 아아크의 역학 관계에 따라 변한다. 이러한 특징은 제3도에 예시되어 있다. 높은 전압 모드에 있어서, 금속의 스프레이 이행은 참조 번호(110)으로 도시된 바와 같이 소음을 갖는 아아크와 함께 일어난다. 본 발명에 따르면, 전압 또는 전기적 소음 또는 간섭은 전압 감지 장치(60)에 의해 감지된 실제 전압(Va)의 변화를 초래하는 것으로 밝혀졌다. 참조 번호(110)으로 도시된 영역에서 일어나는, 전기적 소음 범위를 벗어나는 전압그로뷸러 이행을 갖는 임계 레벨(120)은, 용접 절차가 제2b도에 도시된 것처럼 그로뷸러 이행 모드로 전환되는 시점을 검출하는데 사용된다. 이러한 그로뷸러 이행 동작은 제3도에 도시된 전압 그래프에서 참조 번호(122)로 도시되어 있다. 그로뷸러 이행 동작시, 아아크 양단의 전압(Va)은 포인트(130,131,132)에서 임계 전압(12)을 교차하는 큰 진폭을 갖는다. 이렇게 큰 진폭이 발생되는 것을 이벤트(event)로 칭하기로 한다. 이벤트가 보다 급속히 일어날 때, 검사 장치(10)는 그로뷸러 이행 동작 모드에 있다는 것을 식별하게 된다. 이벤트 횟수가 비교적 적을 때는, 참조 번호(110)으로 표시된 순수 스프레이 이행과, 참조 번호(122)으로 도시된 그로뷸러 이행 사이에 있다는 것을 나타낸다. 계속해서 전압(V_T)이 감소될 경우, 용접 절차는 포인트(142-146)에서 임계 전압(120)을 교차하는 이벤트가 발생하게 되는 단락 회로 모드(참조 번호(140)으로 표시)로 들어가게 된다. 이러한 용접 모드에서는, 각각 단락 회로 포인트(150,152)로서 도시된 이벤트(144,146)에 대한 실제 단락을 생성한다. 이들 포인트에는 특별한 이벤트(144,146)가 수반된다. 실제로, 전압(V_T)이 계속해서 하락할 경우, 대부분의 이벤트는 전압 감지 장치(60)에 의해 검출되어 검사 장치(10)에로 전송되는 단락 회로 이벤트이다. 본 발명에 따르면, 검사 장치(10)는 전압이 감소되는 시점의 전압(V_T)을 결정하는데, 이 전압은 각 용접 와이어에 대해 정확한 위치를 갖는다. 이 전압(V_T)은 제3도의 스프레이 모드(참조 번호(110)으로 표시)와 그로뷸러 이행 모드(참조 번호(122)로 표시) 사이에 있는 전압이며, 그리고 제2a도에 도시된 아아크 특성과 제2b도의 아아크 특성 사이에 있는 전압이다.

본 발명에 따르면, 스패터 전압으로 언급되는 정확한 전압은 용접 와이어와 가공물간의 전압(V_T)을 계속해서 감소시킴으로써 선택된다. 이러한 전압 감소는 제4도의 블록도에 도시된 것처럼 이루어진다. 검사 동작은 검사 장치(10)에서 변수(박스(190) 참조)가 설정된 후에 정상적인 용접 기술에 따라 개시된다. 수동 개시 단계는 박스(200)에 예시되어 있다. 전압을 단계별로 감소시킬 타이밍은 감소될 전압의 크기와 함께 각 단계별로 설정된다(박스(190) 참조). 박스(202)에 도시된 것처럼 아아크는 안정화된다. 검사 절차 및 검사 기준은 제1도에 도시되고 박스(190)에 표시된 것처럼 수동으로 설정된다. 그 다음, 컴퓨터는 블록(204)으로 예시된 바와 같이 라인(50,52) 양단의 전압을 감소시키기 위해 설정된 단계별 전압 감소에 따라 용접 작업을 개시한다. 이에 따라, 제4a도에 도시된 바와 같이 단계별로 감소되는 전압(V_T)이 생성된다. 초기의 높은 전압 동작시에, 용접 절차는 긴 아아크를 생성하며, 플라즈마 영역 또는 스프레이 이행 부분(제3도에 (110)으로 도시됨)에 해당한다. 제5도에 도시된 바와 같이, 검사 장치(10)는 전기적 배경 소음 또는 간섭에 의해 초래된 진폭을 결정하기 위해 상기 부분(제3도에 (110)으로 도시된 부분)을 분석한다. 이러한 절차는 블록(212)으로 나타낸 검사 장치(10)로부터 입력되는 아아크(210)로서 예시된다. 박스(210)에 도시된 것처럼, 컴퓨터 프로그램의 전기적 소음 식별 서브루틴의 출력은 제3도에 도시된 임계 전압(120)을 설정하기 위해 다른 서브루틴의 입력으로 전송된다. 임계 전압의 선택은 박스(220)에 예시되어 있으며, 또다른 입력(Va)을 수신하게 될 이벤트 검출기(230)의 입력으로 향하게 되는 출력(222)을 생성한다. 전압(Va)이 라인(222)으로 나타낸 컴퓨터 영역에 저장된 임계 전압(120)을 교차할 때마다, 이벤트가 검출되어 라인(232)을 통해 이벤트 카운터(234)로 전송된다. 이 카운터는 카운터(234)의 저장부에 실시간을 전송하는 입력단(236)으로부터의 이벤트 횟수를 누적함으로써, 출력 신호는 즉, 시간당(본 발명의 양호한 실시예에서는 초당) 이벤트 횟수(E/t)가 라인(238)으로 출력된다. 제5도에는, 검출기의 입력이 입력 라인(252)에 도시된 것처럼 실질적으로 0전압으로 설정되어 있는 것만 제외하고 전술한 이벤트 카운터와 유사한 단락 검출기(250)가 도시되어 있다. 출력 라인(254)을 통해 동일한 입력단(236)으로부터의 입력 시간 동안에 검출된 단락의 수는 카운터(260)로 전송된다. 다라서, 라인(264)의 출력(Es/t)은 제2c도에 도시된 것처럼 아아크 양단에 발생하는 단위 시간당 단락의 수이다. 제4도 및 제5도에 도시된 개념을 이용하는 컴퓨터 프로그램은 본 발명의 기본적인 태양의 대표적인 것이다. 이벤트 횟수는 카운트되고 누적된다. 순수한 플라즈마 또는 스프레이 이행이 있을 때, 와이어가 불량일 경우를 제외하고는 이벤트(E)는 거의 발생하지 않는다. 제3도에 (110)으로 도시된 부분에서와 같은 초기의 높은 전압 동작 동안에는, 이벤트(E)가 발생하지 않는다고 가정한다. 만일 이러한 이벤트가 발생할 경우, 와이어의 공급은 즉시 중단될 수 있다. 라인(238,264)의 정보 이용은 제6도에 도시된 블록도에 개략적으로 예시되어 있다. 라인(238,264)의 정보는 제7도에 도시된 정보 디스플레이 패널(10a)(제1도 참조)에 디스플레이하기 위해 플로터(plotter) 루틴(300)으로 전송된다. 이벤트 횟수의 누적분은 라인(238,264)에서 수치 값으로 된다. 이들 수치 값은 제6도에 도시된 스케일러(scaler)(302)에 의해 전압(V_T)에 대한 함수 관계로 각 단계별로 변하는 플로터 루틴(300)에서 플로팅된다. 플로터 루틴(300)은 각 전압(V_T)에 대한 수치(E/t)의 곡선(310)을 그린다. 이 플로팅 과정에서 제7도에 도시된 두 개의 그래프가 그려지는데, 이 그래프들은 제1도의 패널(10a)에 디스플레이 된다. 본 발명에 의해 얻어지게 될 중요한 정보는 제7도에서 곡선(310)과 라인(312)의 교차점으로 표시된 스패터 전압(SV)이다. 상기 라인(312)은 실제로 15E/t이다. 플로팅된 곡선은(310)은 스프레이 세그먼트 또는 부분(320)과 그로뷸러 부분(322)으로 분할된다. 이 때, 제7도에 참조 번호(330)으로 도시된 영역이 이행 영역이 된다. 전압이 감소함에 따라, 루틴(300)에 의해 플로팅된 곡선(310)은 수평 부분(320)에서 경사 부분(322)으로 옮겨간다. 이러한 이행 영역(330)이 용접 절차시에 용접공에게 명백히 인식되는 위치가 된다. 본 발명에 따르면, 스패터 전압 값을 제공하기 위한 초당 이벤트 횟수(E/t)는 영역(330)에 속하는 수이다. 제6도의 박스(350)에서 X로 표시된 라인(312)에 대한 수(E/t)는 15.0이다. 스패터 전압(SV)을 식별하기 위해, 검사 장치(10)는 라인(238)에 디자탈식으로 저장된 전압 값이 X값 즉, 15.0일 경우에, 박스(350)로 전송되는 출력(238) 정보를 이용하게 되며, 비교기(352)는 스케일러(302)로부터의 전압(V_T)을 스패터 전압(SV)의 기록을 위한 메모리 장소(360)로 전송한다. 다음에, 이 전압은 제1도에 도시된 것처럼 디지탈 디스플레이 패널(10b)에 디스플레이 될 수 있다.

본 발명의 또다른 태양에 따르면, 스패터 전압(SV)은 라인(364)에서 설정된 최대값과 라인(366)에서 설정된 최소값을 갖는 일련의 논리 게이트로 된 컴퓨터 프로그램의 허용 한계 부분에 라인(362)으로 표시된 것처럼 전송될 수 있다. 만일 스패터 전압이 라인(364)에서 설정된 값 이상이거나 라인(366)에서 설정된 값 이하일 경우, 거부 루틴(370)은 라인(372)의 신호로 표시된 거부 신호를 생성한다. 이러한 방식으로, 각기 다른 제조업자에 의해 제작된 용접 와이어는 동일한 스패터 전압을 갖도록 할 수 있다. 즉, 이러한 와이어는 전기적으로 일관성을 갖는다는 것을 의미한다. 사실상, 이 스패터 전압의 허용 한계는 ±0.5 볼트일 수 있다. 그러나, 용접 와이어의 일관성 있는 정확한 전기적 동작을 보장받을 수 있도록 보다 엄격한 허용 한계치가 요구된다.

제7도의 플로팅된 곡선(400)은 검사 장치(10)에 의해 검사된 모든 레벨의 전압(V_T)에서의 초당 단락 수이다. 이 정보는 패널(10a)에 디스플레이 되며 용접 와이어의 단락 특성을 측정 및 기록하는데 사용된다. 제7도에 도시된 곡선은 패널(10a)에 디스플레이 된다. 제조업자는 플로팅된 곡선(400)을 표준 곡석과 비교한다. 제8도에 도시된 것처럼, 플로팅된 곡선(400)은 라인(402,404)으로 표시된 허용 한계 곡선과 비교된다. 만일 제8도에 점선(410)으로 도시된 곡선과 같이 포인트(412)에서 라인(402,404)들 중 하나와 교차할 경우, 이 용접 와이어는 제조업자에 의해 불량품으로 판정된다. 이러한 신호 분석 개념은 제7도에 도시된 라인(310)에 대해서도 실시될 수 있다.

제7a도에는 전술한 실시예에 대한 변형예가 도시되어 있는데, 여기서, 플로팅된 곡선(310)은 기울기 검출기에 의해 분석된다. 라인(310)의 기울기 35˚내지 50˚, 바람직하게는 45˚로 될 경우, 박스(352)의 비교기는 이 검출된 곡선(310)의 기울기에서의 전압(V_T)을 저장하기 위해 동작된다. 이러한 기울기 검출 개념은 스패터 전압을 정하고, 제6도에 도시된 메모리 영역(360)에 이 전압(V_T)을 저장하기 위한 전술한 실시예에 따른 수치 분석 대신에 적절하게 채택될 수 있다.

저장된 스패터 전압(SV)은 용접 와이어의 성능을 표시한다. 와이어의 제조시, 이 전압은 전술한 바와 같이 매우 엄격한 허용 한계치내에 속해야 한다. 스패터 전압으로서 확인된 변수를 검출하기 위해 이송 영역(330)에서의 전압을 선택했을 때, 이 전압은 한 릴에 감긴 와이어와 다음 릴에 감긴 와이어가 정확한 일관성을 나타낸다는 것이 밝혀졌다. 이 스패터 전압을 동일 값으로 유지시킴으로써, 한 와이어 릴이 다음 와이어 릴로 교환될 때, 자동 용접기를 재설정할 필요가 없게 되며, 또한 와이어의 일관성이 보장된다. 이외에도, 스패터 전압의 결정은 낮은 스패터를 위해 조절된 위치가 날마다 한 와이어에서 다음 와이어까지 동일한 전압 값에 있게 해준다. 용접 와이어의 일관성을 보장하기 위해 본 발명을 적용함으로써, 용접 기술과 관련된 실질적인 상업상의 문제점을 극복할 수 있다.

제7도에 도시된 곡선(310)의 경사 부분(322)의 기울기가 비교적 수직으로 되거나, 제8도에 개략적으로 도시된 방식과 유사하게 경사 부분(322)이 허용 한계 범위에 벗어나는 용접 와이어는 비교적 불량한 동작을 초래한다. 검사된 와이어에 있어서 만일 경사 부분(322)이 수직일 경우, 이 부분(322)의 수직선 좌측 위치에서의 전압의 미소한 감소는 와이어의 강렬한 폭발을 초래하게 된다. 이로 인해, 제7도에 도시된 본 발명에 의해 생성된 플로팅 곡선 또는 라인의 기울기는 용접 와이어의 성능을 평가하는데 있어서 유용하다. 제7a도에 도시된 변형예에 사용되는 기울기 검출기는 또한 부분(322)의 기울기를 측정하는데 사용된다. 부분(322)의 기울기가 설정값 보다 클 경우, 와이어는 불량품으로 한정될 것이다. 라인(322)의 기울기가 수직에 가까울 경우, 와이어는 결함이 있는 것이며 따라서 자동 용접 절차에 사용되어서는 안된다.

본 발명의 실시예에서는, 차폐 가스로서 전술한 기울기가 적어도 약 75-80˚인 아르콘을 사용하였다. 그러나, 와이어의 스패터 전압은, 보다 적은 각도의 아르곤이 차폐 가스로서 사용될 때 본 발명에 의해 검출될 수 있다. 이러한 상황에서, 제7도의 곡선(310)은 덜 급작스러운 이행 영역을 갖게되며, 스프레이 부분은 단지 곡선의 고전압 부분에 해당하게 된다. 만일 본 발명에 의해 검사될 와이어가 제7도에 도시된 것처럼 임계 라인(312) 이상의 일정하지 않는 E/t 포인트를 가질 경우, 와이어는 불안정하며 와이어 제조업체의 기준에 따라 불량품으로 간주될 것이다.

스패터 전압(SV)은 원하지 않는 공기 미립자 방전 즉, 연기의 양이 최소로 존재하는 영역 근처의 전압(V_T)에서 일어난다. 결과적으로, 스패터 전압은 연기 발생이 적은 용접을 위한 동작 전압을 결정하는데 사용된다. 본 발명에서 사용되는 전압의 단계별 감소는 0.02-0.50 볼트의 감소분에서 30-100 회의 단계에 걸쳐, 인가된 전압을 25-45 볼트 D.C.에서 10-15 볼트 D.C.까지 감소시킨다. 이러한 공정을 실행하는데는 채 5분도 걸리지 않는다. 즉, 대략 1.0-1.5분이 걸린다.

본 발명은 특히 고체 용접 와이어에 적합하게 되어 있기는 하지만, 코어 전극 와이어를 검사하는데에도 사용될 수 있다.

Claims (10)

1. 전기 아아크 용접 와이어의 전압에 민감하면서, 용접공으로 하여금 용접 와이어의 용접 특성을 알 수 있도록 표시하는 변수를 결정하는 방법으로; (a) 상기 와이어를 가공물쪽으로 공급하는 단계와; (b) 전압에 민감한 아아크 용접 절차에 따라 상기 용접 와이어와 상기 가공물 사이에서 용접 아아크를 생성하여 상기 가공물 상에 상기 용접 와이어를 용융 및 융찰시킬 수 있도록 상기 용접 와이어와 가공물 사이에 전압을 인가하는 단계와; (c) 스프레이 용접과 그로뷸러 용접 사이의 이행(移行) 영역을 통해 상기 용접 절차가 전환될 수 있도록 상기 인가 전압을 점차적으로 변화시키는 단계와; (d) 상기 인가 전압이 변화될 때 상기 와이어와 가공물 간의 실제 전압을 검출하는 단계와; (e) 상기 실제 전압이 선정된 임계 전압 미만으로 감소할 때를 매번 감지하는 단계와; (f) 상기 감지된 횟수를 평균내는 단계와; (g) 상기 감지된 횟수의 평균치가 선정된 횟수와 동일할 때의 인가 전압치를 검출하는 단계와; 그리고 (h) 상기 용접 절차를 표시하는 값이 상기 이행 영역내에 있게 하는 상기 선정된 횟수를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전압 변경 단계는 일정한 시간 주기에 걸쳐 일정한 단계별로 상기 인가 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 단계별 전압 변경 감소분은 0.02-0.5 볼트의 범위내에 있으며, 1.0분동안에 30-100회 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 평균내는 단계는 상기 각 일정한 단계동안 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 인가 전압은 25-45 볼트 D.C.에서 10-15볼트 D.C.로 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 전기 아아크 용접 와이어(20)의 전압에 민감하면서, 용접공으로 하여금 용접 와이어의 용접 특성을 알 수 있도록 표시하는 변수를 결정하는 장치로; 상기 와이어를 가공물(32)쪽으로 공급하는 수단과; 전압에 민감한 아아크 용접 절차에 따라 상기 용접 와이어와 상기 가공물 사이에서 용접 아아크를 생성하여 상기 가공물 상에 상기 용접 와이어를 용융 및 융착시킬 수 있도록 상기 용접 와이어와 가공물 사이에 전압(V_T)을 인가하는 수단(12,50,52)과; 스프레이 용접과 그로뷸러 용접 사이의 이행 영역을 통해 상기 용접 절차가 전환될 수 있도록 상기 인가 전압(V_T)을 점차적으로 변화시키는 수단(40,42)과; 상기 인가 전압(V_T)이 변화될 때 상기 와이어와 가공물 간의 실제 전압(Va)을 검출하는 수단(60)과; 상기 실제 전압(Va)이 선정된 임계 전압(120) 미만으로 감소할 때를 매번 감지하는 수단(230)과; 상기 감지된 횟수를 평균내는 수단(234,236)과; 상기 감지된 횟수의 평균치(E/t)가 선정된 횟수(X)와 동일할 때의 인가 전압치(SV)를 검출하는 수단(350,352,360)과; 그리고 상기 용접 절차를 표시하는 값이 상기 이행 영역내에 있게 하는 상기 선정된 횟수(X)를 선택하는 수단(370)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 전기 아아크 용접 와이어의 전압에 민감하면서, 용접공으로 하여금 와이어의 용접 특성을 알 수 있도록 표시하는 변수를 결정하는 방법으로; (a) 상기 와이어를 가공물쪽으로 공급하는 단계와; (b) 전압에 민감한 아아크 용접 절차에 따라 상기 와이어와 상기 가공물 사이에서 용접 아아크를 생성하여 상기 가공물 상에 상기 와이어를 용융 및 융착시킬 수 있도록 상기 와이어와 가공물 사이에 전압을 인가하는 단계와; (c) 스프레이 용접과 그로뷸러 용접 사이의 이행 영역을 통해 상기 용접 절차가 전환될 수 있도록 상기 인가 전압을 점차적으로 변화시키는 단계와; (d) 상기 인가 전압이 변화될 때 상기 와이어와 가공물 간의 실제 전압을 검출하는 단계와; (e) 상기 실제 전압이 선정된 임계 전압 미만으로 감소할 때를 매번 감지하는 단계와; (f) 상기 감지된 횟수를 평균내는 단계와; (g) 상기 평균 횟수의 곡선을 상기 인가 전압에 대한 함수로서 플로팅 하는 단계와; (h) 상기 감지된 횟수의 평균치가 선정된 횟수와 동일할 때의 인가 전압치를 검출하는 단계와; 그리고 (i) 상기 용접 절차를 표시하는 값이 상기 이행 영역내에 있게 하는 상기 선정된 횟수를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 검출 단계는 상기 플로팅된 곡선이 이 곡선내의 선정된 각도에 도달하는 시점을 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 선정된 각도는 35-50˚범위내에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 각도는 45˚인 것을 특징으로 하는 방법.