KR0136197B1 - 아아크 길이 제어장치 - Google Patents

Abstract

토오치와 모재 사이에 공급되는 아아크 발생용 TIG 전원과 와이어와 모재 사이에 공급되는 와이어 가열용 전원을 가지는 핫 TIG 용접 장치에 적용되는 용접 아아크 길이제어장치는, 모재와 토오치 사이의 아아크 발생전압을 측정하는 아아크 전압 측정회로와, 샘플타이밍회로를 거친 와이어 가열전원의 주파수를 증배하기 윗한 주파수 증배기와, 상기 주파수 증배기의 샘플링 주파수에 따라 아아크 전압 측정신호를 샘플링하는 샘플홀드 회로와, 상기 샘플링 신호와 기준전압 발생회로의 기준전압 출력을 비교하여 토오치 상하구동장치에 제어신호를 출력하는 전압비교회로를 포함한다.

Description

아아크 길이 제어장치

제1도는 일반적인 아아크 용접장치의 전체 회로구성도이다.

제2도는 종래의 아아크 길이 제어장치의 회로구성도이다.

제3도는 제2도의 동작타이밍도이다.

제4도는 종래 아아크 용접에서의 아아크 휘어짐을 설명하기 위한 도이다.

제5도는 본 발명의 아아크 길이 제어장치의 회로구성도이다.

제6도는 제5도의 주파수 증배기의 상세회로구성도이다.

제7도는 아아크 전압변동이 클 경우 종래에서의 제어 타이밍도이다.

제8도는 아아크 전압변동이 클 경우 본 발명에서의 제어 타이밍도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:아아크길이 제어회로2:토오치 상하 구동장치

3:티크(TIG)전원4:와이어 가열전원

5:토오치6:모재

7:와이어 송급용 팁8:아아크

9:와이어10:전원케이블

11:전압측정케이블12:신호케이블

13:아아크 전압 측정회로14:샘플홀드회로

15:전압비교회로16:샘플타이밍회로

17:기준전압발생회로18:주파수 증배기

19:앤드 게이트

본 발명은 티그(TIG)용접에 있어서 아아크 길이 제어장치에 관한 것으로, 특히 순간적으로 와이어를 통전하는 핫 티그 용접에 있어서 아아크 길이를 정밀하게 제어하기 위한 아아크 길이 제어장치에 관한 것이다.

최근에 일반와이어의 용접능률을 향상하기 위해서 와이어를 가열하는 핫(Hot) 와이어 티그방법이 많이 사용되고 있는데, 이 핫 와이어 티그 용접의 경우에 와이어와 아아크가 간섭해서 아아크의 휘어짐이 발생한다. 이런 현상은 와이어에 전류가 흐르면 전류에 의해서 자계가 형성되어 이로 인해서 아아크의 휘어짐이 발생하기 때문이다. 이에 따라 용접 작업성이 저하되고, 용접품질을 저하시키게 된다. 그래서 일반적으로 와이어의 가열을 위한 통전을 단속적으로 형성시켜줌으로써 펄스형태로 파워를 공급하게 된다. 제4도(a)는 아아크의 휘어짐이 없는 상태를, 그리고 제4도(b)는 아아크의 휘어짐이 발생한 상태를 보이고 있는데, 똑같은 토오치와 모재사이의 거리임에도 불구하고 (b)의 경우에는 아아크의 휘어짐으로 인해서 아아크의 길이가 길어지고 따라서 아아크 전압도 증가하게 된다. 그래서 아아크 전압의 변화에 따라서 토오치의 상하이동이 생기므로 불필요한 토오치의 이동이 있을 수 있는데, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 선행기술인 특개평 1-166886에서는 와이어의 통전구간과 통전구간 사이의 시간동안만 아아크 전압을 측정하도록 함으로써 아아크의 휨이 없는 상태에서 아아크 길이의 조정이 가능하도록 하는 방식이 제안된 바 있다.

제1도는 종래기술의 실시예를 나타내는 아아크 용접장치의 회로도이며, 제2도는 제1도 회로내의 아아크 길이 제어장치의 회로구성을 나타낸 블럭도이다.

이는 티그 전원(3)을 용접 토오치(5)와 모재(6)에 연결하고 또한 와이어 가열전원(4)을 와이어(9)를 송급하는 팁(7)과 모재(6)에 연결한다.

토오치 상하구동장치(2)는 토오치부를 상하로 이동하게 되는데 이것이 궁극적으로 아아크(8) 길이를 조절하게 된다.

토오치(5)와 모재(6)사이에 나타난 전압은 그의 크기를 측정하기 위해서 케이블로서 아아크 길이 제어회로(1)로 입력된다. 상기 제어회로(1)의 출력은 토오치 상하 구동장치(2)로 출력된다. 제2도는 아아크 길이 제어회로(1)의 구성도로서, 모재와 토오치 사이에서 발생된 아아크 전압(v)은 아아크 전압 측정회로(13)에 입력되어 조절 가능한 전압신호로 변환된 후 샘플홀드회로(14)에 전달된다. 상기 샘플홀드회로(14)의 다른 한쪽에는 와이어 가열전원(4)에서 발생하는 와이어 전원제어 펄스신호(PS)가 샘플타이밍회로(16)에서 와이어의 비통전 구간이 판단되어 입력된다. 샘플홀드회로(14)에서 샘플홀드된 전압값은 전압비교회로(15)에서 기준전압 발생회로(17)의 기준전압값과 비교한다. 그래서 그 값이 낮으면 토오치(5)를 상승하고, 그 값이 높으면 토오치(5)를 하강시키도록 하는 제어신호를 토오치 상하구동장치(2)에 출력한다. 제3도는 아아크전압의 샘플 홀드방식을 보이고 있다. 와이어 가열전원(4)에서 와이어 전류의 출력신호 ③이 펄스로 출력되면, 이에 따라 와이어 전류출력신호 ①이 얻어진다. 이 와이어 전류출력신호 ①에 의해서 전류 통전구간 동안 아아크의 휘어짐이 발생하고, 아아크 전압 ②는 아아크의 휘어짐에 의해서 그림에서 보는 것과 같이 주기적으로 변화한다. 한편 와이어 전류 출력신호 ③은 아아크의 길이 제어회로(1)의 샘플 타이밍회로(16)에서도 출력된다. 이것에 의해서 전압 샘플신호 ④를 와이어가 통전되지 않는 구간에 발생하고, 이 전압샘플신호 ④가 발생하는 기간 동안 아아크 전압을 샘플한다. 따라서 와이어 전류가 흐르는 구간을 피해서 아아크의 끊어짐이 없는 상태에서 아아크 전압을 측정할 수 있어서 핫 티크 용접의 경우에도 매우 정밀하게 아아크의 길이제어가 가능하게 되는 것이다.

그러나 이와 같은 종래의 기술은 전압 샘플링신호의 주파수가 와이어 전류출력신호와 같기 때문에 만일 펄스간의 큰 아아크 전압 변동이 발생할 경우에는 토오치의 상하이동폭이 커지므로 구동부에 큰 토오크가 필요함으로써 계속된 큰 전압변동에 따라서 구동할 경우에는 상하구동부에 무리를 줄 수 있다. 또한 급격한 아아크 전압변화시에 아아크 길이의 정밀제어에 비효율적이다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술에서의 문제점을 해결하기 위해서, 전압 샘플링 기간 동안보다 높은 주파수의 구형파를 발생하여 이 구형파에 의해서 전압 샘플링 하도록 하고 아아크 전압의 변동이 클 경우에도 종전방식과는 달리 여러개의 전압 샘플링신호를 발생해서 샘플의 숫자를 늘려 아아크 샘플신호사이에서 큰전압변동이 발생하더라도 전압샘플링숫자 만큼의 작은 변동의 합으로 표현되게 함으로써, 토오치의 구동부에 큰 무리를 주지않고 아아크의 길이를 보다 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 되는 아아크 길이 제어장치를 제공하는데 있다.

첨부한 도면에 기초하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

제5도는 본 발명의 회로 구성도로서, 제1도의 아아크 길이 제어회로에 대한 상세도이다.

여기에서 참조되는 바와 같이, 모재(6)와 토오치(5)사이에서 발생하는 아아크 용접전압 v은 아아크 전압측정회로(13)를 거쳐 샘플홀드회로(14)에 일측입력으로 제공되게 연결하고, 와이어 가열전원(4)에서 발생되는 펄스열 형태의 펄스제어신호 PS는 샘플타이밍회로(16)와 주파수 증배기(18)를 거쳐 상기 샘플홀드회로(14)의 타측입력으로 제공되게 연결한다.

상기 샘플홀드회로(14)의 전압출력은 전압비교회로(15)에서 기준전압 발생회로(17)에서 만들어지는 기준전압과 전압비교되어 토오치 상하 구동장치(2)의 상,하 이동을 위한 위치제어신호 S₁, S₂로 제공되게 연결한다.

본 발명의 핵심은 샘플타이밍회로(16)와 샘플홀드회로(14)의 사이에 주파수 증배기(18)를 설치한 것인데, 이의 근본목적은 전압 샘플링 신호에 동기해서 반복되는 좁은 구형파를 발생하도록 주파수 증배기(18)를 도입하여 샘플주파수를 증가시키는데 있다. 종래 기술에서 한 개의 전압 샘플링신호에 따라서 한 개의 샘플신호를 얻은 것에 비해서 한 개의 전압 샘플링 신호 발생시 다수의 부샘플링신호(다수의 좁은 구형파들)로서 샘플홀드함으로써 종래의 큰전압변동으로 나타나던 것을 미소한 전압변동의 연속으로 표현할 수 있으므로 구동부의 스트레스를 저감할 수 있다. 따라서 종래 방식에 비해서 더욱 정밀한 아아크 제어가 가능해진다. 주파수 증배기(18)의 상세회로구성도를 제6도에 나타내었다.

이는 샘플타이밍회로(16)의 출력을 세트(S)입력으로 하고 제7도에서 보이고 있는 와이어 전류 출력파형을 리세트(R)입력으로 하며 클럭입력을 가지는 R/S 플립플롭(20)의 Q출력과 상기 클럭 신호입력을 앤드게이트(19)에서 앤드링 시킨후 주파수 증배회로(21)를 거쳐 출력되게 하고 있다.

상기 R/S 플립플롭(20)과 앤드게이트(19)는 부 구형파를 발생하는 구간을 설정하기 위한 것으로써 펄스신호(PS)의 라이징신호에 의해서 부펄스가 출력되고 다음 제7도에 보인 전류출력신호 ①혹은 ③의 라이징 신호시에 플립플롭을 리셋트하여 부펄스 발생을 중지하도록 하였다. 물론 외부 클럭발생기로부터의 주파수는 가변이 가능하며 더 높은 정밀제어를 위해서는 주파수를 높일 필요가 있다.

본 발명은 기존의 아아크 제어회로에 주파수를 가변할 수 있는 주파수 증배기를 도입하여 소기의 목적을 달성하고자 한 것으로 제3도와 같이 큰 전압의 변동이 없는 경우와는 달리 큰 아아크전압 변동이 발생할 경우에 종래방식과 본 방식의 차이를 타이밍도상에서 비교하면 아래와 같다.

제3도의 ②와 같은 전압변동이 아니고, 만일 전압샘플링사이에서 큰 전압 변동이 발생할 경우 제7도 ②와 같은 아아크 전압이 발생할 경우에 종래방식으로 샘플홀드된 신호는 제7도 ⑤와 같이 큰 전압의 변동으로 표현된다. 그런데 본 발명방식으로 제7도 ②와 같은 아아크 전압변동인 제8도 ②와 같은 것을 샘플홀드하면, 제7도 ⑤와 비교해서 제8도 ⑤와 같이 홀드전압의 변화는 연속된 미소전압으로 표현된다. 그래서 제7도 ⑤의 출력전압이 토오치 구동부로 전달되는 것보다 제8도 ⑤가 토오치 구동부로 전달되면 좀 더 정밀한 아아크 제어가 가능해진다. 한편, 미소전압크기의 폭은 토오치 상하 구동부를 움직이는 모타의 응답성이 좋으면 주파수 증배기의 숫자를 늘리면 늘릴수록 미소전압의 폭이 작아져서 아아크 길이의 정밀제어를 하는데 보다 효과적이다.

Claims (2)

1. 토오치와 모재사이에 공급되는 아아크 발생용 티그(TIG) 전원과 와이어와 모재 사이에 공급되는 와이어 가열용 전원을 가지는 핫 티그용접 장치에 있어서, 모재와 토오치 사이의 아아크 발생전압을 측정하는 아아크 전압 측정회로와, 샘플타이밍회로를 거친 와이어 가열전원의 주파수를 증배하기 위한 주파수 증배기와, 상기 주파수 증배기의 샘플링 주파수에 따라 아아크 전압 측정신호를 샘플링하는 샘플홀드 회로와, 상기 샘플링신호와 기준전압 발생회로의 기준전압 출력을 비교하여 토오치 상하구동장치에 제어신호를 출력하는 전압비교회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 아아크 길이 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 주파수 증배기는 와이어 전류 출력의 유무를 판단하기 위해 샘플타이밍 회로의 출력과 와이어 출력전류가 각각 R/S 플립플롭의 세트 및 리세트 입력단자로 입력되게 연결하고, 상기 R/S 플립플롭에 제공되는 클럭과 R/S 플립플롭의 Q출력이 앤드게이트로 앤드링된 후 주파수 증배회로에서 주파수 증배되어 출력되게 연결하여 구성하는 것을 특징으로 하는 아아크 길이 제어장치.