KR100284597B1 - Inverter welding machine for arc and gas welding and its welding method - Google Patents

Inverter welding machine for arc and gas welding and its welding method Download PDF

Info

Publication number
KR100284597B1
KR100284597B1 KR1019980029821A KR19980029821A KR100284597B1 KR 100284597 B1 KR100284597 B1 KR 100284597B1 KR 1019980029821 A KR1019980029821 A KR 1019980029821A KR 19980029821 A KR19980029821 A KR 19980029821A KR 100284597 B1 KR100284597 B1 KR 100284597B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
welding
arc
gas
inverter
mode
Prior art date
Application number
KR1019980029821A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20000009424A (en
Inventor
황락훈
Original Assignee
황락훈
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 황락훈 filed Critical 황락훈
Priority to KR1019980029821A priority Critical patent/KR100284597B1/en
Publication of KR20000009424A publication Critical patent/KR20000009424A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100284597B1 publication Critical patent/KR100284597B1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/095Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B23K9/0953Monitoring or automatic control of welding parameters using computing means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/09Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage
    • B23K9/091Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage characterised by the circuits
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

본 발명은 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기와 그 용접방법에 관한 것이다. 본 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기는 제1, 제2 정류기, 단상 전압형 인버터, 변압기, 결합용 리액터, 드라이브부, 파형 제어부, PWM 회로, 증폭회로, D/A 변환회로, 중앙 처리부, 전압 전류 검출부, 용접 조건 설정부, 용접 파라미터 설정부로 구성된 인버터 용접기에 있어서, 입력되는 가스의 양을 검출하여 그 결과의 검출신호를 상기 중앙 처리부로 출력하는 입력 가스 검출부를 포함하여 이루어진다. 본 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기의 용접방법은 용접기를 초기화하는 단계, 모드를 체크하는 단계, 상기 모드 체크 단계의 수행 결과, 용접 모드이면, 용접 전류, 용접 전압을 설정하고 이를 기억하는 단계, 아크 및 가스 용접을 한후, 다시 상기 모드 체크 단계로 가는 단계를 포함하여 이루어진다. 본 발명은, 아크 용접과 가스 용접의 겸용으로 작업을 수행할 수 있어 이동 또는 특수한 경우의 작업 환경에 적합하다.The present invention relates to an inverter welder for arc and gas welding and a welding method thereof. Inverter welding machine for arc and gas welding, the first and second rectifier, single-phase voltage inverter, transformer, coupling reactor, drive unit, waveform control unit, PWM circuit, amplification circuit, D / A conversion circuit, central processing unit, voltage current An inverter welding machine composed of a detector, a welding condition setting unit, and a welding parameter setting unit includes an input gas detection unit that detects an amount of gas to be input and outputs a resultant detection signal to the central processing unit. The welding method of the inverter welding machine for arc and gas welding includes the steps of initializing the welding machine, checking the mode, and performing the mode checking step, in the welding mode, setting and storing the welding current and the welding voltage. And after the gas welding, the process goes back to the mode check step. The present invention can perform the work by using both arc welding and gas welding, and is suitable for a moving or special working environment.

Description

아크 및 가스 용접용 인버터 용접기와 그 용접방법Inverter welder for arc and gas welding and its welding method

본 발명은 인버터 아크 용접 및 가스 용접을 동시에 수행할 수 있는 아크 및 가스 겸용 용접기에 관한 것이다. 특히 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기와 그 용접방법에 관한 것이다.The present invention relates to an arc and gas combined welding machine capable of simultaneously performing inverter arc welding and gas welding. In particular, the present invention relates to an inverter welder for arc and gas welding and a welding method thereof.

일반적으로, 용접이란 열이나 압력등을 이용하여 금속을 절단, 접합하는 기술로서 전기, 전자제품 제조 및 일반 산업현장에서 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 용접의 개발 추세는 전력 전자공학의 발달 및 소비자의 요구에 따라 고품질, 고정밀, 다기능, 무인화 및 자동화 추세이고, 이와 더불어 작업장에서의 스패터 (spatter) 저감 등이 요구되어지고 있다.In general, welding is a technique for cutting and joining metals using heat or pressure, and is widely used in electric and electronic product manufacturing and general industrial fields. The development trend of such welding is the trend of high quality, high precision, multifunction, unmanned and automated according to the development of power electronics and consumer's demand, and the reduction of spatter in the workplace is required.

따라서, 용접 성능 및 품질 향상을 위하여 용접 전원부의 개발과 제어 요소가 필요하게 되었고, 용접기 개발 초기의 교류 아크 용접기에서 용접기 시스템에 인버터 회로를 채용한 인버터 아크 용접기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Therefore, in order to improve the welding performance and quality, the development and control elements of the welding power source are required, and the research on the inverter arc welder adopting the inverter circuit in the welding machine system has been actively conducted in the AC arc welder in the early stage of the welding machine development.

용접의 주관심사는 용접의 고품질화, 성(省) 자원, 省(성) 에너지의 새로운 공법 개발과 실용화의 관건으로 고품질 용접에 대한 요구 증대가 더욱 절실하게 되었다.The main concern of welding is the urgent need for high quality welding due to the high quality of welding, the development of new resources and the development of new methods of energy.

이와 더불어, 재료의 고품질화 진행은 필연적으로 뒤따라야 하며, 이것은 용접 기술의 다양화, 안정성 보증, 사용 환경의 광범위화, 신재료 및 신기술 개발 등에 조력될 것으로 예상된다.In addition, the progress of high quality materials is inevitably followed, which is expected to help diversify welding technology, guarantee stability, widen use environment, and develop new materials and new technologies.

인버터 제어형 용접기는 기존 싸이리스터 (thyristor) 제어형 용접기보다 우수한 특징을 가지므로 수요가 날로 증가하고 있지만, 외국과의 기술제휴가 주를 이루고 있으며, 대용량 (350A 이상) 제어 부분은 거의 대부분 수입에 의존하고 있는 형편이다.Inverter controlled welding machine has better features than conventional thyristor controlled welding machine, so the demand is increasing day by day, but technical cooperation with foreign countries is dominant, and large-capacity (over 350A) control part is almost dependent on imports. I can't.

이러한 인버터 아크 용접기는 고주파 스위칭을 통하여 변압기와 출력측 리 액터의 크기를 현저하게 감소시킬 수 있고, 인버터의 제어에 의하여 출력전류가 직접 제어되므로 아크의 안정성을 도모할 수 있으며, 기존의 교류 아크 용접기에 비해 사용을 현저히 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.The inverter arc welding machine can significantly reduce the size of the transformer and the output reactor through the high frequency switching, and the output current is directly controlled by the control of the inverter to achieve the stability of the arc. Compared to this, there is an advantage that the use can be significantly increased.

용접기의 인버터 시스템의 출력전류를 직접 제어함과 동시에, 용접기에서 용접중 이상 발생시에는 보호 기능의 수행이 가능하도록 마이크로 프로세서를 사용하여 순시적으로 제어함으로써 제어기의 유연성 및 기능의 다양성을 추구하였다.In addition to directly controlling the output current of the inverter system of the welding machine, and in the event of an abnormality during welding in the welding machine, the instantaneous control using the microprocessor to enable the protection function to pursue the flexibility and variety of functions.

금속과 용융점이 거의 같은 첨가 금속을 써서 가열하여 금속을 접합하는 일반적인 용접에 의해 금속 종류만을 모재로 하는 재료를 용접하려면, 용접 종류나 모재의 환경 등에 따라 전기 용접 또는 가스 용접을 선택해야 하는 필요성을 갖고 있다.In order to weld a material based only on the type of metal by the general welding in which the metal and the melting point are joined by heating using an additive metal having almost the same melting point, it is necessary to select electric welding or gas welding according to the type of welding or the environment of the base metal. Have

전기 용접기는 보통 단상 교류방식의 2차 회로로 전압 대 전류용의 강변압기를 쓰는 방식을 많이 채택하고 있다. 그러나, 이와같은 방식은 모재나 용접하려는 금속 상태에 따라 전기용 접기 부분뿐만 아니라 공급되는 전력선 부분에 많은 무효 전력을 발생시킬수 있으며, 또한 잡음의 증가로 인해 용접기를 사용하는 근처의 OA 기기나 또는 FA용 PC 등의 컴퓨터 계통과 통신 계통에 고조파 장애를 유발시킬수도 있다. 그리고, 용도에 따라 이러한 두가지 용접을 병용할 수 있는 용접기의 개발이 필요하게 된다.Electric welding machines are usually a single-phase secondary circuit, and a lot of voltage transformers are used. However, this method can generate a lot of reactive power not only in the electric folding part but also in the supplied power line part depending on the base metal or the metal state to be welded, and also due to the increase of noise, it is possible to use a welding machine or a nearby OA device or FA. Harmonic disturbances can also be caused in computer systems and communication systems such as personal computers. And, according to the use it is necessary to develop a welding machine that can use these two welding together.

국내 용접 기술은 선진국의 과거 단계, 즉 구조물의 대형화 및 용접 속도의 고속화 단계에 있으며, 용접기기에 있어서는 선진국은 고품질의 인버터 제어 용접기가 주를 이루고 있으나, 국내에서는 SCR 제어, 일반 아크 및 가스 용접기, 저항 용접기등이 생산되고 있을 뿐이다.Domestic welding technology is in the past stage of advanced countries, that is, the size of the structure and the speed of welding speed are high. In the welding equipment, the advanced countries are mainly made of high quality inverter control welding machine, but in Korea, SCR control, general arc and gas welding machine, Resistance welding machines are only produced.

그러나, 이들 제품들은 대부분 품질이 낮은 편이며, 근래에는 인버터 제어형 용접기의 생산을 시도하고 있는 형편이다.However, most of these products are of low quality, and in recent years, they are trying to produce inverter controlled welding machines.

인버터 아크 용접기는 고주파 스위칭을 통하여 변압기와 출력측 리액터 (r -eactor) 의 크기를 현저하게 감소시킬수 있고, 인버터의 제어에 의하여 출력전류가 직접 제어되므로 아크의 안정성을 도모할수 있으며, 기존의 교류 아크 용접기에 비해 사용을 현저히 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.Inverter arc welding machine can significantly reduce the size of transformer and output-side reactor (r-eactor) through high frequency switching, and can improve the stability of the arc because the output current is directly controlled by the control of inverter. Compared to this, the use can be significantly increased.

반면, 용접시 아크에서 발생하는 비선형적인 잡음이 변압기의 1차측으로 유입되면, 스위칭 소자를 파괴하는 경우도 발생한다.On the other hand, if nonlinear noise generated in the arc during welding flows into the primary side of the transformer, the switching element may be destroyed.

그리고, 용접물의 모재에 따라 특수한 용접을 필요로 하지만, 거의 대부분은 전기 용접기를 사용하고 있다. 전기 용접기는 용량이 커지는 경우, 대형 중량화되며, 많은 잡음과 전파 장애가 심한 경우에는, 전원측의 단락 상태도 유발할 수 있다.And although special welding is needed according to the base material of a welded material, most use an electric welder. The electric welder becomes large and heavier when the capacity becomes larger, and when a lot of noise and propagation disturbances are severe, it may also cause a short circuit on the power supply side.

이러한 문제는 본 발명에 따른 방식을 채택함으로써 충분히 해결할 수 있다. 전기 용접기는 수A∼수만A 까지 다양화되어 있지만, 작업장의 용도에 따라 달라질 수 있으므로 소형화에서부터 국산화의 개발이 이루어져서 점차 대용량화 되어야 한다.This problem can be sufficiently solved by adopting the scheme according to the invention. Electric welding machines are diversified from tens of thousands to tens of thousands, but may vary according to the use of the workplace.

용접의 주 관심사는 용접의 고품질화, 성(省)에너지의 새로운 공법 개발과 실용화의 관건으로 고품질 용접에 대한 요구가 더욱 절실하게 되었다. 그리고, 80년대초에는 인버터 제어형이 SCR 을 주소자로 하여 개발되었다.The main concern of welding is that the demand for high quality welding is more urgent as the key to high quality welding, development of new energy method and practical application. In the early 80's, an inverter control type was developed using SCR as an address.

그러나, 이 시스템은 전원측의 고조파 발생등의 원인으로 점차 PWM 제어방식의 인버터 시스템으로 개발 동향이 바뀌면서 소용량의 형태가 개발되고 있는 실정이다.However, due to the generation of harmonics on the power supply side, this system is gradually being developed as a PWM control type inverter system.

국내에 보급된 일반 교류 아크 용접기가 대부분의 주를 이루고 있는데, 이 교류 아크 용접기가 본 발명에 따른 인버터 용접기로 대체된다면, 제품의 질적 향상에 기여하게 된다.The general AC arc welding machine spread in Korea makes up most of the main, and if the AC arc welding machine is replaced by the inverter welding machine according to the present invention, it contributes to the quality improvement of the product.

한편, 국내에서 생산되고 있는 SCR 제어, 일반 아크 및 제어형 용접기들의 품질은 낮은 편이며, 인버터 제어형 용접기의 생산이 소용량을 중심으로 중소 기업체를 중심으로 대기업체까지 시도되고 있는 실정이다.On the other hand, the quality of SCR control, general arc and control welding machines produced in Korea is low, and the production of inverter control welding machines is being attempted by small and medium enterprises mainly in small companies.

따라서, 용접의 주 관심사는 용접의 고품질화, 성(省)에너지의 새로운 공법개발과 실용화의 관건으로 고품질 용접에 대한 요구가 더욱 절실하게 되었으며, 작업별 용접조건, 매개변수의 조정, 생산성 향상, 공정 개선등으로 매출 신장과 더불어 인건비등이 약 10∼15% 정도 절감된다.Therefore, the main concern of welding is that the demand for high quality welding is more urgent due to the high quality of welding, the development of new energy method and practical use, and the welding conditions for each work, adjustment of parameters, productivity improvement, process Improvements in sales and labor costs are reduced by 10-15%.

다음으로, 용접 배경을 살펴 보면 다음과 같다. 금속재의 기계나 구조물을 조립할 때는 금속 부품을 따로 따로 접합할 필요가 있는 경우가 있다. 이런 경우에는 리베트나 볼트 등이 주로 사용되고 있었지만, 자재의 절약, 중량의 경감, 생산 속도의 증대등을 위하여 근래에는 용접이 많이 이용되게 되었다.Next, the welding background is as follows. When assembling metal machines or structures, it is sometimes necessary to join metal parts separately. In this case, rivets and bolts were mainly used, but in recent years, welding has been widely used to save materials, reduce weight, and increase production speed.

용접이란 금속의 접합부를 가열 용융하여 냉각 고화시켜서 접합하는 방법을 말한다. 용접에는 고온도로 가열한 금속을 겹친후, 해머로 두드리거나 로울러 다이스 등으로 가열하는 단접 (鍛接, forge welding), 알루미늄과 산화철과의 분말의 혼합물에 점화하여 화학 반응을 일으켜서 발생한 고열의 용철을 접합부에 주입시켜 용접을 하는 테르미트 용접 (thermit 용접), 가스의 불꽃 또는 산소 아세틸렌의 불꽃을 접합부에 대고 가열 용접하는 가스 용접 (gas welding) 및 여기에서 말하는 전기 용접 (electric welding) 등이 있다.Welding means a method of joining by heating, melting, cooling and solidifying a joined portion of a metal. For welding, high-temperature molten iron generated by overlapping a metal heated to a high temperature, then tapping with a hammer or heating by a roller die, etc., and igniting a mixture of aluminum and iron oxide powder causes a chemical reaction. Such as thermite welding (thermit welding), which is injected into and welded to the welding, the gas welding which heat-welds the spark of gas or the spark of oxygen acetylene to the joint, and the electric welding referred to here.

전기 용접이란 전기적으로 접합부를 가열하는 방식을 말하는데, 가열 방식에 따라 저항 용접, 유도 용접, 아아크 용접의 3 가지로 나눌수 있다.Electrical welding refers to a method of electrically heating a joint, and may be classified into three types, such as resistance welding, induction welding, and arc welding, depending on the heating method.

아아크 용접은 접합부를 완전히 용해해서 접합하므로 융접에 속하고, 남은 2가지는 압력을 가해 용접하므로 압접에 속한다. 아아크 용접은 크게 2가지로 분류할수 있는데, 하나는 피복 아아크 용접이며, 또 하나는 GMA (Gas Metal Arc) 용접이다. 전자는 용접봉을 홀더 (Holder) 에 끼우고, 모재 (Base metal) 에 가까이 하여 직류 또는 교류 전류를 통하면, 강한 아크와 고열을 내면서 용접봉과 모재가 서로 융용, 융합하여 접합되는 아주 기민성이 좋은 용접법이다. 후자는 차폐 가스 (shield gas) 로 탄산 가스 ( Co2 ) 나 혹은 탄산 가스를 포함한 혼합가스를 흘려 보내 용접부를 대기로부터 차단시켜 기공 (blow hole) 등이 발생하지 않도록 하면서 용가재로는 특수 성분이 포함된 와이어를 사용하는 용접법이다. 차폐 가스는 아아크의 전기적 , 열적 특성, 비드 형상, 용융 금속의 야금학적 성질 등에 크게 작용하는데, 이 차폐 가스의 종류에 따라서 Co2 , MAG, MIG 등으로 분류하기도 한다.Arc welding belongs to fusion welding because it completely dissolves and joins the joint, and the remaining two belong to pressure welding because of welding under pressure. Arc welding can be classified into two types, one is coated arc welding and the other is gas metal arc (GMA) welding. The former is a very agile welding method in which a welding rod is placed in a holder, and a direct arc or high current is applied to a base metal, and the welding rod and the base are fused and fused together while producing a strong arc and high heat. to be. The latter is shielded gas and carbon dioxide gas ( Co 2 ) This welding method uses a wire containing special components as a filler material by flowing a mixed gas containing carbon dioxide or carbon dioxide to block the welding part from the atmosphere so that blow holes are not generated. The shielding gas has a great effect on the arc's electrical and thermal characteristics, bead shape, and the metallurgical properties of the molten metal. Co 2 , MAG and MIG.

와이어의 종류도 크게 2 가지로 나누는데, 하나는 적당한 화학 성분이 포함된 솔리드 와이어 (solid wire) 이며, 박판 용접에서 전자세 용접, 후판 용접까지 할수 있는 가장 널리 사용되는 와이어이다. 또 다른 하나는 탈산제, 합금 원소 및 플럭스 (Flux) 를 첨가시킨 플럭스 코어드 와이어 (flux cored wire) 가 있다.There are two types of wires. One is a solid wire with appropriate chemical composition, and is the most widely used wire from thin plate welding to electric field welding and thick plate welding. Another one is a flux cored wire to which deoxidizer, alloying element and flux are added.

현재 산업 현장에서 사용되는 용접법중 피복 아크 용접법은 최근 10 년간 50% 이상 감소하여 현재 25% 정도의 사용율을 점유하고 있다. 반면, GMA 용접법은 50% 이상 신장되어 약 65% 이상을 점유하고 있다. 이것은 아아크 용접의 자동화가 전 산업에 걸쳐 진행되고 있음을 나타내 주고 있다.Among the welding methods currently used in the industrial field, the coated arc welding method has decreased by more than 50% in the last 10 years and currently occupies about 25%. GMA welding, on the other hand, is stretched by 50% or more and occupies about 65% or more. This indicates that automation of arc welding is underway throughout the industry.

아아크 용접기에는 직류 아아크 용접기 (DC arc welder) 와 교류 아아크 용접기 (AC arc welder) 가 있다. 먼저, 직류 아아크 용접기에 관해 설명하면 다음과 같다.Arc arc welders include a DC arc welder and an AC arc welder. First, the DC arc welder will be described as follows.

직류 아아크 용접에는 50∼70 [V] 의 직류 정전압 전원에 직렬 저항을 연결해서 수하 특성을 얻을 수도 있지만, 저항중의 전력 유실이 매우 크게 되므로 외부 특성을 가진 특수한 직류 발전기를 3상 유도 전동기에 직결한 용접기를 사용한다.For DC arc welding, it is also possible to obtain a drooping characteristic by connecting a series resistor to a 50 to 70 [V] DC constant voltage power supply.However, the loss of power in the resistor is very large, so a special DC generator with external characteristics is directly connected to the three-phase induction motor. Use one welder.

발전기로는 타여차동 복권발전기, 203 브러시 발전기, 직권 로우젠버어그발전기 등이 사용되지만, 최근에는 건식 정류기를 사용하여 교류측에 직렬 리액터를 삽입한 용접기도 사용된다.As generators, tahedral lottery generators, 203 brush generators, series Rosenberg generators, etc. are used, but recently, a welder in which a series reactor is inserted into the AC side using a dry rectifier is also used.

다음으로, 교류 아아크 용접기에 관해 설명하면 다음과 같다. 교류 아아크 용접기는 리액턴스에 의해서 수하 특성을 얻을 수 있으므로 변압기의 2차측에 리액터를 접속하거나 또는 자기누설 변압기를 사용해서 필요한 특성을 얻을 수가 있다.Next, an AC arc welding machine is demonstrated. AC arc welding machine can obtain the drooping characteristic by reactance, so it is possible to connect the reactor to the secondary side of the transformer or use the magnetic leakage transformer to obtain the necessary characteristic.

변압기는 가동 토일형으로 한쪽 코일을 상하로 움직여 리액턴스를 조정하고, 또 가동 철심형으로서 탭에 의한 조정외에 철심을 움직임으로써 세밀한 전류의 조정을 할 수가 있다.The transformer is a movable toe type, which moves one coil up and down to adjust the reactance, and as a movable iron type, fine current can be adjusted by moving the iron core in addition to the adjustment by the tap.

정격으로서는 200, 300, 400, 500 [A] 의 것이 제작되고 있다. 역률은 일반적으로 40 [%] 정도로 매우 낮다.As a rating, 200, 300, 400, and 500 [A] things are produced. The power factor is generally very low, such as 40 [%].

이 때문에, 1차측에 콘덴서를 넣어 역률 개선을 행하는 용접기도 있다. 또, 효율도 낮아 보통 70∼80 [%] 정도이다. 특히, 아아크의 안정을 필요로 할때에는 고주파, 고전압을 겹쳐서 아아크의 공간의 도전성을 증가시키는 방법도 사용되고 있다.For this reason, there is also a welding machine that puts a capacitor on the primary side to improve the power factor. Moreover, the efficiency is also low, usually about 70 to 80 [%]. In particular, when it is necessary to stabilize the arc, a method of increasing the conductivity of the arc space by overlapping high frequency and high voltage is also used.

용접 시스템을 일반적으로 외부 환경조건, 즉, 고온, 다습, 분진 등의 열악한 조건에서 사용하므로 이러한 외부 환경에서 최소한의 영향을 받기 위해서는 제어 부분의 축소가 필요하며, 용접 조건에 따라서 아크와 가스를 병용할 경우가 있다.Since welding systems are generally used in poor environmental conditions such as high temperature, high humidity, dust, etc., it is necessary to reduce the control part in order to be minimized in such an external environment, and use arc and gas in combination with welding conditions. There is a case to do it.

일반 용접기는 아크와 가스가 분리되어 있는 용접을 실시하게 되며, 주로 교류 아크나 MIG, TIG 등이 SCR 을 중심으로 한 전원부를 구성하였거나, 또는 전원 다이오우드 (Power diode) 를 주로 이용한 풀 브리지 (full bridge) 방식이 일반적으로 채택되었다.A general welding machine performs welding in which arc and gas are separated, and an AC arc, MIG, TIG, etc. mainly constitute a power supply centered on SCR, or a full bridge mainly using a power diode. ) Method is generally adopted.

기존 방식의 플랜트 (Plant) 제품을 주생산 품목으로 하는 기업체는 용접기에 의한 전력 손실, 즉, 무효 전력 발생율 30∼40% 를 차지하므로 전원 요소 (Power factor) 가 대단히 낮아지게 된다.Firms whose main products are conventional plant products account for the power loss caused by the welding machine, that is, the generation rate of reactive power is 30-40%, and the power factor is extremely low.

이 부분을 개선하기 위한 인버터측 전원부를 PWM 제어 (PWM Converter 제어) 방식을 채택함으로써 상당한 개선을 할 수 있다.In order to improve this part, significant improvement can be achieved by adopting PWM control (PWM converter control) method.

아아크 용접용 전원으로는 교,직류 다같이 사용되는데, 특히 직류의 경우에는 모재를 양극으로 한다. 전류가 극히 작을 때는 부특성을 나타내고 전류가 증가함에 따라 전압이 감소되는데, 보통 용접에 사용되는 100 [A] 이상의 전류에서는 아아크 길이가 일정하면 아아크 전압도 거의 일정하게 된다.As the arc welding power source, both bridge and DC are used. In the case of direct current, the base metal is the anode. When the current is extremely small, it exhibits negative characteristics and the voltage decreases as the current increases. In the current of 100 [A] or more, which is usually used for welding, the arc voltage is almost constant if the arc length is constant.

아아크 전류를 안정하게 접속하여 일정 전류로 유지하려면, 전원의 외부 특성곡선이 수하 특성이어야 한다. 보통, 적당한 아아크 길이로 용접 작업을 할 때의 아아크 전압은 20∼35 [V] 이나, 무부하 전압, 즉 용접 전원의 최고 전압은 직류에서는 50∼70 [V], 교류에서는 70∼100 [V] 정도로 되어 있다.In order to stably connect the arc current to maintain a constant current, the external characteristic curve of the power supply must be a drooping characteristic. Normally, the arc voltage when welding with proper arc length is 20 to 35 [V], but the no-load voltage, that is, the maximum voltage of the welding power supply is 50 to 70 [V] for direct current and 70 to 100 [V] for alternating current. It is about.

또, 50 [A] 이하의 교류 아아크의 경우에는 특히 불안정하게 되기 쉬우므로 무부하 전압을 140 [V] 정도로 하는 경우도 있다.Moreover, in the case of an AC arc of 50 A or less, since it is easy to become unstable especially, a no load voltage may be set to about 140 [V].

다음으로는, 직류 아아크와 교류 아아크를 비교하면 다음과 같다. 교류는 1 [Hz] 에 두번씩 전류가 0 이 되어 아아크가 불안정하지만, 직류는 본질적으로 아아크가 더 안정하다. 그밖에 직류는 극성을 적당히 선택할 수가있으며, 특히 아아크가 끊어지기 쉬운 소전류의 용접에는 매우 유리하다.Next, when a DC arc and an AC arc are compared, it is as follows. AC is twice unstable at 1 [Hz] and the arc is unstable, but DC is inherently more stable. In addition, the direct current can select the polarity appropriately, and is particularly advantageous for the welding of a small current which is easy to break arc.

그러나, 실제로는 용접봉의 피복재가 진보되어 100 [A] 정도 이상에서는 아아크의 안정에 있어서 교류와 직류는 거의 같다. 100 [A] 이상이 되면, 직류에서는 자기 흡소 (magnetic blowout) 의 현상에 의하여 아아크가 소멸되어 불안정하게 되기 쉬우나, 교류에서는 금속중의 와전류 (eddy current) 에 의하여 아아크 부근의 자계가 약화되므로 이런 점에서는 교류가 오히려 우수하다.However, in practice, the covering material of the electrode has advanced, and at about 100 [A] or higher, the alternating current and the direct current are almost the same in the stability of the arc. At 100 [A] or higher, the arc easily disappears due to the phenomenon of magnetic blowout in DC and becomes unstable, but in AC, the magnetic field near the arc is weakened by the eddy current in the metal. In exchange is rather excellent.

그리고, 용접기의 구조에 있어서도 직류에서는 전동 발전기형이 많은데, 이것은 교류의 용접 변압기에 비해서 그 가격이 수배나 되고, 또 전력도 더 소요되므로 일반적으로 교류 용접기를 사용하는 것이 좋다.Also, in the structure of a welding machine, there are many motor generator types in direct current, which is much more expensive and requires more power than an AC welding transformer, and therefore it is generally preferable to use an AC welding machine.

교류 아크 용접기의 역률 및 효율은 다음 식으로 주어진다.The power factor and efficiency of the AC arc welder are given by the following equation.

표1. 용접기의 사용규격Table 1. Specification of welding machine

종류Kinds 정격2차 전류 (A)Rated secondary current (A) 정격 사용률 (%)Rated utilization rate (%) 정격 부하전압Rated load voltage 최고 2차 무부하 전압 (V)2nd highest no-load voltage (V) 2차 전류Secondary current 사용할수 있는 용접봉 지름 (mm)Available electrode diameter (mm) 저항 강하Resistance drop 리액턴스 강하Reactance drop 최대값(A)Maximum value (A) 최소값(A)Minimum value (A) 50Hz50 Hz 60Hz60 Hz AW200AW200 200200 4040 3030 00 85 이하85 or less 200 이상220 이하200 or more 220 or less 35 이하35 or less 2.0∼4.02.0 to 4.0 AW300AW300 300300 3535 00 300 이상330 이하300 or more330 or less 60 이하60 or less 2.6∼6.02.6 to 6.0 AW400AW400 400400 4040 00 400 이상440 이하400 or more and 440 or less 80 이하80 or less 3.2∼8.03.2 to 8.0 AW500AW500 500500 6060 4040 1010 1212 95 이하95 or less 500 이상550 이하500 or more550 or less 100 이하100 or less 4.0∼8.04.0-8.0

다음으로, 아크 용접과 가스 용접 전원부에 관해 설명하면 다음과 같다.Next, the arc welding and gas welding power supply unit will be described.

먼저, 인버터 용접기에 관해 설명한다.First, an inverter welding machine will be described.

1980년대 초에 등장한 인버터형 용접기는 기존의 싸이리스터 (Thyristor)방식의 용접기가 수백 Hz의 속도로 용접 전원을 제어하던 것을 수십 KHz의 고속 제어로 변환시켰으며, 이에 따라, 기존에 할수 없었던 여러 용접 물리 현상의 직접 제어를 가능하게 하였다.Inverter-type welding machines, which appeared in the early 1980s, converted the conventional thyristor welding machine to control welding power at a speed of several hundred Hz to high-speed control of several tens of KHz. Direct control of physical phenomena is made possible.

그러므로, 개발되어야 할 부분을 크게 3 부분으로 나누어 보면, 전원측 부분, 인버터 (inverter) 부, 출력측 결합부로 되어 있다.Therefore, the parts to be developed are divided into three parts: the power supply part, the inverter part, and the output side coupling part.

첫째로, 전원 부분에서는 통상 상용 전원을 사용하는데, 기존 방식은 가동 코일형이나 가동 철심형이므로 용접부에서 발생되는 사고가 곧바로 전원측에영향을 주므로 이 문제는 인버터 (inverter) 부가 있으므로 전류 및 전압 감지기로 단락사고의 방지가 가능하게 된다.First, in the power part, commercial power is usually used. Since the conventional method is a moving coil type or a moving iron type, an accident occurring in the welding part directly affects the power supply side. Short circuit accidents can be prevented.

둘째로, 인버터부에서는 용접하는 동안 단락 상태는 허용할수 없으므로, 부하의 돌입전류나 단락에 의한 전압 강하는 발생되어서는 안된다.Secondly, in the inverter section, short circuit condition is not allowed during welding, so no inrush current of the load or voltage drop due to short circuit should occur.

인버터부의 구성은 IGBT 나 혹은 전원 트랜지스터 (power Transistor), 또는 GTO 를 이용하여 단상 전압형 인버터를 구성하고, 전원과 동기를 할 수 있는 시스템을 마이크로 프로세서로 제어할 수 있다.The inverter unit may be configured of a single-phase voltage inverter using an IGBT, a power transistor, or a GTO, and may control a system capable of synchronizing with a power supply using a microprocessor.

이와같은 인버터부는 부하 상태에 관계없이 다음의 기능을 갖게 한다.Such an inverter unit has the following functions regardless of the load condition.

1. 부하 변동에 따른 전압 제어1. Voltage control according to load variation

2. 부하 전류 (용접부에 의한) 에 의한 고조파 전류 완화2. Harmonic current mitigation by load current (by welding part)

3. 무효 전력 및 잡음 감소3. Reactive Power and Noise Reduction

셋째로는, 출력 부분은 실제 제품을 만들고 있는 부분이므로 출력 임피던스가 비교적 높고 부하의 변화가 빠른 경우에는, 과도적인 전류의 변동이 발생되게 된다.Third, since the output part is a part that is actually making a product, a transient current fluctuation occurs when the output impedance is relatively high and the load changes rapidly.

실제 인버터는 전압형으로 되어 있지만, 전류 동작에 의해서 유지된다고 볼 수 있으므로 출력의 용접 상태는 단락이나 같은 상태이므로 큰 단락전류의 형태는 출력측 변압기의 1차측에 영향을 줄 수 있기 때문에, 결합용 리액터를 사용하여 전류의 급격한 변화를 완화시켜 줄 수 있다.Although the actual inverter is a voltage type, it can be seen that it is maintained by the current operation, so the welding state of the output is a short circuit or the same state, so a large short-circuit current can affect the primary side of the output transformer. You can use to mitigate abrupt changes in current.

이러한 전체 시스템의 구성은 짧은 기간에 개발하기는 현실적으로 어렵고, 작업장의 상태나 용량등이 고려되어 제품화를 가능하게 하는데 있다.The configuration of the whole system is difficult to develop in a short period of time, it is possible to commercialize in consideration of the condition and capacity of the workplace.

다음으로는, 가스 용접에 관해 설명한다. 가스 용접의 이점은 대개 불활성 가스 보호 및 정온을 유지하고, 전극에 의해 공급된 집중 아크로 우수한 차폐를 할 수 있어 차폐가 우수함을 들수가 있다. 아르곤 및 헬륨 가스는 대부분 가스 텅스텐 아크 용접에서 용접부를 대기와 완전 차단시키는데 사용된다.Next, gas welding is demonstrated. The advantage of gas welding is that the inert gas protection and constant temperature are usually maintained, and excellent shielding can be achieved by the concentrated arc supplied by the electrode, so that the shielding is excellent. Argon and helium gases are mostly used to completely shield the weld from the atmosphere in gas tungsten arc welding.

이들 가스는 불활성 가스 (inert gas) 이다. 그래서, 용접시에 용접부, 용가재, 텅스텐 전극을 대기중의 산소, 질소, 수소로부터 보호하기 위해 불활성 가스를 차폐시켜 용접부를 덮어서 차단시키는 역할을 한다.These gases are inert gases. Therefore, in order to protect the weld, filler material, and tungsten electrode from oxygen, nitrogen, and hydrogen in the atmosphere during welding, the inert gas is shielded to cover and block the weld.

불투명한 불활성 가스 차폐로 용제가 필요치 않으며, 또한 슬래그가 없는 용접부를 만든다. 이와 같이, 층간이나 또는 용접 완료 후, 슬래그의 제거가 필요하지 않다.Opaque inert gas shielding eliminates the need for solvents and also makes slag-free welds. As such, no removal of slag between the layers or after welding is completed.

용접부에 슬래그 덮힘이 없고, 또한 슬래그 혼입 및 개입으로 인한 여러 가지 결함이 적어진다. 가스 텅스텐 아크 용접은 대개 연기나 불꽃이 나타나지 않기 때문에, 용접부가 용접되는 광경을 쉽게 관찰할수 있다.There is no slag covering at the welds, and also fewer defects due to slag incorporation and intervention. Since gas tungsten arc welding usually does not show smoke or sparks, it is easy to observe the scene in which the weld is welded.

그 결과, 양호한 단면 및 외관을 얻어 더욱 깨끗한 용접부가 형성되어 스패터가 거의 생기지 않는다. 스패터 및 슬래그를 제거시킬 필요가 없으므로, 용접 마무리 작업이 매우 쉬워 비용이 적게 든다.As a result, a good cross section and appearance are obtained, and a cleaner weld portion is formed, so that spatter is hardly generated. There is no need to remove spatters and slags, which makes welding finishing very easy and inexpensive.

열 집중이 양호하므로 아크는 아주 좁은 열 영향부 (HAZ) 를 형성하므로, 전단 변형, 합금 편석 (alloy segregation) 및 잔류 응력 (residual stress) 을 적게 가진다.Since the heat concentration is good, the arc forms a very narrow heat affected zone (HAZ) and therefore has less shear deformation, alloy segregation and residual stress.

또한, 유능한 용접사라면 모든 자세에서 여러 가지 금속의 다양한 용접을 쉽게 연마할수 있으며, 장치가 복잡화되어 설비비가 비싸고, 고장이 자주 일어날 수 있다.In addition, a competent welder can easily polish a variety of welds of different metals in all positions, complicated equipment, expensive equipment, and frequent breakdowns.

시간당 1 마일 (mile) 의 교차 기류 0.5mm/sec, 실바람에서 적당한 거리 또는 기류 보호막을 설치해야 한다. 일반 아크 용접기와 가스 용접기의 구성도가 도 2 에 도시되었다.One mile per hour cross airflow 0.5 mm / sec, a reasonable distance from the wind or an air barrier must be installed. A schematic diagram of a general arc welder and a gas welder is shown in FIG. 2.

텅스텐 아크 용접은 텅스텐 (또는, 텅스텐 합금) 전극과 모재 사이에 전기 아크를 사용해서 열을 발생시켜 이 열을 이용하여 용접하는데, 용접부 및 전극을 보호하기 위해서 가스병으로부터 용접 토치를 통해서 불활성 가스의 흐름을 계속시켜, 대기 오염으로부터 용접부를 보호한다.Tungsten arc welding uses an electric arc to generate heat between a tungsten (or tungsten alloy) electrode and a base material to weld using heat, which protects the weld and the electrode from inert gas through a welding torch from a gas bottle. The flow is continued to protect the weld from air pollution.

텅스텐 전극은 단지 아크를 발생시키는 데만 사용되며, 용가재 (filler met -al) 는 용가재 봉 (filler rod) 을 손으로 잡고서 공급하거나, 또는 자동적으로 용가재 선 (filler wire) 을 스풀 (spool) 로 감아서 공급한다.Tungsten electrodes are only used to generate arcs and filler metal is supplied by hand holding the filler rod, or automatically wound around the filler wire with a spool. Supply.

이와 같이, 텅스텐 전극은 비록 그것이 주기적으로 교체되지만, 비용극식(nonconsumable: 비소모식) 으로 간주된다. 그리고, 가스 텅스텐 아아크 용접은 다음과 같은 장치들이 필요하다.As such, a tungsten electrode is considered nonconsumable, although it is periodically replaced. In addition, gas tungsten arc welding requires the following devices.

① 교류 (AC) 또는 직류 (DC) 정전류 용접기① AC (AC) or DC (DC) constant current welding machine

② 용접 토치 (텅스텐 전극 유지 및 불활성 차폐 가스 공급용)② Welding Torch (for tungsten electrode holding and inert shielding gas supply)

③ 텅스텐 또는 텅스텐 합금 전극③ tungsten or tungsten alloy electrode

④ 불활성 가스 공급용 압력 조정기 및 차폐 가스 흐름 속도 조정용 유량④ Flow regulator for inert gas supply pressure regulator and shielded gas flow rate

표 2. 여러 가지 전류에 따른 요소들의 비교Table 2. Comparison of Elements with Different Currents

대부분의 아크열은 직류 역극성을 가진 전극에 집중되므로, 동일한 전류값에서 직류 정극성에 사용된 것보다 직류 역극성에 사용된 전극이 훨씬 더 크게 된다. 전극은, 또한, 직류 역극성으로 하는 것이 더 빨리 소모된다.Since most arc heat is concentrated on electrodes with direct current reverse polarity, the electrodes used for direct current reverse polarity are much larger than those used for direct current positive polarity at the same current value. The electrode also consumes faster to make direct current reverse polarity.

만일 전극을 너무 가는 것을 사용하면, 전극팁은 용융되어 팁 외관에 손상이 일어나며, 용접부를 오염시키게 된다. 알루미늄 및 마그네슘과 같은 금속은 주로 가스 텅스텐 아크 용접으로 용접한다.If too thin an electrode is used, the electrode tip melts, damaging the tip appearance and contaminating the weld. Metals such as aluminum and magnesium are mainly welded by gas tungsten arc welding.

그러나, 용접 온도에서 경질이나, 잘 전도되지 않은 표면 산화 현상을 일으킨다. 이들 산화 현상은 전자 흐름을 방해하여 아크를 불안정하게 만든다.However, it causes hard, but poorly conducted, surface oxidation at the welding temperature. These oxidation phenomena disrupt the electron flow and make the arc unstable.

표 2 에 나타낸 것과 같이, 직류 역극성에서는 전자는 작업물에서 전극의 방향으로 흐르고, 외관상으로 충전 이온은 전극에서 작업물로 흐른다.As shown in Table 2, in direct current reverse polarity, electrons flow in the direction of the electrode from the workpiece, and apparently, charged ions flow from the electrode to the workpiece.

양이온은 처리하기 힘든 (heat-resistant : 내열) 표면의 산화에 충격을 가해 용접 표면에 타격을 주어 청정 작용을 한다.The cation impacts the oxidation of heat-resistant surfaces and strikes the weld surface for clean action.

도 4 는 본 발명자가 1997 년 9 월 27 일 전압형 인버터를 이용한형 전기용접기 및 이의 용접방법의 명칭으로 출원한 건의 내용중 전압형 인버터를 이용한 아크형 전기용접기의 구성을 나타낸 블록도이다.Figure 4 is a block diagram showing the configuration of the arc-type electric welder using a voltage inverter of the contents of the present invention filed in the name of the type of the electric welding machine using a voltage inverter and its welding method on September 27, 1997.

도 4 에 관해 약술하면 다음과 같다. 도 4 에 도시된 바대로, 전압형 인버터를 이용한 아크형 전기용접기는 3상 정류 다이오우드와 스너버 회로로 구성되며, 3상 교류 전원을 직류전원으로 바꾸어 주는 전원부 (100), 상기 전원부 (100) 로부터 직류전원을 입력하여 부하 변동에 따른 전압을 제어하고, 부하 전류에 의한 고조파 전류를 완화하며 무효전력 및 잡음을 감소시키고, 전원과 동기할수 있는 시스템을 제어하는 인버터부 (200), 결합용 리액터를 사용하여 전류의 급격한 변화를 완화시켜 주는 출력부 (300) 로 구성된다.A summary of FIG. 4 is as follows. As shown in FIG. 4, an arc type electric welding machine using a voltage inverter includes a three-phase rectifying diode and a snubber circuit, and includes a power supply unit 100 for converting three-phase AC power into a DC power supply, and the power supply unit 100. Inverter unit 200 to control the voltage according to the load change by inputting the DC power supply, to mitigate the harmonic current caused by the load current, to reduce the reactive power and noise, and to control the system that can be synchronized with the power supply, coupling reactor It is composed of an output unit 300 to mitigate the sudden change of the current using.

즉, 상기 전원부 (100) 로는 통상 상용 전원을 사용한다. 그리고, 종래의 가동 코일형 또는 가동 철심형 용접기는 용접부에서 발생되는 사고가 곧바로 전원측에 영향을 주었다. 그러나, 도 4 의 구성에는 인버터부 (200) 가 있으므로 전류 및 전압 감지장치로 단락 사고를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 상기 인버터부 (200) 에서 용접하는 동안 단락 상태는 허용할 수 없으므로 부하의 돌입전류나 단락에 의한 전압 강하가 발생되어선 안된다.That is, a commercial power source is usually used as the power supply unit 100. In the conventional movable coil type or movable iron core type welding machine, an accident occurring at the weld portion immediately affected the power supply side. However, since the inverter unit 200 is included in the configuration of FIG. 4, a short circuit accident can be prevented with a current and voltage sensing device. In addition, since the short circuit state is not allowed during welding in the inverter unit 200, the voltage drop due to the inrush current or the short circuit of the load should not occur.

그래서, 인버터부 (200) 의 구성을 IGBT 나 혹은 전력 트랜지스터, 또는 GTO를 이용하여 단상 전압형 인버터를 구성하고, 전원과 동기를 할 수 있는 시스템을 마이크로 프로세서로 제어하도록 한다. 이같은 인버터부 (200) 는 부하 상태에 관계없이 다음의 기능을 갖게 된다.Thus, the structure of the inverter unit 200 is configured by using an IGBT, a power transistor, or a GTO to configure a single-phase voltage type inverter, and to control a system capable of synchronizing with a power source using a microprocessor. The inverter unit 200 has the following function regardless of the load state.

- 부하 변동에 따른 전압 제어-Voltage control according to load change

- 부하 전류 (용접부에 의한) 에 의한 고조파 전류 완화-Harmonic current mitigation by load current (by welding part)

- 무효 전력 및 잡음 감소Reactive Power and Noise Reduction

그 다음으로, 출력부 (300) 는 실제 제품을 만들고 있는 부분이므로, 출력 임피던스가 비교적 높고 부하의 변화가 빠른 경우에는 과도적인 전류 변동이 발생되게 된다.Next, since the output unit 300 is a part that is actually making a product, a transient current fluctuation occurs when the output impedance is relatively high and the load change is fast.

실제의 인버터는 전압형으로 되어 있지만, 전류 동작에 의해서 유지된다고 볼 수 있으므로 출력의 용접 상태는 단락과 같은 상태이다. 이런 큰 단락 전류의 형태는 출력측 변압기의 1차측에 영향을 줄 수 있으므로 본 발명에서는 결합용 리액터를 사용하여 전류의 급격한 변화를 완화시켜 준다.Although the actual inverter is a voltage type, it can be seen that it is maintained by the current operation, so the welding state of the output is a short circuit state. This type of large short-circuit current can affect the primary side of the output side transformer, so in the present invention, the coupling reactor is used to mitigate the sudden change in the current.

용접기의 주전원측의 전원장치의 인버터는 주소자인 IGBT 소자를 이용하여 단상 인버터로 구성하였다. 이 인버터의 구동회로는 EXB841 을 이용하여 구성하였다. 특히, 전원측에서 발생될 수 있는 고조파 성분을 제거하기 위해서 PWM 제어 방식을 채택하였다. 그런데, 상기 구성의 전압형 인버터를 이용한 아크형 전기용접기는 아크 및 가스 용접을 겸할수 없는 문제점이 있었다.The inverter of the power supply unit on the main power supply side of the welding machine was configured as a single phase inverter using an IGBT element as an addresser. The drive circuit of this inverter was comprised using EXB841. In particular, the PWM control method is adopted to remove harmonics that may occur on the power supply side. However, the arc-type electric welding machine using the voltage inverter of the above configuration has a problem that can not combine arc and gas welding.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고성능 인버터 제어용 용접기를 낮은 용량에서 개발하여 그 경험을 바탕으로 점차적으로 대용량화하고, 고성능화, 성에너지, 안정성 확보, 사용환경 범위의 극대화, 신재료 및 신기술의 개발에 주력하여 기존의 SCR 방식보다 우수한 아크와 가스 용접을 겸할수 있는 인버터 용접기를 제공함에 그 목적을 두고 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and developed a high-performance inverter control welding machine at a low capacity, gradually increasing the capacity based on the experience, high performance, sex energy, stability, maximization of the use environment range, new materials and Its purpose is to provide inverter welding machine which can combine arc and gas welding superior to existing SCR method by focusing on the development of new technology.

또한, 본 발명은 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기의 용접방법을 제공함을 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a welding method for an inverter welder for arc and gas welding.

도 1 은 전압, 전류의 외부 특성 곡선을 나타낸 그래프.1 is a graph showing an external characteristic curve of voltage and current.

도 2 는 가스 텅스텐 전극 아크 용접기의 구성도.2 is a configuration diagram of a gas tungsten electrode arc welder.

도 3 은 텅스텐 아크 용접법을 예시하는 도면.3 illustrates a tungsten arc welding method.

도 4 는 종래의 전압형 인버터를 이용한 아크형 전기용접기의 구성을 나타낸 블록도.Figure 4 is a block diagram showing the configuration of an arc-type electric welder using a conventional voltage inverter.

도 5 는 본 발명의 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기의 구성을 나타낸 블록도.Figure 5 is a block diagram showing the configuration of the inverter welding machine for arc and gas welding of the present invention.

도 6 은 본 발명에 따른 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기의 용접방법의 흐름을 나타낸 순서도.Figure 6 is a flow chart showing the flow of the welding method of the inverter welding machine for arc and gas welding in accordance with the present invention.

도 7 은 동작시의 아크 용접기의 입력전압 및 입력전류의 파형도.7 is a waveform diagram of an input voltage and an input current of an arc welder in operation.

도 8 은 용접시의 파형을 나타낸 도면.8 shows waveforms at the time of welding;

이하, 본 발명을 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 도 5 는 본 발명의 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 5 에 도시된 바대로, 본 발명의 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기는 제1, 제2 정류기, 단상 전압형 인버터, 변압기, 결합용 리액터, 드라이브부, 파형 제어부, PWM 회로, 증폭회로, D/A 변환회로, 중앙 처리부, 전압 전류 검출부, 용접 조건 설정부, 용접 파라미터 설정부로 구성된 인버터 용접기에 있어서, 입력되는 가스의 양을 검출하여 그 결과의 검출신호를 상기 중앙 처리부로 출력하는 입력 가스 검출부 (28) 를 포함하여 이루어진다. 그리고 상기 입력 가스 검출부 (28) 로는 가스 센서가 사용된다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Figure 5 is a block diagram showing the configuration of the inverter welding machine for arc and gas welding of the present invention. As shown in Figure 5, the arc and gas welding inverter welding machine of the present invention, the first and second rectifiers, single-phase voltage inverter, transformer, coupling reactor, drive unit, waveform control unit, PWM circuit, amplifier circuit, D In an inverter welding machine comprising a / A conversion circuit, a central processing unit, a voltage current detection unit, a welding condition setting unit, and a welding parameter setting unit, an input gas detection unit which detects an amount of gas to be input and outputs the resultant detection signal to the central processing unit. And (28). As the input gas detector 28, a gas sensor is used.

본 발명의 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기의 용접방법은 용접기를 초기화하는 단계, 모드를 체크하는 단계, 상기 모드 체크 단계의 수행 결과, 용접 모드이면, 용접 전류, 용접 전압을 설정하고 이를 기억하는 단계, 아크 및 가스 용접을 한후, 다시 상기 모드 체크 단계로 가는 단계를 포함하여 이루어진다.In the welding method of the inverter welding machine for arc and gas welding of the present invention, the step of initializing the welder, checking the mode, performing the mode check step, if the welding mode, and setting the welding current, the welding voltage and storing them After the arc and gas welding, the step of going back to the mode check step is made.

그리고, 본 발명의 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기의 용접방법은 상기 모드 체크 단계의 수행 결과, 설정 모드이면, 설정할 용접 파라미터를 선택하는 단계, 용접 파라미터를 설정한후, 다시 상기 모드 체크 단계로 가는 단계를 추가로 포함한다.In the welding method of the inverter welding machine for arc and gas welding according to the present invention, if the setting mode is the result of performing the mode checking step, selecting the welding parameter to be set, setting the welding parameter, and then going back to the mode checking step. It further comprises a step.

다음으로는, 용접시 전류 관계에 관해 설명하면 다음과 같다. 가스 차폐 금속 아크 용접에 있어서, 용접선은 아크의 한쪽 전극 기능을 갖고 있으며, 아크열에 의해서 융용되어 용접 금속을 형성한다.Next, the electric current relationship at the time of welding is demonstrated as follows. In gas-shielded metal arc welding, the weld line has a function of one electrode of the arc, and is fused by arc heat to form a weld metal.

용접선의 융용에 기여하는 열의 대부분은 아크에 의한 팁부의 발열에 의해서 공급된다. 이 발열량은 용접전류와 용접전압의 곱에 비례한다. 용접전압의 변화가거의 없을 때 발열량, 즉 용접 출력전력, 은 용접전류에 비례한다.Most of the heat contributing to the melting of the welding line is supplied by the heat generation of the tip portion by the arc. This calorific value is proportional to the product of the welding current and the welding voltage. When there is almost no change in the welding voltage, the heating value, that is, the welding output power, is proportional to the welding current.

용접 전류는 송급되는 와이어 및 모재를 녹일수 있는 능력이고, 와이어의 용융 속도와 용입, 작업의 능률에 큰 영향을 미친다.The welding current is the ability to melt the wire and the base material to be fed, and it has a great influence on the melt rate, penetration, and work efficiency of the wire.

다음으로는, 용접시 동작 모드에 관해 살펴 보면 다음과 같다.Next, the operation mode at the time of welding is as follows.

첫번째로, 용접 모드로서, 이 용접 모드는 용접 조건 설정 및 설정된 전류·전압으로 용접을 수행할 수 있는 모드이다.First, as a welding mode, this welding mode is a mode in which welding can be performed with welding condition setting and set current and voltage.

두번째로는, 용접 파라미터 설정 모드로서, 이 모드는 용접에 관련된 여러 가지 파라미터를 설정할 수 있는 모드이다.Secondly, as a welding parameter setting mode, this mode can set various parameters related to welding.

세번째로는, 동작 모드로서, 이 모드는 용접 모드와 용접 파라미터 설정 모드 사이의 스위치를 동시에 작동시킴으로써 이루어지는 모드이다.Third, as an operation mode, this mode is achieved by simultaneously operating a switch between a welding mode and a welding parameter setting mode.

즉, 전압 전류 검출부 (28), PWM 회로 (24), 파형 제어부 (23) 는 용접 전류가 정해진 일정한 값 이하가 되면, 자동적으로 인버터의 펄스폭을 넓혀 용접 전류가 정해진 값 이하가 되지 않도록 전자 중첩 제어를 수행한다.That is, the voltage current detector 28, the PWM circuit 24, and the waveform controller 23 automatically widen the pulse width of the inverter when the welding current becomes lower than or equal to a predetermined value, so that the welding current does not become lower than or equal to the predetermined value. Perform control.

상기 전압 전류 검출부 (28) 에서 검출된 입력 전원의 변동이 적정 동작 영역을 벗어나서 입력되면, 즉시 PWM 출력을 차단하고 중앙 처리부 (27) 를 동작 중지시키고 오류등을 점등시킨다.When the change in the input power detected by the voltage current detector 28 is input outside the proper operating range, the PWM output is immediately interrupted, the central processing unit 27 is stopped, and the error lamp is turned on.

그리고, 상기 인버터부 (201) 에서 용접하는 동안 단락 상태는 허용할 수 없으므로 부하의 돌입전류나 단락에 의한 전압 강하가 발생되어선 안된다. 그래서, 상기 인버터부 (201) 의 구성을 IGBT 나 혹은 전력 트랜지스터, 또는 GTO 를 이용하여 단상 전압형 인버터를 구성하고, 전원과 동기를 할 수 있는 시스템을 마이크로 프로세서로 제어하도록 한다In addition, since the short circuit state is not acceptable during welding in the inverter unit 201, the voltage drop due to the inrush current of the load or the short circuit should not occur. Thus, the inverter unit 201 is configured using an IGBT, a power transistor, or a GTO to configure a single-phase voltage inverter, and to control a system capable of synchronizing with a power source using a microprocessor.

IGBT 는 온·오프를 반복하여 접합부에서 발생하는 온도가 일정 온도를 넘어서면, 즉시 PWM 출력을 차단한다. 그리고, IGBT 에 흐르는 전류가 트랜지스터의 용량을 넘어서서 소자를 파손시키는 것을 방지하는 회로가 설치되어 있다.The IGBT turns the PWM output off immediately when the junction rises above a certain temperature. Then, a circuit is provided to prevent the current flowing through the IGBT from exceeding the capacitance of the transistor and damaging the element.

전원측에서 발생될수 있는 고조파 성분을 제거하기 위해서 PWM 제어 방식을 채택하였다.PWM control method is adopted to remove harmonics that may be generated on the power supply side.

다음으로는, 도 6 에 관해 상술한다. 먼저, 용접기를 초기화한 다음 (S1), 모드가 어떤 모드인지를 체크한다. (S2)Next, FIG. 6 is explained in full detail. First, the welder is initialized (S1) and then the mode is checked. (S2)

상기 모드 체크 단계 (S2) 의 수행 결과, 용접 모드이면, 용접 전류, 용접 전압을 설정하고 이를 기억한다. (S3)As a result of performing the mode check step S2, in the welding mode, the welding current and the welding voltage are set and stored. (S3)

그 다음으로, 아크 및 가스 용접을 한후, 다시 상기 모드 체크 단계로 간다. (S4)Then, after arc and gas welding, it goes back to the mode check step. (S4)

그리고, 상기 모드 체크 단계 (S2) 의 수행 결과, 설정 모드이면, 설정할 용접 파라미터를 선택한 다음 (S5), 용접 파라미터를 설정한후, 다시 상기 모드 체크 단계로 간다. (S6)Then, as a result of performing the mode check step S2, if it is the setting mode, the welding parameter to be set is selected (S5), the welding parameter is set, and then the mode check step is performed again. (S6)

보다 상세히 설명하면 다음과 같다.More detailed description is as follows.

먼저, 용접기에 전원이 공급된 후, 초기화 상태에서 용접 작업이 가능한 용접 상태로 동작된다. 그 다음으로, 스위치를 동시에 동작시켜 이전에 설정된 용접 파라미터를 확인, 수적할수 있는 스위치로 상태를 동작시킬 수 있다.First, after the power is supplied to the welding machine, it is operated in a welding state that allows welding work in an initializing state. Next, the switch can be operated simultaneously to operate the state with a switch capable of confirming and counting previously set welding parameters.

그런 다음, 작업후 다시 용접 파라미터를 변경하고자 위 상태의 단계를 반복하여 실행한다.Then repeat the above steps to change the welding parameters after the operation.

위와 같은 상태로 동작시켰을 경우, 동작 상태를 시뮬레이션 한 경우에 대한고찰을 할 수 있다.When operating in the above state, it is possible to consider the case of simulating the operating state.

고속 펄스 (MIDDLE) 의 설정시, 박판을 고속으로 용접 가능하고 세밀한 비드를 얻을수 있으며, 저속 펄스 (LOW) 의 설정시 후판 용접과 폭넓은 용접에 탁월한 성능을 발휘할수 있다.When high speed pulse (MIDDLE) is set, thin plate can be welded at high speed and fine beads can be obtained. When low speed pulse (LOW) is set, excellent performance is achieved for thick plate welding and wide welding.

도 7 은 아크 용접기의 동작시 시뮬레이션한 입력 전압 및 전류 파형을 나타낸 도면이다. 그리고 도 8 은 용접시의 파형을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating input voltage and current waveforms simulated during operation of the arc welder. 8 is a view showing waveforms at the time of welding.

본 발명은 인버터 제어이기 때문에 기존 용접기에 비해 입력 KVA 1/2, 크기 1/3, 무게 1/5 정도로 감소되므로, 현장 작업장이나 협소한 공간에서 최적이고 경제적으로 운용할수 있고, 스타트 전류의 업-슬롭 제어로 용접 개시부 박판시 용락, 후판 용접시 용입 부족을 방지하고, 용접 종료시 다운-슬롭 제어가 있어 크레이타 전류 조정이 가능하며, 마무리부의 용락 방지와 균열을 방지할수 있다.Since the present invention is an inverter control, the input KVA 1/2, size 1/3, weight 1/5 compared to the conventional welding machine, so that it can be operated optimally and economically in the field workshop or small space, and the start-up current- Slop control prevents the melt at the start of thin plate welding and the lack of penetration at the time of thick plate welding, and the down-slop control at the end of welding enables the adjustment of the crater current, and prevents the melting of the finish and the cracking.

인버터 제어용 용접기와 기존 SCR 방식 용접기에 비해서 다음과 같은 장점을 가지므로 용접 초보자도 쉽게 용접을 할 수 있다.Compared with the inverter control welding machine and the existing SCR welding machine, it has the following advantages so that even beginners can easily weld.

1. 제어주파수의 증가로 변압기의 체적이 감소되므로 크기 및 중량이 감소된다.1. Increasing the control frequency reduces the volume of the transformer, thereby reducing the size and weight.

2. 제어주파수의 증가로 단락시 전류 상승률을 제어하는 기능을 확보함으로써 낮은 전류 영역에서도 아크의 안정성이 확보되며, 스패터량이 감소된다.2. As the control frequency increases, the stability of the arc is secured even in the low current region by controlling the current rate of increase in the short circuit, and the amount of spatter is reduced.

3. 고속 용접시에도 아크가 안정되도록 파형을 제어함으로써 자동 용접장치에서의 용접 성능이 향상된다.3. The welding performance in the automatic welding device is improved by controlling the waveform to stabilize the arc even at high speed welding.

4. 아크 시작시 전류 상승시간이 감소될수 있어 자동 용접에 유리하다.4. The current rise time can be reduced at the start of the arc, which is advantageous for automatic welding.

5. 싸이리스터 용접기에 비해 정격 입력의 에너지를 저장할수 있다.5. It can store energy of rated input as compared with thyristor welding machine.

6. 환경과 작업 피재물에 따라 가스 용접을 용이하게 수행할수 있다.6. Gas welding can be performed easily according to the environment and work materials.

7. 아크와 가스 용접을 겸용할수 있는 장점은 있으나, 설비의 구조가 복잡한 단점이 있다.7. There is an advantage that both arc and gas welding can be used, but the structure of the facility has a disadvantage.

또한, 아크 용접과 가스 용접의 겸용으로 작업을 수행할 수 있어 이동 또는 특수한 경우의 작업 환경에 적합하다.In addition, the work can be performed by the combination of arc welding and gas welding, which is suitable for a moving or special case working environment.

Claims (5)

제1, 제2 정류기, 단상 전압형 인버터, 변압기, 결합용 리액터, 드라이브부, 파형 제어부, PWM 회로, 증폭회로, D/A 변환회로, 중앙 처리부, 전압 전류 검출부, 용접 조건 설정부, 용접 파라미터 설정부로 구성된 인버터 용접기에 있어서,1st, 2nd rectifier, single phase voltage inverter, transformer, coupling reactor, drive part, waveform control part, PWM circuit, amplification circuit, D / A conversion circuit, central processing part, voltage current detection part, welding condition setting part, welding parameter In the inverter welding machine composed of a setting unit, 입력되는 가스의 양을 검출하여 그 결과 얻어진 검출신호를 상기 중앙 처리부로 출력하는 입력 가스 검출부를 포함하는, 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기.An inverter welder for arc and gas welding, comprising an input gas detector for detecting the amount of gas to be input and outputting the resultant detection signal to the central processing unit. 용접기를 초기화하는 단계;Initializing the welder; 상기 초기화된 용접기의 모드를 체크하는 단계;Checking a mode of the initialized welder; 상기 모드 체크 결과 용접 모드이면 용접 전류, 용접 전압을 설정하고 이를 기억하는 단계; 및Setting and storing a welding current and a welding voltage when the mode check result is a welding mode; And 아크 및 가스 용접을 한후, 다시 상기 모드 체크 단계로 가는 단계를 포함하는, 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기의 용접방법.And arc and gas welding, and then going back to the mode check step. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 모드 체크 결과 설정 모드이면 설정할 용접 파라미터를 선택하는 단계; 및Selecting a welding parameter to be set if the mode check result is set mode; And 상기 선택된 용접 파라미터를 설정한후, 다시 상기 모드 체크를 수행하는 단계를 더 포함하는, 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기의 용접방법.And after the setting of the selected welding parameter, performing the mode check again. 제 2 항에 있어서, 상기 용접 모드는 용접 조건 설정 및 설정된 전류·전압으로 용접을 수행하는 모드인 것이 특징인, 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기의 용접방법.The welding method for an inverter welder for arc and gas welding according to claim 2, wherein the welding mode is a mode in which welding conditions are set and welding is performed with a set current and voltage. 제 3 항에 있어서, 상기 설정 모드는 용접에 관련된 여러 가지 파라미터를 설정하는 용접 파라미터 설정 모드인 것이 특징인, 아크 및 가스 용접용 인버터 용접기의 용접방법.4. The welding method of the inverter welder for arc and gas welding according to claim 3, wherein the setting mode is a welding parameter setting mode for setting various parameters related to welding.
KR1019980029821A 1998-07-24 1998-07-24 Inverter welding machine for arc and gas welding and its welding method KR100284597B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980029821A KR100284597B1 (en) 1998-07-24 1998-07-24 Inverter welding machine for arc and gas welding and its welding method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980029821A KR100284597B1 (en) 1998-07-24 1998-07-24 Inverter welding machine for arc and gas welding and its welding method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000009424A KR20000009424A (en) 2000-02-15
KR100284597B1 true KR100284597B1 (en) 2001-04-02

Family

ID=19545076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980029821A KR100284597B1 (en) 1998-07-24 1998-07-24 Inverter welding machine for arc and gas welding and its welding method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100284597B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170127264A (en) 2016-05-11 2017-11-21 현대중공업 주식회사 Portable welding machine

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100331348B1 (en) * 1999-09-01 2002-04-13 은 종 목 A tig welder
KR20200119012A (en) 2019-04-09 2020-10-19 박세용 Tungsten electrode for TIG welding

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170127264A (en) 2016-05-11 2017-11-21 현대중공업 주식회사 Portable welding machine

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000009424A (en) 2000-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Weman Welding processes handbook
Phillips Welding engineering: an introduction
Houldcroft Welding process technology
KR100349968B1 (en) Short circuit welder
Campbell Joining: understanding the basics
JP2016179503A (en) Arc welding control method and arc welding device
Vendan et al. Interdisciplinary treatment to arc welding power sources
CN106583977A (en) Modular electromagnetic pulse welding platform
Verdelho et al. An electronic welder control circuit
Kah Advancements in intelligent gas metal arc welding systems: fundamentals and applications
KR100284597B1 (en) Inverter welding machine for arc and gas welding and its welding method
MXPA06012592A (en) Synergistic welding system.
US6410885B1 (en) MIG brazing power source
KR100855543B1 (en) Power supply apparatus of inverter welder using scr
KR100327704B1 (en) An artificial intelligence type automatic welder
Chae et al. A novel mixed current and voltage control scheme for inverter arc welding machines
JP4558227B2 (en) Welding power supply
KR100278799B1 (en) Arc type electric welding method using voltage type inverter
CN210359729U (en) Welding current automatic regulating unit for gas shielded welding machine and welding machine thereof
JP3948767B2 (en) High frequency AC TIG welding machine
KR100340683B1 (en) Inverter co2 welder
US3129352A (en) Arc welding power supply
Lucas et al. Welding and soldering
CN107999925A (en) A kind of safety and energy saving electric welding machine
Paul Practical study of inclusiveness properties of PI and SMC ideas for control of GMAW

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20031223

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee