KR100415462B1 - 펄스 마그 아크 용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펄스 마그 아크 용접 중에 송급 와이어와 모재 사이의 단락 발생시 신속하게 단락을 해소하여 균일하고 안정된 용적이 이행되도록 하는 펄스 마그 아크 용접 방법에 관한 것으로서, 1 펄스 1 드롭의 펄스 마그 아크 용접법에 의한 모재와 송급와어어 간의 용접에 있어서, 용접 전압의 문턱 전압을 설정하는 제 1 단계; 펄스 상승 구간, 펄스 유지 구간, 펄스 하강 구간 및 펄스 베이스 구간으로 구분하여 각 구간별 용접 전압이 상기 문턱 전압 이하가 되는지 판단하는 제 2 단계; 상기 판단 결과, 상기 문턱 전압 이하로 될 경우 그 지속 시간이 기 설정된 일정 시간을 초과하는가를 판단하는 제 3 단계; 및 상기 지속 시간이 상기 기 설정된 시간을 초과할 경우 상기 모재와 송급 와이어 간의 단락으로 판단하고 용접 전류를 상승시켜 단락을 해소하는 제 4 단계를 포함하여 구성되고, 상기 기 설정된 시간은 상기 각 구간별로 달리 설정하되, 상기 기 설정 시간의 크기는 상기 펄스 하강 구간, 상기 펄스 베이스 구간, 상기 펄스 유지 구간 및 상기 펄스 상승 구간의 순으로 상대적으로 작아지도록 설정함으로써, 펄스 마그 용접 중 단락 발생시 단락 해소를 신속하게 함으로써 입자가 큰 스패터의 발생을 근본적으로 해결하고, 특히 아크 전압이 낮은 박판 용접과 와이어 송급 속도가 빨라 와이어와 모재사이의 단락이 빈번하게 발생되는 용접의 경우 그 효과를 극대화 할 수 있다.

Description

펄스 마그 아크 용접 방법{Pulse MAG arc Welding Method}

본 발명은 펄스 마그 아크 용접(Pulse MAG arc Welding) 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펄스 마그 아크 용접 중에 송급 와이어와 모재 사이의 단락 발생시 신속하게 단락을 해소하여 균일하고 안정된 용적이 이행되도록 하는 펄스 마그 아크 용접 방법에 관한 것이

일반적으로, 펄스 마그(MAG : Metal Active Gas) 아크 용접 중에 송급 와이어와 모재(母材)사이에 단락이 발생되고 있으며, 그 단락이 해소되는 순간에는 스패터(spatter)가 발생된다. 이와 같은 단락이 장시간 계속되면 입자가 큰 스패터가 발생되는 데, 그 스패터가 용접 주변으로 튀어나가 모재 또는 용접 노즐에 부착될 경우 심각한 용접 불량을 일으키거나 화재의 원인이 될 수도 있다.

이 스패터의 발생은 아크 용접 시 용접 결함의 중요 요인 중 하나이기 때문에, 스패터 발생을 줄이기 위하여 전기, 재료, 금속, 및/또는 제어분야 등의 방면에서 많은 연구가 진행 중에 있으나, 기존의 방식에서는 단락 해소를 위한 별도의 제어가 없어 단락 발생시 신속한 단락 해소를 하지 못하여 장기간 단락이 일어날 수 있고, 이는 큰 입자의 스패터가 발생되어 용접에 중대한 결함을 일이키는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 용접 시 단락이 발생되면 용접 전류를 상승하거나 일정한 크기의 용접 전류를 일정시간 흐르게 하여 단락을 신속히 해결하도록 하는 펄스 마그 아크 용접 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 모든 구간에서의 단락 발생 시간을 기본 파형 제어 시간에서 제외시킴으로서 단락이 완전히 끝난 후 아크가 안정된 상태에서 다음 용접 상태로 이동하도록 하여 균일하고 안정된 용접 이행이 일어날 수 있도록 하는 펄스 마그 아크 용접 방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 일반적인 방식의 펄스 마그 아크 용접의 용접 전류와 송급 와이어의 용융상태를 설명하기 위한 도면이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 마크 용접 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 단락 해소를 위한 구간별 용접 전류 파형 및 와이어 용융 상태를 설명하기 위한 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 송급 와이어 2 : 아크

3 : 용적 4 : 모재

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 펄스 마그 아크 용접 방법은, 1 펄스 1 드롭의 펄스 마그 아크 용접법에 의한 모재와 송급 와어어 간의 용접에 있어서, 용접 전압의 문턱 전압을 설정하는 제 1 단계; 펄스 상승 구간, 펄스 유지 구간, 펄스 하강 구간 및 펄스 베이스 구간으로 나누어 각 구간별 용접 전압이 상기 문턱 전압 이하가 되는지 판단하는 제 2 단계; 상기 판단 결과 상기 문턱 전압 이하로 될 경우 그 지속 시간이 기 설정된 일정 시간을 초과하는가를 판단하는 제 3 단계; 및 상기 지속 시간이 상기 일정 시간을 초과할 경우 상기 모재와 송급와이어 간의 단락으로 판단하고 용접 전류를 상승시켜 단락을 해소하는 제 4 단계를 포함하여 구성되고, 상기 기 설정된 시간은 상기 각 구간별로 달리 설정하되, 상기 설정 시간의 크기는 상기 펄스 하강 구간, 상기 펄스 베이스 구간, 상기 펄스 유지 구간 및 상기 펄스 상승 구간의 순으로 상대적으로 작아지도록 설정하는 것을 특징으로 한다.상기 단락으로 판단되는 시간은 1 펄스 1 드롭 이행을 위한 용접 구간별 이행 시간에 포함되지 않도록 하고, 또한 상기 펄스 상승 구간에서는 시간의 지연없이 상기 문턱 전압 이하의 판단 즉시 상기 용접 전류를 상승함을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 마크 아크 용접 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 방식의 펄스 마그 아크 용접의 용접 전류와 송급 와이어의 용융상태를 설명하기 위한 도면이다.

전체 용접 구간을 펄스 상승 구간(T_up), 펄스 유지 구간(T_p), 펄스 하강 구간(T_dw), 및 펄스 베이스구간(T_b)의 4구간으로 나눈다. 이때, 송급 와이어(1)의 용융 상태는 ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ, 및 ⓔ로 표시된 5 상태로 나눈다. 펄스 상승 구간(T_up) 즉, ⓐ상태서는 상기 송급 와이어(1)의 용융을 시작하는 구간으로 용접 전류를 상승하는 구간이고, 펄스 유지 구간(T_p) 즉, ⓑ상태에서는 상기 송급 와이어(1)를 본격적으로 용융하는 구간으로 높게 상승된 용접 전류를 지속함으로써 높은 전류로 인한 높은 아크열(2)이 발생되고 이로 인해 상기 송급 와이어(1)의 선단부가 급속히 녹기 시작하며 그 송급 와이어(1)의 선단부에 하나의 용적(3)이 맺힐수 있는 시간까지 펄스 구간을 계속한다. 펄스 하강 구간(T_dw) 즉, ⓒ에서 ⓓ상태로 천이되는 구간에서는 상기 송급 와이어(1)의 선단에 맺힌 용적(3)을 모재(4)에 떨어뜨려 그 모재(4)와 상기 송급 와이어(1)가 서로 용융할 수 하는 구간으로서, 용접 전류를 일정 기울기로 급속하게 하강함으로써 그 송급 와이어(1)의 용융이 멈추면서 그 송급 와이어(1)의 선단부가 잘록해지고 이미 용융된 부분은 그 송급 와이어(1)에서 이탈하여 상기 모재(4)로 이동된다. 펄스 베이스 구간(T_b) 즉, ⓔ상태는 다음 펄스 구간이 올때까지 아크(2)를 일정하게 유지하는 구간으로 전류는 낮은 상태로 아크열이 높지 않아 와이어의 용융이 잘 일어나지 않도록 아크(2)를 일정하게 유지한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 마크 용접 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 단락 해소를 위한 구간별 용접 전류 파형 및 와이어 용융 상태를 설명하기 위한 도면이다.

동 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 각 구간에서 발생 수 있는 단락에 대하여 용접전류의 파형 설계 및 용융 상태를 표시하였다.

먼저, t1 에서 t2 까지는 펄스 상승 구간으로서 용접중의 단락이 거의 발생하지 않으며 만일 단락이 발생하는 경우는 펄스를 만드는 이하의 구간과 동일하게 설계한다.

t2 에서 t3 까지는 기존 용접과 동일한 펄스 유지 구간으로서 용융 상태 ① 및 ②의 상태를 유지한다.

t3에서 하강구간이 시작되어 아크 전류 및 전압이 낮아짐에 따라 아크(2) 길이가 짧아지면 송급 와이어(1)의 선단부 용융이 이탈하려고 하다가 그 용융이 완전히 끊어지지 않은 상태에서 t4 에서처럼 ③과 같이 용적(3)에 의해 상기 송급 외이어(1)와 모재(4) 간의 단락이 발생되는 경우 신속하게 용접 전류를 상승하여 단락이 해소 될 때까지 즉, t5 까지 상승한 후 단락이 해소되면 용융 상태 ④ 및 ⑤와 같이 다시 용접 전류를 급격히 낮춤으로써 장기간의 단락을 방지한다.

펄스 베이스 기간 동안에는 아크 전류와 아크 전압이 낮아 아크(2)의 길이는 더욱 짧아지는데, 이 구간 동안은 와이어 송급 장치(미도시)의 조그만 미동 또는 모재(4) 표면의 요철등으로 인해서도 상태 ⑥에서 상태 ⑦로 변화되고, 이때 상태 ⑦과 같이 와이어(1)와 모재(4) 사이의 단락이 발생되며, 그 단락으로 인해 용접 전압은 t'6에서 처럼 기 설정된 일정 시간 이상 하강 펄스를 형성하므로, 이때 신속한 단락 해소를 위하여 용접 전류를 t6에서와 같이 급격히 상승시킨다.

즉, 상태 ⑦과 같이 단락이 발생하는 경우 t6에서와 같이 단락이 해소될 때까지 용접 전류를 상승하되, 만일 용접 전류가 펄스 유지 구간의 전류 레벨까지 상승했는데도 단락이 해소 되지 않을 경우, 기존 1펄스 1드롭 이행에 필요한 펄스 시간을 주어 단락을 해소함으로써 규칙적인 용적 이행이 가능한다.

또한, 상태 ⑪의 t9 에서 보는 바와 같이 펄스 유지 구간 중에 단락이 발생되는 경우는 단락의 신속한 해소를 위하여 그 펄스 유지 구간의 전류 레벨 보다 더 높이 단락이 해소될 때까지 용접 전류를 상승하여 단락을 신속히 해소하도록 한다.

또한, 각 구간에서 발생하는 단락 구간의 시간은, 기 설정된 1 펄스 1 드롭이행을 위한 용접 구간별 이행 시간(T_up, T_p, T_dw, T_b)에 포함하여 계산하지 않도록 함으로서, 단락 해소가 완전히 끝난 후 아크가 안정된 상태에서 단락 직전 이행하던 용접 구간을 계속적으로 이행하도록 하여 안정된 아크 용접을 할 수 있도록 한다.

본 발명에서 예컨대 상기 상태 3, 상태 7 및 상태 11가 같은 단락이 발생할 경우, 그 단락에 대한 판별 기준은 용접 전압에 의해 결정하는 바, 용접 전압이 기 설정된 일정 전압 레벨 T_level이하가 기 설정된 일정시간 이상 계속되면 정상적인 단락으로 간주하여 상술된 바와 같이 용접 전류를 높임으로서 단락 파형 제어를 시행하고, 상기 기 설정된 시간 이내에 단락이 저절로 해소되면 순간 단락으로 간주하여 아무런 조치를 취하지 않도록 한다.

도 2에서 A는 펄스 베이스 구간의 정상 단락 판별 지연 시간 T_{_b_short_wait}을 초과하기 이전에 단락이 저절로 해소되었으므로 단락 파형 제어를 하지 않는 순간 단락의 경우이다.

본 발명에서, 상기 기 설정된 일정시간 즉, 정상 단락 판별 시간을 T_short_wait로 정의 하되, 이를 구간별로 나누어서 펄스 하강 구간 T_dw에서의 정상 단락 판별 지연 시간 T_{_dw_short_wait}은 도 2에서 t`4∼t4 까지의 시간으로, 펄스 베이스 구간 T<sub>b</sub>에서의 정상 단락 판별 지연 시간 T<sub>_b_short_wait</sub>은 도 2에서 t`6∼t6 까지의 시간으로, 펄스 유지 구간 T_p에서의 정상 단락 판별 지연 시간_{T_p_short_wait}은 도 2에서t`9∼t9 까지의 시간으로 설정하고, 또한 펄스 상승 구간 T_up에서의 정상 단락 판별 지연 시간 T_{_up_short_wait}을 설정한다.

펄스 하강구간 T_dw에서의 정상 단락 판별 지연 시간 T_dw_short_wait(t`4∼t4)은 펄스 베이스 구간 Tb 에서의 정상 단락 판별 지연 시간 T_b_short_wait(t`6∼t6)보다 상대적으로 길게 설정하고, 펄스 유지 구간 Tup 에서의 정상 단락 판별 지연 시간 T_p_short_wait(t`9∼t9)은 T_b_short_wait(t`6∼t6)보다 상대적으로 더 작게 적용하고, 펄스 상승 구간 Tup 에서의 정상 단락 판별 지연 시간 T_up_short_wait(미도시)은 이 중 상대적으로 가장 작게 설정한다. 즉, T_dw_short_wait>T_b_short_wait>T_p_short_wait>T_up_short_wait의 관계를 가진다.

이와 같은 설정 시간의 차이는 각 구간 별 단락 형태의 차이에서 기인하는 것으로서, 와이(1)어의 용융 상태 및 전압 전류 파형과 관계가 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 펄스 하강 구간 Tdw 에서는 와이어(1) 끝단에서 용적(3)이 이탈하여 모재(4)로 떨어지는 순간이므로, 순간적인 단락이 발생하기가 용이하여 정상 단락 판별 지연 시간값인 T_dw_short_wait 를 보다 길게 설정하여 순간 단락 이후 저절로 정상 용접이 이행될 수 있도록 하고, 또 펄스 베이스 구간 Tb 에서의 단락은 다른 구간에 비해 아크(2)의 길이가 짧아 와이어(1)의 송급 문제, 모재(4) 표면의 요철, 및/또는 용융풀의 흔들림등 문제로 인하여 단락이 발생되므로 이 구간에서의 정상 단락 판별 지연 시간값인 T_b_short_wait를 상대적으로짧게 설정한다. 또한, 펄스 유지 구간 Tp 에서는 아크 전압이 높아 아크(2) 길이가 길어져 있으므로 단락 발생 확률이 다른 구간에 비해 상대적으로 가장 낮게되고, 이 구간에서 발생되는 단락의 경우는 정상 단락 판별 지연 시간 T_p_short_wait를 상대적으로 더욱 짧게 하도록 한다. 또한, 펄스 상승 구간에서는 전류의 상승중에 단락이 발생하는 경우로서 이때는 시간의 지연없이 판별 즉시 용접 전류를 상승하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 정상 단락 판별 지연 시간을 구간마다 다르게 설정하여, 각 구간별로 신속하게 단락을 판별하고 이를 해소함으로써 스패터 발생량을 최대한 억제할 수 있고 큰입자의 스패터 발생을 막을 수 있다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 본 발명에 따른 펄스 마그 아크 용접 방법에 의하면, 펄스 마그 용접 중 단락 발생시 단락 해소를 신속하게 함으로써 입자가 큰 스패터의 발생을 근본적으로 해결하고, 특히 아크 전압이 낮은 박판 용접과 와이어 송급 속도가 빨라 와이어와 모재사이의 단락이 빈번하게 발생되는 용접의 경우 그 효과를 극대화 할 수 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 1 펄스 1 드롭의 펄스 마그 아크 용접법에 의한 모재와 송급와어어 간의 용접에 있어서,

   용접 전압의 문턱 전압을 설정하는 제 1 단계;

   펄스 상승 구간, 펄스 유지 구간, 펄스 하강 구간 및 펄스 베이스 구간으로 구분하여 각 구간별 용접 전압이 상기 문턱 전압 이하가 되는지 판단하는 제 2 단계;

   상기 판단 결과, 상기 문턱 전압 이하로 될 경우 그 지속 시간이 기 설정된 일정 시간을 초과하는가를 판단하는 제 3 단계; 및

   상기 지속 시간이 상기 기 설정된 시간을 초과할 경우 상기 모재와 송급 와이어 간의 단락으로 판단하고 용접 전류를 상승시켜 단락을 해소하는 제 4 단계를 포함하여 구성되고,

   상기 기 설정된 시간은 상기 각 구간별로 달리 설정하되, 상기 기 설정 시간의 크기는 상기 펄스 하강 구간, 상기 펄스 베이스 구간, 상기 펄스 유지 구간 및 상기 펄스 상승 구간의 순으로 상대적으로 작아지도록 설정함을 특징으로 하는 펄스 마그 아크 용접 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 단락으로 판단되는 시간은 1 펄스 1 드롭 이행을 위한 용접 구간별 이행 시간에 포함하지 않도록 함을 특징으로 하는 펄스 마그 아크 용접 방법.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 펄스 상승 구간에서는 시간의 지연없이 상기 문턱 전압 이하의 판단 즉시 상기 용접 전류를 상승함을 특징으로 하는 펄스 마그 아크 용접 방법.