KR100443304B1

KR100443304B1 - 아크 용접기 및 용접용 토치

Info

Publication number: KR100443304B1
Application number: KR10-2000-0078463A
Authority: KR
Inventors: 흐수크리스토퍼
Original assignee: 링컨 글로벌, 인크.
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2004-08-09
Also published as: CN1203952C; AU7220700A; EP1118415A3; ATE292536T1; CA2326958C; AU750925B2; EP1118415B1; CN1300654A; SG90204A1; CA2326958A1; US6259059B1; TW501964B; KR20010067432A; DE60019252T2; ID28661A; JP2001219273A; NZ508420A; EP1118415A2; DE60019252D1

Abstract

접촉 팁을 통하여 공급되는 소모 전극과 공작물 사이의 아크 용접 공정을 수행하기 위한 전기 아크 용접기로서, 아크 전류 및 아크 전압을 발생시키고 접촉 팁에 연결된 제1 리드와 공작물에 연결된 제2 리드를 구비하는 전원을 포함하는 용접기에 있어서, 각 섹션을 전기적으로 절연하는 절연재를 이용하여 상부 팁 섹션과 하부 팁 섹션으로 나누어지는 접촉 팁과, 선택적으로 전원 리드 중의 하나를 상기 상부 팁 섹션에 연결하는 도통 상태로 쉬프트할 수 있는 제1 스위치, 선택적으로 하나의 리드를 하부 팁 섹션에 연결하는 도통 상태로 쉬프트할 수 있는 제2 스위치 및 아크 용접 공정의 효과적인 CTWD를 제어하기 위하여 제1 스위치를 도통상태로 쉬프트하는 제1 스위치 신호 및/또는 제2 스위치를 도통상태로 쉬프트하는 제2 스위치 신호를 발생시키는 스위치 동작 네트워크를 포함한다.

Description

아크 용접기 및 용접용 토치{ARC WELDER AND TORCH FOR SAME}

본 발명은 전기 아크 용접 기술 분야에 관한 것으로 더 상세하게는 아크 용접기 및 전기 아크 용접에 사용되는 독특한 용접 토치에 관련된 것이다.

가스 금속 아크 용접(gas metal arc welding;GMAW)에서는 소모 전극, 즉 용접 와이어가 공작물을 향하여 이동할 때 통과하는 용접 토치 내의 접촉 팁에 전류가 공급된다. 접촉 팁에 의해 용접 와이어에 접속된 전류는 표준 용접 기술에 따른 용접 공정용의 전기 아크를 발생시킨다. 통상 고속 스위칭 인버터인 전원이 용접 전류를 생성하고, 상기 전원은 통상 정전압 용접 또는 펄스 용접에 있어서 안정된 아크 길이를 유지하기 위해 아크 전압을 기초로 하여 조정된다. 접촉 팁을 통하여 공작물로 향하는 전극 또는 용접 와이어는 특정 공정용의 길이를 갖는 전기 아크에 의해 공작물에 전기적으로 접촉된다. 접촉 팁과 공작물 사이의 거리는 접촉 팁과 공작물간 거리(contact tip to work distance;CTWD)로서 알려진 용접 변수이다. 이 변수는 접촉 팁으로부터 아크까지의 전진 용접 와이어의 길이인 전극 돌출길이(electrode stickout;ESO)와 구별되며, ESO와 아크 길이의 합계를 포함한다. 가스 금속 아크 용접에 있어서 안정된 아크 길이를 유지하기 위해 CTWD를 제어하는 것이 바람직하다. CTWD는 생산하는 동안 발생하는 용접 치수의 허용 오차, 고정구(tooling/fixture) 위치 결정의 정확도 및 용접하는 동안의 부분적 변형과 같은 공정상의 외란(disturbance)에 기인하여 변화된다. CTWD 변동을 보상하여 아크의 안정도를 유지하기 위해 열입력(heat input)이 변화되도록 아크 전류를 조정하여 와이어의 소진률(burn-off rate)을 변화시키는 것이 GMAW 용접 공정에서 일반적인 처리이다. 전압을 일정하게 유지하면서 아크 전류를 변화시키면, 용접 비드의 단위 길이당 열입력이 실질적으로 변화되고, 용접 풀(weld pool) 고화의 냉각률에 실질적인 영향을 준다. CTWD 또는 아크 길이의 변화를 조정하기 위해 전류 변경에 의한 열입력의 변화를 사용하게 되면, 용접면 윤곽, 침투 윤곽, 기본 금속 용해 및 용접 비드 내의 금속학적 특성과 기계적인 특성 등에 대응하는 변화가 발생된다는 것이 발견되었다. 따라서, CTWD의 변동을 보상하기 위하여 정전압 용접 공정에서의 전류를 변화시키는 것은 열영향 영역(heat affected zone)에서 주로 나타나는 실질적인 공정 변화를 제공한다. 또한, CTWD의 변동을 보상하기 위해 아크 전류를 사용할때, 그리고 아크 길이가 변화되는 경우 용접의 왜곡 레벨 및 용접 구조의 품질을 유지하기가 더욱 곤란하다. 특히 로봇 응용에서 CTWD의 변화에 기초하여 아크 전류를 증감시켜야 하는 필요성을 없애기 위하여, 아크 전류가 측정되어 접촉 팁과 공작물 사이의 실제적인 거리를 기계적으로 조정하는 데에 사용된다. 이러한 처리는 토치가 용접선(seam)을 따라 이동할 때 전후로 지나가는 로봇 용접 장비의 용접선 추적에 종종 채용된다. 그 경로(weave)의 각 단부에서의 CTWD가 비교되어 토치가 접합부의 중앙에 있는지 결정된다. 변동에 의해 토치의 경로가 변화되고 용접선을 추적한다.

CTWD를 조정할 때, 열 차이뿐만 아니라 기계적 관성 및 피드백 루프 처리에 대한 의존성이 있기 때문에, 아크의 안정성을 위하여 아크 전류를 사용하는 방법은 특히 고속 용접 응용에서는 사용되지 않는다. 공작물에 대한 팁의 간격을 물리적으로 조정하기 위한 다른 방법은 용접 동작 동안 공작물에 대한 팁의 위치를 실제적으로 스캔하는 감시 시스템이다. 이러한 감시 시스템은 고가이며 부적당한 환경에서의 유지 보수 때문에 채용되지 않는다. 요약하면, 아크의 안정성을 유지하는 가장 수용 가능한 방법은 CTWD의 변화를 보상하도록 용접 또는 아크 전류를 조정하는 것이다. 이것은 지금까지 상세하게 설명된 문제를 가지고 있다.

본 발명은 열입력을 변화시키는 일 없이, 그리고 공작물에 대하여 접촉 팁을 기계적, 물리적으로 이동시키지 않고 CTWD를 제어하는 방법에 관련된 것이다. 이러한 CTWD의 제어 방법은 피드백 루프에 의한 용접 전류의 제어를 수반하지 않고, 공작물에 대한 접촉 팁, 즉 토치의 물리적인 이동을 수반하지 않기 때문에, 통상의 용접 또는 용접선 추적 동안 종래 기술의 경우 CTWD를 유지하기 위하여 발생되었던 불리한 점들이 경감된다. 본 발명은 종전의 제어 방법에 따른 불리한 점을 없애고 정전압 용접 동작 또는 펄스 용접 동작에서 안정된 아크 길이를 유지한다.

본 발명에 따르면 용접 건 또는 토치 어셈블리에 사용되는 개량된 접촉 팁이 제공된다. 본 발명에서는 상기 접촉 팁이 2개의 전기 절연된 부분으로 분리되고, 상기 2개의 전기 절연된 부분에는 상부 접촉 팁 부분과 하부 접촉 팁 부분이 포함된다. 상기 2 개의 접촉 팁 부분은 에어 갭(air gap) 또는 다른 절연재에 의해 분리되어 소모 용접 와이어 또는 소모 전극이 우선 상부 팁 부분을 통과하고, 그 다음 하부 팁 부분을 통과하여 공작물로 향하게 된다. 토치 또는 건을 구동하는 용접기의 전원은 1개의 리드(lead)를 구비하고, 이 리드는 전원의 출력 전류를 분리하기 위하여 2개의 전기 스위치에 의해 제어된다. 상기 스위치가 각각의 도통 상태로 전환됨에 따라서, 아크 전류는 상부 접촉 팁 부분이나 하부 접촉 팁 부분 또는 양쪽 부분으로 흐른다. 총 용접 전류는 상부 접촉 팁, 하부 접촉 팁 또는 양쪽 접촉 팁에 전류가 통과하면서 유지된다. 용접 전류가 상부 접촉 팁에만 흐를 때 CTWD는 공작물로부터 상부 접촉 팁까지의 거리로서 결정되는 거리이다. 전류가 하부 팁으로 흐르는 경우 CTWD는 공작물로부터 하부 접촉 팁까지의 거리이다. 결과적으로, 전류가 하부 팁으로 흐르는 경우보다 전류가 상부 팁으로 흐를 때의 CTWD가 더 크게 된다. 본 발명에 따르면 전류는 상부 접촉 팁 또는 하부 접촉 팁 사이에서 시분할 된다. 바람직한 실시예에 따르면, 약 1 KHz 보다 작은 낮은 주파수에서 동작하는 펄스폭 변조기가 제어된 듀티 사이클을 갖는다. 펄스 폭 변조기 상의 출력 논리 상태에 따라 용접 전류가 상부 팁 또는 하부 팁으로 흐르게 된다. 펄스 폭 변조기의 듀티 사이클을 기초로 하는 시분할 기준이 존재한다. 결과적으로, 용접 공정의 검출된 CTWD는 하부 접촉 팁 또는 상부 접촉 팁으로부터의 거리가 아니다. "유효" CTWD는 용접 전류가 상부 팁 또는 하부 팁으로 전달되는 동안의 시간을 기초로 하여 두 개의 접촉 팁 부분의 거리 사이의 어딘가에 있다. 용접 전류가 하부 팁으로 전달되는 시간에 비교하여 용접 전류가 상부 팁으로 전달되는 동안의 시간을 증가시킴으로써 유효 CTWD가 증가한다. 유사한 방법으로 상부 접촉 팁에 비교하여 하부 접촉 팁에 전류가 전달되는 시간을 증가시킴으로써 유효 CTWD는 감소한다. 단지 펄스 폭 변조기의 듀티 사이클을 조정함으로써 유효 CTWD가 변화되어 소망하는 아크 길이가 유지되고, 이로 인하여 용접 공정의 안정성이 유지된다. 아크 길이 및 아크 전압은 듀티 사이클, 즉 아크 전류 시분할 네트워크의 상대적인 스위치 동작 시간을 조정함으로써 제어된다. 토치 어셈블리 또는 건이 공작물에 물리적으로 너무 가까운 경우 보다 많은 전류가 상부 접촉 팁 부분에 흘러 유효한 토치 대 공작물간의 거리를 역전시킨다. 이와 유사한 방법으로, 토치 또는 건이 공작물로부터 멀리 떨어진 경우 보다 많은 전류가 하부 접촉 팁에 흘러 유효 CTWD를 유지시킴으로써 용접 공정의 안정성을 위한 아크 길이 및 아크 전압을 유지하도록 한다.

CTWD를 조정하기 위하여 토치를 기계적으로 조정하지 않기 때문에, 이 CTWD의 변수의 변동에 대한 응답이 매우 빠르다. 기계적인 관성이 존재하지 않는다. 따라서, 본 발명은 반자동 및 전자동화된, 즉 로봇 용도에 적용될 수 있다. 이러한 고도의 유연성을 용접 공정의 제어에 도입시킴으로써, 본 발명은 안정성 및 아크 길이의 제어를 용융 또는 열 발생 제어로부터 분리시킨다. 따라서, 본 발명은 전류 제어에 의존하지 않고 유효 CTWD를 조정하고 유지할 수 있다. 따라서, 일정한 열, 일정한 와이어 용융, 일정한 용접 크기, 일정한 형태, 일정한 금속학적, 기계적 특성 및 낮은 용접 왜곡을 유지하면서 공정 처리의 안정성이 달성된다. 용접선 추적을 채용한 용접 공정 장비에 있어서, CTWD를 제어하는 데에 사용된 펄스 폭 변조기의 듀티 사이클은 공작물까지의 거리의 크기를 나타낼 것이다. 따라서, 펄스 폭 변조기의 듀티 사이클은 피드백 장치로 사용되어 공작물에 대한 토치의 거리를 제어함으로써 용접선 추적 및 용접 조립품의 적응 필(adaptive fill)을 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 접촉 팁을 통과하는 소모 전극 또는 와이어와 공작물 사이에서 아크 용접 공정을 수행하는 개량된 전기 아크 용접기가 제공되며, 이 용접기는 아크 전류 및 아크 전압을 발생시키는 전원을 구비한다. 전원은 여러 형태를 취할 수 있으나, 접촉 팁에 연결된 제1 리드와 공작물에 연결된 제2 리드를 구비한다. 본 발명의 개량 사항에는 통상의 접촉 팁을 상부 팁 부분과 하부 팁 부분으로 분리하고, 상기 부분들을 절연재가 전기 절연시키는 것이 포함된다. 상기 절연재는 에어 갭이거나 세라믹 삽입체일 수 있으며, 진행하는 와이어가 상부 팁 부분으로부터 하부 팁 부분을 통과하여 공작물로 향하도록 공급될 때 상기 절연재를 통과한다. 본 발명에 따르면, 전원으로부터의 하나의 리드를 상부 팁 부분에 접속시키는 도통 상태로의 선택적 전환이 가능한 제1 스위치와, 전원으로부터의 하나의 리드를 하부 팁 부분에 접속시키는 도통 상태로의 선택적 전환이 가능한 제2 스위치와, 상기 제1 스위치를 그의 도통 상태로 전환시키는 제1 스위치 신호 및/또는 상기 제2 스위치를 그의 도통 상태로 전환시키는 제2 스위치 신호를 생성하여 아크 용접 공정의 유효 CTWD를 제어하는 스위치 동작 네트워크가 제공된다. 상부 팁 부분과 하부 팁 부분 사이의 시분할에 따라서 유효 CTWD가 조정된다. 본 발명에 따르면, 아크 전류의 조정 없이 정전압 용접 작업에서 CTWD를 미리 선택된 값으로 유지시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 스위치 동작 네트워크는 펄스폭 변조기로서, 그의 출력은 듀티 사이클에 제어되는 논리를 갖게 되고, 다른 스위치 신호를 생성하기 위하여 반전되는 스위치 신호를 생성한다. 따라서, 펄스 폭 변조기의 듀티 사이클에 의하여 상부 팁 부분으로 흐르는 전류와 하부 팁 부분으로 흐르는 전류 사이의 시분할이 결정된다. 이러한 방법으로, 유효 CTWD는 단지 펄스 폭 변조기의 듀티 사이클을 변경함으로써 조정된다.

본 발명의 첫째 목적은 용접 토치의 기계적 이동 및 용접 전류의 변경 없이 CTWD가 조정될 수 있는 전기 아크 용접기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 위에서 정의한 바와 같은 전기 아크 용접기를 제공하는 것으로서, 이 전기 아크 용접기는 에어 갭이나 세라믹 슬리브(sleeve)와 같은 절연재에 의해 2개의 부분으로 분리된 접촉 팁을 구비하고, 시분할 스위치 네트워크가 용접 공정의 유효 CTWD를 변경시키는 데에 사용된다.

본 발명의 또 다른 목적은 위에서 정의한 바와 같은 전기 아크 용접기의 사용 방법을 제공하는 것으로서, 이 방법은 분리된 접촉 팁의 상부 부분 및 하부 부분 또는 양쪽 부분 모두에 용접 전류를 선택적으로 흐르게 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 분리된 접촉 팁의 개념을 사용하는 토치 또는 건 어셈블리를 제공하는 것으로서, 상기 토치는 기계적인 조정이나 전류 변조를 할 필요 없이 유효 CTWD를 조정하기 위하여 전기 아크 용접 전류를 시분할하는 데에 사용될 수 있다.

이들 및 다른 목적 및 장점은 첨부 도면과 함께 다음의 설명에 의해 명백하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 토치 또는 건(gun)의 어셈블리 구조의 개략적인 도면과 결합된 배선도를 도시한 도면.

도 2는 펄스 폭 변조 출력 전압 곡선과 본 발명의 동작 동안의 용접 전류를 나타내는 그래프와 함께 도 1에 도시된 토치 또는 건의 어셈블리의 전류 분배를 나타내는 전류 그래프를 타나낸 도면.

도 3은 용접 공정에서의 용접선 추적을 위한 용접 토치 또는 건의 어셈블리의 위치를 제어하는 본 발명의 사용법을 나타내는 블록도를 도시한 도면.

도 3a는 도 3에 도시된 본 발명의 관점을 채용한 용접선 추적에 사용되는 용접 토치의 형태의 단면 상세도를 도시한 도면.

도 4는 도 6에 도시된 바와 같은 단일 발생기를 사용하여 획득한 전류 오버랩 개념과 함께 도 1에 도시된 토치의 두 개의 분리된 팁 섹션으로 향하는 전류를 나타내는 그래프를 도시한 도면.

도 5는 용접 공정의 개시점에서 본 발명의 동작을 나타내는 도 4와 유사한 그래프를 도시한 도면.

도 6은 스위치 신호를 제어하기 위한 신호 발생기의 사용을 나타내는 블록도를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 소모 전극 또는 용접 와이어.

12. 표준 스풀(spool).

20. 3상 입력.

22. 입력 정류기.

24, 26. 리드.

28. 필터 커패시터.

30. 인버터.

32, 34. 변압기 1차 권선 양단.

40. 변압기.

42, 44. 변압기 2차 권선 양단.

50. 출력 정류기.

52, 54. 출력 리드.

60. 초크.

72. 파형 회로.

80. 오류 앰프.

82. 전원 펄스 폭 변조기.

84. 발진기.

100. 상부 접촉 팁 섹션.

102. 하부 접촉 팁 섹션.

110. 공기 공백.

112. 스페이서.

114. 세라믹 슬리브.

120. 하우징.

122. 가스 통로.

152. 제2 펄스 폭 변조기.

154. 제2 펄스 폭 변조기 출력.

156. 인버터.

160. 발진기.

172. PID 필터.

180. 적분기.

192. 비교기.

200. 로봇 자동 용접기 추적 헤드.

202. 메카니즘.

210, 212. 공작물.

230. 펄스.

232. 음의 펄스.

250. 신호 발생기.

260. 스위치(SW1) 개시 펄스.

262. 스위치(SW2) 개시 펄스.

A. 전기 아크 용접기.

B. 토치 또는 용접 건.

G. 가스.

P. 아크.

PS. 전원.

WP. 공작물(workpiece).

본 발명을 제한하기 위한 목적이 아니라 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내기 위한 목적으로 도시되는 도면을 참조하면, 도 1은 용접 전류를 토치 또는 용접 건(B)에 제공함으로써 토치가 용접 동작을 수행할 수 있는 정전압 형태의 전기 아크 용접기(A)를 도시한다. 표준 스풀(spool;12)에 의해 공급되며, 토치 또는 건(B)을 통하여 공작물(workpiece;WP)로 향하는 소모 전극 또는 와이어(10)는 아크(P)에 의해 용융된다. 아크가 와이어(10)의 끝을 녹이면 용융 금속은 공작물(WP) 상의 용접 비드에 전달된다. 전원(PS)은 본 발명의 일부가 아니며, 어떤 표준 구조에 따라 배치된다. 도시된 발명에 있어서, 전원은 인버터 유닛이지만 통상적인 비-인버터 전원이 사용될 수 있다. 3상 입력(20)은 입력 정류기(22)를 구동하여 커패시터(28)의 대향 단자 상의 리드(24, 26)에 DC 전압을 생성한다. 고속 스위칭 타입 인버터(30)는 리드(24, 26) 상의 DC 전압을 변압기(40)의 1차 권선에 연결된 선(32, 34)의 양단에 대한 AC 출력으로 변환한다. 변압기의 2차 권선은 리드 양단(42, 44)에 AC 전압을 생성한다. 이 리드 양단의 AC 전압은 출력 정류기(50)에 의해 DC 전압으로 변환되며, 상기 출력 정류기(50)는 토치(B)에 의해 공급되는 용접 와이어(10)와 공작물(WP) 사이에 수행되는 용접 공정을 구동하기 위한 출력 리드(52, 54)를 갖는다. 표준적인 실무에 따르면, 리드(52, 54) 양단의 DC 전압(Va)은 회로(56)에 의해 감지되고, 아크 전류(Ia)는 분류기로 표시된 회로(58)에 의해 감지되지만, 홀 효과 센서가 사용될 수도 있다. 평활한 DC 전류를 유지하기 위해 공작물(WP)에 접속된 출력 리드(54)에 쵸크(60)가 제공된다. 리드(52)는 토치(B) 내의 접촉 팁 장치에 접속되며, 이 팁 장치는 본 발명에 따라 구성된다. 소모 전극 또는 와이어(10)를 통과하는 전류를 소망하는 전류로 유지하기 위하여 전류 명령 신호(Ic)가 파형 회로(72)의 입력을 구성하는 라인(70)에 인가된다. 이 회로는 전기 아크 용접 공정 내에서의 전류의 파형을 제어한다. 파형 회로(72)의 출력(72a)은 전극(10) 및 공작물(WP) 사이의 용접 공정의 파형을 제어하는 전류 명령 신호이다. 이 명령 신호는 오류 앰프(80)에 의해 라인(58a) 상에서 감지된 아크 전류(Ia)와 비교된다. 실제로 본 발명은 디지털적으로 실행되며, 앰프(80)는 PID 블록이다. 오류 앰프의 개념은 본질적으로 표현되어 있으며, 폐루프 제어기의 통상적인 표현과 일치한다. 앰프(80)의 출력(80a)은 펄스 폭을 제어하기 위한 전원 펄스 폭 변조기(82)의 전압 입력이다. 전원 펄스는 발진기(84)에 의해 제어되는 주파수를 가지며, 이 주파수는 통상적으로 약 20 KHz를 초과한다. 라인(86) 상의 펄스는 인버터(30) 내의 스위칭 회로를 제어하여 출력 라인(32, 34) 양단에 소망하는 AC 전압을 발생시킴으로써 용접 공정의 전류를 제어한다. 상술된 바와 같이, 전기 아크 용접기(A) 및 건(B)은 전극(10)을 공작물(WP)상에 용융시키기 위한 표준 용접기 및 토치와 같다.

본 발명에 따르면, 토치 또는 건 어셈블리의 접촉 팁 장치는 하부 끝단(100a)을 갖는 상부 팁 부분(100)과 하부 끝단(102a)을 갖는 하부 팁 부분(102)으로 분리된다. 표준적인 접촉 팁 동작에 따르면, 와이어(10)는 에어 갭(110)에 의해 분리된 부분(100, 102)을 통과하며, 상기 갭은 세라믹 또는 다른 전기 절연 물질로 만들어진 스페이서(112)로 채워진다. 도시된 실시예에 있어서, 스페이서(112)는 접촉 팁 부분(100, 102)을 외부 금속 하우징(120)으로부터 분리하는 세라믹 슬리브(sleeve;114)의 일부분이고, 이 금속 하우징은 이산화탄소, 아르곤 또는 이들의 혼합물과 같은 실딩(shielding) 가스(G)를 위한 가스 통로(122)를 구획한다. 전류를 리드(52)로부터 전진하는 용접 와이어(10)로 전달하기 위한 접촉 팁은 2개의 수직 방향으로 이격된 부분으로 분리되어 하부 팁(102)에 의해 결정되는 간격을 갖는 제1 CTWD와 상부 팁(100)에 의해 결정되는 간격을 갖는 제2 CTWD를 생성한다. 본 발명에 따르면, 리드(52)로부터의 전류는 스위치(SW1, SW2)의 도통 상태에 의해 결정되는 시분할 배열에 있어서 팁 부분(100, 102)으로 전달된다. 스위치(SW1)의 출력(52a)은 접촉 팁(100)에 접속된다. 이와 유사한 방법으로, 스위치(SW2)의 출력(52b)은 접촉 팁(102)에 접속된다. 스위치(SW1)가 도통 상태에 있을 때, 리드(52)로부터의 전류는 팁 부분(100)에 전달되고, 동일한 리드(52)로부터의 전류는 스위치(SW2)가 도통 상태에 있을 때 팁 부분(102)으로 전달된다. 용접 공정이 수행되는 동안 스위치(SW1, SW2)를 조작함으로써, 유효 CTWD는 거리(a) 및 거리(b) 사이의 거리(c)로서 제어된다. 따라서, 유효 CTWD는 용접 전류가 스위치(SW1, SW2)를 통과하는 상대적인 시간에 따라서 제어될 수 있다. 각 스위치(SW1, SW2)가 같은 시간에 닫히거나 또는 도통되면, 리드(52)로부터의 전류는 두 개의 분리된 가지를 통한 전류에 의해 느껴지는 임피던스에 따라서 팁(100, 102)을 통과한다. 요약하면, 용접 공정이 수행되는 동안 다른 시간에 스위치(SW1, SW2)를 조작하여 소망하는 CTWD를 생성함으로써 용접 공정을 제어할 수 있다.

다양한 제어 설계에 의해 상부 접촉 팁 부분(100)과 하부 접촉 팁 부분(102)에 대한 시분할을 제어함으로써 소정의 유효 CTWD를 얻을 수 있다. 바람직한 실시예에서, 시분할 또는 스위치 동작 네트워크(150)는 스위치(SW2)의 도통 상태를 제어하기 위한 출력(154)을 갖는 제2 펄스 폭 변조기(152)와 스위치(SW1)의 도통 상태를 제어하기 위한 반전 출력(158)을 생성하는 인버터(156)를 포함한다. 따라서, 출력(154) 내의 논리 상태 1은 스위치(SW2)를 닫고 스위치(SW1)를 연다. 라인(154) 내의 논리 상태 0은 반대 결과를 발생시킨다. 제2 펄스 폭 변조기의 펄스는 발진기(160)에 의해 결정되는 속도로 발생된다. 이 속도는 통상 발진기(160)가 약 1 KHz보다 낮은 주파수에서 동작할 때, 1 ms 내지 5 ms의 범위에 있다. 듀티 사이클은 PID 필터(172)의 출력인 라인(170) 내의 전압에 의해 제어된다. 상기 필터에 의해 라인(56) 상의 아크 전압(Va)과 라인(174) 상의 설정된 아크 길이 또는 바람직한 아크 길이가 비교된다. 본 발명에 따르면, 라인(174) 상의 소정 아크 길이 신호가 라인(56a) 상의 실제 전압과 비교되어 펄스폭 변조기(152)의 듀티 사이클을 결정함으로써 용접 전류가 각각의 이격된 접촉 팁 부분(100, 102)으로 흐르는 상대 시간을 제어한다. 그에 따라 유효 CTWD가 생성되고, 아크 전압 및 아크 길이가 안정화된다. 본 발명의 다른 측면에 따르면, 펄스 폭 변조기(152)의 출력(170) 상의 듀티 사이클 신호는 적분기(180)에 의해 적분되어 라인(182) 상의 신호를 생성한다. 이 신호는 용접 공정을 위한 유효 CTWD를 나타내며, 도 3에 도시된 바와 같이 용접선 추적을 위해 사용된다.

도 2를 참조하면, 발진기(160)는 제2 펄스 폭 변조기의 출력(154)에 펄스 폭(x)을 발생시킨다. 스위치(SW1)는 시간(y) 동안 도통되고, 듀티 사이클은 x:y의 비율이다. 펄스폭 y를 조정함으로써 유효 CTWD가 제어된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유효 CTWD의 조정은 라인(58a) 상의 아크 전류(Ia)에 영향을 미치지 않으며, 이 아크 전류는 일정하게 유지되며, CTWD를 수정하기 위해서 조정될 필요가 없다.

도 3은 라인(170) 상의 유효 CTWD 신호를 사용하여 로봇 자동 용접기의 추적 헤드(200)를 제어하는 것을 도시한다. 도 3a에서 토치(B)가 접합부(J) 안쪽에서 진행하고 있을 때, 피드(feed)로부터 아크 라인(190)까지의 토치 위치와 라인(170) 상의 유효 CTWD가 회로(192)에서 비교된다. 접합부(J) 내에서의 토치(B)의 진행 양단부에서의 CTWD 크기를 결정함으로써 용접선 이탈(off-seam) 오류 신호가 라인(194)에 생성된다. 이 신호가 본래의 토치 경로에 오프셋(offset)을 제공하는 추적 장치에 제공됨으로써 상기 토치는 접합부 J의 중심에 유지된다. 유효 CTWD 에 있어서의 차이가 용접선의 중앙으로부터 토치(B)의 변위로 인하여 발생되면, 추적 헤드(200)는 기구(202)로 나타낸 바와 같이 토치(B)의 위치를 조정한다. 이러한 개념이 도 3a에 도시되어 있으며, 여기서 토치(B)는 비드(214)를 형성하기 위한 공작물(210, 212) 사이에의 추적에 사용된다. 회로(192)에 의해 접합부(J)의 단부에서 유효 CTWD에 차이가 검출되면, 토치(B)는 용접선을 따라가지 않는다. 토치의 횡단 이동에 의해 토치가 재배치 된다.

본 발명에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같은 신호 발생기(250)에 의해 신호가 라인(154a, 158a)에 발생되고, 각각 스위치(SW2, SW1)를 제어한다. 신호 발생기(250)는 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 펄스 폭 변조기(152)보다 더 용도가 많다. 신호 발생기는 도 4에 도시한 바와 같은 본 발명의 변경을 허용하며, 여기서, 펄스(230)는 스위치(SW1)의 도통 상태를 나타낸다. 이와 유사하게, 음의 펄스(232)는 스위치(SW2)가 도통되지 않은 시간을 나타낸다. 이 펄스(232)의 크기를 펄스(230)에 대하여 감소시킴으로써 스위치(SW1)의 개시점과 스위치(SW1)가 턴오프되기 전에 오버랩을 생성할 수 있다. 실제에 있어서 오버랩(m, n)은 5 ∼ 30 마이크로초 내의 영역에 있다. 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 스위치(SW1, SW2)는 용접되는 동안의 어느 순간에도 도통 상태에 있다. 일반적으로 토치는 하부 팁 부분(102)을 통하여 모든 전류를 흐르게 하기 위해 스위치(SW2)가 닫힐 때에 개시된다. 그러나, 과도 전류를 제어하기 위하여 2개의 스위치를 동시에 도통시키는 것은 본 발명의 범위에 속한다. 이러한 특징이 역시 도 5에 도시되어 있으며, 스위치(SW1)에 대한 개시 펄스(260)는 스위치(SW2)에 대한 개시 펄스(262)와 오버랩된다. 용접 사이클의 개시점에서, 스위치(SW1, SW2)가 전부 도통되어 양쪽 팁(100, 102)에 용접 전류를 분배한다. 그 후 스위칭 사이클은 신호 발생기(250) 또는 펄스 폭 변조기(152)에 의하여 변경될 수 있다. 펄스 용접 모드에 있어서 1개의 전류 펄스 동안 스위치는 여러번 작동된다.

본 발명은 용접 토치의 기계적 이동 및 용접 전류의 변경 없이 CTWD를 조정 할 수 있는 전기 아크 용접기를 제공하며, 에어 갭 또는 세라믹 슬리브와 같은 절연재에 의해 두 개의 부분으로 분리된 접촉 팁을 구비함으로써 시분할 스위칭 회로가 용접 공정의 유효 CTWD를 변경할 수 있다. 또한 유효 CTWD를 제어하는 전기 아크 용접 전류의 시분할에 사용될 수 있는 분리된 접촉 팁에 활용할 수 있는 토치 또는 건 어셈블리를 제공한다.

Claims

접촉 팁을 통하여 진행되는 소모 전극과 공작물 사이에서 아크 용접 공정을 수행하기 위한 전기 아크 용접기로서, 아크 전류 및 아크 전압을 발생시키고 상기 접촉 팁에 연결된 제1 리드와 상기 공작물에 연결된 제2 리드를 구비한 전원을 포함하는 전기 아크 용접기에 있어서,

상기 접촉 팁은 상부 팁 부분 및 하부 팁 부분과 상기 상부 및 하부 부분을 전기 절연시키는 절연재를 포함하고,

상기 제1 리드가 상기 상부 팁 부분에 연결되는 도통 상태와 비도통 상태 사이에서 선택적으로 전환될 수 있는 제1 스위치와,

상기 제1 리드가 상기 하부 팁 부분에 연결되는 도통 상태와 비도통 상태 사이에서 선택적으로 전환될 수 있는 제2 스위치와,

상기 제1 스위치를 그의 도통 상태로 전환시키는 제1 스위치 신호와 상기 제2 스위치를 그의 도통 상태로 전환시키는 제2 스위치 신호를 발생시키는 스위치 동작 네트워크를 포함하며,

상기 스위치 동작 네트워크는 설정된 용접 변수와 검출된 용접 변수를 비교하고, 그 비교 결과에 따라 제1 또는 제2의 스위치 신호를 생성하는 제어 회로를 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제1항에 있어서, 상기 스위치 동작 네트워크는 제어된 듀티 사이클을 가지고, 상기 스위치 신호 중의 하나를 생성하는 출력을 갖는 펄스폭 변조기와, 상기 하나의 스위치 신호를 다른 스위치 신호로 변환하기 위한 인버터를 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제2항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 아크 용접 공정의 유효 CTWD를 제어하기 위하여 상기 듀티 사이클을 조정하기 위한 듀티 사이클 신호를 갖는 출력을 생성하는 것인 전기 아크 용접기.
접촉 팁을 통하여 진행되는 소모 전극과 공작물 사이에서 아크 용접 공정을 수행하기 위한 전기 아크 용접기로서, 아크 전류 및 아크 전압을 발생시키고 상기 접촉 팁에 연결된 제1 리드와 상기 공작물에 연결된 제2 리드를 구비한 전원을 포함하는 전기 아크 용접기에 있어서,

상기 접촉 팁은 상부 팁 부분 및 하부 팁 부분과 상기 상부 및 하부 부분을 전기 절연시키는 절연재를 포함하고,

상기 제1 리드가 상기 상부 팁 부분에 연결되는 도통 상태와 비도통 상태 사이에서 선택적으로 전환될 수 있는 제1 스위치와,

상기 제1 리드가 상기 하부 팁 부분에 연결되는 도통 상태와 비도통 상태 사이에서 선택적으로 전환될 수 있는 제2 스위치와,

상기 제1 스위치를 그의 도통 상태로 전환시키는 제1 스위치 신호와 상기 제2 스위치를 그의 도통 상태로 전환시키는 제2 스위치 신호를 생성하여 상기 아크 용접 공정의 유효 CTWD를 제어하는 스위치 동작 네트워크를 포함하며,

상기 스위치 동작 네트워크는 제어된 듀티 사이클을 가지고, 상기 스위치 신호 중의 하나를 발생시키는 출력을 갖는 펄스폭 변조기와, 상기 하나의 스위치 신호를 다른 스위치 신호로 변환하기 위한 인버터를 포함하며,

상기 스위치 동작 네트워크는 상기 아크 용접 공정의 유효 CTWD를 제어하기 위하여 상기 듀티 사이클을 조정하기 위한 듀티 사이클 신호를 갖는 출력을 생성하는 제어 회로를 포함하고,

상기 제어 회로는 소망하는 아크 길이와 아크 전압을 표시하는 신호의 비교에 의하여 상기 출력에서 상기 듀티 사이클 신호의 크기를 제어하는 것인 전기 아크 용접기.
제4항에 있어서, 상기 듀티 사이클을 판독하여 CTWD 신호를 발생시키는 수단을 포함하는 전기 아크 용접기.
제3항에 있어서, 상기 듀티 사이클을 판독하여 CTWD 신호를 발생시키는 수단을 포함하는 전기 아크 용접기.
제2항에 있어서, 상기 듀티 사이클을 판독하여 CTWD 신호를 발생시키는 수단을 포함하는 전기 아크 용접기.
제1항에 있어서, 상기 스위치 동작 네트워크는 상기 제1 및 제2 스위치 신호를 발생시키기 위한 신호 발생기를 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
접촉 팁을 통하여 진행되는 소모 전극과 공작물 사이에서 아크 용접 공정을 수행하기 위한 전기 아크 용접기로서, 아크 전류 및 아크 전압을 발생시키고 상기 접촉 팁에 연결된 제1 리드와 상기 공작물에 연결된 제2 리드를 구비한 전원을 포함하는 전기 아크 용접기에 있어서,

상기 접촉 팁은 상부 팁 부분 및 하부 팁 부분과 상기 상부 및 하부 부분을 전기 절연시키는 절연재를 포함하고,

상기 제1 리드가 상기 상부 팁 부분에 연결되는 도통 상태와 비도통 상태 사이에서 선택적으로 전환될 수 있는 제1 스위치와,

상기 제1 리드가 상기 하부 팁 부분에 연결되는 도통 상태와 비도통 상태 사이에서 선택적으로 전환될 수 있는 제2 스위치와,

상기 제1 스위치를 그의 도통 상태로 전환시키는 제1 스위치 신호와 상기 제2 스위치를 그의 도통 상태로 전환시키는 제2 스위치 신호를 생성하여 상기 아크 용접 공정의 유효 CTWD를 제어하는 스위치 동작 네트워크를 포함하며,

상기 스위치 동작 네트워크는 상기 제1 및 제2 스위치 신호를 생성하기 위한 신호 발생기를 포함하고, 약 5 내지 30 마이크로초의 기간 동안 상기 제1 및 제2 스위치 신호를 동시에 발생시키는 것인 전기 아크 용접기.
접촉 팁을 통하여 진행되는 소모 전극과 공작물 사이에서 아크 용접 공정을 수행하기 위한 전기 아크 용접기로서, 아크 전류 및 아크 전압을 발생시키고 상기 접촉 팁에 연결된 제1 리드와 상기 공작물에 연결된 제2 리드를 구비한 전원을 포함하는 전기 아크 용접기에 있어서,

상기 접촉 팁은 상부 팁 부분 및 하부 팁 부분과 상기 상부 및 하부 부분을 전기 절연시키는 절연재를 포함하고,

상기 제1 리드가 상기 상부 팁 부분에 연결되는 도통 상태와 비도통 상태 사이에서 선택적으로 전환될 수 있는 제1 스위치와,

상기 제1 리드가 상기 하부 팁 부분에 연결되는 도통 상태와 비도통 상태 사이에서 선택적으로 전환될 수 있는 제2 스위치와,

상기 제1 스위치를 그의 도통 상태로 전환시키는 제1 스위치 신호와 상기 제2 스위치를 그의 도통 상태로 전환시키는 제2 스위치 신호를 생성하여 상기 아크 용접 공정의 유효 CTWD를 제어하는 스위치 동작 네트워크를 포함하며,

상기 스위치 동작 네트워크는 상기 제1 및 제2 스위치 신호를 생성하기 위한 신호 발생기를 포함하며, 상기 아크 용접 공정의 개시 시점에서 상기 제1 및 제2 스위치 신호를 생성하는 것인 전기 아크 용접기.
제1항에 있어서, 상기 스위치 동작 네트워크는 상기 제1 및 제2 스위치 신호의 상대 시간을 제어하는 것인 전기 아크 용접기.
제11항에 있어서, 상기 스위치 동작 네트워크는 제어된 듀티 사이클을 가지고, 상기 스위치 신호 중의 하나를 생성하는 출력을 갖는 펄스폭 변조기와, 상기 하나의 스위치 신호를 다른 스위치 신호로 변환하기 위한 인버터를 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스위치 신호의 상대 시간을 비교함으로써 CTWD 신호를 생성하는 수단을 포함하는 전기 아크 용접기.
제2항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조기는 약 1 KHz 보다 낮은 주파수에서 동작하는 것인 전기 아크 용접기.
제14항에 있어서, 상기 전원은 약 20 KHz 보다 높은 주파수에서 동작하는 스위칭 타입 전원인 것인 전기 아크 용접기.
제1항에 있어서, 상기 전원은 약 20 KHz 보다 높은 주파수에서 동작하는 스위칭 타입 전원인 전기 아크 용접기.
아크 전류 및 아크 전압을 생성하고, 접촉 팁에 연결된 제1 리드와 공작물에 연결된 제2 리드를 구비한 전원을 사용하여 상기 접촉 팁을 통하여 진행되는 소모 전극과 공작물 사이에서 아크 용접 공정을 수행하는 방법에 있어서,

(a) 상기 접촉 팁을 상부 팁 부분과, 이 상부 팁 부분으로부터 전기 절연되어 이격된 하부 팁 부분으로 분리하는 단계와,

(b) 상기 리드 중의 하나를 상기 접촉 팁 중의 선택된 하나 또는 모두에 선택적으로 접속시킴으로써 유효 CTWD를 제어하는 단계와,

(c) 설정된 용접 변수와 검출된 용접 변수를 비교함으로써 상기 리드의 선택적 접속을 제어하는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제17항에 있어서, 상기 리드의 선택적 접속의 듀티 사이클은 상기 상부 부분이 상기 하나의 리드에 접속되는 상대 시간으로 이루어지고, 상기 CTWD를 제어하기 위한 상기 듀티 사이클의 조정 단계를 더 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제18항에 있어서, 상기 듀티 사이클은 약 1 KHz보다 낮은 동작 주파수에 의해 생성되는 주기를 갖는 것인 아크 용접 공정의 수행 방법.
제19항에 있어서, 상기 전원은 약 20 KHz보다 높은 주파수에서 동작하는 스위칭 타입의 전원인 것인 아크 용접 공정의 수행 방법.
제17항에 있어서, 상기 전원은 약 20 KHz보다 높은 주파수에서 동작하는 스위칭 타입의 전원인 것인 아크 용접 공정의 수행 방법.
제18항에 있어서, 상기 듀티 사이클에 기초하여 CTWD 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제22항에 있어서, 상기 CTWD 신호에 기초하여 상기 소모 전극의 위치를 변경시키는 단계를 포함하는 것인 아크 용접 공정의 수행 방법.
외부 하우징과, 접촉 팁을 통과하여 공작물 쪽으로 향하는 소모 전극에 전류를 도입시키기 위한 접촉 팁과, 전기 절연재와 가스 통로를 포함하는 전기 아크 용접용 토치에 있어서,

상기 접촉 팁은 상부 팁 부분과 하부 팁 부분을 포함하고,

상기 전기 절연재는 상기 팁 부분들을 전기 절연시키며,

상기 팁 부분 중 하나 또는 모두에 전류가 도입되어 상기 토치의 유효 CTWD를 제어하며,

상기 전기 절연재는 에어 갭과, 상기 에어 갭 내에 적어도 부분적으로 배치되는 전기 절연 스페이서를 포함하고,

상기 가스 통로는 상기 전기 절연 스페이서와 상기 외부 하우징 사이에서 적어도 부분적으로 규정되는 것인 전기 아크 용접용 토치.
제24항에 있어서,

전류를 상기 상부 팁 부분에 도입시키기 위한 제1 스위치와,

전류를 상기 하부 팁 부분에 도입시키기 위한 제2 스위치와,

상기 스위치들을 선택적으로 동작시키는 스위치 제어 네트워크를 포함하는 전기 아크 용접용 토치.
제25항에 있어서, 상기 스위치 제어 네트워크는

상기 제1 스위치를 동작시키는 제1 출력 신호와,

상기 제2 스위치를 동작시키는 제2 출력 신호와,

설정된 용접 변수와 검출된 용접 변수를 비교하고, 상기 스위치 제어 네트워크로하여금 상기 비교에 기초하여 상기 제1 또는 제2의 출력 스위치 신호를 생성하도록 하는 제어 회로를 포함하는 것인 전기 아크 용접용 토치.
제26항에 있어서, 상기 스위치 제어 네트워크는 상기 출력 신호들 사이의 듀티 사이클을 제어하기 위한 회로를 포함하고, 상기 듀티 사이클은 약 1 KHz보다 작은 동작 주파수에 의해 발생되는 주기를 갖는 것인 전기 아크 용접용 토치.
제27항에 있어서, 상기 주기는 1 내지 5 ms 의 통상적인 영역 내에 있는 것인 전기 아크 용접용 토치.
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제1항에 있어서, 상기 설정된 용접 변수는 설정되거나 선택된 아크 길이를 포함하며, 상기 검출된 용접 변수는 아크 전압을 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제2항에 있어서, 상기 설정된 용접 변수는 설정되거나 선택된 아크 길이를 포함하고, 상기 검출된 용접 변수는 아크 전압을 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제3항에 있어서, 상기 설정된 용접 변수는 설정되거나 선택된 아크 길이를 포함하고, 상기 검출된 용접 변수는 아크 전압을 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제7항에 있어서, 상기 설정된 용접 변수는 설정되거나 선택된 아크 길이를 포함하고, 상기 검출된 용접 변수는 아크 전압을 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제17항에 있어서, 상기 설정된 용접 변수는 설정되거나 선택된 아크 길이를 포함하고, 상기 검출된 용접 변수는 아크 전압을 포함하는 것인 아크 용접 공정의 수행 방법.
제18항에 있어서, 상기 설정된 용접 변수는 설정되거나 선택된 아크 길이를 포함하고, 상기 검출된 용접 변수는 아크 전압을 포함하는 것인 아크 용접 공정의 수행 방법.
제22항에 있어서, 상기 설정된 용접 변수는 설정되거나 선택된 아크 길이를 포함하고, 상기 검출된 용접 변수는 아크 전압을 포함하는 것인 아크 용접 공정의 수행 방법.
제17항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 상기 소모 전극에 대한 열 입력을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제18항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 상기 소모 전극에 대한 열 입력을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제22항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 상기 소모 전극에 대한 열 입력을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제35항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 상기 소모 전극에 대한 열 입력을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제36항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 상기 소모 전극에 대한 열 입력을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제37항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 상기 소모 전극에 대한 열 입력을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제17항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 아크 전압을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제18항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 아크 전압을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제22항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 아크 전압을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제35항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 아크 전압을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제36항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 아크 전압을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제37항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 아크 전압을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제38항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 아크 전압을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제39항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 아크 전압을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제40항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 아크 전압을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제41항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 아크 전압을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제42항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 아크 전압을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
제43항에 있어서, 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 아크 전압을 실질적으로 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는 아크 용접 공정의 수행 방법.
접촉 팁을 통하여 진행되는 소모 전극과 공작물 사이에서 아크 용접 공정을 수행하기 위한 전기 아크 용접기로서, 아크 전류 및 아크 전압을 발생시키고 상기 접촉 팁에 연결된 제1 리드와 상기 공작물에 연결된 제2 리드를 구비한 전원을 포함하는 전기 아크 용접기에 있어서,

상기 접촉 팁은 상부 팁 부분 및 하부 팁 부분과 상기 상부 및 하부 부분을 전기 절연시키는 절연재를 포함하고,

상기 제1 리드가 상기 상부 팁 부분에 연결되는 도통 상태와 비도통 상태 사이에서 선택적으로 전환될 수 있는 제1 스위치와,

상기 제1 리드가 상기 하부 팁 부분에 연결되는 도통 상태와 비도통 상태 사이에서 선택적으로 전환될 수 있는 제2 스위치와,

상기 제1 스위치를 그의 도통 상태로 전환시키는 제1 스위치 신호와 상기 제2 스위치를 그의 도통 상태로 전환시키는 제2 스위치 신호를 생성하여 상기 아크 용접 공정의 유효 CTWD를 제어하는 스위치 동작 네트워크를 포함하며,

상기 스위치 동작 네트워크는 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 상기 소모 전극에 대한 열 입력을 실질적으로 일정하게 유지시키기 위하여 상기 제1 및 제2 스위치의 상태를 제어하는 것인 전기 아크 용접기.
제56항에 있어서, 상기 스위치 동작 네트워크는 상기 아크 용접 공정이 수행되는 동안 아크 전압을 실질적으로 일정하게 유지시키기 위하여 상기 제1 및 제2 스위치의 상태를 제어하는 것인 전기 아크 용접기.
제56항에 있어서, 상기 스위치 동작 네트워크는 설정된 용접 변수와 검출된 용접 변수를 비교하고, 그 비교 결과에 기초하여 상기 스위치 동작 네트워크로하여금 제1 또는 제2 스위치 신호를 생성하게 하는 제어 회로를 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제57항에 있어서, 상기 스위치 동작 네트워크는 설정된 용접 변수와 검출된 용접 변수를 비교하고, 그 비교 결과에 기초하여 상기 스위치 동작 네트워크로하여금 제1 또는 제2 스위치 신호를 생성하게 하는 제어 회로를 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제58항에 있어서, 상기 설정된 용접 변수는 설정되거나 선택된 아크 길이를 포함하고, 상기 검출된 용접 변수는 아크 전압을 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제59항에 있어서, 상기 설정된 용접 변수는 설정되거나 선택된 아크 길이를 포함하고, 상기 검출된 용접 변수는 아크 전압을 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제56항에 있어서, 상기 스위치 동작 네트워크는 제어된 듀티 사이클을 가지고, 상기 스위치 신호 중의 하나를 생성하는 출력을 갖는 펄스폭 변조기와, 상기 하나의 스위치 신호를 다른 스위치 신호로 변환하기 위한 인버터를 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제61항에 있어서, 스위치 동작 네트워크는 제어된 듀티 사이클을 가지고, 상기 스위치 신호 중의 하나를 생성하는 출력을 갖는 펄스폭 변조기와, 상기 하나의 스위치 신호를 다른 스위치 신호로 변환하기 위한 인버터를 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제56항에 있어서, 상기 스위치 동작 네트워크는 상기 제1 및 제2 스위치 신호를 발생시키기 위한 신호 발생기를 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제61항에 있어서, 상기 스위치 동작 네트워크는 상기 제1 및 제2 스위치 신호를 발생시키기 위한 신호 발생기를 포함하는 것인 전기 아크 용접기.
제56항에 있어서, 상기 스위치 동작 네트워크는 약 5 내지 30 마이크로초의 기간 동안 상기 제1 및 제2 스위치 신호를 동시에 발생시키는 것인 전기 아크 용접기.
제65항에 있어서, 상기 스위치 동작 네트워크는 약 5 내지 30 마이크로초의 기간 동안 상기 제1 및 제2 스위치 신호를 동시에 발생시키는 것인 전기 아크 용접기.