KR100475516B1 - 펄스아크용접방법및장치 - Google Patents

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Abstract

펄스아크용접장치가 소모전극의 용융에 의하여 생기는 소모전극과 모재사이에서 단락이 발생하는 시간을 검출하는 단락검출회로와, 이 단락검출회로에서 검출된 단락발생시간의 적산치 또는 평균치와 임의의 설정치를 비교하는 비교회로와, 이 비교회로의 비교결과에 따라 펄스전류의 공급시간 및 베이스전류공급시간중 적어도 어느 한쪽을 제어하는 제어회로를 가지며, 이것에 의해 아크길이를 제어한다.

Description

펄스아크용접방법 및 장치
본 발명은 가스시일드중에 있어서 소모전극의 용융방울을 모재(base metal)에 이행시키는 펄스아크용접방법 및 장치에 관한 것이다.
이와 같은 기술로서는 일본국 특개평 6-23547호 공보에 기재된 펄스아크용접장치가 있다. 이것은 와이어의 용융방울에 의하여 와이어와 모재가 접촉함으로써 발생하는 단락을 검출하고, 그 발생시기가 펄스주기에 대하여 너무 빠른지, 적정한지, 또 너무 느린지를 판단하여 단락이 적정하게 행하여지도록 펄스파라미터를 자동적으로 설정하는 것이다.
본 발명의 목적은 단락발생이 변화하여도 적정한 아크상태를 항시 유지할 수 있는 펄스아크용접방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1특징은 펄스아크용접방법이 소모전극의 용융에 의하여 생기는 단락이 발생하고 있는 시간을 검출하고, 이 시간의 평균치 또는 적산치가 임의의 설정치가 되도록 아크길이를 제어하는 데 있다.
단락시간의 평균치 또는 적산치가 임의의 설정치보다 클 때는 그 차에 따라 베이스전류의 공급시간을 감소시키고, 작을 때에는 베이스전류의 공급시간을 증가시킨다. 이와 같이 베이스전류의 공급시간을 제어하는 것만으로 아크길이를 가장 적합한 상태로 유지할 수 있다.
단락시간의 평균치 또는 적산치가 임의의 설정치보다 클 때는 그 차에 따라 베이스전류의 공급시간을 감소시킴과 동시에 펄스전류의 공급기간을 증가시키고, 작을 때는 베이스전류의 공급시간을 증가시킴과 동시에 펄스전류의 공급기간을 감소시킨다. 이와 같이 베이스전류의 공급시간과 펄스전류의 공급기간에 의해 아크길이를 가장 적합한 상태로 유지한다.
소모전극이 소정의 길이보다도 돌출하였을 때에 생기는 저항발열의 보상을 요할 때에는, 단락시간의 평균치 또는 적산치가 임의의 설정치보다 클 때는 그 차에 따라 베이스전류 및 펄스전류의 각 공급기간을 감소시키고, 작을 때는 베이스전류 및 펄스전류의 각 공급기간을 증가시킨다.
단락시간의 평균치 또는 적산치가 임의의 설정치보다도 클 때는 그 차에 따라 펄스전류의 공급기간을 감소시키고, 작을 때는 펄스전류의 공급기간을 증가시킨다. 이와 같이 펄스전류의 공급기간을 제어하여도 아크길이를 가장 적합한 상태로 유지할 수 있다.
본 발명의 제 2특징은 펄스아크용접장치가 소모전극의 용융에 의하여 생기는 소모전극과 모재사이에서 단락이 발생하고 있는 시간을 검출하는 단락검출회로와, 이 단락검출회로에서 검출된 단락발생시간의 적산치 또는 평균치와 임의의 설정치를 비교하는 비교회로와, 이 비교회로의 비교결과에 따라 펄스전류의 공급시간 및 베이스전류공급시간중 적어도 어느 한쪽을 제어하는 제어회로를 가지는 데 있다.
비교회로는 베이스전류의 공급시간을 설정하는 베이스시간 설정기와, 펄스전류의 공급시간을 설정하는 펄스폭 설정기와, 단락검출회로에 의하여 검출된 단락시간과 미리 설정된 단락설정시간과의 차를 구하는 가산기와, 가산기로부터의 차의 적산치 또는 그 평균치를 산출하는 적산／평균치산출기와, 적산치 또는 평균치에 따라 베이스시간설정기로부터의 베이스전류의 공급시간을 증감하고, 베이스전류를 공급하는 종료시간을 구하는 베이스시간조정기와, 적산／평균치산출기로부터의 적산치 또는 평균치를 받을 때 폐쇄되는 선택스위치와, 적산치 또는 평균치에 따라 펄스폭설정기로부터의 펄스전류의 공급시간을 증감하고, 펄스전류를 공급하는 종료시간을 구하는 펄스폭조정기를 가진다. 이로써 펄스전류와 베이스전류의 공급시간을 제어하여 아크길이를 가장 적합한 상태로 유지한다.
또 비교수단은 베이스전류의 공급시간을 설정하는 베이스시간설정기와, 펄스전류의 공급시간을 설정하는 펄스폭설정기와, 단락검출회로에 의하여 검출된 단락시간과, 미리 설정된 단락설정시간과의 차를 구하는 가산기와, 가산기로부터의 차의 적산치 또는 그 평균치를 산출하는 적산／평균치산출기와, 적산치 또는 평균치에 따라 상기 펄스폭설정기로부터의 펄스전류의 공급시간을 증감하고, 펄스전류를 공급하는 종료시간을 구하는 펄스폭조정기를 가진다. 이로써 펄스전류의 공급시간을 제어하는 것만으로도 아크길이를 가장 적합한 상태로 유지할 수 있다.
또한 비교수단은 베이스전류의 공급시간을 설정하는 베이스시간설정기와, 펄스전류의 공급시간을 설정하는 펄스폭설정기와, 단락검출회로에 의하여 검출된 단락시간과 미리 설정된 단락설정시간과의 차를 구하는 가산기와, 가산기로부터의 차의 적산치 또는 그 평균치를 산출하는 적산／평균치산출기와, 적산치 또는 평균치에 따라 베이스시간설정기로부터의 베이스전류의 공급시간을 증감하고, 베이스전류를 공급하는 종료시간을 구하는 베이스시간조정기와, 적산／평균치산출기로부터의 적산치 또는 평균치를 받을 때 폐쇄되는 제 1선택스위치와, 적산치 또는 평균치에 따라 펄스폭설정기로부터의 펄스전류공급시간을 제 2선택스위치가 제 1상태일 때 받아들여 적산치 또는 평균치가 정(+)의 값이면, 펄스폭을 감소시키고, 적산치 또는 평균치가 부(-)의 값이면, 펄스폭을 증가시키는 제 1펄스폭조정기와, 적산치 또는 평균치에 따라 펄스폭설정기로부터의 펄스전류공급시간을 제 2선택스위치가 제 2상태일 때 받아들여 적산치 또는 평균치가 정의 값이면, 펄스폭을 증가시키고, 적산치 또는 평균치가 부의 값이면, 펄스폭을 감소시키는 제 2펄스폭조정기를 가진다. 이로써 소모전극의 돌출에 의하여 발생하는 저항발열에 대한 보상의 유무를 선택할 수 가 있는 것이다.
(실시예)
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 펄스아크용접방법을 실시하는 펄스아크용접장치의 블록도이다. 이 도에서 1은 모재, 2는 와이어, 3은 와이어를 소정의 속도로 급송하는 와이어급송롤러(wire feed roller)를 나타낸다. 5는 용접전원이 되는 상용교류를 직류로 변환하는 1차측 정류기, 6은 인버터회로이다. 이 인버터회로(6)는 예를 들어 전계효과트랜지스터(FET) 등의 스위칭소자를 이용하여 구성되고, 1차측 정류기(5)로부터 출력되는 직류를 소정의 교류로 변환한다. 7은 변압기, 8은 변압기(7)의 교류출력을 정류하는 2차측 정류기, 9는 2차측 정류기(8)의 출력을 평활화하여 와이어로 공급하는 직류리액터이다. 이 직류리액터(9)에는 2차권선이 부가되어 있고, 용접중 와이어의 용융방울에 의하여 와이어(2)의 선단과 모재(1)가 접촉하였을 때 발생하는 단락을 검출한다.
10은 인버터회로(6)의 온,오프시간을 결정하는 펄스폭변조기(PWM), 11은 PWM(10)의 펄스폭을 제어하는 펄스제어회로이다. 12는 펄스아크용접에 있어서의 펄스전류를 발생시키기 위한 펄스전압(Vp)을 설정하는 펄스전압설정기, 13은 마찬가지로 베이스전류를 발생시키기 위한 베이스전압(Vb)을 설정하는 베이스전압설정기이며, 이들 각 설정전압(Vp, Vb)은 펄스제어회로(11)에 출력된다. 14는 펄스아크용접에서의 펄스폭(펄스전압인가기간)을 조정하는 펄스폭조정기, 15는 해당 펄스폭(Pw)을 설정하는 펄스폭설정기, 16은 마찬가지로 펄스아크용접에서의 베이스시간(베이스전압인가기간)을 조정하는 베이스시간조정기, 17은 상기 베이스시간(Tb)을 설정하는 베이스시간설정기이다. 이와 같이 하여 펄스폭(Pw)이 종료한 것을 검출하여 베이스시간(Tb)을 스타트하고, 베이스시간(Tb)이 종료한 것을 검출하여 펄스폭(Pw)이 스타트한다[펄스폭의 기간종료신호(S14) 및 베이스시간의 기간종료신호(S16)에 관한 것임]. 펄스제어회로(11)는 펄스폭(Pw)의 기간에서는 펄스전압(Vp), 베이스시간(Tb)의 기간에서는 베이스전압(Vb)으로 결정되는 출력이 얻어지도록 동작한다.
20은 용접중에 발생하는 상기한 단락의 계속시간(Ts)을 검출하는 단락시간검출기이다. 이 단락시간검출기(20)는 단락시, 직류리액터(5)에 부가된 2차권선에 생기는 유기전압을 입력하여 단락시간(Ts)을 검출한다. 단락시간(Ts) 및 해당 유기 전압에 관해서는 후기한다. 21은 단락시간(Ts)의 목표치(Tj)를 설정하는 단락시간설정기, 22는 단락시간검출기(20)의 검출한 단락시간(Ts)과 단락시간설정기(21)에 설정된 목표치(Tj)를 입력하여 양자의 차(Ts-Tj)를 연산하는 가산기, 23은 가산기(22)의 출력을 적산[Σ(Ts-Tj)]하는 적산／평균치산출기, 24는 적산／평균치산출기(23)로부터 출력되는 적산치를 펄스폭조정기(14)에 입력하여 펄스폭(Pw)을 조정할지의 여부를 선택하는 선택스위치이다. 또 도 1에서는 적산／평균치산출기(23)는 적산치를 구하도록 도시하고 있으나, 평균치를 이용할 경우는 적산치를 소정시간 또는 회수로 나눔으로써 구해진다.
여기에서 상기 단락시간(Ts)에 관하여 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2는 용접시의 전류를 나타내는 도이며, 횡축에 시간, 종축에 전류를 취하고 있다. 펄스아크용접에서는 도시한 바와 같이 펄스폭(Pw)의 기간대전류(펄스전류)(Ip)를 출력하고, 이것에 이어지는 베이스기간(Tb)에서 베이스전류(Ib)를 출력함으로써 용접을 행할 수 있다. 본 실시예에서는 상기와 같이 펄스전압설정기(12)에 설정된 펄스전압(Vp)에 의거하여 펄스전류(Ip)가, 그리고 베이스전압설정기(12)에 설정된 베이스전압(Vb)에 의거하여 베이스전류(Ib)가 출력된다. 또 그 기본적인 출력기간은 각각 펄스폭설정기(15) 및 베이스시간설정기(17)의 각 설정치(Pw, Tb)에 의거하여 결정된다.
상기 예에서 용접이 실시되고 있을 때, 상기 단락이 생기면, 정전압특성의 용접전원에서는 아크길이 자기제어작용에 의하여 도시한 바와 같이 용접전류에 불규칙한 대략 3각파가 발생한다. 이 3각파의 전류증가부분이 단락기간(단락시간)(Ts)이다. 이와 같은 단락시간(Ts)은 단락발생상황에 의하여 도시한 바와 같은 장단이 있다. 이 단락시간(Ts)과 아크전압의 관계를 와이어의 송급속도를 파라미터로 하여 도 3에 나타낸다.
도 3은 단락시간(Ts)을 설명하는 도이며, 횡축에 아크전압[베이스시간(Tb)에 의하여 결정됨], 종축에 단락시간(Ts)의 평균치를 취하고 있다. 이 도면에 있어서 실선은 와이어송급속도가 작은 경우의 단락시간(Ts)의 평균치, 파선은 와이어송급속도가 큰 경우의 단락시간(Ts)의 평균치, 점선은 와이어송급속도가 양자의 중간인 경우의 단락시간(Ts)의 평균치를 나타낸다. 이 도면에서 명확한 바와 같이 단락시간(Ts)의 평균치는 아크전압의 증가와 함께 감소하고, 소정의 아크전압을 초과하면 단락은 발생하지 않으며, 단락시간(Ts)의 평균치는 0이 된다. 즉 아크전압이 높을 때는 용융방울의 하단면과 모재(1)의 거리가 크기 때문에 단락은 발생하지 않는다. 또 아크전압과 단락시간(Ts)의 평균치와의 관계는 와이어송급속도가 변화하여도 대략 같으며, 와이어송급속도에 의하여 단락이 생기지 않게 되는 아크전압은 다르나, 그 경향에는 큰 차가 없는 것을 알 수 있다.
이상, 단락시간(Ts)에 관하여 설명하였다. 이상의 것으로부터 사용하는 와이어(2)의 재질 및 직경에 따라 펄스전압(Vp), 베이스전압(Vb), 펄스선(Pw)을 설정하고, 용접작업에 따른 와이어송급속도(용접전류), 아크전압[베이스시간(Tb)]을 선택하고, 단락시간(Ts)의 목표치(Tj)를 선정한 후, 단락시간(Ts)과 목표치(Tj)를 비교하여 (본 실시예에서는 상기와 같이 양자의 차의 적산치를 이용함)단락시간(Ts)을 목표치(Tj)에 근접하도록 하면, 아크전압의 설정이 잘못되어 있어도, 또는 용접조건의 변화나 아크상태에 대한 외란등이 생겨도 항상 적절한 단락상태, 예를 들어 극히 단시간의 미소단락밖에 발생하지 않은 상태를 자동적으로 유지할 수 있게 된다.
또한 여기에서 단락시간(Ts)의 목표치(Tj)의 결정에 관하여 설명한다. 펄스아크용접에서는 소정의 용접품질을 얻기 위한 조건은 1개가 아니라 몇가지 조건이 존재한다. 그리고 실제로 용접작업을 행하는 작업자에 따라 작업하기 쉬운 아크상태(용접조건)가 다르다. 목표치(Tj)는 아크전압을 높게 하는[단락시간(Ts)이 짧음]쪽이 좋은지, 또는 아크전압을 낮게 하는[단락시간(Ts)이 김]쪽이 좋은 지를 결정하는 값이기 때문에 작업자가 사용하기 편한 관점에서 목표치(Tj)는 작업자가 자유롭게 선택할 수 있게 하여 두는 것이 바람직하다.
다음에 펄스아크용접장치의 다른 실시예를 도 4에 의거하여 설명한다. 도 4에 나타내는 펄스아크용접장치와 도 1에 나타내는 것과의 차이는 도 1에 나타내는 베이스시간조정기(16)와 선택스위치(24)가 도 4에는 없는 것이다. 즉 적산／평균치산출기(23)로부터의 단락시간(Ts)과 목표치(Tj)의 차의 적산／평균치는 펄스폭조정기(14)로 직접 공급되고, 또 베이스시간설정기(17)로부터 베이스시간중인 것을 나타내는 신호가 펄스제어회로(11)로 공급되는 한편, 단락시간설정기(12)에는 베이스기간인 것을 나타내는 신호를 공급한다. 또 베이스시간설정기(17)는 베이스기간이 종료한 것을 나타내는 신호를 펄스폭조정기(14)로 보내고, 그 신호에 따라 펄스기간이 개시하고, 펄스기간중인 것을 나타내는 신호가 펄스제어회로(11)로 보내진다. 소정의 펄스기간(Pw±△Pw)가 종료하면, 그 종료신호가 펄스폭조정기(14)로부터 베이스시간설정기(17)로 보내지고, 베이스시간설정기(17)는 베이스기간인 것을 나타내는 신호를 펄스제어회로(11)로 보낸다. 이로써 펄스폭(Pw)을 조정하는 것만으로 아크길이를 제어할 수 있는 것이다. 다른 구성은 도 1에 나타내는 것과 동일하기 때문에 설명은 생략한다.
또한 도 5에는 펄스아크용접장치의 다른 실시예를 나타낸다. 도 5에 나타내는 펄스아크용접장치와 도 1과의 상위점은 도 1에 나타내는 것에 다시 펄스폭조정기(14')와 선택스위치(24')를 추가한 것이다. 이로써 도 1에서 설명한 바와 같이 아크길이를 베이스시간(Tb)과 펄스폭(Pw)으로 제어하는 외에 와이어(2)의 돌출길이에 의한 저항발열에 대한 보상이 필요한 경우에는 선택스위치(24')를 펄스폭조정기(14')측으로 변환하여 펄스폭조정기(14)에 의한 적산과는 반대로 펄스폭조정기(14')는 선택스위치(24)를 통해서 공급된 적산치[Σ(Ts-Tj)]가 정의 값인 경우에는 선택스위치(24')를 통해서 공급된 펄스폭(Pw)을 값(ΔPw)만큼 감소시켜 적산치[∑(Ts-Tj)]가 부의 값인 경우에는 선택스위치(24')로부터의 펄스폭(Pw)을 값(ΔPw)만큼 증가시키는 것이다. 도 5에 나타내는 다른 구성에 관해서는 도 1에 나타내는 것과 동일하므로 설명은 생략한다.
다음에 도 1에 나타내는 본 실시예의 동작을 도 6에 의거하여 설명한다. 또한 도 4, 도 5의 장치에 관해서는 후기한다. 먼저 단계(60)에서는 펄스전압설정기(12), 베이스전압설정기(13), 펄스폭설정기(15), 베이스시간설정기(17) 및 단락시간설정기(21)에 각 값을 설정하고, 카운터를 리세트한다. 단계(61)에서 용접을 개시한다. 처음에는 이들 각 설정치에 따라 도 2에 나타내는 펄스전류 및 베이스전류가 흐른다. 또한 단계(62)에서는 용접중 직류리액터(9)의 2차권선에는 유기전압이 발생한다. 지금, 해당 2차권선의 인덕턴스를 L2, 흐르는 전류를 I, 시간을 t라 하면, 유기전압(e2)은 다음식에 의하여 나타낸다.
e2 = -L2·(di／dt)…………(1)
용융방울에 의한 단락이 발생하면, 그 단락기간중은 전류가 증가하기 때문에 유기전압(e2)은 부의 값이 되고, 단락이 개방되면, 전류가 감소하기 때문에 유기전압은 정의 값이 된다. 그러나 펄스전압(Vp)의 상승기간도 유기전압(e2)이 부의 값이 되기 때문에 이 경우의 검출은 행하지 않게 하기 위하여 단계(62)에서는 펄스폭조정기(14)로부터 펄스폭(Pw)의 기간중, 단락시간검출기(20)에 대해 정지신호(S20)를 출력하여 그 검출동작을 정지시킨다. 그리고 펄스기간이 종료하면, 단계(63)에서는 단락시간검출기(20)는 상기 유기전압(e2)을 입력하고, 그것이 부의 값에 있는 시간을 구한다. 이것이 단락시간이 된다.
한편, 베이스시간조정기(16)는 베이스시간(Tb)에 들어간 것을 알리는 신호(S21)를 단락시간설정기(21)로 출력하고, 단계(64)에서 단락시간설정기(21)는 신호(S21)의 입력으로부터 소정시간(단락발생이 예상되는 시간)동안, 가산기(22)에 목표치(Tj)를 출력한다. 단계(65)에서 가산기(22)는 단락시간검출기(20)로부터의 단락시간(Ts)과 단락시간설정기(21)로부터의 목표치(Tj)를 입력하여 양자의 차(Ts-Tj)를 연산하고, 그 결과를 적산기(23)로 출력한다. 즉 가산기(22)로부터는 펄스주기(Pw+Tb)마다 그 주기에서의 단락시간(Ts)과 목표치(Tj)의 차(Ts-Tj)가 출력된다. 단계(66)에서는 적산기(23)는 해당차(Ts-Tj)를 순차 적산하고, 적산치[Σ(Ts-Tj)]를 얻는다. 단계(67)에서는 베이스시간이 종료하였으면, 처리는 다음단계으로 진행한다. 단계(70)에서 선택스위치(24)가 개방되어 있는 경우, 적산／평균치산출기(23)로 얻어진 상기 적산치[Σ(Ts-Tj)]는 베이스시간조정기(16)만으로 출력된다. 소위 아크길이를 베이스시간(Tb)만큼 제어하는 경우이다. 여기에서 단계(68)에서는 카운터(N)가 증가되고, 단계(69)에서 카운터가 판정된다.
카운터가 최대치일 때는 단계(70, 71, 72), 베이스시간조정기(16)는 적산／평균치산출기(23)로부터 적산치[Σ(Ts-Tj)]가 입력되면, 해당 적산치에 따라 현재의 베이스시간(Tb)을 증감시키고, 단락시간(Ts)이 목표치(Tj)가 되는 즉, 적산치[Σ(Ts-Tj)]가 0이 되는 새로운 베이스시간을 설정한다. 이 연산의 일예를 설명한다. 현재의 베이스시간을 Tb0, 제어정수를 α라 하면, 새로운 베이스시간(Tb00)의 연산은 다음식에 의하여 행하여진다.
Tb00 = Tb0-α·[Σ(Ts-Tj)] = Tb0-ΔTb …………(2)
즉 적산치[Σ(Ts-Tj)]가 정의 값인[단락시간(Ts)의 적산치가 목표치(Tj)의 적산치보다 크다]경우에는 단락시간(Ts)의 평균치를 감소시키면 좋다. 그를 위해서는 도 3에서 분명한 바와 같이 아크전압을 증가시키면 좋고, 따라서 현재의 베이스시간으로부터 적산치[Σ(Ts-Tj)]에 따른 시간(ΔTb)을 감소시켜 새로운 베이스시간으로 한다. 반대로 적산치[Σ(Ts-Tj)]가 부의 값인 경우에는 현재의 베이스시간에 적산치[Σ(Ts-Tj)]에 따른 시간(ΔTb)을 가산하여 새로운 베이스시간으로 한다. 또한 제어정수(α)는 와이어(2)의 재질이나 제어응답의 속도 등을 감안하여 결정된다. 그리고 단계 73에서 카운터(N)를 리세트한다.
상기와 같이 하여 얻어진 새로운 베이스시간(Tb00)은 단계 72에서 펄스제어회로(11)로 출력되고, 펄스제어회로(11)는 이 새로운 베이스시간(Tb00)에 따라 펄스폭변조기(10)로 ON, OFF지령을 출력하고, 베이스시간을 증감한다. 그리고 이 새로운 베이스시간(Tb00)을 가지는 주기에 있어서 다시 단락시간검출기(20)에 의하여 단락시간(Ts)이 검출되고, 상기의 제어동작이 반복된다.
상기 수단은 선택스위치(24)가 개방되어 있어 베이스시간(Tb)만을 제어하는 수단이나, 베이스시간(Tb)과 아울러 펄스폭(Pw)도 제어함으로써 보다 효과적인 제어를 행할 수 있다. 이와 같은 제어를 행할 경우에는 선택스위치(24)를 폐쇄한다. 이 선택스위치(24)의 폐쇄에 의하여 적산／평균치산출기(23)로 연산된 적산치[Σ(Ts-Tj)]는 베이스시간조정기(16)로 입력됨과 동시에, 펄스폭변조기(14)로도 입력된다. 펄스폭조정기(11)도 베이스시간조정기(16)와 마찬가지로 펄스폭(Pw)의 증감을 행하나, 단계 74에 있어서 와이어(2)의 돌출길이에 따른 저항발열에 대한 보상을 요하지 않으면, 단계 75, 베이스시간조정기(16)와는 반대로 적산치[Σ(Ts-Tj)]가 정의 값인 경우에는 펄스폭(Pw)을 적산치[Σ(Ts-Tj)]에 따른 값(ΔPw)만큼 증가(Pw + ΔPw)시키고, 적산치[Σ(Ts-Tj)]가 부의 값인 경우에는 펄스폭(Pw)을 적산치[Σ(Ts-Tj)]에 따른 값(ΔPw)만큼 감소(Pw - ΔPw)시킨다.
이것은 선택스위치(24')가 펄스폭조정기(14)측으로 폐쇄됨으로서 실행된다.
단계 76에서는 베이스시간(Tb00)과 펄스폭(Pw±ΔPw)로 아크길이를 제어한다.
단계 74에서 와이어(2)의 돌출길이에 따른 저항발열에 대한 보상이 필요한 경우 등에는 상기와 반대로 단계(77)에 있어서 적산치[Σ(Ts-Tj)]가 정의 값인 경우에는 펄스폭(Pw)을 값(ΔPw)만큼 감소시키고, 적산치[Σ(Ts-Tj)]가 부의 값인 경우에는 펄스폭(Pw)을 값(ΔPw)만큼 증가시키는 것이 좋다.
이것은 선택스위치(24')가 펄스폭조정기(14')측으로 폐쇄됨으로써 실행된다.
이것은 도 5에 나타내는 펄스아크용접장치에 대응한다. 또한 도 4에 나타내는 펄스아크용접장치에 관해서는 도 1에 의거하여 설명한 동작으로 부터 용이하게 이해할 수 있기 때문에 설명은 생략한다.
이와 같이 본 실시예에서는 용접중에 발생하는 단락시간을 목표치에 근접하도록 베이스시간, 또는 베이스시간과 펄스폭을 조정하도록 하였기 때문에 용접조건의 변화나 아크상태에 대한 외란 등이 생겨도 항상 적절한 단락상태를 자동적으로 유지할 수 있고, 이로써 양호한 용접품질을 용이하게 확보할 수 있으며, 또한 용접품질을 균일화할 수 있다.
또 종래의 펄스아크용접에서는 적절한 아크상태를 얻기 위해서는 아크전압의 설정에 상당한 숙련을 필요로 하였으나, 본 실시예에서는 아크전압이 부적절하게 설정되어 있어도 자동적으로 보정되기 때문에 작업자의 숙련을 필요로 하지 않는다.
또한 종래의 펄스아크용접에서는 용접전류에 따라 적절한 아크전압을 설정할 필요가 있으나, 본 실시예에서는 단락상태를 제어하기 때문에 용접전류(와이어송급속도)에 따라 설정을 변화시킬 필요가 없어 작업자에게는 부담이 대폭 개선된다. 하기 표 1은 상기 도 1에 나타내는 장치를 이용한 용접결과를 나타내는 것이다. 이 경우, 용접와이어에 직경 1.2㎜의 JIS YGW17을 이용하고, 펄스전압(Vp) = 39V, 베이스전압(Vb) = 8.5V, 펄스폭(Pw) = 1.4ms, 와이어돌출길이(EXT)=15㎜, 용접속도 = 750㎜／min, 목표치(Tj)=0.02ms로서 용접전류(즉 와이어송급속도) 및 초기전압(즉 베이스시간의 초기설정치)을 여러가지로 변화시킨 용접을 행하였다. 또한 표중 「○」,「△」,「▲」,「×」의 기호는 이 순서로 용접결과의 양호함을 나타내고, 「○」은 최량, 「×」은 불량을 나타낸다.(후기하는 표 2에서도 같음)
[표 1]
각 용접전류에 있어서 초기전압을 적정치 ±3V의 범위에서 변화시켰으나, 어느 경우도 대략 적절한 아크전압으로 자동적으로 수속하였다. 또한 제어방법으로서 베이스시간(Tb)만을 자동제어하는 방법과, 베이스시간(Tb)의 자동제어와 함께 적산치[Σ(Ts-Tj)]가 정일 때 펄스폭(Pw)을 증가시키고, 적산치 [Σ( Ts-Tj)]가 부일 때 펄스폭(Pw)을 감소시키는 자동제어를 행하는 방법을 검토하였으나, 어느 제어방법에 있어서도 양호한 결과가 얻어졌다.
하기 표 2는 다른 용접결과를 나타내는 것이다. 이 경우, 용접와이어에 직경 1.6㎜의 JIS YGW15를 이용하고, 펄스전압(Vp) = 43V, 베이스전압(Vb) = 10V, 펄스폭(Pw) = 1.9ms, 와이어돌출길이(EXT) = 20㎜, 용접속도 = 750㎜／min, 목표치(Tj) = 0.03ms로서 상기 표 1의 경우와 같은 용접을 행하였다. 이 경우도 베이스시간의 자동제어, 베이스시간과 펄스폭의 자동제어 어느 경우도 양호한 결과가 얻어졌다.
[표 2]
하기 표3은 다시 다른 용접결과를 나타내는 것이다. 이 경우, 용접조건은 표 1과 동일하게 설정하고, 베이스시간의 자동제어와 펄스폭의 자동제어를 동시에 행하며, 펄스폭의 자동제어에서는 적산치[Σ(Ts-Tj)]가 정일 때 펄스폭(Pw)을 감소시키고, 적산치[Σ(Ts-Tj)]가 부일 때 펄스폭(Pw)을 증가시키는 제어로 하였다. 이 경우도 아크전압의 초기설정치에 관계없이 모두 적정전압으로 수속하는 것을 확인할 수 있었다.
[표 3]
또한 상기 본 실시예의 설명에서는 정전압방식의 펄스아크용접에 관하여 설명하였다. 그러나 본 발명은 정전류방식의 펄스아크용접에도 적용할 수 있는 것은 분명하다. 또 단락시간에 관해서는 적산치[Σ(Ts-Tj)]를 이용하는 예, 즉 단락시간(Ts)의 적산치와 소정치[목표치(Tj)의 적산치]를 비교하는 예를 들어 설명하였으나, 단락시간(Ts)만을 적산하고, 그 평균치와 목표치(Tj)를 비교하도록 하여도 좋다.
이와 같이 본 실시예에서는 용접중에 발생하는 단락시간을 목표치에 근접하도록 베이스시간, 또는 베이스시간과 펄스폭을 조정하도록 하였기 때문에 용접조건의 변화나 아크상태에 대한 외란 등이 생겨도 항상 적절한 단락상태를 자동적으로 유지할 수 있고, 이로써 양호한 용접품질을 용이하게 확보할 수 있으며, 또한 용접품질을 균일화할 수 있다.
또 종래의 펄스아크용접에서는 적절한 아크상태를 얻기 위해서는 아크전압의 설정에 상당한 숙련을 필요로 하였으나, 본 실시예에서는 아크전압이 부적절하게 설정되어 있어도 자동적으로 보정되기 때문에 작업자의 숙련을 필요로 하지 않는다.
또한 종래의 펄스아크용접에서는 용접전류에 따라 적절한 아크전압을 설정할 필요가 있으나, 본 실시예에서는 단락상태를 제어하기 때문에 용접전류(와이어송급속도)에 따라 설정을 변화시킬 필요가 없어 작업자에게는 부담이 대폭 개선된다.
도 1은 본 발명의 펄스아크용접장치의 제 1실시예를 나타내는 블록도,
도 2는 용접시의 전류를 나타내는 파형도,
도 3은 단락시간을 설명하는 설명도,
도 4는 본 발명의 펄스아크용접장치의 다른 실시예를 나타내는 블록도,
도 5는 본 발명의 펄스아크용접장치의 다른 실시예를 나타내는 블록도,
도 6은 본 발명의 펄스아크용접방법을 설명하는 플로우챠트이다.

Claims (11)

  1. 소모전극과 모재사이에 펄스전류와, 베이스전류를 교대로 공급하여 용접을 행하는 펄스아크용접에 있어서,
    상기 소모전극의 용융에 의하여 생기는 단락이 발생하는 시간을 검출하고,
    상기 시간의 평균치 또는 적산치가 임의의 설정치가 되도록 아크길이를 제어하는 것을 특징으로 하는 펄스아크용접방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 아크길이의 제어는 상기 평균치 또는 적산치가 상기 임의의 설정치보다 클 때는 그 차에 따라 상기 베이스전류의 공급시간을 감소시키고,
    상기 평균치 또는 적산치가 상기 임의의 설정치보다 작을 때는 그 차에 따라 상기 베이스전류의 공급시간을 증가시키는 것을 특징으로 하는 펄스아크용접방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 아크길이의 제어는 상기 평균치 또는 적산치가 상기 임의의 설정치보다 클 때는 그 차에 따라 상기 베이스전류의 공급시간을 감소시킴과 동시에 상기 펄스전류의 공급기간을 증가시키고,
    상기 평균치 또는 적산치가 상기 임의의 설정치보다 작을 때는 그 차에 따라 상기 베이스전류의 공급시간을 증가시킴과 동시에 상기 펄스전류의 공급기간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 펄스아크용접방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 아크길이의 제어는 상기 평균치 또는 적산치가 상기 임의의 설정치보다 클때는 그 차에 따라 상기 베이스전류 및 상기 펄스전류의 각 공급기간을 감소시키고,
    상기 평균치 또는 적산치가 상기 임의의 설정치보다 작을 때는 그 차에 따라 상기 베이스전류 및 상기 펄스전류의 각 공급기간을 증가시키는 것을 특징으로 하는 펄스아크용접방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 아크길이의 제어는 상기 평균치 또는 적산치가 상기 임의의 설정치보다도 클 때는 그 차에 따라 상기 펄스전류의 공급기간을 증가시키고,
    상기 평균치 또는 적산치가 상기 임의의 설정치보다 작을 때는 그 차에 따라 상기 펄스전류의 공급기간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 펄스아크용접방법.
  6. 소모전극과 모재사이에 펄스전류와 펄스전류를 교대로 공급하여 용접을 행하는 펄스아크용접장치에 있어서,
    상기 소모전극의 용융에 의하여 생기는 상기 소모전극과 모재사이에서 단락이 발생하는 시간을 검출하는 단락검출수단과,
    상기 단락검출수단으로 검출된 단락발생시간의 적산치 또는 평균치와 임의의 설정치를 비교하는 비교수단과,
    상기 비교수단의 비교결과에 따라 상기 펄스전류의 공급시간 및 상기 베이스전류의 공급시간중 적어도 어느 한쪽을 제어하는 제어수단을 설치한 것을 특징으로 하는 펄스아크용접장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 비교수단은 베이스전류의 공급시간을 설정하는 베이스시간설정기와,
    펄스전류의 공급시간을 설정하는 펄스폭설정기와,
    상기 단락검출수단에 의하여 검출된 단락시간과 미리 설정된 단락설정시간의 차를 구하는 가산기와,
    상기 가산기로부터의 차의 적산치 또는 그 평균치를 산출하는 적산／평균치산출기와,
    상기 적산치 또는 평균치에 따라 상기 베이스시간설정기로부터의 상기 베이스전류의 공급시간을 증감하고, 베이스전류를 공급하는 종료시간을 구하는 베이스시간조정기와,
    상기 적산／평균치산출기로부터의 상기 적산치 또는 평균치를 얻을 때 폐쇄되는 선택스위치와,
    상기 선택스위치를 통하여 상기 적산치 또는 평균치를 받아 상기 펄스폭설정기로부터의 상기 펄스전류의 공급시간을 증감하고, 펄스전류를 공급하는 종료시간을 구하는 펄스폭조정기를 구비한 것을 특징으로 하는 펄스아크용접장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 비교수단은 베이스전류의 공급시간을 설정하는 베이스시간설정기와,
    펄스전류의 공급시간을 설정하는 펄스폭설정기와,
    상기 단락검출수단에 의하여 검출된 단락시간과 상기 베이스시간설정기로부터의 베이스전류의 공급시간에 따라 산출된 단락설정시간의 차를 구하는 가산기와,
    상기 가산기로부터의 차의 적산치 또는 그 평균치를 산출하는 적산／평균치산출기와,
    상기 적산치 또는 평균치에 따라 상기 펄스폭설정기로부터의 상기 펄스전류의 공급시간을 증감하고, 펄스전류를 공급하는 종료시간을 구하는 펄스폭조정기를 구비한 것을 특징으로 하는 펄스아크용접장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 비교수단은 베이스전류의 공급시간을 설정하는 베이스시간설정기와,
    펄스전류의 공급시간을 설정하는 펄스폭설정기와,
    상기 단락검출수단에 의하여 검출된 단락시간과 미리 설정된 단락설정시간의 차를 구하는 가산기와,
    상기 가산기로부터의 차의 적산치 또는 그 평균치를 산출하는 적산／평균치산출기와,
    상기 적산치 또는 평균치에 따라 상기 베이스시간설정기로부터의 상기 베이스전류의 공급시간을 증감하고, 베이스전류를 공급하는 종료시간을 구하는 베이스시간조정기와,
    상기 적산／평균치산출기로부터의 상기 적산치 또는 평균치를 받을 때 폐쇄되는 제 1선택스위치와,
    상기 제 1선택스위치를 통하여 상기 적산치 또는 평균치를 받고, 상기 펄스폭설정기로부터의 상기 펄스전류공급시간을 제 2선택스위치가 제 1상태일 때 받아들여 상기 적산치 또는 평균치가 정의 값이면, 펄스폭을 감소시키고, 적산치 또는 평균치가 부의 값이면 펄스폭을 증가시키는 제 1펄스폭조정기와,
    상기 제 1선택스위치를 통하여 상기 적산치 또는 평균치를 받고, 상기 펄스폭설정기로부터의 상기 펄스전류공급시간을 상기 제 2선택스위치가 제 2상태일 때 받아들여 상기 적산치 또는 평균치가 정의 값이면, 펄스폭을 증가시키고, 적산치 또는 평균치가 부의 값이면, 펄스폭을 감소시키는 제 2펄스폭조정기를 구비하고,
    이로써 상기 제 1 및 제 2펄스폭조정기가 각각 펄스전류를 공급하는 종료시간을 구하는 것을 특징으로 하는 펄스아크용접장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 단락검출수단, 비교수단 및 제어수단은 정전압방식에 의거하는 것을 특징으로 하는 펄스아크용접방법.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 단락검출수단, 비교수단 및 제어수단은 정전류방식에 의거하는 것을 특징으로 하는 펄스아크용접방법.
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