KR100554851B1

KR100554851B1 - 소모전극식 교류가스시일드용접방법 및 장치

Info

Publication number: KR100554851B1
Application number: KR1019990004630A
Authority: KR
Inventors: 미타즈네오; 시나다츠네오; 이치카와가즈시게; 사카모토요시타카; 노무라고지; 니시카와세이고
Original assignee: 히다치 비아 메카닉스 가부시키가이샤; 가부시키가이샤 야스가와덴키
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2006-02-24
Also published as: FR2774615A1; DE19906039B4; KR19990072556A; JPH11226730A; DE19906039A1; US6207927B1; JP3809983B2; FR2774615B1

Abstract

본 발명은, 단락이 빈번하게 발생하는 아크길이가 짧은 용접에 있어서도 안정된 아크상태가 얻어지며, 모든 용접전류치에 대하여 교류주파수 및 극성비율을 임의로 설정할 수 있도록 하여, 교류아크용접의 특징인 얕은 용입, 높은 와이어용융량 등의 특성을 광범위하게 활용할 수 있는 소모전극식 교류가스시일드용접방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 있어서는, EP극성의 기간(T_EP)에 있어서의 출력전압치(V_EP)를, 용접전류치가 임계전류치 이하로 되도록 설정함과 동시에, EN극성의 기간(T_EN)에 있어서의 출력전압치(V_EN)를 출력전압치(V_EP)보다 낮은 값으로 설정한다. 이와 같이 하면, EN극성과 EP극성의 와이어용융속도를 대략 동등하게 할 수 있고, 단락이 빈번하게 발생하는 짧은 아크길이이더라도 안정된 소모전극식 교류가스시일드용접을 행할 수 있으며, 용도에 따라, 교류용접의 특징인 높은 와이어용융속도, 얕은 용입 또는 볼록형의 덧살형상 등을 임의로 선택할 수 있다.

Description

소모전극식 교류가스시일드용접방법 및 장치{GAS-SHIELDED AC ARC WELDING METHOD AND MACHINE MAKING USE OF CONSUMABLE ELECTRODE}

도 1은 안정아크영역의 동일설정전압에 있어서의 EN극성과 EP극성의 용접전류치와 와이어용융속도의 관계를 나타낸 도,

도 2는 본 발명의 원리를 정리하여 나타낸 도,

도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 용접장치의 구성도,

도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 다른 용접장치의 구성도,

도 5는 본 발명의 실시형태에 관한 용접결과의 대표예를 나타낸 도,

도 6은 EP극성시간비율(δ)의 효과에 대한 설명도,

도 7은 와이어공급속도와 차(α)의 관계를 나타낸 도,

도 8은 매우 얇은 판의 중첩필렛용접결과의 일례를 나타낸 도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

V_EP : EP극성의 출력전압치 V_EN : EN극성의 출력전압치

본 발명은, 대략 정(定)속도로 공급되는 소모전극과 피용접물 사이에, 대략 정(定)전압의 교류전압을 공급하여 용접을 행하는 소모전극식 교류가스시일드용접방법 및 장치에 관한 것이다.

직류의 정(正)극성(이하, EN극성이라 함)에서는 와이어 선단에 입자가 큰 용적(溶滴)이 형성되기 쉬워, 아크는 불안정하고 입자가 큰 스퍼터가 발생하며, 용입도 얕기 때문에, EN극성만으로 용접을 행하는 일은 거의 없다. 한편, 직류의 역극성(이하, EP극성이라 함)에서는 용적이 작아, 아크는 안정되며, 용입도 깊다. 그리고, 아크길이가 긴 대전류용접 뿐만 아니라, 아크길이를 짧게 하여 소전류로 단락과 아크를 빈번하게 반복하면서 용접을 행하는 소위 단락이행용접에 있어서도 양호한 용접결과가 얻어지기 때문에 많이 사용되고 있다. 또, 교류출력을 사용하는 소모전극식 가스시일드용접방법 및 장치로서는 일본국 특허 제2666315호에 개시된 기술이 있다. 이 기술에서는, 원활하게 용적이행시키기 위하여, 적절한 핀치력이 얻어지는 EP극성전류치와 그 기간을 소모전극인 와이어의 재질 및 직경·시일드가스성분 등에 따라 설정하고, 와이어공급속도와 일원적으로 출력전압의 주파수 및 EN극성전류치를 설정함으로써, 최적용접조건의 범위가 넓어지고, 고주파, 고전압 또는 펄스 등을 중첩하지 않더라도 극성 반전시의 재점호(再点弧)가 확실하게 행하여져, 안정된 소모전극식 교류가스시일드용접을 가능하게 하고 있다.

그리고, 안정된 소모전극식 교류가스시일드용접을 가능하게 하는 용접장치로서, 출력전류치에 대응하여 와이어공급속도설정신호를 출력하는 와이어공급속도설정회로와, 와이어공급속도설정신호를 입력하여 출력전압의 주파수에 상당하는 출력 전압주파수신호를 출력하는 출력전압주파수신호발생회로와, 와이어의 재질 및 직경·시일드가스성분 등의 조건에 의하여 미리 설정하는 설정신호에 대응하여 EP극성기간통전신호를 출력하는 EP극성기간신호발생회로와, 상기 설정신호에 대응하여 EP극성전류신호를 출력하는 EP극성전류신호발생회로와, 상기 EP극성기간통전신호를 입력으로 하여 EN극성기간통전신호를 출력하는 EN극성기간신호발생회로와, 상기 출력전류에 대응한 와이어공급속도 설정신호를 입력하여 EN극성전류신호를 출력하는 EN극성전류신호발생회로와, 상기 EN극성전류신호와 상기 EP극성전류신호를 입력으로 하여 EN극성전류치 및 EP극성전류치를 제어하는 출력전류치제어회로와, 상기 EN극성기간통전신호와 상기 EP극성기간통전신호를 입력으로 하여 EN극성전류통전기간 및 EP극성전류통전기간을 제어하는 출력전류통전기간제어회로를 설치하여, 용접출력을 제어하고 있다.

그러나, 상기 교류출력을 사용하는 종래 기술은, 임계전류치 이상의 EP극성전류에 의한 전자핀치력을 이용하여 와이어 선단에 형성되는 용적을 비접촉으로 모재에 이행시키는 용접방법이며, 아크길이를 짧게 하여 단락이 생기게 되면 아크의 안정성은 손상된다. 또, 용접전류치 즉 와이어공급속도가 빨라지면 EN극성전류기간이 짧아지기 때문에, 얕은 용입, 높은 와이어용융량 등의 EN기간의 용접특성을 활용할 수 없게 된다.

본 발명의 목적은, 상기한 종래 기술에 있어서의 과제를 해결하여, 단락이 빈번하게 발생하는 아크길이가 짧은 용접에 있어서도 안정된 아크상태가 얻어지고, 모든 용접전류치에 대하여 교류주파수 및 극성비율을 임의로 설정할 수 있도록 하여, 교류아크용접의 특징인 얕은 용입, 높은 와이어용융량 등의 특성을 광범위하게 활용할 수 있는 소모전극식 교류가스시일드용접방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 청구범위 제 1 항의 발명은, 대략 정속도로 공급되는 소모전극과 피용접물 사이에, 대략 정전압의 교류전압을 공급하여 용접을 행하는 소모전극식 교류가스시일드용접방법에 있어서, EP(막대플러스)극성의 기간(T_EP)에 있어서의 출력전압치(V_EP)를, 해당 기간의 용접전류치가 임계전류치 이하로 되도록 설정함과 동시에, EN(막대마이너스)극성의 기간(T_EN)에 있어서의 출력전압치(V_EN)를 상기 출력전압치(V_EP)보다 낮은 값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

또, 청구범위 제 2 항의 발명은, 청구범위 제 1 항에 있어서, 용접전류치의 증가와 함께 상기 출력전압치(V_EP)와 상기 출력전압치(V_EN)의 차를 증대시키는 것을 특징으로 한다.

또, 청구범위 제 3 항의 발명은, 청구범위 제 1 항에 있어서, 상기 기간(T_EP)과 상기 기간(T_EN)의 시간비율을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

또, 청구범위 제 4 항의 발명은, 소모전극과 피용접물 사이에 대략 정전압의 교류전압을 공급하여, 소모전극의 선단에 형성되는 용적을 단락이행시키는 소모전극식 교류가스시일드용접장치에 있어서, 소모전극을 대략 정속도로 공급하는 와이어공급제어회로와, EP극성의 기간(T_EP)의 설정기와, EN극성의 기간(T_EN)의 설정기와, 상기 기간(T_EP)에 출력되는 출력전압치(V_EP)의 설정기와, 상기 기간(T_EN)에 출력되는 출력전압치(V_EN)의 설정기와, 상기 출력전압(V_EP)의 설정기 및 출력전압(V_EN)의 설정기로부터 출력되는 신호에 의거하여 각각의 전압레벨을 제어하는 출력전압제어회로와, 상기 기간(T_EP) 및 상기 기간(T_EN)의 설정기로부터 출력되는 신호에 의거하여 각각의 극성시간을 제어하는 극성시간제어회로를 설치하여 용접출력을 제어함과 동시에, 용접전류치의 하한치를 보상하는 최소전류보상회로와 리액터를 직렬로 접속한 회로를 출력회로와 병렬로 접속한 것을 특징으로 한다.

또, 청구범위 제 5 항의 발명은, 청구범위 제 4 항에 있어서, 평균용접전압치(Vav)의 설정기와, 상기 출력전압치(V_EP)와 상기 출력전압치(V_EN)의 차(差)(α)의 설정기를 설치하여, V_EP = Vav, V_EN = Vav-α로서 상기 출력전압치(V_EP) 및 상기 출력전압치(V_EN)의 레벨을 설정하는 것을 특징으로 한다.

또, 청구범위 제 6 항의 발명은, 청구범위 제 4 항 또는 청구범위 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 교류주파수(f_AC)를 설정하는 교류주파수(f_AC)설정기와, 상기 기간(T_EP)의 시간비율(δ)을 설정하는 시간비율(δ)설정기를 설치하고, T_EP = δ/f_AC, T_EN = (1-δ)/f_AC로서 상기 기간(T_EP) 및 기간(T_EN)의 시간을 설정하는 것을 특징으로 한다.

또, 청구범위 제 7 항의 발명은, 청구범위 제 5 항에 있어서, 상기 와이어공급제어회로에서 출력되는 와이어공급속도신호에 의거하여 상기 출력전압치(V_EP)와 상기 출력전압치(V_EN)의 차(α)의 값을 증감시키는 것을 특징으로 한다.

먼저 본 발명의 용접원리를 설명한다.

와이어공급속도(WF)를 일정하게 하여 EP극성만으로 단락이행용접을 하는 경우, 설정하는 출력전압(V_EP)의 크기에 따라, 와이어공급속도(WF)가 와이어용융속도(MR_EP)보다 빠른 전압부족영역과, 와이어공급속도(WF)와 와이어용융속도(MR_EP)가 거의 동등한 안정아크영역 및 와이어용융속도(MR_EP)가 와이어공급속도(WF)보다 큰 전압과대영역으로 대별된다. 마찬가지로 EN극성만으로 단락이행용접을 하는 경우도, 설정하는 출력전압(V_EN)의 크기에 따라, 와이어공급속도(WF)가 와이어용융속도(MR_EN)보다 큰 전압부족영역과 와이어공급속도(WF)와 와이어용융속도(MR_EN)가 거의 동등한 안정아크영역 및 와이어용융속도(MR_EN)가 와이어공급속도(WF)보다 큰 전압과대영역으로 대별되나, EN극성만으로의 적정전압범위는, EP극성만으로의 적정전압범위와 거의 동일하거나 또는 다소 저전압쪽(0V에 가까운 쪽. 이하, 전압의 고저는 절대치로 표시함)으로 어긋난다. 그리고, EN극성의 경우에도 단락이행용접이 가능한 아크전압영역까지 출력전압을 낮추어 아크길이를 짧게 하면, 입자가 큰 스퍼터의 발생은 상당히 억제되고, 아크도 그만큼 불안정하게 는 되지 않고, 용입이 얕은 용접이 가능하게 된다.

도 1은 상기 안정아크영역의 동일출력전압에 있어서의 EN극성과 EP극성의 용접전류치와 와이어용융속도의 관계를 나타낸 도면이다. 또한, 와이어는 직경 0.6mm의 YGW12이고, 시일드가스는 Ar+20% CO₂, 와이어돌출길이는 12mm이다. 동 도면에서, 동일용접전류치에 대한 와이어용융속도는 EN극성쪽이 EP극성보다 빠르다. 따라서, 와이어공급속도를 일정하게, 또 EN극성과 EP극성의 출력전압을 동일한 값으로 교류아크용접을 행하면, EN극성시에는 와이어가 과대하게 용융되고 교류주기에 동기한 아크길이변동이 발생하기 때문에, 안정된 교류아크용접을 행할 수 없다. 또, EN극성과 EP극성의 와이어용융속도의 차는 용접전류의 증가와 함께 커지는 경향이 있음을 알 수 있다.

도 2는 본 발명의 원리를 정리하여 나타낸 도면이며, EP극성만으로 단락이행용접을 하였을 때에 설정한 출력전압(V_EP)을 횡축에, EN극성만으로 용접하였을 때에 설정한 출력전압(V_EN)을 종축에 배치하여 교류인 경우의 용접특성을 정리한 것이다.

EN극성과 EP극성을 교대로 반복하는 교류아크용접에서는, EP극성시의 전압을 적정치로 설정하여 와이어공급속도(WF)와 EP극성시의 와이어용융속도(MR_EP)를 균형잡을 필요가 있다. 그래서, EP극성의 출력전압(V_EP)을 적정한 값으로 설정(즉 와이어공급속도 WF≒와이어용융속도 MR_EP)하여 용접을 행하는 것으로 한다. 이 경우, EN극성의 출력전압(V_EN)이 너무 낮거나 너무 높거나 하면, EP극성시의 와이어용융속 도(MR_EN)의 과부족이 생겨, 안정된 교류아크는 얻어지지 않기 때문에, 적어도 EP극성 또는 EN극성만으로의 적정전압범위인 도 2의 ABCD의 범위 내로 설정할 필요가 있다.

정전압의 교류전압을 공급하는 경우, EP극성, EN극성 중 어느 것에 있어서나 와이어용융속도는 출력전압의 설정치에 따라 결정된다. 그리고, 도 1에 나타낸 바와 같이, 와이어공급속도(WF)≒와이어용융속도(MR_EP)＜와이어용융속도(MR_EN)이기 때문에, 출력전압(V_EP)≤출력전압(V_EN)으로 하면, EN극성시에 와이어가 과대하게 용융되어 교류주기에 동기한 아크길이의 변동이 생기기 때문에 안정된 교류아크용접을 행할 수 없다. 따라서, 안정된 교류아크를 유지할 수 있는 것은, 도 2의 사선으로 나타낸 3각형의 영역, 즉 출력전압(V_EP)이 출력전압(V_EN)보다 큰 범위가 된다. 그리고, 이 영역에서는, 와이어공급속도(WF)≒와이어용융속도(MR_EP)≒와이어용융속도(MR_EN)로 되어, 와이어를 일정한 속도로 공급하더라도 극성에 의한 아크길이의 변동이 적은 안정된 교류아크를 실현할 수 있고, 교류주파수나 극성비율의 제약을 받는 일도 없다.

이어서, 본 발명을 실시하기 위한 장치를 도면에서의 실시형태에 의거하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 용접장치의 구성도이다. 도면에서, 부호 1은 1차쪽 정류기로서 입력쪽은 상용하는 교류전원에, 출력쪽은 1차쪽 인버터(2)의 입력쪽에 접속되어 있다. 부호 3은 용접변압기로서, 입력쪽은 1차쪽 인버터(2)의 출력쪽에, 출력쪽은 2차쪽 정류기(4)의 입력쪽에 접속되어 있다. 2차쪽 정류기(4)의 출력쪽은 직류리액터(5)를 거쳐 2차쪽 인버터(6)의 입력쪽에 접속되어 있다. 2차쪽 인버터(6)의 출력쪽은 와이어(7)와 모재(8)에 접속되어 있다. 부호 9는 최소전류보상회로로서, 대략 정전류특성의 전원이며, 한쪽 선단은 2차쪽 정류기(4)의 입력쪽에, 다른쪽 선단은 리액터(10)를 거쳐 2차쪽 정류기(4)의 출력쪽에 접속되어 있다.

부호 11은 PWM 제어회로로서, 입력쪽은 출력전압제어회로(12)에, 출력쪽은 1차쪽 인버터(2)에 접속되어 있다. 부호 13은 EP극성에 있어서의 출력전압(V_EP)의 설정기, 부호 14는 EN극성에 있어서의 출력전압(V_EN)의 설정기이며, 각각 출력전압제어회로(12)에 접속되어 있다. 부호 15는 극성시간제어회로로서, 1차쪽 인버터(2) 및 출력전압제어회로(12)에 접속되어 있다. 부호 16은 EP극성의 기간(T_EP)의 설정기, 17은 EN극성의 기간(T_EN)의 설정기이며, 각각 극성시간제어회로(15)에 접속되어 있다. 부호 18은 와이어공급제어회로이며, 도시생략한 모터를 구동하여 롤러(19)를 회전시킨다.

이어서, 본 실시형태의 동작을 설명한다.

미리, 설정기(13) 및 설정기(14)에 의하여 출력전압(V_EP) 및 출력전압(V_EN)을 설정함과 동시에, 설정기(16) 및 설정기(17)에 의하여 기간(T_EP) 및 기간(T_EN)을 각각 설정해 둔다. 또, 와이어공급속도를 설정함으로써 용접전류를 설정해 둔다. 용접이 개시되면, 극성시간제어회로(15)는 설정기(16) 및 설정기(17)에 설정된 시간이 경과할 때마다 출력전압제어회로(12) 및 2차쪽 인버터(6)에 신호를 출력한다. 출력전압제어회로(12)는, 기간(T_EP)에서는 설정기(13)로, 또 기간(T_EN)에서는 설정기(14)로 설정된 전압을 각각 선택하여, 선택한 전압치에 알맞은 제어신호를 PWM제어회로(11)에 출력한다. PWM제어회로(11)는 와이어(7)와 모재(8) 사이의 전압이 출력전압(V_EP) 또는 출력전압(V_EN)이 되도록 1차쪽 인버터(2)를 제어한다. 또, 2차쪽 인버터(6)는 출력전압제어회로(12)로부터의 신호에 의하여 극성을 전환한다. 또, 최소전류보상회로(9)는 용접전류치가 소정의 값 이하로 저하하는 것을 방지한다. 또한 리액터(10)는 극성반전시에 높은 스파이크전압을 발생시켜, 전압의 설정치가 비교적 낮고, 또한 단락과 아크를 빈번하면서 불규칙하게 반복하기 위하여 극성반전시의 상황이 일정하게 되지 않는 경우에도, 극성반전시의 아크끊어짐을 방지하여 원활한 재아크를 실현한다.

또한, 설정기(14)로 설정하는 출력전압(V_EN)을 설정기(13)로 설정하는 출력전압(V_EP)보다 1 내지 2V 정도 낮게 하면, 극성의 변화에 따라 생기는 용접중의 아크길이변동을 억제할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 다른 용접장치의 구성도이며, 도 3과 동일한 것 또는 동일 기능의 것은 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 도면에서, 부호 22는 교류주파수(f_AC)(=1/(T_EP+T_EN))의 설정기이며, 기간(T_EP)의 연산기(16a) 및 기간(T_EN)의 연산기(17a)에 접속되어 있다. 부호 23은 EP극성의 시간비율(δ)(=T_EP/(T_EP+T_EN))의 설정기이며, 연산기(16a) 및 연산기(17a)에 접속되어 있다. 부호 30은 평균용접전압(Vav)의 설정기로서, 설정기(13)와 설정기(31) 및 와이어공급제어회로(18)에 접속되어 있다. 여기서, 설정기(31)는 설정기(13)로 설정된 출력전압(V_EP)에서 설정기(31)로 설정한 α를 뺀 전압의 지령치를 설정기(14)에 입력한다.

이하에 동작을 설명한다. 미리, 설정기(22, 23, 30)에 의하여 교류주파수(f_AC), 시간비율(δ) 및 평균용접전압(Vav)을 설정함과 동시에, 와이어공급속도를 설정함으로써 용접전류를 설정해 둔다. 용접이 개시되면, 극성시간제어회로(15)는 연산기(16a) 및 연산기(17a)에서 연산된 기간(T_EP) 및 기간(T_EN)이 경과할 때마다 출력전압제어회로(12) 및 2차쪽 인버터(6)에 신호를 출력한다. 출력전압제어회로(12)는, 기간(T_EP)에서는 평균용접전압(Vav)(30)으로 설정된 전압을, 또 기간(T_EN)에서는 평균용접전압(Vav)설정기(30)에서 설정기(31)에 의해 설정된 α만큼 뺀 전압을 각각 선택하여, 선택한 전압치에 알맞은 제어신호를 PWM제어회로(11)에 출력한다.

이 실시형태에서는, 상기의 실시형태에 비하여 설정하는 항목이 적기 때문에 조건설정이 더욱 용이하다. 또한, 설정기(13) 및 설정기(14)를 설치하지 않고, 설정기(30) 및 설정기(31)를 직접 출력전압제어회로(12)에 접속해도 된다.

또, 평균용접전압(Vav) 및 차(α)를 용접전류 또는 와이어공급속도의 함수로 하여, 도면 중에 파선으로 나타낸 바와 같이, 와이어공급속도제어회로(19)로부터의 신호에 의거하여 일원적으로 설정하도록 해도 된다.

또한, 도 4에서 설명한 기능은, 반드시 전부 사용해야만 하는 것은 아니고 필요에 따라 선택할 수 있다.

[실시예]

도 5는 본 발명의 실시형태에 관한 용접결과의 대표예를 나타낸 도면이다. 도면에서 명백한 바와 같이, 와이어지름, 시일드가스 조성, 와이어공급속도, 교류주파수(f_AC) 및 EP극성시간비율(δ)을 여러 가지 변화시켰는데, 어느 쪽의 경우에나 양호한 용접결과가 얻어졌다.

도 6은 EP극성시간비율(δ)의 효과에 대한 설명도이다. 여기서는 직경이 0.6mm인 YGW12 와이어를 사용하고, 와이어공급속도를 7.6m/min으로 일정하게 하여, 시일드가스 조성이 Ar+20% CO₂인 마그용접으로, 판두께가 0.7mm인 아연도금강판 위에 평(平)비드용접한 예를 나타내고 있다. 또한, EP전압(V_EP)은 17.5V, EN전압(V_EN)은 16.5V, 교류주파수는 3.3Hz로 하고, EP극성시간비율(δ)은 50% 및 17%로 하였다. 어느 쪽의 용접속도에 있어서나, δ를 작게 함으로써 표면비드폭 및 뒷면비드폭이 감소하고, 볼록형으로 용입이 적은 비드형상으로 되었다. 또, δ= 50%의 교류용접에 있어서도, 상기의 경향은 도면 중에 나타낸 종래의 직류EP극성보다 현저하다.

도 7은 와이어공급속도와 α(=V_EP-V_EN)의 관계를 나타낸 도면이다. 여기서는 직경이 0.6mm인 YGW12 와이어를 사용하고, 시일드가스 조성이 Ar+20% CO₂인 마그용접으로, 교류주파수(f_AC)를 3.3Hz, EP극성시간비율(δ)을 50%로 일정하게 하였을 때의 와이어공급속도와, 출력전압(V_EP)과 출력전압(V_EN)의 차(α)의 관계를 나타낸 도면으로서, 도면 중 검은 부분이 적은 기호일수록 양호한 아크상태임을 나타내고 있다. 또한, 출력전압(V_EP)과 α의 값을 여러 가지로 변화시켰는데, 어느 쪽의 경우에나 적정한 용접결과가 얻어지는 범위는 α＞0의 영역이고, 그 상한은 와이어공급속도의 증가와 함께 큰 값이 되는 것을 알 수 있었다.

도 8은 판두께가 0.7mm인 아연도금강판을 사용하여 루트간극 2mm의 중첩필렛용접을 행한 결과의 외관 및 단면을 나타낸 도면으로서, (a)는 본 발명에 의한 용접결과, (b)는 종래의 직류EP극성의 용접결과이다. 도면에서 명백한 바와 같이, 본 발명의 소모전극식 교류마그용접(교류주파수 f_AC = 3.3Hz, EP극성시간비율 δ=50%)으로는 양호한 필렛비드가 형성됨과 동시에 뒷면으로의 용입도 적고, 녹아떨어짐에 대한 고려는 전혀 필요로 하지 않는다고 생각되는 형상을 나타냈다. 한편, 종래 용접에서는, 판두께가 매우 얇고 또한 루트간극이 판두께의 약 3배도 있기 때문에 녹아떨어짐을 생기게 하여, 양호한 필렛비드를 형성할 수 없었다.

즉, 용접개시직후(도면 중 가의 위치)에는 하판(下板)이 차가워져 있기 때문에, 용융한 와이어가 하판 위에 퇴적하고 용융금속은 표면장력에 의하여 서서히 부 풀어오른다. 그리고, 용융금속이 상판(上板)에 닿으면, 상판과 하판이 융합하여 양호한 필렛비드가 형성된다. 용접의 진행과 함께 하판의 온도가 상승하면, 하판 위의 용융금속은 부풀어오르지 않고 폭방향으로 퍼져 평탄해진다. 이 때문에, 상판은 용융되지 않는다(도면 중 나의 위치). 또한, 가의 상태가 계속되면, 과대한 열이 축적된 하판은 완전히 용융되어 녹아 떨어져, 하판에 구멍이 뚫린다(도면 중 다의 위치).

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 대략 정속도로 공급되는 소모전극과 피용접물 사이에 대략 정전압의 교류전압을 공급하여 용접을 행하는 소모전극식 교류가스시일드용접방법에 있어서, EP극성의 기간(T_EP)에 있어서의 출력전압치(V_EP)를, 해당 기간의 용접전류치가 임계전류치 이하로 되도록 설정함과 동시에, EN극성의 기간(T_EN)에 있어서의 출력전압치(V_EN)를 상기 출력전압치(V_EP)보다 낮은 값으로 설정함으로써 EN극성과 EP극성에 있어서의 와이어용융속도를 대략 동등하게 할 수 있고, 단락이 빈번하게 발생하는 짧은 아크길이이더라도 안정된 소모전극식 교류가스시일드용접을 행할 수 있으며, 또한 교류주파수나 극성시간비율에 대한 제약을 받지 않기 때문에, 용도에 따라, 교류용접의 특징인 높은 와이어용융속도, 얕은 용입 또는 볼록형의 덧살형상 등을 임의로 선택할 수 있다. 이 결과, 예를 들어 판두께가 1mm 이하인 매우 얇은 판으로, 또한 루트간극이 판두께의 3배 정도인 중첩필렛이음매에 있어서도, 구멍뚫림이나 녹아떨어짐 등이 생기는 일 없이 양호한 용접비드를 형성할 수 있어, 용접가능범위가 대폭 확대된다.

Claims

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소모전극과 피용접물 사이에 대략 정전압의 교류전압을 공급하여, 소모전극의 선단에 형성되는 용적을 단락이행시키는 소모전극식 교류가스시일드용접장치에 있어서,

소모전극을 대략 정속도로 공급하는 와이어공급제어회로와, EP극성의 기간(T_EP)의 설정기와, EN극성의 기간(T_EN)의 설정기와, 상기 기간(T_EP)에 출력되는 출력전압치(V_EP)의 설정기와, 상기 기간(T_EN)에 출력되는 출력전압치(V_EN)의 설정기와, 상기 출력전압(V_EP)의 설정기 및 출력전압(V_EN)의 설정기로부터 출력되는 신호에 의거하여 각각의 전압레벨을 제어하는 출력전압제어회로와, 상기 기간(T_EP) 및 상기 기간(T_EN)의 설정기로부터 출력되는 신호에 의거하여 각각의 극성시간을 제어하는 극성시간제어회로를 설치하여 용접출력을 제어함과 동시에, 용접전류치의 하한치를 보상하는 최소전류보상회로와 리액터를 직렬로 접속한 회로를 출력회로와 병렬로 접속한 것을 특징으로 하는 소모전극식 교류가스시일드용접장치.
제 4 항에 있어서,

평균용접전압치(Vav)의 설정기와, 상기 출력전압치(V_EP)와 상기 출력전압치(V_EN)의 차(α)의 설정기를 설치하여, V_EP = Vav, V_EN = Vav-α로 하여 상기 출력전압치(V_EP) 및 상기 출력전압치(V_EN)의 레벨을 설정하는 것을 특징으로 하는 소모전극식 교류가스시일드용접장치.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

교류주파수(f_AC)를 설정하는 교류주파수(f_AC)설정기와, 상기 기간(T_EP)의 시간비율(δ)을 설정하는 시간비율(δ)설정기를 설치하고, T_EP = δ/f_AC, T_EN = (1-δ)/f_AC로 하여 상기 기간(T_EP) 및 기간(T_EN)의 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 소모전극식 교류가스시일드용접장치.
제 5 항에 있어서,

상기 와이어공급제어회로로부터 출력되는 와이어공급속도신호에 의거하여 상기 출력전압치(V_EP)와 상기 출력전압치(V_EN)의 차(α)의 값을 증감시키는 것을 특징으로 하는 소모전극식 교류가스시일드용접장치.