KR100568828B1 - 아크 용접 방법 및 아크 용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아크 용접 방법 및 아크 용접 장치에 관한 것으로, 용접부 위치에 공급하는 가스의 사용량을 억제하면서 스패터(spatter)의 생성을 억제하할 수 있는 아크 용접 방법 및 아크 용접 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 아크 용접 방법 및 아크 용접 장치는, 용접 와이어(8)와 용접 대상물(w) 사이에서 전압을 인가하면서 용접 와이어(8)를 용접 대상물(w)에 접촉되게 하고, 이때 용융된 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)가 접촉되어 있는 도중에 상기 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)과의 사이에서 전기 저항값을 연속적으로 구해 이 전기 저항값의 최소값을 검출한다. 전기 저항값의 최소값을 검출한 후 전류가 일시적으로 감소되어 용접 와이어(8)의 선단부가 파열되지 않고, 스패터(spatters)의 원인이 되는 용접 와이어(8)로부터의 용융 방울이 비산되는 것을 억제시킬 수 있다. 상기 최소값은 토치와 용접대상물간의 거리 조절에 사용된다.

아크 용접

Description

아크 용접 방법 및 아크 용접 장치{Arc welding method and arc welding apparatus}

본 발명은 용접 방법 및 용접 장치, 더욱 상세하게는 용접 와이어를 사용하는 아크 용접 방법 및 아크 용접 장치에 관한 것이다.

금속제를 재료로 하는 작업에서의 용접 방법으로는 아크 용접 방법이 잘 알려져 있다. 이 용접 방법에는 용접 와이어와 용접대상물 사이에 전압을 인가하면서 용접 와이어를 용접 대상물에 접촉시켜 이러한 전원 공급으로 용융되는 용접 와이어의 선단부를 용접 대상물에 접촉시키게 된다. 그래서, 용접 와이어의 선단부가 용융되어 있는 상태에 있을 때에 용접 와이어를 용접 대상물로부터 이탈시켜 용접 대상물의 다음 용접부위를 향해 연속하여 용접을 하게 된다.

이러한 아크 용접에 있어서는, 일련의 용접 공정 중에서 용접 와이어에 대해서 연속적으로 전원을 인가해 주기 위해 용접 와이어가 용접 대상물로부터 떨어지는 순간에 그 선단 부분이 파열되는 경우가 발생하게 된다. 파열된 용접 와이어의 선단부는 물방울 형태로 용접 대상체 상에 흩어져서 스패터(spatter)를 발생시켜 용접 부근에서의 모양이나 작업의 완성 정도를 저해시킬 우려가 있다.

그렇지만, 상술한 스패터의 발생은 통상 용접부위에 차폐가스나 차폐가스와 아르곤 가스 등의 혼합 가스 등 각종 가스를 공급하게 되면 유효하게 억제할 수 있다는 사실이 잘 알려져 있다. 그러나, 이러한 가스의 이용은 용접 비용을 높이는 원인으로 작용하게 되고, 또한 이용하는 가스의 종류에 따라서 환경 보호의 관점에서 그 사용량이 규제될 가능성이 있다.

본 발명의 목적은 스패터(spatters) 생성을 억제시키는 동시에 용접 토치의 높이를 일정하게 유지시키기 위한 새로운 조절 방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따르는 아크 용접 방법은 용접 와이어를 이용해서 용접 대상체에 대해 용접을 실시하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 용접 와이어와 용접 대상물 사이에 전압을 인가하면서 용접 와이어를 용접 대상체에 접촉되게 하여 용융된 용접 와이어의 단부가 용접 대상물에 용착되게 하는 공정과; 용접 와이어와 용접 대상물의 접촉중에 대해서 용접 와이어와 용접 대상물 사이의 전기 저항값을 구하여 이 경우의 전기저항값의 최소값을 검출하는 공정과; 전기 저항값의 최소값을 검출한 후 상기 용접 와이어와 용접대상물간의 전압 적용을 정지시켜 전류 흐름을 현저하게 감소시키는 공정을 포함한다.

여기서, 용접 와이어와 용접 대상물 사이의 전기 저항값은, 예를 들어, 용접 와이어와 용접 대상물 사이의 전압값과 전류값을 계측하고 그 전압값 및 전류값을 기초로 해서 구하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전류를 일시적으로 정지하는 공정은, 예를 들어, 상술한 전기 저항값의 최소값을 검출한 시점으로부터 미리 설정된 시간이 경과한 시점에 행하게 된다. 여기서, 미리 설정된 시간은, 예를 들어, 용접 와이어와 용접 대상물 사이의 전기 저항값이 미리 구한 용접 와이어와 용접 대상물 사이의 전기 저항값의 최대값과 상술한 최소값과의 차이가 10% 이상 98% 이하의 전기저항값을 상술한 최소값에 더해진 전기 저항값에 도달하는데 필요한 시간이다. 또한 소정의 시간은, 예를 들면, 0.5ms이다.

또한, 상기 전류의 인가를 일시적으로 정지시키는 공정은 상술한 전기 저항값의 최소값을 검출하는 시점으로부터 용접 와이어와 용접 대상물 사이의 전기 저항값이 상승해서 소정의 전기 저항값에 도달하는 때이다. 여기서, 소정의 전기 저항값은, 예를 들어, 미리 구해진 용접 와이어와 용접 대상물 사이의 전기 저항값의 최대값과 상술한 최소값의 차이가 10% 이하의 전기 저항값을 상술한 최소값에 부여한 전기 저항값이다.

여기서, 상기 전류는 일시적으로 감소되는 시간은, 예를 들면, 0.25ms이다.

이와 같은 본 발명의 아크 용접 방법에는, 용접 대상물에 대해서 용착되는 용접 와이어의 단부에 의해 용접 대상물에 대하여 용접이 실시된다. 이러한 용접과정에 있어서, 용접 와이어와 용접 대상물 사이의 전기 저항값의 최소값을 검출한 후에 전류를 일시적으로 감소시키게 되면, 용접 와이어는 선단부에서 파단이 일어나기 어렵게 된다. 이 때문에 와이어 상에서 용접 와이어로부터 용융 방울이 흩어지는 것이 어렵게 되고, 용접 대상물에 대한 스패터의 발생을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따르는 아크 용접 장치는 용접 와이어를 사용해서 용접 대상물에 대해서 용접을 실시하기 위한 것이다. 이러한 아크 용접 장치는 용접 장치와 용접 대상물 사이에 전압을 인가하기 위한 수단과, 용접 와이어가 용접 대상물에 접촉되도록 이동시켜 주기 위한 수단과, 용접 와이어와 용접 대상물이 접촉되어 있는 도중에 용접 와이어와 용접 대상물 사이에 전기저항값을 구해 이 전기 저항값의 최소값을 검출하기 위한 수단과, 전기 저항값의 최소값을 검출한 후에 전류를 일시적으로 감소시켜 주기 위한 수단이 구비되어 있다.

이와 같은 본 발명에 따르는 아크 용접 장치는 용접 와이어를 이동시켜 용접 대상물에 접촉시키게 된다. 그 결과, 용접 와이어와 용접 대상물 사이에 인가되어 있던 전압에 의해 용접 와이어가 용융되고, 용접 대상물에 대해서 소정의 용접이 이루어지게 된다. 이와 같이 용접이 이루어진 후에 와이어와 용접 대상물이 접촉하고 있게 되고, 전기 저항값의 최소값을 검출한 후에 전류를 일시적으로 감소시키게 되면, 용접 와이어 선단부에서 발생되는 파단이 감소하게 된다. 이 때문에 용접 대상물 상에는 용접 와이어로부터 발생되는 용융 방울이 흩어지지 않게 되고 용접 대상물의 상에서 스패터(spatter)의 발생이 효과적으로 억제된다.

본 발명에 따르는 다른 목적과 효과는 이하에서 기술하는 상세한 설명으로부터 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따르는 제 1실시예로서 가스 금속 아크 용접 장치의 개략도,

도 2는 이 가스 금속 아크 용접 장치에 채용된 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 구성도,

도 3은 이 가스 금속 아크 용접 장치의 제어 플로우 챠트의 일부를 나타내는 도면,

도 4는 이 가스 금속 아크 용접 장치에서 제어 플로우 챠트의 일부를 나타내는 도면,

도 5는 이 가스 금속 아크 용접 장치에서 제어 플로우 챠트의 일부를 나타내는 도면,

도 6은 이 가스 금속 아크 용접 장치에서 제어 플로우 챠트의 일부를 나타내는 도면,

도 7은 이 가스 금속 아크 용접 장치에 의해 이루어진 용접 과정을 나타내는 도면,

도 8은 이 용접 과정에세 의해 용접 와이어와 용접 대상물 사이의 전기 저항값의 변화를 나타내는 도면,

도 9는 본 발명에 따르는 다른 가스 금속 아크 용접 장치의 제어 플로우 챠트의 일부를 나타내는 도면.

첨부도면 도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따르는 가스 금속 아크 용접 방법을 실시하기 위한 용접 장치를 설명한다. 첨부도면에 따르면, 가스 금속 아크 용접 장치(1)는 캐리어(2)와, 토치(torch)(3), 와이어 피더(4), 전원 장치(5), 차폐 가스 용기(6) 및 제어장치(7)가 구비되어 있다.

캐리어(2)는 용접을 행하는 대상으로 하는 용접 대상물(W)을 탑재하기 위한 것으로, 첨부도면에서는 도시하지 않았지만 이동 장치로서 첨부도면의 왼쪽 방향에서 일정 속도로 이동되도록 구성되어 있다.

토치(3)는 캐리어(2)의 상부에 배치되어 있으며, 용접 대상물(W)에 대해서 용접을 하기 위한 용접 와이어(8)를 구비하고 있다. 토치(3)에 설치된 용접 와이어(8)는 도면의 하부, 즉 캐리어(2) 방향으로 연장되어 있으며, 캐리어(2) 상의 용접 대상물(W)과 대향하게 배치되어 있다. 여기서, 용접 와이어(8)는 일반적으로 시판되는 용접용의 금속제 와이어이다.

이러한 토치(3)는 모터(9)를 구비하고 있다. 상기 모터(9)는 토치(3)를 상하로 이송시켜 주기 위한 것으로, 정방향으로 회전시 토치(3)를 아래로 이송시켜 주고 역방향으로 회전시 토치(3)를 윗쪽으로 이송시켜 주도록 설치되어 있다.

또한, 토치(3)는 용접 대상물 방향으로 연장된 용접 와이어(8)의 출구 부근에 도시되지 않은 분출구를 가지고 있다. 이 가스 분출구는 토치(3)로부터 돌출되는 용접 와이어(8)의 주위를 감싸도록 하는 동시에 용접 대상물(W) 방향으로 불어 넣어지도록 차폐가스를 분출시킬 수 있도록 설치되어 있다.

와이어 피더(4)는 토치(3)를 향해서 용접 와이어(8)를 공급하기 위해 채택된 것이다.

전원장치(5)는 캐리어(2) 상에 놓여진 용접 대상물(W)과 토치(3)에 장착된 용접 와이어(8) 사이에 전압을 인가하기 위한 것으로, 양극이 토치(3)를 매개로 용접 와이어(8)에 연결되어 있고, 음극이 용접 대상물(W)에 연결되어 있다. 이러한 전원장치(5)는, 예를 들어, 전자제어에 의해 출력전류 변화가 가능한 것이 사용되고 있다.

차폐가스 용기(6)는 토치(3)에 접촉되어 있으며, 토치(3)의 가스 분출구로부터 분출된 차폐가스를 공급하기 위한 것이다.

제어장치(7)는 가스 금속 아크 용접 장치(1)의 동작을 제어하기 위한 것으로, 첨부도면 도 2에서 도시한 바와 같이, 제어를 담당하기 위해 중앙 처리 장치(CPU)(10), 각종 데이타를 기억하기 위한 랜덤 에세스 메모리(RAM)(11), 제어 프로그램이 기록된 읽기 전용 메모리(ROM)(12) 및 입출력 포트(13)를 구비하고 있다. 입출력 포트(13)의 입력측에는 전압용 A/D 변환기(14) 및 전류용 A/D 변환기(15) 외에, 작동자가 소정의 정보나 처리 명령 등을 입력하기 위한 키보드 등의 다른 입력 장치가 연결되어 있다. 또한, 입출력 포트(13)의 출력측에는 전원장치(5), 모터(9) 및 와이어 피드(4)와 캐리어(2) 등의 다른 장치가 연결되어 있다.

전압용 A/D 변환기(14)는 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)이 통전되었을 때의 전압값을 측정하기 위한 전압측정 회로(16)(첨부도면 도 1)에 연결되어 있다. 이 전압 측정 회로(16)는 전원장치(5)와 토치(3)를 연결하는 전원회로(17)에 일단이 연결되어 있고, 또한 타측이 용접 대상물(W)과 전원장치(5)를 연결하는 전원회로(18)에 연결되어 있다. 따라서, 전압 측정 회로(16)는 결과적으로 양전원 회로(17,18)로 이루어진 일련의 전원회로에 대해서 병렬로 연결되어 있다.

한편, 전류용 A/D 변환기(15)는 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)이 통전되었을 때의 전류값을 측정하기 위한 전류 측정 회로(19)(첨부도면 도 1)에 연결되어 있다. 이 전류 측정 회로(19)는 전류회로(17,18)에 연결된 단락(shunt) 저항(20)으로부터 분지되어 설치되어 있어서, 결과적으로 전원회로(17,18)에 대해서 직렬로 연결되어 있다.

다음에, 상술한 가스 금속 아크 용접 장치(1)를 이용한 아크 용접 방법에 대해서 설명한다. 여기서, 첨부도면 도 3 내지 도 6에 도시한 제어 플로우챠트를 참조하여 상술한 가스 금속 아크 용접 장치(1)에 의해 이루어지는 용접 동작을 설명한다.

작업자가 가스 금속 아크 용접 장치(1)의 전원을 ON 시키게 되면 제어 프로그램은 우선 스텝 S1에 따라서 캐리어(2)를 초기 위치로 설정하고, 전원장치(5)를 작동시키는 등의 초기 설정을 실행하게 된다. 그 다음, 차폐가스 용기(6)로부터 토치(3)에 차폐가스의 공급을 시작하게 된다.

다음에, 스텝 S2에 따라서 프로그램은 작업자가 소정값을 입력하는 것을 기다리게 된다. 여기서, 소정값으로는 용접 와이어(8)의 단면적 S이나 재료 정수 C 등을 말한다. 이와 관련해서 재료 정수 C는 용접 와이어(8)을 구성하는 금속재료의 고유 정수이다. 작업자가 필요한 소정값을 입력하게 되면, 프로그램은 스텝 S2로부터 스텝 S3를 수행하여 입력된 각종 소정값을 RAM(11)에 기록하게 된다.

스텝 S3을 수행한 다음, 프로그램은 스텝 S4에 의해 작업자가 용접 토치(3)와 용접 대상물(W) 상의 피용접부분과의 사이에서 최적 거리 D(첨부도면 도 1 참조)를 입력하는 것을 기다리게 된다. 더군다나 최적 거리 D는 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)의 종류에 의해 달라지며, 작업자가 적당하게 선택하여 설정하는 것이 가능하다. 작업자가 최적 거리 D를 입력하게 되면 스텝 S5에 의해 이 최적 거리 D를 RAM(11)에 기록하게 된다.

이어, 스텝 S6에 의해 프로그램은 작업자가 용접 개시 명령을 입력하는 것을 기다리게 된다. 작업자가 용접 개시 명령을 입력하게 되면 프로그램은 스텝 S7을 수행해서 피드모터가 구동된다. 이에 따라 용접 와이어(8)는 첨부도면 도 1에서 아래 방향으로 항하게 되고, 즉, 용접 대상물(W)이 위치한 방향으로 이동하게 된다. 용접 와이어(8)의 팁이 용접 대상물(W) 상의 피용접 부분에 접촉하게 되면 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)이 도통(導通)하게 되고, 프로그램은 이로부터 전기 신호를 받아서 스텝 S8에 의해 도통 상태를 확인하는 것과 동시에 와이어 피드모터를 정지시켜 그 다음 스텝 S9를 실행하게 된다.

이러한 용접 와이어(8)가 용접 대상물(W)과 접촉하여 도통이 되면 전원 장치(5)로부터 전류가 용접 와이어(8)를 통해 용접 대상물(W)에 흐르게 되고, 용접 대상물(W) 상의 용접 부위에 용접이 이루어지게 된다.

첨부도면 도 7을 참조하여 이러한 용접시의 상태를 보다 상세하게 설명한다. 우선, 첨부도면 도 7a에 도시한 바와 같이, 용접 와이어(8)가 용접 대상물(W)의 피용접부(W1)에 접촉하게 되면, 전원장치(5)에 의해 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W) 사이에 전류가 흐르게 되고 양자 사이에 전압이 인가되게 된다. 이 상태가 계속되면, 첨부도면 도 7c에서 도시한 바와 같이 용접 와이어(8)가 짤라지면서 첨부도면 도 7d에서 도시한 바와 같이 용접 와이어(8)가 용접 대상물(W)로부터 이탈되게 된다. 이어, 용접 대상물(W)로부터 분리된 용접 와이어(8)의 선단부는 첨부도면 도 7e에서 도시한 바와 같이 캐리어(2)가 첨부도면 도 1의 왼쪽방향으로 서서히 이동하고 있기 때문에 용접 대상물(W) 상에서 다음 피용접부(W2)의 상부에 위치하게 된다.

상술한 바와 같이 일련의 용접 과정에 의해 프로그램은 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)과의 접촉 초기에 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W) 사이에 흐르는 전류의 전압값 및 전류값의 측정을 시작하게 된다(스텝 S9). 여기서, 전압값은 전압 측정 회로(16)에 의해 측정되고 전압용 A/D 변환기(14)에서 디지탈 신호로 변환되고, 또한 전류값은 전류 측정 회로(19)에 의해 측정되고 전류용 A/D 변환기(15)에서 디지탈 신호로 변환된다.

이어, 스텝 S10에 의해서 측정된 전압값과 전류값을 기초로 해서 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W) 사이에서 전기 저항값 R을 계산한다. 그래서 스텝 S11에 대해 계산된 전기저항값 R을 기록하고, 이와 함께 스텝 S12에 대해 전기저항값 R을 시간으로 미분한다. 그 다음 스텝 S13에서는 전기 저항값 R의 미분값이 0 또는 그 이상(즉, 양의 값)인지 아닌지를 판단한다. 스텝 S13에 의해 "No"라고 판단하는 경우 프로그램은 스텝 S9로 되돌아 가고, 스텝 S13에서 "YES"라고 판단할 때까지 스텝 S9로부터 스텝 S13을 반복하게 된다. 이러한 반복 동작에는 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W) 사이에서 전기 저항값 R이 연속적으로 연결되어 계측되고, 최신의 전기 저항값 R이 스텝 S11에 의해 기록되게 된다.

여기서, 전기 저항값 R의 변화에 대해서 설명한다. 첨부도면 도 8에 도시한 바와 같이, 전기 저항값 R은 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)과의 접촉 초기, (즉, 첨부도면 도 7a의 시점)로부터 서서히 적어져서 용접 와이어(8)가 짤리지 않고 용융되어 용접 대상물(W)과의 접촉면적이 최대로 넓어진 시점, 즉 첨부도면 도 7b의 시점에서 최소가 된다. 그리고, 용접 와이어(8)가 짤리게 되면(예를 들면, 첨부도면 도 7c의 시점), 전기 저항값 R은 서서히 커지기 시작하여 용접 와이어(8)의 선단부가 용접 대상물(W)로부터 이탈되기 직전까지 최대값 Rmax이 된다. 따라서, 스텝 S13에서 "YES"라고 판단되는 것은 전기저항값 R이 감소에서 증가로 변하는 시점, 즉 전기저항값 R의 최소값 Rmix의 시점이 된다. 이 최소값 Rmix는 스텝 S11에서 RAM 11에 기록된다.

다음 스텝 S14에서는 스텝 S13에서 "YES"라고 판단한 시점의 시간 t를 제어 장치(7)의 내부 타이머에서 "0"으로 설정한다. 즉, t=0으로 설정하는 것은 전기 저항값 R이 최소값 Rmin이 되는 시점이다. 이어, 스텝 S15에 따라 t=0에 설정한 다음부터 경과 시간이 t1에 도달하였는가를 판단한다. 여기서, 경과시간 t1은, 예를 들면, 전기 저항값 R이 최소값 Rmin과 최대값 Rmax과의 차이가 10% 이상 98% 이하, 바람직하기로는 50% 이상 97% 이하, 더욱 바람직하기로는 75% 이상 95% 이하의 전기 저항값 최소값 Rmin으로부터 증가하는데 필요한 시간으로 설정하게 되며(첨부도면 도 8 참조), 통상은 최소값 Rmin의 시점으로부터 0.5ms정도이다. 또한, 최대값 Rmax는 상술한 바와 같이 용접 와이어(8)가 용접 대상물(W)로부터 이탈되기 직전, 즉, 전기저항값 R이 매우 높게(아크의 저항과 일치하는)되기 직전의 전기 저항값으로, 예정된 실험적으로 구해서 제어장치(7)에 기억시켜 두는 것이 가능하다.

스텝 S15에서 "YES"라고 판단한 경우에는 전류값이 감소된다. 이에 따라, 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)과의 사이에 전압이 인가되는 것이 멈추게 되고, 용접 와이어(8)가 용접 대상물(W)로부터 떨어질 때, 즉 첨부도면 도 7c의 시점에 접촉 와이어(8)의 선단부가 파열되는 것을 방지하게 된다. 그 결과, 용접 대상물(W) 상에는 용접 와이어(8)로부터 용융된 방울이 흩어지지 않고, 스패터(spatter)의 생성이 일어나지 않게 된다. 이에, 상술한 바와 같이 전류가 감소된 경우에도 용접 와이어(8)의 선단부는 남아 있는 열에 의해 용융 상태로 있게 되고, 캐리어(2)에 의해 용접 대상물(W)의 이동과 더불어서 용접 대상물(W)이 스스로 떨어지게 하는 것이 가능하다.

이어, 스텝 S17에 따라 시간 t가 α만큼 시간 경과가 있었는가, 즉 시간 t가 t+α가 되었는가를 판단한다. 여기서, α는, 통상 0.25ms 정도의 시간이다. 스텝 S17에서 "YES"라고 판단하는 경우 프로그램은 스텝 S18을 실행시키고, 다시 전원 장치(5)가 전류를 증가시키게 될 것이다. 이에 따라 다시 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W) 사이에 전압이 인가되어 용접이 가능한 상태로 설정된다.

다음의 스텝 S19에 따라 프로그램은 하기의 수식(1)에 따라서 용접 토치(3)와 용접 대상물(W)의 최적 거리 D를 달성하기 위해 필요한 보정값 L을 계산한다. 여기서, 수식 (1)에서, Rmin은 스텝 S11에서 기록된 저항값 R의 상술한 최소값이고, 또한, C 및 S는 스텝 S3에서 기록된 각각의 용접 와이어(8)의 재료 정수 및 단면적이다.

스텝 S20에서는 스텝 S5에서 기록된 최적 거리 D값으로부터 스텝 S19에서 얻어진 보정값 L을 입력하고 그 차이 X를 산출한다. 그리고, 다음 스텝 S21에서 차이 X가 "0"인가 아닌가를 판단한다. 스텝 S21에서 "YES"라고 판단하는 경우에 첨부도면 도 7e에서 용접 와이어(8)의 선단부와 용접 대상물(W)의 다음 피용접부(W2)와의 거리 d가 이미 최적 거리 D가 되어 있기 때문에 프로그램은 스텝 S7로 되돌아 가서 피용접부(W2)에 대해서 스텝 S7 이하의 용접 동작을 반복하게 된다.

한편, 스텝 S21에서 "NO"라고 판단하는 경우 프로그램은 스텝 S22를 수행하고, 여기서 그 차이가 "0"보다 큰지 아닌지를 판단한다. 스텝 S22에서 "YES"라고 판단하는 경우 프로그램은 스텝 S23을 수행하고 모터(9)를 역방향으로 회전시키게 된다. 이로부터 토치(3)가 첨부도면 도 1의 윗쪽으로 이동하게 된다. 이어 스텝 S24에서는 토치(3)가 차이 X에 상당하는 만큼 이동하였는지를 판단하게 된다. 이때, 이 이동량은 모터(9)의 작동량으로 치환되었는지 판단하는 것이 가능하다.

토치(3)의 이동량이 차이 X에 상당하게 되면 프로그램은 스텝 S24로부터 스텝 S25를 실행하고 모터(9)를 정지시키게 된다. 그 결과, 용접 토치(3)의 선단부와 용접 대상물(W)의 다음 피용접부(W2)와의 거리 d(첨부도면 도 7e 참조)는 최적 거리 D로 설정된다. 스텝 S25의 종료 후에 프로그램은 스텝 S7로 되돌아 가서 피용접부(W2)에 대해서 스텝 S7 이하의 용접 동작을 반복하게 된다.

스텝 S22에서 "NO"라고 판단하는 경우 프로그램은 스텝 S26을 실행하고 모터(9)를 정회전시키게 된다. 이에 따라 토치(3)가 첨부도면 도 1의 상부로 이동하게 된다. 다음의 스텝 S27에서는 토치(3)가 차이 X의 절대값만큼에 상당하는 만큼 이동하였는지를 판단한다. 여기서, 그 이동량은 상술한 모터(9)의 작동량에 반영되어 판단하는 것이 가능하다.

토치(3)의 이동량이 차이 X의 절대값과 상응하게 되면 프로그램은 스텝 S27로부터 스텝 S28을 수행하게 되고, 모터(9)를 정지시킨다. 그 결과, 용접토치(3)와 용접 대상물(W)의 다음 피용접부(W2)와의 거리 d(첨부도면 도 7e 참조)는 최적 거리 D로 설정된다. 스텝 S28의 종료 후에 프로그램은 스텝 S7로 되돌아 가서 피용접부(W2)에 대해서 스텝 S7 이하의 용접동작을 반복하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 스텝 S16에서 전원장치(5)가 일시적으로 용접전류를 감소시키기 위해 용접 와이어(8)의 선단부가 용접 대상물(W)로부터 분리되었을 때에 파열되지 않고, 결과적으로 용접 대상물(W) 상에서는 스패터가 발생하지 않게 된다. 또한, 상기 실시예에서는 종래 아크 용접 방법의 경에 있어서 용접 대상물(W)을 향해서 불어 넣어지는 차폐가스 중에 스패터를 억제하기 위해 고가의 아르곤 가스를 혼입하지 않고서도, 혹은 이러한 차폐가스의 사용량(불어 넣어 주는 량)을 감소시키더라도 마무리감이 양호한 용접을 싼 값으로 실현하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 실시예에서, 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)의 접촉 중에 전기 저항값 R의 최소값 Rmin을 기초로 해서 보정값 L을 산출하고, 이것에 따라 용접 토치(3)와 용접 대상물(W) 상의 피용접부와의 최적 거리 D가 달성되도록 토치(3)를 정확하게 이동시키게 된다. 여기서, 전기 저항값 R은 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)과의 접촉중에 전압값이나 전류값에 비례해서 안정한 상태에서 얻은 것으로, 이 최소값 Rmin을 정확하게 얻는 것이 가능하다. 이를 위해, 토치(3)에는 최적 거리 D가 달성되도록 용접 와이어(8)를 정확하게 상하로 이송시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 상술한 실시예에서는 스텝 S25에서 판단한 경과 시간 t1을 상술한 바와 같이 설정하였으나, 본 발명은 여기에 한정하지 않는다. 이 경과시간 t1은 전기저항값 R의 최소값 Rmim이 검출된 시점으로부터 용접 와이어(8)가 용접 대상물(W)로부터 이탈되기 직전(즉, 용접 와이어(8)가 짤라지기에 충분한 시간)까지 필요로 하는 시간의 범위에서 임의로 설정하더라도 상관이 없다.

삭제

또한, 상술한 실시예에서 전류값을 일시적으로 감소되게 하는 타이밍을 최소값 Rmin이 검출된 시점으로부터의 경과시간(예를 들면, 상술한 경과시간 t1)을 기초로 해서 결정되도록 하고 있으나, 이 타이밍은 다른 기준에 따라 결정하더라도 상관이 없다. 즉, 최소값 Rmin을 검출한 후에라도 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)과의 사이에 전기 저항값 R의 계측(산출)을 계속하여 그 전기 저항값 R이 상승해서 소정의 전기저항값, 즉, 최소값 Rmin과 미리 예측된 실험값으로 구해져서 기억된 최대값 Rmax와의 사이에서 소정의 전기 저항값으로 할 때에 전류의 인가를 일시적으로 감소시키더라도 상관이 없다.

여기서, 말하는 소정의 전기 저항값은, 통상 최소값 Rmin과 최대값 Rmax와의 차이가 10% 이상 98% 이하, 바람직하기로는 50% 이상 97% 이하, 더욱 바람직하기로는 75% 이상 95% 이하의 전기 저항값분을 최소값 Rmin으로 더해진 전기저항값으로 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 소정의 전기 저항값에 도달하기 전에 전류의 인가를 일시적으로 감소하게 되면 용접 와이어(8)가 용접 대상물(W)로부터 미끌어져서 분리되지 않게 되고, 스패터의 발생은 억제되고 결과적으로 용접의 마무리감이 상하지 않게 된다.

첨부도면 도 9를 참조하여 상술한 바와 같은 소정의 전기저항값을 기준으로 해서 전류의 인가를 일시적으로 감소하는 경우의 동작을 구체적으로 설명한다. 이 변형된 실시예에서는 상술한 실시 형태의 경우에서 제어 플로우챠트의 일부, 즉 스텝 S8로부터 스텝 S18 사이가 첨부도면 도 9에 도시한 스텝 S29로부터 스텝 S41에서와 같이 변경된 것이다. 이하, 이 변형된 실시예의 동작을 첨부도면 도 9를 기초로 해서 설명한다. 우선, 여기서, 제어 장치(7)에서 상술한 바와 같이 소정의 전기 저항값(이하, 전기 저항값 R1으로 기재한다)이 미리 설정된 값으로 기억되어 있다.

프로그램은 상술한 실시예의 형태의 경우와 같은 작동을 하여 스텝 S8에 도달하게 되고, 여기서 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)과의 도통(道通)을 확인하게 되면 그 다음 스텝 S29에서 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)과의 사이에 흐르는 전류의 전압값 및 전류값의 측정을 시작하게 된다. 여기서, 전압값 및 전류값은 상술한 실시예의 형태와 동일하게 측정된다.

이어, 스텝 S30에서 측정된 전압값과 전류값을 기초로 해서 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)과의 사이에서 전기 저항값 R을 계산한다. 그리고 나서 다음 스텝 S31에서 계산된 전기 저항값 R이 소정의 전기저항값 R1 이상에 있는지를 판단하게 된다. 전기 저항값 R이 소정의 전기저항값 R1보다 큰 경우 프로그램은 스텝 S32를 실행하고 여기서, CPU(10) 내의 특정 플래그(flag)가 ON이 되었는지를 판단한다. 플래그가 ON이 되어 있지 않으면 프로그램은 스텝 S30에서 계산된 전기 저항값 R을 기록하고(스텝 S33), 동시에 스텝 S34에서 전기 저항값 R을 시간으로 미분하게 된다. 이어, 스텝 S35에서는 전기 저항값 R의 미분값이 "0" 혹은 그 이상(즉, 양의 값)이 되는지를 판단한다. 스텝 S35에서 "NO"라고 판단하는 경우 프로그램은 스텝 S29로 되돌아 가고, 스텝 S35에서 "YES"라고 판단하는 경우에 스텝 S29로부터 스텝 S35를 반복하게 된다. 이러한 반복 동작에서는 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)과의 사이에 전기 저항값 R이 연속적으로 구해지게 되고, 최신의 전기 저항값 R이 스텝 S33에서 기록되게 된다. 또한, 여기서 전기 저항값 R의 변화는 상술한 실시예의 형태에서 설명한 바와 같다.

스텝 S35에서 "YES"라고 판단하는 경우, 즉 전기 저항값 R이 최소값 Rmin이 검출되면(이 최소값 Rmin은 스텝 S33에서 RAM(11)에 기재되어 있으나 소거되지 않도록 RAM(11) 내에서 별도로 보존된다), 프로그램은 스텝 S36을 실행하고 여기서 상술한 특정 플래그가 ON이 되었는가를 판단하게 된다. 플래그가 ON이 되는 경우 프로그램은 스텝 S29으로 되돌아 가서 스텝 S29로부터 스텝 S33까지 같은 동작을 반복하게 된다. 한편, 플래그가 ON이 되지 않은 경우, 프로그램은 스텝 S37에서 CPU(10) 내의 특정 플래그(이것은 스텝 S32 및 스텝 S36에서 판단의 대상이 아닌 플래그이다)를 ON으로 설정하여 이 후의 스텝 S29으로 되돌아 간다.

이와 같은 일련의 동작으로 전기 저항값 R이 최소값 Rmin을 넘어 높아지게 되고 상술한 소정의 전기 저항값 R1에 도달하게 되면, 프로그램은 스텝 S32에서 "YES"로 판단해서 스텝 S38을 실행하게 된다. 스텝 S 38에서는 이때의 시간(t)을 제어 장치(7) 내부 타이머에서 "0"으로 설정된다. 이어, 스텝 S39에서 전류가 감소된다. 이에 따라 용접 와이어(8)와 용접 대상물(W)로부터 떨어질 때(즉, 첨부도면 도 7d일 때)에 용접 와이어(8)의 선단부가 파열되는 것이 방지된다. 그 결과, 용접 대상물(W)에는 용접 와이어로부터의 용융된 방울이 흩어지지 않게 되어 스패터가 생성되지 않게 된다. 상술한 바와 같이 전류를 감소시키는 경우에서도 용접 와이어(8)의 선단부는 남아 있는 열에 의해 용융된 상태로 있게 되고, 캐리어(2)에 의해 용접 대상물(W)의 이동과 함께 용접 대상물(W)로부터 자연스럽게 떨어지는 것이 가능하게 된다.

스텝 S39가 실행된 다음 프로그램은 스텝 S40에서 상술한 특정의 플래그를 OFF로 설정하고, 이어서 스텝 S38에서 내부 타이머를 "0"으로 설정한 다음으로부터 α시간 경과하였는가, 즉 시간 t가 α에 도달하였는가를 스텝 S41에서 판단하게 된다. 여기서, α는 통상 0.25ms정도의 시간이다. 스텝 S41에서 "YES"라고 판단되는 경우 프로그램은 상술한 실시예에서와 같이 스텝 S18을 실행해서 다시 전류가 증가하게 되고, 그 후의 상술한 실시예에서와 같이 동일하게 작동하게 된다.

본 발명은 이러한 정신 혹은 특징으로부터 벗어 나지 않고 다른 여러가지 형태로 실시하는 것이 가능하다. 이에 상술한 실시예는 모든 점에 비추어서 간단한 실시예에 불과하며, 한정적으로 선택해서는 안된다. 본 발명의 범위는 청구 범위에 의해 제시한 것으로 명세서 본문에 기재된 내용에 구속되지 않는다. 또한, 청구의 범위에 균등한 범위에 속하는 변형이나 변경은 전부 본 발명의 범위 내에 포함된다.
또한, 단계 S31에서 R≥R1비교 대신에, 다른 조건인 dR/dt≥K1으로 설정될 수 있고, 여기서 K1은 저항의 미리 설정된 시간함수이다. 이러한 조건은 저항의 시간함수가 미리 설정된 값 K1까지 증가되는 순간 전류가 감소하는 것을 의미하고, 단계 31에서 저장된다. 도 9의 전체 알고리즘은 단계 S31에서 변화되고, 이러한 변화없이 타당하다.
또한, 본 발명은 전류 감소가 검출될 때까지 전류는 일정하게 유지되는 순간과 같이 특정의 경우에 수정이 가능하다. 이러한 조건하에서 전압을 측정하는 것이 가능하고, 검출 조건(dR/dt≥0, R≥R1 또는 dR/dt≥K1)이 조건(dU/dt≥0, U≥U1 또는 dU/dt≥L1)까지 감소되며, 여기서 U1과 L1은 각각 전압의 미리 설정된 값과 전압의 시간함수값이다.

Claims (11)

1. 용접 와이어를 이용해서 용접 대상물에 대해서 용접을 실시하기 위한 아크 용접 방법에 있어서,

   상기 용접 와이어와 상기 용접 대상물과의 사이에 전압을 인가하면서 상기 용접 와이어를 상기 용접 대상물에 접촉시키고, 이때 용융된 상기 용접 와이어의 단부를 상기 용접 대상물에 용착되도록하는 공정과,

   상기 용접 와이어와 상기 용접 대상물이 접촉중에 상기 용접 와이어와 용접 대상물 사이에 전기 저항값을 구해 상기 전기 저항값의 최소값을 검출하기 위한 공정과,

   상기 전기 저항값의 상기 최소값을 검출한 다음 상기 와이어를 통하여 흐르는 전류를 일시적으로 감소시켜주는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
2. 제 1 항에 있어서 상기 용접 와이어와 상기 용접 대상물간의 사이에 전압값과 전류값을 계측하고 , 이 전압값과 전류값을 기초로 해서 상기 전기 저항값을 구하는 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 최소값을 검출한 시점에서 미리 설정된 시간이 경과한 경우 전류가 일시적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 미리 설정된 시간은 상기 용접 와이어와 상기 용접 대상물 사이의 상기 전기 저항값이 미리 설정되어 구해진 상기 용접 와이어와 상기 용접 대상물 사이의 전기 저항값의 최대값과 상기 최소값과의 차이 10% 이상 98% 이하의 전기 저항값을 상기 최소값으로 가해진 전기 저항값에 도달하는데 필요한 시간인 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 미리 설정된 시간은 0.5ms와 동일하거나 그 이상인 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 최소값을 검출한 시점에서 상기 와이어와 용접 대상물 사이에서 전기 저항값이 높아져서 미리 설정된 전기 저항값에 도달한 경우, 전류가 일시적으로 감소된 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 미리 설정된 전기 저항값은 상기 소정의 전기 저항값이 미리 정해져서 구해진 상기 용접 와이어와 상기 용접 대상물과의 사이에서 전기 저항값의 최대값과 상기 최소값과의 차이 10% 이상 98% 이하의 전기 저항값을 상기 최소값으로 더해져서 전기 저항값으로 하는 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 전류가 일시적으로 감소되는 시간은 0.25ms인 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
9. 용접 와이어를 이용하여 용접 대상물에 대해서 용접을 실시하기 위한 아크 용접 장치에 있어서,

   상기 용접 와이어와 상기 용접 대상물과의 사이에 전압을 인가하기 위한 수단과,

   상기 용접 와이어를 상기 용접 대상물에 접촉되게 하는 방식으로 상기 용접와이어를 이동시켜 주기 위한 수단과,

   상기 용접 와이어와 상기 용접 대상물과의 접촉중에 상기 용접 와이어와 상기 용접 대상물 사이의 전기 저항값을 구해 상기 전기 저항값의 최소값을 검출하기 위한 수단과,

   상기 전기 저항값의 최소값을 검출한 후 일시적으로 전류를 감소시키기 위한 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 아크 용접 장치.
10. 제 2 항에 있어서, 상기 전기 저항값이 미리 설정된 값까지 증가되는 시점에서 상기 전류가 일시적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.
11. 제 2 항에 있어서, 토치와 용접대상물간의 거리는 상기 용접 와이어가 용접대상물과 접촉하는 순간의 전기저항 최소값에 의하여 검출되는 것을 특징으로 하는 아크 용접 방법.

Images